초록 ▼

IV. 연구개발결과
제 1세부: 대용량 유전체 분석법을 통한 전통 발효식품 내 유용 유전자원 확보 및 발현 증가연구
。전통발효식품의 메타지놈 (metagenome) 분석을 통한 발효시기 별 미생물 군집 분석 및 미생물 유래 유용 유전자 발굴 연구
- 대표적인 전통 발효 식품인 김치의 메타지놈 (metagenome) 분석을 통해 각 발효 시기 별김치발효에 영향을 미치는 주요 미생물 군집 정보를 획득함. 메타지놈 (metagenome) 염기서열내 총 4，377개의 미생불 유래 유용유전자 및 기능성 바이오 소재 유전자를

IV. 연구개발결과
제 1세부: 대용량 유전체 분석법을 통한 전통 발효식품 내 유용 유전자원 확보 및 발현 증가연구
。전통발효식품의 메타지놈 (metagenome) 분석을 통한 발효시기 별 미생물 군집 분석 및 미생물 유래 유용 유전자 발굴 연구
- 대표적인 전통 발효 식품인 김치의 메타지놈 (metagenome) 분석을 통해 각 발효 시기 별김치발효에 영향을 미치는 주요 미생물 군집 정보를 획득함. 메타지놈 (metagenome) 염기서열내 총 4，377개의 미생불 유래 유용유전자 및 기능성 바이오 소재 유전자를 발굴함.
。미생물 유전체 분석을 통한 김치 미생물 유전자원 확보
- 메타지놈 분석을 통해 밝혀진 김치 미생물 군집 중， 순수 분리된 총 4종의 우점종에 대해 유전체 분석을 수행하여 유전체 정보를 확보함(Whole genome sequencing).
。DNA칩/pyrosequencing 기술 등을 이용한 전통 발효식품 내 미생물 유래 유용유전자 발현 연구
-메타지놈 분석에 사용된 김치에서 대량 유전체 분석 기술을 활용하여 발효시기 별 메타트 랜스크립톰 (metatranscriptome) 분석을 수행함. 확보된 김치 우점종의 유전체 정보를 토대로 우점종의 유전자 발현 연구를 수행하였음 특히， 발효와 관련된 주요 유전자， 환정 적웅성， 김치의 맛과 영양적 측면과 관련된 기능성 유전자들의 발현을 분석하였음.
- 전통발효식품 내 유용(기능) 유전자의 발현 분석 연구를 위한 마이크로어레이 (microarray) 조건을 확립함.
。유용 미생물을 활용한 고기능성 발효식품 제조를 위한 제조설충실험
김치 스타터로서 잘 알려진 Leuconostoc mesenteroides sp 를 김치제조 시 첨가하였올 때 나타나는 김치스타터의 효과를 발효시기 별 미생물 군집 및 대사체 변화를 대량 유전체 분석법 및 lH-NMR을 통해 분석하였음
。전통 발효식품의 발효·숙성 과정 및 다른 발효 조건 하에서 계통학적 마커 유전자(rRNA gene)를 이용한 미생물 군집 분석 연구
- 김치류， 젓갈류， 장류에 속하는 대표적인 전통발효식품을 직접 제조하여 발효과정 중 나타나는 미생물 군집 변화를 대용량 유전체 분석법을 통해 관찰하였고， 또한， 1H NhfR을 통한 대사체 및 생리활성 불질의 프로파일링을 통해 발효와 관련된 주요 미생물 군집의 역할에 대해 분석함. 또한， 발효온도 및 염도 등 발효조건의 차이에 따른 발효특성을 분석하여 최적발효 조건을 탐색하고 전통발효식품의 품질향상을 위한 정보를 획득함
- 미생물 군집 분석을 통해 밝혀진 새우젓 내 미생물 군집 중， 1종의 우점종에 대해 유전체 분석을 수행하여 유전체 정보를 확보함(Whole genome sequencing).
。추가연구 전통 발효 식품 내 미생물 자원 확보
- 김치， 식해， 젓갈류로부터 다양한 미생물을 순수분리하고 저장함
- 총 364 종의 유산균을 다양한 김치시료로부터 분리하였으며， 그 중 1종의 선종이 탐색되었음 또한， 총 207 종의 박테리아를 다양한 식해 및 젓갈시료로부터 분리하였고， 2종의 신종이 탐색되어 보고하였음
제 2세부: 전통 발효식품의 메타프로태옴 분석 및 기능생 바이오 소채 발굴
。김치 시료의 메타프로테옴 분석
- 김치 12시료의 발효 단계 별 메타프로테옴 분석을 수행하여 peptide 3，1087개， protein 1,515개를 동정하였음.
- 김치 발효 단계에 따른 미생물 유래 단백질들의 발현 양상을 분석하였음.
다변량 분석법을 이용하여 미생물 유래 단백질의 발현양상에 의한 김치 발효 단계의 특성을 분석하였음.
。젓갈 시료의 메타프로테옴 분석
- 젓갈 11시료의 발효 단계 별 메타프로테옴 분석을 수행하여 peptide 6,972개 ，protein 3,353개를 동정하였음.
- 젓갈 발효 단계에 따른 미생물 유래 단백갤들의 발현 양상을 분석하였음.
- 다변량 분석법을 이용하여 미생물 유래 단백질의 발현양상에 의한 젓갈 발효 단계의 특성을 분석하였음.
