Foods 2022, 11(7), 1020; https://doi.org/10.3390/foods11071020
초록
한국의 전통 발효음식인 고들배기김치(LGK)의 발효 및 항산화 특성을 조사하였다. 연구를 위해 LGK 김치는 고들배기 김치에 고춧가루, 새우젓, 소금, 파 등을 넣고 5C에서 6개월간 발효시켰다. 발효 과정에서 pH가 감소하고 총 산도가 증가하였다. 또한 젖산균과 효모는 증가하였으나 총 생존가능수는 감소하였다. LGK는 메탄올, 에탄올, 물 중 메탄올 추출물로 DPPH-scaving 활성, 페놀 함량, 아질산염-scaving 활성이 가장 높게 나타났다. 또한 항균활성이 높은 LGK 김치 중 균주를 선별하여 분리하였습니다. 유산균 20종을 대상으로 항균 활성을 검사한 결과 항균 활성이 높은 유산균 9종을 분리해 확인했다. 이러한 결과를 고려할 때 LGK는 항균 효과가 있는 상당한 항산화 활성에 효과적인 식품이 될 것으로 기대된다. 이러한 결과는 고들배기 김치 연구의 기초자료가 될 것으로 기대된다.
1. 도입
최근 각종 질병 예방에 천연물의 인기가 높아지고 있다. 특히 항암 및 면역 증강 물질의 발견에 초점을 맞춘 연구가 진행되는 등 천연 화합물의 항암 특성이 관심을 끌고 있다. 또한, 연구는 천연 물질의 항산화 활성과 그 추출 과정을 조사했다[1,2,3,4,5,6].
한국의 남부 지방에서, 익세리손치폴리아 한스는 쓴맛이 강한 산나물로, 고들배기로 알려져 있으며, 아스테라과 민들레속(타락사쿰)에 속한다. 한국의 산과 들에서 다양한 종류의 고들배기가 재배되고 있다[7]. I. sonchifolia, Ixeris denticate (Hottu), Lactuca indica L. var. laciniata 등 총 9종이 있다. I. 손치폴리아는 중국의 북동쪽 지역에도 널리 분포한다. I. 손치폴리아는 또한 중국에서 건강 증진을 위해 수년 동안 사용되어 온 민간 의약품이다[8].
김치는 배추, 양파, 고춧가루, 마늘, 생강, 그리고 야채로 만든 한국 발효 음식입니다. 김치는 비타민, 플라보노이드, 다양한 페놀 화합물과 같은 항산화 물질과 복잡한 발효 과정에 관여하는 풍부한 유산균(LAB)을 포함한 기능성 성분의 풍부한 공급원이다. 김치는 또한 유리당, 미네랄, 아미노산, 지방산, 폴리페놀, 플라보노이드, 그리고 트리테르펜을 함유하고 있습니다. 김치의 건강상의 이점은 장 건강을 증진시키고 변비를 예방할 뿐만 아니라 돌연변이 유발과 항암 효과를 나타내는 것을 포함한다. I. 손치폴리아는 한국에서 김치 피클이나 김치를 만드는 데 널리 사용된다. 고들배기 김치는 한국의 남부지방에서 주로 사용되어 왔으며 지역의 향토음식으로 자리잡았다.
고들배기는 봄에 생나물로 먹거나 가을에 김치에 담가서 먹는 것으로, 혈액순환을 좋게 하고 혈액을 소모시켜 지혈통을 완화시키는 효능이 있다고 알려져 의학적으로 사용되어 왔다[1,9,10,11]. 다양한 종류의 김치 중에서 남부 지방에서 별미로 소비되는 고들배기 김치는 폴리페놀과 식이섬유를 다량 함유하고 있다[12].
최근, 고들배기는 심혈관 질환[13,14]과 항산화 능력의 산화 스트레스 조절 메커니즘[15]과 관련이 있었다. 현재 고들배기에 대한 연구는 주로 항산화제[10,16]와 항종양제[17]와 HPLC/MS에 의한 성분분석을 목적으로 하고 있으며, 고들배기의 효능은 고들배기, 고춧가루, 마늘, 생강 등에 존재하는 다양한 화합물과 LAB(Lac)에서 생산되는 물질들로 강조되고 있다tic acid bactery) 발효 과정 [18]. 고들배기에서 LAB의 성장은 다양한 물질의 생성을 유발하는 유익한 프로바이오틱스 역할을 한다[19]. 발효 과정에서 LAB에 의해 생성된 대사산물에 대해 다양한 항산화 효능이 보고되고 있어 기능성 식품으로서의 고들배기에 대한 관심이 높아지고 있다[20]. 따라서 본 연구에서는 고들배기 김치의 저장기간에 따른 물리화학적 특성, 항산화 활성, 항균 활성을 비교 분석하였다. 또한 고들배기 김치가 건강기능식품소재로서 가지는 잠재력을 조사하였다.
