초록 ▼

○ 연구개발 목표 및 내용
- 목표 : 김치의 생산여건 및 환경의 변화 등으로 인해 발생 가능한 위해요소에 대한 분석법을 확립하고, 새로운 위해물질에 대한 저감화 기술 및 신속검출법을 개발하여 김치의 위생안전성을 확보하기 위함
- 내용
■ 김치의 안전성 확보를 위한 위해요소 검출법 확립 및 신속검출기술 개발
• 김치의 안전성 확보를 위한 검출법 연구
- 잔류농약(250종) 분석법 확립, 김치 첨가물 동시분석법 확립(20종)
- 니트로사민 및 질소화합물 분석법 확립, 비소 종 분리를 통한 젓갈류 오염도

○ 연구개발 목표 및 내용
- 목표 : 김치의 생산여건 및 환경의 변화 등으로 인해 발생 가능한 위해요소에 대한 분석법을 확립하고, 새로운 위해물질에 대한 저감화 기술 및 신속검출법을 개발하여 김치의 위생안전성을 확보하기 위함
- 내용
■ 김치의 안전성 확보를 위한 위해요소 검출법 확립 및 신속검출기술 개발
• 김치의 안전성 확보를 위한 검출법 연구
- 잔류농약(250종) 분석법 확립, 김치 첨가물 동시분석법 확립(20종)
- 니트로사민 및 질소화합물 분석법 확립, 비소 종 분리를 통한 젓갈류 오염도 조사
• 김치 내 위해요소 신속검출법 연구
• PCR/CE 기반 식중독균 검출 기술 개발
• (위탁) PCR 기반 발색진단키트 시제품 성능 검증
• 김치 수출국 검역기준 검사법 확립 및 유효성 검증 및 김치적용
- 각 수출국 검역 기준규격 조사 및 검사법 조사
■ 김치의 위해요소 저감화 기술 개발
• 천연 항균활성 물질 탐색
- 김치 원·부재료 및 천연 추출항균물질 탐색
- 천연 항균물질 추출법 최적조건 확립
- 위해요소(식중독균, NA 등) 제어 효과 스크리닝 분석 및 물질 선별
- 식중독 세균을 대상으로 디스크확산법(paper disc method) 수행
- 선정된 항균물질의 재현성 검증
■ (융합) 김치의 지능형 안전유통시스템 구축을 위한 품질관리 기술 개발
• 김치 유통 중 모니터링 가능한 주요 표준지표 설정 및 효용성 검증
• 유통 단계별 품질관리 표준지표 설정 및 김치의 품질정보 표시방안 확립
• 품질관리 표준지표와 품질정보 표시지표와의 상관관계 분석
• 김치의 품질지표 예측모델 개발

