Although probiotics have been shown to improve health when consumed, recent studies have reported that they can cause unwanted side effects due to bacterial-human interactions. Therefore, the importance of prebiotics that can form beneficial microbiome in the gut has been emphasized. This study isolated and identified bacteria capable of producing biopoymer as a candidate prebiotic from traditional fermented foods. The isolated and identified strain was named WCYSK01 (Wissella sp. strain YSK01). The composition of the medium for culturing this strain was prepared by dissolving 3 g K2HPO4, 0.2 g MgSO4, 0.05 g CaCl2, 0.1 g NaCl in 1 L of distilled water. The LMBP(low molecular weight biopoymers) produced when fermentation was performed with sucrose and maltose as substrates were mainly consisted of DP3 (degree of polymer; isomaltotriose), DP4 (isomaltotetraose), DP5 (isomaltopentaose), and DP6 (isomaltoheptaose). The optimization of LMBP (low molecular weight of biopolymer) production was performed using the response surface methodology. The fermentation process temperature range of 18 to 32oC, the fermentation medium pH in the range of 5.1 to 7.9. The yield of LMBP production by the strain was found to be significantly affected by q fermentation temperature and pH. The optimal fermentation conditions were found at the normal point, and the production yield was more than 75% at pH 7.5 and temperature of 23oC.

본 연구는 인삼 잎의 이용증대를 위해 마이크로웨이브에 의한 인삼 잎의 잔류농약 추출효과와 발효 인삼 잎의 ginsenoside 유용 유도체의 전환 검토 및 품질 특성을 분석 하였다. 인삼 잎에 잔류되어 있는 tolclofos-methyl와 azoxystrobin을 microwave로 추출하기 위한 용매는 hexane이 가장 효율적 이었다. tolclofos-methyl와 azoxystrobin이 잔류되어 있는 인삼 잎에서의 microwave를 이용한 추출 최적 조건은 power 50∼95 watts, 추출용매는 hexane, 추출시간은 3분으로 나타났다. 인삼 잎 추출물의 발효에서 발효 전과 비교하여 Rg1과 Rb1은 감소한 반면 Rh1, Rg3, Rk1 및 Rh2는 발효 후 모두 증가한 것으로 나타났다. 특히 홍삼에서 대표적인 성분으로 알려져 있는 Rg3의 경우 발효전 2.77 ㎍/g에서 발효 후 균주의 종류에 따라 70.62∼77.61 ㎍/g으로 증가하였다. 7일간 발효 후 인삼 잎의 총 페놀성 화합물 및 전자공여능은 일부 균주에서는 발효전과 비교하여 감소하다가 다시 증가하는 경향을 나타내었으나, 발효가 진행됨에 따라 전반적으로 감소되는 경향을 나타내었다.

발아대두 동충하초의 유산균 발효를 위하여 발아대두와 동충하초가 함유된 배지에서 생육이 우수한 유산균주를 김치로부터 분리하여 동정한 결과 Lactobacillus plantarum KCB001로 명명하였다. 선정된 유산균을 이용하여 발아대두 동충하초의 고상발효조건을 최적화한 결과, 동충하초와 발아대두의 혼합비는 4:1, 가수량은 40%(v/v), 종배양액의 첨가량은 20%(v/w), 최적 발효온도와 시간은 각각 37oC와 72시간으로 확인되었다. 유산균발효에 의해 총 폴리페놀함 량과 DPPH 소거능이 증가하였으며, 특히 동충하초의 지표 물질인 cordycepin 함량은 발효에 의해 24% 증가함으로써 발효에 의해 발아대두 동충하초의 기능성이 증가함을 확인하였다.

