초록 ▼

○ 연구개발 목표 및 내용
김치종균의 발굴, 적용, 대량생산기술 및 공급시스템 개발을 통하여 우수한 김치종균을 중소김치제조업체가 경쟁력 있는 가격으로 이용할 수 있는 기반기술을 제공하고, 이를 통하여 김치산업 활성화 및 김치미생물의 산업적 부가가치를 창출하고자 함

○ 연구결과
□ 김치품질 향상 및 표준화를 위한 종균의 활용기술 개발
▪ 김치의 숙성연장 및 표준화 종균 개발(냉장 60일 기준)
① 단일종균 : 15종
- 숙성연장종균(산도 1% 이내): 7종(Leu. mesenteroides LM

○ 연구개발 목표 및 내용
김치종균의 발굴, 적용, 대량생산기술 및 공급시스템 개발을 통하여 우수한 김치종균을 중소김치제조업체가 경쟁력 있는 가격으로 이용할 수 있는 기반기술을 제공하고, 이를 통하여 김치산업 활성화 및 김치미생물의 산업적 부가가치를 창출하고자 함

○ 연구결과
□ 김치품질 향상 및 표준화를 위한 종균의 활용기술 개발
▪ 김치의 숙성연장 및 표준화 종균 개발(냉장 60일 기준)
① 단일종균 : 15종
- 숙성연장종균(산도 1% 이내): 7종(Leu. mesenteroides LM20, Wei. cibaria WC443, Lb.sakei LS100, Lb. sakei LS102, Lb. sakei LS206, Lb. sakei LS260, Lb. curvatus LC16)
- 표준화종균(종균우점율 70% 이상): 9종(Leu. mesenteroides LM12, Leu. mesenteroides LM276, Lb. sakei LS97, Lb. sakei LS100, Lb. sakei LS102, Lb. sakei LS206, Lb. sakei LS260, Lb. curvatus LC16, Lb. planatarum LP8)
- 관능평가 우수 종균 8종: Leu. mesenteroides LM12, Leu. mesenteroides LM20, Leu.mesenteroides LM276, Wei. koreensis WK195, Lb. sakei LS102, Lb. sakei LS206, Lb.sakei LS260, Lb. curvatus LC16
☞ 3가지 특성 보유 4종: Lb. sakei LS102, Lb. sakei LS206, Lb. sakei LS260, Lb. curvatusLC16
② 복합종균 : 2건
- Leu. mesenteroides WiKim32(기호성↑, 산도증가 지연, 균일화) + 효모 YM(향기부여) →산도증가 지연 및 균일화 유지, 기호성 향상
- Lb. curvatus WiKim38(기능성, 균일화, 기호성↓) + 효모 YM → 기능성, 균일화, 기호성 ↑

▪ 종균의 김치적용 기술 개발
① 발효환경요인(계절/유통온도)와 종균(WiKim32, WiKim33) 첨가농도에 따른 종균김치품질유지 구간 설정
- 계절요인: 봄/여름/가을(초기미생물균수 10⁵~10⁶ CFU/g) → 종균첨가량 10⁷ CFU/mL,겨울(초기미생물균수 10⁴~10⁵ CFU/g) → 종균첨가량 10⁶~10⁷ CFU/mL
- 유통온도요인: 6℃(최적) > -2℃ > 0℃ > 10℃
② 김치내 종균 검출 기술 2건 개발 완료(strain까지 검출 가능): 종균김치 적용 검증 완료
- Plasmid-specific multiplex PCR법(WiKim32, WiKim33): 10시간 내 10⁵ CFU/mL 이상 검출가능
- LAMP원리를 이용한 등온비색검출법(WiKim32): 2시간 내 10⁵ CFU/mL 이상 검출가능
- 종균 단백질을 이용한 항원항체면역검출법(WiKim38): 2시간 내 10⁵ CFU/mL 이상 검출가능
③ 종균 기술이전 및 종균김치 상품화
- 종균 3종(WiKim32, WiKim33, WiKim38) 기술이전 및 종균제형 산업화(316kg 판매),종균적용 김치 상품화(10개 김치업체, 320~700톤 종균김치 판매추정)