。메주 시료의 메타프로테옴 분석
- 매주 20시료의 발효 단계， 위치 (내부， 외부) 및 분획 (수용성， 비수용생)에 따른 메타프로테옴 분석을 수행하여 peptide 23，654개， protein 4，663개를 동정하였음.
- 발효 단계에서 메주에 존재하는 콩 유래 단백질들의 존재 양상 및 기능적 분류 분석을 수행하여 발효 단계와 위치， 그리고 분획에 따른 콩 단백질의 변화를 분석하였음.
- 메주 발효 단계에 따른 미생물 유래 단백질들의 발현 양상 및 기능적 분류 분석을 통해 미생물 유래 단백질들의 발현양상의 특성을 분석하였음
- 메주에 존재하는 단백질들의 다변량 분석을 통해 발효 단계， 위치 및 분획의 특성을 분석하였음.
。전통주류 (막걸리)의 메타프로테옴 분석
- 막걸리 14시료의 발효 단계 별 메타프로테옴 분석을 수행하여 peptide 1，7617개， protein 427개를 동정하였음.
- 발효 단계에서 막걸리에 존재하는 쌀 유래 단백질들의 변화 양상을 발효 단계에 따라 분석하였음.
- 막걸리 발효 단계에 따른 미생물 유래 단백질들의 발현 양상을 분석하였음.
- 막걸리에 존재하는 단백질들의 다변량 분석을 통해 발효 단계의 특성을 분석하였음.
。기능성 바이오 소재 발굴
- 김치 유산균으로부터 glycoside hydrolase, esterase, 및 lipase 유전자 3개를 발굴하여 클로닝하였음. 또한， 검치 유산균으로부터 bacteriocin 4종의 유전자 6개를 발굴하여 클로닝하였음.
- 매주 유래 Bacillus spp.에서 메주 발효 후기에 관련된 2종의 protease와 l종의 glycoside hydrolase 유전자를 발굴하여 클로닝하였음.
- 메주의 메타프로테옴 분석을 통하여 콩 유래 생리 활성 peptide 1종 (면역 강화 활성)을 발굴하였음.
제 1 협동: 전통 발효식품의 미생물 군접 대용량 분석 및 미생물 자원 확보
。김치 미생물 군집 대용량 분석 및 미생물 자원 확보
- 25가지 종류의 다양한 김치(배추포기김치， 백김치， 총각무김치 등)로부터 총 419개의 미생물을 분리하여 동정된 미생물 종류와 시권스 (sequence)를 국제 공인 미생물 유전자은행인 NCBI 에 기탁함.
- 김치의 발효과정에서 변화하는 세균 군집구조를 세균의 계통학적 마커 유전자(16S rRNA)의 초고속 유전체 분석볍 (pyrosequencing)을 통해 분석함
- 김치 내 바이러스 군집구조와 서양 채소 발효식품인 사우어크라우트 (sauerkraut) 의 바이러스 군집구조를 pyrosequencmg을 통하여 비교 분석함.
。가자미식해 미생물 군집조사 및 자원 확보
- 가자미식해로부터 49개의 미생물을 분리하여 군집을 분석함
。젓갈 미생물 군집 대용량 분석 및 미생물 자원 확보
- 45가지의 다양한 젓갈로부터 미생물(세균)을 총 닮5개를 분리하였고， 고세균 3종을 포함한 신규 미생물 19종을 확보함.
-7가지의 젓갈 시료로부터 세균과 고세균 군집을 계통학적 마커 유전자(l6S rRNA)의 pyrosequencmg과 PCR-DGGE를 이 용하여 비 교 분석 함.
。전통주 및 누룩 미생물 군집 대용량 분석 및 미생물 자원 확보
- 6가지의 전통 누룩으로부터 148개의 세균파 41개의 효모를 분리하여 군집을 분석함
- 세균과 균류의 계통학적 마커 유전자(l6S rRNA. ITS)의 PCR-DGGE 방법을 이용하여 전통 누룩 미생불 군집 분석함
-세균과 균류의 계통학적 마커 유전자(l6S rRNA, ITS) 의 초고속 유전체 분석 법(pyrosequencing )을 이용하여 전통 주류인 막걸리의 발효과정 중 미생물 군집을 비교 분석함
。막장 미생물 군집 대용량 분석 및 미생물 자원 확보
- 강원도식 막장(속성 발효 된장)으로부터 108개 의 미생물을 분리하여 군집을 분석함.
