KR20120006606A - 바실러스속 고온성 균주 Ｂａｃｉｌｌｕｓ ｐｕｍｉｌｕｓ ＯＹＲ ０１０８（ＳＡＲＣ＿ＢＳＳ） 및 이를 이용한 대두박이 함유된 어분의 제조방법 - Google Patents

바실러스속 고온성 균주 Ｂａｃｉｌｌｕｓ ｐｕｍｉｌｕｓ ＯＹＲ ０１０８（ＳＡＲＣ＿ＢＳＳ） 및 이를 이용한 대두박이 함유된 어분의 제조방법 Download PDF

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이대용
김재홍
지성춘
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옥임호
김재홍
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Abstract

본 발명은 기탁번호 KACC 11066P인 바실러스속 고온성 균주 Bacillus pumilus OYR 0108(SARC_BSS)와, 어분에 대두박을 혼합하고, 기탁번호 KACC 11066P인 바실러스속 고온성 균주Bacillus pumilus OYR 0108(SARC_BSS)를 첨가하여 발효하는 것을 특징으로 하는 바실러스속 고온성 균주 Bacillus pumilus OYR 0108(SARC_BSS)를 이용한 대두박이 함유된 어분의 제조방법에 관한 것이다.

Description

바실러스속 고온성 균주 Ｂａｃｉｌｌｕｓ ｐｕｍｉｌｕｓ ＯＹＲ ０１０８（ＳＡＲＣ＿ＢＳＳ） 및 이를 이용한 대두박이 함유된 어분의 제조방법{Bacillus pumilus OYR 0108 in high-temperature type Bacillus and Making method for fish meal involving soybean meal thereof}
본 발명은 고온에서 생육이 가능하고 물질의 분해능력이 뛰어난 바실러스속 고온성 균주 Bacillus pumilus OYR 0108(SARC_BSS) 및 이를 이용한 대두박이 함유된 어분의 제조방법에 관한 것이다.
어분은 제조 원료에 따라 크게 백색어분, 갈색어분, 부산물어분 및 발효어분으로 나눌 수 있다.
백색어분 및 갈색어분은 단백질 함량이 높고 회분 함량이 낮아 고급어분으로 분류되고 이는 거의 수입에 의존되는 실정이다.
그리고 부산물 어분은 식품으로 이용되는 어종의 가식부를 제외한 나머지 부분으로 제조되는 어분으로 단백질함량이 낮고 회분이 높아 저급 어분으로 분류되며, 발효 어분은 배합사료에 이용되기 어려운 저급의 어분을 미생물을 이용하여 발효시켜 비료로 이용된다.
이러한 어분의 품질을 평가하는 기준으로는 단백질 및 지방의 함량, 신선도(단백질: TVN, Histamine, 지방: 산가(Acid value; AV) 등), 생체 이용율(단백질 변성 및 소화율)이 이용된다.
일반적으로 어분은 제조 과정에서 높은 열을 이용하여 생산되는데, 어업과정에서 획득된 기타어종(잡어)을 모아 압력을 가하여 기름(어유)을 뺀 후 높은 열을 가하여 수분을 증발시키고 분쇄 및 포장한 후 유통된다.
이렇게 생산된 어분 내에 포함된 단백질은 높은 열에 의해 변성되어 소화되기 어려운 형태로 변화되고, 지방산은 산화되어 산패의 척도가 되는 산가를 높이는 원인이 되어 어분의 가치를 저하시키는 문제점이 있었다.
그리고 어분의 원료 자체가 가식부를 제외한 부산물을 이용하기 때문에 단백질 및 지방함량이 낮은 문제점이 있었다.
그리고 발효를 이용한 어분 제조 방법이 다수 개발되었으나 일반적으로 상온(37℃ 이하)에서 생육하는 미생물을 이용하므로 제조기간이 길게는 수개월까지 걸려 생산단가를 상승시키는 문제점이 있었다
한편, 가격 변동이 심하고 수급이 비교적 어려운 어분을 대체하기 위한 노력이 유럽과 일본 등에서 활발하게 이루어지고 있는데, 특히 식물성 단백질원에 대한 연구가 활발히 진행 중에 있다.
이러한 식물성 단백질원 중 탈지 대두박이 가장 주목을 받고 있는데, 이는 연중 일정한 품질의 원료를 공급할 수 있고 단백질 및 아미노산의 함량이 다른 식물성 단백질원에 비해 높아 배합사료의 원료로 이용이 용이하기 때문이다.
