Listeria monocytogenes (L. monocytogenes) is one of gram-positive foodborne pathogens with a very high fatality rate. Unlike most foodborne pathogens, L. monocytogenes is capable of growing at low temperatures, such as in refrigerated foods. Thus, various physical and chemical prevention methods are used in the manufacturing, processing and distribution of food. However, there are limitations to the methods such as possible changes to the food quality and the consumer awareness of synthetic preservatives. Thus, the aim of this study was to evaluate the anti-listeria activity of lactic acid bacteria (LAB) isolated from kimchi and characterize the bacteriocin produced by Lactococcus lactis which is one of isolated strains from kimchi. The analysis on the anti-listeria activity of a total of 36 species (Lactobacillus, Weissella, Lactobacillus, and Lactococcus) isolated from kimchi by the agar overlay method revealed that L. lactis NJ 1-10 and NJ 1-16 had the highest anti-listeria activity. For quantitatively analysis on the anti-listeria activity, NJ 1-10 and NJ 1-16 were co-cultured with L. monocytogenes in Brain Heat Infusion (BHI) broth, respectively. As a result, L. monocytogenes was reduced by 3.0 log CFU/mL in 20 h, lowering the number of bacteria to below the detection limit. Both LAB strains showed anti-listeria activity against 24 serotypes of L. monocytogenes, although the sizes of clear zone was slightly different. No clear zone was observed when the supernatants of both LAB cultures were treated with proteinase- K, indicating that their anti-listerial activities might be due to the production of bacteriocins. Heat stability of the partially purified bacteriocins of NJ 1-10 and NJ 1-16 was relatively stable at 60oC and 80oC. Yet, their anti-listeria activities were completely lost by 60 min of treatment at 100oC and 15 min of treatment at 121oC. The analysis on the pH stability showed that their anti-listeria activities were the most stable at pH 4.01, and decreased with the increasing pH value, yet, was not completely lost. Partially purified bacteriocins showed relatively stable anti-listeria activities in acetone, ethanol, and methanol, but their activities were reduced after chloroform treatment, yet was not completely lost. Conclusively, this study revealed that the bacteriocins produced by NJ 1-10 and NJ 1-16 effectively reduced L. monocytogenes, and that they were relatively stable against heat, pH, and organic solvents, therefore implying their potential as a natural antibacterial substance for controlling L. monocytogenes in food.

박테리오신은 다양한 식품에서 천연 보존제로 그리고 항생제 대체제로 잠재력을 가지고 있다. 그러나 박테리오신의 다단계 정제 공정은 높은 생산 비용을 야기하여 상업적 이용 등 소비자 접근성에 장애요인이 되고있다. 식품 등 일부 산업 분야에서 활용하기 위한 박테리오신의 순도는 그리 높지 않아도 되며, 이에 따라 정제 공정을 간소화하여 생산 비용을 낮추고 공정 효율성을 강화할 수 있다. 이러한 관점에서 박테리오신 등에 적용할 수 있는 수성- 이상계 시스템(ATPS)은 높은 정제 수율과 빠른 처리 시간으로 인해 산업분야에서 하부 공정 처리 기술로 적절한 대안이 될 수 있으며, 고분자 수용액이 70~90% 물로 이루어진 친환경적 기술로서 환경보호에도 도움을 줄 것으로 전망된다.

Probiotic-derived bacteriocins have attracted considerable attention as an alternative to synthetic preservatives in the food industry, as synthetics are harmful to health. Lactobacillus gasseri G2 isolated from infant feces has been demonstrated to possess probiotic properties such as bile salt and acid tolerance, antibiotic resistance, and broad antimicrobial activity. Bacteriocin was partially purified by acetone precipitation and characterized for several properties. It was found to be highly thermostable and resistant to heating at 120oC for 15 min. Bacteriocin activity remained unaffected with changes in the pH range from 2.0 to 10.0 and by solvents such as acetone, methanol, ethanol, and butanol. The antimicrobial activity was not affected by α-amylase, lysozyme, and lipase, but was reduced after treatment with protease, trypsin, and proteinase K, suggesting that it has a proteinaceous nature. Bacteriocin inhibited a broad range of target bacteria belonging to both Gram-positive and Gram-negative groups: Bacillus cereus, Listeria monocytogenes, Staphylococcus aureus, Clostridium perfringens, Escherichia coli O157:H7, Enterobacter sakasakii, Salmonella Enteritidis, Shigella flexneri, Shigella boydii, Vibrio parahaemolyticus, and Vibrio vulnificus. Bacteriocin appeared as a smear of the protein band with a molecular weight between 2-5 kDa, which showed a clear zone of inhibition after bioassay. The high thermostability and acid/alkali stability of bacteriocin reflect its potential commercial significance.

