한국, 일본, 중국 김치의 품질 비교 분석

한국김치와 일본, 중국 김치와의 품질을 비교·분석하기 위해 비슷한 시기(±2일)에 제조된 한국김치, 일본김치, 중 국김치를 구매하였다. 한국김치 품질 분석을 위해서는 광 주에서 제조되어 판매되고 있는 김치 5종을 시료로 수집하 였다. 일본 현지에서 유통되고 있는 일본김치는 모두 200 g 이하의 소포장 형태였는데, 수집할 수 있었던 김치 6종 중 품질 분석이 가능한 양을 가진 샘플 한 종을 시료로 선택하여 품질 분석을 하였다. 중국 김치 시료는 한국에서 유통되고 있는 중국김치 한 종을 선택하여 분석하였는데, 이는 방문한 중국김치 유통업체에서 모두 동일한 중국김치 를 유통시키고 있었던 것에 기인한다.

7종의 김치 시료를 500 g씩 정량하여 포장 파우치에 넣고 sealing 한 후 김치의 발효 패턴을 분석하였다. 포장된 김치 는 4℃(냉장고 온도)에서 8주, 15℃(유통 및 수출시 가능 저장 온도)에서 20일 동안 저장하였다.

pH는 blender로 간 반죽상태의 시료에 pH electrode를 직접 넣어 측정하였다. 적정산도는 blender로 간 반죽상태 의 시료 약 1 g을 정확히 달아 희석(100 mL)하여 여과 (HYUNDAI Micro No.10, HYUNDAI Micro., Ltd., Seoul, Korea)한 후 여과액 20 mL에 0.01 N NaOH 용액으로 pH가 8.3이 될 때까지 적정하였다. 별도로 증류수에 대한 바탕시 험을 실시하여 다음 식에 따라 계산하였다.

$\text{적정산도}\left(\text{\%}\right)\text{=}\frac{\left(\text{A-B}\right)\text{×0.0009×f×D}}{\text{S}}\text{×100}$

Blender로 간 반죽상태의 시료 약 1 g을 정확히 달아 적당히 희석(약 100배)하여 여과(HYUNDAI Micro No. 10, HYUNDAI Micro., Ltd.)한 후 여과액 10 mL를 취하고, 2% potassium chromate 1 mL를 넣어 0.02 N AgNO₃ 용액으로 적정하였다. 별도로 증류수에 대한 바탕시험을 실시하여 다음 식에 따라 계산하였다.

$\text{염도}\left(\text{\%}\right)\text{=}\frac{\left(\text{A-B}\right)\text{×0.00117×f×D}}{\text{S}}\text{×100}$

무균상태에서 시료 10 g을 취한 후 멸균된 0.85% saline 용액으로 10배 희석하여 stomacher(bag mixer R400, Interscience, Saint Nom, France)로 균질화한 후 단계 희석하 여 실험을 실시하였다. 일반세균수의 경우 plate count agar(PCA Difco, Franklin Lakes, NJ, USA) 배지를 사용하여 단계별로 희석한 시료를 접종한 후 pouring culture method 로 30℃에서 48시간 배양하여 계수하였다. 젖산균의 경우, MRS(Lacto-bacilli MRS Agar, Difco, New Jersey, USA) 배 지에 지시약 bromocresol purple 0.0025% w/v을 첨가하여 제조한 BCP 배지를 사용하여 단계별로 희석한 시료를 접종 하고 pouring culture method로 30℃에서 48시간 배양하였 다. 이때 노란색을 띄는 colony(유기산 생성균)를 계수하였 다. 또한, 김치 젖산균인 Lactobacillus spp.와 Leuconostoc spp.을 구별하기 위해 분별배지인 MRS(Lacto-bacilli MRS Agar, Difco)에 지시약 Bromophenol blue 0.002% w/v을 첨 가하여 배지로 사용하였다. 제조한 BPB 배지에 단계별로 희석한 시료를 접종하고 pouring culture method로 30℃에서 48시간 배양하였다. Colony의 형태를 보고 Lactobacillus spp.와Leuconostoc spp.를 구별하여 계수하였다. 계수한 균 의 집락 수는 colony forming unit(log CFU/g)로 표시하였다.

