발효식품학 중간고사 정리본 PDF

Chapter 1 [발효식품학 소개] 발효 (생화학적 측면) : 산소와 같은 최종 전자 수용체의 관여 없이 탄수화물과 같은 유기물질 이 분해되어 에너지를 방출하는 대사과정. - 미생물이나 효소에 의한 유용한 화학적 변화 or 미생물을 이용하여 유용 물질 생산. : 미생물이 분비하는 각종 효소에 의해 식품 성분들의 변화가 일어...

Chapter 1 [발효식품학 소개] 발효 (생화학적 측면) : 산소와 같은 최종 전자 수용체의 관여 없이 탄수화물과 같은 유기물질 이 분해되어 에너지를 방출하는 대사과정. - 미생물이나 효소에 의한 유용한 화학적 변화 or 미생물을 이용하여 유용 물질 생산. : 미생물이 분비하는 각종 효소에 의해 식품 성분들의 변화가 일어나서 식품의 맛이나 풍미 등이 바람직하게 변화되는 과정. : 미생물을 이용하여 이들이 만들어 낸 효소의 작용으로 유기물을 분해하거나 더 큰 분자로 합성하는 것. - 유기물의 분해와 재이용이라는 중요한 역할. 발효 과정 미생물과 효소에 의한 발효과정 Chapter 2 [발효미생물 (역사)] 미생물 : 육안으로는 보이지 않고 현미경을 이용해야만 보이는, 대개 단세포나 간단한 덩어리 현태로 된 생명체. 미생물의 특성 - 크기가 매우 작음 => 0.1mm 이하. - 단순한 구조 => 세포와 조직의 분화가 미미 ; 작지 않아도 조질의 분화가 미미하면 포함. - 단순한 번식방법 => 분열, 출아, 포자, 균사에 의해 주로 번식 ; 일부 유성생식. - 환경에 대한 강한 저항력 & 적응력 - 빠른 번식 속도 => 세대시간이 짦음. - 사람에 미치는 영향 => 자연계에 널리 분포 ; 균체 이용, 발혀, 부패, 질병 유발. - Ubiquitous microbes => 어디에나 존재 ; 극단 환경에서도 존재. - Ultimate potential => 무한한 생물정보의 발굴과 제공이 가능. - Two-biased sword => 생명체와 환경 유지에 필요 but 생존을 위협할 파괴력 보유. - Global & Local Strength => 국제 경쟁력 유지. 미생물학의 역사 ※자연발생설과 생물속생설 1. Robert Hooke => 1665년 복합 광학현미경을 조립 & ‘세포‘라는 용어 최초로 사용. 2. Anton van Leeuwenhoek => 1673년 단안 렌즈 현미경으로 최초의 미생물 관찰. 3. Francesco Redi => 1668년 자연발생설을 최초로 반박 (부정 X) with 구더기 발생에 관한 논문 & 실험. 4. Lazaro Spallanzani => 미생물의 자연발생설을 최초로 직접 부정. 미생물의 자연발생설 : 생물체는 다른 생물체로부터만 발생할 수 있다는 발상. 5. John Needham => 미생물생성 확인. 발효산업의 역사 ※발효현상의 구명 (19C) 1. Louis Pasteur (1822 ~ 1895) : 미생물 기능 확인 ; 근대미생물학 등장. 1) 1867년 => 생물 발효설 (포도주와 젖산발효가 미생물에 의해 일어남) => 미생물의 기능 최초 확인 (리비히의 기계적 발효설과 대치) ▷ 다윈의 종의 기원 (1859년) ; 멘델의 유전법칙 (1865년) 2) 1861년 => 생명의 자연발생설 부정 (생명은 생명으로부터) 3) 1861년 => 저온살균법 (pasteurization) 개발 4) Pasteur 효과 : 혐기적 조건에서 효모 증식은 느리나 당 소비량 증가 (알코올발효). 5) 미생물 병원설 ; 탄저병균의 생활상 (포자) 및 백신 개발 2. Robert Koch : 병원미생물학 1) 세균의 순수분리법 고안 (평판배양법) 2) 탄저병, 결핵, 콜레라 균 발견 3) 세균염색법 등 고안 ▷ 미생물의 순수분리 => Brefeld의 곰팡이, Hansen의 효모. 3. Buchner : 발효의 효소설 1) 1897년 => 효모추출액 + 당 = 알코올 (생화학의 탄생 계기) Chapter 3 [발효산업 및 미생물 특성] 발효 (fermentation) : 산물의 생성이 사람에게 유리할 때. 부패 (putrefaction) : 산물의 생성이 사람에게 불리할 때. 