[논문]저장용기에 따른 김치 저장 중의 화학적, 미생물학적 특성

김선규; 한민희; 황종현; 문기성

doi:10.9721/kjfst.2020.52.3.304

저장용기에 따른 김치 저장 중의 화학적, 미생물학적 특성
Storage container-dependent chemical and microbiological characteristics during kimchi storage 원문보기

한국식품과학회지 = Korean journal of food science and technology, v.52 no.3, 2020년, pp.304 - 309

김선규 (한국교통대학교 생명공학전공) , 한민희 (한국교통대학교 생명공학전공) , 황종현 (한국교통대학교 식품영양학전공) , 문기성 (한국교통대학교 생명공학전공)

초록
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김치는 한국의 전통발효식품으로서 건강식품으로 여겨지고 있다. 일반적으로 한국에서는 김치를 가정에서 제조하여 김치냉장고에 저장한다. 저장기간 동안 물리화학적, 미생물학적 변화가 일어나며 이는 김치의 품질에 영향을 미친다. 본 연구에서는 김치의 품질에 영향을 미칠 수 있는 저장용기(폴리프로필렌-PP, 스테인리스 스틸-STS, 세라믹)를 달리 하여 김치를 담은 후 0℃로 설정된 냉장고에 보관하면서 화학적, 미생물학적 특성을 비교 분석하였다. pH의 경우 PP와 STS 용기에 저장된 김치 시료는 16일째 각각 4.59과 4.53에 도달한 반면 세라믹 용기에 저장된 김치시료는 4.92에 도달하였으며 그 차이의 경향은 32일까지 유지되었다. 산도의 경우 PP와 STS 용기에 저장된 김치 시료는 8일째 각각 0.24와 0.25%인 반면 세라믹 용기의 시료는 0.22%로 다소 낮게 나타났으며 그 추세는 20일까지 유지되었다. 유산균 수는 큰 변화없이 유동적이었으며 32일째 PP, STS 및 세라믹 용기에 저장된 김치 시료 각각 4.87, 5.44 및 5.35 Log CFU/g으로 나타났다. 미생물 균총 분석에서는 용기 종류에 상관없이 Leuconostoc gelidum과 Lactobacillus algidus 종이 김치 저장기간에 따라 우점종으로 확인되었으며 세라믹 용기에 저장된 김치 시료에서만 20일째 호냉성 김치유산균인 Weissella koreensis 종이 다른 용기의 시료에 비해 상대적으로 높은 비율로 나타났다. 결론적으로 김치냉장고와 같이 저온에서 김치를 저장할 경우 저장용기로서 세라믹 재질의 용기를 사용할 경우 김치의 품질 유지 측면에서 장점을 가질 수 있다.

Abstract ▼ AI-Helper

Different types of storage containers, such as polypropylene (PP), stainless steel (STS), and ceramic were used for kimchi storage at 0℃ in a refrigerator, and the characteristics were compared for 32 days. The pH of kimchi samples in PP and STS containers reached 4.59 and 4.53, respectively at day 16, while a pH of 4.92 could be observed in ceramic containers. This trend persisted until day 32. Titratable acidities of the PP and STS container contents reached 0.83 and 0.82%, respectively, on day 16, while it reached 0.73% in the case of the ceramic container contents. The viable cell counts of lactic acid bacteria in kimchi samples in PP, STS, and ceramic containers fluctuated and finally reached 4.87, 5.44, and 5.35 Log CFU/g, respectively. Weissella koreensis occupied a large portion of the kimchi sample of the ceramic container on day 20 based on the metagenomic analysis. Taken together, ceramic container might be desirable for the storage of kimchi in low temperature refrigerators.

주제어

표/그림 (7)

그림 Fig. 1. Kimchi storage containers.
표 Table 1. Change of pH during kimchi fermentation at 0℃ according to storage containers
표 Table 2. Change of titratable acidity during kimchi fermentation at 0℃ according to storage containers (units: % of lactic acid)
표 Table 3. Change of reducing sugar content during kimchi fermentation at 0℃ according to storage containers (units: mg/mL)
그림 Fig. 2. Change of microbial composition during kimchi fermentation at 0℃ according to storage containers.
표 Table 4. Change of viable cell count of lactic acid bacteria during kimchi fermentation at 0℃ according to storage containers (units: Log CFU/g)
표 Table 5. Change of viable cell count of fungi during kimchi fermentation at 0℃ according to storage containers (units: Log CFU/g)