수산물은 생물 상태로는 유통이 매우 취약하여 시장 확대를 위해 가공이 필수적이나 건제품이나 염장품 등 단순가공품으로 생산되고 있어 품질의 고급화, 다양화 및 편의성을 추구하는 소비자들의 욕구를 충족시켜 주지 못하고 있다. 국내 수산 발효물을 이용한 제품 생산량은 매년 감소 추세에 있어 시장 확대에 제한이 되는 염도, 위생, 편의성을 고려한 연구개발이 필요하다. 젓갈은 독특한 풍미와 잠재적 이용가치가 높음에도 식염농도, 장기간의 숙성기간 및 어취 때문에 용도가 한정적이다. 또한 오랜 숙성기간으로 인한 원가 상승으로 경쟁력이 결여되어 대량생산 및 제품의 보편화에 어려움을 겪고 있다. 숙성기간을 단축하고 염도와 어취를 저감하여 시장성을 높인 새로운 멸치 발효 숙성물의 제조공정을 개발하고 멸치 발효 숙성물을 분말화하여 제품 활용도를 높이고자 하였다. 멸치 원물의 혼합 분쇄, 고온분해, 멸치액의 여과 및 농축 공정을 통해 감칠 맛 강도와 풍미를 높인 멸치 숙성물은 총 질소 함량 1.42%, 염도 15.6%로 높은 총 질소 함량과 낮은 염도를 나타내었다. 이미/이취 강도, 감칠 맛 강도, 전반 맛 강도에 대한 관능평가를 통해 품질 개선이 이루어졌음을 확인하였다. 분말화된 멸치 숙성물은 총 질소 함량 3.96%, 염도 38.4%로 기존 액젓 분말 대비 높은 감칠 맛 강도와 낮은 염도를 보여주었다. 개발된 멸치 발효 숙성물과 분말은 액젓과 차별화된 조미소재로서 응용 분야를 확대할 수 있을 것으로 기대된다.

당근을 소재로 한 기능성 발효음료 개발을 위한 기초연구의 하나로 당근주스에 당을 첨가하고 Saccharomyces cerevisiae KCCM 11215를 접종하여 알코올발효를 진행시켜 당근와인을 제조한 후, 종초 Acetobacter pasterianus A8을 접종하여 초산발효를 유도하는 단행복발효 공정으로 정치 배양하여 당근식초 발효를 시도하였다. 6%의 알코올을 함유하는 당근와인에 종초를 5% 부피비율로 접종하고 30℃에서 20일간 정치 배양하는 것을 최적조건으로 하였을 때 산도 6.2%의 당근식초 제조가 가능하였다. 생산된 당근식초는 122.47mg%의 유리아미노산을 함유하고 있었으며, 당근식초의 유기산 조성은 aceticacid 55g/L, pyruvic acid 4.5g/L, citric acid 0.45g/L 및 maleic acid 0.05g/L이었다. 당근식초는 1.43mg/L의 베타-카로틴을 함유하고 있었으며 몇 가지 시판식초에 비해 폴리페놀(478.89mg/L)을 다량 함유하여 DPPH 라디칼 소거활성, ABTS 라디칼 소거활성, FRAP assay으로 표현되는 높은 항산화활성을 나타냈다. 따라서 본 연구에서 개발된 당근식초는 조리용은 물론 기능성 음료로서 이용이 가능할 것으로 생각된다.

During the aerobic composting of livestock excrement, or leachate, which is generated in the composting process, is distributed through a bulking agent. In this research, a specific microorganism expected to reduce the emission of odor was activated in livestock excrement supernatant, which is similar to the leachate used for water control. While the microorganism was being diffused, odor properties were examined. The bulking agent, in which the specific microorganism was activated, was produced by applying a bioreactor filled with pumice and pellets to the treatment process of livestock excrement activation sludge method. The dominant microorganisms were Pseudomonas genera. Experiment results showed ammonia content was lowered as to 0.27 ppm 1n 15 days; however, it remained at levels of 3.15 ppm in the control reactor. After the composting time was completed, the ammonia concentrations were 0.07 ppm and 3.43 ppm, respectively. The complex odor in the test reactor was 28~30 times greater than of dilution, but was 42~45 times greater in the control reactor. Hydrogen sulfide and methyl mercaptan were not detected in either reactors. Ammonia was thought to be the major odor-producing source during the aerobic composting process of livestock excrement, and it was expected that the odor could be reduced by spraying a microorganism -activated solution as a bulking agent.