김치 파우치의 포장에 따른 기체조성 분석은 Headspace Gas Analyser(GS3 Micro, illinois systech instruments, ULTRA TEC KOREA, Seoul, Korea)를 이용하여 포장 내 Headspace Gas를 측정하였으며 이 때 대기의 기체 조성은 O₂ 20.9%, CO₂ 0.3%, N₂ 78.8% 기준으로 측정하였다. 3개의 시료로 반복 실험 하였으며, 1개의 시료에서 2번 측정하여 총 6회 반복 측정하였다. 포장 내 압력은 Headspace pressure gauge(UTK-P5000, ULTRA TEC KOREA)를 이용하여 측 정하였으며 이 때 대기압은 1.011을 기준으로 하였다. 기체 조성과 마찬가지로 총 3개의 시료로 반복 실험하였으며 각각의 시료에서 2번 측정하여 총 6회 반복 측정하였다.

한국, 일본, 중국김치를 동일한 파우치에 넣어 포장한 후 4℃와 15℃에 저장하면서 관능검사를 진행하였다. 세계 김치연구소 내에서 반복된 랜덤화 완전 블록 계획에 따라 15명의 패널요원을 선정하여 본 검사에 참여하도록 하였 다. 각 시료 검사 전에는 입안을 헹구도록 하였으며 물과 크래커를 제공하여 전 시료에 대한 관능 특성이 다음 시료 에 영향을 주지 않도록 하였다. 평가항목은 김치의 색, 신맛, 단맛, 매운맛, 이미, 아삭한 정도, 전체적인 기호도 총 7가지 항목을 실시하였다. 9점 항목 척도를 이용하였으며 전체적 인 기호도는 주관적으로(scale 1, 매우 싫다~scale 9, 매우 좋다)평가하였고, 나머지 항목들은 객관적 평가(scale 1, 매 우 약하다~scale 9, 매우 강하다)를 실시하였다.

각 실험 결과는 3회 측정하여 그 평균값을 나타내었으며, 유의성 검증은 IBM SPSS Statistics(19, IBM Co., Armonk, NY, USA)을 사용하여 Duncan의 다범위 검정(Duncan’s multiple range test)을 통하여 p<0.05 수준으로 분석하였다.

15℃에서 김치의 발효 기간 중 pH 및 산도 변화는 Fig. 1에 나타내었다. 한국, 일본, 중국김치에 대한 저장 실험 결과, 김치 종류와 관계없이 pH는 전체적으로 감소하는 경향을 보였으며, 산도는 증가하는 경향을 보였다. 저장 20일차의 pH는 일본 김치는 평균 4.37로 중국 김치 4.01, 한국 김치 평균 pH 3.75에 비해 유의적으로 높게 나타났으 며 중국김치와 한국김치는 유사한 경향을 보였다. 앞선 선 행연구의 분석결과에서도 일본산 김치는 pH가 4.4~5.0으로 본 연구 결과와 같이 국내산 김치보다 높은 경향을 보였다 (9,19).

Fig. 1. pH values and titratable acidity changes of kimchi stored at 15℃. Values represent the mean±SD (n=3).

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pH의 변화와는 반대로 저장 중 산도는 증가하였으며, 한국 김치와 비교하면 일본 김치와 중국 김치의 산도가 낮게 나타났다. 저장 중 젖산균에 의한 발효가 진행되면서 유기산이 생성되어 김치의 산도가 높아지게 된다. 또한, 이때 생성된 유기산은 pH를 낮아지게 하며 김치 특유의 감칠맛과 신맛에 영향을 주는 것으로 알려졌다(14). 4℃에 서 저장된 한국, 일본, 중국김치의 pH및 산도 변화는 Fig. 2에 나타내었다. pH의 경우 시간에 따른 변화는 미미했고, 산도의 경우 15℃에서 실험한 김치와 유사한 경향을 보였 다. 15℃에서 저장한 김치보다 4℃에서 저장한 김치의 pH와 산도 모두 변화 폭이 작게 나타났으며, 이를 통해 김치 저장 온도가 pH 및 산도에 영향을 주는 것을 확인하였다.

Fig. 2. pH values and titratable acidity changes of kimchi stored at 4℃. Values represent the mean±SD (n=3).