□ 플라즈마 기반 김치재료 유래 미생물 제어기술 개발(융합)
▪ DBD 비열 플라즈마와 RF 가열의 병합 처리에 따른 고춧가루/마늘분말의 살균 효과 구명
- DBD 플라즈마 단독 간헐적 반복 처리: 고춧가루 오염된 E. coli O157:H7과 S. aureus수 3.4 log CFU/g 감소
- RF 가열-DBD 플라즈마 병합 간헐적 반복 처리: 고춧가루 오염된 E. coli O157:H7과 S.aureus 수 검출한계(1 log CFU/g) 미만까지 감소
- RF 가열-DBD 플라즈마 병합 처리: 마늘분말 오염된 E. coli O157:H7 수 3.2 log CFU/g감소
▪ DBD 플라즈마 기반 분말용 살균 시스템(국가핵융합연구소 제작)을 이용한 고춧가루/마늘분말 유래 미생물 제어 효과 구명
- DBD 플라즈마 기반 살균 시스템 20분 처리: 고춧가루에 오염된 대장균군 수는 검출한계 미만까지 감소
▪ 실험실 규모의 PAW 발생 시스템(국가핵융합연구소 제작)을 이용한 절임배추 유래 미생물 제어 효과 구명
- PAW 세척 단일 처리: 절단 절임배추에 존재하는 총 호기성 세균, 유산균, 대장균군,효모 및 곰팡이 수를 1.0∼2.2 log CFU/g까지 감소시켜 tap water와 100 ppm NaOCl세척에 비해 높은 살균력 확인
▪ PAW 세척과 mild heating을 병합한 절임배추의 세척살균 공정 개발
- PAW 세척 후 mild heating의 순차적 병합 처리: 절단 절임배추의 총 호기성 세균 수를 3.8 log CFU/g 감소시켰으며 유산균, 대장군균, 효모 및 곰팡이를 검출한계 미만까지 불활성화

□ 김치종균 대량생산 공정 및 활성유지 제형기술 개발
▪ 성과균주 6종 배양의 물리화학적 조건 확립 및 고농도 균체생산공정 개발
- Wei. cibaria WiKim28 : 4.4 × 10⁹ CFU/mL
- Lb. sakei WiKim31: 5.9 × 10⁹ CFU/mL
- Lb. curvatus WiKim38: 3.4 × 10⁹ CFU/mL
- Lb. sakei WiKim89: 1.3 × 10⁹ CFU/mL
- Lb. plantarum WiKim90: 6.7 × 10⁹ CFU/mL
- Lb. sakei subsp. sakei WiKim95 : 5.2 × 10⁹ CFU/mL
▪ 공장규모 스케일 업 공정 개발
- 5 kL 스케일에서 5 L 대비 95%이상 생산수율 달성
▪ 저온전처리법을 이용한 김치미생물 생존율 증진법 개발
- 저온전처리 생존율 증진기작 구명: 세포내 양이온 유입 및 세포벽 다당류 생산 증가
- 과냉각 전처리 및 동결건조 후 8주 저장생존율 80%이상
▪ 식품첨가등급의 보호소재 선정
- 커피박 자원화 기술 기반 식품첨가등급 보호소재 개발

□ 김치미생물 기반 친환경 식물보호 기술 개발 < 위탁 >
▪ In vitro, In vivo 생물검정을 통한 살선충 우수 김치유산균 7균주 선발
- 균주목록: #4, #18, #99, #115, #282, #369, #554, WiKim0069
▪ 우수 균주의 살선충활성 실증
- 화학제와 유사효과 구현 균주: #4 & WiKim0069
▪ 시너지효과 물질 탐색
- 유산균과 합제 가능한 시너지스트 선발: 말레산, 황산구리

○ 연구성과 활용실적 및 계획
▪ 김치미생물 생산 최적화를 통한 산업적 생산시스템의 확립
▪ 김치종균 공급을 통한 김치산업 활성화 및 김치품질향상
▪ 맞춤형 종균 적용 기술 개발 및 산업적 생산·공급시스템 구축을 위한 기반기술 확보
▪ 김치종균의 산업적 발효생산 공정 및 산업체 공급 기반 기술 개발을 통한 종균김치의 가격경쟁력 확보
▪ 김치품질 향상으로 김치산업 활성화 및 수출증대 효과
▪ 김치 유산균을 이용한 신규 미생물 살선충제 제품 개발
▪ 김치미생물자원 고부가가치화

