KR20040094489A - 유산균에 의해 감마-아미노부틸산이 강화된 발효물의생산방법과 이를 이용하여 생산된 감마-아미노부틸산이강화된 발효물 및 그의 이용 - Google Patents
유산균에 의해 감마-아미노부틸산이 강화된 발효물의생산방법과 이를 이용하여 생산된 감마-아미노부틸산이강화된 발효물 및 그의 이용 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 유산균에 의해 감마-아미노부틸산이 강화된 발효물의 생산방법과 이를 이용하여 생산된 발효물 및 그의 이용에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 유산균을 이용하여 노인성 질환 예방 등 여러 생리활성 효과가 있는 감마-아미노부틸산(또는 감마-아미노부티르산)을 강화하기 위한 유산균 발효 기술과 이를 이용하여 생산되는 감마-아미노부틸산이 강화된 발효물 및 그의 이용에 관한 것이다. 본 발명에서는 감마-아미노부틸산을 강화하기 위하여 엠알에스(MRS) 배지나 합성배지, 우유 혹은 콩 분쇄물에 글루탐산(또는 글루타민산이나 글루탄산염)을 첨가하여 유산균으로 발효시키면서 글루탐산(또는 글루타민산이나 글루탄산염)을 감마-아미노부틸산으로 전환시켜 감마-아미노부틸산 함량을 높이게 된다. 이와 같이 생산되는 발효물은 감마-아미노부틸산에 의해 뇌대사 증진 작용 등이 더욱 강화되게 되며, 이러한 작용을 이용하여 유산균제, 건강식품, 갱년기 및 노인성 식품, 미용식품, 정제나 캡슐 등과 같은 기능성식품, 의약품 제품들 또는 그 소재들로 이용될 수 있다.
Description
본 발명은 유산균에 의해 감마-아미노부틸산이 강화된 발효물의 생산방법과 이를 이용하여 생산된 감마-아미노부틸산이 강화된 발효물 및 그의 이용에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 유산균을 이용하여 노인성 질환 예방 등 여러 생리활성 효과가 있는 감마-아미노부틸산(또는 감마-아미노부티르산)을 강화하기 위하여 엠알에스 배지나 합성배지, 우유 혹은 콩 분쇄물에 글루탐산(또는 글루타민산이나 글루탄산염)을 첨가하여 유산균으로 발효시키면서 글루탐산(또는 글루타민산이나 글루탄산염)을 감마-아미노부틸산으로 전환시켜 감마-아미노부틸산 함량을 높이는 유산균 발효 기술과 이를 이용하여 생산되는 감마-아미노부틸산이 강화된 발효물 및 그의 이용에 관한 것이다.
일반적으로 감마-아미노부틸산(γ-aminobutyric acid(GABA))은 분자량이103.12인 아미노산의 일종으로 뇌 등에 존재하는 신경전달물질의 하나로 뇌혈류 개선 및 뇌대사 증진 작용이 있으며, 정신안정, 뇌졸증, 머리외상 및 뇌동맥 후유증에도 효과가 있고, 이외에도 혈압저하효과가 있어 고혈압 예방 효과도 있다고 알려져 있다[Masashi 등. Effect of Anaerobically Treated Tea (Gabaron Tea) on Blood Pressure of Spontaneously Hypertensive Rats. . Nippon Nogeikagaku Kaishi. 61(11):1449~1451 (1987)]. 또한, 이뇨작용, 간기능 개선 작용, 비만방지작용, 알콜대사촉진 작용 등 매우 다양한 생리활성 기능을 갖고 있다.
그리고, 상기 감마-아미노부틸산은 H2NCH2CH2COOH의 분자식을 갖는데, 이와 같은 감마-아미노부틸산(γ-aminobutyric acid)은 글루탐산(L-glutamate, 또는 글루탐산염)이 탈탄산을 하여 발생되며, 이때, H+가 소요되고, 이러한 반응에 관여하는 효소는 L-glutamate decarboxylase(EC 4.1.1.4)이다. 즉, 이러한 작용을 반응식으로 표현하면 L-glutamate + H+-> γ-aminobutyric acid + CO2로 표현된다.
감마-아미노부틸산은 각종 야채, 과일, 쌀, 콩 같은 식물체에 널리 분포하는 것으로 알려져 있으나, 그 함량은 극히 낮아 생리활성 작용을 나타내지 못한다. 그러나 식물체에 여러 자극을 주면 감마-아미노부틸산이 축적된다는 여러 연구 보고가 있으며<Alan, The Metabolism and Functions of γ-Aminobutyric Acid. Plant Physiol. 115:1 ~ 5 (1997)>, 최근 일본에서 감마-아미노부틸산 함량을 높인 녹차, 쌀배아, 발아현미 등이 판매되고 있다.
이와 같이 감마-아미노부틸산을 축적하는 종래의 방법으로는 냉각 충격(cold shock) 혹은 기계적인 자극으로 콩잎을 자극하면 감마-아미노부틸산의 함량이 5분 이내에 20 ~ 40배 증가하여 1 ~ 2umol/g 정도가 축적된다고 한다[Ewa, 등, Cold-shock-stimulated γ-Aminobutyric Acid synthesis is mediated by an increase in cytosolic Ca2+, not by an increase in cytosolic H+. Can. J. Bot. 75:375 ~ 382 (1997)]. 이때, 상대적으로 글루탐산의 농도는 감소하나 감마-아미노부틸산은 상대적으로 증가한다. 따라서 감마-아미노부틸산 함량을 높이려면 전구물질인 글루탐산이 다량 함유되어 있는 소재를 사용하면 가능하다.
현재까지 식품학적인 측면에서 보면 감마-아미노부틸산에 대한 연구는 미비한 실정이다. 감마-아미노부틸산은 최근 의약품으로 또는 건강식품소재로 사용되고 있다. 의약품으로는 정맥 주사제로서 뇌졸중, 머리외상, 뇌동맥 휴유증에 있어 뇌혈류 개선 및 뇌대사 증진 작용에 사용되고 있으며, 경구 처방약으로서는 5 ~ 10mg의 정제약으로 일본에서 판매되고 있다. 건강식품소재로는 일본의 경우 가바론차(GABARON TEA)라 하여 녹차에서 감마-아미노부틸산 함량을 증가시킨 차가 판매되고 있다[Tojiro 등, Production of a New Type Tea Containing a High Level of γ-Amino Butyric Acid. Nippon Nogeikagaku Kaishi. 61(7):817~822 (1987)]. 일본의 차업계에서는 감마-아미노부틸산이 1.5mg/g 이상 함유되어 있는 녹차만을 가바론차라 명명할 수 있다.
상기 가바론차의 제조하기 위한 차잎으로는 1번 차의 잎이 주로 가바론차에사용되고 있으며, 그 이유는 1번 차의 잎이 다른 차잎 보다 감마-아미노부틸산으로 전환될 수 있는 글루탐산의 함량이 높기 때문이다. 이들이 이용하고 있는 방법은 이산화탄소 처리 같은 혐기처리만을 하여 감마-아미노부틸산의 함량을 높인 녹차[Yusuke 등, Contents of γ-Aminobutyric Acid in Stem of Anaerobic Incubated Tea Shoot. Nippon Shokuhin Kagaku Kogaku Kaishi. 46(4):274 ~ 277 (1999)], 또는 혐기처리와 호기처리를 반복하여 기존보다 감마-아미노부틸산의 함량을 높일 수 있는 녹차 제조방법에 관한 것이다[Yusuke 등, Repeating Treatment of Anearobic and Aerobic Incubation Increase the Amount of γ-Aminobutyric Acid in Tea Shoots. Nippon Shokuhin Kagaku Kogaku Kaishi. 46(7):462 ~ 466 (1999)].
