[논문]김치 유산균 Starter를 이용한 김치의 발효 특성 및 기능성 증진 효과

봉연주; 정지강; 박건영

doi:10.3746/jkfn.2013.42.11.1717

김치 유산균 Starter를 이용한 김치의 발효 특성 및 기능성 증진 효과
Fermentation Properties and Increased Health Functionality of Kimchi by Kimchi Lactic Acid Bacteria Starters 원문보기

한국식품영양과학회지 = Journal of the Korean Society of Food Science and Nutrition, v.42 no.11, 2013년, pp.1717 - 1726

봉연주 (부산대학교 식품영양학과) , 정지강 (부산대학교 식품영양학과) , 박건영 (부산대학교 식품영양학과)

초록
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본 연구에서는 김치 유산균 starter의 사용이 김치의 품질특성과 건강기능성에 미치는 영향을 확인하고자 single starter 김치(Lb. plantarum pnuK, Lb. plantarum 3099K, Leu. mesenteroides pnuK), mixed starter 김치(Lb. plantarum pnu/Leu. mesenteroides pnuK, Lb. plantarum 3099/Leu. mesenteroides pnuK), 자연 발효 김치(NK)를 제조하여 $15^{\circ}C$에서 6일간 발효하며 실험하였다. pH 및 산도는 발효 초기에는 차이가 없었으나 발효 2일부터 starter 접종 김치에서 빠른 변화를 보였다. 총호기성 세균과 Lactobacillus sp.는 발효가 진행될수록 비슷하게 증가하였으나 Leuconostoc sp.는 Leu. mesenteroides를 starter로 접종한 김치에서 높게 나타났다. 관능검사 결과 starter를 첨가한 김치에서 관능적 만족도가 높게 나타났으며, 혼합 starter 김치에서 만족도가 더 높았다. DPPH 및 hydroxyl radical 소거능 측정 결과, starter를 첨가한 김치에서 높은 항산화 효과를 보였다. MTT assay 결과, HCT-116 및 HT-29 세포에서 NK는 각각 63.4, 51.9%를 나타내었고 Lb. plantarum pnuK는 각각 77.1, 68.8%의 암세포 성장 저해율을 보였다. 따라서 starter 첨가 시 항산화 및 항암효과가 증가되며, 단일 starter 김치가 혼합 starter 김치보다 높은 기능성을 가지는 것으로 나타났다. 그중 새로 분리 동정된 Lb. plantarum pnu를 이용한 김치에서의 높은 대장암 세포 성장억제 효과를 확인하였다. Apoptosis 유도에 관련된 Bcl-2 및 Bax, 종양 억제에 관련된 p53 및 p21, 염증에 관련된 iNOS 및 COX-2 유전자 발현은 starter 첨가 김치에서 자연발효 김치보다 모두 apoptosis 유도 작용과 염증 및 종양을 억제하는 효과가 높게 나타났다. 가장 높은 효과를 보인 것은 Lb. plantarum pnuK이었으며 단일 starter 김치에서 혼합 starter 김치보다 효과가 높았다. 이상의 결과로 starter를 이용해 관능적 품질이 우수하고 기능성이 증진된 김치를 제조할 수 있을 것으로 기대된다.

Abstract ▼ AI-Helper

Fermentation characteristics and health functionalities of kimchi by inoculating kimchi lactic acid bacteria (LAB) starters were studied. We manufactured single LAB starter kimchi (Lactobacillus plantarum pnuK, Lactobacillus plantarum 3099K, Leuconostoc mesenteroides pnuK), mixed LAB starter kimchi (Lb. plantarum pnu/Leu. mesenteroides pnuK, Lb. plantarum 3099/Leu. mesenteroides pnuK) with inoculum size of $10^6$ CFU/g, as well as naturally fermented kimchi (NK), and fermented them for 6 days at $15^{\circ}C$. The pH and acidity of the early phase of fermentation were not different, but kimchi with the starters showed rapid changes in the pH and acidity from 2 days of fermentation. As the fermentation progressed, the level of total aerobic bacteria and Lactobacillus sp. increased similarly with or without Lb. plantarum (LP) inoculation. However, the level of Leuconostoc sp. was high in kimchi inoculated with Leuconostoc sp. starter. In the sensory evaluation test, kimchi with starters received higher overall acceptability scores than those of NK; mixed starter added kimchi earned the highest score. In DPPH and hydroxyl radical scavenging activity, kimchi with the starters exhibited higher activity than that of NK. In the MTT assay of HCT-116 and HT-29 human colon cancer cells, NK showed inhibition rates of 63.4 and 51.9%, but LPpnuK achieved 77.1 and 68.8%, respectively. This study showed that inoculating starters in kimchi increased in vitro antioxidant and anticancer activities, and single starter (LP) added kimchi revealed higher functionality than the kimchi with mixed starter. Kimchis with the starters effectively up-regulated the gene expressions of the pro-apoptotic gene of Bax, but down-regulated Bcl-2. They promoted expressions of p53 and p21, and suppressed expressions of inflammation-related genes, iNOS and COX-2, compared with NK. Taken together, it is expected that using starters may help manufacture kimchi with improved sensory quality and health functionality.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 김치 유산균 starter의 사용이 김치의 품질 특성과 건강기능성에 미치는 영향을 확인하고자 single starter 김치(Lb. plantarum pnuK, Lb. plantarum 3099K, Leu. mesenteroides pnuK), mixed starter 김치(Lb. plantarum pnu/Leu. mesenteroides pnuK, Lb. plantarum 3099/Leu. mesenteroides pnuK), 자연 발효 김치(NK)를 제조하여 15℃에서 6일간 발효하며 실험하였다. pH 및 산도는 발효 초기에는 차이가 없었으나 발효 2일부터 starter 접종 김치에서 빠른 변화를 보였다.
이에 본 연구에서는 우수한 유산균종을 김치 starter로 선발하여 품질 및 건강기능성이 향상된 김치의 개발을 목표로 하였다. 이를 위해 김치 유래 유산균으로 기능적 우수성이 알려진 Lactobacillus plantarum(KCTC 3099)과 본 연구실에서 분리 동정한 Lactobacillus plantarum(KCCM 11352P), Leuconostoc mesenteroides(KCCM 11353P) 총 3종을 선별하였다.

