Transcript 생활속의 미생물-2010

2010년 1학기 생활 속의 미생물
Food-BioTech @ KMU
미생물을 이용한
간장과 된장의 제조
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1. 서 론
 식품공전에 따른 간장의 정의
Food-BioTech @ KMU
1. 단백질 및 탄수화물이 함유된 원료로 제국하거나 메주를 주원료로 하여 식염수 등을
섞어 발효한 것
2. 효소분해 또는 산분해법 등으로 가수분해하여 얻은 여액을 가공한 것
 간장의 문헌적 역사
- 삼국사기 (683년) : 신라 신문왕 3년 (683년)에 김흠운의 딸이 왕비로 간택되어 왕비로
입궐할 때 납채(納采) 폐백 품목으로 쌀, 술, 기름, 꿀, 장(醬), 시(豉), 포, 혜 135 수레와
조곡 150 수레를 보냈다는 기록
- 장(醬) : 소금을 첨가한 후 발효를 통하여 제조된 식품 재료
- 시(豉) : 콩을 낱알로 발효시킨 메주
 산업적 간장의 제조
- 조선시대 말까지 장류의 대량생산 기록은 없음
- 1886년 : 일본인에 의해 산본장유양조장 설립
2. 간장의 분류
 식품공전에 따른 간장의 정의
Food-BioTech @ KMU
1. 단백질 및 탄수화물이 함유된 원료로 제국하거나 메주를 주원료로 하여 식염수 등을
섞어 발효한 것
2. 효수분해 또는 산분해법 등으로 가수분해하여 얻은 여액을 가공한 것
 간장의 분류 1
분류
원료
발효미생물
한국간장
콩(대두)
Bacillus subtilis
일본간장
콩, 전분질
Aspergillus oryzae
어(魚)간장
어체, 내장
단백질분해효소
종류
재래간장 (막간장, 겹장)
양조간장, 다마리장유, 혼합장유
어간장(한국), Patis(필리핀),
Budu(말레이시아), Nuocmam(베트남)
2. 간장의 분류
Food-BioTech @ KMU
 간장의 분류 2 (한국공업규격)
1. 양조간장 : 식물성 단백질 (콩 또는 탈지대두) 또는 이에 전분질 원료
(쌀, 보리 , 밀 등)를 혼합한 것을 제국하여 식염수 등에 섞어
발효/숙정시킨 후 그 여액을 가공한 것
2. 혼합간장 : 양조간장의 원액과 산분해간장의 원액을 적정비율로 혼합하여 가공한 것
(1) 산분해간장 원액에 식물성 단백질 또는 전분질 원료를 가하여
발효/숙성시킨 여액을 가공한 것 (신식 양조간장)
(2) 양조간장 원액이나 산분해간장 원액 등을 적정비율로 혼합하여 가공한 것
*혼합간장 품질기준 : 양조간장 혼합비율에 따라 결정, 나머지 함량은 양조간장과 동일
(양조간장 60% 이상특급, 40%이상  고급, 20%이상  표준)
3. 간장/된장의 생리적 효과
Food-BioTech @ KMU
 콩의 성분
1. 단백질 - 전체의 30~50%
- 쌀을 주식으로 한 경우에 아미노산 보충효과가 뛰어남
2. 지
방 - 전체의 15~20%
- 불포화 지방산인 리놀산 (linoleic acid)과 리놀렌산 (linolenic acid)가 대부분
 혈관의 콜레스테롤 축적 방지, 동맥혈관 내에 콜레스테롤 제거 효과
3. 탄수화물 – 전체의 약 25~35%
- but, 전분함량이 거의 없음. 라피노오스(raffinose)/스타키오스(stachyose) 함유
 장내의 유산균 번식을 촉진. 충치예방효과가 높음
- 9%의 수용성 당을 제외한 나머지는 불용성 섬유질
 혈중 콜레스테롤 수치 감소. 변통 용이. 장기능 활성화로 결장암 예방.
4. 무기질 – 전체의 4~6%
- 칼륨과 인이 80%를 차지  알칼리생성 식품 (무기질이 많은 식품) (두부, 우유)
5. 기
타 – 비타민 B1과 B2가 풍부, 비타민 C가 거의 없음
- 비타민 E 많음  토코페롤(tocopherol) : 성인병/노화 방지
3. 된장의 생리적 효과
 된장의 우수한 아미노산 조성
Food-BioTech @ KMU
1. 콩은 16종의 불용성 아미노산 함유 (총 20종 아미노산 함유).