국내에서도 녹차에 감마-아미노부틸산 함량을 증가시킨 특허가 공개되어 있는데, 이 특허에서는 1번차, 2번차, 3번차로 수확한 녹차잎을 12시간 정도 혐기처리하여 감마-아미노부틸산(또는 감마-아미노부티르산) 함량을 증가시키는 방법이다(공개특허 1999-0034313). 이외에 식품가공과는 달리 식물을 재배하면서 키토산을 처리하였을 때 감마-아미노부틸산 함량의 증가 등 재배에 관한 연구[오 등, 배추의 생장 및 배추 중의 감마-아미노부틸산 함량에 미치는 키토산비료의 시비효과. 한국농화학회지. 43(1):34~38 (2000)]와 뽕잎을 혐기처리하여 당뇨효과를 조사한 연구[Kim 등, Hypoglycemic Effect of Mulberry Leaves with Anaerobic Treatment in Alloxan-induced Diabetic Mice. Kor. J. Pharmacogn. 30(2):123~129 (1999)] 등 극히 일부가 있어 국내 연구는 초기 단계임을 알 수 있다.
또한, 쌀을 이용한 감마-아미노부틸산 함량을 증가시킨 연구를 보면 고압처리시 감마-아미노부틸산 함량의 변화[Miwako 등, Change in Viable Bacteria Count in Brown Rice Containing Accumulated GABA by High Pressure Treatment, and Properties of Processed Brown Rice. Nippon Shokuhin Kagaku Kogaku Kaishi. 46(5):329 ~ 333 (1999)], 물에 침지시 감마-아미노부틸산 함량의 변화와 품종별 특성 등을 조사하였으며, 이들의 결과에서 품종에 따라 감마-아미노부틸산의 축적은 달라지며, 감마-아미노부틸산의 축적은 물에 침지하는 경우 침지 초기 4시간 동안에 급격히 일어난다고 하였다[Takayo 등, Distribution of Free Amino Acids in the Rice Kernel and Kernel Fractions and the Effect of Water Soaking on the Distribution. J. Agric. Food Chem. 42:1122~1125 (1994)]. 이외에도 쌀배아만을 대상으로 침지조건 및 침지 시간별 감마-아미노부틸산을 축적하고자 한 연구도 있었다.
또한, 대두에 이산화 질소같은 기체로 혐기 처리하였을 때 감마-아미노부틸산 함량의 변화를 조사한 결과 156.8mg/100g 정도로 증가하여 대조구 보다 7.4배정도 많이 생성된다고 하였다[Mitsuaki 등, Gamma-aminobutyric Acid Accumulation in Bean Sprouts (Soybean, Black Gram, Green Gram) Treated with Carbon Dioxide. Nippon Shokuhin Kogyo Gakkaishi. 36(11):916~919 (1989)].
이외에 무잎을 혐기처리하여 감마-아미노부틸산 함량을 증가시킨 연구[John 등, Anaerobic Accumulation of γ-Aminobutyric Acid and Alanine in Radish Leaves(Raphanus sativus L.). Plant Physiol. 49:572 ~ 578 (1972)]가 있다.
일본의 특허로는 코지(Koji) 제조 중 감마-아미노부틸산 함량을 높이는 방법(일본특개 2000-60536)과 쌀배아를 이용하여 감마-아미노부틸산 함량이 높은 침지수를 회수하는 방법(일본특개평 9-140361) 및 다엽가공식품과 그 제조 방법(일본특개평 9-135671) 등이 있다.
그러나 이들의 연구나 특허는 기체 치환 기법(기체 스트레스)이나 혹은 물 침지 기법(물 스트레스)을 사용한 방법으로 본 특허의 유산균을 이용하여 글루탐산을 감마-아미노부틸산으로 전환시키는 방법과는 많은 차이가 있다.
감마-아미노부틸산을 축적한 쌀배아를 경구투여 하여 갱년기 장애 및 노인들의 정신 장애를 조사한 연구 결과에서는 하루 26.5mg 감마-아미노부틸산을 섭취하였을 때 두통 혹은 우울증과 같은 정신적 질환이나 여러 증상의 갱년기 장애가 약 75% 정도 치유된다고 보고되어[Tadashi 등. Effect of the Defatted Rice Germ Enriched with GABA for Sleeplessness, Depression, Autonomic Disorder by Oral Adminstration. Nippon Shokuhin Kagaku Kogaku Kaishi. 47(8):596 ~ 603 (2000)] 유산균으로 발효하면서 감마-아미노부틸산을 강화하는 발효 기술은 매우 유용하다고 할 수 있으며, 또한 노령화 시대에 대비한 식품으로 사용될 수 있을 것으로 예측할 수 있다.
그리고, 유산균은 크게 락토바실러스, 비피도박테리움, 스타필로코커스, 로코노스톡균주로 분류하며 이들은 발효형태가 이형 발효와 동형발효 통해 생성하는 유기산이 조금씩 다르다. 락토바실러스와 비피도박테리움의 차이점은 락토바실러스는 동형발효(homofermentation)를 하는 것과 이형발효(heterofermentation)를 하는것이 있으며, 비피도박테이움은 이형발효(heterofermentation)를 한다는 것이다.
이와 같은 유산균의 일반적인 생리활성은 유해균의 증식 억제, 유당 불내성의 완화, 혈청 콜레스테롤의 저하작용, 항암작용, 면역작용, 설사 및 변비의 개선, 비타민 합성 등을 들 수 있다.
