숙성기간별 시판 묵은지와 일반 숙성 시판 배추김치의 품질 및 관능적 특성을 분석하여 묵은지의 품질규격 표준화와 개발에 기초 자료로 제공하고자 연구를 수행하였다. 분석 결과 pH의 경우 시판 묵은지는 3.69~4.22의 분포를 나타냈으며, 산도의 경우 2.94~1.71%의 범위를 보였다. 반면 시판 배추김치의 pH와 산도는 각각 pH 5.92와 0.28%로 시판 묵은지에 비해 pH는 높은 값을 보였고, 산도의 경우 낮은 값을 나타냈다. 또한 제조회사가 동일한 경우 숙성기간이 길어짐에 따라 pH는 감소한 반면 산도는 증가하였다. 시판 묵은지의 평균 염도는 2.22%를 나타내 시판 배추김치의 염도인 1.79% 보다 현저히 높은 염도를 나타냈으며 제조회사가 동일한 경우 저장기간이 길어질수록 염도는 증가하는 것으로 나타났다. 이는 전통적인 묵은지 제조방법에 있어서 장기저장으로 인한 연부 현상을 방지하기 위해 일반 김치의 1~1.5% 높게 담근다는 선행연구와 유사한 결과를 나타냈다. 색도의 경우 L(밝기), a(적색도), b(황색도) 값은 저장기간이 길어짐에 따라 감소하는 경향을 나타냈다. 시판 배추김치의 L값은 60.14로 시판 묵은지의 평균 L값인 37.09보다 현저히 큰 값을 나타냈다. 조직감의 경우 시판 묵은지의 강도와 두께 모두 숙성기간이 길어질수록 감소하였다. 묵은지의 강도는 2.11~3.43 kgf의 분포를 나타냈으며 시판 배추김치의 강도인 3.51 kgf와 비교하여 낮은 강도를 나타냈다. 두께의 경우 시판 배추김치는 7.64 mm로 시판 묵은지의 평균 두께인 5.34 mm와 비교하여 2.0 mm 이상 두꺼웠다. 환원당 함량은 제조회사가 동일한 경우 숙성기간이 증가할수록 감소하였다. 숙성기간이 3년이었던 H3 시료의 환원당 함량은 2.78 mg/mL로 시판 배추김치(13.11 mg/mL)와 비교하여 현저히 낮은 값을 보였다. 시판 묵은지의 유기산 분석 결과 acetic acid, lactic acid와 succinic acid가 검출되었다. Acetic acid와 succinic acid의 경우 제조회사가 동일한 경우 숙성기간이 증가할수록 감소하는 경향을 나타냈다. 반면 lactic acid의 경우 시판 배추김치에선 검출되지 않았으나 시판 묵은지 시료에선 평균 533.33 mg/100 g의 함량을 나타내며 숙성이 진행됨에 따라 급격하게 증가하는 것으로 나타났다. 시판 묵은지 6종의 묘사 분석 결과 쓴맛을 제외한 모든 관능적 특성에서 시료 간 유의적인 차이를 나타냈다(P<0.05). 동일한 제조회사의 경우 숙성기간이 길어질수록 전반적 맛 강도가 유의적으로 증가하였다(P<0.05). 숙성기간이 길어짐에 따라 동일한 제조회사의 경우 쉰내, 신맛, 탄산감, 무른 정도와 같은 특성은 증가하는 경향을 보인 반면 단맛, 감칠맛, 탄산감, 배추 향미, 아삭한 정도, 단단한 정도와 같은 특성에선 감소하는 경향을 나타냈다.
