“김치 유산균 생존율 두 배 향상”…세계김치연구소, 차세대 발효생산기술 개발

pH 조절 및 금속이온 배지 조건에 따른 생균 수 및 동결건조 안정성 평가 모식도.

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

김치종균은 김치의 풍미 형성, 발효 속도 조절, 품질 균일성을 결정하는 핵심 미생물이다. 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 박사팀은 김치에서 분리한 뉴코노스톡 메센테로이데스 위킴(WiKim)0121을 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 경로가 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. 그동안 경험적으로만 알려졌던 '산도 조절 효과'를 분자생물학적으로 구명한 대표 사례로 평가된다.

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 분석으로 금속이온이 단순한 영양소 보충을 넘어 △핵산 합성 △에너지 대사 △세포막 형성 △스트레스 내성 유전자를 활성화하는 '생리적 신호 인자'로 작용한다는 사실도 확인했다.

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

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

광주=김한식 기자 hskim@etnews.com