유산균 발효를 이용하는 종래의 기술로는 우유에 유산균을 접종하고 탈지분유를 첨가하여 유산균을 증식시킨 유산균 음료를 만드는 것이 보편화 된 방법이다. 본 출원자의 선행 기술 조사로는 쌀눈음료(출원번호 1996-042486), 콩 유래 성분을 이용한 젖산의 생산 방법(출원번호 10-1999-0017375), 과채발효엑기스가 함유된 호상 및 액상 대두유 유산균 발효유 제품 제조방법(출원번호 1997-01138), 동결건조된 생유산균으로 구성된 식이 조성물(출원번호 1997-058954), 콩야쿠르트 및 그 제조방법(출원번호 1997-012914), 항콜레스테롤 유산균을 이용한 기능성 발효유 제조방법(출원번호 1998-044692), 인체구강내 치태형성을 억제하는 신규한 유산균(출원번호 1997-037819), 스트럽토코커스 써머필러스와 비피도박테리아 롱검을 포함하는 경장(經腸)용 식이 조성물(출원번호 10-1998-0700579), 변성유청단백질을 첨가하여 안정성을 향상시킨 발효유 및 그 제조 방법(출원번호 10-1997-0062009), 구기자를 이용한 요구르트의 제조 방법(출원번호 10-1997-0065382), 유산균 발효에 의한 두부 및 음료 제조 방법 및 음료 제조 방법(출원번호 10-1998-0001089), 유산균 발효 된장 및 청국장(10-1998-0001090), 인체구강내 혐기성 세균을 억제하는 유산균(출원번호 10-1998-0019512), 비피더스속 균주를 이용한 신규한 김치 및 그 제조 방법(출원번호 10-1998-0029043), 파이테이즈 분비 유산균(출원번호 10-1998-0030758), 밤을 기조로한 유산균 발효 음료(등록번호 10-0283416), 새로운 박테리오신 생산 유산균(등록번호 0123946), 락토코커스 스피시스 YH49에 의한 박테리오신의 대량 생산을 위한 배지 조성물 및 그 제조 방법(등록번호 0139398), 한국인 유야의 분변에서 분리해낸 내산성 및 콜레스테롤 분해능이 우수한 새로운 유산균 및 그 사용 방법(등록번호 0142615), 락토바실러스 아시도필루스 균주를 이용한 유산균 원말의 제조 방법(등록번호 0148340), 유산균 변이주를 이용한 우롱차 또는 홍차 발효 생균 음료의 제조 방법(등록번호 0150394), 보습성이 우수한 다량의 점질 다당류를 생산하는 비피도박테리움 롱검(등록번호 0158094), 유산균발효밀감농축액의 제조방법(등록번호 10-0218050), 비피더스균의 고농도 배양을 위한 배지 조성물(등록번호 10-0218233), ACE 저해 펩타이드를 생산하는 락토바실러스 카제이 HY481(등록번호 10-0222419), 생존율이 향상된 비피더스균의 회수방법(등록번호 10-0231918), 마첨가에 의한 유산균 생육촉진 방법(등록번호 10-0232907), 유산균 캡슐제 요구르트 및 그 제조 방법(등록번호 10-0263822), 유산균을 함유한 과일젤리의 제조 방법(공개번호 1996-0013232), 유산균 미세캡슐제조방법(공개번호 1997-0025405), 유산균 포자 분말을 이용한 동결 요구르트용 분말(공개번호 1997-0032411), 유산균을 함유하는 미숫가루 및 이의 제조 방법(공개번호 1997-0032448), 유산균을 이용한 현미호분 발효식품 제조 방법(공개번호1997-0061120) 등이 있다.
그러나, 이들 특허의 내용에는 감마-아미노부틸산에 대한 것은 없다. 또한, 본 특허에서는 감마-아미노부틸산의 전구물질인 글루탐산(글루타민산, 또는 글루탐산염)을 첨가한 배지나 혹은 우유, 콩을 발효시켜 감마-아미노부틸산 함량을 높이는 것이므로 기존의 유산균 발효에 대한 특허와 많은 차이가 있다.
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 극복하기 위한 것으로서, 본 발명의 일 목적은 유산균을 이용하여 노인성 질환 예방 등 여러 생리활성 효과가 있는 감마-아미노부틸산(또는 감마-아미노부티르산)을 강화하기 위한 유산균 발효 기술을 제공하는 데에 있다.
본 발명의 다른 일 목적은 감마-아미노부틸산을 강화하기 위하여 엠알에스(MRS) 배지나 합성배지, 우유 혹은 콩 분쇄물에 감마-아미노부틸산의 전구물질인 글루탐산(또는 글루타민산이나 글루탄산염)을 첨가하여 활성화된 락토바실러스, 비피도박테리아, 스트렙토코카스 또는 로코노스톡 유산균들을 접종하여 배양하면서 글루탐산(또는 글루타민산이나 글루탄산염)이 탈탄산 반응을 하도록 하여 생리활성이 있는 감마-아미노부틸산으로 전환시키는 데에 있다.
본 발명의 또 다른 일 목적은 감마-아미노부틸산이 강화된 발효물을 통해 뇌대사 증진 작용 등이 강화된 유산균제, 건강식품, 갱년기 및 노인성 식품, 미용식품, 정제나 캡슐 등과 같은 기능성식품, 의약품 제품들 또는 그 소재들로 이용될 수 있도록 하는 데에 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 특징은 엠알에스(MRS) 배지 또는 합성배지에 글루탐산(글루타민산 또는 글루탐산염)을 1% ~ 10%로 하여 첨가하여 락토바실러스, 비피도박테리아, 스트렙토코카스 또는 로코노스톡 중 어느 일 유산균을 접종한 후 1시간에서 96시간까지 배양하면서 글루탐산을 감마-아미노부틸산으로 전환시키는 데에 있다.
본 발명의 다른 일 특징은 우유에 글루탐산 또는 글루탐산염 1% ~ 10%의 범위를 첨가하여 살균한 후에 활성화된 유산균을 접종하여 1시간 ~ 96시간까지 발효시키면서 글루탐산을 감마-아미노부틸산으로 전환시키는 데에 있다. 여기서, 상기 유산균은 1 ~ 3 x 109/ml의 0.5% ~ 1.0%로 하여 접종될 수도 있다.
본 발명의 또 다른 일 특징은 콩 분쇄물에 글루탐산 또는 글루탐산염 1% ~ 10%의 범위를 첨가한 후 살균하여 방냉한 후에 활성화된 유산균을 접종하여 1시간 ~ 96시간까지 발효시키면서 글루탐산을 감마-아미노부틸산으로 전환시키는 데에 있다. 여기서, 상기 유산균은 1 ~ 3 x 109/ml의 0.5% ~ 1.0%로 하여 접종될 수도 있다.
본 발명의 또 다른 일 특징은 글루탐산 1% ~ 20%를 첨가한 우유 또는 콩분쇄물에 대수기에 있는 1 ~ 5 x 1010/mL의 유산균체 10% ~ 20% 범위로 접종하여 각각 1시간 ~ 48시간까지 단시간 발효시키면서 글루탐산을 감마-아미노부틸산으로 전환시키는 데에 있다.
본 발명의 다른 일 특징으로 상기와 같은 방법 중 어느 일 방법에 의해 생성되는 되는 발효물에 관한 것이다. 상기 발효물은 다양한 기능성 식품 소재 및 유산균 소재, 의약품 소재, 노인성 질환 예방 소재, 수험용 소재 등으로 이용할 수도 있고, 이와 같은 발효물들에서 감마-아미노부틸산을 따로 분리하여 다양한 제품에적용을 할 수 있도록 하는 데에 있다.
우선, 본 발명에 따른 기술적인 핵심을 요약하면, 유산균 발효 시간에 따른 감마-아미노부틸산(GABA) 함량을 보면 96시간까지 발효시켰을 때, 발효시간이 길어질수록 감마-아미노부틸산 함량은 증가한다는 것이다. 그리고, 발효 12시간이내에는 모든 유산균의 전환율이 50% 미만 이였으며, 발효 24시간 경과시 전환율은 급격히 증가하는 경향을 보였다.
우유에서 감마-아미노부틸산 강화하는 방법으로는 글루탐산을 첨가한 우유를 유산균을 접종하여 96시간까지 발효시켰을 때, 발효시간이 길어질수록 감마-아미노부틸산 함량은 증가하였으며, 발효 48시간 경과후 대부분의 유산균이 전환율 80% 이상을 나타내었다.
