Fermentation Microbiology | Strain Isolation and Improvement
Microbiol. Biotechnol. Lett. 2023; 51(4): 441-448
https://doi.org/10.48022/mbl.2309.09014
Kang Uk Kim1, Jungho Lee1, Shin Young Roh1, Yong-Ho Choi2, Byung-Serk Hurh2, and Inhyung Lee1*
1Department of Bio and Fermentation Convergence Technology, Kookmin University, Seoul 02707, Republic of Korea
2Sempio Fermentation Research Center, Sempio Foods Company, Chungcheongbukdo 28156, Republic of Korea
Correspondence to :
Inhyung Lee, leei@kookmin.ac.kr
Penicillium spp. are frequently found in meju, a Korean traditional fermented soybean brick. We isolated and identified 96 Penicillium spp. from 22 traditional meju, and their β-tubulin genes were sequenced for the genetic and taxonomic study. Penicillium Section Viridicata was the most commonly isolated group. Notably, we also isolated and identified Penicillium roqueforti, a crucial industrial strain employed in the fermentation of blue cheese. Additionally, certain strains exhibited relatively high protease and γ-glutamyl transpeptidase activities, suggesting that they might contribute to the development of kokumi flavor during meju fermentation. Interestingly, all eight Penicillium spp., including P. roqueforti, were found to possess both types of MAT1 genes. This intriguing finding suggests the feasibility of strain improvement through mating, thereby offering opportunities for industrial applications. Therefore, these studies pave the way for a deeper exploration of Penicillium’s role in meju fermentation, potentially leading to the development of starters for producing plant-based cheese-flavored condiments.
Keywords: meju, Penicillium spp., γ-glutamyl transpeptidase, mating type, starter
메주는 된장, 간장, 고추장 등 장류 제조에 이용되는 한국전통 콩 발효물이다[1, 2]. 전통 메주는 삶은 콩을 으깬 후 사각형 형태로 성형한 후 공기 중에서 세균, 효모, 곰팡이를 포함한 다양한 미생물에 의해 발효된다. 전통 메주는 자연적으로 발효되기 때문에
여러
치즈는 직접 섭취하기도 하지만 풍미증진을 위한 소스로써 여러 식품에 적용된다. 그런데, 최근 채식에 대한 선호가증가하면서 소스로 이용되는 치즈를 대체할 식물성 치즈소스에 대한 관심이 커지고 있다. 치즈 발효에 사용되는Penicillium 종을 이용한 콩 발효물이 식물성 치즈풍 소스 개발에 활용 가능성이 매우 높다고 할 수 있다. 본 연구에서는전통 메주에서 다양한
지역적 특징을 반영하기 위하여 전국 19 지역으로부터2012년부터 2018년에 걸쳐 총 22종류의 전통 메주를 수집하였다(Table 1). 형태학적 동정을 위한 비교 균주로 사용하기 위해
Table 1 . Meju samples used in this study.
Origin | Collection date | |
---|---|---|
MJ1 | Danyang, Chungbuk, Korea | 2012 |
MJ2 | Suncheon, Korea | 2012 |
MJ3 | Gwangju, Korea | 2012 |
MJ4 | Youngyang, Gyeongbuk, Korea | March, 2018 |
MJ5 | Damyang, Jeonnam, Korea | 2012 |
MJ6 | Gapyeong, Gyeonggi, Korea | January, 2016 |
MJ7 | Gwangju, Korea | December, 2016 |
MJ8 | Sejong, Korea | January, 2016 |
MJ9 | Yecheon, Gyeongbuk, Korea | January, 2016 |
MJ10 | Cheongju, Chungbuk, Korea | January, 2016 |
MJ11 | Ganghwa, Incheon, Korea | February, 2017 |
MJ12 | Jinju, Gyeongnam, Korea | February, 2017 |
MJ13 | Cheongju, Chungbuk, Korea | February, 2017 |
MJ14 | Ganghwa, Incheon, Korea | February, 2017 |
MJ15 | Jeju, Korea | February, 2017 |
MJ16 | Hongcheon, Gangwon, Korea | February, 2017 |
MJ17 | Sunchang, Jeonbuk, Korea | March, 2018 |
MJ18 | Youngchun, Gyeongbuk, Korea | March, 2018 |
MJ19 | Hapcheon, Gyeongnam, Korea | March, 2018 |
MJ20 | Nonsan, Chungnam, Korea | March, 2018 |
MJ21 | Youngwol, Gangwon, Korea | March, 2018 |
MJ22 | Chulwon, Gangwon, Korea | March, 2018 |
순수 분리된 균주는 형태학적 특징에 따라 구별하고
분자 유전학적 동정은
분리 균주의 효소 생산능을 평가하기 위하여, 낱알 콩을이용한 고상발효물로부터 이전에 발표한 방법을 약간 변형하여 조효소 추출액을 제조하였다[6, 12]. 1 ml의 포자 용액(1 × 107 spores)을 낱알 콩 배지(13 ml의 0.22% ZnSO3 용액에 20 g 전두)에 접종한 후 25℃에서 4일간 배양하였다. 배양 후 180 ml의 0.1 M Tris-HCl (pH 8.5) 용액을 첨가한 후균질화 하였다. 15분간 추출한 조효소 추출액은 Whatman No. 2 여과지(GE Healthcare, UK)를 이용하여 여과하여 제조하였다. 초기건조중량(initial dry weight, IDS)은 콩 배양물을 70℃에서 48시간 건조하여 측정하였다.