그러나 대두박은 탄수화물 및 섬유질을 다량 함유하고 있어 단백질의 이용성이 동물성 단백질원(어분)에 비해 낮으므로 어분으로 사용되기 힘든 문제점이 있었다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 해결하고자 하는 과제는, 고온에서 생육이 가능하고 물질의 분해능력이 뛰어나며 특히 식물성 단백질원인 탄수화물 및 섬유질을 단시간에 분해하여 상대적으로 단백질 함량을 증가시키도록 한 바실러스속 고온성 균주 Bacillus pumilus OYR 0108(SARC_BSS)를 제공하기 위함이다.
그리고 부산물 어분의 단백질 및 지방의 함량을 증가시키고, 식물성 단백질원인 탄수화물 및 섬유질을 제거하여 대두박 내의 단백질 이용성을 증가시킬 수 있는 고온성 균주 Bacillus pumilus OYR 0108(SARC_BSS)를 이용하여 어분을 제조하도록 한 대두박이 함유된 어분의 제조방법을 제공하기 위함이다.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 균주는 기탁번호 KACC 11066P인 바실러스속 고온성 균주 Bacillus pumilus OYR 0108(SARC_BSS)인 것을 특징으로 한다.
그리고 본 발명은 어분에 대두박을 혼합하고, 기탁번호 KACC 11066P인 바실러스속 고온성 균주 Bacillus pumilus OYR 0108(SARC_BSS)를 첨가하여 발효하는 것을 특징으로 하는 바실러스속 고온성 균주 Bacillus pumilus OYR 0108(SARC_BSS)를 이용한 대두박이 함유된 어분의 제조방법인 것을 특징으로 한다.
상기 과제 해결 수단에 의한 본 발명에 따르면, 다음과 같은 효과를 기대할 수 있을 것이다.
우선, 바실러스속 고온성 균주 Bacillus pumilus OYR 0108 (SARC_BSS)는 고온에서 생육이 가능하고 물질의 분해능력이 뛰어나며, 대두박 내의 탄수화물 및 섬유질을 단시간에 분해하는 효과가 있다.
그리고 바실러스속 고온성 균주 Bacillus pumilus OYR 0108(SARC_BSS)를 이용하여 제조된 대두박이 함유된 어분은 어분 내에 단백질 및 지방의 함량이 높고, 이를 섭취하는 어류의 소화율을 증대시키는 효과가 있다.
도 1은 바실러스속 고온성 균주 Bacillus pumilus OYR 0108(SARC_BSS)의 계통발생학적인 계보.
도 2는 바실러스속 고온성 균주 Bacillus pumilus OYR 0108(SARC_BSS)의 염기서열.
표1은 Bacillus pumilus OYR 0108(SARC_BSS) 균주의 대두박 분해능력을 알아보기 위한 실험 결과.
표2는 본 발명의 어분 제조시 온도 조건을 확인하기 위한 실험 결과.
표3은 본 발명의 어분 제조시 시간별 온도, 수분 변화 및 생균수 확인 결과.
표4는 본 발명의 어분 품질 평가결과.
본 발명에서의 균주는 형태적 특성, 생화학적 특성 및 16S rDNA의 염기서열 분석 결과, 바실러스속으로 확인되었는바, 바실러스 속으로 확인되었는바, 이를 바실러스 중 Bacillus pumilus OYR 0108 (이하 SARC_BSS 라고 함)로 명명하고, 이하 SARC_BSS 로 칭하기로 한다.
이는 2010년 2월 19일자로 한국미생물보존센터(KACC)에 기탁번호 제KCCM 11066P호로 기탁하였다.
이하, 본 발명의 실시예에 의하여 보다 상세하게 설명하고자 한다.
아래 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 범위가 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
실시예1 : 고온성 균주의 분리.
검체 5g을 생리식염수 100ml에 넣고 30℃ shaking incubator에서 1h shaking하였다. 그 상등액 10ml을 PBS 100ml에 넣고 40℃에서 1일간 진탕 배양하였다. 상기 배양액을 NA(Nutrient Agar) 배지에 도말하여 40℃ incubator에서 1일간 배양하여 생긴 colony를 SARC_BSS로 명명하고 TSA (Trypticase soy Broth agar)배지에서 순수배양하였다.
1) 배지조건,
NA배지, TSA배지 및 PDA 배지를 이용하여 순수 배양된 균체를 40℃에서 배양한 결과 NaCl을 5% 포함하는 TSA 배지에서 생육이 양호하였다.이를 통해 SARC_BSS 균주는 탄소원에 대한 요구와 mineral(or salt)에 대한 요구성이 높은 것으로 확인되었다.