제안 방법

1 mL씩 분주하여 도말하였다. 37℃에서 1~2일간 배양기에서 호기 배양하고, 배양된 균의 colony 수를 계수하여 생성 콜로니 개수(colony forming units per gram, CFU/g)로 총균수를 측정하였다(17).
DPPH radical scavenging effect(%)=[1－(Sample absorbance/ Control absorbance)]×100에 의하여 활성을 산출하였다.
Starter 첨가 김치가 가지는 염증 유전인자의 발현억제 효과를 조사하기 위해 iNOS와 COX-2 mRNA 발현 변화를 측정하였다. iNOS는 NO를 생성하여 염증반응을 촉진시키고 염증매개체의 생합성을 촉진하며, 생성된 NO는 염증반응을 촉진시킬 뿐만 아니라 유전자 변이 및 암의 발생에 관여한다(31).
그중 새로 분리 동정된 Lb. plantarum pnu를 이용한 김치에서의 높은 대장암 세포 성장억제 효과를 확인하였다. Apoptosis 유도에 관련된 Bcl-2 및 Bax, 종양 억제에 관련된 p53 및 p21, 염증에 관련된 iNOS 및 COX-2 유전자 발현은 starter 첨가 김치에서 자연발효 김치보다 모두 apoptosis 유도 작용과 염증 및 종양을 억제하는 효과가 높게 나타났다.
이때 internal control로 house-keeping 유전자인 glyceraldehyde-3-phosphate de-hydrogenase(GAPDH, forward: 5'-CGG AGT CAA CGG ATT TGG TC-3', reverse: 5'-AGC CTT CTC CAT GGT CGT GA-3')를 사용하였다. 각 PCR 산물들을 2% agarose gel(Invitrogen Co.)을 이용하여 전기영동하고 ethidium bromide(Sigma Aldrich, St. Louis, MO, USA)를 이용하여 염색한 후 UV 하에서 확인하였다.
각 균주는MRS(Difco Laboratories Inc.) 액체배지에 37℃ 조건에서 24시간 동안 배양하여 활성화시킨 후, 3,000 rpm에서 10분간 원심분리 하여 배지를 제거하고, 생성된 pellet은 생리식염수로 2회 세척하여 김치 제조 시 양념소에 starter로 첨가하였다.
각 김치 조직의 탄력성 정도는 rheometer(CR-100, Sun Scientific Co., Tokyo, Japan)를 이용하여 김치 밑동으로부터 5 cm 아래의 두께가 0.5 cm가 되는 부분을 3×4 cm의 크기로 채취하여 사용하였고, 각 시료마다 5회 반복 측정하여 이 값의 평균값을 구하였다.
각각의 다른 starter를 이용한 김치와 자연발효 김치를 15oC에서 4일간 발효시켜 관능검사를 실시하였다.
그리고 1 mM FeCl3과 1.04 mM EDTA 용액 50 μL, 1 mM ascorbate 50 μL 및 0.1 M H2O2 5 μL를 각각 첨가하고 37℃에서 10분간 반응 시킨 후, 2.8% trichloroacetic acid 500 μL와 1% 2-thio-barbituric acid 250 μL를 첨가하고 95℃에서 8분간 가열하였다.
김치의 관능검사는 반복된 랜덤화 완전 블록 계획(repli-cated randomized complete block design)(19)에 따라서 훈련된 15명의 관능요원이 평가하였다. 평가 내용은 정량적 묘사분석 방법(quantitative descriptive analysis)을 사용하여 주관적 항목으로 종합적 외관(overall appearance), 종합적 평가(overall acceptability), 냄새(smell), 조직감(texture)을 평가하고, 객관적 항목으로 미각적 지각인 짠맛(salty flavor), 쓴맛(bitter flavor), 신맛(sour flavor), 군덕맛(mold flavor), 탄산맛(refresh flavor)을 평가하였다.
본 실험 결과, 감소한 Bcl- 2와 증가한 Bax 유전자의 발현을 통해 김치의 apoptosis 및 증가한 p53, p21 발현을 통해 세포주기 조절 효과를 확인하였다. 또한 감소한 iNOS, COX-2 유전자 발현을 통해 염증과 암 발생을 감소시키는 것으로 starter 첨가 김치의 암 예방 기전을 확인하였다. 그리고 starter 첨가 김치에서 자연발효 김치보다 더욱 높은 효과를 보이는 것은 첨가된 starter의 영향으로 빠른 발효 진행속도와 이에 따른 생리활성물질이 생성되는 속도 및 생성 물질의 차이에 의한 것으로 보인다.
이상의 결과로 starter 첨가 김치 추출물이 p53, p21의 발현을 증가시켜 대장암 세포의 세포 증식 억제에 영향을 미치는 것을 관찰하였고 특히 단일 starter를 이용한 김치에서 그 효과가 높은 것으로 나타났다. 또한 우수한 균주로 알려진 LP3099와 비교하여 LPpnu의 높은 암세포 증식 억제 효과를 확인하였다.
메탄올에 희석한 김치 추출물 시료 100 μL와 1.5×104 M DPPH solution 100 μL를 96-well plate에 혼합하여 빛이 차단된 상태에서 30분간 방치한 후 분광광도계(UV/VIS spectrophotometer, Jasco, Tokyo, Japan)로 540 nm에서 흡광도를 측정하였다.
분리한 total RNA는 spectropho-tometer(UV-2401PC, Shimadzu, Kyoto, Japan)를 이용하여 정량한 후 oligo dT primer(Invitrogen Co.)와 AMV reverse transcriptase를 이용하여 2 μg의 RNA에서 mRNA에 상보적인 ss cDNA로 역전사 하였다(20).
