식품의안전성확보를위한제외국의식품미생물에대한안전성평가시스템및기준규격조사연구 이종훈경기대학교식품생물공학과 1. 발효식품과종균 (Starter) 인간의발효식품섭취는유사이전으로거슬러올라간다. 이집트피라미드에서발견된발효빵, 그리스신화에나오는포도주, 서양의주요발효식품인치즈와요구르트, 동양의장류, 수산발효식품등은인류의문명사와그역사를같이한다. 이러한발효에대한과학적근거는현미경의발명과 1665년 Robert Hooke와 Antonie van Leeuwenhoek에의한미생물존재확인으로부터시작되었고, Louis Pasteur가미생물에의해발효가일어남을증명하면서확립되었다. 식품의발효는식품소재에존재하는미생물에의한자연발효에의존하다가, 미생물첨가에의한식품발효가시작된역사는 100년정도에불과하다. 서구에서발생한산업혁명은도시인구의증가를초래하였고, 대량생산의필요성은공산품뿐만아니라식품에서도발생하였다. 또한 1850년경의미생물학의발전은발효산업을지원할수있는과학적토대를갖추고있었기때문에미생물을이용한발효식품의대량생산이시작되었다 [Caplice and Fitzgerald, 1999]. Pasteur가정립한미생물이발효를진행시킨다는기본개념은식품발효를담당하는미생물의탐색으로연결되었고, Christian Hansen 이효모를분리하여양조산업에이용하면서종균발효가시작되었다. 종균 (starter) 은미생물이가지고있는대사능력을이용하기위하여식품발효에의도적으로첨가하는미생물을의미한다. 종균첨가제 (starter culture) 는발효식품의빠른제조를위하여종균을배양하여증식시킨배양산물을지칭하고, 식품소재에첨가한종균첨가제는발효식품의품질향상 616 2013 년기초연구과제총서
및균일화, 식품안전성확보, 저장기간연장등의목적을달성할수있었다 [Holzapfel, 2002]. 자연발효로시작한식품발효는성공적으로제조된발효식품의일부를다음발효식품의제조에첨가하는 back slopping으로발전하여품질향상이달성되었다. Back slopping은지금까지도발효관련미생물상 (microbial ecology) 과미생물의천이에대한정확한지식이확립되지않은경우사용되고있고, 소규모생산및저비용으로품질균일화를달성할수있는발효법이다. 한편발효식품이식품산업의중요한부분을차지하고있는서구에서는대량생산에있어서의균일하고, 높은관능적품질을만족시키기위하여종균의사용이시작되었다 [Leroy and De Vuyst, 2004]. 현재, 단일균주를배양한 single-strain culture와복수의균주를배양한 multiple-strain culture가제조되어종균첨가제로식품발효에이용되고있다. 종균첨가제의산업적활용을위해서는첨가제의안전성, 첨가제첨가에따른기술적효용성, 첨가제의유지및생산에따르는비용대비얻을수있는경제성이확보되어야한다. 추가적으로첨가제에포함된종균의건강기능성이입증된다면산업적유용성의향상이예상된다 [Buckenhuskes, 1993]. 2. 식품발효용미생물의안전성평가의필요성 유산균은채소, 곡류, 사람과동물의장관을포함하는다양한환경에서검출되는발효미생물로치즈, 요구르트와같은발효유제품, 김치나피클등과같은발효침채류, 발효소시지, 빵의제조등수많은발효식품들의종균으로이용된다 [Carr et al., 2002]. 또한의약품인정장제제와건강보조식품, 가축사료의발효제및영양개선제로사용되고있고, 최근에는백신운반수단으로주목을받고있다. 이외에도 dextran이나 pullulan 등의고분자화합물, 생분해성플라스틱원료인유산, nisin과같은 bacteriocin 식품보존제, 기타유기산, 비타민, 풍미성분등의정밀화학제품, 화장품원료의발효생산에이용되고있고, 우리나라에서도식품발효용종균및 probiotics로산업화하려는연구가활발히진행되고있다. 뿐만아니라, 오랜기간의사용이력으로안전성이증명되었다고볼수있다. 이러한맥락에서미국 Food and Drug Administration (FDA) 는유산균을 Generally Recognized as Safe (GRAS) 규격으로오랜기간인정하고있었다. 그러나유산균이항생물질내성을유발할수있는 plasmid와 transposon을보유하고있다는연구보고가지속적으로발표되면서, 이들의사용이력이더이상안전성에대한근거가되지못하기시작했다. 지난 10년간유산균의항생물질내성에대한많은연구들이진행되었고, Enterococcus 속의경우에는더이상 GRAS로인정되지않는다. Enterococci는발효유제품의숙성및풍미형성에관여하는것 식품의안전성확보를위한제외국의식품미생물에대한안전성평가시스템및기준규격조사연구 617
