■ 김치 종류에 따른 유산균의 생물학적 및 기능적 특성

 

공동연구자
김인철 목포대학교 식품공학과 교수

고강희 목포대학교 연구 교수
유문려 중국노동대학교 교수
은 걸 중국 식품안전청 연구원
이현희 목포대학교 식품공학과 석사

김치는 제조 환경, 원료, 제조자 등에 따라 맛, 조직감 등의 특성이 다양하지만 발효에 관여하는 유산균은 매우 한정적이어서 김치 종류에 따른 유산균의 생리적 특성 차이가 있을 것으로 추정된다.

그러나 대부분의 연구 결과가 배추김치를 위주로 유산균의 분포도 및 기능성에 대해 확인해 김치의 종류에 따른 유산균의 생리적 활성에 대한 연구 보고가 없다. 이에 따라 본 연구에서는 배추김치, 깍두기, 열무김치, 갓김치로부터 유산균을 분리, 각 김치 종류에 따른 유산균의 생물학적 및 기능적 특성을 확인해봤다.

이번 연구를 위해 서울, 경기, 전남, 제주, 경상도의 갓김치 124종, 배추김치 99종, 열무김치 62종, 깍두기 33종의 김치를 수집했다. 완숙기에 접어든 먹기 좋은 상태의 김치 10g을 90mL 멸균수와 함께 혼합, 마쇄했다. 마쇄액을 10배 단계 희석한 다음 0.5% CaCO3(w/v)가 들어간 고체 배지에 분주했다.

30℃에서 2일 동안 배양해 CaCO3에 대해 투명환을 형성한 콜로니를 분리하고 분리된 균주는 MRS 액체 배지에 배양한 후, 25% glycerol(글리세린, 무색투명하고 약간 점조한 액체) 저장품을 만들어 -70℃에 보관했다.

그리고 ▲유산균의 생물학적 분석 ▲유산균의 항균력 측정 ▲유산균의 내산성 및 내담즙성 측정 ▲유산균의 장내부착능 측정 등을 통해 결과를 얻었다.

김치, 유산균 기능과 유사
유산균은 발효식품의 주된 미생물로 특히 오랫동안 발효 유제품의 스타터로 이용됐다. 유산균은 ▲정장 작용 ▲면역 조절 ▲항암 및 항돌연변이 효과 ▲콜레스테롤 저하 ▲항알레르기 효과 ▲유당불내증 완화 등의 프로바이오틱 기능성이 알려지면서 산업적 이용분야가 식품에서 의약, 화장품 및 사료 분야까지 확대됐다.

또한, 김치의 유익한 효과는 ▲식욕 촉진 ▲비만 예방 ▲변비 및 대장암 예방 ▲콜레스테롤 감소 ▲항산화효과 ▲항암효과 ▲면역증강 효과 ▲고지혈증 억제 등이다. 이처럼 김치의 발효 효능은 유산균의 기능성과 유사하다는 것을 알 수 있다.

발효, 향균력 지닌 유산균 분포
유산균은 유기산, H2O2 등의 과산화물질, 박테리오신 등의 병원성 균 저해물질을 생산해 유해한 균을 저해하고 장내균총을 개선하는 것으로 알려져 있다.

특히 김치의 발효 시작 단계에서는 원료나 제조과정 중 유입된 Aeromonas 속(아에로모나스, 그람 음성의 간균), Erwinia 속(에르비니아, 식물의 부패병의 병원균), Bacillus 속(간균) 등이 검출됐지만 발효 중반 이후부터 유산균 이외의 균주들이 나타나지 않는다.

이를 통해 김치의 낮은 산도뿐만 아니라 유산균이 생산하는 다양한 항균물질에 기인한 것이므로 김치 종류에 따라 항균력을 지닌 유산균의 분포를 확인했다.

간균 함량, 깍두기 가장 ↑
갓김치, 배추김치, 열무김치, 깍두기로부터 348종의 유산균을 분리해 각 김치 종류에 따른 유산균의 특징을 확인했다.

열무김치의 유산균은 다른 3종의 김치에 비해 간균＋단간균:구균의 비가 5.6:1로 구균의 함량이 적었다. Leuconostoc 속 (속류코노스톡, 젖산균으로 김치의 발효 초기에 주로 생육)으로 추정되는 구균의 함량은 4종의 김치가 모두 유사했으나 젖산균 속으로 추정되는 간균과 단간균의 함량은 깍두기에서 60.7%로 높게 나타났다.

원재료 따라 유산균 생성 달라
다른 김치에 비해 배추김치 유래 유산균 중 18.7%가 plasmid(플라스미드, 세균의 세포 내에 염색체와는 별개로 존재하면서 독자적으로 증식할 수 있는 DNA)가 없었으나 플라스미드를 지닌 유산균 중에는 열무김치 유래 유산균에 평균 4.1±0.5개의 플라스미드 밴드가 나타났다.

세포 외 다당(EPS)을 5mg/mL 이상 생산하는 유산균은 무를 주재료로 한 깍두기와 열무김치에 각각 11.1%, 10.9%로 갓김치와 배추김치보다 많았다. 하지만 배추김치 유래 유산균이 8.4±2.0 mg/ mL의 EPS를 생산해 다른 김치 유래 유산균들보다 1mg 이상 높았다.

갓김치에는 V. parahaemoly ticus(장염비브리오)에 대한 항균력을 지닌 유산균이 많은 반면 열무김치, 배추김치, 깍두기에서 간균, L. monocytogenes(모노사이토제니스, 사람 리스테리아증의 원인균), Salmonella Typhimurium(쥐티푸스균)에 대해 항균력을 지닌 유산균이 갓김치보다 2배 이상으로 나타났다.

김치 종류 따라 특성 달라져
열무김치와 깍두기 유래 유산균 중 43.3%, 45.5%가 내산성을 지녔으며 특히 깍두기의 유산균 중 36.3%가 내담즙성을 나타내 다른 김치보다 많았다. 그리고 Caco-2 세포에 대한 장내부착능을 지닌 유산균은 18.6%의 비율로 갓김치에 가장 많았다.

이러한 결과에서 볼 때, 김치에 함유된 유산균은 종이 한정적임에도 불구하고 김치 종류에 따라 각 김치에 함유된 유산균의 생물학적 특징에 차이가 있었다. 특히 내산성, 내담즙성, 장내부착능을 지닌 유산균이 김치에 따라 차이가 나타남으로써 본 연구의 결과가 프로바이오틱 기능성을 지닌 유산균을 선별하는데 유용한 자료가 될 것으로 기대된다.