KR101616743B1 - 해조류를 함유한 유산균 배양용 배지 조성물 - Google Patents

Abstract

폐기되는 미역을 미생물 배양용 배지, 특히, 유산균 배양용 배지에 있어 종래 pH 조절을 위해 완충액으로 첨가되는 합성 화학물질을 대체하여 활용할 수 있는 방안이 개시된다. 본 발명은 탄소원, 질소원 및 완충액을 포함하는 유산균 배양용 배지 조성물에 있어서, 상기 완충액은 해조류를 함유하는 것을 특징으로 하는 유산균 배양용 배지 조성물을 제공한다.

Description

해조류를 함유한 유산균 배양용 배지 조성물{CULTURE MEDIUM FOR LACTIC ACID BACTERIA CONTAINING SEAWEEDS}

본 발명은 유산균 배양용 배지 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 탄소원, 질소원 및 완충액을 포함하는 유산균 배양용 배지 조성물에 관한 것이다.

본 발명은 2013년 산업통상자원부에서 지원하는 '호남권 광역경제권 선도산업'의 일환으로 수행된 연구로부터 도출된 것이다.

[과제고유번호: R0002194, 과제명: 제약공정용 미생물 생배지 국산화 및 해양수산물을 이용한 유산균 증식배지 개발]

유산균은 인간의 식생활에 있어 고대로부터 이용되어 왔던 미생물의 하나로서, 우리나라에서는 김치나 된장과 같은 발효 식품에, 서양에서는 치즈와 같은 유가공 발효 식품에 많이 이용되어 왔으며, 최근에는 유산균에 대한 연구가 활발히 진행되어 일반 식품 뿐만 아니라 건강기능 식품 및 의약품으로 이용되는 등 그 응용범위가 넓어지고 있다. 구체적으로 유산균은 사람이나 동물의 소화관이나 수십 종의 농산물에 이르기까지 자연계에 널리 분포되어 있으며, 요구르트, 유산균 음료, 치즈, 발효버터, 된장, 간장, 김치, 소시지 등의 식품에서 유산균체제 등의 약품 제조나 사료첨가제에 이르기까지 적극적으로 이용되고 있다.

이러한 유산균을 이용하여 발효시킨 식품은 영양적인 가치 뿐만 아니라 여러 가지 생리적인 효과가 있는 것으로 알려져 있다. 또한, 생성된 유산이 제품의 보존기간을 늘려주며, 특유의 상쾌한 신맛을 주고, 유해 미생물에 대한 생장 억제 기능을 발휘하며, 유단백질의 소화율을 높이고, 칼슘, 철, 인 등의 흡수를 촉진시키는 다양한 장점을 가지고 있다. 현재까지 밝혀진 유산균의 건강 효과는 정장작용으로 설사, 변비 예방, 유해 세균 억제로 장암 및 노화 방지, 비타민 생성으로 발육촉진, 콜레스테롤 조절로 성인병 예방 및 면역력 증강 등이다. 또한, 유산균은 장내에서 병원균 증식을 억제하고, 장내 상피세포나 면역세포로 하여금 면역 능력을 조절하는 물질을 생산하도록 유도하며, 병원균과 경합하여 병원균의 증식을 억제하고, 이차적으로는 항생제 치료나 외부 환경 변화에 대해 장내 세균총의 항상성을 유지하게 하는 것으로 보고되고 있다.

최근 들어서는 장내 유익균의 기능, 즉, 장내의 산도를 내려 장의 운동을 촉진시켜 음식물의 소화와 영양소의 흡수를 돕고, 유해물질의 생성을 억제함과 동시에 분해하며, 비타민 및 아미노산을 합성하고, 병원균의 장관감영을 방어하고, 면역력을 높이는 등의 유산균의 중요한 역할 수행에 주목하여, 유산균을 분리하여 건강기능 식품이나 의약품으로서 제품화하려는 다양한 노력이 활발히 진행되고 있다.

유산균 관련 제품을 생산하기 위한 유산균의 배양에는 다양한 조성을 가진 배양 배지가 사용되고 있는데, 일반적으로 사용되고 있는 MRS 배지의 경우 유산균 배양 수행 시 배양 24시간 정도 이후에는 pH가 3 정도까지 떨어져 유산균 균체수 저하로 생장에 문제가 발생하게 된다. 이러한 문제를 해결하고자 산도 조절을 위해 MRS 배지에 암모니아, 수산화나트륨 등의 염기성 화학물질을 첨가함으로써 인위적인 pH 조절을 시도하게 되는데, 유산균은 균체를 바로 동결건조하여 사용하게 되므로 사용할 수 있는 화학물질의 종류가 제한되며 높은 단가로 인해 유산균 제품 자체의 가격 상승의 원인이 되고, 특히, 염기성 화학물질의 추가 첨가는 유산균의 발효 식품으로의 이용이라는 기능적 용도에 결코 바람직하지 않은 문제가 있다.

