미생물의 생리 PDF

# 3주차 식품미생물학 ## 미생물의 생리 ### 학습 주제 1. 미생물의 영양 2. 증식과 사멸 3. 증식에 대한 환경인자 ### 1. 미생물의 영양 #### 1) 증식과 영양물질 ##### (1) 탄소원 * 세포구성 및 에너지원으로 이용 * 주로 포도당, 과당, 만노스 등 단당류(6탄당)와 자당, 엿당 등 이당류 * xylose, arab...

# 3주차 식품미생물학 ## 미생물의 생리 ### 학습 주제 1. 미생물의 영양 2. 증식과 사멸 3. 증식에 대한 환경인자 ### 1. 미생물의 영양 #### 1) 증식과 영양물질 ##### (1) 탄소원 * 세포구성 및 에너지원으로 이용 * 주로 포도당, 과당, 만노스 등 단당류(6탄당)와 자당, 엿당 등 이당류 * xylose, arabinose등 5탄당, raffinose등의 올리고당 * starch, cellulose, dextrin 등 다당류 * 탄소원의 필요양 - 세균 0.1 ~ 2%, 효모나 곰팡이 5%, 발효시10 ~ 15% ##### (2) 질소원 * 미생물 균체 성분, 효소 성분으로 단백질, 퓨린, 피리미딘의 핵산 염기 등의 합성시 필요 * 질소원의 농도는 0.1 ~ 0.5%정도이며, 질소원의 종류, 농도가 배양에 영향미침 * 요소(urea), 옥수수 침지액, 미강, 밀기울, 콩깻묵, 효모추출물, 고기 추출물 등 * **공중 질소 고정균(N2 fixation)** * 콩과 식물에 기생하는 Rhizobium속 세균 * 토양 속에 생육하는 Azotobacter속 세균 ##### (4) 증식인자(생육인자, growth factor) * 생육에 필요 하지만 미생물이 스스로 합성 할 수 없는 미량 영양소로써 세포구성에 필요한 유기화합물을 말함 * 증식인자로는 비타민 B군, 아미노산, 퓨린염기 및 지방산 등 * Bios - 효모의 증식인자로써 biotin, 판토텐산, 이노시톨, 비타민B1, B6, 니코틴산 등 비타민 6종 * 젖산균 - 복합 비타민 요구, 생육을 위해 대부분의 물질을 공급 받아야 하기 때문에 가장 영양 요구성이 까다로운 미생물임 #### 2) 에너지원과 미생물 * **독립영양 미생물(autotroph)** * 생육에 유기물이 필요치 않고, 광에너지 또는 무기물을 산화하여 에너지를 얻음 * 독립영양광합성미생물 - 혐기적 조건에서 태양 에너지를 에너지원으로 이용 (photoautotrophs) - 광합성 세균, 홍색 황세균 * 독립영양화학합성미생물 - H2, S, H2S, NH3, NO2 등과 같은 무기물을 산화하여 (chemoautotrophs) 에너지원으로 이용 Nitrosomonas속, Nitrobacter속, 황산화세균(Thiobacillus속), 수소(발생)세균 * **종속영양미생물(heterotroph)** * 유기물을 분해하는 호흡 또는 발효에 의해 에너지를 얻음 대부분의 세균, 곰팡이 등 #### 3) 미생물의 영양상 특징 ##### (4) 미생물학 정량법(Bioassay) * 미생물의 증식에서 특정 영양물질이 요구되거나 반대로 어떤 물질에 의해 그 증식이 저해되거나 하는 관계를 이용하여 시료 중의 어떤 물질을 정량하는 방법 * 미량의 시료로 정량이 가능하며 특이성이 높음 * L-아미노산류, 비타민류, 항생물질 등 손쉽게 정량 가능 예) Leuconostoc mesenteriodes P-60: 아미노산 요구성이 까다로워 아미노산 함량 정량에 이용 ### 2. 증식과 사멸 #### 1) 미생물의 증식과 세대시간 * 세대시간 - 미생물 집단이 두배로 증가하는데 걸리는 시간 * n세대 후 균수 = 1x2ⁿ(n은 세대수) 예제1) 20분의 세대시간을 가지는 열개의 균은 1시간 후 균수는? 예제2) 5개의 세포가 4시간 후 1280개로 증식되었다. 세대시간은? #### 2) 증식도 측정법 ##### (1) 건조 균체량 * 배양액을 원심분리 후 세척, 건조 후 균체량을 측정하는 방법으로 간편하며 비교적 정확하며, 곰팡이, 방선균 등 다세포 미생물도 적합 ##### (2) 원심 침전법 * 모세 원심분리관에 담은 후 원심분리하여 침전량을 측정 ##### (3) 균체 질소량 * 질소량을 정량하여 증식도 측정하는 방법으로 부정확함 ##### (4) 총균계수법(total cell count) * 현미경을 통해 균의 개체 수를 직접 계측하는 방법 * 효모의 경우 Hemocytometer, 세균 경우 Petroff-Hauser계수반 * 0.1% 메틸렌블루로 염색하여 사균(dead cell)과 생균(live cell) 구별 가능 ##### (5) 광학적 방법 * 분광광도계를 이용하여 흡광도 측정 * O.D.