박테리오신은 미생물이 생산하는 단백질성의 항균물질이다. 본 연구에서는 Enterococcus faecium CJNU 2008 균주로부터 생산되는 박테리오신에 대한 일부 특성을 규명 하였다. 부분 정제 박테리오신은 열처리(100℃ 30분, 121℃ 15분) 및 유기용매(메탄올, 에탄올, 아세톤, 아세토니트릴, 클로로포름)에 대한 안정성이 우수하였으며 효소처리의 경우 Lipase와 α-Amylase에 대해서는 안정하였으나 Protease 처리에서 활성이 소실되었다. 이는 E. faecium CJNU 2008 균주가 생산하는 항균물질이 단백질성의 박테리오신임을 추가적으로 증명하는 것이다. 병원성 세균인 Listeria monocytogenes 균주를 지시균으로 사용했을 때 박테리오신은 살균(bactericidal)의 작용양상을 보였다. Tricine-SDS-PAGE를 이용한 박테리오신의 분자량은 6.5 kDa 이하로 확인되었다. 부분 정제된 박테리오신을 이용하여 HPLC법을 활용한 정제를 수행하였으며 크로마토그램 상에서 단일 피크를 얻었을 수 있었다. 앞으로 정제된 박테리오신은 생화학적 분석 등에 활용할 계획이다.

기능성 발효유로 알려진 케피어로부터 박테리오신 생산 유산균주(CJNU 2008)를 선발하였다. CJNU 2008 균주는 16S rRNA 유전자 염기서열 분석을 통해 Enterococcus faecium으로 동정되어 E. faecium CJNU 2008로 명명하였다. E. faecium CJNU 2008균주의 배양액 및 부분정제 농축액은 Listeria monocytogenes와 Staphylococcus aureus와 같은 병원성 세균을 포함하여 몇몇 균주들에 대해서 항균활성을 나타내었다. E. faecium CJNU 2008 균주의 박테리오신 생산을 위한 배양 최적조건은 MRS broth, 30℃ 및 pH 7.0으로 확인되었다.

This study was conducted to evaluate the biopreservative potential of a bacteriocin-containing cell-free culture from Lactococcus lactis A164 on tofu. In order to increase the shelf-life of tofu, cell-free culture of A164 was added to tofu coagulant agent for coagulation process. Compared with tofu treated with distilled water, lactic acid, or cell-free culture from Lactobacillus plantarum P23, the tofu treated with a bacteriocin-containing cell-free culture from A164 could significantly suppress the number of total bacteria and extend the shelf-life of tofu. The antibacterial activity of tofu treated with cell-free culture from A164 was further evaluated by using modified agar diffusion method with Weissella paramesenteroides ATCC33313, as an indicator strain. The cell growth of the indicator strain was significantly inhibited by tofu treated with cell-free culture from A164. These results indicate that a bacteriocin-producing strain, L. lactis A164, can be used as a biopresevative for extending the shelf life of fresh-processing foods such as a tofu.

김치는 한국을 대표하는 젖산발효식품으로 현재까지 김치에서 분리한 다양한 유산균종들이 생산하는 박테리오신에 대한 연구가 진행되어왔다. Lactococcus, Lactobacillus,Leuconostoc 및 Pediococcus 속 균주들이 여기에 속하며, 특이한 점은 이들 김치 유래 박테리오신은 김치 산패균으로알려진 Lactobacillus plantarum을 지시균으로 사용하여 대부분 탐색되었다. 이들 박테리오신은 유산균과 Listeria mo-nocytogenes을 포함한 그람양성균에 대하여 항균활성을 나타냈으며, 이들 중 몇몇은 E. coli 및 Salmonella Typhimu-rium과 같은 그람음성균에 대하여도 항균활성을 나타냈다.또한 이들이 생산하는 박테리오신은 대부분 class II에 속하는 저분자량의 박테리오신으로 pH 및 열에 매우 안정한특성을 나타내었다. 하지만 이들 중 Lactobacillus paraplan-tarum C7가 생산하는 paraplantaricin C7만이 신규 박테리오신으로 이들 박테리오신의 아미노산 서열 분석 및 박테리오신 생산 유전자의 유전학적 해명은 비교적 잘 알려지지 않았다. 앞으로 다양한 종류의 김치 시료로부터 신규 박테리오신 생산 균주의 탐색 및 김치의 metagenome 정보를기초로 한 신규 박테리오신 유전자 확보 등의 연구가 진행되어야 할 것으로 생각된다.