제 2협동: 전통 발효식품 현황조사， 원료 및 발효 조건이 명확허 정의된 시료 확보 및 기능성 향상을 위한 제조방법 제시 및 표준화 방안 마련
。전통발효식품의 품질 및 발효 특성 분석
- 전통발효식품(김치 및 식해 60종， 젓갈 12종， 된장 30종， 주류 13종)의 품질 및 발효특성 분석을 위해 시료는 전통식품품질인증을 획득한 업체 위주로 선정하여 수집하였으며， 이화학적，미생물학적 및 관능적 품질 특성을 분석하였다. 시판되는 김치 및 식해의 염도는 0.99-7.07% 범위로 다양하게 확인되었으며， 대부분의 김치 염도는 1.5-2.5% 범위로 제조되어 판매되는 것으로 나타났으며， 깻잎김치， 고추김치， 무말랭이김치와 같이 절임류 형태에서 염도가 높은 것으로 확인되었다. 제조과정 중 초산이 첨가된 제품 및 절임류 형태를 제외하고 대부분의 김치류의 pH, 산도， 미생물 수 둥은 유사한 패턴으로 감소하거나 증가하는 것으로 나타났다 종류별 김치의 관능평가 결과 저장기간이 경과함에 따라서 상큼한 냄새(잘 익은 냄새)， 상큼한 맛(잘익은 맛)이 증가하는 것으로 평가되었으며， 저장기간에 따른 화학적 특성 변화 결과와 유사한 관능평가 결과가 확인되었다. 명태， 멍게， 오징어， 홍어 풍어김치에 대한 종합적 기호도는 개인차가 큰 것으로 나타났으며， 가장 기호도가 낮은 검치는 고추김치로 나타났다. 종류별 젓갈의 염도는 4.7-23 .1%으로 멸치젓， 새우젓， 황석어젓은 22.7±0.5%, 갈치속젓 및 조개젓은 12.4±0.2%, 양념젓갈 (5종)은 5.9±1.2% 이었다 숙성도의 지표가 되는 아미노산성 질소는 227.5
- 927.5 mg% 범위로 젓갈종류에 따라 다양하게 확인되었으며， 낙지젓에서 가장 낮게 확인되었고， 갈치속젓에서 제일 높게 확인되었다. 젓갈류에서 확인된 일반세균수는 4.2x10² 1.5x10⁶ CFU/g로 다양하게 확인되었으며， 어리굴젓， 낙지젓 둥 양념젓갈의 경우 일반세균수가 10⁵ CFU/g 이상으로 높게 나타났다 젖산균의 경우 10¹~10⁴ CFU/g으로 제품에 따라 다양하게 나타났으며， 환원당 함량이 높은 젓갈에서 더 많은 젖산균이 확인되었다. 관능검사 결과，전체적인 기호도는 낙지젓과 창난젓에서 월등히 높게 나타났으며， 멸치젓파 황석어젓의 기호도가 많이 떨어지는 것으로 나타났다. 전통된장의 염도는 9.65-18.72% 이었으며， 1종의 된장의 염도가 다른 된장(12-15%) 에 비하여 낮은 것으로 확인되었다. 된장의 아미노산성 질소는 490~1557 mg%으로 확인되었으며， 수집된 시료 모두 전통식품 표준규격 품질기준인 300.0 mg 이상이었다. 된장에서 확인된 일반세균수는 10⁴~10⁹ CFU/g 이었고， 젖산균수는 10³~10⁷ CFU/g, 단백분해균수는 10²-10⁸ CFU/g으로 확인되었다. 전통된장에 대한 전체적인 기호도 평가 결과，햇된장 보다는 1 년， 2년， 3년 숙성된 된장을 선호하였으며， 4년 이상 장기 숙성된 된장의 기호도는 낮은 것으로 평가되었다. 종류별 전통주의 화학적 품질 특성 분석 결가 pH의 경우 3.39-4.06 범위로 확인되었으며， 환원당 함량은 4.75-36.53 mg/rnL로 제조업체에 따라 다양한 분포를 나타내었다. 전통주의 미생물학적 특성을 확인한 결파， 비살균 막걸리에서 일반세균과 젖산균이 10⁷~10⁹ CFU/g 수준으로 확인되었다 전통주에 대한 전체적인 기호도 평가 결과， 단맛파파일맛이 강하게 나타났던 주류에서 더 선호하는 것을 확인 할 수 있으며， 알콜향과 쓴맛이 강했던 증류주의 기호도는 낮은 것으로 평가되었다.
O 유용 미생물을 활용한 고기능성 김치의 제조실중설험
- 고기능성 김치 제조 실증실험을 위해 mannitol 생산능이 우수한 것으로 확인된 Leumesenteroides sp.을 10⁷/g으로 접종하여 막김치， 깎두기를 제조하여 4℃ 에 저장하면서 발효특성을 확인하였다 막김치의 경우 저장 7일 후부터 종균처리군의 pH가 더 낮아지는 것으로 나타났으며， 깎두기에서는 종균이 첨가된 깎두기가 14일 후부터 pH가 더 낮아져 종균 처리구에서 발효가 더 빨리 진행되는 것으로 확인되었다 산도도 pH와 유사한 경향으로 증가하였으며 깎두기에서보다 막김치에서 발효가 빨리 진행되는 것을 확인하였다. 찾산균수는 종균첨가 김치에서 발효기간 내내 비첨가군 보다 2 Log CFU/rnL 이상 높은 균수를 나타내었으며， 저장 후기에도 종균첨가 김치에서 높은 수준을 유지하였다. 관능평가 결과 전체적으로 종균 첨가군에서 상큼한 냄새， 상큼한 맛이 발효 초기에도 나타나 종균의 챔가가 김치의 맛에 긍정적인 영향을 미치는 것으로 확인되었다. Mannitol dehydrogenase(MDH) 유전체 발현정도 및 활성을 확인한 결과， 종균이 첨가된 김치에서는 0일차부터 MDH 유전자가 상당량 확인되었으며， MDH활성도 막김치 및 깝두기에서 각각 20%, 10% 활성이 높게 나타났으며， 찾산균수가 감소하기 직전까지 유지되었다. Mannitol 함량도 MDH 유전체 발현정도 및 활성도와 유사하게 미생물
첨가군에서 0 일차부터 mannitol 이 검출되었다.