A lab-scale Anaerobic Baffled Reactor (ABR) was applied to treat a primary sludge taken from a municipal wastewater treatment plant. In this experiment, acidogenic reaction was promoted by operating the ABR with short hydraulic retention time (HRT) to produce sufficient volatile fatty acids (VFA) instead of production of methane. The performance of ABR on the VFA production and total solids reduction was observed with different operating conditions with 2, 4, 6, and 8 days of HRT. Corresponding organic loading rates were 6.7, 3.4, 2.2, and 1.6 kgCODcr /m3·day. As HRT increased the removal rate of TCOD was also increased (82.5, 84.2, 96.9, and 95.9 % in average for HRT of 2, 4, 6, and 8 days, respectively) because the settlement of solids was enhanced in the baffle by the decrease of upflow velocity. At HRT of 2 days the average concentration of VFA in the effluent was measured at 1,306±552 mgCOD/L corresponding to 107 % increment as compared to the VFA concentration in the influent. However, as HRT increased VFA concentraiotn was decreased to 143±552 mgCOD/L at HRT of 8 days. The reduction rates of total solids were 12.2, 26.5, 24.8, and 43.0 % for HRT of 2, 4, 6, and 8 days. As HRT increased the hydrolysis of organic particulate matters in the reactor was enhanced due to the increasing of solids retention time in the baffle zone with low upflow velocity in long HRT condition. Consequently, we found that a primary sludge became a good source of VFA production by the application of ABR process with HRT less than 4 days and the 12-26 % of total solids reduction was expected at these conditions.

Rhodiola sachalinensis fermentates by lactic acid bacteria were prepared using the adsorption process, and were investigated for changes of the main compounds and anti-oxidative activities during the adsorption and fermentation process. While the R. sachalinensis extract (RSE), which did not go through the adsorption process, showed little change in pH during fermentation and a significant reduction in the number of lactic acid bacteria, the pre-preparatory adsorption process was found to be helpful for promoting fermentation and for maintenance of bacterial numbers. The contents of total phenolic compounds mostly decreased during the adsorption process, but showed an increasing tendency to rebound during the fermentation process. The contents of salidroside and p-tyrosol in the RSE were 1153.3 ㎎% and 185.0 ㎎% respectively, and they did not significantly change after treatment with acid clay or bentonite as adsorbents, which were 1093.0 and 190.5 ㎎% by acid clay, and 882.2 and 157.3 ㎎% by bentonite. When the extract was fermented after treatment with acid clay or bentonite, the salidroside contents were decreased by 282.7 and 505.0 ㎎% respectively, but the p-tyrosol contents were increased by 714.0 and 522.4 ㎎% respectively. Compared to the DPPH radical scavenging activity of the RSE (66.8%) at the conc. of 0.1%, that of the fermented RSE, which went through adsorption process with acid clay or bentonite, was significantly increased to 79.4 and 72.7% respectively at the same concentration (p<0.05). Though fermentation by lactic acid bacteria was suppressed in the RSE, the results suggested that the adsorption process may promote fermentation without any change in the content of major active compounds. It is expected that fermentation by lactic acid bacteria could improve the antioxidant activity and various associated functionalities of R. sachalinensis.

본 연구에서는 LSW를 이용한 피틴의 생산과정에서 기존의 알칼리 중화법의 단점을 극복하고자 효모발효에 의한 자연 침전법으로 피틴을 회수하는 공정을 개발하였다. LSW에 함유되는 약 3%(w/v)의 젖산은 약 33시간의 효모 발효에 의하여 소모되고 pH가 7.5 정도로 상승함에 따라 LSW에 함유된 피틴산이 기존의 중화법에 사용되는 Ca(OH)2의 투입 없이 피틴으로 침전되어 분리되었다. LSW의 효모발효에 의하여 생성된 피틴의 농도는 약 1.0%(w/v)였으며, 단백질함량은 12.3%(w/w)로서 중화법으로 생산된 피틴보다 현저히 낮은 수준이었다. 또한 효모 발효에 의하여 생성된 피틴은 중화법으로 생성된 피틴보다 약 1.6배 빠른 침전속도를 나타내었다.