Pediococcus pentosaceus KC-007가 생산하는 박테리오신은 MRS 배지에서 대수 증식기 말기에 최대로 생산되어 세포 외로 분비되었다. 박테리오신 활성은 proteinase K,trypsin, chymotrypsin, pepsin, subtilisin A 등의 단백질 가수분해효소에 의해 완전히 저해되었으나, catalase, lysozyme,lipase, ribonuclease A, α-amylase에 의해서는 저해되지 않고 안정하게 유지되었다. 박테리오신은 pH 2부터 8까지 범위에서 활성이 완전하게 유지되었으며, 100oC에서 60분간 또는 autoclave 처리에 의해서도 활성이 유지되었다. 박테리오신활성은 acetone, chloroform, ethanol, hexane, isopropanol,methanol 등의 유기용매나 SDS, Tween 20 등의 계면활성제의 작용에 영향을 받지 않았다. 본 연구에서 사용한 박테리오신은 Bacillus cereus, Escherichia coli O157-H7,Listeria monocytogenes과 같은 식중독 세균에 대한 높은항균활성을 지니고 있으므로 식품 보존제로서의 이용성이높을 것으로 판단된다.

One hundred one enterococcal isolates from feces of livestock animals in Korea were screened for the presence of bacteriocins. Sixteen of 41 (39%) E. faecalis and 4 of 56 (7.1%) E. faecium isolates showed antimicrobial activity against at least one indicator strain. Only 4 of 20 the enterococcal isolates showing antimicrobial activity possessed at least one bacteriocin gene. While entA and entB were detected in three isolates as a pair of genotype, entQ, bac31, and AS-48 were not found in the enterococcal isolates. In almost all isolates, a correlation between genotype and phenotype of these determinants was not always observed.

25 종류의 신선 과채류로부터 MRS 한천 고체배지에서 생육하는 1,250주의 유산균을 분리한 후 식중독 세균인 Escherichia coli 0157:H7, Listeria monocytogenes, Bacillus cereus와 유산균인 Lactobacillus plantarum, L. casei, Lactococcus lactis subsp. lactis에 대한 생육저해활성을 조사하였다. 조사한 1,250 균주 중에서 23 종류의 과채류에 존재하는 607 균주(총 조사균주의 49%)가 E. col 0157:H7, L. monocytogenes 또는 B. cereus에 대한 항균활성을 나타내었다. 이 균주들의 L. plantarum, L. casei, Lactococcus lactis subsp. lactis에 대한 항균활성을 측정한 결과, 7 종류의 과채류에 존재하는 24 균주(총 균주의 3%)가 박테리오신 유사활성을 나타내었으며, 이 균주들의 생리적 형태학적 특징을 조사한 결과 전형적인 유산균의 특징을 지니고 있었다. 24 균주 중에서 3 균주는 nisin을 생산하는 것으로 판단되었으며, RAPD-PCR 분석을 통하여 동일한 과채류에 존재하는 균주들은 유사한 분류학적 특징을 지니고 있는 것으로 확인되었다.