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김치는 발효 과정에서 다양한 유산균이 관여하는데, 주 로 발효 초기에는Leuconostoc, Weisella 등에 의해 이형발효 가 진행되고, 숙성 적기가 지나면 내산성이 강한 Lactobacillus 균종에 의한 동형발효가 진행되어 젖산 생성 량이 증가하는 것으로 알려져 있다(9). 김치의 숙성 중 생성 된 유기산 등은 김치 특유의 신선한 맛을 주게 되며 이에 따라 김치의 pH는 감소하고 산도는 증가하게 된다. 이는, 유산균의 생육이나 김치의 발효 정도를 짐작할 수 있는 중요한 지표가 된다(19). 일본, 중국김치 제조 김치가 한국 김치보다 pH는 높거나 비슷한 수준으로, 산도는 낮게 나온 것을 보아 미생물에 의한 유기산 생성이 한국김치보다 적은 것으로 보여진다.

15℃에서 저장한 한국, 일본, 중국김치의 발효기간 중 염도 변화는 Fig. 3에 나타내었다. 분석결과, 일본 김치의 염 농도가 2.93으로 중국 김치 및 한국 김치에 비해 높은 경향을 보였다. 또한, 중국 김치는 1.72로 가장 낮은 염 농도 를 보였으며 한국 김치 5종의 평균 염 농도는 2.00을 나타내 었다. 이는 Cho 등(17)의 분석 결과에서도 일본 김치 5종에 대한 염 농도 분석결과 1.88~2.98로 본 연구 결과와 같이 한국 김치보다 높은 염 농도 경향을 보였다. 김치에서 염 농도는 삼투압 작용으로 유해 미생물 생육을 억제할 뿐만 아니라, 내염성의 젖산균이 선택적으로 성장하도록 조절하 는 역할을 한다(20). 7개의 김치 모두 시간에 따른 염도 변화는 미미하였다. 김치의 염도 변화가 비교적 적은 이유 는 발효 초기에 배추조직 내로 소금이 확산되어 탈수와 침투를 반복해 가기 때문이며, 발효 숙성이 진행됨에 따라 김치 국물과 배추 조직 사이에서 소금 농도의 평형이 이루 어졌기 때문이라고 판단된다(21,22). 4℃에서 발효기간 중 김치의 염도 변화도 15℃에 저장한 김치의 염도 변화와 유사한 경향을 보였다.

Fig. 3. Salinity changes of kimchi stored at 15℃ and 4℃. Values represent the mean±SD (n=3).

