KR0180858B1 - 신규한 빙핵활성 미생물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 신규한 빙핵활성 미생물에 관한 것이다. 좀더 구체적으로, 본 발명은 신규한 빙핵환성 미생물 및 그의 식품 저장제로서의 용도에 관한 것이다. 본 발명자들은 식품가공용 빙핵단백질 제제로 이용될 수 있는 신규한 빙핵활성 미생물을 개발하기 위해, 농작물 및 식물잎으로부터 빙핵활성 미생물을 스크리닝하고 빙핵활성을 측정한 결과, 새로이 분리된 잔토모나스 계열(Xanthomonas sp.)에 속하는 미생물이 종래의 빙핵활성 미생물보다 우수함을 확인하였다. 따라서, 본 발명의 빙핵활성 미생물은 식품가공용 및 인공제설용 빙핵단백질 제제로서 이용될 수 있을 것이다.

Description

신규한 빙핵활성 미생물
본 발명은 신규한 빙핵활성 미생물에 관한 것이다. 좀더 구체적으로, 본 발명은 신규한 빙핵활성 미생물 및 그의 식품가공용 및 인공제설용 빙핵단백질 제제로서의 용도에 관한 것이다.
생물학적 원인에 의한 서리 및 냉해 현상은 지난 20여년 동안 빙핵의 생물학적 근원에 대한 연구가 많은 과학자들에 의해 진행되어, 식물의 상해 원인이 기후적인 영향에 기인한 단순한 현상이 아닌 미생물에 의해 촉진되는 생화학적 현상이라는 것이 밝혀지게 되었다(참조 : Schnell and Vali, Nature, 246(23) : 21-23(1973)). 또한, 상해의 원인이 미생물의 빙핵활성 단백질(ice nucleation protein)로부터 기인한다는 사실이 밝혀진 이후, 빙핵활성 단백질에 관한 연구가 본격적으로 시작되어, 이 단백질의 활성이 빙핵((ice-nuclei)으로 작용하는 기능을 가지고 있음을 알게 되었고, 단백질을 생산하는 미생물들은 식물잎의 표면에 서식하는 엽면 미생물(ephiphytic microorganisms)로 밝혀졌다.
이에, 일반적으로, 물은 0℃에서 어는 것으로 알려져 있으나, 실제로 순수한 물의 경우 -39℃정도의 과냉각 상태(super cooling condition)를 거쳐서 얼음이 된다. 그런데, 빙핵활성 단백질이 존재하면 -2℃ 내지 -4℃ 근처에서 물의 어는 점을 상승시켜 물의 결빙을 촉진시킨다. 즉, 결빙과정에서 물은 -39℃정도의 과냉각 상태를 필요로 하지만, 빙핵활성 단백질이 존재하면 -2℃ 내지 -4℃ 정도의 과냉각을 요구하므로, 그 만큼의 에너지를 절약할 수 있다. 이와 같은 에너지 절약효과를 도모할 수 있는 산업적 응용연구의 결과로, 빙핵활성 미생물을 냉동식품의 동결촉진제로 이용하면 냉동식품의 보존 및 빙과제조, 손실방지, 품질향상, 에너지절약 등에 기여할 수 있을 것이며, 액체식품의 동결농축 및 동결식품의 제조에도 큰 도움을 줄 수 있을 것이다. 또한, 인공강우촉진제로 이용하면 한발에 대비하여 인공강우를 유도할 수 있어서, 현재 현장시험을 진행하고 있다. 결론적으로, 빙핵활성과정이 관련된 전 산업분야에서 그 응용성을 찾을 수 있을 것으로 기대된다.
생물학적 빙핵활성에 대하여 매년 농작물에 심각한 피해를 주는 서리 냉해 자체를 줄이려는 연구와, 높은 빙핵활성을 각종 산업응용분야에 이용하고자 하는 연구가 집중적으로 진행되었다. 이와 같은 연구의 결과로, 상해방지 분야에서는 빙핵활성 미생물(ice nucleating microorganism)과 경쟁할 수 있는 일반 미생물이나 빙핵활성이 손실된 변이주를 만들어 빙핵활성 미생물을 방제하고자 하는 목적에 직접 이용하였으며(참조 : Lindemann and Suslow, Phytopathol., 77 : 882-886(1987)), 빙핵활성 미생물을 이용하는 분야에서는 빙핵활성 미생물이 인공제설의 촉진제로 널리 이용되고 있다.