세포 수준에서 시료에 따른 apoptosis(세포예정사) 및 염증과 관련한 유전자 발현을 관찰하기 위해 동일한 조건에서 배양한 HT-29 세포에 김치의 메탄올 추출물을 2 mg/mL의 농도로 처리한 후 PBS로 1회 세척하여 trizol reagent (Invitrogen Co., Carlsbad, CA, USA)를 이용하여 total RNA를 분리하였다. 분리한 total RNA는 spectropho-tometer(UV-2401PC, Shimadzu, Kyoto, Japan)를 이용하여 정량한 후 oligo dT primer(Invitrogen Co.
05의 비율로 혼합하여 양념소를 만들었다. 유산균 starter는 10⁶ CFU/g의 농도로 조절하여 양념소에 첨가하였으며 이를 배추에 버무려 김치를 제조하였다. 이에 따라 총 6종의 김치, 즉 단일 starter를 첨가한 김치(LPpnuK, LP3099K, LMpnuK), 두가지 starter를 1:1의 비율로 혼합하여 첨가한 김치(LPpnu/LMpnuK, LP3099/ LMpnuK), 자연발효 김치(NK)가 제조되었다.
이 cDNA를 template로 하여 Bax(forward, 5'-AAG CTG AGC GAG TGT CTC CGG CG-3'; reverse, 5'-CAG ATG CCG GTT CAG GTA CTC AGT C-3'), Bcl-2(forward, 5'-CTC GTC GCT ACC GTC GTG ACT TGG-3'; reverse, 5'-CAG ATG CCG GTT CAG GTA CTC AGT C-3'), p53(for-ward, 5'-AAC GGT ACT CCG CCA CC-3'; reverse, 5'- CGT GTC ACC GTC GTG GA-3'), p21(forward, 5'-TGG AGA CTC TCA GGG TCG AAA-3'; reverse, 5'-GGC GTT TGG AGT GGT AGA AAT C-3'), iNOS(forward, 5'-AGA GAG ATC GGG TTC ACA-3'; reverse, 5'-CAC AGA ACT GAG GGT ACA-3'), COX-2(forward, 5'-TTA AAA TGA GAT TGT CCG AA-3'; reverse, 5'-AGA TCA CCT CTG CCT GAG TA-3') 유전자를 polymerase chain reaction(PCR)의 방법으로 특정 유전자 부위를 BIONEER thermocycler(Mygenie96, BIONEER, Daejeon, Korea)를 이용하여 증폭시켰다.
이를 위해 김치 유래 유산균으로 기능적 우수성이 알려진 Lactobacillus plantarum(KCTC 3099)과 본 연구실에서 분리 동정한 Lactobacillus plantarum(KCCM 11352P), Leuconostoc mesenteroides(KCCM 11353P) 총 3종을 선별하였다. 이를 단일 혹은 혼합으로 김치 제조 시 starter로 접종하여 제조한 김치를 15℃에서 발효시키며 발효 기간에 따른 발효특성과 항산화 효과 및 인체 대장암 세포에서의 in vitro 항암기능성 등을 비교, 연구하였다.
유산균 starter는 10⁶ CFU/g의 농도로 조절하여 양념소에 첨가하였으며 이를 배추에 버무려 김치를 제조하였다. 이에 따라 총 6종의 김치, 즉 단일 starter를 첨가한 김치(LPpnuK, LP3099K, LMpnuK), 두가지 starter를 1:1의 비율로 혼합하여 첨가한 김치(LPpnu/LMpnuK, LP3099/ LMpnuK), 자연발효 김치(NK)가 제조되었다. 제조한 각 김치를 15℃에서 6일간 보관하며 일정기간마다 시료를 채취하여 실험에 사용하였다.
제조된 각각의 김치들을 대상으로 김치의 pH 및 산도를 측정하였다. pH는 실온에서 pH meter(M220, Corning, Tewksbury, MA, USA)로 측정하였고, 산도는 AOAC 표준시험법(16)에 따라 김치 즙을 20배 희석하여 이 시료에 0.
이러한 배추 조직의 연부현상은 김치의 발효에 관여하는 미생물 및 원재료에 함유된 펙틴 분해 효소에 의한 펙틴질의 변화에 의한 것으로 볼 수 있다(24). 조직감은 탄력성, 절단강도, 견고성, 압착강도 등으로 확인할 수 있으며 본 연구에서는 탄력성을 측정하였다. Fig.
항산화효과 및 항암효과 측정을 위해 김치의 메탄올 추출물을 제조하였다. 즉 숙성 4일차에 김치를 채취하여 동결건조 시킨 후 마쇄하여 분말상태로 준비하고, 20배(w/v)의 메탄올로 2회 추출하였다. 이를 회전식 진공농축기(Buchi 461, BUCHI, Flawil, Switzerland)를 이용하여 완전히 농축하여 메탄올 추출물을 얻었다.
김치의 관능검사는 반복된 랜덤화 완전 블록 계획(repli-cated randomized complete block design)(19)에 따라서 훈련된 15명의 관능요원이 평가하였다. 평가 내용은 정량적 묘사분석 방법(quantitative descriptive analysis)을 사용하여 주관적 항목으로 종합적 외관(overall appearance), 종합적 평가(overall acceptability), 냄새(smell), 조직감(texture)을 평가하고, 객관적 항목으로 미각적 지각인 짠맛(salty flavor), 쓴맛(bitter flavor), 신맛(sour flavor), 군덕맛(mold flavor), 탄산맛(refresh flavor)을 평가하였다. 그 정도는 1에 가까울수록 감지 불가능한 것으로 평가하였고, 9에 가까울수록 극도로 강하게 감지하는 것으로 나타내었다.
항산화효과 및 항암효과 측정을 위해 김치의 메탄올 추출물을 제조하였다. 즉 숙성 4일차에 김치를 채취하여 동결건조 시킨 후 마쇄하여 분말상태로 준비하고, 20배(w/v)의 메탄올로 2회 추출하였다.

