프로바이오틱스는 상당한 건강상의 이점을 제공하지만, 가공, 저장 및 위장관(GI) 스트레스로 인한 낮은 생존율로 인해 산업적 적용이 심각하게 제한됩니다. 본 학위 논문은 고부가가치 균주...

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서울 : 서울대학교 대학원, 2026
학위논문(박사) -- 서울대학교 대학원 , 농생명공학부(바이오모듈레이션전공) , 2026. 2
2026
영어
571
서울
vi, 81 ; 26 cm
지도교수: 이기원
I804:11032-000000194186
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다운로드프로바이오틱스는 상당한 건강상의 이점을 제공하지만, 가공, 저장 및 위장관(GI) 스트레스로 인한 낮은 생존율로 인해 산업적 적용이 심각하게 제한됩니다. 본 학위 논문은 고부가가치 균주...
프로바이오틱스는 상당한 건강상의 이점을 제공하지만, 가공, 저장 및 위장관(GI) 스트레스로 인한 낮은 생존율로 인해 산업적 적용이 심각하게 제한됩니다. 본 학위 논문은 고부가가치 균주인 Lactobacillus plantarum CJLP133의 생존율과 저장 안정성을 향상시키기 위해 포괄적인 통합적 접근법(Integrated Approach)을 목표로 하였습니다. 이 접근법은 (1) 내재적 스트레스 내성을 가진 강건한 세포(robust cells)의 고효율 생산 프로토콜을 확립하고, (2) 최적화된 신규 캡슐화 시스템을 개발하는 두 가지 핵심 전략으로 구성됩니다.
첫째 생리적 안정화, 강건한 세포 생산 프로토콜을 확립하였습니다(제2장). 표준 MRS 배지에 강력한 항산화제인 0.1%(w/v) L-cysteine(시스테인)을 보충한 결과, 세포 수율(cell yield)이 약 3.0배( ~ 1.2 x 10^10 CFU/mL로) 증가하였습니다. 더욱 중요한 것은, 이 Cys-Cells는 캡슐화 전임에도 불구하고 40 °C에서 4주 후 2배 이상 높은 생리적 열안정성(생존율 77.4% vs 38.0%)을 나타내어, 세포 자체가 강건해졌음을 증명하였습니다.
둘째, 신규 캡슐화 시스템을 개발하고 검증하였습니다. 제형 스크리닝(제3장)에서, 소이 펩톤(Soy Peptone), 트레할로오스, 말토덱스트린을 함께 포집한 알긴산 제형(Bead F)이 동결건조 후 가장 높은 생존율(88.7%)을 보였으며, 이는 수크로오스(51.6%)나 소르비톨(68.4%) 같은 전통적 동결보호제보다 유의하게 우수했습니다. 이 최적의 Bead F 캡슐을 제4장에서 검증한 결과, 12주간 40 °C 저장 안정성이 우수하였고(비캡슐화 세포 1.68 log 감소 vs 1.03 log 감소), 모의 위장관(SSDP) 환경에서 획기적인 보호 효과(비캡슐화 세포 2.43 log 감소 vs 0.46 log 감소)를 나타냈습니다.
결론적으로, 본 연구는 (1) 시스테인 보충 배양을 통한 생리적 안정화와 (2) 소이 펩톤 기반 캡슐화를 통한 물리적 보호라는 통합적 접근법의 두 가지 핵심 전략을 성공적으로 규명하고 확립하였습니다. 본 연구는 L. plantarum CJLP133의 안정성과 기능적 전달을 극대화하는 과학적 근거와 산업적 활용 방안을 제시합니다.
다국어 초록 (Multilingual Abstract)
Probiotics offer significant health benefits, but their industrial application is severely limited by low viability due to processing, storage, and gastrointestinal (GI) stresses. This dissertation aimed to enhance the viability and storage stability ...
Probiotics offer significant health benefits, but their industrial application is severely limited by low viability due to processing, storage, and gastrointestinal (GI) stresses. This dissertation aimed to enhance the viability and storage stability of the high-value strain, Lactobacillus plantarum CJLP133, through a comprehensive Integrated Approach. This approach was designed to (1) establish a high-efficiency production protocol for robust cells with physiological stress tolerance, and (2) develop a novel encapsulation system with optimized extrinsic protection.
First, the robust cell production protocol was established (Chapter 2). Supplementing the standard MRS growth media with 0.1% (w/v) L-cysteine, a potent antioxidant, resulted in a ~3.0-fold increase in viable cell yield (to 1.2 x 10^10 CFU/mL). Notably, these Cys-Cells demonstrated over 2-fold higher physiologically enhanced thermal stability (77.4% vs 38.0% survival) after 4 weeks at 40 °C, proving enhanced cellular robustness prior to encapsulation.
Second, a novel encapsulation system was developed and validated. In the formulation screening (Chapter 3), an alginate-based formulation (Bead F) co-encapsulated with Soy Peptone, trehalose, and maltodextrin yielded the highest post-freeze-drying survival (88.7%), significantly outperforming traditional cryoprotectants like sucrose (51.6%) and sorbitol (68.4%). This optimal Bead F capsule was then validated in Chapter 4. It provided superior storage stability at 40 °C for 12 weeks (1.03 log loss vs. 1.68 log for free cells). Critically, it demonstrated exceptional protection in simulated stomach-duodenum passage, showing only a 0.46 log reduction, whereas free cells experienced a 2.43 log loss.
In conclusion, this dissertation successfully establishes and validates the two core strategies of the integrated approach: (1) Cysteine-supplemented cultivation for physiological modulation, and (2) Soy Peptone-based encapsulation for extrinsic protection. This work provides a scientifically-grounded and industrially-viable pathway to maximize the stability and functional delivery of L. plantarum CJLP133.
목차 (Table of Contents)