본 연구에서는 김치와 묵은지의 미생물 군집 구조와 이화학적 특성을 비교 분석하였다. 김치와 묵은지의 이화학적 특성 분석 결과 묵은지 시료들의 pH가 김치보다 더 낮았으며, 산도는 더 높은 것으로 나타났다. 김치와 묵은지 간의 염도에는 차이가 없는 것으로 나타났으며, 김치에서 당도가 묵은지보다 높은 것으로 나타났다. α-diversity 분석 결과 김치와 묵은지 사이에 종 추정치와 종 풍부도 지수는 차이가 없는 것으로 나타났으나, 계통발생학적 차이를 반영한 phylogenetic diversity 지수는 묵은지에서 김치보다 유의한 수준으로 높은 것으로 나타났다. 김치와 묵은지의 미생물 군집을 생물학적 분류수준에 따라 분석한 결과 두 그룹 모두 공통적으로 과(family) 수준에서 Lactobacillaceae가 가장 우점하였으나, 높은 내산성을 갖거나 김치 내에서 높은 성장 경쟁력을 갖는 것으로 알려진 Pediococcus 속과 Lactobacillus 속 유산균의 상대적인 분포가 묵은지에서 높은 것으로 나타났다. 김치와 묵은지의 전체 미생물 군집 구조에 통계학적으로 차이가 있는지 분석하기 위해 beta set-significance 분석을 수행한 결과 김치와 묵은지 두 그룹의 전체 미생물 군집구조가 통계학적으로 신뢰수준에서 매우 다른 것으로 나타났으며, 김치에서 상대적으로 높은 Weissella kandleri의 분포와 묵은지에서 상대적으로 높은 Pediococcus inopinatus의 높은 분포가 김치와 묵은지의 전체 미생물 군집 구조 차이에 가장 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다.
묵은지 발효에 적합한 종균 발효 시스템을 개발하기 위하여 묵은지에서 분리한 유산균과 효모를 단일 또는 혼합 상태로 김치에 첨가하여 발효시킨 후 관능평가를 시행하여 묵은지 풍미에서 높은 기호도를 나타낸 유산균 ML17과 효모 MY7을 혼합 스타터로 선정하였다. 묵은지 스타터 균주는 rRNA 염기서열 분석을 통한 균주동정 결과에 따라 Lactobacillus curvatus ML17과 Saccharomyces servazzii MY7로 명명되었다. 혼합 스타터를 첨가하여 김치를 제조한 후 $10^{\circ}C$에서 7일 동안 1차 발효한 후, $-1^{\circ}C$에서 90일까지 숙성시키면서 발효 특성을 조사하였다. 대조구 김치에 비하여 스타터 김치의 pH 저하 및 산도의 증가가 빠르게 진행되어 발효 90일 후에는 1년 숙성 묵은지와 유사한 수준을 나타내었다. 물성 변화에서 김치의 경도는 전체 발효기간 동안 스타터 김치가 더 높은 경도 값을 유지하면서 아삭한 특성을 나타내었다. 미생물 균총 변화에서 총균수와 유산균수는 발효 30일에 최대 균수를 나타내었으며, 이후 감소하기 시작하여 발효 90일에는 스타터 김치의 총균수와 유산균수가 대조구 김치에 비해 낮게 나타났다. 효모수는 첨가된 스타터에 의하여 스타터 김치가 대조구 김치보다 전체 발효기간 동안 높은 균수를 유지하였다. 유산균과 효모 스타터는 발효 90일 동안 높은 점유율을 유지하여 발효 종균으로서의 우수한 특성을 나타내었다. 유기산 함량은 스타터 김치에서 lactic acid와 citric acid의 함량이 대조구 김치에 비하여 높게 나타났다. 관능평가 결과 스타터 김치는 1년 숙성 묵은지와 유사한 묵은지 맛과 높은 기호도를 나타내었다.