한편, 해조류는 양적으로 매우 풍부한 식품으로, 일반적으로 단백질이 10% 정도 포함되고 있으며, 당질은 30~40% 정도 포함되어 있으나, 식무성 섬유질이라 칼로리로는 발현되지 않는다. 해조류에는 건강에 필수적인 여러 가지 무기염류가 많이 함유되어 있고, 동시에 단백질과 같은 체구성 영양소도 함유되어 있다. 김, 미역, 다시마와 같은 해조류에는 칼륨 이온이 많이 함유되어 있고, 화학적으로 대단히 우수한 알칼리성 식품으로 활용되고 있다. 또한, 미역의 경우 장 운동을 원활하게 해주는 등 각종 약리작용이 알려지면서 건강에 관심 많은 현대인에게 단순한 식용 식품이 아닌 건강기능 식품으로서도 주목받고 있으며, 그 수요도 꾸준히 늘고 있다.

이러한 미역은 우리나라에서 양식되어 생산되는 양이 미역 엽체의 가식부를 기준으로 연간 약 50만여 톤에 이르고 있으나, 가식부 양의 약 40~50%에 이르는 뿌리, 줄기, 어린잎, 포자엽 등은 미역 폐기물로서 그대로 바다에 투기되어 환경오염의 원인이 되고 있다. 즉, 투기된 폐기물은 양식장 아래에 쌓여 해저에 서식하는 폐류 등의 저생생물들을 사멸시키고, 그대로 조류에 밀려 연안 바위틈에 쌓여 어류의 회유와 산란장을 없애고, 또한, 폐기물의 분해된 부유물들은 바다물의 투과광을 감소시키고, 양식중의 미역 엽체에 가라않아 미역의 생리저하를 가져와 성장하기도 전에 노쇄해 버리는 현상이 심화되고 있다. 그러나, 이러한 폐기되는 미역을 활용한 예는 극히 드물고, 미생물, 특히, 유산균 배양용 배지에 사용한 사례는 보고된 바 없다.

[선행특허문헌]

- 등록특허공보 제0453376호(2004.10.15)

- 등록특허공보 제0623626호(2006.09.19)

따라서, 본 발명은 폐기되는 미역을 미생물 배양용 배지, 특히, 유산균 배양용 배지에 있어 종래 pH 조절을 위해 완충액으로 첨가되는 합성 화학물질을 대체하여 활용할 수 있는 방안을 제시하고자 한다.

전술한 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 탄소원, 질소원 및 완충액을 포함하는 유산균 배양용 배지 조성물에 있어서, 상기 완충액은 해조류를 함유하는 것을 특징으로 하는 유산균 배양용 배지 조성물을 제공한다.

또한, 상기 완충액은 pH 조절 성분으로 합성 화학물질을 함유하지 않은 것을 특징으로 하는 유산균 배양용 배지 조성물을 제공한다.

또한, 상기 해조류는 미역 또는 다시마인 것을 특징으로 하는 유산균 배양용 배지 조성물을 제공한다.

또한, 상기 미역 또는 다시마는 건조 분말, 착즙액 및 추출물로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 형태로 함유되는 것을 특징으로 하는 유산균 배양용 배지 조성물을 제공한다.

또한, 상기 유산균은 락토바실러스 속(Lactobacillus sp.), 락토코쿠스 속(Lactococcus sp.), 스트렙토코쿠스 속(Streptococcus sp.), 류코노스톡 속(Leuconostoc sp.) 및 페디오코쿠스 속(Pediococcus sp.)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 유산균 배양용 배지 조성물을 제공한다.

본 발명에 따르면, 탄소원, 질소원 및 완충액을 포함하는 유산균 배양용 배지 조성물에 있어, 해조류를 함유하는 완충액을 사용하여 종래 pH 조절을 위해 첨가되는 합성 화학물질의 사용 없이도 유산균 배양 시 pH 저하 없이 만족스러운 배양이 수행될 수 있도록 하는 효과가 있다.