。전통발효식품의 기능성 연구 현황조사
- 김치의 기능성 파악을 위한 연구에 이용된 김치들은 배추김치를 제외한 경우 갓김치의 연구가 가장 많았다. 갓파 부추는 유황화합물을 비롯하여 칼슘과 비타민 함량이 높으며， 이미 항균성， 항혈액웅고성 둥의 기능성이 확인된 바 있다. 또한 배추김치의 기능성을 강화하기 위하여 기능성이 확인된 다양한 소재들의 첨가실험으로 그 기능성의 상승효과를 확인하였으며， 특히 항암， 항산화， 지질 대사에 관련된 연구가 가장 활발히 이루어졌다. 식해는 발효가 진행됨에 따라서 생성되는 젖산균 및 유기산에 의해 유해 미생물의 중식을 저해하며， 부재료로 첨가되는 고춧가루에 의한 항 돌연변이 효과와 유산균 식이섬유 및 마늘에 의한 항암효과가 밝혀지고 있다. 또한 사용되는 주재료에 따라서 간지질 파산화 억제， 항산화성， 항고혈압， 항콜레스테롤，간장기능 활성화 둥의 기능성 연구 결과가 보고되어 있다. 젓갈에 관한 연구는 풍미성분의 패턴파 저장성 변화에 영향이 큰 소금의 첨가량이나 숙성온도에 관한 연구가 주를 이루고 있었으며， 소비자의 건강과 기호 패턴에 맞춘 저염 젓갈 제조기술에 관한 연구， 젓갈 품질 개선 및 신기술 개발 둥에 관한 연구에 치중되어 있었으며， 최근 틀어 젓갈에서 분리한 미생물의 특성 파악과 기능성에 관한 연구가 진행되고 있다 젓갈 관련 기능성 연구로는 젓갈유래 저분자peptided의 항산화 작용， 항혈액응고 작용， ACE 저해 효과 등이 있다. 장류(간장， 된장)는 콩을 원료로 하여 제조되기 때문의 콩 및 발효산물에 의한 건강기능성에 대한 연구가 보고되어 있다. 간장에 함유된 메티오닌， 레시틴 등의 성분으로 간장 해독효과， 동맥경화 예방 효과 둥이 알려져 있으며 항산화 효과， 암예방 및 항암효과， 면역증강 효과 등이 보고되어 있다. 된장에는 햄타이드， 아미노산， 올리고당， 식이섬유소， 지방산(올레인산， 리놀레산， 리놀렌산)， 비타민E， 레시틴， 무기질 중에는 인， 칼숨， 마그네숨， 황， 그 외에 피틴산， 사포닌， 스쿠알렌， 스테롤( -시토스테롤) 둥이 함유되어 있어 항돌연변이， 항암， 항노화， 항산화， 항동맥경화 둥과 같은 여러 기능성을 나타내게 된다. 전통주는 탁주와 약주로 구분되는데， 국내에서 제조되고 시판되는 전통주의 유용한 생리활성 및 유용성분에 대한 연구는 매우 제한적으로 이루어져 있다. 탁주의 건강기능성과 관련한 연구는 탁주 속 유산균 동정， 누룩 추출물의 항염증 작용， 탁주 농축물의 항암효과에 관한 연구 등이 있으며 항산화 활성， 항알레르기 효과도 보고되어 있다. 약주의 기능성에 관련된 연구는 추출물을 첨가하여 제조한 약주에서의 항산화 및 항균활성， 항종양 세포독성에 관한 연구 등이 진행되었다.
。전통발효식품의 기능성 향상을 위한 제조방법 표준화
- 문헌조사， 제조현황 조사 둥을 통해 전통발효식품의 제조방법에 대한 정보를 수집하여 제시하였으며， 제조방법 표준화를 위한 기본자료를 제공하고자 김치， 젓갈， 장류(된장， 간장)， 전통주(탁주)는 직접 제조하여 발효기간에 따른 이화학적， 미생물학적 및 관능적 품질 특성을 분석하여 결과를 확인하였다 김치는 배추 품종에 따른 품질 특성을 비교하였으며， 젓갈은 새우젓과 멸치젓을 염도별로 제조하여 특성을 확인하였다. 장류는 발효원이 되는 메주의 제조와 장기숙성을 필요로하여 제조업체 2곳을 선정하여 메주의 발효기간 중 품질 변화， 장담금 중 염수 및 메주의 품질 변화， 장분리 후 간장 및 된장의 숙성 중 품질 변화를 확인하였다. 전통주 중 탁주를 누룩파 업국을 이용하여 제조하였으며 25℃ 발효기간 동안의 품질 특성과 4℃ 숙성 중 품질 특성의 변화를 분석하였다.