GGT 활성은 Toelstede과 Hofmann 방법을 약간 변형하여측정하였다[7]. GGT hydrolase 기질 용액은 15 ml의 원뿔형관에 80 ml의 γ-glutamyl-4-nitroanilide (1.5 mM dissolved in 6N HCl), 200 ml의 100 mM Tris buffer (pH 8.5), 40.6 mg의 MgCl2·6H2O을 혼합하여 제조하였다. 이 기질 용액은 37℃에서 전 배양 후 200 μl의 조효소 용액과 혼합하였다. 37℃에서 30분 동안 반응 후, 10 μl의 99% 초산을 첨가한 후 얼음에 정치하였다. 반응 동안 유리된
Protease 활성은 Sigma사의 비특이 단백질 분해효소 측정방법(Sigma-Aldrich Chemical Co., USA)의 변형된 김 등의 방법에 따라 측정하였다[6].
총 96
8종, 96 균주의 메주
8종의 메주
Table 2 . Primers used to amplify the mating type genes of
Target gene | Target spp. | Forward primer | Reverse primer | Amplicon size | Reference |
---|---|---|---|---|---|
CTGGGCCACGTTTTGTCTAT | ATTGGCCACTGAGGAACATC | 724 | [19] | ||
GCAACTCCACCCAGACTCAA | CTGTAAACGAGGGCTCCACA | 600 | This study | ||
TTGGAAGCACCGCTAGAAGG | GGTCCCTAACCCTGTTGCTT | 802 | |||
CDCCCAYCTTCCYCAGACT | RCGACGAGGAGCRTAYTGAT | 630 | [19] | ||
GAAGCAAGGCTGTTACCCGA | TCTTTACCGTCAGGCCAACC | 492 | This study |
분리된
전통 메주에서 빈번한
Table 3 . Production of protease and GGT by isolated
Spp. | Protease (U/g-IDS) | GGT (U/g-IDS) | ||||
---|---|---|---|---|---|---|
Transpeptidase | Hydrolase | |||||
Activity range | Average | Activity range | Average | Activity range | Average | |
2.33-5.26 | 3.27 | ND-0.15 | 0.03 | ND-0.02 | 0.01 | |
ND-8.53 | 2.85 | 0.02-0.14 | 0.06 | ND-0.09 | 0.02 | |
3.98-8.03 | 6.14 | ND | ND | ND | ND | |
ND-1.25 | 0.12 | 0.10-0.36 | 0.22 | ND-0.05 | 0.00 | |
ND-8.65 | 2.77 | ND-0.20 | 0.01 | ND-0.10 | 0.01 | |
ND-0.71 | 0.11 | 0.09-0.43 | 0.31 | ND-0.02 | 0.00 | |
13.39-20.75 | 16.95 | 0.13-0.52 | 0.26 | ND-0.14 | 0.05 | |
1.46-7.14 | 4.57 | ND-0.07 | 0.01 | ND-0.10 | 0.01 |
aThe number of each species assayed for enzyme activities is the same as those analyzed for the mating types in Table 4.
Penicillium 균주는 치즈 발효 시 GGT 효소에 의한 GGP를 생산하여 kokumi 풍미 생산과 연관이 있는 것으로 알려져 있다[7]. 대부분의 메주에서 분리된
교배는 산업 미생물의 자연적이고 안정한 균주를 얻을 수있는 균주개량 방법으로 빈번하게 활용되기 때문에 산업용곰팡이의 유성생식능은 매우 중요한 특징이다.
Table 4 . Mating types (
Isolates | Number of isolates | Number of isolates with each | |
---|---|---|---|
9 | 2 (22) | 7 (78) | |
38 | 20 (53) | 18 (47) | |
6 | 5 (83) | 1 (17) | |
9 | 1 (11) | 8 (89) | |
13 | 9 (69) | 4 (31) | |
11 | 5 (45) | 6 (55) | |
7 | 3 (43) | 4 (57) | |
3 | 1 (33) | 2 (67) |
메주에서 분리한 다양한
This work was supported by grants from the National Research Foundation of Korea (no. 2021R1F1A1058263), and by Biomaterials Specialized Graduate Program through the Korea Environmental Industry & Technology Institute (KEITI) funded by the Ministry of Envi-ronment (MOE).
The authors have no financial conflicts of interest to declare.
Ling Li, Yu Yan, Weiqi Ding, Jinyan Gong and Gongnian Xiao
Microbiol. Biotechnol. Lett. 2020; 48(4): 533-538 https://doi.org/10.48022/mbl.2008.08008Zhuang Yao , Yu Meng , Huong Giang Le , Jeong A Kim and Jeong Hwan Kim
Microbiol. Biotechnol. Lett. 2019; 47(4): 522-529 https://doi.org/10.4014/mbl.1906.06003Jeong A Kim , Zhuang Yao , Venkatesh Perumal , Hyun-Jin Kim and Jeong Hwan Kim
Microbiol. Biotechnol. Lett. 2018; 46(4): 313-319 https://doi.org/10.4014/mbl.1804.04016