또한, 기능성 유산균의 주된 목적인 정장작용이며, 이를 위해 미역 등 해조류를 이용함으로써 배양 시 해조류의 식이섬유 등이 정장작용에 시너지 효과를 나타내도록 할 수 있다.

또한, 폐기되는 천연 식물자원을 활용함으로써 새로운 부가가치 창출 뿐만 아니라 환경오염을 예방하는 효과도 있다.

도 1은 기존 배지를 이용한 유산균의 고농도 배양에서 pH를 조절하지 않은 경우와 암모니아를 이용하여 pH를 각각 5 및 6으로 조절한 경우에 대해 발효기 배양을 실시한 후 발효시간에 따른 pH 및 흡광도(600㎚)를 측정한 결과를 나타낸 그래프,
도 2는 해조류 함유 배지를 이용한 유산균의 고농도 배양에서 발효 시간에 따른 흡광도(600㎚) 및 생균수를 측정한 결과를 나타낸 그래프.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참고하여 상세하게 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.

본 발명자들은 탄소원, 질소원 및 완충액을 포함하는 유산균 배양용 배지 조성물에 있어, 종래 pH 저하 방지를 위해 완충액으로 암모니아, 수산화나트륨 등 합성 화학물질을 첨가하는 사실에 직시하고, 합성 화학물질을 천연물질로 대체하면서도 유산균의 고농도 배양을 구현할 수 있는 첨가물질에 관해 예의 연구를 거듭한 결과, 미역 등 해조류를 첨가할 경우 합성 화학물질의 첨가 없이도 산도 저하에 따른 유산균 생장 저해를 방지할 수 있음을 발견하고 본 발명에 이르게 되었다.

따라서, 본 발명은 탄소원, 질소원 및 완충액을 포함하는 유산균 배양용 배지 조성물에 있어서, 상기 완충액은 해조류를 함유하는 것을 특징으로 하는 유산균 배양용 배지 조성물을 개시한다.

본 발명에서 배지 조성물은 기본적으로 탄소원, 질소원 등 유산균 배양에 최소로 요구되는 성분들을 함유하는 것으로, 예컨대, 공지의 MRS 배지에 기초할 수 있다.

이때, 탄소원은 글루코오스(glucose), 말토오스(maltose), 락토오스(lactose), 셀로비오스(cellobiose), 만노오스(mannose), 트레할로오스(trehalose), 프룩토오스(fructose), 멜리비오스(melibiose), 갈락토오스(galactose), 라피노오스(raffinose), 수크로오스(sucrose), 스타키오스(stachyose), 만니톨(mannitol), 아라비노오스(arabinose), 소비톨(sorbitol), 자일로오스(xylose), 에스쿨린(esculin), 람노오스(rhamnose), 살리신(salicin) 등이 사용될 수 있고, 바람직하게는 글루코오스, 말토오스, 락토오스, 갈락토오스, 수크로오스, 소비톨, 프룩토오스 또는 자일로오스가 사용될 수 있고, 더욱 바람직하게는 글루코오스, 말토오스, 락토오스, 갈락토오스, 수크로오스, 프룩토오스 또는 소비톨이 사용될 수 있고, 가장 바람직하게는 글루코오스, 말토오스 또는 락토오스가 사용될 수 있다.

또한, 질소원으로는 카제인, 비프 추출물과 같은 동물성 질소원, 펩톤과 같은 식물성 질소원, 효모 추출물과 같은 질소원이 다양하게 사용될 수 있고, 이 외에도 다양한 미량원소를 함유할 수 있다. 여기서, 미량원소라 함은 유산균의 적합한 성장, 증식 및 생리에 요구되는 최소한의 양의 성분을 의미하며, 예컨대, 나트륨, 마그네슘, 인, 칼륨, 칼슘, 망간, 철, 코발트, 니켈, 구리, 아연, 세륨, 몰리브덴 등을 포함할 수 있다.

본 발명에서 완충액은 유산균 배양 시 완충액이 포함되지 않을 경우 배지 조성물의 pH가 3 정도까지 저하되어 발생되는 유산균 생육 억제를 방지하고자 첨가되는 것으로, 종래 암모니아, 수산화나트륨 등 염기성 화학물질 첨가를 유의적으로 배제하고, 해조류가 함유된 완충액이 사용된다.