제 3협동: 천통 발효식품 통합 데이터베이스(DB) 구축
。전통발효식품 유래 미생물 연구자를 위한 인트라넷 구축
-연구과제를 원활하게 진행하고 본 과제를 통해 분석된 데이터를 연구자들이 주고받을 수있도록 데이터베이스 및 이를 열람할 수 있는 인트라넷을 구축하였다. 인트라넷 개발 환경은 CentOS를 설치한 Linux System을 이용하였고 데이터베이스 관리 시스템으로 MySQL을 사용하였으며 웹페이지 개발에는 동적 웹 스크립트 언어언 Java script 및 Apache Tomcat ver.6를 사용하였다. 분석된 Metagenome 데이터를 database화 하기위해 Sampleset, Sample, Strain， Metagenome 및 Protein의 구조로 테이블을 나누어 데이터를 저장하였고 수집된 데이터의 열람 및 다운로드가 가능하도록 구축하였다.
O 전통발효식품 유래 미생물 유전체의 염기서열 데이터 수집
- 연구과제를 통해 축적된 전체 데이터는 총 45개 시료군 (Sampleset) 으로 시료군은 시료의 상위개념으로 해당 음식의 발효요건과 상관없이 음식의 종류를 뜻하게 된다. 이중 검치 시료에 대한 정보로 시료별 환경정보， 군집분석정보， Shotgun Metagenome 및 균주 정보를 수집하였다. 식해 시료에 대해서는 분리 동정된 균주정보를 수집하였고， 젓갈 시료에서는 군집분석 및 균주정보를 수집하였다 막걸리 시료에 대해서는 세균과 곰팡이 양쪽에 대한 데이터가 수집되었으며 군집분석 및 균주정보를 수집하였다. 장류데이터로는 메주에 대한 세균과 고세균의 군집분석 정보가 수집되었다.
。전통발효식품 유래 미생물의 Metagenome 분석 Pipeline 및 Visualization 기법 개발
- 수집된 전통발효식품 유래 미생물의 유전체 정보 중 분리한 균주들의 동정을 위해서 EzTaxon-e DB를 이용하였으며 16S rRNA amplicon metagenome 분석을 위해서 자체적으로 개발된 군집 분석 Pipeline을 이용하였다. 분석의 정확도를 높이기 위해서 Raw data에 대한 Filtering 기법을 적용하였고 BLAST search를 통한 동정 이후에 Chimera를 제거하는 방법도 적용하였다. 분석된 군집 분석결과에 대해서는 다양한 Visualization 기법을 통해 군집분석 결과를 직관적으로 확인할 수 있도록 하였다 Shotgun Metagenome에 대해서도 NCBI Genome Project 데이터를 기반으로 하여 Annotation DB 및 분석 Pipeline을 구축하여 고기 능 유전자발굴을 위한 기반을 설립하였고 유전체 비교분석 방법을 이용하여 Pan-genome DB를 구축하고 Visualization 기법도 개발하여 기능 유전자 발굴의 중요한 표지가 될 수 있도록 하였다.
。 일반 국민을 대상으로 전통발효식품 유래 미생물의 정보 공유 및 전달을 위한 홈페이지구축
- 1차년도에 www.korfood.org 의 도메인을 확보하고 해당 도메인에 외부 홈페이를 구축하였다. 일반국민을 대상으로 한 홈페이지로서 전통의 이미지를 부각시킬 수 있는 홈페이지 디자인을 채용하였고 연구진 및 연구에 대한 소개와 전통 발효식품에 대한 정보를 수룩하였다.
또한 연구를 통해 얻어진 데이터를 기반으로 하여 전통 발효식품내의 발효 미생물에 대한 정보를 수룩하였으며 내용에 대한 이해가 쉽도록 다양한 Visualizaiton 기법을 적용하였다. 또한, 연구논문 자료 및 방송자료를 수룩하였으며 게시판 포함하여 홈페이지를 구축하였다.

Abstract ▼

IV. Results of research
Subtask team 1: Securement of useful genetic resources and gene expression research in traditional fermented food by high-throughput sequencing methods
o Microbial community analysis and detection of microorganism-originated useful gene of Korean traditional fermented f

IV. Results of research
Subtask team 1: Securement of useful genetic resources and gene expression research in traditional fermented food by high-throughput sequencing methods
o Microbial community analysis and detection of microorganism-originated useful gene of Korean traditional fermented foods by high throughput metagenome analysis
- Through kimchi metagenome analysis by 454-pyrosequencing approach, informations regarding kimchi fermentation-related microbial community structure was investigated.
Total 4,377 of useful genes and functional biomaterial-related genes were detected from kimchi metagenome sequences.
o Securement of kimchi microbial genetic materials by whole genome sequencing
- The genomes of five major kimchi lactic acid bacteria were completely sequenced.
o Expression analysis of microorganism-originated useful genes in traditional fermented food using state-of-the-art technique such as DNA chip and pyrosequencing technology
- Metatranscriptome analysis of kimchi lactic acid bacteria was performed by lilumina sequencing approach. Especially, expression patterns during fermentation process of genes related to kimchi fermentation, environment adaptability, and organoleptic and nutritional properties were analyzed.
o Experiment study for high functional fermented food production usmg functional microorgamsm
- Effects of Kimchi starter revealed during kimchi fermentation using well-known kimchi starter Leuconostoc mesenteroides sp. were successfully analyzed by microbial community and metabolites changes using barcoded-454-pyrosequencing and IH-NMR approaches, respectively.
o Analysis of microbial community structure USing phylogenetic marker gene (rRNA gene) during fermentation process or under different fermentation conditions of Korean traditional fermented foods
- Microbial community changes during the fermentation process of kimchi, jeotgal, and soybean fermented foods were analyzed by metagenomic sequencing approach (barcoded-454-pyrosequencing), and roles of major microbial community in conjunction with metabolites profiling by IH-NMR approaches were analyzed. Additionally, appropriate fermentation conditions for the production of high quality fermented foods were suggested.