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김치 발효 초기에는 이형발효형(heterofermentative)인 Leuconostoc mesenteroides과Lactobacillus brevis가 많이 번 식하여 젖산, 에탄올, CO₂ 등이 생성된다. 이들 발효산물에 의해 김치가 산성화되고 발효조건은 혐기상태로 되어 호기 성균의 성장이 억제된다. 발효 후기에는 동형발효형 (homofermentative)인 Lactobacillus plantarum이 많이 분포 되는데, 이 시기 중Leuconostoc mesenteroides 수가 감소하 고 Lactobacillus plantarum의 수가 최대로 되는데 이 때를 김치가 완전히 시었다고 간주한다(23-26). 15℃로 저장된 김치의 미생물학적 품질 특성 분석 결과는 Table 1에 나타 내었다. 김치 수집 0일차에서 일본 김치의 총균수는 3.51 log CFU/g으로, 한국김치2=8.31 log CFU/g, 한국김치 4=8.02 log CFU/g 등과 비교하였을 때 현저하게 낮은 수치 를 보여주었다. 저장 동안 일본 김치에서 측정된 Total aerobic bacteria, Lactic acid bacteria, Lactobacillus spp., Leuconostoc spp.의 수치가 모두 낮은 것으로 보여 일본 김치는 미생물에 의한 발효가 충분히 진행되지 않은 것으로 판단된다. 일본 현지에서 생산하는 김치는 유산균에 의해 발효되는 한국식 김치와 달리 소르비톨, 과일즙, 설탕 등을 첨가하여 제조되는 김치로 한국의 김치 제조법과는 차이가 있어 미생물의 특성도 다르게 나타났다고 보인다. 일본 김 치의 경우 대수기 없이 저장 기간 동안 꾸준히 미생물이 증가하였다. 일본 김치를 제외한 나머지 처리구에서는 저 장 2~5일차에 대수기에 접어들어 총균수, 총 젖산균이 가장 높은 수치를 보였다. 대수기의 총 젖산균 결과를 보면, 중국 김치는 8.52 log CFU/g를 나타내었고, 한국 김치는 7.89~8.57 log CFU/g의 수치를 나타내어 중국 김치와 한국 김치 간의 수치 차이는 거의 없었다(p>0.05). 한국 김치 5종 의 미생물 특성은 비슷한 수치로 나타났다. 5개 처리구 모두 발효 초기~중기까지는 김치의 젖산균 중Lactobacillus spp. 의 수치가 높았고, 발효 중기~말기에는Leuconostoc spp.종 의 수치가 더 높게 나타났다. 한국김치2의 경우 최대 Leuconostoc spp.의 수치가 8.85 log CFU/g로 다른 처리구 보다 높은 결과를 나타냈다. 김치의 상쾌한 맛을 주는 탄산 미는 보통 CO₂ 및 탄산에 의한 것이며, 김치 발효 중 CO₂ 생성량은 이형젖산발효균인 Leuconostoc mesenteroides균 이 관여하게 된다. 한국김치2의 관능평가 결과, 전체적인 기호도가 가장 높게 나타났고, 이는 높은Leuconostoc spp. 의 수치가김치의 풍미와 탄산미에 영향을 주기 때문으로 보여진다(27). Table 2은 4℃로 저장된 김치의 미생물학적 품질 특성 분석 결과를 보여주고 있다. 저장 기간 동안의 일본 김치의 총균수는 저장초기 3.51 log CFU/g, 중기 6.31 log CFU/g, 말기 4.88 log CFU/g로 한국, 중국김치보다 낮은 수치를 나타냈었다. 중국 김치와 한국 김치 5종의 총균수는 저장 초기 6.99~8.31 log CFU/g, 중기 6.48~7.68 log CFU/g, 말기 4.78~6.92 log CFU/g로 저장 초기, 중기에는 한국/중국 김치 5종의 총균수와 비슷한 수치를 나타내었지만(p>0.05), 저장 말기의 한국, 중국의 총균수는 유의적인 차이가 있었 다(p<0.05). 4℃로 저장된 중국 김치와 한국 김치 1~5의 대수기는 저장 7일차에 나타났고, 일본 김치는 저장 7~21일 사이에 나타났다. 대수기의 총 젖산균 결과, 일본김치의 경우 6.32 log CFU/g로 가장 낮은 수치를 보여주었고, 중국, 한국 김치 1~5는 7.88~8.54 log CFU/g로 15℃에 저장된 김 치 젖산균과 비슷한 수치를 나타냈다. 4℃에 저장한 김치의 젖산균의 출현빈도를 보면 모든 처리구에서 발효 초기, 중 기에는 Leuconostoc mesenteroides 등이 중기, 말기에는 Lactobacillus 계통이 지배적인 것들임을 알 수 있다. 온도에 따라 김치 젖산균 속의 출현빈도 역시 다르게 나타난다고 알려졌는데(27), 이 연구에서 역시 4℃와 15℃로 저장된 김치에서 다른 양상을 보여주었다. 15℃로 저장된 한국 김 치 5종의 대수기 총 젖산균의 수치는 8.14~8.57 log CFU/g으 로 나타났지만, 4℃로 저장된 한국 김치 5종의 대수기 총 젖산균의 수치는 7.88~8.37 log CFU/g로 15℃에 저장된 김 치 젖산균 수치가 더 높은 것을 알 수 있다. 15℃로 저장된 김치와 마찬가지로 4℃에 저장된 한국, 중국 김치의 미생물 학적 특성 차이는 크지 않았다. 15℃에서는 한국 김치 5종이 높은 값의 Lactobacillus spp.를 나타내었으나, 4℃에서는 중국 김치가 최대값 8.35 log CFU/g로 가장 높은 값을 나타 내었다.