상기 해조류로는 미역, 다시마, 톳, 모자반, 김, 우뭇가사리, 풀가사리, 파래, 청각, 청태, 매생이, 감태, 대황, 카라기닌 등이 사용될 수 있으나, 미역 또는 다시마를 이용할 경우 pH 저하 방지와 함께 고농도의 유산균 배양이 가능하며, 가장 바람직하게는 미역이 사용될 수 있다. 미역 또는 다시마를 이용할 경우 배지 조성물에 다양한 방식으로 첨가될 수 있다. 예컨대, 건조 분말이나 착즙액 형태로 첨가될 수 있으며, 각종 추출 방법을 이용하여 제조될 수 있는 추출액 형태로 첨가될 수도 있음은 물론이다.

본 발명에 따른 배지 조성물을 이용하여 배양시킬 수 있는 유산균으로는 일반적으로 사용되고 있는 락토바실러스 속(Lactobacillus sp.), 락토코쿠스 속(Lactococcus sp.), 스트렙토코쿠스 속(Streptococcus sp.), 류코노스톡 속(Leuconostoc sp.) 및 페디오코쿠스 속(Pediococcus sp.) 유산균이 적용될 수 있고, 바람직하게는 락토바실러스 속 유산균이 적용될 수 있다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

기존 배지를 이용한 유산균 배양

기존 배지를 이용한 유산균 배양 상태를 확인하기 위해 김치에서 분리한 유산균주(Lactobacillus sp)에 대하여 하기 표 1에 나타낸 조성의 MRS 배지를 이용한 플라스크 기본 배양을 30℃, 400rpm 및 pH 5 조건에서 실시하고, 배양시간대별 흡광도 및 생균수를 측정하여 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다. 생균수 측정을 위해 배양액을 0.1% 생리식염수로 10배씩 연속적인 희석을 시키고 MRS 평판배지에 0.1㎖씩 분주하여 도말한 다음 최적 온도에서 배양한 후 콜로니 형성단위를 측정하여 생균수를 계산하였다.

표 2를 참조하면, 배양 24시간 후 최대 농도를 나타내었으나, 이후 감소하는 것을 알 수 있으며, 이는 발효 중의 pH 저하에 따른 생육 억제 때문인 것으로 예상할 수 있으며, 이를 확인하기 위해 MRS 배지를 이용한 배양기에서의 고농도 배양을 실시하였다.

배양기에서의 고농도 배양조건은 30℃ 및 400rpm으로 하고, pH를 조절하지 않은 경우와, 암모니아를 이용하여 pH를 각각 5 및 6으로 조절하여 발효기 배양을 실시한 후 발효시간에 따른 pH, 흡광도(600㎚) 및 생균수를 측정하고 그 결과를 각각 도 1(a), 도 1(b) 및 하기 표 3에 나타내었다.

도 1 및 표 3을 참조하면, pH를 조절하지 않은 경우 배양 24시간 정도 후 pH가 3 정도까지 떨어지는 것을 확인할 수 있고, 이로 인한 생육 저해로 흡광도는 배양 10시간 이후 O.D. 값이 12 정도에 머물고, 생균수는 배양 24시간 이후 10⁷CFU/㎖ 정도로 떨어진 것을 알 수 있다.

반면, pH를 5 및 6으로 조절하여 발효기 배양을 실시한 경우에는 O.D. 값이 18~23 정도를 나타냈고, 생균수는 배양 24시간 이후에도 10⁹CFU/㎖ 수준을 유지하였고, pH가 5일 경우 배양 상태가 가장 양호한 것을 확인할 수 있다.

해조류 함유 배지를 이용한 유산균 배양

본 발명에 따른 해조류 함유 배지를 이용한 유산균 배양 상태를 비교하기 위해 김치에서 분리한 유산균주(Lactobacillus sp .)에 대하여 하기 방법으로 추출된 미역 추출물을 상기 기본 배지에 1중량% 함량으로 함유시키고 상기 기존 배지를 이용한 유산균 배양과 동일한 방법으로 배양기에서의 고농도 배양을 실시하였고, 발효 시간에 따른 흡광도(600㎚) 및 생균수를 측정하고 그 결과를 도 2에 나타내었다.

[미역 추출 방법]

건조 상태의 미역을 분쇄하고 물과 에탄올의 혼합용매를 추출용매로 하여 30℃에서 1시간 동안 냉침 추출한 후 여과, 감압농축 및 건조하여 미역 추출물을 수득하였다.

도 2를 참조하면, 미역 추출물이 함유된 배지를 이용한 유산균 배양에서는 발효 25시간 후 흡광도가 22.3 및 생균수가 9.0×10⁹CFU/㎖로서 암모니아 등의 화학물질 첨가 없이도 고농도 배양이 가능한 것을 확인할 수 있다.