(출처 : 초록 203p)

Abstract ▼

□ Purpose & Contents
The purpose of this study was to establish kimchi starter production and supply chain system for kimchi industry through the screening, industrial application, largescale production. Contribution of development of kimchi industry and createindustrial added-value of kimchi sta

□ Purpose & Contents
The purpose of this study was to establish kimchi starter production and supply chain system for kimchi industry through the screening, industrial application, largescale production. Contribution of development of kimchi industry and createindustrial added-value of kimchi starter based on outcome of this study.

□ Results
○ Development of Industrialization Technology of Kimchi Starter for Enhancement of Kimchi Quality
▪ Starter for self-life extension and standardization of kimchi(refrigerate 60 days)
① Single starter : 15 strains
- Starter for self-life extension(Within 1% of acidity): 7 strains(Leu. mesenteroides LM20, Wei. cibaria WC443, Lb. sakei LS100, Lb. sakeiLS102, Lb. sakei LS206, Lb. sakei LS260, Lb. curvatus LC16)
- Starter for standardization(Dominance rate of starter: more than 70%):9종(Leu. mesenteroides LM12, Leu. mesenteroides LM276, Lb. sakei LS97,Lb. sakei LS100, Lb. sakei LS102, Lb. sakei LS206, Lb. sakei LS260, Lb.curvatus LC16, Lb. planatarum LP8
- Starter for sensory excellence 8 strains: Leu. mesenteroides LM12, Leu. mesenteroides LM20, Leu. mesenteroides LM276, Wei. koreensis WK195,Lb. sakei LS102, Lb. sakei LS206, Lb. sakei LS260, Lb. curvatus LC16
② Mixed starter: 2 cases
- Leu. mesenteroides WiKim32 + Kluyveromyces marxianus YM
- Lb. curvatus WiKim38 + Kluyveromyces marxianus YM

▪ Development of industrial application technology of Kimchi starter
① Fermentation factors(Season/temperature)
- Seasons: spring/summer/autumn(initial microbial bacteria: 10⁵~10⁶ CFU/g)→ starter addition amount 10⁷CFU/ mL, winter(initial microbial bacteria:10⁴~10⁵ CFU/g) → starter addition amount 10⁶~10⁷ CFU/mL
- Distribution Temperatures: 6℃ > -2℃ > 0℃ > 10℃
② Starter detection technology in kimchi : 3 cases
- Plasmid-specific multiplex PCR(WiKim32, WiKimK33), colorimetric detection using LAMP, Indirect Enzyme-Linked Immunosorbent assay
③ Technology transfer and commercialization of starter kimchi
- Technology transfer of 3 starter strains(WiKim32, WiKim33, WiKim38), commercialization of starter kimchi(320-700 tons produced starter kimchi)

○ Development of plasma-based sterilization technology for reducing microorganisms originated from kimchi ingredients(Convergence Research)
▪ Investigation of the combined effect of DBD cold plasma and RF heating on microbial inactivation of red pepper powder and garlic powder
- Intermittent pasteurization with DBD plasma: 3.4 log CFU/g reduction in the populations of E. coli O157:H7 and S. aureus inoculated in red pepperpowders
- Intermittent pasteurization with RF heating followed by DBD plasma treatment: Reduction in the populations of E. coli O157:H7 and S. aureusinoculated in red pepper powders to below detection limit(1 log CFU/g)
- Combined treatment with RF heating and DBD cold plasma: 3.2 log CFU/g reduction in the populations of E. coli O157:H7 inoculated in garlic powders
▪ Investigation of the inhibitory effects of red pepper powder and garlic powder-derived microorganisms using DBD plasma-based sterilization system
- Treatment of red pepper powder by the DBD plasma-based sterilization system: Reduction in the populations of coliforms in red pepper powders to below detection limit(1 log CFU/g)
▪ Evaluation of laboratory-scale PAW generation system on microbial inactivation of salted kimchi cabbage
- PAW single washing treatment: 1.0∼2.2 log CFU/g reduction in the populations of total aerobic bacteria, total lactic acid bacteria, coliforms,and yeast and molds in red pepper powders and verification of superiorantimicrobial effect compared to tap water and 100 ppm NaOCl washing treatments
▪ Development of washing process of salted kimchi cabbage using PAW washing and mild heating
- Combined treatment with PAW washing and mild heating: 3.8 log CFU/g reduction in the populations of total aerobic bacteria in red pepper powders and reduction in the populations of total lactic acid bacteria, coliforms, andyeast and molds in red pepper powders to below detection limit(1 log CFU/g)