- 필수아미노산 8종 함유 : 트레오닌, 발린, 류신, 이소류신, 페닐알라닌, 라이신, 메티오닌,
트립토판
- 라이신(lysine), 류신(leucine)
: 쌀/보리에 부족한 아미노산이 풍부
- 메티오닌(methionine)
: 콩에 부족하나 다른 곡류에 많이 함유
2. 된장발효를 통해 아미노산 조성이 변화
 미생물의 발효에 의해서 변화/생성
3. 된장의 생리적 효과
 필수아미노산 메티오닌(methionine) 의 지방간 제거 효과
Food-BioTech @ KMU
1. 콩과 된장에 소량 존재하나 활성 높음
2. 정상간 - 간에 들어온 지방을 다른 조직에 이용되는 형태로 분해하여 불필요한 지방 제거
지방간 – 간에 지방이 비정상적으로 축적되는 증상 (원인: 만성 영양불량, 과음)
3. 지방대사 필수요소
- 지방 대사를 원활히 해주는 영양소, 콜린(choline)이라는 지방과 메티오닌 필수
- 콜린은 인지질인 레시틴 (lecithin)의 성분으로 지방운반에 필수
- 메티오닌은 체내에서 콜린 합성에 이용
4. 메티오닌 섭취  지방분해용 콜린 합성  지방분해 대사 촉진  지방간 제거
5. 추가 효과 : 알콜대사 물질인 알데하이드와 담배 니코틴 독소를 제거
 콩 지질의 콜레스테롤 저하 효과
1. 레시틴 (lecithin) : 인지질의 하나로 세포구조와 대사에 중요 작용
- 정자와 난자의 외피, 신경섬유의 외피에 존재  부족 시 기억력 감퇴
2. 레시틴과 리놀레익산 (linoleic acid): 혈관벽의 콜레스테롤 적체 방지
 동맥경화/고혈압 방지
3. 된장의 생리적 효과
 된장의 항암 효과
Food-BioTech @ KMU
1. 서울대 김진복 교수팀 : 메주덩이 섭취한 경우에 쥐의 암 발생률 저하
2. 일본 : 된장이 암 예방효과 있어 섭취 시 위암 발생률 30% 저하
3. 한국식품연구원 : 정통 장류가 암을 유발하는 돌연변이를 억제 시킴
- 된장 (70%), 고추장 (50%), 간장 (30%)이 억제
4. 부산대
- 된장은 항암효과 + 암세포 성장을 억제
항암 효과 비교 : 재래식 한국된장 >> 일본 미소된장
- 메주에 생성된 푸른곰팡이 유래의 toxin 인 아플라톡신 (aflatoxin)은 장 발효시 모두 파괴
- 이외의 모든 발암성 물질 (toxin) 류는 모두 세척, 담금, 숙성 기간에 모두 파괴됨
 기타 효과
1. 고혈압 치료 효과 – 된장과 청국장에서 모두 확인
2. 장내의 유산균 생육 촉진 : 장내의 독소 생성균의 생육 억제를 하는 반면,
비피더스(Bifidobacteria)와 락토바실러스(Lactobacillus) 등 유산균 생육 촉진
4. 한국간장 (1) 제조공정
 제조방법 :
Food-BioTech @ KMU
1. 메주제조 + 발효숙성
2. 염수의 농도 조절이 가장 중요
원료콩
생간장
달임
간장
메주
덩어리
숙성
막된장
수세+침지
담금
숙성
분리
증자
마쇄+성형
염수
띄우기
메주
소금
소금
4. 한국간장 (1) 제조공정
1) 원료콩의 처리
Food-BioTech @ KMU
- 세척 후 침지 : 원료콩의 세척 후 8~12시간 동안 물에 담금
- 증자 : 불린 콩을 2시간 이상 삶음  콩단백질의 변성
2) 메주 만들기
- 마쇄 : 절구 또는 초파기 (직경 8~10 mm)로 마쇄
- 성형 : 지역에 따라 다양함 (전라도 메주: 15*15*20cm)
성형된 메주는 볏짚을 깔고 약 2 주 동안 표면을 말림.
