발효건조소세지 제조 스타터의 국산화를 위한 페니실리움 날지오벤스의 분리 및 특성 규명

국문 초록 (Abstract)

발효소세지와 같은 샤퀴테리(Charcuterie)에 대한 수요가 증가함에 따라 육류 가공을 위해 더 많은 상업용 스타터가 수입되었다. 식품의약품안전처(MDFS)에서 승인한 유일한 곰팡이 균주는 Penicillium nalgiovense로, 살라미 소세지와 같은 건식 발효 소세지의 숙성 및 특정 향미 특성의 발달에 우수한 품질을 나타내는 것으로 나타났습니다. 국내 육가공 산업이 확대됨에 따라 육제품 스타터 사용도 증가하는 추세이다. 그러나 P. nalgiovense은 외국업체의 독점으로 인해 국내에서 발굴되지 않아 스타터를 사용하기 위해서는 수입에 의존해야한다. 본 연구는 국내 토종곰팡이 균주로써 P. nalgiovense 종을 분리하고 그 특성을 평가하여 진균 종균을 발굴하고, 이를 건조 발효 소세지에 적용하여 상용화 가능성을 모색하고자 하였다. 이를 위해 한국 전통 발효식품의 재료인 누룩과 젓갈, 갯벌에서 72종의 단일 균주를 분리하였다. 균주의 형태학적 분석 및 PCR 동정을 통해 P. nalgiovense를 선별하였는데 배양된 72개의 곰팡이 균주 중 24개의 Penicillium 균주를 동정하였고 분리된 P. nalgiovense 종을 "Penicillium nalgiovense SJ02"로 명명하였다. 또한 상업 곰팡이균주 스타터 (Mold600, Christian Hansen, Denmark, 명칭 M600)와 P. nalgiovense SJ02를 비교하여 단백질 분해 및 지방 분해 분석, 성장률 평가 및 곰팡이 독소 생성 분석을 수행하였다. 숙성 과정에 대한 균주의 활성을 평가하기 위해 M600과 P. nalgiovense SJ02를 각각 사용하여 건식 발효 소세지를 만들고 샘플에 대한 품질 분석을 수행했다. TBARS, 육색상, 질감 등의 매개변수를 비교한 결과, M600과 SJ02 균주 간에 통계적으로 유의미한 차이가 나타났다. SJ02 균주를 사용한 소시지는 TBARS 평가에서 M600에 비해 낮은 산패 수준을 보였으며, 육색상에서는 L* (밝기) 값에서 유의한 차이는 없었지만, a* (적색성) 값과 b* (황색성) 값에서 차이가 나타났다. 물성 측정에서는 SJ02 균주를 사용한 소시지가 M600에 비해 더 높은 Adhesivenes과 Chewiness를 보였다. 아미노산 및 지방산 조성 평가에서는 SJ02 균주를 사용한 소시지에서 Hexadecanoic acid와 Octadecanoic acid의 함량이 M600보다 증가한 반면, L-Alanine, L-Valine, L-Phenylalanine 등의 아미노산은 유의한 차이가 없었다. 이러한 결과들은 국내 토종 균주인 SJ02의 발효 소시지 제조에 있어서 품질 측면에서 상용 스타터인 M600과 유의미한 차이를 보여주었다.
또한 안전성 측면에서 M600과 SJ02 균주를 비교한 결과, 두 균주 모두 식품 병원성 균(Bacillus cereus, Clostridium perfrigens, Escherichia coli O157:H7, Salmonella spp., Staphylococcus aureus, and Listeria monocytogenes) 모두 음성(-)으로 판정되었고, 아플라톡신과 오크라톡신 A에서도 검출이 없었다. 유산균군(Lactic acid bacteria)의 수치 역시 두 균주 간에 차이가 없었으며, 이러한 결과들은 식품 미생물 안전성 측면에서 M600과 SJ02 균주가 유사한 수준의 안전성을 보여주었다는 것을 의미한다.
더불어 효소 활성 분석 및 성장률 비교분석에서 SJ02는 상업 스타터인 M600에 비해 높은 지방 분해 및 단백질 분해 효소 활성과 최적염도(NaCl 2%)에서의 높은 성장력으로 발효 소시지(고기배지) 환경에도 잘 적응하는 것으로 나타났다.
P. nalgiovense SJ02 균주는 국내 발효 소시지 산업에서 효과적인 대체 스타터로 사용될 수 있으며, 국내 건조발효소세지를 위한 신규 토종 스타터의 발굴 가능성을 확인했다. 이를 통해 토종 곰팡이 균주의 사용으로 국내 육가공시장에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