묵은지 스타터로 개발된 Lb. curvatus ML17의 생균제적 특성 및 기능성 조사를 통하여 기능성 소재로서의 개발 가능성을 검토하였다. Lb. curvatus ML17은 용혈현상을 일으키지 않았으며 ${\beta}$-glucosidase와 ${\beta}$-glucuronidase의 발암효소 활성이 없는 것으로 나타나 균주에 대한 안전성을 확인하였다. 장내 생존성 확인 실험에서는 인공위액에서 2시간 처리한 다음 인공담즙에서 24시간 처리한 결과 초기 균수 대비 12.30%의 생존율을 나타내었다. Caco-2 cell에 대한 부착율은 초기 접종균수가 많을수록 높게 나타났으며, $5.66{\times}10^9$ CFU/mL로 처리 시 17.31%의 부착율을 나타냈는데 20.78%의 부착율을 나타낸 양성 대조군 Lb. rhamnosus GG에 근접하게 높은 부착율을 나타내어 장내환경에서 바람직한 작용을 할 수 있음을 보여주었다. 유해균주에 대한 생육저해 활성 측정에서는 Micrococcus luteus, Bacillus cereus, Salmonella enterica subsp. enterica, Pseudomonas aeruginosa에 대하여 우수한 항균 활성을 나타내었다. DPPH radical 소거능을 이용한 항산화 활성 측정 결과 72.88%로 양성 대조군인 0.1 mg/mL ascorbic acid보다 높은 free radical 소거능을 나타내었다. AGS 위암세포 및 HT-29 결장암세포에 대한 성장 억제 효과에서는 Lb. curvatus ML17의 배양 상등액 $80{\mu}L/mL$ 처리 시 각각 82.91% 및 79.35%의 암세포 성장 억제 효과를 나타내었다. 이와 같은 결과로 Lb. curvatus ML17이 묵은지를 포함한 발효스타터로 사용되었을 경우 식품의 보존성 향상과 품질 유지 및 균주에 의한 건강 기능성을 부여할 수 있으며 식품, 사료, 의약 분야의 다양한 산업적 활용이 기대된다.
From the previous study, Enterococcus faecium SH01 was isolated from mukeunji, an over-ripened kimchi, and it produced bacteriocin SH01. Bacteriocin SH01 showed an inhibitory effect against Listeria monocytogenes ATCC 19111, a bacterial strain causing human listeriosis. Crude bacteriocin SH01 was purified by ammonium sulfate precipitation and its inhibitory activity at two concentrations (500 and 1,000 AU/g) against Listeria monocytogenes ATCC 19111 was investigated in ground beef at increasing temperatures (5, 10, 15, and 20℃) for 8 d. The number of Listeria monocytogenes ATCC 19111 significantly decreased (p<0.05) as the concentration of bacteriocin increased from 500 to 1,000 AU/g. Intrinsic crude protease activities in ground beef were examined and increased as the temperature increased. Experiments varying both the concentrations of added bacteriocin SH01 and temperature demonstrated a maximum inhibition (2.33 log reduction of bacteria) in samples containing 1,000 AU/g of bacteriocin SH01 incubated at 20℃. When the crude bacteriocin SH01 solution (1,280 AU/mL) was incubated with crude protease solutions at different temperatures, its activity decreased by only half (640 AU/mL), as assessed in an agar well diffusion assay. The finding that the antilisterial activity of bacteriocin SH01 increased with temperature can be explained by the fact that higher temperatures increase bacterial membrane fluidity, thereby promoting the cellular penetration of bacteriocin SH01 into L. monocytogenes. Bacteriocin SH01 may be an excellent candidate as a biopreservative for controlling L. monocytogenes growth in ground beef.