AI 본문요약
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제안 방법

0, 12, 20, 32일차 김치 시료(상기의 방법으로 조제)에 대해서는 종합적인 균총 분석을 위해 16S rRNA 유전자를 대상으로 차세대 염기서열 분석(NGS; next-generation sequencing)을 수행하였다. NGS 분석은 국내 생명공학기업(Macrogen Co.
1). 김치가 담긴 용기는 0℃ 에 보관하면서 4일에 한 번 각각의 시료 50 g을 취하여 잘게 다진 뒤, 멸균된 거즈를 이용해 즙을 내어 원액 혹은 희석액을 사 용하여 pH, 산도, 환원당, 유산균 및 진균수를 측정하였으며 주 요 시점에 대한 미생물 균총 분석을 수행하였다
또한 저장용기는 밀폐성, 위 생성 및 공간 활용성이 종합적으로 고려되어야 하므로 보다 정교한 디자인이 요구된다(Hwang, 2015). 따라서 본 연구에서는 김치의 저장성에 초점을 맞추어 저장용기의 재질을 달리하여 김치 저장 중 화학적, 미생물학적 특성의 변화를 비교하였다
저장기간 동안 물리화학적, 미생물학적 변화가 일어나며 이는 김치의 품질에 영향을 미친다. 본 연구에서는 김치 의 품질에 영향을 미칠 수 있는 저장용기(폴리프로필렌-PP, 스테인리스 스틸-STS, 세라믹)를 달리 하여 김치를 담은 후 0℃로 설정된 냉장고에 보관하면서 화학적, 미생물학적 특성을 비교 분석 하였다. pH의 경우 PP와 STS 용기에 저장된 김치 시료는 16일 째 각각 4.
상기의 방법으로 확보된 김치 즙을 펩톤수(0.1%, w/v)로 10진 희석하여 유산균 및 진균의 생균수를 측정하였다. 유산균의 수는 MRS (de Man, Rogosa, Sharpe) 고체 배지(BD, Sparks, MD, USA)를 활용하여 시료 도말 후 밀봉하여 37℃, 24시간 배양 후 나타난 콜로니를 계수하였고 진균(효모 및 곰팡이)수는 3M PetrifilmTM YM (Yeast and Mold) 배지를 활용하여 제조사 안내 에 따라 시료(1 mL) 점적 후 5일간 배양한 후 미색에서 청록색 까지 다양한 색의 작고, 뚜렷한 콜로니를 계수하였다.
1%, w/v)로 10진 희석하여 유산균 및 진균의 생균수를 측정하였다. 유산균의 수는 MRS (de Man, Rogosa, Sharpe) 고체 배지(BD, Sparks, MD, USA)를 활용하여 시료 도말 후 밀봉하여 37℃, 24시간 배양 후 나타난 콜로니를 계수하였고 진균(효모 및 곰팡이)수는 3M PetrifilmTM YM (Yeast and Mold) 배지를 활용하여 제조사 안내 에 따라 시료(1 mL) 점적 후 5일간 배양한 후 미색에서 청록색 까지 다양한 색의 작고, 뚜렷한 콜로니를 계수하였다.
저장 과정 중 4개 시점(0, 12, 20, 32일)에 대한 시료를 취해 미생물 균총 분석을 진행하였다(Fig. 2). 초기에는 원재료에서 유래된 세균 종의 구성비율에 따라 우점종이 결정되기 때문에 Pseudomonas cerasi 종이 가장 높은 구성 비율을 보였으며 12일 째는 초기 김치발효를 담당하는 류코노스톡 속 계열의 종(Leuconost℃ gelidum)이 우세하기 시작하면서 20일째는 우점종이 되었다.

대상 데이터

Change of microbial composition during kimchi fermentation at 0℃ according to storage containers. Ceramic, PP (polypropylene) and STS (stainless steel) containers were used.
3 kg이 되도록 각각의 용기에 담았다. 김치 저장용기는 세 가지 재질로 된 용기(폴 리프로필렌-PP, 스테인리스 스틸-STS, 세라믹)를 사용하였으며 크 기는 3.5 L 용량으로 일치시켰다(Fig. 1). 김치가 담긴 용기는 0℃ 에 보관하면서 4일에 한 번 각각의 시료 50 g을 취하여 잘게 다진 뒤, 멸균된 거즈를 이용해 즙을 내어 원액 혹은 희석액을 사 용하여 pH, 산도, 환원당, 유산균 및 진균수를 측정하였으며 주 요 시점에 대한 미생물 균총 분석을 수행하였다
김치는 충북 증평지역 중소업체에서 구매하여 사용하였으며 갓 담은 김치를 구입하여 약 3-4 cm로 잘라서 2.3 kg이 되도록 각각의 용기에 담았다. 김치 저장용기는 세 가지 재질로 된 용기(폴 리프로필렌-PP, 스테인리스 스틸-STS, 세라믹)를 사용하였으며 크 기는 3.

