9. Starter 미생물

1. 9. Starter 미생물 • 1. Starter 정의 • def : 발효유제품에 사용하는 미생물 배양액 • - 유제품의 특성 품질 결정 • - 세균, 곰팡이, 효모 -> 주로 유산균 • - 단독 or 혼합사용 • - 종류 : -> seed culture : mother starter를 제조하기 위한 종균배양액 • -> mother starter : bulk starter를 제조하기 위한 배양액 • -> bulk starter : 제품제조를 목적으로 직접 사용하는 starter

2. 2. Starter 사용목적과 기능 • 1) 목적 : 우유성분의 미생물에 의한 변화 -> 맛, 조직, 풍미생성, 영양성 • 단백질 • 탄수화물 품질개선 및 제품개발 • 지방 • 2) starter에 의한 유성분의 대사와 기능 • (1) Lactate fermentation • 유당 유산 pH 저하 잡균증식 억제 • 산응고 curd 형성 • 산미생성 풍미생성 • (2) 풍미생성 • - 미생물에 의한 citrate(구연산)발효 • Citrate diacetyl • acetoin • 2,3-butyleneglycol • 미량의 휘발성산, 알코올, aldehyde • - Leuconostoc, Lactococcus, Lactobacillus • - Leuc. cremoris • -> glucose -> pyruvate -> diacetyl • -> Mn+2에 의해 생육촉진 -> 우유중 Mn 함량 계절별 변화 -> 계절에 따른 품질변화 starter 풍미생성에 중요 9. Starter 미생물

3. (3) 단백질분해 • - 치즈숙성에서 중요 • casein peptide 풍미생성 • amino acid • - 산생성력이 강하면 -> 단백분해력 강함 • - Enterococcus faeculis var. liquefaciens • “ faecium • (4) 지방분해 • - 곰팡이치즈 제조에 이용 • - 단백질분해를 겸한 숙성목적 • - Penicillium roqueforti (fungi) • - Candida lipolytica (yeast) -> 지방분해용 starter • - 유산균 중 Lac. lactis, L. casei가 지방분해능 가짐 -> 체다치즈 숙성에 이용 • - 유산발효, 단백질분해와 겸하여 사용 -> 혼합 starter • (5) Propionate fermt • - 스위스치즈 • glu lactate propionate, acetate 치즈풍미 • CO2, H2O cheese eye • - 유산균 starter 와 혼합사용 or 숙성실 중의 산재 낙하세균 이용 starter 강한 단백분해력 프로피온산 발효균 유산균 9. Starter 미생물

4. (6) 알콜발효 • - kefir (알콜발효유) • 유당 alcohol • - 유산균과 혼합사용 • -> 유산균 : 배지의 pH 낮춤 -> 잡균오염방지 -> 효모발육시작 • (7) 항균물질 생산 • - 대부분의 유산균 -> 생육 중 생육저해물질 생성 (bacteriocin) • - Lac. lactis -> nisin • - Lac. cremoris -> diplococcin • - L. acidophilus -> acidophilin • - L. bulgaricus -> bulgarican • (8) 공생 & 길항 • - 혼합 starter 의 경우 -> 각 균의 특징을 이용 -> 균의 생육 촉진, 제품품질 향상에 이용 • ex 1) 산 생성 느린 starter -> 다른 균종과의 혼합배양으로 균활력 촉진 • Lac. lactis vs Lac. cremoris • ex 2) 버터 제조시 • Lac. lactis유산발효 pH 저하or folic acid생성 • Leuconostoc citrovorum풍미생성 효모 starter 잡균증식억제를 위해 치즈 starter에 이용 Growth factor 9. Starter 미생물

5. ex 3) Swiss cheese • 유산균 유산 생성 • + • 프로피온산균 • 프로피온산 생성 풍미, 품질 향상 • ex 4) 산화발효성 효모 • 유산균 유산 생성 • 제품숙성 촉진 • + pH 저하 • 발육촉진 유산균 생존, 발육 지속 • 산화발효성 효모 • CO2 + H2O 유산 감소 • - Swiss 치즈의 경우 Geotricum candidum 이나 Candida krusei를 유산균과 혼합하여 사용 유산균 손상 감소 유산 축적 억제 9. Starter 미생물

6. 9. Starter 미생물 • 3. Starter의 종류와 사용균주 • 1) Starter 종류 • - 제품별 -> 치즈 starter, 버터 starter, 발효유 starter • - 성상별 -> 액상, 분말(저온건조, 동결건조), 동결 • - 사용방법 -> 단독, 혼합 • 2) 스타터용 미생물과 사용제품 (표6-1, 6-2 참조) • 4. Starter 조제와 보존 • 1) starter 조제의 필수조건 • (1) 배지선택 • - 목적제품의 원료와 같은 것 혹은 유사품 이용 • - 치즈, 요구르트 : 전유, 탈지유, 환원탈지유 <- 신선한 양질의 우유에서 만든 것 • - 탈지유, 환원탈지유 가장 많이 사용 • - 유고형분 높으면 -> 커드형성 양호, 산생성 균수 증대 • (2) 배지의 전처리 • - 살균 -> 유산균 발육 억제물질 파괴, 잡균사멸 • - mother starter -> autoclave (121℃, 20 분) • - bulk starter -> 90℃ - 60 분, 100℃ - 30~60 분 • - 고압멸균 -> 가열취, 갈색화 유발

