세포 배양 유산균의 새로운 쓰임
미생물의 새로운 쓰임
미생물은 식품업(기능성 및 발효 식품 등) 농업(토양 개량제및 농약 등) 의료업(항생제 의약품 등) 등 우리 생활 속에 다양하게 활용되어지고 있으며 식품 발효에 관여 하는 미생물은 천연발효 식품에서 가장 많이 발견되고 젖산균이 가장 많이 발견되는 세균(bacteria) 당을 기질로 하여 알코올을 생성하여 주류에 가장 사용되어지는 효모(yeast) 고분자 물질을 분해하고 알코올 발효 성분 발현에 관여하는 곰팡이(fungi) 식품의 유해성을 일으키는 유해 미생물이 있다.
유산균의 새로운 발견
미생물 중 유산균은 1858년 포도주 산패 원인을 분석하는 과정에서 밝혀졌으며 최근 각종 업계에서 유산 균의 기능성을 활용한 다양한 건강기능식품 및 보조제를 출시하고 있고 2017년 약 4700억원 시장에서 2019년 약 6450억의 시장이 확대됨에 따라 유산균은 소비자에게 친근하면서 밀접하게 연계되어 있으며 우리나라 대표적인 발효 식품인 김치 장류 등의 맛과 기능성을 나타내는 지표물질로도 활용되고 있으며 유산균이 생성하는 유기산(젖산 초산 안식향산)이 장내 유해균을 억제 및정장작용 및 발효를 통해 생성되는 다양한 기능성 물질들이 항암 면역증강 유당불내증 등에 대한 효능이 국내·외 연구진을 통해 입증되고 있다.
새롭게 밝혀지는 GABA 효소의 효능
국내·외에서 다양하게 연구되어지고 있는 GABA(γ -Aminobutyric acid)는 GAD(glutamic acid decarboxylase)효소에 의해 glutamate가 탈탄산 반응으로 생성되는 신경전달에 관여하는 기능성 비단백 아미노산으로 보고되었고 김치 유래 유산균 Lactobacillus sakei의 GAD와 GABA 생성 연계 관련 연구에서도 세포 추출물에서 GAD 효소에 의해 GABA 생성이 가능하다고 보고되고 있는 가운데 GABA는 고등동물 뇌에 많이 존하며 불완전한 정신 장애를 완화하고 심신 안정 혈압 강하 성장 호르몬 분비 기억력 증진 등 다양한 효능연구가 보고되고 있다.
식품 내 존재하는 GABA의 효능
식품 내에 존재하는 GABA양은 미흡하여 GABA의 효능을 얻기에는 한계가 있고 이를 극복하기 위해 GABA함량 증진 방안 중 대부분은 GABA 유산균을 이용하여 연구되고 있으며 식품 유래 GABA 생성 유산균 분리 동정은 김치와 간장 등에서 분리 되어 보고되고 있고 다양한 소재 개발도 이루어지고 있으며 발효 이외 방안으로는 GABA 함량이 풍부하다고 알려진 쌀눈에서 추출 방법 클로렐라 세포 자극을 통한 GABA 축적 쌀배아 또는 미강을 촉매로 한 대량생산 등 다양한 연구 및 제품 개발이 이루어지고 있으며 Ornithine은 의약용 아미노산의 일종으로 건장보조 식품으로 사용되고 있고 Ornithine은 콜라겐 생성과 면역증진 등에 효과가 있는 것으로 보고되고 있고 또한 Ornithine의 대사 중간체인 ornithine alpha-ketoglutarate(OKG)는 혈액 내 암모니아 수치를 낮추는 효능을 가지고 있는 것으로 연구되었는데 이와 같은 효능이 연구되고 보고됨에 따라 일본에서는 2002년부터 간 기능 개선을 위한 식품 소재 사용이 허가되었으며 해외에서는 미용 의약품 헬스 보조 식품 등의 소재로도 폭넓게 이용되고 있다.
재첩국의 Ornithine은 어떤 영향을 주고 있을까?
Ornithine은 우리나라 조개류 중 재첩에 다량 함유되어 있는 것으로 보고되고 있으며 발효식품에도 많은 양의 Ornithine이 함유되어 있는 것으로 알려져 있는데 미생물에 의한 Ornithine의 생성은 전구물질인 arginine으로 ADI(arginine deiminase) 또는 arginase 효소에 의해 생성되는 것으로 보고되고 있으며 김치 유래 Ornithine 생성 유산균인 Weissella koreensis를 이용한 미강발효물 특성 연구에서 유산균이 arginine 대사하여 citrulline 및 ornithine으로 전환되는 것을 확인하였기에 본 연구에서는 우리나라 전통발효식품(된장 간장 누룩) 및 미강 맥강에 존재하는 다양한 유산균 중 기능성 물질인 GABA 또는 Ornithine을 생성능을 보유한 유산균을 추가 확보가 필요할것으로 판단하고 진행하였다.
기능성 유산균의 이용을 높이기 위한 과제
기능성 발효소재 이용성을 높이기위해서는 제조 원가와 공정 최소화 등을 고려해야 하며 이를 위해 다양한 전통 식품 및 바이오매스(미강 맥강)에서 GABA 또는 Ornithine 유산균을 분리 동정을 통해 기능성 유산균을 추가 확보하고 분리된 유산균을 활용하여 제조 원가 절감 및 식품 활용 가능성을 높이고자 하며 또한 미강 또는 맥강과 유산균이 GABA 또는 Ornithine 전환을 위한 mono-sodium glutamate(MSG) arginine 전구체만을 이용하여 고농도의 GABA 또는 Ornithine 발효소재를 제조 방안을 제시하고자 하며 아울러 GABA 또는 Ornithine 발효소재 제조 공정별 GABA 또는 Ornithine 함량 분석을 통해 공정별에서 제조되는 소재의 물성에 따라 분야별 활용 가능성을 높이고자 하였다.