본 연구에서는 묵은지로부터 분리된 박테리오신을 생산하는 이상발효 유산균 및 내산성 효모가 사워도우의 저장 기간 연장과 품질 개선에 미치는 영향을 조사하였다. 유전자 염기서열 분석 결과 빵 부패세균인 Bacillus 속에 대한 항균활성을 나타낸 이상발효 유산균은 Leuconostoc mesenteroides LAS112, Lactobacillus brevis LAS129 및 L. mesenteroides subsp. dextranicum LAB137으로 동정되었고, 산성 pH 하에서 증식 가능한 효모는 Pichia membranifaciens YS05, Pichia fermentans YS19 및 Pichia anomala YS26으로 확인되었다. 사워도우 발효에 사용된 L. brevis LAS129는 L. mesenteroides LAS112 및 L. mesenteroides subsp. dextranicum LAS 137 보다 더많은 양의 초산과 박테리오신 활성을 나타내었으나, LAS112는 가장 많은 양의 유산을 생산하였다. Bacillus subtilis ATCC 35421에 대한 최대의 박테리오신 활성(640 AU/g)은 L. brevis LAS129와 P. membranifaciens YS05 혹은 P. anomala YS26으로 혼합 발효시킨 사워도우 내에서 관찰되었다. $30^{\circ}C$에서 24시간 발효 후 사워도우 내 LAS129의 균수($10^9CFU/g$)는 YS05 혹은 YS26의 효모 균수($10^7CFU/g$)보다 높게 검출되었다. 한편, 이들 균주들을 이용하여 발효시킨 사워도우 내에 존재하는 빵 부패균의 균수는 대조구 보다 유의하게(P < 0.05) 낮은 수준으로 나타났다.
묵은 김치의 높은 염도와 장기간 저장에 따른 단점을 해소하기 위해 염도와 발효온도를 다르게 하여 제조한 김치를 단기간 숙성하여 묵은 김치의 독특한 풍미와 조직감을 유지하는 묵은 김치 숙성방법의 기초를 제공하고자 하였다. 묵은 김치의 염도 변화는 발효 후 저장 0주차에 증가하였다가 이후 저장기간 동안 유의적으로 감소하였고(p<0.05), 시료의 초기염도에 따라 저장기간 중 염도 변화가 뚜렷하게 구분되었다. 발효온도에 따른 차이는 저장 6주차까지 큰 차이를 보이지 않았으나, 저장 12주차에는 1.6% 염도의 경우 $12^{\circ}C$에서 발효한 시료가 $18^{\circ}C$의 시료보다 높은 염도를 나타냈고, 2.4% 염도의 시료와 3.2% 염도의 시료에서는 발효온도가 낮을수록 염도의 감소 속도가 빨랐다. pH는 발효 후 저장 0주차에 유의적으로 감소하였으며, 염도가 높을수록 pH가 비교적 높게 나타났고, 저장기간이 늘어남에 따라 발효온도가 높을수록 pH의 값이 높게 나타났다. 산도는 발효 후 저장 0주차에 유의적으로 증가한 뒤 염도와 발효온도에 따라 변화하였다. 산도는 염도가 낮을수록 유의적으로 높은 산도를 나타냈고, 발효온도에 따른 산도의 변화는 발효 후 저장 0주차 때 발효온도가 높을수록 산도가 높게 나타났지만, 저장기간 중 발효온도에 따른 산도는 큰 차이를 보이지 않았다(p<0.001). 경도는 발효 후 저장 0주차에 감소한 뒤 염도와 발효온도에 따라 변화하였고(p<0.05), 저장 6주차까지 3.2% 염도의 시료에서 경도가 가장 높게 나타났다. 두께의 변화는 저장기간과 염도에 따른 차이를 보이지 않았고, 발효온도에 따라 $12^{\circ}C$에서 발효한 시료보다 $18^{\circ}C$에서 발효한 시료에서 두께의 값이 더 큰 것으로 나타났다. 총균수는 발효 후 저장 0주차에 유의적으로 증가하여 7.18~8.89 logCFU/mL 사이의 높은 값을 나타냈고, 이후 저장기간에 따라 감소하였다(p<0.001). 염도에 따른 총균수는 H시료에서 가장 높았고, 발효온도에 따른 총균수의 차이는 발효 후 저장 0주차에 $12^{\circ}C$에서 발효한 시료가 높은 값을 나타냈지만, 이후 저장 기간 동안 $18^{\circ}C$에서 발효한 시료에서 높은 값을 보였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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