○ 연구결과
1. 김치의 안전성 확보를 위한 위해요소 검출법 확립 및 신속검출기술 개발
■ 김치의 안전성 확보를 위한 이화학적 위해요소 분석법 확립
• 김치의 안전성 확보를 위한 검출법 연구
- 김치 첨가물 동시분석법 확립(20종) : 기존 7종(전처리 30분, 분석 10분 -> 20종(전처리 30분, 분석 15분), 김치시료 형태 및 추출 용매에 따른 분석법 최적화, 장류 분석법 적용을 통한 타식품 적용 가능성 확인
- 잔류농약(250종), 니트로사민 및 질소화합물(바이오제닉 아민), 프탈레이트 분석법 확립 : 김치 원부재료에서 발생 가능한 위해요소의 분석법 확립 및 유통 김치시료의 모니터닝을 통한 기초 자료 확보
- 비소 종 분리를 통한 젓갈류에서 발생 가능한 유․무기 비소 검출 및 젓갈류 안전성 확인
■ 김치 내 위해요소 신속검출법 연구
- mPCR/CE 기반 식중독균 동시다중 검출 기술 개발 및 김치 적용 평가
: 위생지표균(6종)에 대한 mPCR 조건과 PMA 처리를 통한 CE 최적분석 동시검출 기술 확립
- (위탁) PCR 기반 발색진단키트 시제품 성능 검증 및 김치적용
■ 김치 수출국 검역기준 검사법 확립 및 유효성 검증
- 각 수출국 검역 기준규격 조사 및 검사법 조사 확립/유효성 검증
: 중국 절임식품 규격의 질산염 및 아질산염 분석법 확립 및 시료 모니터링
- 김치 내 알레르겐(새우, 대두) 및 GMO 검출을 위한 상용화 키트 적용
: 잠재적 유해요소인 알레르겐 물질 및 GMO 분석법 확립 및 김치 적용성 평가
2. 김치의 위해요소 저감화 기술 개발
■ 천연 항균활성 물질 탐색
• 김치 원·부재료 및 천연 추출항균물질 탐색
- 김치 적용 가능한 천연소재(염생식물 5종), 김치 유래 유산균 10종 발굴 및 phenolic compounds 4종 탐색
• 천연 항균물질 추출법 최적조건 확립
: 천연소재(염생식물)에 대한 주정을 활용한 최적 추출조건 확립
• 위해요소(식중독균, NA 등) 제어 효과 스크리닝 분석 및 물질 선별
: 선정된 19종의 식중독균 및 배추무름병 원인균 제어효과 확인
• 식중독 세균을 대상으로 디스크확산법(paper disc method) 수행
• 선정된 항균물질의 재현성 검증
■ 선별 물질 유효성 평가
• 위해요소 항균활성 유효성분 분리·정제
- LC/MS/MS, HPLC, GC/MS 분석을 통한 주요 화합물 규명(플라보노이드 유도체 및 지방산 등) 및 활성 평가
• 위해요소(식중독균, 바이러스) 제어 효과 검증, 현탁액시험법을 통한 유효성 평가
- 염생식물 2종(함초, 칠면초 Butanol fraction) 처리군 노로바이러스 제어효과 확인(2 log genomic copies 이상)
■ 천연 항균활성 물질의 소재화
• 동물세포 독성 평가를 통한 안전성 검증
- CCK assay를 통한 저감화 소재의 안전성 확인(90% 이상 생존) 및 유용균 저해 활성 검증
• 항균활성 물질별 최적 처리 농도 도출
- 식품공전 등록 식중독균 10종에 대한 100% 생육 제어 효과를 나타내는 최적 처리농도 및 처리 시간 확립
• 천연항균물질 소재화 및 현장적용 평가
- 김치 제조 공정 단계별 저감효과 확인(추출물 1% 농도, 24시간 처리 시 바실러스 세레우스 3-4 log CFU/g 100% 저감, 저감화 소재 적용 김치 제조를 통한 관능적 특성 분석(유의적 차이 없음)
• 타 식품산업 등 적용가능성 평가
- 시판 샐러드에 갯방풍 주정추출물 처리후 바이러스 저감효과 확인(세척 전 3 log CFU/g -> 저감소재 처리 후 1 log CFU/g)
3. 김치의 지능형 안전유통시스템 구축을 위한 품질관리 기술 개발
■ 산업적 안전·유통시스템 개발(김치 품질 예측 기반기술, 센서 네트워크 기반기술 적용)
• 유통환경 변화에 따른 김치 품질특성 구명
- 김치 발표 중 유산균, pH, 총산도 변화에 따른 지시계 색도 변화 패턴 상관관계 분석을 통한 품질지표 예측 회귀방정식 도출(4, 10 ℃)
■ 김치 유통품질관리시스템 개발 및 현장운용을 위한 예측시스템 개발
• 김치의 지능형 품질지표 예측시스템 개발
- 현장 운용을 통한 운용 전·후 품질 향상효과 검증(신뢰도 70%, 오차도±5%이내)

○ 연구성과 활용실적 및 계획
본 연구과제를 통해 총 17편의 SCI(E) 논문과 2편의 비SCI 논문을 게재하였고, 3건의 국내특허 등록과 7건의 국내특허가 출원되었다. 이와 관련하여 등록된 2건의 특허를 기술이전 하였고, 연구를 통해 신규로 발견된 균주에 대해서 1건에 대해서는 물질이전을 수행하였다. 향후 저감화 소재 및 균주의 추가 기능성을 입증하고 김치 및 식품 적용을 통해 개발된 기술을 지속적으로 기술이전을 추진할 계획임. 또한 위해요소 신속검출 기술인 식품첨가물 분석법에 대해서는 김치 및 타식품에 적용하여 관련 기관과 협의를 통해 표준 분석법으로 활용 가능성에 대해 서도 검토할 계획임. 본 연구에서 확립 및 개발된 분석법을 활용한 김치 모니터링 결과는 김치의 위생안전기준설정 및 저감화 관련 분야의 정책자료로 활용할 계획임.