4℃에 저장된 한국, 일본, 중국김치 파우치 내부의 압력 변화 결과는 Table 3와 같다. 파우치 내부의 압력 측정은 저장 0일차와 63일차에 측정하였다. 측정 결과, 모든 처리 구에서 압력 변화는 크게 보이지 않았으며(p>0.05) 대기 압력인 1.002 atm과 같은 수치를 나타내었다. 이 결과, 일본 과 중국에서 생산된 김치와 한국에서 생산된 김치의 파우치 내부 압력 차이가 없음을 알 수 있다. 4℃에 저장된 김치 파우치 내부의 가스 조성 변화 결과는 Fig. 4와 같다. 파우치 내부의 대기 조성은 저장 0일차와 63일차에 측정하였다. 저장 0일차의 가스 조성은 모든 처리구가 대기의 가스 조성 과 같은 값인 O₂=20.90%, CO₂=0.30%, N₂=78.80%의 값과 같았다. 그러나 저장 63일차의 가스 조성은 각 샘플마다 큰 차이를 나타내었다(p<0.05). 대부분의 처리구가 CO₂> N₂>O₂ 순의 가스 조성을 가지지만 일본 김치의 경우는 N₂>O₂>CO₂ 순의 가스 조성을 보여 주었다. 김치 발효로부 터의 CO₂ 발생은 상당히 많은 부분이 이질젖산발효균인 Leuconostoc mesenteroides로부터 기인하는 것으로 알려졌 으며 이는 김치의 탄산미와 같은 풍미를 주는 역할을 하지 만, 포장의 팽창이나 압력 발생을 유발하기도 한다. 김치는 숙성 초기에 Leuconostoc spp.과 Lactobacillus spp. 등의 이 질 발효 젖산균이 증식하면서 발효 부산물인 CO₂ 가스를 생성하는데, 이는 포장 내부의 O₂ 농도는 감소시키고 CO₂ 농도는 증가하게 한다(27-29). 김치의 저장 중 미생물 특성 과 pH, 산도 결과를 보면 일본 김치는 중국 김치 한국 김치 에 비해 발효가 일어나지 않는 것을 알 수 있다. 미생물이 생성되는 양이 적기 때문에 다른 처리구에 비해 CO₂의 발생 량도 적다는 결과를 얻을 수 있었다.

Fig. 4. The head space atmosphere compositions in the pouches during storage at 4℃ in the 63 days.

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Table 3와 Table 4는 한국, 일본, 중국 제조 김치의 관능평 가 결과를, Fig. 5는 전체적인 기호도를 보여준다. 관능평가 결과를 보면 저장 온도에 따른 유의적인 차이는 없었고 (p>0.05) 국가 간 관능적 차이는 있었다(p<0.05). 김치의 관능적 특징을 결정짓는 요소는 미생물, 산도, 염도, pH 등이 있다. 발효 중 여러 유기산이 생성되어 김치에 산미를 부여함과 동시에 김치의 각종 부재료들로부터 용출된 여타 의 맛 성분들이 조화를 이루며 김치 고유의 맛을 지니게 된다(26). 관능평가 결과, 외관을 평가하는 김치의 색은 저 장기간이 길어질수록 낮은 점수를 얻었다. 즉, 양념은 배추 에 스며들고 김치의 색이 어두워지는 현상이 발생하였다. 잘 익은 냄새는 김치가 발효되면서 나타나는 신냄새로 중국 김치에서 가장 높은 점수를 나타내었으며, 이취는 4℃에 저장된 김치보다 15℃에 저장된 김치가 더 높은 것으로 보아 높은 온도인 15℃에서 저장된 김치의 산패취가 더 강했음을 알 수 있다. 전반적인 선호도는 한국 김치, 중국 김치, 일본 김치 순이었다. 일본 김치의 경우에는 중국 김치, 한국 김치에 비해 신맛, 매운맛은 약하고 단맛은 강하게 나타났다. 중국 김치는 전반적으로 한국 김치보다 젓갈 냄 새가 약하고 매운 맛이 다소 강한 편이다(17). 조직감은 한국 김치가 일본 김치와 중국 김치보다 더 아삭하고 덜 무른 결과 값을 나타내었는데, 이는 재배되는 배추와 절임 방법의 영향을 많이 받는다고 알려져 있다. 실제로, 일본에 서 생산되는 배추의 경우 한국에서 생산되는 배추보다 수분 이 많고 조직이 약하여 씹는 맛이 적다는 연구 결과가 있다 (18). 반면에, 한국산 배추는 일본산 배추보다 수분 함량이 적고 조직감이 좋아 김치 제조시 유산균은 높게 나타나고 신맛과 물러짐이 더디게 나타난다는 연구 결과가 발표된 바 있다(18). 결과적으로 한국김치가 관능평가 부분에서 일본, 중국 김치보다 우수하였으며 특히, 한국김치 2,3,4의 기호도가 높게 나타났다.

Fig. 5. The overall acceptance of kimchi stored at 4℃ and 15℃. Values represent the mean±SD (n=3).

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