데이터처리

3반복 실험의 결과 값은 평균과 표준편차로 나타냈으며 유의성 검증은 SPSS ver. 25 (SPSS Inc., Chicago, IL, USA) 프로그 램을 이용하였다. 일원분산분석(one-way ANOVA)으로 유의성을 검증하고 p<0.
일원분산분석(one-way ANOVA)으로 유의성을 검증하고 p<0.05 수준에서 Duncan’s multiple range test로 사후 검증하였다.

이론/모형

0, 12, 20, 32일차 김치 시료(상기의 방법으로 조제)에 대해서는 종합적인 균총 분석을 위해 16S rRNA 유전자를 대상으로 차세대 염기서열 분석(NGS; next-generation sequencing)을 수행하였다. NGS 분석은 국내 생명공학기업(Macrogen Co., Seoul, Korea) 에 의뢰하여 수행하였다.
김치 시료속의 환원당은 DNS (dinitrosalicylic acid)법(Miller, 1959)을 이용하여 측정하였다. DNS용액(300 mL 기준)은 2M NaOH 50 mL, R℃helle 염(potassium sodium tartrate tetrahydrate) 75 g 및 3,5-dinitrosalicylic acid 0.
김치의 pH는 pH meter (Milwaukee, Brookfield, MA, USA)를 이용하여 측정하였으며 산도(acidity)는 시료 10 mL을 pH 8.3이 되도록 0.1 N NaOH로 적정하여 젖산(%) 환산법으로 계산하였다