콩에서 감마-아미노부틸산 강화하는 방법으로는 콩에 글루탐산을 첨가한 콩 분쇄물을 살균한 후 유산균을 접종하여 발효시켰을 때 발효시간이 길어질수록 감마-아미노부틸산 함량은 증가하였으며, 48시간부터는 대부분의 유산균이 전환율 80% 이상을 나타내었다.
고농도 유산균을 사용하여 단시간 감마-아미노부틸산 전환 유산균 발효를 위해서, 유산균 성장곡선에서 대수기에 있는 유산균체를 따로 분리하여 글루탐산 1% ~ 20%(바람직하게는 5 ~ 10%)를 첨가한 우유 또는 콩분쇄물에 유산균체(1 ~ 5 x 1010개)를 10% ~ 20% 접종하면 48시간이내에 80% 이상의 글루탐산을 감마-아미노부틸산으로 전환시킬 수 있었다.
본 발명의 기술적인 사상을 이하 실시예들을 통해 설명하기로 한다.
참고로, 여기에서 글루탐산은 글루타민산 혹은 글루탄산염을 의미하는 것이다.
시험예 1
감마-아미노부틸산 측정
메틸알콜 400㎕가 들어 있는 튜브에 약 0.03ｇ의 유산균 발효물을 넣고 정확히 무게를 측정한 다음, 55℃를 유지하는 수욕(water bath)에서 약 2 ~ 3시간동안 메틸알콜을 휘발시켰다. 이렇게 제조한 시료에 70mM LaCl31000㎕를 첨가한 후 잘 혼합, 교반한 다음 11000rpm에서 5분 동안 원심 분리하였다. 원심분리하면 감마-아미노부틸산이 들어있는 상등액을 얻을 수 있다.
1.0M KOH 160㎕가 있는 또 다른 튜브에 원심분리한 상등액 800㎕를 첨가하여 잘 교반한 다음 11000rpm에서 5분 동안 다시 원심 분리하였다. 상등액 550㎕, 0.5M K4P2O7200㎕, 4mM NADP+150㎕, 2.5units GABASE/mL 50㎕를 일회용 큐벳(cuvette)에 차례로 넣고 잘 혼합한 후 340nm에서 흡광도를 측정하였다.
흡광도를 측정한 다음 α-KG를 첨가하여 잘 혼합하여 한시간 후 340nm에서 흡광도를 측정하여 감마-아미노부틸산 함량을 계산하였다. 이때 표준곡선의 공식은 ABs=0.00570x+0.027이었으며, r2=0.999를 보였다.
이와 같은 시험예는 모든 실시예에서 수행한 감마-아미노부틸산 측정 방법에 사용되며, 시험예는 구진(Guijin) 등이 시험한 방법[Guojin, Z. and Alan, W.B. The Rapid Determintion of γ-Aminobutyric Acid. Phytochemistry. 44(6):1007 ~ 1009 (1997)]에 준하여 시행한 것이다.
실시예 1
글루탐산을 감마-아미노부틸산으로의 전환 유산균
감마-아미노부틸산 혹은 감마-아미노부티르산[γ-aminobutyric acid(GABA)]은 글루탐산(L-glutamate)이 탈탄산하여 생성하는 원리를 이용하여 엠알에스(MRS) 배지에 글루탐산 1% ~ 10%를 첨가하여 미리 배지에서 활성화시킨 락토바실러스, 비피도박테리아, 스트렙토코카스, 로코노스톡 등 각 유산균들을 0.5% ~ 1.0%의 범위로접종한 후 36시간까지 배양하였다.
이에 대한 감마-아미노부틸산의 함량을 조사한 결과는 표 1에 나타내었다. 표 1의 결과는 글루탐산이 5%의 범위로 첨가된 경우의 결과를 나타낸다.
유산균의 종류에 따라 감마-아미노부틸산의 생성량은 다르나, 전환율이 70% 이상인 균주는Lactobacillus(L) acidophillus,L. sakei, Bifidobacterium breve. Bifidobacterium(B) infantis,Bifidobacterium longum, Leuconostoc plantarum,Leuconstoc mesentroides였으며, 50%이상인 균주는 Lactobacillus bulgaricus, B. bifidum,B. thermophyllum, Str. faecalis,Str. thermophillus이었다.킬라라(Kilara) 등(Lactase activity of cultured and acidifed dairy products, J. Dairy Sci., 61:20311976)은 발효유중에 세균에 의해 베타-갈락토시네이스가 생성되며, 시험관내 소화중에 미생물 배양균으로부터 베타-갈락토시네이스 효소가 유리된다고 하였다.
인간의 장에 있는 세균에 존재하는 데카복실레이스(decarboxylase)에 의하여 아미노산 및 아미노산염이 탈탄산화되어 아민(amine)을 만들며, 장내균총 중 비피도박테리아(bifodobacteria)도 아미노산을 탈탄산하여 아민을 만들기도 한다(강국희, 유산균식품학. 293페이지, 1990년).
따라서, 유산균의 발효과정 중 데카복실레이스란 효소가 생성되어 글루탐산(glutamate)을 감마-아미노부틸산으로 전환 할 수 있는 것이다. 요시(Yoshie) 등은 L. brevis IFO 12005에서 글루타메이트 데카록실레이스(glutamate decarboxylase)를 분리하였으며, 최적 pH는 4.2이고, 최적 온도는 30℃이며, 이 효소의 활성은 설페이트 이온(sulfate ion)의 첨가량에 의존하여 증가한다고 하였다[Yoshie 등, Purification and Characterization of Glutamate Decarboxylase from Lsctobacillus brevis IFO 12005. Biosci. Biotech, Biochem. 61(7):1168 ~ 1171 (1997)].
상기 실시예 1에서는 엠알에스(MRS) 배지 혹은 합성배지에 글루탐산(글루타민산 또는 글루탐산염) 5%를 첨가하는 것으로 하여 실시하였으나, 상기 글루탐산염은 1% ~ 10%의 범위로 하여 첨가할 수도 있다.
| 함량 및 전환율유산균 | 감마-아미노부틸산 함량(%) | 전환율(%) |
| Lactobacillus acidophillus | 3.5 | 70 |
| L. bulgaricus | 2.5 | 50 |
| L. confusus | 1.0 | 20 |
| L. reuteri | 0.3 | 6 |
| L. casei | 1.9 | 38 |
| L. sakei | 3.8 | 76 |
| B. breve | 4.2 | 84 |
| B. longum | 3.5 | 70 |
| B. infantis | 3.6 | 72 |
| B. bifidum | 2.5 | 50 |
| B. thermophyllum | 3.4 | 68 |
| Str. faecalis | 3.1 | 62 |
| Str. thermophillus | 3.3 | 66 |
| Leuconostoc plantarum | 3.8 | 76 |
| Leuconstoc mesentroides | 3.8 | 76 |
실시예 2
유산균 발효 시간에 따른 감마-아미노부틸산 함량
실시예 1의 방법 즉, 엠알에스(MRS) 배지에 글루탐산을 1% ~ 10%의 범위로 첨가하여 미리 배지에서 활성화시킨 락토바실러스, 비피도박테리아, 스트렙토코카스, 로코노스톡 유산균들을 접종한 후 96시간까지 발효시켰다. 이 실시예에서 상기 각 유산균들은 0.5% ~ 1%의 범위로 접종되었다.
이때, 발효시간에 따른 감마-아미노부틸산 함량의 변화는 표 2에 나타내었다. 표 2의 결과는 글루탐산이 5%의 범위로 첨가된 경우의 결과를 나타낸다.