로 표시 ##### (6) 생균수 측정 - 희석한 균 현탁액을 배지에 가하여 배양한 후 집락수 측정 #### 3) 미생물의 증식곡선 - 유도기 - 균이 새로운 환경에 적응하는 기간 - DNA그대로, RNA함량 증가 - 효소, 단백질 합성시기 - 세포의 크기가 커짐 - 로그(대수)기 - 개체수가 기하급수적으로 증가 - 세포의 크기는 일정 - 세대시간이 짤고 일정 - 생리적 활성이 강함 - 물리화학적 처리에 대한 감수성이 큼 - 정상(정지)기 - 생균수의 증가가 중단 = 최대 세포수가 되는 시기 - 세균증식과 사멸 속도 동일 - 영양분 고갈, 독성물질의 축적 등 - 내생포자 형성 시기 - 사멸기 - 세균의 증식 속도보다 사멸속도가 더 커짐 - 자가소화가 일어남 - 미생물 세포가 죽은 후 세포 내 효소 작용에 의해 세포내 여러 물질이 분해되는 현상 ### 3. 증식에 대한 환경인자 #### 1) 온도 | 미생물군 | 생육온도(℃) | 대표적 미생물군 | |---|---|---| | 저온균 (Psychrophiles) | 15 ~ 25 | Pseudomonas속, Achromobacter속, Flavobacterium속 등 | | 중온균 (Mesophiles) | 25 ~ 40 | Bacillus subtilis, Escherichia coli, 병원성 세균, 곰팡이, 효모 등 | | 고온균 (Thermophiles) | 50 ~ 60 | Bacillus stearothermophilus, Bacillus coagulans, Streptococcus thermophilus | #### 2) 수분활성(aw) * 결합수 - 식품 내 성분과 결합하여 미생물의 생육에 이용되지 않음 * 자유수 - 결합수 이외 속박되지 않는 물 * 수분활성도를 낮추는 방법 - 식염이나 설탕 등 용질을 첨가하거나 건조, 동결 | 미생물 | 증식에 필요한 최저 수분활성 | |---|---| | 보통 세균 | 0.90 | | 보통 효모 | 0.88 | | 보통 곰팡이 | 0.80 | | 호염 세균 | ≤ 0.75 | | 내건성 곰팡이 | 0.65 | | 내삼투압성 효모 | 0.61 | #### 3) 삼투압 | 분류 | 미생물 | 특성 | |---|---|---| | 비호염균 | Escherichia coli Pseudomonas 속 Flavobacterium속 | 2% 이하 염분 함유 배지에서 생육 | | 미호염균 | | 2 ~ 5% 염분 함유 배지 (해양 세균 포함) | | 호염균 | Pediococcus halophilus Halophiles | 5 ~ 20% 염분 함유 배지 된장, 간장, 염장어 등 | | 고호염균 | Torulopsis versatilis Halococcus속 | 20 ~ 30% 염분 함유 배지 | #### 5) 산소농도 | | | |---|---| | 호기성 (aerobes) - 산소가 있는 대기에서 생장하는 미생물 | 혐기성 anaerobes - 산소가 없는 곳에서 자라는 미생물 Clostridium속, Bifidobacterium속 | | 내산소성 (aerotolerant) - 혐기적으로 대사하기 때문에 산소를 필요로 하지 않으나, 산소가 있어도 죽지 않음 | 통성혐(호)기성 facultative anaerobes - 산소가 필수적이지 않지만 산소가 있으면 더 잘 자라는 미생물 장내세균, 병원성균 | ### 9) 미생물의 상호관계 #### (1) 상호공생 * 서로 다른 미생물군이 공존하면서 생육에 유리한 영향을 주는 경우 * 콩과 식물과 질소고정균, 해조류와 Pseudomonas속 #### (2) 공동 작용(synergism) * 두 종류 이상의 미생물이 공존하면서 어느 미생물도 갖고 있지 않은 기능을 나타내는 경우 #### (3) 편리공생 * 공존 미생물의 어느 한쪽이 다른 한쪽에 유리하게 작용하는 경우 * 간장을 제조하는 동안 내염성 젖산균인 Pediococcus halophilus가 증식하여 젖산을 생성해 pH를저하시킴 #### (4) 경합 * 서로 다른 미생물군이 공존하는 경우 영양분, 산소, 생활공간 등을 경쟁적으로 획득하는 관계 * 효모에 의한 pH저하로 일반 세균은 생육할 수 없게 되며 생성된 알콜에 의해 곰팡이, 세균의 생육이 저하됨 #### (5) 길항과 항생 * 어떤 균의 대사산물로 다른 균의 생육을 억제하거나 완전히 증식을 억제하는 관계 * 코지 제조 초기에는 효모와 국균이 같이 증식하나 국균이 왕성하게 증식하면 효모의 증식이 극단적으로 억제됨