(출처 : 초록 180p)

Abstract ▼

Ⅳ. R&D results
1. Establishment of a hazardous factor detection method and development of a rapid detection technology for confirming the safety of kimchi
▪ Establishment of a physicochemical hazardous factor detection method for confirming the safety of kimchi
- We analyzed potential hazar

Ⅳ. R&D results
1. Establishment of a hazardous factor detection method and development of a rapid detection technology for confirming the safety of kimchi
▪ Establishment of a physicochemical hazardous factor detection method for confirming the safety of kimchi
- We analyzed potential hazardous factors to evaluate the safety of domestically distributed kimchi. Based on individual analysis using conventional HPLC, a novel detection method for analyzing 20 typed of kimchi additives in 5.5 minutes was developed using a sensitive LC/MS/MS method. The results showed a higher sodium saccharin level in Chinese kimchi products compared to domestic kimchi products. The versatility of the method was confirmed by applying the developed detection method to other products. The method may be used for food additive analysis not only in kimchi products but also in other foods. In addition, analysis of residual pesticides, nitrosamines, nitrogen compounds (biogenic amines), and phthalates, which are possible hazardous factors present in kimchi ingredients, was optimized, and domestically distributed kimchi products were analyzed to obtain basic data. In most kimchi products, physicochemical hazardous factors were found to be at safe, low, or undetectable levels. Furthermore, the contamination level and safety were confirmed through the arsenic speciation method used for salted fish. Based on the establishment of a hazardous factor detection method and monitoring, the safety results for distributed kimchi product may be used as basic data for determining safety standards for kimchi products in the future.
▪ Research on rapid detection of hazardous factors in kimchi
- Among the possible hazardous factors, biological hazardous factors during the manufacturing process of kimchi require sustained control. We have developed a technology based on PCR/CE without the DNA extraction step, for simultaneous detection of food poisoning bacteria, as indicators of kimchi sanitation. We applied the method for detection of six species of food poisoning bacteria in kimchi products to confirm its potential. Through PMA treatment, dead cell reactions that do not actually cause food poisoning were blocked and an optimal condition was established with CE and PCR for amplifying selective reactions in live cells. The method developed in this study could be used for screening six food poisoning bacterial species in kimchi, thus contributing to ensuring the safety of kimchi products. Additionally, we validated and applied a separation pretreatment technology using magnetic nanoparticles and a color-based diagnostic kit on four food poisoning bacteria species in kimchi. We believe that continuous research is required for manufacturers to develop a kit for direct use on-site.
▪ Establishment and validation of quarantine standard inspection methods for kimchi-importing countries
- Each country importing kimchi from us has very different quarantine standards and there a solution is needed to address these differences. In this study, the standards and detection methods adopted by four countries (China, Japan, USA, and Taiwan) to which domestic kimchi products are exported were investigated to establish the detection method required for exporting. According to the Chinese pickling product standards, nitrate and nitrite standards have already been established using an ion chromatography method, which is different from the domestic color-based diagnostic method. In this study, a detection method was established to monitor kimchi products in the market.
Currently, kimchi products do not indicate allergen-containing ingredients and the presence of allergens and GMO may need to be addressed in the future. Therefore, a kimchi optimization experiment was conducted using commercially available detection kits, and the presence of allergen substances in salted shrimp was confirmed. However, in the case of GMO, low GMO DNA could not be amplified, thus confirming that GMO crops were not in use in kimchi products. Thus, it was shown that a more sensitive kit needs to be developed in the future.