발효시간이 길어질수록 감마-아미노부틸산 함량은 증가하였으며, 발효 12시간이내에는 모든 유산균은 전환율이 50% 미만 이였으며, 발효 24시간 경과시 전환율은 급격히 증가하는 경향을 보였다.
24시간 발효시 전환율 60% 이상 균주는Lactobacillus acidophillus, L. sakei, B. breve,B. longum, B. infantis,Leuconostoc plantarum이었고, 발효 48시간 경과 후 비피도박테리움 브레브인 경우 전환율이 90%를 나타내었으며, 70% 이상 전환율을 보인 유산균주는Lactobacillus acidophillus, L. sakei, B. longum, B. infantis,B. thermophyllum, Str. faecalis,Leuconostoc plantarum,Leuconstoc mesentroides이었다.
72시간 발효시 비피도박테리움 브레이브는 전환율이 96%이였으며, 80%이상 전환율을 보인 균주는Lactobacillus acidophillus, L. sakei, B. longum, B. infantis,B. thermophyllum, Str. faecalis,Leuconostoc plantarum,Leuconstoc mesentroides이었다.
발효 96시간에는 비피도박테리움 브레브와 비피도박테리움 인판티스는 전환율 100%를 보인 반면, 90% 이상 전환율을 보인 유산균주는Lactobacillus acidophillus, L. sakei, B. longum, B. thermophyllum, Leuconostoc plantarum,Leuconstoc mesentroides 이었다.
아미노산이 장내세균의 탈탄산효소(decarboxylase)에 의하여 탈탄산화되어 아민(amine)을 만드는 데, 장내세균중 enterobacteriaceae에 속하는 세균이나 혹은 비피도박테리아도 라이신(lysine), 알기닌(arginine)같은 아미노산을 탈탄산하여 아민을 만들기도 한다(강국희, 유산균식품학. 293페이지, 1990년).
또한, 아미노산은 아니지만 미생물 다당류의 생성은 균의 생육과 무관하여, 균의 생육과 세포분열이 종식된 후에도 계속 분비된다고 알려져 있다[Pace 등. Production of Extracellura microbial polysaccharides. Adv. Biochem. Eng 15:41(1984)].
비피도박테리아 비피덤 1452균주는 탈지유에서 배양할 경우 세균 억제 작용은 배양 30시간 이후에 나타났으나, 최고 억제작용은 48시간 배양 후 19mm였다고 아난드(Anand) 등[Antimicrobial activity associated with Bifidobacterim II. Cultured Dairy Product. J. 20(1) 21(1985)]은 보고하여 균주에 따라 유용물질 및 효소 생성은 발효시간에 따라 달라진다는 것을 알 수 있으며, 전반적으로 발효기간이 오래되었을 때 생성되는 것으로 파악할 수 있다. 또한 요시(Yoshie) 등은 L. brevis IFO 3345 균주 등은 감마-아미노부틸산을 생성한다고 하였다(일본농에화학회지 70권, 154페이지, 1996년).
| 발효시간 | 12 | 24 | 48 | 72 | 96 | |||||
| 함량 및 전환율유산균 | 함량(%) | 전환율(%) | 함량(%) | 전환율(%) | 함량(%) | 전환율(%) | 함량(%) | 전환율(%) | 함량(%) | 전환율(%) |
| L. acidophillus | 1.5 | 30 | 3.0 | 60 | 3.8 | 76 | 4.2 | 84 | 4.8 | 96 |
| L. bulgaricus | 1.0 | 20 | 2.2 | 44 | 2.9 | 58 | 3.3 | 66 | 3.9 | 78 |
| L. confusus | 0 | 0 | 0.5 | 10 | 1.5 | 30 | 2.5 | 50 | 3.0 | 60 |
| L. reuteri | 0 | 0 | 0.2 | 4 | 1.0 | 20 | 1.3 | 26 | 1.5 | 30 |
| L. casei | 0.3 | 6 | 1.5 | 30 | 2.3 | 48 | 2.7 | 54 | 3.0 | 60 |
| L. sakei | 1.9 | 38 | 3.0 | 60 | 3.9 | 78 | 4.4 | 88 | 4.8 | 96 |
| B. breve | 2.4 | 48 | 3.4 | 68 | 4.5 | 90 | 4.8 | 96 | 5.0 | 100 |
| B. longum | 2.0 | 40 | 3.0 | 60 | 3.9 | 78 | 4.3 | 86 | 4.8 | 96 |
| B. infantis | 1.9 | 38 | 3.0 | 60 | 3.9 | 78 | 4.4 | 88 | 5.0 | 100 |
| B. bifidum | 1.2 | 24 | 2.3 | 46 | 2.9 | 58 | 3.5 | 70 | 3.8 | 76 |
| B. thermophyllum | 1.3 | 26 | 2.8 | 56 | 3.8 | 76 | 4.1 | 82 | 4.6 | 92 |
| Str. faecalis | 1.3 | 26 | 2.5 | 50 | 3.6 | 72 | 4.0 | 80 | 4.4 | 88 |
| Str. thermophillus | 1.4 | 28 | 2.6 | 52 | 3.4 | 68 | 3.9 | 78 | 4.2 | 84 |
| Leu. plantarum | 1.5 | 30 | 3.0 | 60 | 4.0 | 80 | 4.4 | 88 | 4.8 | 96 |
| Leu. mesentroides | 1.5 | 30 | 2.9 | 58 | 4.0 | 80 | 4.3 | 86 | 4.5 | 90 |
실시예 3
유산균 발효에 의한 우유에서 감마-아미노부틸산 강화
실시예 1과 2에서처럼 글루탐산 1% ~ 10%를 첨가한 우유를 살균한 후 배지에서 미리 활성화시킨 유산균을 접종하여 96시간까지 발효시켰다. 여기서 상기 유산균은 1 ~ 3 x 109/ml인 것을 1%로 하여 접종하였다.
이때의 감마-아미노부틸산 함량과 전환율의 변화를 표 3에 나타내었다. 표 3의 결과는 글루탐산이 5%의 범위로 첨가된 경우의 결과를 나타낸다.
발효시간이 길어질수록 감마-아미노부틸산 함량은 증가되었고, 발효 12시간이내에는 모든 유산균은 전환율이 40% 미만 이였으며, 발효 24시간 경과시 전환율은 증가하는 경향을 보였다.
24시간 발효시 전환율 60% 이상 균주는 없었으며, 50%이상인 균주는Lactobacillus acidophillus, B. breve,Leuconostoc plantarum, Leuc. mesentroides이었고, 발효 48시간 경과후 대부분의 유산균이 전환율 80% 이상을 나타내었으나, 80% 이하의 전환율을 보인 유산균주는L. bulgaricus, L. reuteri, L. confusus, L. casei, B. bifidum이었다.
72시간 발효시 대부분의 유산균은 전환율 90% 이상을 보였으며, 전환율 100%이상인 균주는L. sakei, B. breve, B. longum, B. infantis,Leuconostoc plantarum,Leuconstoc mesentroides이었다. 발효 96시간에는L. bulgaricus, L. bulgaricus, L. reuteri, L. confusus를 제외하고는 대부분 유산균이 전환율 100% 이상을 보였다. 전환율 100%이상은 발효 72시간부터 나타났는데 이것은 우유에 존재하는 글루탐산이나 혹은 우유아미노산과 단백질이 유산균의 효소에 의해 가수분해되어 생긴 글루탐산이 감마-아미노부틸산으로 전환되었기 때문으로 생각되었다.