대상 데이터

HCT-116 및 HT-29 인체 대장암세포(human colon carcinoma cells)는 한국세포주은행(Seoul, Korea)으로부터 분양 받아 실험에 사용하였다. 세포배양을 위하여 RPMI 1640, fetal bovine serum(FBS), 0.
Starter로 이용할 유산균은 Lactobacillus plantarum PNU(KCCM 11352P, 이하 약칭 LPpnu)와 Leuconostoc mesenteroides PNU(KCCM 11353P, 이하 약칭 LMpnu)로 각각 전라북도 전주지역 김치 제조 전문인에 의해 제조된 김치와 부산대학교 김치연구소의 항암김치 레시피로 조제된 김치에서 분리·동정하였다.
김치 제조에 사용된 친환경배추는 강원도 평창에서 재배한 충광으로 (주)광주김치 감칠배기(Gwangju, Korea)에서 제공받아 사용하였다. 갓은 여수 돌산갓을 구입하였으며 겨우살이 추출물은 (주)아이에스푸드(Busan, Korea)에서 구입하였다. 이 외에 고춧가루((주)영양 F&S, Yeongyang, Korea), 멸치액젓((주)대상, Cheonan, Korea), 설탕(CJ 제일제당, Incheon, Korea), 산초가루(전원식품, Gimpo, Korea), 마늘, 생강, 무, 배, 버섯, 다시마 등은 부산 금정구 구서동의 E마트에서 구입하여 사용하였다.
김치 제조에 사용된 친환경배추는 강원도 평창에서 재배한 충광으로 (주)광주김치 감칠배기(Gwangju, Korea)에서 제공받아 사용하였다. 갓은 여수 돌산갓을 구입하였으며 겨우살이 추출물은 (주)아이에스푸드(Busan, Korea)에서 구입하였다.
Starter로 이용할 유산균은 Lactobacillus plantarum PNU(KCCM 11352P, 이하 약칭 LPpnu)와 Leuconostoc mesenteroides PNU(KCCM 11353P, 이하 약칭 LMpnu)로 각각 전라북도 전주지역 김치 제조 전문인에 의해 제조된 김치와 부산대학교 김치연구소의 항암김치 레시피로 조제된 김치에서 분리·동정하였다. 본 실험에서 대조군으로 사용한 Lactobacillus plantarum(KCTC 3099, 이하 약칭 LP3099)은 대표적인 김치 유래 유산균으로 다양한 생리 활성 및 기능적 우수성이 선행연구를 통해서 알려진 바 있으며(11,13,14), 이는 한국생명공학연구원 생물자원센터(KCTC, Korean Collection for Type Cultures, Daejeon, Korea)에서 구입하여 사용하였다.
분리 및 동정한 유산균을 각각 MRS(de Man, Rogosa and Sharpe, Difco Laboratories Inc., Detroit, MI, USA) 고체 평판배지에 도말하여 37℃ 배양기에서 48시간 배양하며 단일 콜로니로 계대배양하며 실험에 사용하였다.
HCT-116 및 HT-29 인체 대장암세포(human colon carcinoma cells)는 한국세포주은행(Seoul, Korea)으로부터 분양 받아 실험에 사용하였다. 세포배양을 위하여 RPMI 1640, fetal bovine serum(FBS), 0.05% trypsin-0.02% EDTA 및 100 units/mL penicillin-streptomycin은 GIBCO BRL(GIBCO, Grand Island, NY, USA)로부터 구입하였으며 세포배양은 CO₂ incubator(model 311 S/N29035, Forma, Marietta, OH, USA)를 사용하였다. 100 units/mL penicillin-streptomycin과 10%의 FBS가 함유된 RPMI 1640을 사용하여 37℃, 5% CO₂incubator에서 배양하였다.
실험에 사용된 김치는 부산대학교 김치연구소의 항암김치 레시피(15)를 이용하여 제조하였다. 항암김치는 절인 배추 100에 대해 고춧가루 2.
이 외에 고춧가루((주)영양 F&S, Yeongyang, Korea), 멸치액젓((주)대상, Cheonan, Korea), 설탕(CJ 제일제당, Incheon, Korea), 산초가루(전원식품, Gimpo, Korea), 마늘, 생강, 무, 배, 버섯, 다시마 등은 부산 금정구 구서동의 E마트에서 구입하여 사용하였다.
이에 본 연구에서는 우수한 유산균종을 김치 starter로 선발하여 품질 및 건강기능성이 향상된 김치의 개발을 목표로 하였다. 이를 위해 김치 유래 유산균으로 기능적 우수성이 알려진 Lactobacillus plantarum(KCTC 3099)과 본 연구실에서 분리 동정한 Lactobacillus plantarum(KCCM 11352P), Leuconostoc mesenteroides(KCCM 11353P) 총 3종을 선별하였다. 이를 단일 혹은 혼합으로 김치 제조 시 starter로 접종하여 제조한 김치를 15℃에서 발효시키며 발효 기간에 따른 발효특성과 항산화 효과 및 인체 대장암 세포에서의 in vitro 항암기능성 등을 비교, 연구하였다.
이에 따라 총 6종의 김치, 즉 단일 starter를 첨가한 김치(LPpnuK, LP3099K, LMpnuK), 두가지 starter를 1:1의 비율로 혼합하여 첨가한 김치(LPpnu/LMpnuK, LP3099/ LMpnuK), 자연발효 김치(NK)가 제조되었다. 제조한 각 김치를 15℃에서 6일간 보관하며 일정기간마다 시료를 채취하여 실험에 사용하였다.