으로알려져발효산업용종균및 probiotics로오랜기간이용되어왔다. 그러나높은항생물질내성유전자획득능력을가지고있을뿐만아니라병원의감염환자로부터빈번히검출되고있어기회감염성균으로도인식되고있다. 아직 enterococci의섭취에의한감염환자의발생에대해서는보고되지않았고, 시제품으로출시된 enterococci 함유 probiotics로부터위해인자존재에대한보고가없었지만, 식품에서분리되는 enterococci에대한안전성문제는계속적으로논란이되고있다. 현재식품에사용하기위해서는안전성평가가필요한미생물로분류되고있다 [Franz et al., 2003, 2011; Ogier and Serror, 2008]. 이러한항생물질내성의문제는 enterococci 뿐만아니라 Lactococcus, Lactobacillus, Leuconostoc, Pediococcus 속유산균및 bifidobacteria에서도나타나고있어식품미생물분야에서의큰위해요인으로등장하였다. Table 1은 enterococci 를제외한유산균에서나타난항생물질내성에대한보고를 Mathur and Singh (2005) 가정리한표이다. 이들유산균은발효식품에다수존재하고있기때문에이들이전이가능한항생물질내성유전자를보유하게된다면발효식품이항생물질확산의매개체가될수있다. 또한종균으로식품발효에사용하거나 probiotics로섭취하게된다면, 이들이인간의장 (Gut) 에정착하여항생물질내성유전자를지속적으로위해균및기회감염성균에게전달가능하게될수있다. 최종적으로항생물질로는더이상감염균을조절할수없는상황에도달하게될것이다. 따라서유럽에서는식품발효용미생물및식품용미생물제제에대한항생물질내성문제가심각히거론되고있다. 식품발효용미생물의안전성문제중항생물질내성외에도독소생성 (toxin production), 용혈작용 (Hemolysis), Biogenic amine 생성, Biofilm 형성등의여러위해인자들에대한안전성평가가필요한것으로보고되고있다 [Talon and Leroy, 2011]. 618 2013 년기초연구과제총서
Table 1. Overview of antibiotic resistances reported in the food-associated LAB [Mathur and Singh, 2005]. Foods Species Resistance References Raw meat products Poultry Lb. reuteri G4 cat Lin et al., 1996 Raw ground pork Lb. reuteri 100-63 erm (T) Tannock et al., 1994 Lb. plantarum catc2r Cm Ahn et al., 1992 Raw ground pork and beef Lb. sakei, Lb. curvatus, Lb. plantarum, Lb. brevis, Leuco. mesenteroides Tetracycline (69%); chloramphenicol (3%); methicillin (85%) Vidal and Collins-Thompson, 1987 Fermented products Raw milk soft cheese Lc. lactis strain K214 Str tet (S) cat Perreten et al., 1997 Greek cheese Lb. acidophilus ACA-DC 243 Penicillin Charteris et al., 1998 Yoghurt starter cultures S. thermophilus and Lb. delbruekii ssp. bulgaricus Neomycin, polymyxin B Sozzi and Smiley, 1980 Nigerian fermented foods and beverages Lb. pentosus, Lb.acidophilus, Lb. casei, Lb. brevis, Lb. plantarum, Lb. jensenii Tetracycline (42.5%) Erythromycin (17.5%) Ampicillin (47.5%) Cloxacillin (80%); penicillin (77.5%); Olukoya et al., 1993 Fermented dry sausages Lactobacillus species Tetracycline Gentamicin (79%) Penicillin G (64%) Kanamycin (79%) Gevers et al., 2003 Turkish yoghurts S. thermophilus Vancomycin (65%) Aslim and Beyatli, 2004 European probiotic products Lb. acidophilus, Lb. rhamnosus, Lb. casei, Lb. johnsonnii, Lb. plantarum, Lb. reuteri, Lb. delbreukii spp. bulgaricus Tetracycline (26%) Penicillin