우유에 존재하는 글루탐산의 양은 우유의 카제인에 21.8%를 함유하고 있다(식품화학, 647페이지, 김동훈, 1988년). 또한, 생성된 감마-아미노부틸산은 다시 분해되어 알라닌이나 숙시네이트로 전환 될 수도 있다. 즉 감마-아미노부틸산 혹은 감마-아미노부티르산(γ-aminobutyric acid(GABA))은 글루탐산(L-glutamate)이 탈탄산하여 생성되며, 생성된 감마-아미노부틸산은 pyruvate와 가역적인 아미노산 전위(reversible transformation)과정을 통해 succinic semialdehyde로 대사되며, 이때 관여하는 효소는 GABA transminase(EC 2.6.1.19)이다. Succinic semialdehyde는 succinate로 산화되며, 관여 효소는 succinate semialdehyde dehydrogenase(EC 1.2.1.16)이다.
즉, 이 3가지 반응을 반응식으로 표현하면 아래와 같이 표현 할 수 있다.
L-glutamate + H+-> GABA + CO2
GABA + pyruvate = succinic semialdehyde + alanine
Succinic semialdehyde + NAD + H2O -> succinate + NADPH
이들 3가지 반응을 GABA 션트(shunt)라 하며 크레브스 회로(Krebs cycle)와 관계가 있다고 알려져 있다[Lan 등, The γ-Aminobutyric Acid Shunt in Germinating Sinapis ALBA Seeds. Plant Science Letters. 31:269 ~ 273 (1983)].
| 발효시간 | 12 | 24 | 48 | 72 | 96 | |||||
| 함량 및 전환율유산균 | 함량(%) | 전환율(%) | 함량(%) | 전환율(%) | 함량(%) | 전환율(%) | 함량(%) | 전환율(%) | 함량(%) | 전환율(%) |
| L. acidophillus | 1.3 | 26 | 2.6 | 52 | 4.2 | 84 | 4.9 | 98 | 5.5 | 110 |
| L. bulgaricus | 0.6 | 12 | 2.1 | 42 | 3.3 | 66 | 3.9 | 78 | 4.5 | 90 |
| L. confusus | 0.1 | 2 | 0.3 | 6 | 2.0 | 40 | 3.1 | 62 | 4.0 | 80 |
| L. reuteri | 0.2 | 4 | 0.4 | 8 | 1.8 | 36 | 2.6 | 52 | 3.1 | 62 |
| L. casei | 0.4 | 8 | 0.7 | 14 | 3.0 | 60 | 4.0 | 80 | 5.0 | 100 |
| L. sakei | 1.3 | 26 | 2.4 | 48 | 4.2 | 84 | 5.0 | 100 | 5.5 | 110 |
| B. breve | 1.8 | 36 | 2.6 | 52 | 4.7 | 94 | 5.3 | 106 | 6.0 | 120 |
| B. longum | 1.3 | 26 | 2.4 | 48 | 4.2 | 84 | 5.2 | 104 | 6.0 | 120 |
| B. infantis | 1.4 | 28 | 2.2 | 44 | 4.2 | 84 | 5.0 | 100 | 5.5 | 110 |
| B. bifidum | 1.3 | 26 | 1.8 | 36 | 3.5 | 70 | 4.7 | 94 | 5.3 | 106 |
| B. thermophyllum | 1.2 | 24 | 2.0 | 40 | 4.1 | 82 | 4.9 | 98 | 5.4 | 102 |
| Str. faecalis | 1.2 | 24 | 1.9 | 38 | 4.1 | 82 | 4.8 | 96 | 5.4 | 108 |
| Str. thermophillus | 1.2 | 24 | 1.9 | 38 | 4.0 | 80 | 4.9 | 98 | 5.4 | 108 |
| Leuc. plantarum | 1.4 | 28 | 2.6 | 52 | 4.3 | 86 | 5.1 | 102 | 5.6 | 112 |
| Leuc. mesentroides | 1.4. | 28 | 2.6 | 52 | 4.3 | 86 | 5.0 | 100 | 5.5 | 110 |
실시예 4
콩에서 감마-아미노부틸산 강화 유산균 발효
실시예 1과 2에서처럼 글루탐산 1% ~ 10%를 첨가한 콩 분쇄물를 살균하여 방냉한 후 배지에서 미리 활성화시킨 유산균을 접종하여 96시간까지 발효시켰다. 여기서 상기 유산균은 1 ~ 3 x 109/ml인 것을 0.5 ~ 1%로 하여 접종하였다.
이때, 감마-아미노부틸산 함량과 전환율의 변화는 표 4에 나타내었다. 표 사의 결과는 글루탐산이 5%의 범위로 첨가된 경우의 결과를 나타낸다.
여기서, 콩분쇄물은 물에 2 ~ 4시간 침지하여 불린 후 약 5배량의 물을 가수하면서 콜로이드밀이나 분쇄기로 분쇄하여 사용하였다.
24시간까지 발효시켰을 때 전환율이 50%이상인 균주는 없었으나, 48시간부터는 전환율이 급격히 높아져 80%이상인 균주는Lactobacillus acidophillus, L. sakei, B. breve,B. longum, B. infantis,B. thermophyllum, Str. faecalis, Leuconostoc plantarum, Leuc. mesentroides였으며, 발효 48시간 경과후 대부분의유산균이 전환율 80% 이상을 나타내었으나, 80% 이하의 전환율을 보인 유산균주는L. bulgaricus, L. reuteri, L. confusus, L. casei, B. bifidum, Str. thermophillus이었다.
72시간 발효시 대부분의 유산균은 전환율 90% 이상을 보였으며, 전환율 90%이상인 균주는Lactobacillus acidophillus, L. sakei, B. breve,B. longum, B. infantis,B. thermophyllum, Str. faecalis, Leuconostoc plantarum, Leuc. mesentroides였으며, 90% 이하의 전환율을 보인 유산균주는L. bulgaricus, L. reuteri, L. confusus, L. casei, B. bifidum, Str. thermophillus이었다.
또한, 발효 96시간동안 발효시켰을 때L. bulgaricus, L. reuteri, L. confusus, L. casei, B. bifidum을 제외하고는 대부분의 균주가 전환율 100% 이상을 나타내었는데, 이것은 콩에 존재하는 글루탐산이 감마-아미노부틸산로 전환되었기 때문이었다.
키요시(Kiyoshi) 등은 김치, 요구르트와 야채주스에서 감마-아미노부틸산 함량을 조사하였으며, 요구르트에서 분리한 Strept. thermophillus와L. delbruekii가 감마-아미노부틸산을 생성하며,L brevis균주는 지와이피(GYP) 액체 배지에서 3일 동안 배양시킨 결과 mono-sodium glutamate(MSG) 59mM에서 감마-아미노부틸산 40 -50mM을 생산한다고 하였다[Kiyoshi, H., Yoshie, U., Shinya, K., Ryozo, T. and Kouhei, O. Production of γ-Aminobutyric Acid by Lactic Acid Bacteria. Seibutsu-kogaku. 72:239 ~ 244 (1997)].
