KR0123946B1

KR0123946B1 - 새로운 박테리오신 생산 유산균

Info

Publication number: KR0123946B1
Application number: KR1019940022715A
Authority: KR
Inventors: 김상교; 백영진; 오세종; 이상준
Original assignee: 이은선; 한국야쿠르트주식회사
Priority date: 1994-09-09
Filing date: 1994-09-09
Publication date: 1997-11-25
Also published as: KR960010851A

Abstract

유산균이 생산하는 항균활성 물질중에는 젖산, 과산화수소, 디아세틸, 박테리오신이 있다. 그중, 박테리오신은 여러가지 특성에서 일반 항생물질과 구분이 되는 항균물질로서, 섭취되었을 때 인체내 효소 작용으로 분해가능하므로, 인체내에 축적되지 않는 장점을 지닌 항균물질이다.

종래의 박테리오신 생산 균들은 주로 같은 속에 속하는 균들에 한해 좁은 향균활성을 나타내었지만, 본 발명에 의한 균은 항균 범위가 넓고 그램 양성균 뿐만 아니라 대장균과 슈도모나스균과 같은 그램 음성균에 대해서도 뛰어난 항균 효과를 나타낸다.

본 발명의 새로운 박테리오신 생산 균주는 유제품에서 분리하여 동정한 락토코커스속 HY449(Lactococcus sp. HY449; 한국 종균협회에 락토코커스 sp. HY49로 기탁; 1994년 9월2일자; 기탁번호 제KFCC-10842호)이다.

본 발명에 따른 락토코커스속의 새로운 박테리오신 생산 유산균은 광범위한 미생물의 생육을 억제하며 식품, 의약품, 생활용품에 폭넓게 사용될 수 있다.

Description

새로운 박테리오신 생산 유산균

본 발명은 항균 범위가 넓고 그램 양성균 뿐만 아니라 그램 음성의 대장균에 대해서도 항균력을 나타내는 락토코커스속(Lactococcus sp.)의 새로운 박테리오신(bacteriocin)생산 유산균에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 박테리오신을 생산하여 유해 미생물의 생육을 억제하며 식품, 의약품, 생활용품에 광범위하게 사용될 수 있는 새로운 유산균에 관한 것이다.

최근에 와서 식품에 대한 소비자의 욕구는 신선하고 천연 그대로이며 방부제의 무첨가 등을 지향하고 있다. 수년전까지만 해도 이 모든 욕구는 오직 저온 저장을 통한 식품 유통으로 해결될 수 있었지만, 저온성 병원균인 리스테리아 모노시토게네스(Listeria monocytogenes)가 발견됨으로서, 이 방법만으로는 식품의 안전성을 보장할 수 없게 되었다.

한편, 유산균은 최종 대사산물로 젖산을 상당량 생산하는 세균을 말하며 대표적인 저장 식품인 요구르트, 버터, 치즈 같은 자연 발효 식품 및 김치 등의 발효과정에서 식품의 맛을 개선하는 풍미를 부여함과 동시에 식품의 부패를 방지하고 항균 활성 물질을 생성하여 유해 세균을 억제하므로서 식품의 저장성 및 안전성을 갖게 한다.

유산균이 생산하는 항균활성 물질중에는 젖산, 과산화수소, 디아세틸, 박테리오신이 있다. 박테리오신은 여러가지 특성에서 일반 항생물질과 구분이 되는 향균물질로 그램 양성 젖산균에 의하여 생산되고 그 대부분이 저분자량의 단백질로 구성되어 있으며 유사한 종에만 작용을 한다고 알려져 있다. 유제품 및 발효식품에 이용되고 있는 균중 박테리오신을 생산하는 균은 페디오코쿠스 spp., 락토바실러스 spp., 류코노스톡 spp. 및 락토코쿠스 spp. 등이 있다.

박테리오신은 대부분 좁은 항균 범위를 가지고 있다. 그러나, 몇몇 박테리오신의 경우는 비교적 광범위한 항균범위를 가지고 있어 유제품, 육제품, 사료, 곡류 등 여러가지 식품 및 사료의 저장성 향상에 사용될 수 있으며, 리스테리아(Listreria) 및 박테리아 포자, 저온성균, 병원성균, 부패 미생물의 제어에도 사용될 수 있다. 또한, 박테리오신은 천연적인 단백질이기 때문에 식품에 첨가했을 때 최소의 열처리와 저온 유통으로 안전성을 확보할 수 있으며 섭취되었을 때 인체내 효소 작용으로 분해되므로 축적되지 않는 장점이 있다.