- Among saeu-jeot microbial community analyzed by metagenome analysis, whole genome sequence data of one of major halophilic bacterial species was obtained (Whole genome sequencing) .
o Additional research: Isolation of microbial resources from diverse Korean traditional fermented foods
- Diverse microbial resources were isolated from diverse traditional fermented foods.
- Total 364 bacterial strains were isolated from kimchi samples including one novel bacterial strain. And, total 207 bacterial strains were isolated from sikhae and jeotgal samples including 2 novel species of bacteria.
Subtask team 2: Metaproteomic analysis of traditional fermentation foods and discovery of functional biomaterials from traditional fermentation foods.
o Metaproteomic analysis of Kimchi
- 3,108 peptides and 1,515 proteins were identified from 12 Kimchi samples during the fermentation process using metaproteomic analysis.
- Expression profiles of proteins of microorganism-origin during the kimchi fermentation process were analyzed.
- Fermentation process of kimchi was characterized by principle component analysis (peA) based on expression profiles of proteins.
o Metaproteomic analysis of Jeotgal
- 6,972 peptides and 3,353 proteins were identified from 11 Jeotgal samples during the fermentation process using metaproteomic analysis.
- Expression profiles of proteins of microorganism-origin during the Jeotgal fermentation process were analyzed.
- Fermentation process of Jeotgal was characterized by principle component analysis (peA) based on expression profiles of proteins.
o Metaproteomic analysis of Meju
- 23,654 peptides and 4,663 proteins were identified from 20 Meju samples during the fermentation process using metaproteomic analysis.
- Profiles and functional category analysis of proteins of soybean -origin during the Meju fermentation process were analyzed.
- Expression profiles of proteins of microorganism-origin during the Meju fermentation process were analyzed.
- Fermentation process of Meju was characterized by principle component analysis (peA) based on profiles of proteins.
o Metaproteomic analysis of Makgeolli
- 1,761 peptides and 427 proteins were identified from 14 Makgeolli samples during the fermentation process using metaproteomic analysis.
- Profiles of proteins of rice-origin during the Makgeolli fermentation process were analyzed.
Expression profiles of proteins of microorganism-origin during the Makgeolli fermentation process were analyzed.
- Fermentation process of Makgeolli was characterized by principle component analysis (PCA) based on profiles of proteins
o Discovery of functional biomaterials
- Genes encoding glycoside hydrolase, esterase and lipase were discovered and cloned from lactic acid bacteria isolated from kimchi.
- 6 genes encoding 4 bacteriocins were discovered and cloned from lactic acid bacteria isolated from kimchi.
- Genes encoding a glycoside hydrolase and 2 proteases were discovered and cloned from Bacillus spp. isolated from Meju.
- A bioactive peptide (immune-stimulating) was discovered by metaproteomic analysis of Meju.
Cooperative task team 1: Microbial community analysis by massive sequencing technique and microbial resource sequrement in tradtional fermented foods
o Isolation of microbial resources and microbial community analysis from kimchi
- Total 415 strains were isolated from 25 kinds of kimchi (red cabbage kimchi, white cabbage kimchi, young radish kimchi, etc.) and their 16S rDNA sequences were deposited in the NCB.
- Bacterial community structure during fermentation of various kimchi was analyzed by pyrosequencing of 16S rDNA gene.
- Viral communities of kimchi and sauerkraut were analyzed by pyrosequencing.
o Isolation of microbial resources and microbial community analysis from sikhae
- Bacterial community structure was analyzed by culture-dependent method and total 49 strains were isolated from a flatfish sikhae.
o Isolation of microbial resources and microbial community analysis from jeotgal
- Total 555 strains were isolated from 45 kinds of jeotgal including 16 novel species of bacteria and 3 novel species of archaea which were characterized using polyphasic approaches and reported in journals about phylogenetic systematics.
- Bacterial and archaeal community structure of 7 kinds of jeotgal were analyzed by pyrosequencing and PCR-DGGE method using 16S rDNA gene.
o Isolation of microbial resources and microbial community analysis from alcoholic beverage and fermentation starter
- 148 strains of bacteria and 41 strains of fungi were isolated from 6 kinds of alcoholic beverage fermentation starter.
- Bacterial and fungal community structure of alcoholic beverage fermentation starters were analyzed by PCR-DGGE method using 16S rDNA gene and ITS, respectively.
- Bacterial and fungal community structure during alcoholic beverage fermentation was analyzed by pyrosequencing using 16S rDNA gene and ITS, respectively.
o Isolation of microbial resources and microbial community analysis from fermented soy product
- Bacterial community structure was analyzed by culture-dependent method and total 108 strains were isolated from a short-term fermented soy product.
Cooperative task team 2: Investigation of current status for traditional fermentation foods and standardization of manufacturing method of traditional fermentation foods for functionality improvement
o Evaluation of quality and fermentation characteristics of traditional fermentation foods
- To evaluate quality and fermentation characteristics of the traditional fermented foods, samples (60 species of Kimchi and Sikhae, 12 species of Jeotgal, 30 species of Deonjang, 13 species species of liquor) were purchased from traditional food quality certified company.