- 띄우기 : 볏짚으로 묶어 따뜻한 방안에 겨울 동안 매닮  미생물의 자연접종으로 생육함
* 상업적 생산 : 메주건조 - 30oC, 3일, dry air
띄우기 - 35oC, 7일
숙성 – 15oC, 30일
* 메주의 수분함량 : 24~35%, 산도: pH 6.5~7.6
4. 한국간장 (1) 제조공정
2) 메주 만들기
Food-BioTech @ KMU
- 메주제조에 관여하는 미생물
미생물종류
분포
관련미생물
특징
곰팡이
1%
Rizopus sp.
Mucor abundans
Scopulariopsis
brevicaulis
Aspergillus oryzae
Penicillium lanosum
Aspergillus sojae
주로 메주의 표면에만 존재.
메주덩어리의 갈라진 틈으로 균
사가 발육하여 생성.
세
균
99%
Bacillus subtilis
Bacillus pumilis
Mucor griseocyanus
메주의 표면 및 내부에 분포.
메주 내부에는 세균만 존재.
강력한 단백질, 탄수화물 분해
효소 분비.
효
모
0.01%
Rhodotorula flava
Torulopsis dattila
향미생성에 관여
4. 한국간장 (1) 제조공정
3) 담금 숙성
Food-BioTech @ KMU
- 담금 : 염수에 메주를 담가 항아리에 담음
- 일반적으로 음력 정월 ~ 3월 초
- 염수제조 : 미생물의 생육 및 장의 숙성과 밀접한 관련
전통적 : 물 4 두(斗) + 소금 1 두(斗) 현재 기술과 동일 (Be’19o)
- 방법 :
① 메주 표면 세척, 2~3개로 쪼개어 햇빛에 충분히 건조
② 담금 시기 : 소금량 ~ 음력 1월 (정월장) < 3월 장
③ 담금 후 액면 위의 메주덩어리에 소금을 얻음  잡균 생육 방지
④ 발효 숙성 중 햇볓을 쬐어 액면의 산막효모의 발생 방지  풍미저하 예방
4. 한국간장 (1) 제조공정
- 숙성 관여 미생물
Food-BioTech @ KMU
① 효기성 세균 : Bacillus 속
②
내염성 젖산균 : Pediococcus halophilus, L. casei, L. plantarum, Le. mesentoroides
③
내염성 효모 : S. rouxii, S. acidofaciens, Torulopsis dattila
④
젖산균과 효모는 간장의 독특한 풍미형성에 관여
한국간장 숙성 중 미생물 균총의 변화
4. 한국간장 (1) 제조공정
4) 여과와 달임(살균)
Food-BioTech @ KMU
- 여과 : 숙성 후 액체부(간장)과 고형물부(메주)를 분리
- 생간장 : 달이지 않은 간장. 각종 효소나 미생물이 잔존. 미숙한 맛과 풍미
- 달임 : 생간장을 끓는 상태에서 10~20분 정도 가열
① 생간장의 저장성을 높임. 풍미와 색깔을 향상
② 간장의 농축
③ 간장의 색 : 아미노산의 분해물인 멜라닌과 멜라노이딘
(속성 산분해간장의 경우 캐러멜(물엿류)로 착색함)
④ 간장의 냄새 : 알코올, 케톤, 알데하이드, 휘발성산, 에스테르, 페놀류
⑤ 간장 고유의 맛 : 베타 메틸 메르캅도프로필 알코올 (β-mercaptopropyl alcohol)
4. 한국간장 (2) 일반성분 및 식품학적 의의
Food-BioTech @ KMU
 다양한 종류의 한국간장
 주성분 : 아미노산, 향류, 알코올, 유기산, 소금
 아미노산 : 함량 및 조성은 숙성기간 등에 따라 큰 차이를 보임
 염분농도 : 19~25%
 총질소 : 0.36~0.95%
 유기산 : butyric acid propionic acid, acetic acid, formic acid (총산: 0.5%)
 향미 : 구수한 맛, 단맛, 고유 향미, 짠맛
콩 메주로 만든 장류의 일반성분 (단위, %)
수분
회분
조단백질 조지방
조섬유
탄수화물
소금
콩
9.0
4.6
38.0
20.7
4.7
23.0
0.2
재래메주
3.2
4.1
43.0
17.8
5.8
6.1
0.3
한국간장
68.9
24.2
4.4
0.1
-
2.3
23.6
5. 일본식 간장
 일본간장(Japanese Shoyu)
Food-BioTech @ KMU
: 대두의 가수분해에 의한 고기 맛과 짠맛을 갖는 갈색 또는 검은색의 액체. 필요에 따라
서 밀을 첨가함
 간장제조
: koji 제조과정(호기적 곰팡이 생장) + 액상발효숙성(유산균+효모)
- A. oryzae 또는 A. sojae가 분비하는 효소에 의해 단백질, 탄수화물 분해 (18%소금)
 일본간장의 종류
① Koikuchi 형태 : 일본간장의 90% 이상, 검붉은 갈색과 강한 풍미.