그러나, 이들의 연구 결과와 차이점은 이들은 지와이피(GYP)배지를 사용하는반면, 본 발명에서는 엠알에스(MRS) 배지, 우유, 콩을 사용하며, 또한 서로 균주가 다르다는 것이 큰 특징이라 할 수 있다.
또한, 대두에 이산화질소와 같은 기체로 혐기 처리하였을 때 감마-아미노부틸산 함량의 변화를 조사한 결과 156.8mg/100g 정도로 증가하여 대조구 보다 7.4배정도 많이 생성된다고 하였다[Mitsuaki 등, Gamma-aminobutyric Acid Accumulation in Bean Sprouts (Soybean, Black Gram, Green Gram) Treated with Carbon Dioxide. Nippon Shokuhin Kogyo Gakkaishi. 36(11):916~919 (1989)]. 이외에도 냉각으로 콩잎을 자극하면 감마-아미노부틸산의 함량이 5분 이내에 20 ~ 40배 증가하여 1 ~ 2umol/g 정도가 축적된다고 하며, 이때 상대적으로 글루탐산 농도는 감소하나 감마-아미노부틸산은 상대적으로 증가한다[Ewa, 등, Cold-shock-stimulated γ-Aminobutyric Acid synthesis is mediated by an increase in cytosolic Ca2+, not by an increase in cytosolic H+. Can. J. Bot. 75:375 ~ 382 (1997)].
이와 같은 배경을 고려하여 볼 때, 감마-아미노부틸산 함량을 높이려면 전구물질인 글루탐산(glutamate)이 다량 함유되어 있는 소재를 사용하면 가능하다는 것이다. 식물체에서 자극 같은 스트레스에 의해 감마-아미노부틸산이 빠르게 생성하는 것은 감마-아미노부틸산 생성에 관여하는 효소를 새로 합성하는 것이 아니라, 자극에 의해 효소가 활성화된다고 할 수 있으나 이에 대한 이론은 확실치 않다. 그리고, 식물체내에서 감마-아미노부틸산이 축적되는 것은 외부의 스트레스에 대하여 식물이 자기 방어의 역할에 의한 결과로도 인식되고 있다.
따라서, 발효 초기보다 발효 후기에 감마-아미노부틸산이 다량 전환되는 것은 발효가 진행됨에 따라 산성화가 되면서 글루탐산에서 감마-아미노부틸산으로 전환하는 데 필요한 수소이온이 다량 생성할 수도 있으며, 또한 유산균의 자기 방어 역할을 위해 식물체처럼 감마-아미노부틸산로 전환시킬 수가 있는 것이나, 이에 대한 이론은 아직 확실치가 않다.
| 발효시간 | 12 | 24 | 48 | 72 | 96 | |||||
| 함량 및 전환율유산균 | 함량(%) | 전환율(%) | 함량(%) | 전환율(%) | 함량(%) | 전환율(%) | 함량(%) | 전환율(%) | 함량(%) | 전환율(%) |
| L. acidophillus | 1.2 | 24 | 2.4 | 48 | 4.0 | 80 | 4.5 | 90 | 5.1 | 102 |
| L. bulgaricus | 0.8 | 16 | 2.0 | 40 | 3.0 | 60 | 3.6 | 74 | 4.2 | 84 |
| L. confusus | 0.1 | 2 | 0.3 | 6 | 1.8 | 36 | 2.5 | 50 | 3.3 | 66 |
| L. reuteri | 0.1 | 2 | 0.3 | 6 | 1.3 | 26 | 1.6 | 26 | 2.1 | 42 |
| L. casei | 0.1 | 2 | 0.7 | 14 | 2.7 | 54 | 3.0 | 60 | 3.9 | 78 |
| L. sakei | 1.2 | 24 | 2.0 | 40 | 4.1 | 82 | 4.8 | 96 | 5.3 | 106 |
| B. breve | 1.5 | 30 | 2.4 | 48 | 4.6 | 92 | 5.0. | 100 | 5.6 | 112 |
| B. longum | 1.2 | 24 | 2.0 | 40 | 4.1 | 82 | 4.8 | 96 | 5.3 | 106 |
| B. infantis | 1.4 | 28 | 2.0 | 40 | 4.1 | 82 | 4.7 | 94 | 5.2 | 104 |
| B. bifidum | 1.0 | 20 | 1.7 | 34 | 3.3 | 66 | 4.0 | 80 | 4.8 | 96 |
| B. thermophyllum | 1.0 | 20 | 1.8 | 36 | 4.0 | 80 | 4.5 | 90 | 5.1 | 102 |
| Str. faecalis | 0.9 | 18 | 1.6 | 32 | 4.0 | 80 | 4.7 | 94 | 5.2 | 104 |
| Str. thermophillus | 1.0 | 20 | 1.6 | 32 | 3.8 | 76 | 4.3 | 86 | 5.0 | 100 |
| Leuc. plantarum | 1.1 | 22 | 2.3 | 46 | 4.2 | 84 | 4.7 | 94 | 5.2 | 104 |
| Leuc. mesentroides | 1.1 | 22 | 2.3 | 46 | 4.2 | 84 | 4.8 | 96 | 5.1 | 102 |
실시예 5
고농도 유산균을 사용하여 단시간 감마-아미노부틸산 전환 유산균 발효
글루탐산 1% ~ 20%를 첨가한 우유와 콩분쇄물에 유산균 성장곡선에서 대수기에 있는 유산균체(1 ~ 5 x 1010/mL)를 따로 분리하여 실시예 3과 4보다 많은 유산균체를 10% 접종하여 각각 24시간과 48시간까지 발효시켰다.
이때, 감마-아미노부틸산 함량과 전환율의 변화를 표 5와 6에 나타내었다.표 5와 표 6에 나타난 결과는 글루탐산이 5 ~ 10%의 범위로 첨가된 경우의 결과를 나타낸다.
실시예 3과 4의 방법보다 고농도의 유산균을 사용하면 높은 농도의 글루탐산을 단시간에 감마-아미노부틸산을 전환시킬 수 있었다.
전반적으로 우유를 사용한 것이 콩을 사용한 것보다 감마-아미노부틸산 함량이 높아 우유에서 유산균 발효가 활발히 일어나 전환이 잘된 것을 알 수 있다. 유산균이 우유에 잘 자란다는 것은 오래 전부터 널리 알려진 것처럼, 유산균의 증식에는 적절한 단백질원과 탄소원이 필요한 것임을 알 수 있다.
쳉(Cheng)(J. Food Sci. 55권 4호 1178페이지 1990년)은 콩을 이용하여 유산균을 발효하여 소이거트(sogurt)를 만들기 위하여Streptococcus thermophilus와Lactobacillus casei를 사용하였다. 두유의 가열처리가 젖산균의 산생성과 대두요구르트의 품질에 미치는 영향을 연구한 고(한국식품과학회지 20권 3호 317페이지 1988년)는 두유를 60℃에서 10분 이상 가열하였을 때 유산균이 증식하여 산을 생성하였다고 하였다. 칸다(Kanda) 등(Process. Biochem. 11권 5호 23페이지 1976년)은 전지 대두로 만든 두유를 90℃, 100℃, 121℃에서 10분 또는 20분 가열하여Lactobacillus acidophilius를 접종하여 두유요구르트를 만들고자 하였다. 이러한 연구에 비추어 볼 때, 콩이나 우유에는 유산균 증식이 활발히 일어날 수 있는 것이다.