2. Development of technology to reduce levels of kimchi hazardous factors
▪ Search for natural antimicrobial ingredients
- We have identified natural ingredients that can reduce levels of biological hazardous factors (food poisoning bacteria, norovirus) and quality hazardous factors (cabbage soft-rot disease) that may contaminate kimchi during its manufacture and confirmed their antimicrobial activity against these factors. Hence, totally, 19 ingredients, comprising 5 species of salt plants (Glehnia littoralis, Salicornia herbacea, Spergularia marina Griseb, ice plant, and Suaeda japonica), 10 species of kimchi-derived lactobacillus, and 4 species of phenolic compounds were identified. On testing for antimicrobial activity, 10 ingredients (5 salt plant extracts and 5 lactobacillus) were found to be excellent against hazardous factors. The application of the selected natural ingredients for reducing hazardous factor levels demonstrated 100% inhibition of food poisoning bacteria and Pectobacterium carotovorum subsp. carotovorum (PCC), which causes cabbage soft-rot disease at a 3-4 log scale.
▪ Development of norovirus detection technology and control materials
- Human norovirus, a water- and foodborne virus, is difficult to detect in food and environmental samples. In this study, we developed a technology to induce RNA to bind propidium monoazide (PMA) via a photoactive reaction to inhibit the amplification of inactive viruses and allow for selective detection of active norovirus. In addition, we confirmed that norovirus can be controlled during the cabbage pickling stage, as shown by a 3 log reduction, on treatment for 12 hours with salt plant extracts (S. herbacea and S. japonica), which are known for their hazardous factor-reducing effects.
▪ Identification of major compounds in microbial level-lowering ingredients
- The active components of the selected hazardous factor-reducing ingredients (G. littoralis and S. herbacea) were identified by LC/MS/MS, HPLC, and GC/MS analyses, and the food poisoning bacteria-lowering effects of the main compounds were confirmed. Thus, 91 G. littoralis-derived compounds and four novel flavonoid derivatives (kaempferol 3-O-β -rutinoside, cynarin, spiraeoside, purpurin), which have antimicrobial activities, were identified. In S. herbacea, 5 phenolic acids (vanillic acid, caffeic acid, p-coumaric acid, chlorogenic acid, sinapic acid) with antimicrobial activity and 6 species of fatty acids (linoleic acid, palmitic acid, oleic acid, linolenic acid, stearic acid, butyric acid) were identified.
▪ Evaluation of the applicability of natural antimicrobial ingredients to kimchi
- To commercialize the selected hazardous factor-lowering ingredients, we evaluated their action at each step of the kimchi manufacturing process. After treatment of the cabbage pickling process with the antimicrobial ingredient (e.g., G. littoralis extract) at 1% concentration for 24 hours, 100% reduction of B. cereus was achieved at 3-4 log CFU/g.
When the antimicrobial ingredient was added at 1% concentration during kimchi seasoning, no B. cereus was detected after 30 days of storage, whereas 1.5 log CFU/g was detected in seasoning not treated with the ingredient. Furthermore, the antimicrobial ingredient did not affect the sensory characteristics of the pickled cabbage, seasoning, and kimchi, which confirms its applicability. On evaluating the applicability of the antimicrobial ingredient in other foods, 99.9% reduction in B. cereus was achieved in a commercial salad treated with the ingredient compared to an untreated salad.

3. Development of quality control technology for intelligent safe distribution system of kimchi products
- Kimchi is a fermented food that is affected by conditions such as temperature during its distribution. It is difficult for consumers to understand the product condition. Therefore, development of quality control technology is required to identify the quality characteristics, depending on various distribution condition changes, and to ensure security of consumer choices. In this study, lactobacillus pH and total acidity were set as a standard index and a regression equation was derived for prediction of a quality table at 4 and 10 °C by analyzing the correlation patterns between indicator color changes and external environmental changes. Development of an intelligent quality index prediction system for kimchi led to the verification of quality improvement in products before and after (within 70% confidence level and within ±5% error). The establishment of a distribution system for kimchi is difficult at this point and the applicability may be likely if Kimchi is added to the distribution of fresh produce in the future.

(출처 : SUMMARY 10p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 3
• 국 문 요 약 문 ... 4
• SUMMARY ... 8
• CONTENTS ... 14
• 목차 ... 15
• 제 1 장. 연구개발 과제의 개요 ... 16
• 제 1 절. 연구 개발 목적 ... 16
• 제 2 절. 연구 개발의 필요성 ... 16
• 제 3 절. 연구 개발 범위 ... 21
• 제 2 장. 국내외 기술 개발 현황 ... 22
• 제 1 절. 김치의 위해요소 검출 및 저감화를 위한 적용기술 개발 ... 22
• 제 2 절. 김치의 지능형 안전유통시스템 구축을 위한 품질관리 기술 개발 ... 28
• 제 3 장. 연구개발 수행 내용 및 결과 ... 31
• 제 1 절. 김치의 안전성 확보를 위한 위해요소 검출법 확립 및 신속검출 기술 개발 ... 31
• 제 2 절. 김치 위해요소 저감화 기술 개발 ... 101
• 제 3 절. (융합) ICT 융합 김치 안전·유통관리시스템 개발 ... 141
• 제 4 절. (위탁) 유전학적 분자진단 기술을 이용한 김치관련 유해균의 고감도 현장용 발색진단 Kit 개발에 관한 연구 ... 148
• 제 4 장. 목표달성도 및 관련분야 기여도 ... 161
• 제 1 절. 연구성과 (개발기술의 완성도) ... 161
• 제 2 절. 관련분야 기여도 ... 163
• 제 5 장. 연구개발 성과 및 성과활용 계획 ... 164
• 제 1 절. 연구개발 성과 ... 164
• 제 2 절. 성과활용 계획 ... 169
• 제 6 장. 연구개발 과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 170
• 제 7 장. 연구시설·장비 현황 ... 175
• 제 8 장. 참고문헌 ... 176
• 최종보고서 초록 ... 180
• 끝페이지 ... 182