해조류 건조 분말을 이용한 유산균 발효 동결건조 분말 제조

상술한 바와 같은 추출물 형태가 아닌 용이하게 준비될 수 있는 건조 분말 형태로 해조류를 사용할 경우에도 유산균 배양이 원활히 이루어질 수 있는지 확인하기 위해 하기 실험재료를 이용하여 하기 실험방법으로 유산균 배양 및 발효를 수행한 후 발효 동결건조 분말의 유산균수를 측정하고 그 결과를 하기 표 4에 나타내었다.

[실험재료]

(1) 유산균주

김치에서 분리한 Lactobacillus sp .

(2) 미역 배양액 조성

[실험방법]

(1) 유산균 스타터(starter) 제조(삼각 플라스크)

유산균주를 유산균 선택배지(MRS)에 1차 종배양하고, 배양된 유산균을 탈지분유(10중량%) 용액(2차 종배양) 순으로 계대 배양하여 스타터를 제조하였다. 이때, 배지 모두 30℃ 및 150rpm 조건에서 배양을 수행하였다.

(2) 유산균 발효(5ℓ 발효기)

발효기에서 미역 배양액 3ℓ에 유산균 스타터 20㎖(0.67%)를 접종하여 pH가 4.0이 될 때까지 30℃ 및 150rpm에서 0.5vvm(공기부피/배지부피/분) 조건으로 공기를 주입하여 24시간 동안 발효를 실시하였다.

표 4를 참조하면, 미역 건조 분말액을 사용하여 배양을 수행하여도 이전과 유사한 유산균수를 나타냄을 확인할 수 있다.

한편, 상기 미역 배양액 조성에서 탈지분유 첨가량에 따라 배양 상태에 영향을 미치는지 확인하기 위해 탈지분유를 각각 7, 5, 3, 1중량%로 감소(상대적으로 물 함량을 증가시킴)시킨 배양액을 이용하여 배양시킨 후 생균수 농도를 측정하고 그 결과를 하기 표 5에 나타내었다. 표 5에서 생균수 농도는 배양액 종류별로 5회 또는 6회 반복 측정되었다.

표 5를 참조하면, 유산균 배양 결과 생균수의 농도별 경향성은 보이지 않았으나, 탈지분유 함량 증가에 따라 응집이 많아지는 것으로부터, 탈지분유 함량을 줄여 배양하여도 문제가 없음을 확인할 수 있다.

해조류 착즙액을 이용한 유산균 발효 동결건조 분말 제조

상기 건조 분말 형태 뿐만 아니라 착즙액 형태로 해조류를 사용할 경우에도 유산균 배양이 원활히 이루어질 수 있는지 확인하기 위해 하기 실험재료를 이용하여 하기 실험방법으로 유산균 배양을 수행한 후 유산균수를 측정하고 그 결과를 하기 표 6에 나타내었다.

[실험재료]

(1) 유산균주

김치에서 분리한 Lactobacillus sp .

(2) 미역 착즙액

미역을 80℃에서 30분간 가열 후 착즙하였다. 착즙액은 멸균 후 여과하여 사용되었다.

[실험방법]

(1) MRS 배지에 배양

유산균주를 0.7%의 농도로 접종하여 30℃ 및 150rpm 조건으로 24시간 동안 배양하였다.

(2) 미역 착즙액에 배양

유산균주를 0.25%의 농도로 접종하여 30℃ 및 150rpm 조건으로 3차에 걸쳐 각각 24, 48, 72시간 동안 배양하였다.

표 6을 참조하면, MRS에서 배양된 결과와 큰 차이 없이 유산균수가 측정됨을 확인할 수 있다.

이상으로 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참고하여 상세하게 설명하였다. 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

따라서, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미, 범위 및 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (5)

1. 탄소원, 질소원 및 완충액을 포함하는 유산균 배양용 배지 조성물에 있어서,
   상기 완충액은 상기 유산균 배양 시 pH 저하로 인한 유산균 균체수 감소 방지를 위한 pH 조절 성분으로서 해조류를 함유하되 합성 화학물질을 함유하지 않고,
   상기 유산균은 락토바실러스 속(Lactobacillus sp.)에 속하고, 상기 해조류는 미역인 것을 특징으로 하는 유산균 배양용 배지 조성물.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 미역은 건조 분말, 착즙액 및 추출물로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 형태로 함유되는 것을 특징으로 하는 유산균 배양용 배지 조성물.
5. 삭제

Images