또한, 전환율이 균체마다 다른 이유는 균체의 종류에 따라 이용하는 탄소원이 다르며, 송 등(한국미생물학회지, 30권 1호 63페이지 2002년)은 비피도박테리아SH2는 락토오스(lactose)에서 성장이 잘되며, 포도당과 말토오스(maltose)를 첨가한 경우에도 잘 자란다고 하였다. 트레할로오즈(trehalose)는 저장 탄수화물과 에너지 저장원으로 자연계에 존재하는 당류의 일종으로 물리화학적 스트레스에 대한 보호작용을 한다고 알려져 있다(Ling 등, J. Ferment. Bioeng., 80권 204페이지 1995년), 박 등(한국식품과학회지 28권 3호 451페이지, 1996년)은 트레할로오스 첨가 유·무에 따른 유산균 배양조건에서 트레할로오스를 첨가하면B. breve가 첨가하지 않았을 경우 보다 잘자란다고 하였다. 이 등(한국농화학회지, 41권 7호 527페이지 1998년)은 비피더스균 발효를 위한 쌀 당화액의 제조공정에서 쌀당화액은 비피더스균에 적합한 기질이었으며, 효소 당화시 적정 당화시간은 75분이었다고 하였다.
따라서, 각 실시예에서 전환율의 차이는 기질의 이용성과 균주가 생성하는 효소의 활성 차이에 따라 우유와 콩에 존재하는 글루탐산을 이용하여 감마-아미노부틸산으로 전환에 차이가 있을 수 있다는 것이다.
| 발효시간 | 24 | 48 | ||
| 함량 및 전환율유산균 | 함량(%) | 전환율(%) | 함량(%) | 전환율(%) |
| L. acidophillus | 14.2 | 71 | 23.8 | 119 |
| L. bulgaricus | 13.3 | 66.5 | 24.9 | 124.5 |
| L. casei | 3.5 | 1.75 | 13.0 | 65 |
| L. reuteri | 2.3 | 1.15 | 12.5 | 62.5 |
| L. casei | 3.7 | 18.5 | 23.2 | 116 |
| L. sakei | 14.3 | 71.5 | 25.7 | 128.5 |
| B. breve | 14.8 | 74 | 28.0 | 140 |
| B. longum | 14.3 | 71.5 | 25.6 | 128 |
| B. infantis | 14.4 | 72 | 24.9 | 124.5 |
| B. bifidum | 13.5 | 67.5 | 24.1 | 120.5 |
| B. thermophyllum | 14.1 | 70.5 | 22.5 | 112.5 |
| Str. faecalis | 14.0 | 70 | 23.4 | 117 |
| Str. thermophillus | 13.9 | 69.5 | 23.2 | 116 |
| Leuc. plantarum | 14.4 | 72 | 22.8 | 114 |
| Leuc. mesentroides | 14.3 | 71.5 | 24.5 | 122.5 |
| 발효시간 | 24 | 48 | ||
| 함량 및 전환율유산균 | 함량(%) | 전환율(%) | 함량(%) | 전환율(%) |
| L. acidophillus | 12.4 | 62 | 21.4 | 107 |
| L. bulgaricus | 11.4 | 57 | 22.3 | 111.5 |
| L. casei | 2.5 | 12.5 | 8.5 | 42.5 |
| L. reuteri | 2.3 | 11.5 | 9.6 | 48 |
| L. casei | 2.7 | 13.5 | 20.2 | 101 |
| L. sakei | 12.3 | 61.5 | 21.8 | 109 |
| B. breve | 13.3 | 66.5 | 23.8 | 119 |
| B. longum | 12.3 | 61.5 | 21.8 | 109 |
| B. infantis | 11.4 | 57 | 20.9 | 104.5 |
| B. bifidum | 10.5 | 52.5 | 22.6 | 113 |
| B. thermophyllum | 10.1 | 50.5 | 21.9 | 109.5 |
| Str. faecalis | 9.4 | 47 | 20.9 | 104.5 |
| Str. thermophillus | 9.8 | 49 | 21.1 | 105.5 |
| Leuc. plantarum | 10.1 | 50.5 | 21.0 | 105 |
| Leuc. mesentroides | 10.4 | 52 | 22.0 | 110 |
상술한 바와 같이, 본 발명은 전술한 기술 구성으로 인하여 유산균을 이용하여 글루탐산을 다양한 생리활성이 있는 감마-아미노부틸산으로 전환시킴으로 뇌대사 증진 작용 등을 통해 치매 예방효과가 있는 유산균 발효물을 만들 수 있는 것이다.
이와 같이 뇌혈류 개선 및 뇌대사 증진 작용, 정신안정, 뇌졸증, 머리외상, 뇌동맥 휴유증, 고혈압 예방, 이뇨작용, 간기능 개선 작용, 비만방지작용, 알콜대사촉진 작용 등 매우 다양한 생리활성 기능을 갖고 있는 감마-아미노부틸산이 다량 축적된 발효물을 이용하여 다양한 기능성 식품 소재 및 유산균 소재, 의약품 소재, 노인성 질환 예방 소재, 수험용 소재 등 다양하게 이용할 수 있다.
이외에도 우유와 콩에도 감마-아미노부틸산을 강화시킬 수 있으며, 이와 같은 발효물들에서 감마-아미노부틸산을 따로 분리하여 다양한 제품에 적용을 할 수 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자가라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
Claims (6)
- 엠알에스(MRS) 배지에 글루탐산(글루타민산 또는 글루탐산염)을 1% ~ 10%로 하여 첨가하여 락토바실러스, 비피도박테리아, 스트렙토코카스 또는 로코노스톡 중 어느 일 유산균을 접종한 후 1시간에서 96시간까지 배양하면서 글루탐산을 감마-아미노부틸산으로 전환시키는 방법.
- 우유에 글루탐산 또는 글루탐산염 1% ~ 10%를 첨가하여 살균한 후에 활성화된 유산균(1 ~ 3 x 109/ml)을 0.5 ~ 1.0% 접종하여 1시간 ~ 96시간까지 발효시키면서 글루탐산을 감마-아미노부틸산으로 전환시키는 방법.
- 콩 분쇄물에 글루탐산 또는 글루탐산염 1% ~ 10%를 첨가한 후 살균하여 방냉한 후에 활성화된 유산균(1 ~ 3 x 109/ml)을 0.5 ~ 1.0% 접종하여 1시간 ~ 96시간까지 발효시키면서 글루탐산을 감마-아미노부틸산으로 전환시키는 방법.
- 글루탐산 1% ~ 20%를 첨가한 우유 또는 콩분쇄물에 대수기에 있는 1 ~ 5 x 1010/mL의 유산균체 10% 접종하여 각각 1시간 ~ 48시간까지 단시간 발효시키면서 글루탐산을 감마-아미노부틸산으로 전환시키는 방법.
- 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항의 방법에 의해 생산되는 발효물.
- 식품 또는 의약품에 상기 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 의해 감마-아미노부틸산이 강화된 배지, 우유 또는 콩 발효물 중 어느 일 발효물의 이용.
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