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레포트 | 생두 처리에 따른 미생물 프로필 변화 (2017)
날짜
2018-06-12 17:57:08
조회
351

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생두 처리에 따른 미생물 프로필 변화

 

원제 : Exploring the impacts of postharvest processing on the microbiota and metabolite profiles during green coffee bean production

 

저자 : Florac De Bruyn, Sophia Jiyuan Zhang, Vasileios Pothakos, Julio Torres, Charles Lambot,

Alice V. Moroni, Michael Callanan, Wilbert Sybesma, Stefan Weckx, Luc De Vuyst

 

요약 :

  수확 후 커피열매 처리 및 가공은 생두의 품질에 영향을 미칠 수 있다. 이번 케이스 연구에서는 갓 수확한 아라비카 커피 열매를 수세, 건식 별로 두 가지씩 처리하면서 미생물 군집과 기질, 대사물질의 차이를 알아보고자 한다. multiple-step metagenomic DNA extraction, high- throughput sequencing, multiphasic metabolite target analysis 등의 최신 기술을 적용하여 수확에서부터 건조에 이르기까지 의 수확 후 처리 과정 전체에 대해 변화 양상을 지켜보았다. 수세 처리 과정 중, 미생물군 중 가장 많이 나타난 것은 락트산 박테리아 군집(Leuconostoc, Lactococcus, Lactobacillus ) 과 장내 세균 및 이스트 (Pichia, Starmerella) 였다. 점액질 내에서 생성된 물질 중 락트산 박테리아의 대사와 관련 있는 대사물질 일부(락스산, 아세트산, 만니톨)는 배젖에서도 나타났다. 건조 과정 중에는 아세트산 박테리아(Acetobacter, Gluconobacter ) 가 가장 많았고, Pichia 및 비 Pichia (Candida, Starmerella, Saccharomycopsis) 이스트도 많았다. 관련 대사물질(글루콘산, 당 알코올)이 말라가는 중인 커피 열매의 바깥층에 축적되고 있었다. 결과적으로, 수세 처리와 건식 처리 모두 미생물 군집 구조에 유의하게 영향을 미쳤으며 이로 인해 최종 생두 조성에 영향을 끼쳤다. 이번의 커피 생태계를 분해해 들어가는 체계적 접근법을 통해 커피 처리에 대해 더 깊게 알 수 있었으며 앞으로 이와 같은 복잡한 생체기술 과정을 분석 관리하는 데 최신의 체계를 갖출 수 있을 것으로 보인다.

 

주요 내용 :

 - 실험 내용과 샘플 채취 :

  에콰도르 나네갈 스테이션에서 일반적인 수세(SW), 건식(SD) 외에 발효를 길게 한 수세(EW)와 무더기로 쌓아 말린 건식(HD) 의 총 네 가지 방식으로 처리함. 샘플은 갓 수확한 열매(CB), 과육을 제거한 것(W1), 발효 후 세척 전(SW2, EW2), 담금 처리 후(SW3, EW3), 건조 단계별( ~W4-7, ~D1-10) 에서 채취.

  미생물은 운영분류단위(operational taxonomic unit, 유사 시퀀스끼리 종을 묶어 한 단위로 표현) 별로 묶음.

 

 

- 미생물 :

 

  갓 수확한 커피 열매(CB) - Enterobacteriaceae, 아세트산 박테리아, 토양 속 박테리아가 주를 이룸. 락트산 박테리아는 소량. 사상균에서는 Pichia kluyveri, P. fermentans 가 많음. 미생물 체계가 다른 모든 단계와는 다름

 

  수세 처리 (W) -

  과육을 제거한 뒤(W1) Leuconostoc 이 증식하며 수세 처리 내내 우점종이 됨. 특히 발효기(W2)에서 두드러짐. 균류는 Pichia 종이 많음

  발효와 담금 단계에서는 Starmerella, Candida 가 증가

  일반 발효에서는 Leuconostoc, Lactococcus, Weissella 종이 주를 이룬 반면 연장 발효에서는 lactobacilium 이 많이 나타남. 이로 인해 산에 강한 락트산 박테리아계가 다수를 이루게 되고 pH 값이 감소 (16시간째 4.5 - 36시간째 4.0)

 장내 세균 수는 연장 발효에서 수가 더 적음.