성능/효과

26 Log CFU/g을 나타냈다. 32일째 STS, PP 및 세라믹 용기에 저장된 김 치 시료의 진균수는 각각 0.61, 0.71 및 1.08 Log CFU/g으로 확 인되었다. 초기의 진균수는 원재료에서 유래된 것으로 보이며 유산균의 증식에 따라 그 수가 감소하다가 pH의 저하로 유산균의 증식이 둔화되는 시점에서 진균수가 서서히 증가하는 양상을 보 였다(Kang 등, 2019).
결론적으로 갓 담은 김치를 김치냉장고와 같은 저온에서 저장할 때 세라믹 용기를 사용하게 된다면 발효 속도 지연으로 김치의 품질수명(산도 0.75% 기준)을 향상시킬 수 있고 또한 긍정적인 미생물 균총 변화(예, W. koreensis 종 활성화)를 유도하여 김치의 품질과 기능성에도 영향을 미칠 수 있다. 이러한 김치 저장 우수성의 원인을 정확하게 분석하기는 어렵지만 세라믹 재질에서 발생하는 원적외선에 의한 미생물 균총의 변화가 한 원인일 수 있다.
미생물 균총 분석에서는 용기 종류에 상관없이 Leuconost℃ gelidum과 Lactobacillus algidus 종이 김치 저장기간에 따라 우점 종으로 확인되었으며 세라믹 용기에 저장된 김치 시료에서만 20 일째 호냉성 김치유산균인 Weissella koreensis 종이 다른 용기의 시료에 비해 상대적으로 높은 비율로 나타났다. 결론적으로 김치 냉장고와 같이 저온에서 김치를 저장할 경우 저장용기로서 세라믹 재질의 용기를 사용할 경우 김치의 품질 유지 측면에서 장점을 가질 수 있다.
특히 PP 용기에 저장된 김치의 경우 8일째 감소의 폭이 다른 두 용기에 비해 커 32일째까지 그 차이가 유지되는 경향을 보였다(Table 4). 구체적으로 초기 유산균 수는 4.64 Log CFU/g였고 4일째 STS, PP 및 세라믹 용기에 저장된 김치 각각 5.72, 5.43 및 5.50 Log CFU/g의 유산균 수를 나타 냈고 8일째는 각각 5.12, 4.13 및 4.93 Log CFU/g을 나타냈다. 이후 서서히 증가와 감소를 반복하여 32일째 각각 5.
저장온도는 미생물의 생장과 직결되기 때문에 온도에 따른 화학적, 미생물학적 변화는 쉽게 예측 가능하며 선행연구에서 17 ℃에서 4일간 저장된 김치와 4 ℃에서 48일간 저장된 김치의 품질이 비슷하다는 결과를 보고한 바 있다(Choi 등, 1998). 김치의 품질 수명을 산도 기준 0.75까지로 보면(Lee, 1991) STS와 PP 용기에 저장된 김치는 12-16일째 도달한 반면 세라믹 용기에 저장된 김치는 16-20일째 도달하여 그 기간이 연장됨을 확인하였다(Table 2).
35 Log CFU/g으로 나타났다. 미생물 균총 분석에서는 용기 종류에 상관없이 Leuconost℃ gelidum과 Lactobacillus algidus 종이 김치 저장기간에 따라 우점 종으로 확인되었으며 세라믹 용기에 저장된 김치 시료에서만 20 일째 호냉성 김치유산균인 Weissella koreensis 종이 다른 용기의 시료에 비해 상대적으로 높은 비율로 나타났다. 결론적으로 김치 냉장고와 같이 저온에서 김치를 저장할 경우 저장용기로서 세라믹 재질의 용기를 사용할 경우 김치의 품질 유지 측면에서 장점을 가질 수 있다.
53에 도달 하였다. 반면 세라믹 용기에 저장된 김치의 pH는 4.92에 도달하여 발효가 상대적으로 느리게 진행됨을 확인할 수 있었다. 이러한 추세는 32일차까지 이어져 STS와 PP 용기에 저장된 김치는 pH가 각각 4.
38에 도달하였다(Table 1). 산도의 경우 4, 8, 12, 20 일째 저장용기에 따른 통계적 유의성이 확인되었으며 20일째 STS 와 PP 용기에 저장된 김치는 산도가 각각 0.98, 0.99%를 나타낸 반면 세라믹 용기는 0.89%를 나타내어 약 0.1%의 차이가 확인 되었다. 이후 32일차까지 저장용기에 따른 김치 시료의 통계적 유의성이 나타나지 않았지만 세라믹 용기에 보관된 김치 시료의 산도가 다른 두 용기에 저장된 김치 시료에 비해 낮게 나타났다 (Table 2).
22%로 다소 낮게 나타났으며 그 추세는 20일까지 유지되었다. 유산균 수는 큰 변화없이 유동적이었으며 32일째 PP, STS 및 세라믹 용기에 저장된 김치 시료 각각 4.87, 5.44 및 5.35 Log CFU/g으로 나타났다. 미생물 균총 분석에서는 용기 종류에 상관없이 Leuconost℃ gelidum과 Lactobacillus algidus 종이 김치 저장기간에 따라 우점 종으로 확인되었으며 세라믹 용기에 저장된 김치 시료에서만 20 일째 호냉성 김치유산균인 Weissella koreensis 종이 다른 용기의 시료에 비해 상대적으로 높은 비율로 나타났다.
1%의 차이가 확인 되었다. 이후 32일차까지 저장용기에 따른 김치 시료의 통계적 유의성이 나타나지 않았지만 세라믹 용기에 보관된 김치 시료의 산도가 다른 두 용기에 저장된 김치 시료에 비해 낮게 나타났다 (Table 2).
57 mg/mL의 환원당 함량을 보였다. 이후 32일차까지의 결과에서도 통계적 유의성은 없었으나 세라믹 용기에 저장된 김치 시료의 환원당 함량이 STS 및 PP 용기에 저장된 김치 시료 보도 높게 유지되었다. 김치 중에 환원당 함량이 상대적으로 높게 유지된다는 것은 유산균에 의한 유기산으로의 전환이 느리게 진행된다는 의미이며 이는 pH나 산도의 변화와 연동된다 (Moon 등, 2014).
93 Log CFU/g을 나타냈다. 이후 서서히 증가와 감소를 반복하여 32일째 각각 5.44, 4.87 및 5.35 Log CFU/g의 유산균 수를 나타냈다.
저장 중 김치 시료의 유산균 수는 4일째 모든 용기에서 증가 하는 양상을 보였고 8일째 감소했다가 이후 서서히 증가 및 감소하는 경향을 나타내었다. 특히 PP 용기에 저장된 김치의 경우 8일째 감소의 폭이 다른 두 용기에 비해 커 32일째까지 그 차이가 유지되는 경향을 보였다(Table 4).
저장 12일째까지는 저장용기에 따른 환원당 함량의 차이가 크게 나타나지 않았으나 16일째부터는 차이가 나타나기 시작하였다. 즉, 저장 16일째 STS 용기에 저장된 김치 시료의 경우 38.42 mg/mL의 환원당 함량을 보였으며 PP 용기에 저장된 시료의 경우 42.44 mg/mL의 환원당 함량을 보인 반면 세라믹 용기에 저장된 시료는 51.57 mg/mL의 환원당 함량을 보였다. 이후 32일차까지의 결과에서도 통계적 유의성은 없었으나 세라믹 용기에 저장된 김치 시료의 환원당 함량이 STS 및 PP 용기에 저장된 김치 시료 보도 높게 유지되었다.
진균(효모, 곰팡이)수의 경우 저장 용기의 종류에 상관없이 24 일까지 급격히 감소했으며 32일째 조금 증가하는 양상을 보였다 (Table 5). 구체적으로 저장 초기의 진균수는 1.
2). 초기에는 원재료에서 유래된 세균 종의 구성비율에 따라 우점종이 결정되기 때문에 Pseudomonas cerasi 종이 가장 높은 구성 비율을 보였으며 12일 째는 초기 김치발효를 담당하는 류코노스톡 속 계열의 종(Leuconost℃ gelidum)이 우세하기 시작하면서 20일째는 우점종이 되었다. 32일째는 발효 중후기로 넘어가면서 락토바실러스 속 계열의 종(Lactobacillus algidus)이 우세해지기 시작하였다.