우리의 전통 발효식품인 동치미로부터 E. coli O157에 대한 항균 활성을 나타내는 L. plantarum K11 균주가 생산하는 박테리오신의 활성에 영향을 미치는 배양 조건에 관하여 살펴보았다. 본 균주가 생산하는 박테리오신은 MRS 배지 상에서 가장 높은 활성을 나타내었고 M17, BHI 및 TSB 보다 균의 증식속도도 빠르게 나타났다. 대수기 초기부터 활성이 점점 증가하기 시작하여 정지기 때 최대에 이르렀고 이후에는 급격히 감소하였다 배양온도의 영향으로는 온도가 상승함에 따라 박테리오신의 활성도 증가하여 최대 활성은 37circC상에서 나타났고 45circC에서는 오히려 활성이 감소하였다. 배지의 초기 pH 영향을 살펴본 결과 배양 8시간부터 pH 7.0과 8.0에서 활성이 나타나기 시작하여 배양이 진행될수록 pH 7.0에서 최대로 나타났으나, pH 5.0과 9.0에서는 활성이 매우 약하게 나타났다 Glucose 0.5, 1.0%와 lactose 0.5sim1.5%를 첨가한 경우 대조구에 비해 박테리오신 활성이 2배 이상 증가하였으나, galactose 1.0%, fructose 1.0% 및 maltose 1.5% 이상 첨가 시에는 대조구 보다 오히려 활성이 감소되었다. 질소원은 0.5%의 beef extract나 tryptone 혹은 0.5와 1.0%의 peptone이나 yeast extract에 의해 대조구와 동일한 활성을 나타내었으나, 그 이상의 농도로 첨가했을 때에는 활성이 감소되었다. 또한 NaCl 0.5%와 K2HPO4 0.5% 첨가한 경우 박테리오신의 활성이 대조구보다 2배 증가한 반면, NaCl 2.0%, K2HPO4 2.0% 이상, MgSO4cdot7H2O 1.5% 이상 및 MnSO4cdotH2O 1.0% 이상을 첨가했을 때에는 대조구 활성의 50% 이하로 감소하였다.

우리나라 고유의 전통발효 식품인 메주로부터 항리스테리아 활성을 나타내는 유산균을 분리한 후 동정한 결과 E. faecium MJ5-14로 명명되었으며, 이들의 박테리오신은 MRS broth중에 37??에서 12-18시간 배양하는 동안 최대의 활성을 나타내었다. L. monorcytogenes KCTC 3569와 KCTC 3710 및 L. ivanovii subsp. ivanovii에 대한 박테리오신의 활성은 640 BU/mL이었고, L. innocua ATCC 33090, L. ivanovii ATCC 19119, L. grayi KCTC 3581 및 L. seeliger KCTC 3591에 대한 활성은 1280 BU/mL으로 나타났다. L. monocytogenes KCTC 3569와 E. faecium MJ5-14을 혼합 배양한 경우 L. monocytogenes의 감소 효과는 25?? 이하 보다는 E. faecium MJ5-14 박테리오신 생산 최적 온도인 37℃에서 더 높게 나타났으며, f. Jhrrf'um MJ5-1꾸T 박테리오신 항균 효과는 1. mouoryrogenrrKCTC 3569의 초기 균수와 첨가한 박테리오신의 양에 따라 좌우되어 교. mouocyrogrurr의 초기 균수가 적고, 박테리오신의 첨가량이 많을수록 항균효과가 높아짐을 될인하였다. 또한 박테리오신 70 BU/mL첨가에 의한 항균 효과는 균 증식이 활발한 대수증식기 중반 이후 보다는 유도기 내지는 대수증식기 초반부에 더 크게 나타났다. 한편,박테리오신 25 BU/CL을 첨가에 의해선 고. HororyrDfrurr KCfC 3569세포벽의 일부가 얇아rl고, 50 BU/DL 이상의 농도에 의해선 세포막이 파괴되면서 세포 내용물의 유출 현상이 관찰되었다.

A amylase producing bacteria were isolated from tofu residue and identified as Bacillus sp. according to the morphological and biochemical properties, which were named Bacillus sp. GM7330 and Bacillus sp. GM7312. The cultural condition for the production of amylase was showed on 5% tofu residue added 3% glucose and 0.15% yeast extract. And incubated during 72 hrs at 30℃, Bacillus sp. GM7330 and Bacillus sp. GM7312 were producing amylase of 488 units and 341 units.

The bacteriocin produced by Lactobacillus sp. GM7311 was purified by sequential steps including n-propanol/acetone treatment, CM-cellulose chromatography, and gel filtration on Sephacryl HR-100. The relative activity of bacteriocin increased 493-fold after final purification step with a recovery of 8.3%. Two protein bands of ca. 8,200 and 2,500 were detected by SDS-PAGE of bacteriocin purified through CM-cellulose and sephacryl HR-100 chromatography and both of them had bacteriocin activity.