○ Process development of mass production and formulation technology of kimchi starter
▪ Process development of kimchi stater for the mass production
- Wei. cibaria WiKim28 : 4.4 X 10⁹ CFU/mL
- Lb. sakei WiKim31: 5.9 X 10⁹ CFU/mL
- Lb.curvatus WiKim38: 3.4 X 10⁹ CFU/mL
- Lb.sakei WiKim89: 1.3 X 10⁹ CFU/mL
- Lb.plantarum WiKim90: 6.7 X 10⁹ CFU/mL
- Lb.sakei subsp. sakei WiKim95 : 5.2 X 10⁹ CFU/mL
▪ Development of successful scale up process from a 5 L jar to a 500 L pilot scale, archiving more than 95% of product yield.
▪ Shelf life extension of freeze-dried kimchi starter using cold-adapted pretreatment
- Mode of action: increase in cation influx and the thickness of the surface layer
- 80% viability guaranteed during 56-day storage
▪ Development of food-grade cryoprotectant
- Coffee residue extract

○ Development of eco-friendly technology for plant protection based on microorganisms in kimchi < commissioned >
▪ In vitro, In vivo screening of nematicidal microorganisms
- Strain No.: #4, #18, #99, #115, #282, #369, #554, WiKim0069
▪ On-site field test
- Strain No.: #4, WiKim0069
▪ Selection of synergist
- Candidate : maleic acid, copper sulfate

□ Expected Contribution
○ Mass production strategy can meet the line of cost effectiveness of practical use of kimchi starters
○ Fundamental technology concerning microbial formulation makes it possible for supply chain of kimchi starters
○ Practical use of kimchi starters strengthens the competitiveness of kimchi manufacturers, having price competitiveness of commercial kimchi
○ Exportation abroad can be promoted by extended shelf-life of kimchi
○ Technical utilization of kimchi starters in the field of food and agriculture enhances the value of lactic acid bacteria

(출처 : SUMMARY 10p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 5
• 보고서 요약서 ... 6
• 국문요약문 ... 7
• SUMMARY ... 10
• CONTENTS ... 13
• 목차 ... 14
• 제1장. 연구 개발 과제의 개요 ... 15
• 제1절 연구개발의 목적 ... 15
• 제2절 연구 개발의 필요성 ... 15
• 제3절 연구개발 범위 ... 20
• 제2장. 국내외 기술 개발 현황 ... 22
• 제1절 국내외 김치시장 동향 ... 22
• 제2절 국내외 기술 및 연구현황 ... 26
• 제3장. 연구 수행 내용 및 결과 ... 32
• 제1절 김치품질 향상 및 표준화를 위한 종균의 활용기술 개발 ... 32
• 1. 연구수행 방법 ... 32
• 2. 연구내용 및 결과 ... 45
• 제2절 플라즈마 기반 김치재료 유래 미생물 제어기술 개발(융합) ... 95
• 1. 연구수행 방법 ... 95
• 2. 연구내용 및 결과 ... 109
• 제3절 김치종균 대량생산 공정 및 활성유지 제형기술 개발 ... 134
• 1. 연구수행 방법 ... 134
• 2. 연구내용 및 결과 ... 139
• 제4절 김치미생물 기반 친환경 식물보호 기술 개발 ... 167
• 제4장. 목표 달성도 및 관련 분야 기여도 ... 174
• 제5장. 연구 결과의 활용 계획 ... 176
• 제6장. 연구 과정에서 수집한 해외 과학 기술 정보 ... 178
• 제7장. 국가과학기술종합정보시스템에 등록한 연구 시설·장비 현황 ... 192
• 제8장. 참고 문헌 ... 193
• 제9장. Appendix (연구성과 실적) ... 198
• 최종보고서 초록 ... 203
• 끝페이지 ... 206