The quality and fermentation characteristics were evaluated by measunng their physico-chemical, microbial, and sensory evaluation.
The salinity of commercial Kimchi and Sikhae were 0.99-7.07%, and the most of Kimchi were showed with 1.5-2.5% salinity. Almost samples except for pickles showed that pH, titratable acidity, numbers of total bacteria generally increased during fermentation. The fresh smel](smell ripe), fresh taste (taste ripe) in sensory evaluation of Kimchi increased during fermentation. Changes in the chemical properties and sensory quality characteristics showed similar pattern. Overall acceptability for seafood Kimchi showed a large individual variation.
The results of analysis salinity in vanous Jeotgal were 4.7 to 23.l%. The amInO acid nitrogen was variously range from 227.5 to 927.5% according to the type of salted fish.
The numbers of total bacteria were 4.2x 10²-1.5x 10⁶CFU/g. The numbers of lactic acid bacteria were 10¹~ 10⁴CFU/g and high lactic acid bacteria showed depending on the sample in high reducing sugar contents. In sensory evaluation, the overall acceptance of salted octopus and pollack tripe were higher and salted anchovy and yellow corvina were lower than another.
The salinity of traditional Deonjang were 9.65 to 18.72%. The amino acid nitrogen of Deonjang that were 490 to 1,557 mg% were more than 300 mg%, is traditional food standard of food quality standards. The number of total bacteria detected 104-109 CFU/g in Deonjang, the number of lactic acid bacteria were 10³-10⁷ CFU/g, proteolytic bacteria were 10²-10⁸ CFU/g, respectively. In sensory evaluation, the overall acceptance of Deonjang were higher in long-aged Deonjang during 1 to 3 years than in fresh Deonjang.
The results of chemical properties of each type of traditional wine, pH 3.39 to 4.06, reducing sugar content 4.75 to 36.53 mg/ml. Confirming the results of the microbiological characteristics of traditional wine, the lactic acid bacteria in non-sterile rice wine was 10⁷ -10⁹CFU/g. The overall acceptability assessment traditional wine, panels prefer sweet and fruity taste to strong alcohol aroma and bitterness.
o Experiment study on high functional Kimchi using effective microorganism
- Baechu (Korean cabbage) Kimchi and Chonggak (radish) Kimchi, typical Korean Kimchi types, were prepared using Korean cabbage leaves and radish roots as the main raw materials, respectively. Leu. mesenteroides sp. was cultivated and used for the starter Kimchi preparations to address the effects of the Kimchi starter on fermentation rate, microbial community, and metabolite production of Kimchi.
The reduction in pH of the starter Kimchi was initiated earlier than that in non-starter Kimchi regardless of the Kimchi type, but their pH reduction rates were similar to one other. The pH values finally reached approximately 4.3, although the pH values of the starter Kimchi were slightly lower than those of the non-starter Kimchi. After a 20-day incubation period, the pH values became relatively stable regardless of the Kimchi type and starter inoculation. Also, the results of titratable acidity were similar to pH results. The number of lactic acid bacteria in starter Kimchi were higher than 2 log CFU/mL in non-starter. In result of mannitol dehydrogenase (MDH) expression level and activity, the MDH gene was high in starter Kimchi from 0 day. The MDH activity of Baechu Kimchi and radishi Kimchi were 20% and 10%, were maintained until lactic acid bacteria decreased. Mannitol contents were similar to the expression level of MDH microbial genome and it detected from 1 days.
o Investigation of current status of research on functionality of traditional fermentation foods
- The study of the functionality of Kimchi is most mustard leaf Kimchi respectively.
Mustard leaf and Leek have sulfur compounds, calcium, vitamin and some research resulted they had a functionality such as anti-bacteria, anti-blood coagulation. In addition, the added functionality of a variety of materials is confirmed by experiment that the functional synergy was confirmed, in order to enbance the functionality of Kimchi.
Lactic acid bacteria and organic acids were generated according to the progress of fermentation of Sikhae, inhibited the growth of harmful microorganisms. Studies on Sikhae have been mainly reported about inbibition of lipid peroxidation, antioxidant, anti-hypertensive, anti-cholesterol, and liver function activation.
Studies on Jeotgal have been mainly reported about flavor components, amount of salt, and aging temperature. In addition, Study on the low salted manufacturing technology, quality improvement, and development of new technologies reported. Recently, the research on functionality and characteristics of microorganisms isolated from Jeotgal progressed. Functional studies related to Jeotgal are antioxidants from the origin salted peptide of low-molecular- weight, anti-blood-clotting effect, and ACE inbibitory activity Many health functional studies have been reported about bean and fermentation products because pastes (soy sauce, soybean paste) was made from raw beans. Soy sauce contained methionine and lecithin which affected liver detoxification and prevention of atherosclerosis.
Soy paste (Deonjang) contained peptide, amino acid, oligosaccharides, dietary fiber, fatty acids (oleic acid, linoleic acid, linolenic acid), vitamin E, lecithin, phosphorus, calcium, magnesium, sulfur, phytic acid, saponin, squalene, and sterol (β-sitosterol) which affected antimutagenic, anti-cancer, anti-aging, antioxidant, and anti-atherogenic.
