4. 광역유산균의 발효 형식

1. 정의

- 생육 중 lactic acid를 대사산물로 많이 생산하는 세균

인체유해물질 생성 않고 부패방지 등 유익한 작용을 하는 세균 - 인체유해물질 생성 않고 부패방지 등 유익한 작용을 하는 세균 - Gram⁺, rod shape or cocci

- catalase 음성 -> 혐기성 발효

- glucose로부터 50% 이상 유산 생성

> 대장균 유산 생성 -> 대장균 : 유산 생성

유산이외 부패산물 생성 - no endospore

- no mobility(간혹 있기도 함)

> 질병을 일으키는 유산균 St t (충치균) St (성홍열)

유산균으로 부르지 않음

-> 질병을 일으키는 유산균 : Str. mutans(충치균), Str. pyogenes(성홍열), Str. uberis(유방염원인균)

2. 유기산 생성균과의 차이

- 유기산 생성균 : 유산을 50% 이하로 생성하는 균

- 유산균의 정의가 고정적이지 않음 -> 산소 유무에 따라 유산균 대사 변화가능 -> Lactococcus lactis : 유산균

lactose 배지 이용 생장 -> up to lag phase -> 균체세척 ->lactose 발효속도 5%로 제한

일반배양 호기적 배양

lactate fermentation acetate fermentation 상황에 따라 유산균 -> 유기산 생성균으로 전환 가능

- 일반미생물 분류

Division ->phylum -> class -> order -> family -> genus -> species - species

-> 가장 기본적 분류 단위로서 표현형질을 나타냄 -> DNA-DNA homology 70% 이상

-> sub species : 유전적으로 가깝지만 표현형질이 다른 경우 -> sub sp 로 표기> sub species : 유전적으로 가깝지만 표현형질이 다른 경우 > sub sp. 로 표기 ex) Lactococccus lactis sub sp. lactis

-> variety : 변종을 의미 var. 로 표기 -> 정식 명명으로는 사용하지 않음 - Nomanclature(명명법) = name of genus + species modifier

-> international code of nomanclature of bacteria 에서 결정

-> International Journal of Systemic Bacteriology(IJSB) 에 발표되면 인정 - 유산균 분류

-> 1984년 4개 genus 로 분류 -> 현재 12개 genus로 분류> 1984년 4개 genus 로 분류 > 현재 12개 genus로 분류

4. 광역유산균의 발효 형식

- 광역유산균 : 유산균 12 genus + bifidobacterium, bacillus 1) Lactate fermentation

A. homo lactate fermentation

- glucose -> lactate : 85% 이상

C₆H₁₂O₆(glu) 2C₃H₆O₃(lactate)

- no gas production -> 우유에 배양 시 조직 매끈 - aldolase⁺

F 1 6 DP Gl ld h d 3 P + DHAP F-1,6-DP Glyceraldehyde-3-P + DHAP - Lactococccus lactis, L. cremoris

- Lactobacillus bulgaricus, L. casei, L. acidophilus - Pediococcus cereviciae, P. halophilus

- Enterococcus, Str. Sporolactobacillus

B. hetero lactate fermentation

- glucose -> lactate : 50% 이상 - CO₂ gas production

- ethanol⁺, aldolase^-, phosphoketolase⁺ glucose lactate + ethanol + CO glucose lactate + ethanol + CO₂

2 glucose 2 lactate + 3 acetate : Bifido-fermentation Lactobacillus breve L fermentum

- Lactobacillus breve, L. fermentum - Leuconostoc mesenteroides

- Bifidobacterium bifidum Phosphoketolase

Phosphoketolase pathway (heterolactic pathway)

2) Bifidum fermentation (비피더스 발효) - Bifidobacterium

- 유산 + 초산 생성 (2:3) -> hetero fermentation 2 glucose 2 lactate + 3 acetate

- no CO₂ -> 일반 hetero 발효와 차이점 -> 비피더스 발효로 구분 - 완전혐기성균 -> 배양 시 CO₂ 주입 필요

3) Propionic acid fermentation 3) Propionic acid fermentation

- glucose or lactate propionic acid, acetate, CO₂

3 l 6 l t t

3 glucose 6 lactate

3 lactate 2 propionic acid + acetate + CO₂ + H₂O - glucose 보다 lactate를 더 선호

- 스위스치즈의 기공 발생

- Propionibacterium shermanii - Clostridium propionicum - Megasphaera celsdenii

☞ Propionic acid fermentation

4) Citrate fermentation (구연산 발효) - 버터발효과정 중

- 유산구균 (Lactococcus lactis sub sp. diacetylactis, Leuconostoc mesenteroides) - citrate -> diacetyl, acetate, lactate, acetoin 생성

5) Butyric acid fermentation (부틸산 발효)

