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문제 정의
- 지금까지는 조개류나 재첩류에 많이 함유되어 있는 것으로 알려져 있었으나(Uchisawa 등 2004), 최근 김치의 발효과정 중 전구물질인 아르기닌의 감소와 오르니틴의 급격한 생성이 관찰되기도 하였다(Kim 2010; Moon 등 2012). 따라서 본 연구는 김치 제조 후 정해진 온도(15℃)에서 익힘 시간을 달리하여 김치를 숙성 후, 김치냉장고 저장을 통해서 오르니틴의 함량을 극대화 할 수 있는 조건을 찾고자 수행되었다. 이를 통해서 소비자들에게는 오르니틴 생성 유산균과 오르니틴 함량이 증진된 김치를 제공할 수 있을 것으로 기대한다.
제안 방법
- 9×150 ㎜ column(For Hydrolysate Amino Acid Analysis, Waters, USA)을 사용하였다. Column으로부터 유도체를 용출시키기 위해서 AccQ․Tag Eluent A(Waters, USA)와 60% acetonitrile을 분당 1 ㎖의 유속으로 흘려 주었다. 오르니틴 함량은 표준 L-Ornithine(MERCK, Germany)의 분석결과와 비교하여 산출하였다(Park and Oh 2006; Yu & Oh 2010).
- 각 배추김치 시료는 제조 직후 및 익힘과 저장 시작 후 10일 간격으로 채취하였고, 채취 후 브랜더(HR-1861, Philip, Netherlands)로 마쇄하여 고형물과 액상 전체를 측정 및 분석 시료로 사용하였다.
- 각 배추김치 시료는 펩톤 수로 10－4~10－6 범위로 희석하였고, 유산균 선택적으로 분리하기 위하여 DE MAN, ROGOSA and SHARPE(MRS, Difco, USA)에 0.002% bromocresol purple (BCP, Sigma, USA)를 첨가하여 사용하였다. BCP가 첨가된 MRS agar 고체 배지에 희석된 시료 100 ㎕를 도말한 후 25℃ 배양기에 48시간 배양하여 생성된 단일 노란색 colony를 계수하여 시료 ㎖당 colony forming unit(CFU)로 나타내었다(Park & Oh 2006; Yu 등 2009; Yu 등 2011).
- 각 배추김치 시료의 pH 변화는 50 ㎖ tube에 김치 마쇄 시료 25 ㎖ 담아 pH meter(FE20-FiveEasy™, Mettler Toledo, Korea)를 이용하여 측정하였다.
- 배추김치 제조 후 익힘 시간을 달리한 후 김치냉장고에 저장한 김치의 이화학적 특성과 오르니틴 함량 변화를 조사하기 위하여 익힘 및 저장 기간별 pH, 산도, 유산균 수 변화, 유산균 속 분포 및 오르니틴 함량 변화 패턴을 조사하였다. 배추김치는 조제 후 15℃에서 각 시간 별로 익힘 과정을 거친 후 －1.
- 본 실험에 사용한 배추김치 시료는 김치 제조 후 15℃ 인큐베이터에서 숙성시킨 시간에 따라 구분하였으며(Noh 등 2007; Oh 등 2008), 각 32시간, 36시간, 40시간, 44시간, 48시간 숙성한 것을 S1(32 h), S2(36 h), S3(40 h), S4(44 h), S5(48 h)라 명명하였다. 배추김치 제조에 사용한 원/부재료의 % 비율은 절임 배추 71.
- 오르니틴 함량은 HPLC(ACCQ․TagTM Amino Acid Analysis System, Waters, USA)를 이용하여 측정하였다. 오르니틴의 형광 유도체화를 위해 AccQ․Fluor Reagent를 사용하였으며, 이들 유도체의 분리를 위해 3.
- 오르니틴 함량은 표준 L-Ornithine(MERCK, Germany)의 분석결과와 비교하여 산출하였다(Park and Oh 2006; Yu & Oh 2010).
- 추출된 gDNA 농도를 측정한 뒤 Primer(27F:AGAGTTTGATCMTGGCTCAG, 1392R: ACGGGCGGTGTGTRC), Dr. Taq DNA Polymerase(Doctor Potein, Korea) 등을 이용하여 PCR 실시하였으며, 얻어진 PCR 산물을 (주)마크로젠에 의뢰하여 16S rDNA sequence 결과를 얻었으며, 이를 토대로 유산균 속 분포를 분석하였다(Kim & Chun 2005; Kim 등 2012).
