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식품안전기사 기타 대사생성물 — 아미노산과 핵산
미생물 발효로 얻는 대사생성물은 어떤 균주가 무엇을 만드는지, 축적을 늘리려면 어떤 조건을 제한하는지, 수율 계산을 어떻게 이어 붙이는지에서 갈린다. 비타민 C 발효 단계, 혐기성 세균의 산물, 구연산 생산과 펠렛 형성, 라이신 변이주, 피드백 억제, 발효유 향기, 알코올 발효 생성물, 초산 수율 계산, IMP 발효를 본다.
2026-10-18 기준 · 식품안전기사 대시보드
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뜻
미생물이 만드는 대사생성물에는 아미노산과 핵산 계열, 항생물질, 생리활성물질, 효소가 있다.
비타민 C 제조에서 아세토박터 서복시단스는 D-소르비톨을 L-소르보스로 산화하는 단계에만 관여한다. 나머지 단계는 화학적 합성이다.
혐기성 세균에 의해서만 생산되는 대표 산물은 프로피온산과 부탄올이다. 아세트산과 에탄올은 호기성과 혐기성 모두에서 나올 수 있고, 구연산은 주로 곰팡이가 만든다.
구연산은 당밀이나 전분질 원료를 아스페르길루스 니게르로 발효해 생산한다. 액체배양에서 균사가 가지 없는 섬유상으로 자라면 구연산 생성이 줄어들므로, 철 이온과의 비율을 맞추려고 구리 이온을 넣어 펠렛 형성을 유도한다.
라이신은 호모세린 영양요구성 변이주로 생산한다. 호모세린을 첨가하면 트레오닌과 메티오닌으로 가는 분기가 막혀 아스파르트산 계열의 탄소 흐름이 라이신 합성 쪽으로 쏠린다.
대사 경로의 최종생산물이 과잉되면 초기 효소의 작용을 직접 저해한다. 이것이 피드백 억제이며, 유전자 발현을 억제하는 기전과 구분한다.
젖산균이 우유의 구연산을 분해할 때 디아세틸이 생기고, 이것이 발효유의 버터 향을 낸다.
효모의 알코올 발효에서는 포도당이 에틸알코올과 이산화탄소로 나뉜다. 에틸알코올 외에 함께 생성되는 물질은 이산화탄소다.
포도당에서 알코올을 거쳐 초산을 만드는 계산은 단계별 이론 수율에 실제 수율을 차례로 곱한다. 포도당 1킬로그램에 알코올 수율 90퍼센트와 초산 수율 85퍼센트를 적용하면 초산은 약 0.5097킬로그램이 된다.
IMP 직접발효는 브레비박테리움 암모니아게네스의 아데닌 요구주로 한다. 아데닌을 충분히 넣으면 균은 잘 자라지만 IMP 축적은 줄어든다. 망간을 제한하면 막 투과성이 높아져 IMP가 세포 밖으로 잘 빠져나온다.
예제
선지 판단은 비타민 C 발효 단계를 소르비톨에서 소르보스로 가는 산화 반응에만 두는지, 혐기성 산물로 프로피온산과 부탄올을 고르는지, 구연산 균주를 아스페르길루스 니게르로 잡는지, 펠렛 유도에 구리 이온을 넣는지, 라이신에 호모세린 영양요구주를 쓰는지, 최종생산물의 초기 효소 저해를 피드백 억제로 읽는지, 발효유 향을 디아세틸로 아는지, 알코올 발효에서 이산화탄소를 함께 고르는지, IMP 축적에 아데닌 과잉이 불리하다고 보는지에서 갈린다. IMP에 아데닌을 과잉 공급한다거나 알코올 발효의 부산물을 물로 잡거나 혐기성 산물에 에탄올을 넣은 선지가 어긋난다.
대표 기출 3문항
Brevibacterium ammoniagenes의 adenine 요구주에 의한 Inosine 5'- phosphate(IMP)의 직접발효생산에 해당되지 않는 것은?
배지 중에 adenine을 충분량 증가시키면 균의 생육량이 증가하면서 IMP의 양도 증가한다. Mn2+ 량이 충분량 있으면 생육량은 증가하지만 IMP의 축적량은 감소한다. Mn2+ 제한조건하에서는 균이 이상형태로 변화하여 세포막 투과성이 좋아진다. IMP 발효생산은 adenine과 Mn2+의 첨가량을 제한하는 조건하에서 가능하다.
정답과 해설 보기
정답 ① · IMP의 직접발효 생산은 배지 내 adenine 및 Mn2+ 첨가량을 '제한'하는 조건하에서 이루어집니다. Adenine을 충분히(과잉) 첨가하면 균체 생장량은 증가하지만, 생합성된 IMP가 다시 분해되거나 세포막 밖으로 투과되지 못해 축적량은 오히려 감소하게 됩니다.
IMP 발효는 adenine과 Mn2+를 제한하는 조건에서 이루어지며, adenine 과잉은 IMP 축적을 저해한다.
glutamic acid 발효가 끝난 다음 발효액으로 부터 glutamic acid를 회수하려고 한다. 이 때 여러가지 방법이 있으나 이온교환수지를 사용하여 glutamic acid를 흡착하려고 하면 다음의 어떠한 수지를 사용하겠는가?
약산성 Cation 교환수지 강산성 Cation 교환수지 강염기성 anion 교환수지 활성탄
정답과 해설 보기
정답 ③ · 글루탐산은 등전점이 pH 3.2 정도로 산성이며, 발효액(보통 중성~약알칼리) 상태에서는 음이온(Anion) 형태로 존재합니다. 이온교환수지로 흡착 회수할 때는 음이온과 결합하는 강염기성 음이온 교환수지(Anion exchange resin)를 사용하는 것이 가장 적절합니다.
글루탐산은 중성 pH에서 음이온 형태이므로 강염기성 음이온 교환수지로 흡착 회수한다.
Homo 젖산균과 Hetero 젖산균에 대한 설명 중 옳은 것은?
Leuconostoc 속은 Homo형이고, Pediococcus 속은 Hetero형이다. Homo 젖산균은 당으로부터 젖산, 에탄올, 초산을 생성하며 Hetero 젖산균은 젖산만을 생성한다. EMP 경로에 따라서 포도당 1mole에 대해 2mole의 ATP가 생성되는 것이 Homo 젖산발효이다. 대부분의 Lactobacillus 속은 Hetero형이다.
정답과 해설 보기
정답 ③ · Homo 젖산균과 Hetero 젖산균에 대한 옳은 설명을 고르는 문제이다. Homo 젖산균은 EMP 경로(해당과정)를 통해 포도당을 젖산만으로 대사하며, 이 과정에서 기질 인산화로 포도당 1몰당 2몰의 ATP가 생성된다.
Homo 젖산균은 EMP 경로를 통해 포도당 1분자당 2분자의 ATP를 생성하며 젖산만 주로 생성하는 균이다.
자주 묻는 물음
구연산은 어떤 미생물로 생산하나요? 아스페르길루스 니게르입니다. 당밀이나 전분질 원료를 발효해 구연산을 만듭니다.
라이신 대량 생산에는 어떤 변이주를 쓰나요? 호모세린 영양요구성 변이주입니다. 호모세린을 첨가해 트레오닌·메티오닌 경로를 막고 라이신 축적을 유도합니다.
알코올 발효에서 에틸알코올과 함께 생성되는 물질은 무엇인가요? 이산화탄소입니다. 포도당이 에틸알코올과 이산화탄소로 나뉩니다.