2. 고들배기 김치의 pH와 산성도
보통 김치 발효 초기에는 pH, 산도, 미생물 조성이 매우 활발하게 변화한다[29]. 이러한 매개변수는 김치의 맛에 영향을 미치는 동시에 김치의 품질을 판단하는 지표로 사용될 수 있다. 발효기간에 따른 SGK의 pH 및 산도 값 변화는 하기 표 1과 같다. 초기에 SGK의 평균 pH는 4.43이었고, 산도 값은 0.46%였다. 그 후, 4°C에서는 pH가 감소하는 경향이 있었으며, 발효가 진행됨에 따라 산도 값이 증가하였다. 따라서 6개월 동안 LGK의 평균 pH와 산도 값은 각각 4.20%와 0.92%에 달했다. 보조 재료의 구성, 염도, 저장 온도와 같은 다양한 조건들이 숙성 김치의 pH에 영향을 미친다[30]. 또한, LGK의 산성도 증가는 김치 맛에도 영향을 미치는 유기산의 생성 때문이라는 결과가 나왔다[20,31,32]. pH 결과는 이전에 보고된 전형적인 발효 과정의 결과와 유사했다[33]. 고들배기 김치의 발효 과정에서 pH나 총산성 함량의 변화는 숙성도를 나타내는 지표로 흔히 사용된다. 고들배기 김치 소비를 위한 최적의 조건은 pH 약 4.2~4.4, 산도 값 0.5~0.75%이다[34,35].
16S rRNA 시퀀싱에 의한 식별
총 9개의 LAB 균주가 항균 활성에 기초하여 16S rRNA 염기서열 분석을 위해 선택되었다. 16S rRNA 염기서열 분석 결과, 4번 균주는 NBRC 15893에서 L. sake와 100% 상동성을 보였다. 균주 9는 락토바실러스 그라미스 G90과 99.09% 상동성을 보였으며, 검체 1, 2, 3, 5, 6, 7, 8은 L. sakei subsp와 99.86% 이상 상동성을 보였다. DSM 20017. 그림 2는 인접 결합 방법으로 구성된 계통수와 균주의 16S rRNA 유전자 서열을 보여준다. 결론적으로, LGK에는 다양한 종류의 LAB가 존재했지만, 우리 연구에서 LGK 분리막에서 발견된 항균 활성을 나타내는 주요 유형은 L. sakei와 L. graminis였다. 이 균주들은 유사한 형태학적 특징을 보여주었고, 둘 다 항산화 분자를 분비한다. 특히 L. sakei는 우리의 결과와 유사한 항균 효과가 있는 항산화제를 주로 생산하는 육류 보존 및 발효에 핵심적인 역할을 했다[46,47,48]. 분리된 균주는 천연 방부제 제조 및 특정 발효 식품 제조 시 천연 첨가물로 널리 사용될 수 있다. 또한 발효기간이 고들배기 김치의 추출 수율, DPPH 소기, 총 페놀 함량, 항산화 활성에 영향을 미치는 것으로 나타났다. 이 자료들은 고들배기 김치의 기본적인 모습을 묘사하고 있다. 그럼에도 불구하고 고들배기 김치의 가치를 정립하기 위해서는 보다 다양한 기능성 재료와 다양한 생리적 기능성 비교 연구가 필요하다.
표적균에 대한 유산균 분리의 항균 활성
LAB의 항균 활성 예비 선별은 LGK에서 분리된 20개의 균주에 대해 검증되었다. 그 중 항균 효과가 있는 균주 9개를 선별해 1~9번으로 번호를 매겼다. 표 4의 결과는 LAB 균주의 항균 활성이 그람 음성 세균에는 효과적이었지만 그람 양성 세균에는 효과적이지 않았음을 보여준다. 예를 들어, 샘플 1은 대장균(KCCM 21052)의 경우 >1.5 mm, S. 티피무륨 P99의 경우 1.2-1.5 mm의 강한 억제 영역을 가졌다. 검체 4, 6, 9는 대장균(KCCM 21052)과 S. 티푸스 P99에 대해 1.0mm 이상의 명확한 억제 구역을 보였습니다. 그러나 이 균주는 S. aureus KVCC BA1100335 및 L. monocytogenes KVCC BA0001449와 같은 그람 양성 박테리아에 대한 억제력이 없었다. 이것은 그람 양성 박테리아의 세포벽이 항균성 화합물의 진입을 방해하기 때문일 수 있다. 이전의 연구는 L. sakei가 L. innocua와 S. aureus에 약한 항균 효과가 있다는 것을 보여주었다[43]. 본 연구에서는 LAB에 의한 LGK 발효 과정에서 생성된 항균성 화합물이 그람 음성 식품 매개 병원체 2개에 대해 높은 항균 활성을 갖는다는 것을 발견하였다. 따라서, LGK로부터 격리된 LAB는 식품 안전과 식품 유통 산업에 중요한 천연 방부제를 만드는 데 사용될 수 있다[44,45].
3. 결론
