김치 유산균 생존율 두 배 향상… 김치(연), 차세대 발효생산기술 개발

작성자세계김치연구소
작성일2025.12.29 12:05
조회수94

- pH·금속이온 정밀 제어로 김치종균의 생존율과 생산성 동시 향상 -

과학기술정보통신부 산하 정부출연연구기관인 세계김치연구소(소장 장해춘)는 김치 발효의 핵심 요소인 유산균(김치종균)의 생존율과 생산성을 동시에 향상시키는 ‘차세대 발효생산기술’을 개발했다고 29일 밝혔다.

[그림 1] pH 조절 및 금속이온 배지 조건에 따른 생균 수 및 동결건조 안정성 평가 모식도

김치종균은 김치의 풍미 형성, 발효 속도 조절, 품질 균일성을 결정하는 핵심 미생물로, 산업 현장에서는 대량생산 과정에서의 높은 생존율과 안정적인 제형화 기술이 무엇보다 중요하다. 종균 품질의 차이는 곧 제품의 품질 편차로 이어지기 때문에, 생산공정 최적화는 김치산업 경쟁력 확보의 핵심 과제로 꼽혀왔다.

박해웅 박사 연구팀은 김치에서 분리한 뉴코노스톡 메센테로이데스(Leuconostoc mesenteroides) WiKim0121을 대상으로 발효 중 pH를 정밀 제어한 결과, 약산성(pH 5.0) 조건에서 동결건조 후 생존율이 89% 이상으로 상승하는 성과를 확인했으며, 이는 기존 대비 약 두 배에 해당하는 수치다.

전사체(유전자 발현) 분석에서는 약산성 환경에서 탄수화물 운반 및 대사 경로(PTS*)와 에너지 생성 경로(Glycolysis)가 활성화되며 세포막 안정성과 세포의 에너지 효율이 동시에 개선된 것으로 확인됐다. 특히 세포막을 구성하는 사이클로프로판 지방산(CFA**)의 비율이 증가해 동결건조 과정에서도 세포 구조가 안정적으로 유지됐다. 이는 그동안 경험적으로만 알려졌던 ‘산도 조절 효과’를 분자생물학적으로 구명한 대표 사례로 평가된다.

* PTS: Phosphotransferase System, ** CFA: Cyclopropane Fatty Acid

[그림 2] 김치 유산균 WiKim0121

또한 연구팀은 김치 유래 유산균인 라티락토바실러스 커바터스 WiKim0094를 대상으로 금속이온(Mg²⁺, Mn²⁺, Ca²⁺) 농도를 통계적 실험계획법으로 최적화해 균체 수율을 기존 대비 5.7배 향상시키는 데 성공했다. 전사체 분석을 통해 금속이온이 단순한 영양소 보충을 넘어 ▷핵산 합성 ▷에너지 대사 ▷세포막 형성 ▷스트레스 내성 유전자를 활성화하는 ‘생리적 신호 인자(Physiological signaling factor)’로 작용한다는 사실도 확인했다.

연구를 이끈 박해웅 박사는 “이번 성과는 김치종균의 품질을 결정하는 pH 및 금속이온의 작용 원리를 과학적으로 밝혀내어, 향후 공정 최적화의 토대를 마련했다는 점에서 의의가 있다”라며, “중소 김치 제조업체들이 경쟁력 있는 가격으로 우수한 김치종균을 이용할 수 있는 기반을 마련했다”고 밝혔다.

연구팀은 이번 기술을 기반으로 대형 발효기 실증 및 장기 품질 평가를 통해 프로바이오틱스와 발효식품 산업 전반으로의 기술 확장을 추진할 계획이다.

이번 연구는 식품과학 분야 국제학술지인 ‘International Journal of Food Microbiology’와 ‘Journal of Microbiology and Biotechnology에 각각 게재됐다.

※논문명: Optimizing Divalent Cation Supplementation to Enhance the Production of the Kimchi Starter Strain Latilactobacillus curvatus WiKim0094 (DOI: https://doi.org/10.4014/jmb.2505.05011) *(교신) 박해웅 박사, (제1) 김슬비 연구원

※논문명: Mild acidic stress enhances freeze-drying survival in Leuconostoc mesenteroides WiKim0121 by activating carbohydrate transport and metabolism (DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijfoodmicro.2025.111435) *(교신) 박해웅 박사, (제1) 김종철 박사

[첨부] 그림 2매

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