마이크로바이옴, 발효식품이란? 발효식품(요거트, 유제품 등)의 건강 기능성

■ 마이크로바이옴

미생물 군집 혹은 미생물충은 주어진 환경에서 생존하고 있는 모든 미생물의 집단 전체를 지칭하는 용어로서, 인체에 서식하는 미생물(microbe)과 생태계(biome)를 합친 말이다. 유익균과 유해균이 생성되는 원리와 질병 간의 연관성을 분석하는데, 미생물 군집은 숙주인 인간에게 지대한 영향을 미치는 것으로 보인다. 대표적으로 비만 정도가 장내 미생물에 의해 영향을 받을 수 있다고 알려져 있다. 또한 장내 미생물은 당뇨, 류마티스 관절염, 암, 치매에 이르기까지 다양한 질환에 영향을 미치는 것으로 보고 되고 있다. 다양한 질병을 치료하려는 시도가 이루어지고 있다. 비만, 염증성 장 질환 등의 병을 대상으로 분변 미생물군 이식(fecal microbiota transplantation), 즉 건강한 개인의 분변에 존재하는 미생물을 환자의 장에 이식하는 시술이 시도되고 있으며 많은 경우 긍정적인 반응을 보인다는 보고가 이어지고 있다. 또한 다양한 미생물생균제(probiotics)로 불리는 식이보충제의 개발도 활성화되고 있다.

■ 발효식품(Fermented food)의 정의
식품이나 식품 원료에 자연적으로 존재하는 혹은 인공적으로 첨가된 미생물들이 식품에서 증식하면서 미생물이 분비하는 각종 효소에 의해 식품 변화가 일어나고 그 결과 맛과 풍미가 바람직하게 변화된 식품이다. 미생물의 발효 작용을 이용하여 가공한 식품류로 된장, 간장, 김치류, 빵, 주류, 치즈, 요구르트, 젓갈, 가다랑어포, 어간장 등이 대표적이다. 주요한 미생물은 된장에서는 누룩곰팡이, 주류에서는 효모 등과 같이 각각 다르지만 대부분의 경우 복수의 미생물이 관여하며, 발효 중에 균상도 변화한다. 이러한 미생물의 분해 또는 합성 작용으로 원성 분이 복잡하게 변화하여 독특한 풍미가 가해지는 것이 발효식품의 특징이다. 인류는 미생물의 존재를 알기 전부터 많은 발효식품을 만들어 식용으로 이용해 왔다.

■ 주요 발효식품 및 건강 기능성
유제품 중 발효유와 전통장류인 간장 • 된장 • 고추장 • 청국장 등과 채소류 발효식품이 있고 김치, 절임류, 수산물 발효식품인 젓갈, 그리고 주류와 식초 등이 주종을 이루고 있다. 발효식 품은 식품을 오래 보존하기 위한 방편으로 만들어진 것으로 유용한 미생물의 작용에 의해 소화되기 쉬운 상태로 변화한 것이다. 발효에 의해 생성된 유기산은 풍미도 향상시키고 장내 미생물의 항상성을 유지하며 유해 세균의 증식을 억제하는 정장 작용을 한다.
발효식품의 기능성이 주목받기 시작하면서 김치 유산균, 청국장 완제품, 프로바이오틱스 등과 같은 기능성 식품이나 의약품으로 가공하는 산업도 발전하고 있으며, 발효식품에서 기능성물질을 추출하여 신소재로 개발하는 연구도 활발해지고 있다.

 

 

■ 유산균과 식품소재 및 가공식품 생산
미생물을 이용한 식품소재 중 대표 격인 유산균은 당류를 발효하여 다량의 유산(Lactic acid)을 생성하는 미생물로, 오래전부터 인간에게 이용되어 왔다. 유산균은 cheese, buter, yogurt, 유산균 음료, ensilage, 유산의 제조, 청주와 간장의 양조, 김치 발효 등에 중요한 역할을 하며, 정장제로서의 유산균제제, dextran의 제조, 비타민과 아미노산의 미생물 정량에도 이용되는 중요한 세균이다. 최근에는 유산균에 대한 연구가 발전하여 김치의 과학적 제조와 보존도 가능하게 되었고 또 새로운 유산균 식품도 다양하게 개발되고 있으며, 유산균 이용의 가능성은 앞으로도 더욱 광범위해질 것으로 본다. 유제품과 김치를 실례로 들어 설명하면 다음과 같다.


1. 유산균 이용의 실제
1) 유가공에 있어서 유산균의 이용
유가공에 유산균을 사용하는 것은 치즈, 발효유, 발효 버터, 유산균 음료 등인데, 유제품의 종류에 따라 유산균의 종류도 다르다. 유산균의 종류는 수 없이 많은데 종류에 따라 산생 성능력, 단백질 분해력, 지방분해력 등의 활성에 차이가 있다.

 

① 치즈
치즈의 starter에는 단백질과 지방의 분해력이 약한 Streptococcus lactis, Str. cremoris를 주로 사용하나 피자치즈는 숙성시키지 않고 제조하기 때문에 산 생성력이 강한 Lacto-bacillus bulgericus 와 St. thermophitus를 혼합 사용한다. 특히 St. thermaphius 의 어떤 균주는 polysaccharide를 다량으로 생성하기 때문에 피자치즈의 제조 시에 스트레칭을 좋게 해준다.


② 발효유
발효유의 종균으로 사용하는 유산균은 Lactobacillus bulgaricaus, Lac. casei, Lac. acidophilus, Lac, helveticus, Str. thermophilus, Str. lactis, Str. cremoris, Str. diacetilactis 등인데 우리나라 사람들은 대체로 발효취를 싫어하므로 발효취 생성이 적은 균주를 선택하는 것이 바람직하다. 케피어(kefit)나 쿠미스(koumiss)와 같은 알코올 발효유의 제조에는 유산균과 효모를 혼합 사용함으로 두 종류의 종균 사이에서 일어나는 상호작용을 고려하여 선택해야 한다. 위의 균종 중에서 발효취가 많은 것은 Lac. acidophilus, Lac.bulanicus, Sir. diacerilactis 이며 그 외의 균종은 비교적 적다. 특히 Lac. caser는 거의 발효취를 생성하지 않는다.

 

2) 김치 제조에 있어서 유산균의 이용
김치의 숙성 중에 관여하는 유산균은 Lac. planarum, lac. brevis, Str. faccalis var.liqueheciens, Leuconostor meseneroiles, Pediococcus sp. 등이며 김치 재료에 따라 달라진다. 김치 발효에서는 산 생성 능력이 낮은 Len, mesenveraices가 먼저 발효에 관여하고, 다음 L.plantanum 이나 L.brevis가 자라게 된다.