- 배추김치 유산균 속의 변화는 유산균 수 변화 측정 시에 사용된 plate에서 각 시료 군마다 콜로니를 10개씩을 무작위로 채취하여 MRS 액체 배지에 접종 후 25℃ 배양기에서 현탁 배양을 하였다. 현탁배양한 시료를 1 ㎖ 채취하여 원심분리를 통해 세포를 수집한 뒤 genomic DNA(gDNA) 추출 키트(Bioneer, Korea)를 이용하여 gDNA를 추출하였다. 추출된 gDNA 농도를 측정한 뒤 Primer(27F:AGAGTTTGATCMTGGCTCAG, 1392R: ACGGGCGGTGTGTRC), Dr.
대상 데이터
- 5이었다. 배추김치는 위니아만도(주) 김치연구소에서 제조하였으며, 김치는 각 시간 별로 숙성시킨 후 내부온도 －1.4℃, 김치냉장고(DOK224DCS, 위니아만도㈜, Korea)에 60일간 보관하면서 채취하여 시료 조제에 사용하였다.
- 4℃의 김치냉장고에 60일까지 보관하였다. 본 실험에 사용한 시료는 익힘시간에 따라서 32 hr(S1), 36 hr(S2), 40 hr(S3), 44 hr(S4), 48 hr(S5)라 명명하였다. 김치냉장고 보관 모드로 전환하기 전 15℃에서의 저장 시간을 상대적으로 길게 준 S5구에서 S1, S2구에 비하여 pH 감소가 좀 더 큰 것으로 나타났으며, 보관 시간이 지남에 따라 pH가 4.
- 오르니틴의 형광 유도체화를 위해 AccQ․Fluor Reagent를 사용하였으며, 이들 유도체의 분리를 위해 3.9×150 ㎜ column(For Hydrolysate Amino Acid Analysis, Waters, USA)을 사용하였다.
성능/효과
- 4에서와 같다. Weissella 속 균의 경우, 15℃에서 48시간 익힘 후 김치냉장고에 보관한 김치에서(S5) 전체 유산균 속의 50%를 차지하고 있었고, 익힘 시간이 줄어들면 Weissella 유산균 속의 분포도 줄어드는 것으로 나타났다. Leuconostoc 속 균의 경우, 익힘 40시간(S3)까지는 분포도가 점점 증가하여 Weissella 속 균을 초과하였고, 44시간부터는 감소하여 48시간에서는 Weissella 속의 비율보다 작아지는 경향을 보였다.
- 70 ㎎/100 g을 유지하고 있어 가장 높은 함량을 나타내었다. 그 다음으로 증가 폭이 큰 시료는 익힘 44시간 시료인 S4 시료로 40~50일차에는 익힘 이전단계인 0일차 시료보다 약 5.6배 이상 증가된 오르니틴 함량을 나타냈으며, S1~S3 시료들도 저장기간 동안 오르니틴 함량이 증가하였지만, S4 및 S5 시료보다는 상대적으로 증가 폭이 크지는 않았다.
- 본 실험에 사용한 시료는 익힘시간에 따라서 32 hr(S1), 36 hr(S2), 40 hr(S3), 44 hr(S4), 48 hr(S5)라 명명하였다. 김치냉장고 보관 모드로 전환하기 전 15℃에서의 저장 시간을 상대적으로 길게 준 S5구에서 S1, S2구에 비하여 pH 감소가 좀 더 큰 것으로 나타났으며, 보관 시간이 지남에 따라 pH가 4.3~4.4까지 낮아지는 것을 알 수 있었다. 젖산농도의 경우 15℃에서의 저장 시간을 상대적으로 길게 준 S5구에서 젖산농도 증가가 좀 더 큰 것으로 나타났으며, 보관 시간이 지남에 따라 젖산농도는 0.
