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논문 상세정보

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

초록

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

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.

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핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
김치
김치 발효에 참여하는 유산균은?
Leuconostoc 속, Lactobacillus 속, Streptococcus 속, Pediococcus 속, Weissella 속 등

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
김치 발효 과정 초기에 나타나는 유산균들의 건강기능성은?
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 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
김치 발효 과정 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

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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참고문헌 (35)

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이 논문을 인용한 문헌 (2)

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  2. 탁현민, 김경민, 김종수, 황초롱, 강민정, 신정혜 2014. "Probiotics를 이용한 흑마늘 발효물의 품질특성 및 생리활성" 생명과학회지 = Journal of life science, 24(5): 549~557 

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