후속연구

그럼에도 불구하고 정확한 원인 규명을 위해서는 보다 정교한 실험설계와 균종의 단순화가 필요하다. 또한 본 연구에서 아쉬운 점은 최적온도에서의 김치 발효과정 없이 김치제조 후 바로 0℃에 저장함으로써 김치 발효의 역동성을 확인하는 데는 한계가 있었다. 향후 본 연구의 결과들을 기초로 보다 정밀한 연구가 수행된다면 세라믹 용기의 저장 우수성과 함께 새로운 과학적 사실들을 발견할 수 있을 것 으로 판단된다.
또한 본 연구에서 아쉬운 점은 최적온도에서의 김치 발효과정 없이 김치제조 후 바로 0℃에 저장함으로써 김치 발효의 역동성을 확인하는 데는 한계가 있었다. 향후 본 연구의 결과들을 기초로 보다 정밀한 연구가 수행된다면 세라믹 용기의 저장 우수성과 함께 새로운 과학적 사실들을 발견할 수 있을 것 으로 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	저장용기를 달리하여 김치를 저장했을 때 나타나는 pH 차이는?	본 연구에서는 김치의 품질에 영향을 미칠 수 있는 저장용기(폴리프로필렌-PP, 스테인리스 스틸-STS, 세라믹)를 달리 하여 김치를 담은 후 0℃로 설정된 냉장고에 보관하면서 화학적, 미생물학적 특성을 비교 분석하였다. pH의 경우 PP와 STS 용기에 저장된 김치 시료는 16일째 각각 4.59과 4.53에 도달한 반면 세라믹 용기에 저장된 김치시료는 4.92에 도달하였으며 그 차이의 경향은 32일까지 유지되었다. 산도의 경우 PP와 STS 용기에 저장된 김치 시료는 8일째 각각 0.
	발효식품이란?	따라서 김치의 발효 및 저장조건은 품질과 기호도에 영향을 미치기 때문에 중요하게 고려되어야 한다(Moon 등, 2018). 발효식품은 미생물의 대사활동에 의해 완성되는 식품이며 발효식품의 종류 와 조제 방법에 따라 저장 중 품질의 차이가 나타날 수 있다. Kim 등(2013)은 항균물질을 첨가하여 제조된 저염식 된장의 저 장성에 관한 시험연구를 하였는데 염의 농도를 줄이는(10%→ 6%) 대신 알코올(4%), 겨자(1%), 마늘(4%)을 단독 혹은 혼합으 로 첨가하여 20oC, 8주간 숙성 후 30oC에서 16주간 저장하면서 품질특성을 비교한 결과 항균물질(알코올, 겨자) 첨가군에서 미 생물의 이상발효에 의한 가스 발생이 억제되었고 전체적인 기호 도는 알코올이나 마늘을 첨가한 저염식 된장이 양호하였다.
	건강기능성 측면에서 본 김치 장점은?	특히, 김치는 다양한 종의 유산균을 함유하고 있어 건강식품으로도 인식되고 있으며 김치에서 분리한 많은 유산균들을 활용하여 인체의 다양한 생리활성을 검증하였다(Kwak 등, 2014; Park 등, 2014). Park과 Hong(2019)의 연구에서 김치의 건강기능성이 총체적으로 설명되었는데 요약하면 1) 프로바이오 틱스로 사용되는 다양한 유산균 함유 2) 장 건강 증진 3) 항암 활성 4) 대사증후군 억제 5) 면역력 증강 등을 들 수 있다. 또한 유산균 스타터(starter)를 이용하여 김치를 제조하였을 때 관능적 만족도가 향상되었으며 항산화 및 항암활성도 증가하였다(Bong 등, 2013).

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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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