- 그리고 김치 유래의 Weissella koreensis OK1-6 유산균을 스타터로 첨가한 경우, 발효과정에 따른 오르니틴의 함량이 약 117 ㎎/100 g에 이르는 것으로 보고되기도 하였다(Moon 등 2012). 따라서 본 연구의 결과는 김치냉장고 보관 전 익힘 온도 및 시간을 조절하여 Weissella 속과 같은 오르니틴 생산 능력이 우수한 유산균의 분포가 증가하였기 때문이라 판단된다. 더욱이 오르니틴 함량이 증진된 김치는 일반 김치에 비하여 고지방 식이로 유도된 비만 쥐에 대한 항비만 효과가 유의적으로 우수한 것으로 나타났다(Park 등 2012).
- 5(Lee CH 1997; Rhee 등 2011)에 이르렀고, 그 후 60일까지 pH 감소가 매우 완만함을 알 수 있었다. 또한 저장 50일 이후에는 본 실험에 사용한 모든 구의 김치가 최적의 맛을 줄 수 있는 pH 범위에 유지되고 있음을 보여주고 있다. 이와 같은 숙성 시간에 따른 pH 변화 패턴은 김치 숙성 및 김치냉장고 저장 과정 중 일어나는 pH 변화 패턴과 유사한 것이다(Oh 등 2008; Jung 등 2011).
- 배주김치의 pH 변화를 측정한 결과, Fig. 1에서와 같이 김치 제조 직후인 0 day에서는 pH 5.3~5.5 범위로 측정되었으며, 숙성 및 저장 시간에 따른 pH 변화는 초기 10일까지의 변화가 비교적 큰 것으로 조사되었다. 이 중에서도 김치냉장고 보관 모드로 전환하기 전 15℃에서의 저장 시간을 상대적으로 길게 준 S5(48 h)구는 S1(32 h), S2(36 h)구에 비하여 pH 감소가 좀 더 큰 것으로 나타났으며, 보관 시간이 지남에 따라 pH가 4.
- 배추김치의 젖산농도 변화를 측정한 결과는 Fig. 2에서와 같이 김치 제조 직후인 0 day 시료에서는 0.23~0.25% 농도 범위에 있었으며, 숙성 및 저장 시간에 따른 젖산농도 변화는 초기 10일까지 비교적 큰 것으로 조사되었다. 이 중에서도 김치냉장고 보관 모드로 전환하기 전 15℃에서의 저장 시간을 상대적으로 길게 준 S5(48 h)구에서 젖산농도 증가가 좀 더 큰 것으로 나타났으며, 보관 시간이 지남에 따라 젖산농도는 0.
- 유산균 속은 저장 40일 기준으로 S5 시료에서 바이셀라 속 균이 50% 이상 검출되었다. 오르니틴 함량은 모든 시료에서 저장 40~50일차에 최대치를 보였으며, S4, S5 시료의 경우 오르니틴 함량은 100그램당 최대 130 ㎎과 170 ㎎까지 증대되었다. 그러나 S1, S2, S3 시료의 경우는 오르니틴 함량 증대 폭이 상대적으로 적었다.
- 5 범위로 측정되었으며, 숙성 및 저장 시간에 따른 pH 변화는 초기 10일까지의 변화가 비교적 큰 것으로 조사되었다. 이 중에서도 김치냉장고 보관 모드로 전환하기 전 15℃에서의 저장 시간을 상대적으로 길게 준 S5(48 h)구는 S1(32 h), S2(36 h)구에 비하여 pH 감소가 좀 더 큰 것으로 나타났으며, 보관 시간이 지남에 따라 pH가 4.3~4.4까지 낮아지는 것을 알 수 있었다. 이와 같은 결과는 김치냉장고 보관 전 숙성 시간을 달리하여 초기 pH 변화 속도를 달리할 수 있음과 S5(48 h)구에서는 보관 30일째부터 김치의 pH가 김치의 최적 맛 조건으로 제안되는 pH인 pH 4.
- 이 중에서도 김치냉장고 보관 모드로 전환하기 전 15℃에서의 저장 시간을 상대적으로 길게 준 S5(48 h)구에서 유산균 수 증가가 좀 더 큰 것으로 나타났으며, 보관 시간이 지남에 따라 유산균 수는 3.9×108 cfu/㎖까지 증가하는 것을 알 수 있었다(Fig. 3).