데이터처리

대조군과 각 시료로부터 얻은 실험 결과들의 유의성 검정을 위해 분산분석(ANOVA)을 행한 후, P<0.05 수준에서 Duncan's multiple range test를 실시하였다.

이론/모형

Hydroxyl radical 소거활성의 측정은 Halliwell 등의 방법(22)에 따라 희석한 시료 50 μL에 2.5 mM 2-deoxy- D-ribose를 함유한 10 mM PBS(phosphate buffered sal-ine) 용액 345 μL를 혼합하였다.
제조된 각각의 김치들을 대상으로 김치의 pH 및 산도를 측정하였다. pH는 실온에서 pH meter(M220, Corning, Tewksbury, MA, USA)로 측정하였고, 산도는 AOAC 표준시험법(16)에 따라 김치 즙을 20배 희석하여 이 시료에 0.1 N NaOH를 가하여 pH 8.4가 될 때까지 소비된 0.1 N NaOH mL 수를 측정하였다. 적정한 값은 유산(lactic acid)의 함량 %로 환산하여 나타내었으며, 그 수식은 acidity(%)=[(mL of 0.
각 김치 시료의 free radical 소거활성은 Blois 방법(21)에 따라 free radical인 DPPH에 대한 환원력을 측정하였다. 메탄올에 희석한 김치 추출물 시료 100 μL와 1.
이에 본 연구에서는 starter 첨가 김치의 HCT-116 인체 대장암 세포에 대한 성장 억제 효과를 알아보기 위해 MTT-assay 방법으로 암세포 저해율을 측정하였다(Fig. 6).
총호기성 세균수의 측정은 평판계수법(plate count te-chnique)을 이용하여 측정하였다. 각 김치를 착즙하여 얻은 김치액을 멸균한 증류수로 단계별로 희석하여 미리 가열 용해하여 냉각한 PCA(plate count agar, Difco Laboratories Inc.