7. (3) 균주선정 - 사용목적 고려 - 주요고려 사항 : 최적온도, 내열성, 점질화 여부, 산생성력 (4) 접종량 - 결정요인 -> 배지 총량, 균의 종류와 활성, 배양시간, 온도 - 유산균 starter : 탈지유의 0.5 ~ 1% - starter 활성 낮은 경우 - 배양온도 낮은 경우 접종량 늘임 - 신속한 조제 필요시 - 접종량 높으면 -> bulk starter의 경우 diacetyl acetoin 유산 -> 변함없음 - 곰팡이 starter -> 배양온도, 습도에 따라 변화 (5) 배양시간, 온도 - 미생물 활성, 산생성력, 풍미 생성, 커드형성에 영향 - 치즈, 버터 : 20 ~ 30℃ - 요구르트 : 35 ~ 38℃ - 배양시간 결정요인 : 배양온도, 접종량 - 일반기업체 : 1% 접종 시 25℃, 14 ~ 16시간 배양 (유산균의 경우) 생산 증가 9. Starter 미생물

8. (6) 배양 후 냉각 보존 - 신속 냉각이 중요 - 냉각속도 : starter 양에 좌우 - 유산균 : 적정산도 0.7%에서 배양 중지 적당 - 곰팡이 starter : 배양 후 30℃에서 건조 분말화하여 무균용기에서 보관 2) Starter 조제 (1) 유산균 액상 starter A. seed culture (stock culture) 제조 탈지분유 10 – 20% 환원용액(시험관) 100℃-30분, 3일간 간헐멸균 균주배양 5℃ 냉장보관 - CaCO3, 0.5 ~ 1% 첨가 -> 균생존율 향상(5개월) - Glycerin 20% 첨가 -> -15℃, 6개월 보존 - 보존균주 : 3개월이내 계대 -> 활성화 후 재 보존 9. Starter 미생물

9. B. Mother starter 제조 - 배지 : 탈지유, 환원탈지유 - 멸균 : autoclave or 100℃, 30 분 3일간 간헐멸균 - 보존균주 활성화 -> 매 3일마다 계대 배양 - 제조과정 : seed culture 1% 접종 -> 12 ~ 24시간 배양 -> 응고 -> 2-3회 반복(활성화) -> 5℃ 보관 - 혼합스타터 : 균주별로 스타터 제조 -> 버터의 경우 처음부터 혼합사용 - 분말스타터 사용 시 -> 멸균유로 희석 혹은 직접 탈지유에 첨가하여 배양 -> 3회 이상 계대배양하여 활성화시킨 후 사용 C. Bulk starter - 배지제조 : 90℃, 30~60 분 살균 -> 25℃ 냉각 - mother starter 접종량 : 1% (커드 균일하게 분쇄하여 사용) - 배양 : 20 ~ 25℃ 35 ~ 40℃(고온성 균주) D. Main culture 12 ~ 16 시간 배양 후 냉장 보관 9. Starter 미생물

10. 9. Starter 미생물 (2) 유산균 분말 starter - 생균 수 함량이 중요 A. 분무건조 - MSG(mono sodium glutamate), ascorbic acid 사용 - 21℃, 6개월간 활성 유지 B. 동결건조(lyophilization, freeze drying) - 높은 생잔균수 - 재생 시 lag phase 길어짐 -> mother starter 용으로 사용 - 생잔율 향상방안 -> YE, 단백질 가수분해물 첨가 -> 시작균수 증가(1010이상) -> 생장곡선고려 적정시간에서 회수 -> 배지 pH 5-6 유지 -> 수분함량 : 3% 이하 유지

11. 9. Starter 미생물 (3) 유산균 동결 starter - -20℃ ~ -40℃ 로 일반동결 -> 수개월 보존 - -80℃ deep freezer 보관 - 액체질소 이용(-196℃) - 접종 후 배양 없이 동결 - 5% sucrose, cream, 0.9% NaCl, 1% gelatin, glycerol 첨가 –> 생존율 향상 - 사용 : 접종 후 curd 형성 확인되면 계대 (4) 곰팡이 스타터 A. 특성 - Penicillium roquefortii - 푸른 곰팡이 치즈제조 - extracellular protease, lipase 분비 -> 치즈 숙성 - FFA 산화 -> methyl ketone 생성 -> 치즈 풍미 B. 조제 - 밀가루 빵, 보리가루 빵 (8-10mm, 수분함량 40%) autoclave 곰팡이 살포 (멸균수 희석액 사용) 21 ~ 25℃, 8 ~ 12 시간 배양 -> 포자 형성 30℃, 10일 배양 -> 포자착생 동결건조, 실온진공건조 -> 분쇄 -> 냉장보관

12. 9. Starter 미생물 5. Starter 품질 1) 품질요건 - curd 외관 -> hard & smooth, 탄력성, 균일조직 - 풍미, 산미취 - curd 분쇄 시 -> 균일외관, 점성, 덩어리 형성 않음 - 적정 우유응고시간 - 활성유지 2) 품질판정 (1) 관능검사 : 외관, 조직, 색, 유청분리, 미각검사(산미, 풍미) (2) 화학적 검사 - 적정산도 : 0.8 ~ 1% 적당 - 휘발산 정량 - diacetyl, acetoin 측정 -> starter 용기 상부의 휘발성분 gas chromatography 로 분석 (3) 세균학적 시험 : 총균수, 생균수 측정, 선택배지 이용 특정균종 검사 (4) starter 활성시험 - 산생성검사 -> 산도 측정 - 색소환원검사 -> Resazurin 환원시험 (산도변화에 따라: 청색 -> 보라 -> 적색 -> 회색) (5) 항생물질 검사 - TTC 환원법 (무색 -> 적색) (6) Phage 검출 - 전자현미경 - 한천배지의 용균반 형성(plaque)