- 원료 : 대두 + 밀 동량 혼합
- 가수분해 : A. oryzae
- 발효숙성 : 젖산과 알코올 동시발효
- 살균 : 고온살균
② Usukuchi 형태 : 일본간강의 10%. 전체질소함량이 1.2%. 밝은 색
5. 일본식 간장 (1) 원료
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 대두 : 단백질, 지질의 공급원. 필수지방산, 레시틴, 플라보노이드
- 92% 이상 수입에 의존 : 식용류 (75%) + 식품용(25%)
 탈지대두 : 간장박을 식품에 사용할 수 없어서 탈지대두를 주로 사용
- n-hexane, n-heptane으로 유지를 추출/분리하여 탈지대두박 회수
 소맥(밀) : 전분질 원료 (80%이상)
- 독특한 향기나 색을 형성
 식염 및 용수 : 90%이상의 NaCl + 다양한 염 (CaSO4, MgSO4, MgCl2, KCl)
- MgCl2 : 쓴맛
- 철분함량이 낮은 식염 사용
- 용수에 따른 간장의 차이는 거의 없음
5. 일본식 간장 (2) 제조공정
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 원료처리+발효+제성 공정
 원료 : 대두+밀
 발효제 : koji
 숙성과정추가접종
: P. soyae, S. rouxii
 여과 후 가열처리
일본간장(koikuchi-tyype shoyu) 제조 공정도
5. 일본식 간장 (2) 제조공정
1) 원료의 처리 : 세척, 침지, 증자(열변성)
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 대두의 증자
- koji 곰팡이 유래의 효소인 protease에 의한 대두 단백질의 분해를 용이하게 함
- 질소이용률과 밀접한 관계, 살균효괄
- 증자에 의한 단백질의 변성으로 protease의 효과를 증대시킴
- N.K.(Nippon Kikkoman)식 증자 (평압증자법, 회전증자+진공냉각)
- 고온단시간연속 처리법 (연속처리)  질소이용률 7~8% 향상
2) 제국 (koji making)
 대두/탈지대두와 소맥을 혼합하고 종균을 접종 후, 국균(Aspergillus)를 증식배양하여 단
백질, 탄수화물 가수분해효소를 생성시키는 작업
 국균 : A. oryzae, A. sojae
5. 일본식 간장 (2) 제조공정
Food-BioTech @ KMU
3) 담금 : 간장용 코지를 양조용기에서 식염수와 혼합하여 간장 덧을 만드는 것
 급수비 : 원료 1L + 1.1~1.3L 염수
 -5oC 염수 사용 : 산생성균 생육 억제  가수분해효소 활성 유지
 염수 농도 : NaCl 23.2~24.6%
 최종 담금 염농도 : 16.5~18%
4) 숙성 : 내염성 미생물에 의한 발효 진행
 P. sojae, L. delbruckii, S. rouxii
5) 조합과 달임
 조합 : 부원료(설탕, 카라멜) 또는 산분해간장의 일부를 혼합하여 전체 질소함량을 조절
 달임 : 잔존 효소 파괴, 미생물 살균, 향미/풍미 조화, 60~70oC, 10분
6. 산분해 간장
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 산분해 간장 : 아마노산 간장 또는 화학간장
 장유확보 : 콩/밀 단백질인 글루텐을 염산으로 가수분해 후 알칼리 중화로 농축된 아미노
산액
18%
60~70시간 분해
분해취 억제
NaOH, pH 4.8~5.2
산분해간장 제조공정
6. 산분해 간장
 산분해간장 :
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- 아미노산 : tryptophane 없음. Serine/threonine 함량 낮음, arginine 함량 높음
- 유기산 : oxalic acid, formic acid, levulinic acid 높음
lactic acid, succinic acid, propionic acid 낮음
<양조간장과 산분해간장에서 총질소 및 유기산 함량 (단위, mg%)>
7. 간장의 규격
간장의 종류별 일반 규격 ㉿
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