For the increasing demand for Charcuterie such as fermented sausage, more commercial starters have been imported for processing meat. The only fungus starter accepted by the Ministry of Food and Drug Safety (MDFS) is Penicillium nalgiovense, which has been shown to have superior quality in the ripening of dry fermented sausages such as salami and the development of specific flavor characteristics. However, P. nalgiovense use in Korea should depend on imports due to the monopoly of a foreign company because it hasn't been produced as a domestic fungal starter. This study aimed to isolate the Korean fungal starter, P. nalgiovense species, and to evaluate its properties to develop the fungal starter and find possible commercial by applying it to the dry fermented sausage. To this end, the 72 strains were isolated from the Nuruk, a traditional Korean fermentation starter, salted seafood, and the mudflat in Seondo-ri. Their starter potential was studied through morphological analysis and PCR-identification of P. nalgiovense isolates, thus, the 24 out of 72 cultured fungal strains were identified as Penicillium strains. P. nalgiovense species of the isolates is named "Penicillium nalgiovense SJ02". Comparative analysis was performed between the commercial fungal starter (Mold600, Christian Hansen, Denmark) and P. nalgiovense SJ02, including proteolytic and lipolytic assays, growth evaluation, and mycotoxin production analysis. To assess the strains' activity during the ripening process, dry fermented sausages were prepared using M600 and SJ02, followed by quality analysis of the samples. Parameters such as TBARS, meat color, and texture were compared, and statistically significant differences were observed between M600 and SJ02 strains. The sausages prepared with SJ02 strain exhibited lower TBARS levels than those made with M600, and while no significant differences were found in L* (lightness) values, differences were noted in a* (redness) and b* (yellowness) values of meat color. In terms of texture, sausages using SJ02 strain showed higher adhesiveness and chewiness than those using M600. Amino acid and fatty acid composition analysis revealed increased levels of Hexadecanoic acid and Octadecanoic acid in sausages made with SJ02, with no significant differences in amino acids such as L-Alanine, L-Valine, and L-Phenylalanine. These results demonstrate significant differences in the quality aspects of the domestic strain SJ02 compared to the commercial starter M600 for fermented sausages. Additionally, the safety comparison between M600 and SJ02 strains showed that both strains tested negative for foodborne pathogens (Bacillus cereus, Clostridium perfringens, Escherichia coli O157:H7, Salmonella spp., Staphylococcus aureus, and Listeria monocytogenes) and mycotoxins (Aflatoxin and Ochratoxin A). The counts of Lactic acid bacteria were similar for both strains, indicating comparable levels of food microbial safety. Furthermore, enzyme activity analysis and growth rate comparison indicated that SJ02 strain demonstrated higher lipolytic and proteolytic enzymatic activity and superior growth performance at the optimal salinity (NaCl 2%) compared to the commercial starter, M600, in a meat-based environment. P. nalgiovense SJ02 strain shows promise as an effective alternative starter in the domestic fermented sausage industry, and its potential as a new indigenous starter for dry fermented sausages in Korea has been confirmed. This study contributes to the advancement of the domestic meat processing market by utilizing indigenous fungal strains.to be a good new starter for dry fermented sausage in Korea.

목차 (Table of Contents)

• List of Figures viii
• List of Tables x
• Abbreviations xii
• 국 문 초 록 1
• Ⅰ. 이론적 배경 4
• 1.1 건조발효소세지 4
• 1.1.1 샤퀴테리(Charcuterie) 4
• 1.1.2 건조발효소세지(Dry fermented sausage) 정의 5
• 1.1.3 발효소세지 종류와 분류 6
• 1.2 스타터 균주 9
• 1.2.1 유산균 스타터 9
• 1.2.2 곰팡이 스타터 11
• 1.3 연구목적 및 필요성 12
• 1.3.1 국내 발효육제품 시장 규모 및 현황 12
• 1.3.2 국내 발효육제품 관련 연구개발 현황 13
• 1.3.3 국내 발효육제품 스타터 연구 현황 및 필요성 14
• Ⅱ. 재료 및 실험방법 16
• 2.1 국내 발효소세지용 곰팡이스타터 분리 및 선발 16
• 2.1.1 대조군 균주 사용 16
• 2.1.2 발효스타터용 균주의 분리 16
• 2.1.3 발효스타터용 균주 형태학적 동정을 위한 LPCB staining 17
• 2.1.4 PCR을 통한 분리균주의 유전학적 동정 18
• 2.1.5 DNA Gel Electrophoresis을 통한 분리균주의 유전학적 동정 19
• 2.1.6 PCR 을 활용한 곰팡이 독소(Mycotoxin) 확인 20
• 2.1.7 효소 활성 측정 23
• 2.1.8 균주 성장률 측정 25
• 2.1.9 통계분석 25
• 2.2 발효소세지의 제조 및 선발 스타터 적용 26
• 2.2.1 발효소세지 제조 방법 26
• 2.2.2 식품위해균 안전성 검사 26
• 2.2.3 육색 측정 29
• 2.2.4 물성(텍스처) 측정 29
• 2.2.5 지방산패도 측정을 위한 TBARS assay 29
• 2.2.6 지방산 조성 분석 30
• 2.2.7 아미노산 분석 32
• 2.2.8 전자코 및 전자혀를 통한 관능평가 33
• 2.2.9 통계분석 34
• Ⅲ. 결과 및 고찰 35
• 3.1 국내 발효소세지용 곰팡이스타터 분리 및 선발 35
• 3.1.1 발효스타터용 균주의 분리 및 동정 35
• 3.1.2 곰팡이 독소평가 42
• 3.1.3 효소 활성 분석 47
• 3.1.4 균주 성장률 측정비교 결과 50
• 3.2 발효소세지의 제조 및 선발 스타터 적용 53
• 3.2.1 발효소세지의 미생물학적 식품 안전성 53
• 3.2.2 육색 및 물성측정 55
• 3.2.3 지방산패도 측정(TBARS) 58
• 3.2.4 지방산 조성 및 아미노산 구성 59
• 3.2.5 전자코 및 전자혀를 통한 관능평가 61
• Ⅳ. 결 론 67
• Abstract 72
• 참고문헌 75
• 감사의 글 90