성능/효과

2가지 균주를 혼합하여 사용한 김치의 경우 단독 균주 사용 김치에 비해 그 소거능이 다소 감소하긴 하였으나, 이 역시 NK군에 비해 유의적으로 높은 DPPH radical 소거능을 나타내었다(P<0.05).
plantarum pnu를 이용한 김치에서의 높은 대장암 세포 성장억제 효과를 확인하였다. Apoptosis 유도에 관련된 Bcl-2 및 Bax, 종양 억제에 관련된 p53 및 p21, 염증에 관련된 iNOS 및 COX-2 유전자 발현은 starter 첨가 김치에서 자연발효 김치보다 모두 apoptosis 유도 작용과 염증 및 종양을 억제하는 효과가 높게 나타났다. 가장 높은 효과를 보인 것은 Lb.
DPPH radical 소거능 결과와도 동일하게 NK군에 비해 starter 첨가 김치에서 hydroxyl radical 소거능이 유의적으로 높게 나타났다(P<0.05).
관능검사 결과 starter를 첨가한 김치에서 관능적 만족도가 높게 나타났으며, 혼합 starter 김치에서 만족도가 더 높았다. DPPH 및 hydroxyl radical 소거능 측정 결과, starter를 첨가한 김치에서 높은 항산화 효과를 보였다. MTT assay 결과, HCT-116 및 HT-29 세포에서 NK는 각각 63.
조직감은 탄력성, 절단강도, 견고성, 압착강도 등으로 확인할 수 있으며 본 연구에서는 탄력성을 측정하였다. Fig. 3에 나타낸 바와 같이, 발효기간 중 start-er를 첨가한 김치가 자연발효 김치보다 높은 탄력성을 보였다. Kim 등(25)에 의하면 pH가 4.
1%로 나타났다. LPpnuK군에서 hydroxyl radical 소거능이 가장 높았고, 단일 starter 김치에서 혼합 starter 김치보다 높은 소거효과를 보였다. Lee 등(13)은 LP3099가 hydroxyl radical에 강한 저항력을 가지고 있음을 입증하였다.
NK군에 비해 starter를 첨가한 김치에서의 감소한 anti-apoptotic Bcl-2의 발현과 증가된 pro-apoptotic Bax의 발현은 김치에 첨가된 starter 및 이를 이용한 김치가 HT-29 대장암세포의 apoptosis에 관여할 것이라는 가능성을 보여주었다.
4). NK군의 종합적 평가는 4.8로 나타난 반면, starter 첨가 김치에서는 LPpnuK, 5.3; LP 3099K, 5.2; LMpnuK, 5.6; LPpnu/ LMpnuK, 5.9; LP3099/LMpnuK, 5.8로 나타나 starter 첨가 김치가 더 높은 점수를 받았다. 또한 Lactobacillus와Leuconostoc 혼합한 starter 첨가 김치에서 단일 starter만 첨가한 김치보다 종합적 평가에서 높은 점수를 받은 것으로 나타났으며 LP3099를 첨가한 김치보다 LPpnu를 단독 또는 혼합으로 첨가한 김치에서 모두 높은 점수를 받았다.
COX-2는 암세포 성장 및 분화와 연관되어 그 발현이 증가되면 apoptosis에 대한 저항성을 가지며 염증반응을 동반하여 세포의 암화에 깊이 관여하고 있는 것으로 알려져 있다(32). Starter 첨가 김치에서 자연발효 김치보다 iNOS와 COX-2의 유전자 발현이 감소되었고, LPpnuK군이 iNOS와 COX-2의 유전자 발현을 가장 많이 감소시키는 것으로 나타났다.
가장 높은 효과를 보인 것은 Lb. plantarum pnuK이었으며 단일 starter 김치에서 혼합 starter 김치보다 효과가 높았다. 이상의 결과로 starter를 이용해 관능적 품질이 우수하고 기능성이 증진된 김치를 제조할 수 있을 것으로 기대된다.
05). 가장 높은 효과를 보인 것은 LPpnuK군과 LP3099K군으로 역시 단일 starter 김치에서 효과가 높았으며, LPpnu를 starter로 이용한 김치에서 LP3099를 이용한 김치보다 높은 효과를 보여주었다. NK군에 비해 starter를 첨가한 김치에서의 감소한 anti-apoptotic Bcl-2의 발현과 증가된 pro-apoptotic Bax의 발현은 김치에 첨가된 starter 및 이를 이용한 김치가 HT-29 대장암세포의 apoptosis에 관여할 것이라는 가능성을 보여주었다.
각 김치의 hy-droxyl radical 소거능은 LPpnuK군에서 33.4%, LP3099K군은 30.4%, LMpnuK군은 30.0%, LPpnu/LMpnuK군은 30.9%, LP3099/LMpnuK군은 28.0%, NK군은 25.1%로 나타났다.
각 김치의 추출물을 HT-29 인체 대장암 세포에 처리한 결과(Fig. 7), NK군(51.9%)에 비해 starter 첨가 김치에서 유의적으로 높은 암세포 성장 저해율을 보였으며(P<0.05), 그중 가장 높은 효과를 나타낸 것은 LPpnuK군(68.8%)이었다.
mesenteroides를 starter로 접종한 김치에서 높게 나타났다. 관능검사 결과 starter를 첨가한 김치에서 관능적 만족도가 높게 나타났으며, 혼합 starter 김치에서 만족도가 더 높았다. DPPH 및 hydroxyl radical 소거능 측정 결과, starter를 첨가한 김치에서 높은 항산화 효과를 보였다.
6). 그 결과 자연발효 김치(NK)의 암세포 성장저해율은 63.4%이었으나 starter 첨가 김치의 암세포 성장 저해율은 단일 starter 김치인 LPpnuK군은 77.1%, LP3099K군은 72.6%, LMpnuK군은 72.9%이었으며, 혼합 starter 김치인 LPpnu/LMpnuK군은 72.1%, LP3099/LMpnuK군은 70.6%로 나타났다. 모든 starter 첨가 김치에서 자연발효 김치보다 유의적으로 높은 성장 저해율을 나타냈고(P<0.
그 결과 starter를 첨가한 김치의 종합적 평가와 조직감은 자연발효 김치보다 더 높은 점수로 평가되었다(Fig. 4).
김치 추출물 처리에 따른 HT-29 세포에서의 Bax 및 Bcl-2 유전자의 mRNA의 발현을 관찰한 결과(Fig. 8), Bax mRNA는 모든 김치에서 유전자 발현이 유의하게 증가하였고, Bcl-2는 유의하게 유전자 발현이 감소하였다(P<0.05).