2) 균주 배양시 온도 조건(실험실 규모).
① TSA 배지에 SARC_BSS 균주를 도말하여 30℃, 40℃, 50℃ 및 60℃에서 배양한 결과 균주는 40℃ 및 50℃에서 생육 양호함.
② TSA 배지에 SARC_BSS 균주를 도말하여 60℃, 70℃ 및 80℃에서 배양한 결과 생육하지 않음
③ TSA 배지에 SARC_BSS 균주를 도말하여 90℃에서 1h 동안 방치 후 50℃에서 배양한 결과 생육하지 않음.
④ TSA 배지에 SARC_BSS 균주를 도말하여 45℃에서 1일간 배양하여 상온 및 4℃ 냉장 보관한 결과 상온 및 4℃ 냉장 보관에서 6개월 이상의 보관성을 보임.
3) 균주 배양시 액체 배양조건
①TSB 배지에 균주를 접종하여 정치 및 진탕 배양한 결과, 진탕배양에서 생육 양호함.
②JAR fermentor 대량 배양한 결과 TSB, 45℃, 100rpm, 0.3vvm에서 8h 후 최대 성장을 함.
4) 균주의 특성 확인
APIzyme kit를 이용하여 SARC_BSS 균주의 효소 특성을 확인하였다.
Figure pat00001
Figure pat00002
그 결과, Esterase 및 esterase lipase를 다량 분비하는 것으로 나타났으며, alkaline phosphatase, acid phospatase 및 naphtol-AS-Bl-phospaohydrolase를 소량 분비하는 것으로 나타남.
또한 발암효소인 b-glucuronidase는 분비하지 않는 것으로 나타남.
5) 균주 배양액의 독성 실험
상업적으로 개발된 배지에 배양된 균주를 이용하여 동물 독성 실험을 실시함.
실험용 쥐를 이용하여 1×109 cfu/ml의 균주를 경구 투여하여 3주간 공급 폐사 및 체중 저하 등의 이상 증상 없음.
양식되고 있는 넙치의 사료에 1×107 cfu/ml의 균주를 혼합하여 4주간 공급 폐사 및 체중 저하 등의 이상 증상 없음.
양식되고 있는 뱀장어의 사료에 1×107 cfu/ml의 균주를 혼합하여 4주간 공급 폐사 및 체중 저하 등의 이상 증상 없음.
상기의 실험결과들을 살펴보면, 실험실 규모에서 배양된 BSS균주는 약40~50℃의 온도에서 잘 생육하며, 상온 및 냉장 보존성이 높은 것으로 판단된다. 또한 급성 독성 실험 결과 생물체에 무해한 것으로 판단된다.
6) SARC_BSS 균주의 대두박 분해능력
TSB 배지에서 1일간 배양한 SARC_BSS 균주의 대두박 분해 능력을 실험하였다.
원료 대두박 50g을 증류수 50ml와 혼합하고 여기에 대조구 또는 BSS 0.1% 를 투입하여 50℃shaking incubator에서 2일간 발효한 후 1일, 2일 간격으로 sampling하여 일반 성분 분석하였다.
실험구
 1일 2일
수분 조단백질(중량%) 수분 조단백질(중량%)
대조구 54.18 48.43 56.28 50.46
BSS 57.08 51.55 60.10 55.76
표1을 살펴보면, 대조구에 비해 BSS의 단백질 및 수분의 함량이 증가하는 것으로 보아 고온성 SARC_BSS 균주는 대두박에 포함된 탄수화물을 이용하여 수분을 형성하고, 상대적으로 단백질의 함량을 증가시킨 것으로 보인다.
즉, 부산물 어분에 대두박을 혼합한 후 BSS 균주를 투입하면, SARC_BSS 균주가 대두박 내의 탄수화물 및 섬유질을 제거하여 상대적으로 단백질 이용성을 증가시키므로 부산물 어분의 낮은 단백질 함량을 보완할 것으로 판단된다.
실시예2 : 현장 적용 실험
1) 어분 제조 시 온도 조건 확인 실험
(실험방법)
- 참치부산물:대두박을 8:2 비율로 혼합
- 총 원료의 0.1% BSS 배양액 투입
- 1차: 약 60℃ 유지 후 건조(90℃)
2차: 약 80℃ 유지
3차: 초기 고온(약 2h, 80℃), 저온(60℃) 유지 후 건조(75℃)
4차: 초기 고온(약 2h, 80℃), 저온(60℃) 유지 후 건조(75℃)
- 24h 동안 교반 및 건조 후 일반 성분 분석 및 미생물 측정
24h 후 수분 24h 후단백질 24h 후 생균수
1차 생산 37.8% 58.47 10^6
2차 생산 30.1% 63.85 10^7
