10배 빠르게 발효시키는 '장류 발효균' 개발

한국식품연구원

다양한 발효식품이 발효되고 있는 장독대. 게티이미지뱅크

국내 연구팀이 효소 활성화를 10배 가량 빠르게 만드는 미생물을 개발했다. 된장과 청국장 등 장류 식품의 발효 세균으로 알려진 고초균을 개량한 결과로 전통장류와 양조간장 등 전통 발효 식품의 제조 기간을 단축할 것으로 기대된다.

한국식품연구원은 최재웅 식품융합연구본부 전통식품연구단 선임연구원 연구팀이 생존이나 증식 능력을 향상하는 성질을 획득하거나 개선하는 방향으로 진화하는 ‘적응진화’ 기술을 이용해 전통장류에 든 고초균의 효소 활성과 발효 속도를 획기적으로 높이는 데 성공했다고 16일 밝혔다.

연구를 이끈 최재웅 연구원은 “장류의 주 발효 세균은 고초균 등 바실러스”라며 “발효 세균을 이용해 된장과 양조간장 등 식품을 효율적으로 제조하려면 효소의 활성을 높여야 한다”며 이번 연구를 시작한 계기를 밝혔다.

고초균은 일반적으로 효소 활성과 향미 성분 생산능력이 큰 발효 세균이다. 한국 전통장류 등의 제조 과정에서 고초균은 고분자인 콩을 저분자로 분해해 깊은 발효 풍미의 장맛을 느끼게 하는 발효 세균으로 역할한다. 고초균을 이용해 전통장류나 양조간장을 제조하기 위해선 보통 6개월 이상 발효시키는 과정이 필요하다.

연구팀은 긴 발효시간을 단축하기 위해 콩에 있는 단당류인 갈락토스를 빠르게 소모할 수 있는 ‘특급’ 발효 고초균을 찾아 나섰다.

10년 이상 장기 숙성한 장류에서 얻은 고초균을 사용해 유전자 변형이 아닌(Non—GMO) 방식인 적응진화를 통해 발효속도가 약 10배 빨라진 고초균 ‘BSGA14’를 얻는 데 성공했다.

고초균의 개량 과정을 나타낸 모식도. 한국식품연구원 제공

연구팀은 고초균을 개량하기 위해 기존에 고초균이 이용하기 어려웠던 갈락토스를 이용하도록 스트레스를 가했다. 5000세대 동안 밀도를 유지시켜 생존에 쾌적한 환경을 제공하는 계대배양을 실시해 갈락토스 고이용 변이 균주가 발생하도록 했고 신종 고초균을 얻었다.

연구팀은 신종 고초균의 특성을 확인하기 위해 유전체 분석도 수행했다. 그 결과 단당류 중 하나인 갈락토스 전달 유전자의 발현 증가를 확인했다. 

연구팀이 개발한 고초균 BSGA14는 기존 고초균 J46 대비 10배 가량 빨라진 발효속도 덕분에 프로테아제와 갈락토시데이즈란 효소의 활성을 각각 19.2배, 15.6배 높이는 것으로 확인됐다.

또 연구팀이 이번에 개발한 역설계(핵심 돌연변이를 원래 미생물에 주입하는 기술) 방식으로 만든 또 다른 고초균 ‘BSGALE4’도 BSGA14와 비슷한 효소 활성 증가를 나타냈다.

최재웅 연구원은 “이번 연구 결과는 새로운 식품 고부가가치 산물을 얻을 수 있는 정밀발효 균주 개발의 초석을 다졌다”며 “이로 인해 고초균을 이용한 전통장류나 양조간장의 제조 기간을 크게 단축할 수 있을 것”이라고 밝혔다. 연구 결과는 국제학술지 ‘AMB 익스프레스’에 최근 게재됐다.

<참고 자료>

- 10.1186/s13568-024-01666-8

[박정연 기자 hesse@donga.com]