플라스크 실험과 fermentor 발효실험으로 분리균주인 Acetobacter aceti B20 균주의 초산발효를 위한 몇가지 조건을 최적화하였다. 통기교반 조건이 제한된 flask 실험에서 B20 균주의 생육은 에탄올 농도에 민감하게 반응하여 4%의 에탄올 농도에서는 거의 생육이 되지 않았으며, 초산 생성량도 미미하였다. Flask 배양에서 B20 균주의 생육은 포도당 농도가 3%일 때 가장 좋았으나 농도가 증가할수록 생육이 저해되었다. 27oC와 30oC의 온도에서 A. aceti B20 균주의 생육과 초산생성은 유사하였으며, 이보다 낮거나 높은 온도에서는 생육과 초산 생성이 모두 저하되었다. B20 균주의 최적 발효온도는 27±3oC 범위로 생각된다. Fermentor의 교반속도가 높아질수록 B20 균주의 생육도와 초산생성량이 증가하여 500 rpm일 때 초산농도 5.34%, 발효수율은 57.2%이었다. Batch식 발효에서 초기 에탄올 농도가 7%일 때 발효 120시간째 산도가 5.34%로 가장 높았으며, 이 때의 발효수율은 56.1%로 가장 양호하였다. Fedbatch식 발효에서 초산농도는 2회 feeding할 때 144시간째 8.76%로 최고에 도달하였으며, 이 때 발효수율은 50.6%로 feeding 횟수가 증가할수록 낮게 나타났다.

우라늄 변환시설 가동 중 발생하여 라군(lagoon)에 저장중인 방사성 슬러지 폐기물에 대한 처리는 시설 해체과정에서 매우 중요한 업무 중 하나이다. 슬러지 구성성분 중 다량을 차지하는 질산암모늄의 폭발 위험성 등으로 인해 미생물을 이용한 질산염의 분해는 질산염을 안정적으로 처리할 수 있는 효과적인 방법이라 할 수 있다. 본 연구에서는 라군 슬러지의 약 60 wt%를 차지하는 질산염을 혐기성 균주의 하나인 Pseudomonas halodenidificans를 이용하여 탈질하기위한 공정 변수에 대한 영향을 평가하였다. 온도, 질산염 농도, 전자공여체의 영향, C/N 비율, 초기 접종하는 균주의 비율, pH등의 공정변수에 대하여 실험한 이번 결과는 향후 연속식 공정 설계를 위한 기초 자료로 사용될 것이다.

In probiotics production, lactic acid bacteria (LAB) are cultured on a large scale to achieve efficient processing through fermentation optimization and scale-up. In this Current study, the LAB strain Lactiplantibacillus plantarum WiKim0125 was isolated from kimchi and optimized the production. The optimization strategy for cultivating L. plantarum WiKim0125 consisted of investigating media components, selecting physiochemical conditions to enhance productivity, and scaling up for pilot-scale production. Each process condition was evaluated based on substrate consumption, lactic acid production, and viable cell yield. As a result, the final viable cell and lactic acid yield of L. plantarum WiKim0125 increased by 38.6% and 19.4%, respectively. This study provides an overview of fermentation optimization and scale-up processes for the industrial application of L. plantarum WiKim0125.

This study was indicated to enhance the anti-inflammation activities by the fermentation of the fruits of Aronia melanocarpa (Michx.) Elliott. The extracts by 70% ethanol (EE) showed better biological activities than those by hot water (WE) from campared result of the effect of extraction solvents. Then, the extract from 70% ethanol extraction was further fermented by lactic acid, denoted as FEE. For antioxidant activities, the FEE had showed the highest value as 0.832 of reducing powder, in comparison with those of EE and WE. Cytotoxicity of the water extraction (WE) was measured for 12.06% in addition of 1.0mg/mℓ of FEE. For anti-inflammation activities, NO production from the macrophage, RAW 264.7 was observed as 7.24μM and 8.52μM from FEE and EE, respectively. Prostaglandin E2 (PGE2) production from human fibroblast cell, CCD-986sk, was also estimated for 152pg/mℓ in addition of 1.0mg/mℓ of the FEE. The lowest production of both IL-6 and TNF-α were 3.5pg/mℓ and 865.5pg/mℓ, respectively in addition of 1.0mg/mℓ of the FEE, whereas 74.5pg/mℓ and 982.4pg/mℓ in treated with same concenrations of the EE. It was also found that the FEE was higher amounts than other extracts through HPLC analysis of the anthocyanins. These results strongly indicate that fermentation process of the lactic acid could enhance anti-inflammation activities of extracts by increasing the amounts of the anthocyanins, especially cyanidin-galactoside. Our results suggest that the application of the fermentation process for other medicinal herbs can be improved their biological activities.