8%)이었다. 단일 starter 김치인 LP3099K군은 64.1%, LMpnuK군은 64.2%이었으며, 혼합 starter 김치인 LPpnu/LMpnuK군은 60.1%, LP3099/LMpnuK군은 59.6%의 암세포 성장 저해율을 나타내어 HCT-116 세포에서와 같이 단일 starter 김치가 혼합 starter 김치보다 높은 암세포 성장 저해 효과를 가지는 것으로 나타났다. AGS 인체 위암세포에서의 starter 첨가 김치의 항암기능성을 조사한 Han 등(11)의 연구에서도 김치에 단일 또는 혼합 starter로 첨가한 경우 자연발효한 대조 김치에 비해 높은 항암효과를 나타내었다(P<0.
8%의 암세포 성장 저해율을 보였다. 따라서 starter 첨가 시 항산화 및 항암효과가 증가되며, 단일 starter 김치가 혼합 starter 김치보다 높은 기능성을 가지는 것으로 나타났다. 그중 새로 분리 동정된 Lb.
8로 나타나 starter 첨가 김치가 더 높은 점수를 받았다. 또한 Lactobacillus와Leuconostoc 혼합한 starter 첨가 김치에서 단일 starter만 첨가한 김치보다 종합적 평가에서 높은 점수를 받은 것으로 나타났으며 LP3099를 첨가한 김치보다 LPpnu를 단독 또는 혼합으로 첨가한 김치에서 모두 높은 점수를 받았다. 그리고 자연발효 김치는 쓴맛이나 군덕맛 등의 부정적인 척도를 나타내는 항목에서 starter 첨가 김치에 비해 높은 점수를 받았다.
모든 starter 첨가 김치에서 자연발효 김치보다 유의적으로 높은 성장 저해율을 나타냈고(P<0.05), starter 첨가 김치 중 가장 높은 저해율을 보인 것은 LPpnuK군이었다.
또한 배추에는 주요 생리활성 물질인 glucosinolates뿐 아니라 polyphenols, flavonoides 등이 함유되어 있고 이 물질들의 암세포 증식 억제 효능이 밝혀진 바 있다(34). 본 실험 결과, 감소한 Bcl- 2와 증가한 Bax 유전자의 발현을 통해 김치의 apoptosis 및 증가한 p53, p21 발현을 통해 세포주기 조절 효과를 확인하였다. 또한 감소한 iNOS, COX-2 유전자 발현을 통해 염증과 암 발생을 감소시키는 것으로 starter 첨가 김치의 암 예방 기전을 확인하였다.
Lee 등(13)은 LP3099가 hydroxyl radical에 강한 저항력을 가지고 있음을 입증하였다. 본 실험결과 LP3099를 첨가한 김치보다 LPpnu를 첨가한 김치에서 유의적으로 높은 hydroxyl radical 소거능을 보여 LPpnu starter 김치의 뛰어난 항산화효과를 확인하였다.
본 연구에서 starter 첨가 김치의 암세포 성장 저해 효과는 김치의 주재료 및 부재료에 함유된 기능성 성분, 첨가된 starter의 생육, 이들의 발효 산물 및 첨가된 starter가 재료와의 복합적인 작용을 통해 그 효과가 증가된 것으로 생각된다. 또한 김치 유산균이 항암 및 항돌연변이 효과를 가지기 때문에(6) starter 첨가 김치에서 역시 김치 유산균 자체가 암세포 성장 저해 효과를 증진시켰을 것으로 보인다.
p53은 세포 주기의 조절, DNA 수복, 세포 자멸 등에 주요한 역할을 하는 유전자이며, p21은 세포주기를 조절하는 cyclin 의존성 kinase를 억제하는 단백질로 DNA 손상 시 세포주기의 G1/S기 및 G2/M기를 차단함으로써 증식 억제 작용을 하여 종양의 발달을 차단하는 유전자이다(30). 본 연구에서 김치 추출물을 처리한 후 p53, p21의 발현을 관찰한 결과, p53, p21 모두에서 가장 높은 발현을 보인 것은 LPpnuK군이었으며 NK군에 비해 p53은 약 2.0배, p21은 약 1.8배 높은 발현을 보였다. LP3099K군은 NK군에 비해 p53은 약 2.
Starter 첨가 김치는 군덕맛의 점수가 낮고 탄산맛의 점수가 높은 것으로 평가되었다. 이것으로 starter의 첨가가 김치의 시원한 맛은 높이면서 군덕맛과 쓴맛을 낮추어 관능적인 만족도를 높이는 것으로 나타났다. 조직감 평가에서 가장 높은 점수를 받은 김치는 LPpnuK(5.
5배 높은 발현 효과를 보였다. 이상의 결과로 starter 첨가 김치 추출물이 p53, p21의 발현을 증가시켜 대장암 세포의 세포 증식 억제에 영향을 미치는 것을 관찰하였고 특히 단일 starter를 이용한 김치에서 그 효과가 높은 것으로 나타났다. 또한 우수한 균주로 알려진 LP3099와 비교하여 LPpnu의 높은 암세포 증식 억제 효과를 확인하였다.
1로 가장 낮은 점수를 받았다. 조직감 역시 start-er를 첨가한 김치에서 높게 나타나 김치의 조직은 물러지지 않으면서 맛을 증진시키는 것을 확인하였다. Starter를 첨가할 경우 맛이 증진된다는 결과는 이전의 연구결과(11,12)와도 일치하였으며 starter 첨가, 특히 혼합 starter의 이용으로 소비자들의 기호에 부합하는 관능적 품질이 우수한 김치의 제조가 가능할 것으로 사료된다.
총호기성 세균은 발효초기에 starter를 첨가한 김치에서 자연발효 김치보다 높은 것으로 나타났으나 이후 자연발효 김치에서 빠른 증가율을 보이며 발효 4일째에는 starter 첨가 김치보다 높은 총호기성 균수를 보였다(P<0.05).
측정 결과 각 김치의 DPPH radical 소거 효과는 LPpnuK군의 경우 60.6%, LP3099K군은 59.6%, LMpnuK군은 58.1%, LPpnu/LMpnuK군은 54.5%, LP3099/LMpnuK군은 51.3%로 나타났고, NK군은 40.9%의 소거능을 나타내어 유산균 starter 첨가 김치가 유의적으로 높은 DPPH radical 소거능을 나타내었다(P<0.05).
05). 특히 LPpnuK군이 다른 김치에 비해 가장 높은 DPPH radical 소거능을 나타내었고, 이는 NK군에 비해 약 1.5배 정도 높았다. 2가지 균주를 혼합하여 사용한 김치의 경우 단독 균주 사용 김치에 비해 그 소거능이 다소 감소하긴 하였으나, 이 역시 NK군에 비해 유의적으로 높은 DPPH radical 소거능을 나타내었다(P<0.