G (23%) Erythromycin (16%) Chloramphenicol (11%) Temmerman et al., 2002 Others Maize silage Lb. plantarum 5057 tet (M) Danielsen, 2002 Gene names and abbreviations: cat: chloramphenicol acetylase gene; erm: erythromycin resistance gene; Cm: Chloramphenicol; tet: tetracycline resistance gene; str: streptomycin adenylase gene. Lb: Lactobacillus; Lc: Lactococcus; Leuco: Leuconosstoc; S: Streptococcus. 식품의안전성확보를위한제외국의식품미생물에대한안전성평가시스템및기준규격조사연구 619
3. 식품용미생물의안전성평가시스템 대량생산에의해식품이제조되고있는현대사회에서소비자와생산자에게가장중요한문제는식품의안전성이다. 안전한식품에대한요구의증가는발효식품의제조에첨가하는종균의안전성평가에대한중요성을부각시켰다. 그러나 2000년초반까지유럽연합 (EU) 에는식품에첨가하는미생물에대한안전성평가기준이존재하지않았고, 미국 FDA가사용하고있는 GRAS 기준이일반적으로적용되고있었다. 2002년 EU의 European Food Safety Authority (EFSA) 는 GRAS 기준과비슷한개념과목적을위하여미생물안전성평가시스템을제안하였다. 식품에첨가하는생물제제의안전을담당하고있는 EFSA는 EU 각국에서진행하고있는식품용미생물안전성평가시스템을간소화하기위하여포괄적으로적용할수있는 Qualified Presumption of Safety (QPS) 개념을도입하였다 [EFSA, 2004]. 식품에첨가하는미생물제제를용도에따라개별적으로안전성을평가하는 GRAS 시스템과는달리, QPS 시스템은 EFSA 전문가집단이식품에첨가되는미생물단위 ( 분류학적단위, taxonomic unit) 에대한안전성평가이다. 3.1. 미국의 GRAS 시스템 미국에서식품첨가물은연방식품의약품화장품법 (Federal Food Drug, and Cosmetic Act, FFDCA) 에따라규제되고있다. FFDCA 201(s) 및 409 조항에따르면식품첨가물은식품의특성에영향을미칠수있는성분으로의도적으로첨가한물질로정의하고있으며, 식품첨가물의사용을위해서는 FDA의사전승인 (Premarket approval) 을받아야한다. 그러나 Generally Recognized as Safe (GRAS) 로인정된식품첨가물의사용에는사전승인을면제하고있다. GRAS는미국 FDA가오랜사용이력및전문가들의평가를통하여일반적으로안전하다고판단되는식품첨가물을의미하고, GRAS 규격 (status) 으로따로관리하고있다. FFDCA에의해 GRAS 시스템이시행되기시작한 1958년이전부터사용한물질에대해서는사전승인 (prior sanction) 물질로간주해안전성평가없이 GRAS로인정되었지만, 현재는안전성에대한과학적근거자료에대한전문가들의심사를통하여인정된다. 미생물및미생물에서유래한성분을식품에첨가하려는경우, 식품첨가물과동일한절차를거쳐 GRAS로공지된다. GRAS 인증은식품에첨가하는원료자체에대한안전성을제공하는것이아닌, 특정용도에서의안전성을의미한다. 따라서항상용도를지정해야한다. 620 2013 년기초연구과제총서
GRAS notification program은식품원료의안전성을증명하는과정으로, GRAS로인증된식품원료는 GRAS notice inventory에등재되어 FDA homepage에공개된다 (http://www.fda.gov). 1997년이전에는 GRAS 인증의심사가 FDA 및제조업체의안전성평가전문가들에의해서진행되었지만, 오랜기간에걸쳐진행되는단점을보완하기위해, 1997년이후에는생산자또는판매자가 GRAS 여부를판단하여 FDA에심사를청구하면독성, 영양, 분자생물학분야의전문가패널의안전성검증을통해 GRAS status를획득한다. 다만 1958년이전에안전하게사용되었다는역사적사용근거가있는물질 (Table 2) 에대해서는사전승인 (prior sanction) 물질로인정해해가없는물질로간주한다 [CFR, Title 21, Part 131, 131.112, 2007]. 지금까지식품원료로써 FDA에 465건에대하여심사가요청되었고, 그중 350건에대하여 GRAS status (2013.4.24 기준 ) 를획득하였다. 그리고, GRAS status 목록중미생물자체로단 15건만이 GRAS로인정받았다 (Table 3). 