특히, 빙핵활성 단백질의 식품산업에서의 이용가능성은 매우 커서, 냉동식품, 냉동건조식품, 동결농축, 동결조직화 등에 이용하려는 연구가 이미 활발히 진행되고 있다. 빙핵활성 미생물을 식품산업에 이용하여 얻을 수 있는 장점은 다음과 같다: 첫째, 에너지 절감 효과로서, 현재 동결농축 및 동결건조과정에서 온도를 -20 내지 -30℃까지 내려주어야 하지만, 빙핵활성 미생물을 이용할 때 -5℃이상의 온도에서도 결빙작용을 하므로 그 온도차이만큼 냉각에 필요한 에너지를 감소시킬 수 있다. 동결을 통한 농축이 여러 장점에도 불구하고 많이 쓰이지 않는 것은 온도를 낮추기 위해 많은 에너지가 요구되기 때문인데, 빙핵활성 미생물을 이용할 경우 에너지 요구량이 감소하므로 동결농축 또는 동결건조를 이용할 수 있다. 둘째, 빙핵활성 미생물을 식품가공단계에 이용하여 새로운 성질의 제품을 개발할 수 있다. 예를 들면, 빙핵활성 미생물을 알지네이트 젤(alginate gel)에 포괄시켜 간장 및 된장의 동결건조에 사용하여 빠른 동결작용에 의한 에너지 절감효과, 건조 후 다공성 구조로 인한 용이한 마쇄효과를 나타내었으며, 난백 등을 동결조직화시켜 빙핵활성 미생물을 넣지 않은 경우와는 다른 특이한 박편(flake) 모양의 조직을 얻었다. 빙핵활성 미생물을 이용하여 동결농축한 난백으로 만들어진 젤은 거품형성능과 안정성이 우수하였다고 보고된 바 있다(참조 : Michiko, W. et al., J. Food Eng., 22 : 453-473(1994); Keiko, K. et al., Biol. biotech. Biochem., 57(5) : 750-752(1993)).
이 밖에도, 초고압가공기기를 병용하여 고품질의 식품을 생산하기 위한 연구가 진행되고 있다. 빙핵활성 미생물을 이용하여 열에 의한 단백질의 변성없이 동결농축된 우유는 가압시 젤화 매개체(gelling agent)를 첨가하지 않아도 특이한 젤을 형성하며, 이 때 형성된 젤은 색상과 밝기가 우수하며 신선한 크림향을 가져 고품질의 디저트로서 가능성이 높다고 보고되고 있다(참조 : Rikimaru, H. et al., Agri. Biol. Chem., 53(11) : 2935-2939(1989)). 또한, 동결농축법을 이용해 딸기 페이스트를 빙핵활성 미생물을 이용해 농축시킨 후 가압하면, 현재 사용되고 있는 증발에 의한 농축 후 가열에 의해 형성되는 딸기쨈보다 천연의 향이 우수하며 보다 많은 비타민 C를 함유한 제품을 생산할 수 있다고 보고되고 있다(참조 : Michiko, W. et al., Agri. Biol. Chem., 55(8) : 2175-2176(1991)).
그러나, 이러한 빙핵활성 미생물의 활용은 슈도모나스(Pseudomonas)나 어위니아(Erwinia) 종과 같은 미생물들에 한정하여 집중 연구되어, 이들 미생물을 냉동 건조 공정이나 상업적으로 중요한 얼음이나 눈의 제조 및 식품 공정에 사용하는 방법들에 대해서는 널리 알려져 있으나, 슈도모나스 또는 어위니아 계열의 빙핵활성 미생물은 그 안전성이 충분히 보장되지 않았을 뿐더러, 식품가공용 빙핵단백질 제제에 사용하기에는 빙핵형성능이 더욱 개선되어야 하는 문제점이 야기되었다. 따라서, 선행 기술에 이용된 미생물들을 식품가공용 빙핵단백질 제제로서 이용하는 데 있어서, 빙핵형성능 및 안전성의 측면에서 이러한 문제점을 개선할 수 있는 신규한 빙핵활성 미생물의 개발 필요성이 필연적으로 대두되었다.
이에, 본 발명자들은 식품가공용 빙핵단백질 제제로 이용될 수 있는 신규한 빙핵활성 미생물을 개발하기 위해, 농작물 및 식물잎으로부터 빙핵활성 미생물을 스크리닝하고 빙핵활성을 측정한 결과, 새로이 분리된 잔토모나스 계열(Xanthomonas sp.)에 속하는 미생물이 종래의 빙핵활성 미생물보다 우수함을 확인하고, 본 발명을 완성하게 되었다. 결국, 본 발명의 주된 목적은 신규한 빙핵활성 미생물을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 전기 빙핵활성 미생물의 식품가공용 및 인공제설용 빙핵단백질 제제로서의 용도를 제공하는 것이다.