- 25% 농도 범위에 있었으며, 숙성 및 저장 시간에 따른 젖산농도 변화는 초기 10일까지 비교적 큰 것으로 조사되었다. 이 중에서도 김치냉장고 보관 모드로 전환하기 전 15℃에서의 저장 시간을 상대적으로 길게 준 S5(48 h)구에서 젖산농도 증가가 좀 더 큰 것으로 나타났으며, 보관 시간이 지남에 따라 젖산농도는 0.70~0.74까지 증가하는 것을 알 수 있었다(Fig. 2). 이와 같은 경향은 김치냉장고 보관 전 숙성 시간을 달리하여 초기 젖산농도 변화 속도를 달리할 수 있음과 보관 20일차 이후부터 50일차까지 젖산농도가 김치의 최적 맛 조건으로 제안되는 젖산농도인 0.
- 그러나 S1, S2, S3 시료의 경우는 오르니틴 함량 증대 폭이 상대적으로 적었다. 이들 결과로부터 김치냉장고 조건에서 김치를 저장하기 전 15℃ 조건에서 44~48시간을 발효한 후 김치냉장고에 40~50일 보관하면 김치 100그램 중의 오르니틴 함량을 최대 130~170 ㎎까지 증대시킬 수 있을 것으로 판단되며, 그 중에서도 S5 (48 hr) 조건이 가장 우수한 것으로 조사되었다.
- 4까지 낮아지는 것을 알 수 있었다. 젖산농도의 경우 15℃에서의 저장 시간을 상대적으로 길게 준 S5구에서 젖산농도 증가가 좀 더 큰 것으로 나타났으며, 보관 시간이 지남에 따라 젖산농도는 0.70~0.74까지 증가하는 것을 알 수 있었다. 유산균의 경우 모든 시료가 저장 초기 20일 경과까지 수가 급격히 증가하였고, 20일 이후에는 S4, S5 시료가 S1, S2, S3 시료에 비하여 좀 더 증대되는 경향을 보였다.
- 5와 같다. 조사한 모든 배추김치는 오르니틴을 함유하고 있었으며, 오르니틴 함량은 익힘과 저장 기간에 따라 점점 증가하다가 저장 50일 이후에는 감소하는 경향을 보였다. 배추김치 제조 후(익힘 전단계)에 각 시료 중의 오르니틴 함유량은 17.
- 하지만 익힘 시간 조절 등에 따라서는 오르니틴 함량이 시료 간에 큰 차이를 보였다. 특히 48시간의 익힘 과정을 거친 S5 시료의 오르니틴의 함량이 40~50일차에는 익힘 이전단계인 0일차 시료보다 8배 이상 증가된 오르니틴 함량을 나타냈으며, 60일차까지는 132.70 ㎎/100 g을 유지하고 있어 가장 높은 함량을 나타내었다. 그 다음으로 증가 폭이 큰 시료는 익힘 44시간 시료인 S4 시료로 40~50일차에는 익힘 이전단계인 0일차 시료보다 약 5.
후속연구
- 우리나라에서는 아직 식품첨가물 등의 소재로의 사용이 보편화되지 못하고 있어 발효식품 및 자연식품 소재를 통한 섭취 방법이 대안으로 제시되고 있다. 따라서 본 연구결과는 향후 오르니틴 함량을 증진시킨 다른 종류의 발효식품 연구에 도움을 줄 수 있을 뿐 아니라, 식품을 통해 오르니틴을 공급할 수 있는 방안을 제시해 줄 수 있다고 판단된다.
- 이는 김치 제조 시 사용한 재료 및 부재료의 종류와 숙성 조건 및 보관 온도에 따라서 달라질 수 있을 것으로 판단된다. 본 연구에서는 익힘 후 40일간 보관에 따른 유산균 속의 분포가 익힘 시간에 따라 각각 다른 것으로 나타나서 향후 유산균 속의 분포를 조절하는 김치 발효과학 연구가 이루어질 수 있을 것으로 기대되며, 이를 통해 기능성과 맛을 달리하는 맞춤형 김치 개발도 기대된다.
- 따라서 본 연구는 김치 제조 후 정해진 온도(15℃)에서 익힘 시간을 달리하여 김치를 숙성 후, 김치냉장고 저장을 통해서 오르니틴의 함량을 극대화 할 수 있는 조건을 찾고자 수행되었다. 이를 통해서 소비자들에게는 오르니틴 생성 유산균과 오르니틴 함량이 증진된 김치를 제공할 수 있을 것으로 기대한다.
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