미생물을 이용한 발효산업의 주요 특징 - 신속한 증식성 - 다양한 기질의 이용 (유기물 / 무기물) - 화학활성과 반응의 특이성 (고도의 선택적 반응) => 효소와 반응 - 변이주의 육성배양 (세포융합법이나 유전자 조작) => 새로운 균주 확보 - 높은 균일성 (간단하고 균일한 형상과 생활사) - 생화학적 반응특성 (상온, 상압) - 부산물 활용 장단점 (화학반응보다 낮은 수율) => 사용량에 의해 결정 미생물을 이용한 발효산업의 단점 - 잡균이나 phage에 의한 오염 => 최적의 조건 (온도, pH, 산소 등) - 생산물의 분리 정제가 어려움 - 종균을 연속적으로 쓰면 퇴화됨 => 장기간 사용 불가 - 미생물공업은 반응 속도가 더딤 - 생물반응 => 각 변화에 대한 최적화가 어려움 산업적으로 이용되는 미생물의 특징 - 모든 미생물이 산업적으로 이용되지 X 산업미생물 : 특정 대사산물을 높은 수율로, 특이적으로 생산할 수 있는 능력이 있는 미생물. - 고도의 대사특이성을 위해 돌연변이나 재조합을 통해 유전적으로 변형 (for 산물확인) - 생장속도가 낮거나 포자 형성 능력을 상실 등, 세포 및 생화학적으로 변형된 예가 많음. - 발효조의 특수조건에서는 만족할 정도로 생육 but 자연계의 경쟁적인 환경에서는 생육이 낮음. 미생물 균주의 출처 ※미생물의 분리 - 모든 미생물의 궁극적인 출처 => 자연환경 - 순수분리 후 원하는 성질이나 능력을 최대한 발회시킴. ※미생물의 확보 1. 시료 채취 1) 분리조건 결정 2) 적당한 분리원 선택 배양 : 인공적인 환경하에서 미생물 증식. 배양의 목적 : ▶ M/O 분류 & 동정 ▶ M/O의 생리적, 생화학적 연구 / 생산물 획득 2. 직접배양 직접분리법 : 군락이 서로 충분히 분리되고 외관이 대표적이라고 생각되는 군락 선택. 직접배양법 : 분리하려는 미생물이 소수로 존재할 때, 선별 배지와 선별 조건을 이용하여 미 생물을 선택적으로 생장시키는 방법. 3. 순수분리기술 획선평판배양법 : 평판 접시에 약 60°로 구부린 화염멸균한 백금이를 시료액에 적셔서 획선한 후 그은 선의 끝 부분을 획선 반복하여 획선에 의한 균 감소를 이용한 방법. 도말평판배양법 : 균을 단계적으로 희석한 후 시료액 0.1mL을 떨어뜨리고 유리 막대로 배지 표면을 골고루 도말한 후 배양. 미생물 균주 보존 - 목적 => 균주가 오염되지 않고 돌연변이 없이 살아있는 상태로 유지하는 것으로 2차대사 산물의 생산능력이 가능한 원래 균주와 같은 상태로 유지되게 하는 것. - 원리 => 세포 내에 함유되어 있는 수분을 조절함과 동시에 이 수분들이 관여하는 생체대사 를 조절하기 위하여 환경을 조절하는 것. - 대사반응을 저하시키는 방법 : ▶ 저온유지 (계대배양법) ▶ 산소제한 (파라핀 중추법) ▶ 영양분 제한 (현탁 보존법) -수분을 한정시켜 대사반응을 정시키는 방법 : ▶ 수분의 이동을 정지 (냉도 보존법) ▶ 수분 제거 (건조 보존법, 동결건조 보존법, 담체 보존법) ※보존의 종류 1. 단기보존법 1) 계대 배양 2) 광유 침지 보존법 2. 장기보존법 1) 초저온 냉동 보존법 2) 동결건조법 발효미생물의 종류 - 곰팡이 - 효모 - 세균 식품과 관련 있는 주요 곰팡이 ※누룩곰팡이 (Aspergillus속) 1. Aspergillus oryzae (황국균) - Amylase와 protease 생산능력 ↑ => 곡류와 콩을 이용한 양조 및 장류 제조. 2. Aspergillus sojae - 단백질 분해력이 강한 효소 생상 => 장류 제조에 많이 이용 (개량식 간장) ※푸른곰팡이 (Penicillium속) 1. Penicillium rouqueforti - 블루치즈 (roqueforti) 숙성 시 casein 분해, lipase에 의해 지방산을 생성. - 균사가 치즈 속까지 파고 들어가 자람 => 푸른색이 대리석 모양의 특이한 무늬와 독특한 향을 만듦. 주요 효모 ※Pichia속 1. P. membranaefaciens - 당 발효성 => 없거나 매우 약한 편 - 김치의 표면에 피막 형성 ; 맥주나 포도주에 유해한 효모 (알코올 및 에스터 분해, 소실) 주요 세균 ※Clostridium속 1. Cl. botulinum & Cl. perfrigens - 식중독균 ※Acetobacter속 1. Acetobacter oxydans & Acetobacter aceti - 식초양조 2. Acetobacter xylinum - 발효액 표면에 두꺼운 피막을 만드는 식초양조의 유해균 Chapter 4 [발효공정] 발효생산물에 의한 발효공정의 종류 - 발효생산물에 따라 3가지 : 1. 