예를들어 GRN 49를부여받은 Streptococcus thermophilus Th4와 Bifidobacterium lactis Bb1는유아식에사용할수있으며, GRN 171을부여받은 Lactobacillus acidophilus, Lactococcus lactis, Pediococcus acidilactici는육가공제품에유해균저해를위해서사용할수있다. Table 2. Food microbial substances of prior sanction in 21 CFR 131. Regulation in 21 CFR Food Substances 131.112 Cultured milk Lactobacillus acidophilus 131.160 Sour cream lactic acid producing bacteria Lactobacillus bulgaricus and Streptococcus thermophilus 133.128 Cottage cheese lactic acid producing bacteria Lactobacillus bulgaricus and Streptococcus thermophilus 131.200 Yogurt lactic acid producing bacteria Lactobacillus bulgaricus and Streptococcus thermophilus 131.203 Low fat yogurt lactic acid producing bacteria Lactobacillus bulgaricus and Streptococcus thermophilus 131.206 Non-fat yogurt lactic acid producing bacteria Lactobacillus bulgaricus and Streptococcus thermophilus 식품의안전성확보를위한제외국의식품미생물에대한안전성평가시스템및기준규격조사연구 621
Table 3. The inventory of GRAS bacterial notice. GRN No. Strain 49 Bifidobacterium lactis strain Bb12 Streptococcus thermophilus strain Th4 171 Lactobacillus acidophilus, Lactobacillus lactis Pediococcus acidilactici Use Ingredient in infant formula Antimicrobial agent in meat and poultry products 231 Lactobacillus casei subsp. rhamnosus strain GG Ingredient in infant formula 240 Lactobacillus paracasei subsp. paracasei Bacillus coagulans LA-1 Propionibacterium freudenreichii subsp. shermanii or mixtures of these microorganisms Antimicrobial agent in meat and poultry products 254 Lactobacillus reuteri strain DSM 17938 Ingredient in processed dairy and vegetable products 268 Bifidobacterium longum strain BB536 Ingredient in various foods 281 Lactobacillus rhamnosus strain HN001 Ingredient in infant formula 288 Lactobacillus rhamnosus strain HN001 Ingredient in various foods 305 Carnobacterium maltaromaticum strain CB1 Inhibitor of Listeria monocytogenes 357 Lactobacillus acidophilus NCFM Ingredient in various foods 377 Bifidobacterium animalis subsp. lactis strain Bf-6 Ingredient in food 378 Streptococcus thermophilus Bacillus coagulans Lactobacillus acidophilus Lactobacillus paracasei subsp. paracasei Lactobacillus plantarum Lactobacillus sakei Lactobacillus bulgaricus Antimicrobial agents in various food including meat and poultry