현재 상업적으로 이용되고 있는 박테리오신은 락토코커스 락티스 subsp. 락티스가 생산하는 나이신(Nisin)이 있다. 나이신의 성질과 항균성은 그후 많은 연구를 거쳐서 밝혀졌으며, 이 항생물질 또는 그 생산율을 치이즈에 첨가하므로서 잡균 오염에 억제에 성공하였다. 즉, 나이신은 아미노산 34개로 구성된 폴리펩티드로 섭취되었을 때 인체내의 효소에 의하여 분해되어 독성이 없으므로 식품보존제로 그 적용이 확대되어 왔고 영국, 미국, 프랑스, 이탈리아 등 여러 나라에서 식품에 10ppm농도의 첨가를 허가하고 있다.

그러나, 나이신은 대장균에는 효과가 없으므로, 치이즈에 첨가시, 치이즈 제조의 초기에 가스 팽창을 일으키며, 장기 숙성 치이즈에서는 나이신의 활성상실에 의해 낙산균(酪酸菌)포자가 발아하여 결함을 가져오므로 신중한 제조 관리가 요구되고 있다.

또한, 위에서 언급한 것 외에도 대장균 등을 억제하는 L. 액시도필러스의 항균성, 낙산균을 억제하는 Str. 락티스의 길항작용 등의 연구가 있어 왔다.

본 발명자들은 박테리오신 생산 균주에 관해 연구해 오던 중, 종래의 박테리오신 생산 균들에 비해, 넓은 항균력을 나타내며, 특히 대장균과 슈도모나스와 같은 그램 음성균에 대해서도 항균력을 나타내는 새로운 박테리오신 생산 균주를 유제품으로부터 분리해내는데 성공하였다.

본 발명에 따른 박테리오신 생산 균주는 유제품에서 분리하여 동정한 락토코커스 sp. HY 449(한국 종균협회에 락토코커스 sp. HY49로 기탁; 1994년 9월2일자; 기탁번호 제KFCC-10842호)이다. 즉, 본 균주는 유제품으로부터 분리한 균주로, 원유를 채취하여 생리 식염수에 연속적으로 희석한 후 유산균 배양 배지인 엠알에스(MRS) 평판 배지에 도말하여 37℃ 배양기에서 24시간 배양하였다. 배양결과 생긴 균의 집락으로부터 단일 균주별로 분리하여 각각을 브로모크레졸 퍼플이 함유되어 있는 비시피(BCP) 평판 배지에 도말하여 위와 동일한 방법으로 배양한 결과, 유산의 생성으로 배지가 자주색에서 노랑색으로 변하는 집락을 얻었다. 분리된 유산 생산균중에서 박테리오신 생산 균주를 선발하기 위해 지시균이 중층된 평판 배지위에 도말하여 24시간 배양한 후 억제환이 생성된 균주를 다시 순수 분리하였다.

본 발명에 사용된 락토코커스속 HY449의 특성은 다음과 같다.

1) 균의 형태

엠17-글루코스(M17G) 한천 평판배지에서 32℃, 2일간 배양했을때 균의 형태

① 세포의 크기 : 0.6-1.0㎛(직경)

② 세포의 형상 : 타원형

③ 운동성 : 없음

④ 포자형성능 : 없음

⑤ 그램(Gram)염색 : 양성

2) 균총의 형태

엠17-글루코스 한천 배지에서 32℃, 2일간 배양했을 때 균총의 형태

① 형상 : 원형

② 크기 : 0.5-1.5㎛(직경)