The traditional wines are classified into Takju and Yakju. There are not many functional studies about traditional wine. Functional studies with respect to the health of Takju reported about identification of lactic acid bacteria, anti-inflammatory, anti-cancer, antioxidant activity, and anti-allergic effects. Functional studies of Takju reported about antioxidant and antimicrobial activity, antitumor cytotoxicity according to addition of extracts
o Standardization of manufacturing method of traditional fermentation foods for functionality improvement
- Information for manufacturing method of traditional fermented foods was collected through literature review and interviewing manufacturer. To obtain basic data for manufacturing standardization, Kimchi, Jeotgal, fermented soybean products (Deonjang and soy sauce) and Takju were prepared, and their physico-chemical, microbial, and sensory characteristics were evaluated during fermentation periods. Kimchi was prepared according to Kimchi cabbage cultivar, and compared the quality characteristics. Salted shrimp and anchovy were prepared with different kinds of salt concentration, and evaluated their quality. Because soybean products need Meju that becomes a source of fermentation and long-aging, they were prepared in manufacturing industry. The quality change in fermentation period of Meju and in aging period of Doenjang and soy sauce were analyzed.
Takju was brewed with 3 kinds of Nuruk and 1 kind of Ipguk (koji), their quality characteristics were evaluated during fermentation at 25°C and aging at 4°C.
Cooperative task team 3: Traditional fermented food intergrated database (DB) construction
o Intranet construction for researchers who study microorganisms of traditional fermented foods.
- To smoothly progress this project, we construct intemet and database that helps communication of analyzed data between researchers. Intranet development environment is based on CentOS installed Linux System and MySQL database management system. To develop web-pages, Java script which is dynamic web script language and Apache Tomcat ver.6 was used. For construction database using analyzed metagenomic data, all data was separately saved into Sampleset, Sample, Strain, Metagenome and Protein tables. All collected contents were able to be read, edited and downloadable.
o Microorganism genome sequence data of Traditional fermented foods
- In total, there are 45 sample sets collected in this research project. Where sample set is a collection of samples that are the same food with different fermentation conditions.
For Kimchi samples, we collected environmental information, community analysis, shotgun metagenome, and strain data. Isolated strain data were collected for Shikhae samples and community analysis and strain data were collected for Jutgal samples. For Makgulli samples, we gathered community analysis and strain data of their bacteria and fungi. For Meju samples, microbial community analysis was done for their bacteria and archaea.
o Development metagenomic analysis pipeline and visualization methods of microorganisms originated from traditional fermented foods
- To identify the collected microorganisms data of traditional fermented foods we used the EzTaxon-e DB and for the 16S rRNA amplicon metagenome analysis we used our own community analysis pipeline. To increase the accuracy of the analysis we first filter the raw data, then use blast search for identification, and delete the chimeras at the end.
For users to intuitively view the data, we provide various visualization options. For Shotgun metagenomic analysis, we used data from the NCBI Genome project to build an Annotation DB and an analysis pipeline to discover high-functional genes. We also constructed a Pan-genome DB using comparative genomics and also developed a visualization technique to help discover functional genes.
o Constructing public-oriented homepage about traditional fermented microbial information to promote information sharing and delivery
- In first year of project period, the domain www.kofood.org was set and homepage about Korean traditional food was constructed. This homepage contains information about microbes in Korean traditional fermented foods, and introduction about related studies and researchers. It is adorned with Korean traditional image focusing on the non-experts. The microbial research information are shown by various visualization methods to enhance the public understanding about microbes in the fermented foods. Otherwise, the research papers, related news media material, and forum are also included in constructing the homepage.

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 2
• 요약문 ... 3
• SUMMARY ... 13
• CONTENTS ... 24
• 목차 ... 25
• 제1장 연구개발과제의 개요 ... 26
• 제1절 연구개발의 목적 및 필요성 ... 26
• 제2절 연구개발의 범위 ... 29
• 제2장 국내외 기술개발 현황 ... 31
• 제1절 국내외 관련분야에 대한 기술개발현황 ... 31
• 제2절 기술개발의 기대효과 ... 37
• 제3장 연구개발수행 내용 및 결과 ... 38
• 제1절 제1세부 연구과제 : 대용량 유전체 분석법을 통한 전통 발효식품 내 유용 유전자원 확보 및 발현 증가 연구 ... 38
• 제2절 제2세부 연구과제 : 전통 발효식품의 메타프로테움 분석 및 기능성 바이오 소재 발굴 ... 147
• 제3절 제1협동 연구과제 : 전통 발효식품 내 미생물 군집 대용량 분석 및 미생물 자원확보 ... 200
• 제4절 제2협동 연구과제 : 전통 발효식품 현황 조사, 원료 및 발효조건이 명확히 정의된 시료 확보 및 기능성 향상을 위한 제조방법 제시 및 표준화 방안 마련 ... 267
• 제5절 제3협동 과제 (전통 발효식품 통합 데이터베이스 구축) ... 427
• 제4장 목표당성도 및 관련분야에의 기여도 ... 445
• 제1절 연구개발목표의 달성도 ... 445
• 제 5 장 연구개발 성과 및 성과활용 계획 ... 454
• 제1절 연구개발 성과 ... 454
• 제 6 장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 471
• 제 7 장 연구시설‧장비 현황 ... 472
• 제 8 장 참고문헌 ... 473
• 끝페이지 ... 481