products excepting infant fourmula and infant foods Proprionibacterium freudenreichii subsp. shermanii or mixtures of these strains 399 Bacillus coagulans strain GBI-30, 6086 spores Ingredient in various foods 410 Lactobacillus reuteri strain DSM 17938 Ingredient in infant formula 415 Propionibacterium freudenreichii ET-3 culture Ingredient in specific foods 622 2013 년기초연구과제총서
3.2. 유럽의 QPS 시스템 3.2.1. QPS 제안의배경 유럽에서식품제조를위해첨가되는미생물은 Novel Food Regulation (NFR) [258/97/EC; 1997] 의적용을받았다. 전통적으로식품제조에사용되었던미생물은오랫동안안전하게섭취된사용이력에근거규제없이사용되었으나, 새롭게발견되는균주나유전자조작미생물, 사료첨가제를통해식품에유입될수있는미생물은관련법령에의해엄격히규제되고있었다. 사료첨가제로사용되는미생물은식품제조에사용되는미생물과동일하거나매우유사한균주가많으나식품과달리엄격한규제를받고있어형평성에대한논란이있었다. 낙농제품의생산및축산업의대형화에따른항생제사용의증가로환경시료로부터항생제내성균의분리가증가하고있으며, 식품에서분리되는미생물에서도항생제내성이증가하고있는추세이다. 그러나, NFR에서는항생제내성을갖는미생물의사료첨가제사용을제한하지만식품발효에는별다른규제없이사용되었다. 이런문제의해결을위해 EFSA는 EU의 Scientific Committee on Animal Nutrition (SCAN), Scientific Committee on Food (SCF), Scientific Committee on Plants (SCP) 의전문가그룹을 2002년과 2003년에소집하여식품이나사료에사용될미생물의안전성평가를위한 QPS 개념을제안하였다 [Renata et al., 2010]. 3.2.2. QPS 개요 QPS는특정용도로식품에첨가하는미생물의균주 (starin) 수준 (level) 에서의안전성을의미하는미국의 GRAS와는달리, 미생물단위의일반적인안전성을정의한다. 따라서, QPS 시스템을통하여안전하다고평가된미생물단위 ( 종또는속 ) 은사용용도를제한하지않는다. QPS에의해안전성이확보된미생물단위는 QPS list에등록되고, 이목록은매년업데이트된다 (http://www.efsa.eu.int/). QPS list에등록된미생물단위는일반적인안전성이입증되었기때문에개별적인안전성평가가필요없고, 균주수준에서의특이적안전성문제가없다면식품에사용가능하다. 한편등록되지않은미생물단위에대해서는평가가필요한모든안전성이검증되어야한다. EFSA의과학위원회는 2005년식품에첨가하는미생물의안전성평가에 QPS를적용하 식품의안전성확보를위한제외국의식품미생물에대한안전성평가시스템및기준규격조사연구 623
도록제안하였고 [EFSA, 2005], 2007년에는 bifidobacteria, 유산균, Bacillus 속및일부효모에대한안전성을검토하여 QPS list를작성하였다 [EFSA, 2007]. 2008년부터는 EFSA의 Biological Hazards (BIOHAZ) 패널이안전성을검토하여 QPS list를업데이트한다 [EFSA, 2008, 2009]. Table 4와 Table 5에는 2011년에업데이트된내용을정리한표이다 [Boudichon et al., 2012]. Table 4. Bacterial diversity in the 2011 update of microorganisms with beneficial use. Phylum Family Genus Species Actinobacteria Bifidobacteriaceae Bifidobacterium 8 Brevibacteriaceae Brevibacterium 3 Corynebacteriaceae Corynebacterium 4 Dermabacteraceae Brachybacterium 2 Microbacteriaceae Microbacterium 1 Micrococcaceae Arthrobacter 4 Kocuria 2 Micrococcus 2 Propionibacteriaceae Propionibacterium 5 Streptomycetaceae Streptomyces 1 Actinobacteria species 32 Firmicutes Bacillaceae Bacillus 3 Carnobacteriaceae