Anaerobic Baffled Reactor(ABR)는 혐기성 소화 공정 중 하나로 주로 중소규모의 폐수처리에 사용되며 반응조 내부에 설치된 격벽(Baffle)에 의해 산생성과 메탄생성의 공간적 분리가 뚜렷하고, 일정 수준의 고액분리 효과를 기대할 수 있으며, 비교적 짧은 HRT(Hydraulic Retention Time)와 긴 SRT(Solids Retention Time)를 유지할 수 있다는 장점이 있다. 본 연구에서는 ABR 공정을 이용하여 하수처리공정에서 발생하는 1차 슬러지를 안정화시키는 과정에서 메탄생성을 억제하고 산생성을 최대화하여 고농도의 유기산(Volatile Fatty Acid, VFA)을 생산하고자 하였다. 이때 생산되는 유기산은 후단 탈질반응조의 외부 탄소원으로 이용되어 후탈질 공정으로 유입되는 고농도의 NO3-N을 제거하도록 하였다. 최적 설계 인자 도출을 위하여 ABR 형태의 산발효조와 탈질반응조의 HRT, SRT 및 슬러지 반송과 폐기량이 VFA 생성 및 탈질에 미치는 영향을 살펴보았다. 실험실 규모의 연구결과 HRT 2, 4, 6 및 8일에서 ABR공정을 통한 1차 슬러지 유입 SCOD대비 VFA 생성율은 각각 107±121, 35±87, -82±9 및 -82±12%로 HRT 2일에서 가장 높은 산 생성율을 나타내었으며, HRT 6일 및 8일에서는 긴 체류시간으로 인해 생성된 유기산의 상당량이 메탄으로 전환되면서 VFA 생성율이 저하되는 결과를 보였다. 또한 각 조건에서 생산되는 VFA를 탈질반응조의 유입탄소원으로 이용하였을 때, 유입되는 SCOD의 70% 이상이 탈질에 사용되었으며, NO3-N의 제거율은 평균 82±11% 수준의 탈질효율을 확인하였다.

This study was performed to enhance contents of low molecular ginsenoside using steaming and fermentationprocess in low quality fresh ginseng. For increase in contents of Rg2, Rg3, Rh2 and CK in low quality fresh ginseng, a steam-ing process was applied at 90℃ for 12hr which was followed by fermentation process at Lactobacillus rhamnosus HK-9incubated at 36℃ for 72h. The contents of ginsenoside Rg1, Rb1, Rc, Re and Rd were decreased with the steaming associ-ated with fermentation process but ginsenoside Rg2, Rg3, Rh2 and CK increased after process. It was found that under thesteaming associated with fermentation process, low molecule ginsenosides such as Rg2, Rg3, Rh2 and CK were increased as3.231㎎/g, 2.585㎎/g and 1.955m/g and 2.478㎎/g, respectively. In addition, concentration of benzo[α]pyrene in extracts ofthe low quality fresh ginseng treated by the complex process was 0.11ppm but it was 0.22ppm when it was treated with thesteaming process. This result could be caused by that the most efficiently breakdown of 1,2-glucoside and 1,4-glucoside link-age to backbone of ginsenosides by steaming associated with fermentation process. This results indicate that steaming pro-cess and fermenration process can increase in contents of Rg2, Rg3, Rh2 and CK in low quality fresh ginseng.