공업적인 균체 생산 ▶ 빵효모의 생산 ▶ 사료와 식용 단백질의 생산 (SCP) 2. 미생물의 효소 ▶ Amylase (당화, 제빵, 시럽, 의약, 섬유공업 등) ▶ Protease (제빵, 유업, 육가공, 사료 등) ▶ Pectinase (야채가공, 당액의 청징화 등) 3. 대사산물 1) 영양섭취기 -1차 대사생산물 생산시기 2) 특이 생산기 - 2차 대사산물 생산시기 - 1차 대사산물이나 그 중간체로 만들어짐 발효공정의 개요 - 상위공정 (USP) : 발효 및 발효에 이르는 모든 요소들과 공정 포함. ▶ 생산자인 미생물 => 초기에 산업미생물을 확보하는 전략 ; 순수균주의 유지 ▶ 발효배지 => 배지의 최적화 ; 비용효율성이 높은 적절한 탄소와 에너지원 및 기호 영양소 의 선택 ▶ 발효 - 하위공정 (DSP) : 발효에 따르는 모든 단위공정을 포함. ▶ 세포분열, 세포파쇄, 세포추출액이나 배지에서의 생산물 정제와 마무리 단계 미생물 배양법 - 혐기발효 (알코올 (효모), 젖산균) - 호기배양 => 곰팡이 이용 (Koji, 치즈 증 제조) - 1933년 => 진탕배양 (플라스크 진탕하여 공기 공급촉진) - 오늘날 => 심부배양 (밑에서 공기 주입) - 배지의 형태에 따라 액체배양과 고체배양으로 구분 - 기질의 공급방법에 따라 회분식배양, 연속배양, 유기식 배양으로 구분 ※액체배양 1. 표면배양 : 액체의 표면에서 미생물을 번식시키는 방법. - 용기 내 배양액의 표면적을 크게 하여 산소 공급 용이. 2. 심부배양 : 공기를 강제적으로 공급하여 배양액 중에 기포 체류. - 표면배양보다 산소용해 촉진. 3. 진탕배양 : 통기와 교반을 효과적 순수균을 다량 접종. - 왕복진탕기, 회전진탕기 ※고체배양 : 적당한 수분을 가지는 고체기질의 표면에 미생물을 직접 배양. 1. 정치배양 2. 통기배양 3. 유동픙 배양 ※특수배양법 1. 동조배양 2. 투석배양 ※기질의 공급방법에 따른 배양법 1. 회분식배양 => closed system : 처음 공급한 원료기질이 모두 소비도리 때까지 발효를 계속하는 방법. - 소규모 실험실, 산업현장에서 주로 사용 (대부분의 발효공업) => 조작이 간편함. 2. 연속배양 => open system : 신선한 배지를 일정한 속도로 발효조로 공급하면서 동시에 같은 양의 발효양액을 배출시켜 발효조 내의 배양액을 항상 일정하게 유지하면서 발효하는 방법. - 환경조건이 항상 일정. - 키모스텟 (기질 중심으로 조절) & 터비도스텟 (균체 중심으로 조절)을 사용 => 일정하게 유  지하기 위해 화학적 조성과 균제양 (& 부피)를 조절. 3. 유가식배양 : 배지를 간헐적으로 공급하는 배양 방법. - 배양액 중의 기질농도를 임의로 제어. - 기질은 적당한 속도로 첨가됨 & 유출이 없어서 공금되는 기질의 양과 미생물에 의한 소비 량 사이에 균형을 유지함 => 기질을 자유롭게 제어. -회분식배양 & 연속배양 => 산업적으로 많이 쓰이는 방법. Chapter 5 [채소발효식품 – 김치] 김치의 제법 - 가공원리 => 원료채소의 신선한 맛과 향이 손실되지 않게 하여 각종 성분을 내부에 침투시 켜 독특하게 조화된 풍미를 가지도록 숙성한 것. - 주가공 원리 : 1. 침투작용 : 배추에 식염을 첨가하여 숨을 죽이는 과정. -식염의 탈수작용으로 세포 내의 수분상실로 원형질 분리, 원형질막의 반투성 상실. 2. 효소작용 - 배추의 세포가 죽게 되면 효소에 의해 전분 및 단백질 가수분해. - 당류 및 아미노산과 같은 조화된 맛 성분 생성. 3. 발효작용 - 미생물이 번식하여 각종 성분 분해 산 또는 조미성분을 만들고 이것이 소금과 함께 세포 조 직에 들어가서 특수한 향기와 맛 부여. - 미생물의 작용 => 식염농도↑ 번식억제 & 숙성지연 ; 배추에 자연적으로 존재하는 미생물 중 생육환경에 적합한 것만 생존. 김치의 발효에 관여하는 미생물 ※혐기성 세균 1. Leuconostoc mesenteroides => 초기에 잘 생육 ; 젖산 외 탄산가스 및 초산 생성 ; 젖 산발효 유도. 2. Lactobacillus plantarum => Leuconostoc보다 3 ~ 4배 높은 산성생능 ; 김치의 과숙 시 최고의 생육. 3. Streptococcus faecalis => 약한 내성. 김치의 보존 - 연부효소작용 억제 => polygalacturonase 불활성화,