김치 퓨전요리

♣ 김치 미생물에 따른 대사체 생성

미생물군은 다양한 유전체 크기를 가지고 있어 유전자 구성에 따른 대사 관련 효소의 차이가 있다. 유산균은 약 1,700 에서 2,800 개의 단백질을 가지고 있다고 알려져 있다. 또한 발효환경에 따른 유전자 발현양상에도 차이가 있어 미생물간 물질의 대사과정에 차이를 보이고 있다.

세계김치연구소에서 김치로부터 분리한 미생물인 락토바실러스 플란타럼(Lactobacillus plantatrum), 락토바실러스 브레비스(Lactobacillus brevis ), 페디오코커스 펜토사세우스(Pediococcus pentosaceus), 류코노스톡 락티스(Leuconostoc lactis ), 락토바실러스 사케아이(Lactobacillus sakei ), 류코노스톡 메센테로이데스(Leuconostoc mesenteroides ), 웨이셀라 콘푸사(Weissella confusa ) 등의 미생물을 LC/MS(Liquid Chromatography Mass Spectrophotometry) 분석기법을 이용하여 분석한 결과 락토바실러스 플란타럼, 류코노스톡 메센테로이데스, 웨이셀라 콘푸사 등 미생물에 따라서 서로 다른 대사물질 프로파일(Metabolite profile)을 나타내고 있는 것을 확인하였다 (그림1).

이러한 결과는 미생물의 종류에 따라 다양한 대사물질 생성이 이루어지고 있다는 것을 보여주고 있으며 김치의 미생물군집 변화와 대사물질의 변화는 밀접한 상관관계가 있다는 것을 나타내고 있다.

♣ 히카(2-hydroxyisocaproic acid, HICA)

HICA는 필수 아미노산인 류신(Leucine)으로부터 2-케토아이소카프로산(2-ketoisocaproic acid)로 전환된 후 hicD(Hydroxyisocaproate dehydrogenase)의 작용에 의하여 생성되는 물질이다.

HICA는 치즈 등의 발효 식품에서 발견되며, 곰팡이, 효모의 일종인 진균류에 대한 항균활성과 더불어 세포외 기질을 분해하는 단백효소인 MMP(Matrix metalloprotease)의 활성을 저해하여 세포조직의 분해를 저해한다고 알려져 있는 물질로서 인체에도 0.25 ± 0.02 mmol/L의 농도로 존재하고 있다.

김치로부터 분리된 미생물의 대사물질 분석을 통하여 김치미생물인 락토바실러스 플란타럼과 류코노스톡 메센테로이데스로부터 HICA를 확인하였다. 김치의 발효에 따른 HICA 생성을 분석한 결과 유산균의 증가에 따라 HICA가 생성된다는 것을 확인하였다.

락토바실러스 플란타럼은 3개의 hicD 유전자를 가지고 있어 1개의 hicD 를 가지고 있는 류코노스톡 메센테로이데스에 비하여 높은 HICA 생성능을 가지고 있다.

hidD 유전자 발현을 분석한 결과 pH가 감소함에 따라 hicD 유전자의 발현이 증가하는 것을 보여주고 있으며 이러한 결과는 김치의 발효에 따른 pH변화가 김치미생물의 HICA를 생성하는데 중요한 인자로 작용한다는 것을 보여주고 있다.

♣ 페닐젖산(Phenyllactic acid, PLA)

필수 아미노산 중 하나인 페닐알라닌(Phenylalanine)은 벤조산(Benzoic acid), PPA(Phenylpyruvate), PLA, 4-하이드록시페닐젖산(4-hydroxy-phenyllactic acid)의 유기산으로 대사된다.

PLA는 HICA와 더불어 유산균으로부터 보고되고 있는 항균활성 물질이다. 곰팡이, 효모 등에 항균활성을 가지고 있어 식품의 보존과 유해미생물의 오염방지에 활용되고 있다. 페닐알라닌이 PPA로 대사되고 ldh (Lactate dehydrogenase) 효소의 활성에 의하여 PLA이 생성된다.

ldh 는 미생물의 당대사과정에서 젖산(Lactic acid)을 생성하는 중요한 역할을 하는 효소로서 미생물의 ldh 유전자 구성과 PLA의 상관관계를 분석한 결과 d-type의 ldh 인 ldh-dh 유전자를 가지고 있는 미생물군에서 높은 PLA 생성을 확인할 수 있어 발효에 따른 아미노산 이성질체(Isomer) 생성이 PLA 대사의 중요한 인자임을 나타내고 있다.

♣ 오르니틴(Ornithine)

미생물이 산소가 없는 혐기적 조건에서 에너지를 생성하기 위하여 아르기닌(Arginine) 대사를 이용하여 ATP(Adenosine triphosphate)를 생성하게 된다.

김치의 아미노산 성분 중 아르기닌은 발효과정을 통하여 소모되는 아미노산으로서 발효 1-2주차에 발효과정을 통하여 감소하게 되며 미생물의 아르기닌 대사과정을 통하여 시트룰린(Citrulline)과 오르니틴이 생성된다.

오르니틴은 인체에서 간에서 대사되어 질소노폐물 대사과정에서 암모니아와 결합하여 제거하는 역할을 하는 중요한 대사물질이다.

김치미생물의 아르기닌 분해기능은 미생물의 아르기닌 디이미나아제(Arginine deiminase) 효소군(ADI)의 활성에 따라 분해되는 것으로 웨이셀라 콘푸사와 락토바실러스 브레비스 등의 미생물이 ADI의 주요 효소군인 adi (Arginine deiminase), otc (Ornithine transcarbamylase), 그리고 ck(Carbamate kinase)를 가지고 있는 것으로 나타났다.

김치발효에 따른 아르기닌과 오르니틴생성을 비교하여 보았을 때 발효 2주차에 아르기닌은 거의 소모되는 것을 확인할 수 있었으며, 아르기닌의 감소에 오르니틴의 생성이 증가하는 것을 확인하였다.