3차 생산 30% 62.76 10^9
4차 생산 25% 62.89 10^9
표2를 살펴보면, 1차 생산을 제외한 나머지 생산의 경우 발효는 양호하게 이루어진 것으로 판단되지만, 온도가 90℃이상 유지될 경우 균의 숫자가 현저하게 감소하고, 발효가 이루어지지 않는 것으로 보인다.
그리고 생산 온도가 현저하게 높았던 1차 어분 생산 후에는 색깔이 짙은 갈색으로 나타나 내용물이 탄화된 것으로 보이므로, 어분 생산시 발효 및 건조 적정 온도는 75℃ 이하임을 확인할 수 있다.
그리고 SARC_BSS 균주가 균주 배양(실험실 규모)시 50℃이상의 경우 거의 사멸하는 것과 달리 어분을 발효시(현장 발효)에 75℃에서도 생육하는 이유는, 수분이 직접 닿는 고체 배지 및 액체 배지에서는 직접적인 온도 전달이 이루어지는 반면, 현장 규모에서는 공기 중의 간접적인 열에 의해 더 높은 온도에서도 생육이 가능하기 때문이다.
상기의 결과를 통해 SARC_BSS 균주는 실험실규모에서 40~50℃의 온도에서 잘 생육하고 현장규모에서는 75℃에서 발효가 가능한 고온성 균주임을 확인할 수 있다.
2) 어분 제조 방법 확인 실험
어분 제조 시 내부 온도를 설정하여 유지 및 변화를 확인하고 생균수 변화에 미치는 영향을 평가하였다.
(실험방법)
- 10톤 용량의 어분 제조 기기에 참치부산물 3200kg + 대두박 800kg 투입
- 10^9으로 제조된 SARC_BSS 와 SARC_BSS 배양액을 각각 20L씩 혼합
- 어분 제조 기기의 외부 온도를 75℃로 setting하고, 16h 후 외부 온도를 85℃로 setting.
-시간별 온도, 수분 변화 및 생균수 확인.
시간별 온도, 수분 변화 및 생균수 확인 결과.
시간(h) 내부온도(℃) 수분(%) 생균수(cfu/g)
0 41 53.4 3.4×10^6
3 60 50.4 _
4 61 50.4 _
6 62 47.2 _
8 60 50.2 4.8×10^9
10 61 50.0 2.1×10^9
12 63 48.6 1.1×10^9
14 60 45.7 4.2×10^8
16 60 45.1 4.5×10^8
18 70 43.5 2.6×10^8
24 77 24.7 5.7×10^8
표3을 살펴보면, 8h 생균수 측정 결과 최대치를 나타내 초기 8h 동안 미생물의 증식이 거의 다 이루어지고, 이후 생균수를 유지하면서 발효가 진행되는 것으로 보인다.
그리고 8h 이후 수분 함량이 증가하는 경향을 나타내는데 이는 미생물에 의한 대두박 분해 산물로 다량의 수분이 발생하는 것으로 보인다.
어분 제조 시 내부온도가 60℃를 유지할 때 미생물의 생균수가 10^8~10^9으로 유지되고, 18h 이후 온도를 증가시켜 건조하면 24h 후 수분함량이 약 25%로 유지되어 적절한 발효 및 건조가 되는 것을 확인하였다.
3) 본 발명의 어분 및 시판 어분의 품질 평가
본 발명으로 생산된 어분 및 시판되는 어분의 일반성분, 산가 및 펩신소화율을 비교하여 품질을 평가함.
항목 발효어분 국산참치어분
조단백질(%) 58 57
회분(%) 13 17
조지방(%) 11 9
펩신소화율(%) 95 78
산가 7.6 32
표4를 살펴보면, 현재 시판중인 국내 참치 어분에 비해 본 발명의 발효어분은 조단백질 및 조지방의 함량이 높고 회분의 함량이 낮아 품질이 우수한 것으로 판단된다.
또한, 펩신소화율이 월등히 높아 본 발명으로 생산된 어분의 이용률이 높을 것으로 판단되고, 산가 역시 매우 낮은 값을 나타내어 신선도에서도 매우 우수한 제품이 생산될 것으로 판단된다.
한국미생물보존센터(국외) KCCM11066P 20100219

Claims (2)

  1. 기탁번호 KACC 11066P인 바실러스속 고온성 균주 Bacillus pumilus OYR 0108(SARC_BSS).
  2. 어분에 대두박을 혼합하고, 기탁번호 KACC 11066P인 바실러스속 고온성 균주Bacillus pumilus OYR 0108(SARC_BSS)를 첨가하여 발효하는 것을 특징으로 하는 바실러스속 고온성 균주 Bacillus pumilus OYR 0108(SARC_BSS)를 이용한 대두박이 함유된 어분의 제조방법.

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