제1도는 본 발명의 신규한 빙핵활성 미생물의 지방산 조성을 분석한 가스 크로마토그램이다.
제2도는 본 발명의 빙핵활성 미생물과 종래의 빙핵활성 미생물들의 빙핵활성을 비교한 그래프이다.
본 발명자들은 대한민국 제주도 및 전라남도 지역에서 채취한 농작물 및 식물잎 시료로부터 빙핵활성을 지닌 균주를 탐색하여 16주를 분리한 다음, 이중 우수한 빙핵활성을 나타낸 4균주를 선정하여, 균주 동정을 위하여 일반적 미생물 특성을 조사하고 미디 도스 시스템(MIDI Dos System, Hewlett Packard 5890 SeriesⅡ MIS, USA)으로 지방산 조성을 분석한 결과, 이들 중 가장 우수한 활성을 나타내는 균주가 잔토모나스 계열의 신규한 빙핵활성 미생물임을 확인하였다. 이에, 전기 미생물을 잔토모나스 캄페스트리스 SYS 56-1(Xanthomonas campestris SYG 56-1)이라 명명하고, 생명공학연구소 유전자은행(KCTC)에 1996년 6월 21일에 기탁번호 KCTC0251BP으로 기탁하였다.
시판되는 빙핵활성 미생물과 종래기술의 빙핵활성 미생물을 본 발명의 빙핵활성 미생물과 빙핵활성능을 비교한 결과, 본 발명의 잔토모나스 캄페스트리스 SYG 56-1의 빙핵활성이 시판되는 슈도모나스 시링거 및 잔토모나스 캄페스트리스 INXC-1의 빙핵활성보다 우수함을 알 수 있었다. 아울러, 잔토모나스 캄페스트리스 계열의 미생물은 식품가공의 원료인 잔탄 고무의 생산에 이용되는 등 그 안전성이 충분히 입증되어 있는 바, 본 발명의 빙핵활성 미생물은 식품가공용 미생물제제로서 널리 이용될 수 있을 것이다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 설명하기 위한 것으로, 이들 실시예에 의해 본 발명의 범위가 한정되지 않는다는 것을 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자들에게 있어서 자명할 것이다.
[실시예 1 : 빙핵활성 미생물의 탐색 및 동정]
본 발명의 발명자들은 대한민국 제주도 및 전라남도 지역에서 채취한 농작물과 식물잎 시료로부터 다음과 같이 탐색하여 16주를 분리하였다. 즉, 채취한 시료를 멸균된 10mM 인산 완충액(pH 7.0)에 현탁시켜 이 현탁액을 -3.0℃ 및 -4.5℃의 냉각수조에서 일차로 빙핵활성을 측정하였고, 역가가 우수한 시료를 NA 고체배지(글리세롤 2.5%, 박토 펩톤 2.2g/ℓ, 뉴트리언트 브로스 2.7g/ℓ)에 도말하여 25℃에 배양한 후, 성장한 콜로니를 NA 액체배지에 배양하여 후술하는 실시예 2에 기술된 발리(Vali)의 동결 방울수 계측법(Drop freezing method)으로 빙핵활성능을 측정하였다. 이들 탐색균주 중 가장 우수한 빙핵활성능을 나타낸 4균주를 선정하여 버기스 매뉴얼(Bergy's Manual)에 등재된 공시균주와 비교하여 균주동정을 실시하였다(참조 : 표 1). 표 1에 나타낸 균주의 일반적 특성으로부터, 상기 본 발명의 균주가 잔토모나스 계열의 신규한 빙핵활성 미생물임을 확인하였다. 또한 생명공학연구소 유전자은행에서 미디 도스 시스템을 이용하여 지방산 조성을 분석한 가스 크로마토그램을 데이터베이스와 비교분석한 결과로부터도, 상기 균주가 잔토모나스 캄페스트리스와 지방산 조성이 유사한 신규한 균주임을 확인할 수 있었다. 이에, 전기 미생물을 잔토모나스 캄페스트리스 SYG 56-1(Xanthomonas campestris SYG 56-1)이라 명명하고, 생명공학연구소 유전자은행 (KCTC)에 1996년 6월 21일에 기탁번호 KCTC0251BP으로 기탁하였다.