③ 융기 : 볼록

④ 색조 : 황백색

⑤ 표면 : 원활

3) 생리적 성질

생육온도 : 생육온도범위 : 8-43℃

최적온도 : 30-37℃

생육 pH : 최적 pH : 5.0-7.0

생육 pH : 4.5-7.5

산소의 영향; 통성혐기성

4) 카탈라제(catalase) : -

5) 옥시다제(oxydase) : -

6) 가스생성 여부 : -

7) 0.1% 메틸렌블루 : +

8) 알기닌 가수분해 : +

9)10℃에서 생육 : +

10) 45℃에서 생육 : -

11) 4% NaCl에서 생육 : -

12) pH 9.6에서 생육 : -

13) 글리세롤 : -

14) 에리스리톨 : -

15) 아라비노스 : -

16) 리보스 : +

17) 크실로오스 : -

18) 아도니톨 : -

19) 갈락토스 : +

20) 포도당 : +

21) 과당 : +

22) 만노오스 : +

23) 소르보스 : -

24) 람노오스 : -

25) 덜시톨(dulcitol) : -

26) 이노시톨 : -

27) 만니톨 : +

28) 소르비톨 : -

29) 아미그달린 : -

30) 아부틴 : +

31) 에스큘린 : +

32) 살리신 : +

33) 셀로비오스 : +

34) 말토스 : +

35) 락토스 : -

36) 멜리비오스 : -

37) 자당 : +

38) 이눌린 : -

39) 라피노스 (raffinose) : -

40) 전분 : +

* 엠17-글루코스 배지 조성

트립신 5g

소이톤 5g

포도당 5g

육엑기스 5g

효모엑기스 2.5g

아스코르빅 산 0.25g

마그네슘 설페이트 5g

디소디움베타글리세로 포스페이트 19g

증류수 1ℓ

이상과 같이 락토코커스속 HY449 균주는 비시피 한천 배지에서 1일 배양했을 때 노란색으로 색깔 변화가 일어났고 그램 양성, 통성혐기성, 카탈라제(Catalase)음성이며 전자현미경상으로 타원형의 구균으로 생장단계에 따라 단독으로 존재하거나 2개 정도의 짝을 이루는 것도 발견되고 있다. 또한, 포도당으로부터 기체가 형성되지 않은 것으로 보아 편성 동종발효형(homofermentative) 락토코커스속 유산균으로 인정된다.

현재, 편성 동정발효형 락토코커스속 유산균으로는 락토코커스 락티스 서브스피시스 락티스, 락토코커스 락티스 서브스피시스 디아세틸락티스, 락토 코커스 락티스 서브스피시스 크레모리스가 있으며, 본 발명 균주는 디아세틸을 생산하지 못하고 알기닌을 가수분해하지 못하는 것으로 보다 락토코커스 락티스 서브스피시스 락티스와 유사하지만 락토스와 살리신을 자화하지 못하는 것이 다르다.

이상의 이유에서, 본 발명에 따른 균은 기존의 균종관과는 다른 새로운 균종임을 알 수 있다. 본 발명에 의한 락토코커스속 HY449는 엠알에스, 엠17-글루코스 배지에서 생육하여 박테리오신 활성도 높다.

이하 본 발명을 실시예에 의하여 더욱 상세히 설명하고자 한다.

[실시예1]

균주 분리

원유를 채취하여 생리 식염수에 연속적으로 희석한 후 유산균 배양 배지인 엠알에스 평판배지에 도말하여 37℃ 배양기에서 24시간 배양하였다. 배양 결과 생긴 균의 집락으로부터 단일 균주별로 분리하여 각각을 브로모크레졸 퍼플이 함유되어 있는 비시피 평판배지에 도말하여 위와 동일한 방법으로 배양한 결과 유산의 생성으로 배지가 자주색에서 노랑색으로 변하는 집락을 얻었다. 이에 사용된 비시피 평판배지와 엠알에스 배지의 조성은 다음과 같다.

* 엠알에스 배지의 조성

펩톤 10g

육엑기스 10g

효모 추출물 5g

포도당 20g

트윈 80 1g

암모늄 시트레이트 2g

나트륨 아세테이트 5g

마그네슘 설페이트 0.1g

망간 설페이트 0.05g

디포타슘 포스페이트 2g

증류수 1ℓ

* 비시피 아가 배지의 조성

효모 엑시스 5g

펩톤 5g

포도당 1g

한천 15g

브로모크레졸 퍼플 0.06-0.04g

증류수 1ℓ

분리된 유산 생산균중에서 박테리오신 생산 균주를 선발하기 위해 지시균이 중충된 평판배지위에 도말하여 24시간 배양한 후 억제환이 생성된 균주를 다시 순수 분리하였다. 선발된 균주의 동정은 버기스 메뉴얼(Bergey's manual)에 따라 10℃와 45℃의 배양기에 배양하여 온도 감수성을 측정하고 pH 9.6인 배지에서 성장 여부를 측정하였으며 탄수화물의 자화성를 측정하였다. 탄수화물의 자화성 측정은 엠알에스 배지중 육엑기스와 포도당을 제외하며 각 탄수화물을 1-2% 첨가하여 실시하며 자화성 여부는 클로로페놀레드를 0.05% 첨가하여 균의 성자에 따라 생성된 유산에 의해 지시약의 색깔이 자주색에서 황갈색으로 변하는 것으로 확인하였다.