후속연구

또한 starter 첨가 김치의 경우, 발효초기부터 높은 유산균수로 인해 발효가 빨리 진행되어 빠른 pH의 감소가 나타나는 것으로 생각되어지며, 이는 앞의 pH, 산도 실험 결과와도 일치한다. 따라서 starter 첨가 김치는 첨가된 starter에 의해 김치의 발효가 신속히 진행되며, starter의 사용으로 김치의 숙성 속도를 조절하여 원하는 품질의 김치 제조를 가능케 할 것으로 기대된다.
0 이하로 낮아지면 김치의 연부현상이 급격히 일어난다고 하였는데, 발효 4일차와 6일차에 pH 4 이하로 떨어진 starter 첨가 김치가 pH 4 이상을 유지하는 자연발효 김치보다 탄력성 측정에서 높게 나타났다. 따라서 조직의 연부 현상이 유산균 증식에 의한 pH 감소 외에도 잡균의 증식 및 부패 등의 다른 요인과도 관련이 되어 있기 때문인 것으로 생각되어지며, 김치의 조직감에 영향을 미치는 다양한 요인 및 유산균과 펙틴 분해 효소, 펙틴질의 관계에 대한 후속 연구가 필요할 것으로 사료된다.
김치는 여러 유산균들의 복합적인 작용을 통하여 발효가 이루어지는 식품으로 알려져 있다(1). 본 연구에서는 혼합균주를 starter로 이용한 김치에서 맛이 뛰어났으며 단일 균주를 starter로 이용하였을 때 항산화 및 항암기능성 등의 건강 기능성이 높게 나타난 바, 추후 맛과 건강기능성을 모두 증진시키는 김치 유산균 starter에 대한 계속적인 연구가 필요할 것으로 보인다.
여러 연구에서 항암 활성능이 우수한 균주로 확인된 바 있는 LP3099(11,13,14)보다 LPpnu를 첨가한 김치에서 유의적으로 높은 항암 효과가 관찰되었다. 새로이 분리 동정된 LPpnu 균주는 높은 항암기능성을 가지는 것으로 김치 starter로써의 이용이 기대되며 이 균주의 pro-biotic 효과에 대한 연구가 이루어져야 할 것이다.
plantarum pnuK이었으며 단일 starter 김치에서 혼합 starter 김치보다 효과가 높았다. 이상의 결과로 starter를 이용해 관능적 품질이 우수하고 기능성이 증진된 김치를 제조할 수 있을 것으로 기대된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	김치 발효에 참여하는 유산균은?	김치는 한국의 전통 발효식품으로 Leuconostoc 속, Lactobacillus 속, Streptococcus 속, Pediococcus 속, Weissella 속 등의 유산균을 비롯한 여러 미생물들에 의해 발효가 이루어지며, 이 과정을 통해 특유의 맛과 향미를 갖게 된다(1). 김치 발효 과정의 초기에 나타나는 유산균은 Leuconostoc mesenteroides가 우세균종으로 김치 내용물을 산성화하여 혐기 상태로 유지하며 호기성 세균의 성장을 억제하나 그 이후에는 Lactobacillus plantarum 균종이 나타나는 것으로 알려져 있다(2).
	김치 발효 과정 초기에 나타나는 유산균들의 건강기능성은?	김치 발효 과정의 초기에 나타나는 유산균은 Leuconostoc mesenteroides가 우세균종으로 김치 내용물을 산성화하여 혐기 상태로 유지하며 호기성 세균의 성장을 억제하나 그 이후에는 Lactobacillus plantarum 균종이 나타나는 것으로 알려져 있다(2). 이들 유산균은 발효과정에 관여할 뿐 아니라, 혈장 지질 저하 효과 및 간 기능 보호 작용(3), 정장작용(4), 면역기능 강화(5,6), 항돌연변이 효과(6), 항산화활성(7), 항암작용(6,8,9) 등의 다양한 건강기능성을 가지고 있는 것으로도 보고되어 있다.
	김치 발효 과정 초기에 나타나는 유산균은?	김치는 한국의 전통 발효식품으로 Leuconostoc 속, Lactobacillus 속, Streptococcus 속, Pediococcus 속, Weissella 속 등의 유산균을 비롯한 여러 미생물들에 의해 발효가 이루어지며, 이 과정을 통해 특유의 맛과 향미를 갖게 된다(1). 김치 발효 과정의 초기에 나타나는 유산균은 Leuconostoc mesenteroides가 우세균종으로 김치 내용물을 산성화하여 혐기 상태로 유지하며 호기성 세균의 성장을 억제하나 그 이후에는 Lactobacillus plantarum 균종이 나타나는 것으로 알려져 있다(2). 이들 유산균은 발효과정에 관여할 뿐 아니라, 혈장 지질 저하 효과 및 간 기능 보호 작용(3), 정장작용(4), 면역기능 강화(5,6), 항돌연변이 효과(6), 항산화활성(7), 항암작용(6,8,9) 등의 다양한 건강기능성을 가지고 있는 것으로도 보고되어 있다.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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