- glucose -> acetate, CO₂, butyric acid, ethanol, butanol, acetone, H₂

Cl t idi b t i 장내세균조정제로 사용

- Clostridium butyricum : 장내세균조정제로 사용 - Butyrivibrio, Eubacterium, Fusobacterium - 혐기성 세균으로 butyric acid 생성

6) Acetate fermentation (초산 발효)

O₂

- ethanol Acetate + H₂O - 절대호기성균 (obligate aerobe)

A t b t l A t X li id A t

O₂

- Acetobacter orleanence, Acet. Xylinoides, Acet. rancens - Acet. aceti -> 공업적으로 사용

*공통특징 :공통특징 :

- NADH는 NAD⁺로 산화

- Pyruvate나 그 유도체가 전자수용체 1: lactate 발효

1 lactate 발효

- homolactic: 모든 pyruvate를 lactate로 - heterolactic: lactate 이외의 산물 생산 2: alcohol 발효

3: propionate 발효 3 propionate 발효 4: butanediol 발효 5: formic acid 발효 6: acetate 발효

5. 유산균 주요 genus 별 분류 특징

1) Lactobacillus

- 다양한 서식처(탄수화물이 풍부한 곳)

- 유산균 중 산생성력이 가장 강하다 -> 유산균의 대표적인 genus - EMP 회로에 의해 6탄당 분해

- 3 개 group으로 분류 -> group I : obligately homofermentative -> group II : facultatively heterofermentative -> group III : obligately heterofermentative - group 별 세부 특징 : textbook table 4-1 참조

2) Streptococcus

- L-lactate 생성 (homofermentation) - catalase 음성catalase 음성

- 4개 group로 분류 -> 1. Pyogenic group -> 2. Viridans group -> 3. Lactic group

-> 4. Enterococcus group

용혈성이 중요 분류기준 4. Enterococcus group

☞ Hemolysis (용혈성)

- blood media 에서 배양 시 colony 주위의 혈액 용해 상태 a. ß-hemolysis :

- colony 주위의 clear zone 형성 - streptolysin(용혈소) O, S 생성 b. α-hemolysis :

- colony 주위 녹색환 혹은 갈색환 형성 - 부분적 용혈을 나타냄

- 용혈소 생성 없음용혈소 생성 없음

☞ Streptococcus 중 유산균으로 활용되는 중요균주별 특징 : text book table 4-3, 4-4 에서 정리

- 중온성, 10^oC에서 생장, 45^oC 이상 생장 못함 - homo-lactic fermentation

- Lc. lactis ssp. lactis : bacteriocin (nicin) 생성 -> 식품방부제로 활용 - 균주 장점은 plasmid에서 유래 -> 안정성이 낮음

- plasmid 유래 PEP-PTS(phosphoenolpyruvate-phosphotransferase system)에 의해 유당 이용

PEP-PTS

4) Enterococcus

- homo-lactic fermentation

- 내열성이 상대적으로 높음 -> 열처리 식품의 열처리 지표균내열성이 상대적으로 높음 > 열처리 식품의 열처리 지표균 - E. faecalis : 인체 심장내막염, 요로감염, 병원감염 원인균

- 상업적 probiotics 로 사용 -> 장내질병 예방, 치료, 동물사료 생균제

☞ Probiotics are products aimed at delivering living potentially at delivering living, potentially beneficial, bacterial cells to the gut ecosystem of humans and other animals

☞ Prebiotics are non-digestible food ingredients that stimulate the growth and/or activity of bacteria in the digestive system bacteria in the digestive system in ways claimed to be beneficial to health

5) Leuconostoc

- Leuc. mesenteroides 우유에서 발견되는 대표균

- citrate fermentation -> diacetyl acetoin 생성 -> 관능적 특성citrate fermentation > diacetyl, acetoin 생성 > 관능적 특성 - 치즈제조에 이용

- 김치유산균

- 유가공에 사용 시 phage 오염에 민감유가공에 사용 시 phage 오염에 민감 6) Pediococcus

- Tetrad (사연구균) - homo fermentation - 발효소시지 제조에 이용

- Ped. pentosaceus : bacteriocin 생성

- 유당 이용성 낮음 -> 생장을 위한 별도의 탄수화물 강화 필요 7) Bifidobacterium

유아의 분변에서 처음 분리 - 유아의 분변에서 처음 분리

- 모유 섭취 유아 장내균총의 90% ->이유식 후 10~20% 유지 ->노인 감소 - 최적온도 : 36~38^oC, 20^oC 이하에서 생육저해, 최적 pH : 6~7

절대혐기성 > CO 존재 하에 산소에 어느 정도 내성 가짐 - 절대혐기성 -> CO₂ 존재 하에 산소에 어느 정도 내성 가짐 - 균주에 따라 산소 감수성 차이

- 중요한 probiotic 균주