[실시예2]

항균 활성의 측정

항균 활성 측정은 다음과 같이 했다. 엠알에스 한천 배지(1.5%한천)를 페트리디쉬에 20㎖씩 분주하여 굳게 한후 다시 지시균이 1.0×10⁷c.f.u/㎖ 접종된 한천 배지(0.75%)를 3㎖씩 중충하여 4℃에서 1일 보관했다. 엠17-글루코스 액체 배지에서 락토코커스 HY449 균주를 16시간 배양한 후 배양여액을 여과하여 중충한천 배지에 점적했다. 각 지시균들의 최적 생장 온도에서 16시간 배양한 후 억제환 생성 여부로 항균 활성을 측정했다. 이 결과가 이하의 표1에 열거되어 있다.

(+ : 저해됨, - : 저해되지 않음)

이 실험의 결과, 종래의 박테리오신 생산 균들이 주로 같은 속에 속하는 균들에 한해 좁은 항균활성을 나타내었지만, 본 발명에 의한 균은 항균 범위가 넓고 그램 양성 균 뿐만 아니라 대장균과 슈도모나스균과 같은 그램 음성균에 대해서 항균 효과를 나타내었다.

[실시예3]

카탈라제의 영향

엠17-글루코스 배지에서 락토코커스속 HY449 균주를 32℃, 16시간 배양한 후 원심분리하여 얻은 상등액에 카탈라제를 1㎎/㎖ 농도로 첨가하였다. 37℃에서 2-3시간 반응시켜 활성의 소설여부를 살펴본 결과 카탈라제 처리시 활성이 유지되었는데 이는 과산화물에 의한 항균작용이 아님을 의미한다.

[실시예4]

pH의 영향

락토코커스속 HY449 배양 상등액과 동일한 농도의 젖산용액을 만들어 지시균으로 사용된 락토바실러스 퍼멘텀이 중충된 한전 배지위에 점적했을 때 억제환이 나타나지 않는 것으로 보아 젖산에 의한 항균작용이 아님을 알 수 있었다.

[실시예5]

열처리의 영향

락토코커스속 HY449 배양 상등액을 100℃에서 10분 열처리한 후 락토바실러스 퍼멘텀이 중충된 한천 배지에 점적했다. 항균활성이 그대로 유지되어 박테리오파지 작용에 의한 항균활성이 아님을 알 수 있다.

[실시예6]

효소처리의 영향

박테리오신은 폴리펩티드이므로 단백질 분해효소에 의해 분해되어 활성이 소실된다. 단백질 분해효소로 사용되는 프로테아제 Ⅳ, 알파-키모트립신(α-chymotrypsin), 트립신을 Tris-HCl 완충 용액에 1㎎/㎖ 농도로 녹여 배양 상등액과 1:1 혼합하여 37℃에서 2시간 배양하였다. 실시예 5처럼 활성의 소실 여부를 관찰해 온 결과 프로테아제 Ⅳ에 의해 활성이 완전히 소실되었다.

이상의 결과 락토코커스속 HY449는 박테리오신을 생산하여 항균력을 나타내는 균주임을 알 수 있다.

Claims

다음 미생물의 생육을 억제하는 락토코커스속(Lactococcus sp.)의 새로운 박테리오신 생산 유산균(한국 종균협회에 락토코커스 sp. HY49로 기탁; 1994년 9월2일자; 기탁번호 제KFCC-10842호)

1) 락토바실러스 델부루에키(Lactobacillus delbrueckii IFO 3202)

2) 락토바실러스 퍼멘텀(Lactobacillus fermentum IFO 3023)

3) 락토바실러스 락티스 서브스피시스 락티스(Lactobacillus lactis subsp. lactis ML3)

4) 류코노스톡 메센테로이데스(Leuconostoc mesenteroides KFCC 11324)

5) 대장균(Escherichia coli A2)

6) 슈도모나스 플루오레슨스(Pseudomonas fluorescence)

7) 스타필로코커스 오레우스(Staphylococcus aureus)

8) 스타필로코커스 에피더미디스(Staphylococcus epidermidis KFCC 35494)

9) 리스테리아 모노사이토게네스(Listeria monocytogenes ATCC 15313)

10) 리스테리아 모노사이토게네스(Listeria monocytogenes ATCC 35152)