 

  건조 과정에서는 운영분류단위 변화가 적음

  건조 과정에서는 락트산 박테리아 관련 단위수는 감소, 장내 세균 수는 증가. 토양 박테리아 종은 수분 감소에 따라 함께 줄어듦

 

  건식 처리(D) -

  락트산 박테리아, 아세트산 박테리아 수가 많아지고 장내 세균은 수세 처리에 비해 감소.

  여타 박테리아는 간헐적으로 증가하되 건조 과정에 따라 들쭉날쭉한 점에서 외부 오염이 있는 것으로 보임.

  건식 처리한 경우 균류의 다양성이 수세 처리한 것에 비해 높음. Pichia 종이 주를 이룸. Starmerella bacillaris, Candida 종 또한 수세에 비해 많음.

  무더기로 쌓아 둔 커피열매(HD) 는 과육에서 즙이 나오면서 수분 함량의 변화가 없으며 하얀 먼지처럼 보이는 균사가 형성되고 강한 냄새를 풍김. 아세트산 박테리아가 주를 이루고 곰팡이성 이스트인 Saccharomycopsis crataegensis 가 나타남.

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- 대사 물질 :

  갓 수확한 커피 -

  점액질과 배젖은 수분 함량(85%, 51%)과 성분도 다름 (건조 무게 기준 점액질 : 프럭토스 27%, 글루코스 21%, 수크로스 9%, 유기산 7.3% 중 말산, 퀸산, 글루콘산 위주 ; 배젖 :  수크로스 8%, 유기산 2.4% 중 시트르산, 말산, 퀸산 위주이며 트리고넬린(1.0%)과 카페인(0.9%) 함량은 보다 높고 아세트산 함량은 낮음)

  수세 처리 -

  수세 처리가 끝날 즈음 수크로스는 완전히 소모됨. 프럭토스와 글루코스 함량도 감소하되 연장 발효에서 더 두드러짐.

  아세트산, 에탄올, 글리세롤, 락트산, 만니톨 등 미생물 대사 물질이 발효 시간에 따라 축적됨.

  점액질의 산 성분 농도 변화 (글루콘산, 말산, 퀸산 감소 / 프로피온산, 부틸린산, 이소부틸린산, 말산, 이소발레린산, 헥사노인산, 옥살산은 측정 한계치 아래)

  카페인과 트리고넬린 함량 감소

 

  배젖의 대사 물질 농도는 점액질에 비해 변화폭이 적음.

  배젖의 프럭토스, 글루코스, 수크로스, 카페인 함량은 유의하게 감소

  연장 발효시 수크로스 함량은 감소하고 아세트산, 에탄올, 글리세롤, 글루쿠로닌산, 락트산, 만니톨, 숙신산은 시간에 따라 증가.

 

  담금 시간이 24시간을 넘어서면 이들 주요 대사 물질 농도는 감소.

  건조 중에는 수크로스, 글루코스, 프럭토스, 에탄올, 카페인, 트리고넬린 농도는 감소, 카페인산과 에리스리톨 농도는 소폭 증가.

 

 

  건식 처리 -

  외부 층에서는 대사 물질 변화가 뚜렷한 반면 배젖에서는 변화가 적음

  외층에서는 수크로스가 재빨리 분해됨. 글루코스와 프럭토스도 감소. 일반 건조가 다소 완만한 편.

  글리세롤, 만니톨 농도는 크게 증가, 아라비톨, 솔비톨, 자일리톨 농도 또한 외층에서 증가

  유기산 농도는 건조 중 증가하며 무더기 건조시 농도가 더 높음

 

  배젖에서는 단당류와 수크로스 농도는 천천히 감소하나 글루코스와 프럭토스 농도는 고점을 이룸.

  유기산은 증가했다가 감소

  글루쿠론산, 글루콘산, 숙신산 농도는 건조 초기 증가했다가 감소

 

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인용 (MLA) :

 De Bruyn, Florac, et al. "Exploring the impacts of postharvest processing on the microbiota and metabolite profiles during green coffee bean production." Applied and environmental microbiology 83.1 (2017): e02398-16.

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