[실시예 2 : 빙핵활성능의 측정]
빙핵활성 미생물의 배양시 배양배지의 조성은 각각 다음의 표 2와 같으며, 22℃에서 30시간 동안 회분배양하였다.
빙핵활성은 발리의 동결 방울수 계측법으로 측정하였다(참조 : Schnell, R. C and G. Vali, Nature, 236 : 163-165(1972)). 즉, 전술한 배양배지에 배양한 피검균을 10mM의 인산완충액(pH 7.0)에 현탁시켜 세포수를 3×109/㎖이 되도록 현탁액을 제조하고, 10mM의 인산완충액(pH 7.0)으로 연속희석하여 일련의 10배 희석액을 제조하였다. 이 희석액들을 파라핀으로 코팅된 알루미늄 블록에 5㎖씩 20방울을 분주하여 냉각수조(refrigerated batch circulater, JEIO TECH, Korea)에 올려 놓은 후, 0℃에서 -10℃까지 일정한 속도로 냉각시키면서 과냉각 온도(supercooling temperature)에 따른 동결 방울수를 계수하여 다음 식에 따라 계산하였다 :
[실시예 3 : 본 발명의 빙핵활성 미생물의 빙핵활성능]
실시예 2의 방법으로, 시판되는 빙핵활성 미생물과 종래기술의 빙핵활성 미생물을 본 발명의 빙핵활성 미생물과 빙핵활성능을 비교하였다. 즉, 시판 빙핵활성 미생물제제인 스노맥스(Snomaxtm, Genencor, USA)의 슈도모나스 시링거(ATCC53543)와 본 발명의 신규한 빙핵활성 미생물인 잔토모나스 캄페스트리스 SYG 56-1(KCTC0251BP)와 공지된 빙핵활성 미생물인 슈도모나스 시링거(KCTC1832) 및 잔토모나스 캄페스트리스 INXC-1을 각각 22℃에서 전기의 배양배지에 30시간 배양하여, 동결건조하고 살균하여 균체 수가 109/㎖이 되도록 10mM 인산완충액(pH 7.0)에 현탁하였다. 그런 다음, 107배 까지 10배 희석방식으로 연속 희석하여 각 희석단계별로 알루미늄 블록에 5㎕의 방울을 각각 20방울씩 떨어뜨린 다음, 알루미늄 블록의 온도를 0℃에서 -10℃까지 분당 0.6℃씩 낮추면서 각각의 과냉각된 방울의 수를 측정하였다. 얻어진 측정값으로부터 실시예 2의 공식을 이용하여 산출한 누적 방울수의 과냉각온도와의 상관관계를 제2도에 나타내었다. 제2도에서, (-○-)는 시판되는 빙핵활성 미생물제제인 스노맥스의 빙핵활성을 나타내며, (-●-)는 본 발명의 신규한 빙핵활성 미생물인 잔토모나스 캄페스트리스 SYG 56-1(KCTC0251BP)의 빙핵활성을 나타내며, (-□-)는 공지된 빙핵활성 미생물인 슈도모나스 시링거(KCTC1832), (-■-)는 잔토모나스 캄페스트리스 INXC-1의 빙핵활성을 각각 나타낸다. 제2도에서 보듯이, 본 발명의 잔토모나스 카페스트리스 SYG 56-1의 빙핵활성이 시판되는 스노맥스와 슈도모나스 시링거 및 잔토모나스 캄페스트리스 INXC-1의 빙핵활성보다 우수함을 알 수 있다.
이상에서 상세히 설명하고 입증하였듯이, 본 발명은 종래의 빙핵활성 미생물보다 빙핵활성이 뛰어난 신규 빙핵활성 미생물을 제공한다. 본 발명의 빙핵활성 미생물은 식품가공용 및 인공제설용 빙핵단백질 제제로서 이용될 수 있을 것이다.

Claims (4)

  1. 빙핵활성을 나타내는 잔토모나스 캄페스트리스 SYG 56-1(Xanthomonas campestris SYG 56-1).
  2. 제1항의 잔토모나스 캄페스트리스 SYG 56-1(Xanthomonas campestris SYG 56-1)을 유효성분으로 포함하는 빙핵단백질 제제.
  3. 제2항에 있어서, 식품가공용으로 사용되는 것을 특징으로 하는 빙핵단백질 제제.
  4. 제2항에 있어서, 인공제설용으로 사용되는 것을 특징으로 하는 빙핵단백질 제제.
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