Carnobacterium 3 Enterococcaceae Enterococcus 3 Tetragenococcus 2 Lactobacillaceae Lactobacillus 84 Pediococcus 3 Leuconostocaceae Leuconostoc 12 Oenococcus 1 Weissella 9 Staphylococcaceae Macrococcus 1 Staphylococcus 15 Streptococacceae Lactococcus 3 Streptococcus 3 Firmicutes species 142 Proteobacteria Acetobacteraceae Acetobacteraceae 9 Gluconacetobacter 9 Enterobacteriaceae Hafnia 1 Halomonas 1 Sphingomonadaceae Zymomonas 1 Proteobacteria species 21 Total number of species 195 624 2013 년기초연구과제총서
Table 5. Fungal diversity in the 2011 update of microorganisms with beneficial use. Phylum Family Genus Species Ascomycota Cordycipitaceae Lecanicillium 1 Dipodascaceae Geotrichum 1 Yarrowia 1 Galactomyces 1 Microascaceae Scopulariopsis 1 Nectriaceae Fusarium 2 Saccharomycetaceae Candida 10 Cyberlindnera 2 Debaryomyces 1 Dekkera 1 Hanseniaspora 3 Kazachstania 2 Kluyveromyces 1 Lachancea 2 Metschnikowia 1 Pichia 4 Saccharomyces 4 Schwanniomyces 1 Starmerella 1 Trigonopsis 1 Wickerhamomyces 1 Zygosaccharomyces 1 Zygotorulaspora 1 Kluyveromyces 1 Sarcosomataceae Torulaspora 1 Schizosaccharomycetaceae Schizosaccharomyces 1 Sordariaceae Neurospora 1 Trichocomaceae Aspergillus 4 Penicillium 7 Ascomycota species 59 Basidiomycota Cystofilobasidiaceae Cystofilobasidium 1 Guehomyces 1 Basidiomycota species 2 Zygomycota Mucoraceae Mucor 4 Rhizopus 4 Zygomycota species 8 Total number of species 69 식품의안전성확보를위한제외국의식품미생물에대한안전성평가시스템및기준규격조사연구 625
3.2.3. QPS status 획득요건 [EFSA, 2005] QPS staus 획득을위한안전성평가는분류 (taxonomy), 정량적정보의양 (familiarity), 병원성 (pathogenicity), 적용상황 (end use) 의 4가지항목을중심으로진행된다. 안전성에논란이없거나, 위해요소가있더라도제거가능한미생물단위는 QPS status 획득이가능하다. 4가지요건에근거한 QPS status 평가진행은 Fig. 1과같다. Fig. 1. A generalized scheme for assessing the suitability for QPS status of microorganism. 분류 (Taxonomy) 미생물동정은 QPS status 획득을위한위해도평가의첫단계이다. 미생물은유산균등과같이일반적인분류가아닌, 속 (genus) 또는종 (species) 과같이학술적분류단위에의해분류되어야하고, 가능한식품용으로적합하지않은균주를제거할수있는분류단위의적용을원칙으로한다. 심사청구자는가능한최신의방법을적용하여가장최근의명명법을동정에사용해야한 626 2013 년기초연구과제총서
다. 미생물이분류방법론상의변경으로재분류되더라도 QPS status를상실하는것은아니고, 이력상의정보변경으로간주한다. 돌연변이및선발을통해개량된특성을갖는산업용균주의경우에도분류학적위치는변하지않는다. 그러나유전자재조합을통해개량된특성을갖는균주는유전자재조합관련법규에따른다. 정량적정보의양 (Familiarity, Body of knowledge) QPS 시스템의도입시에는 familiarity 라는용어를사용하였으나, 혼동을일으킬우려가있어 body of knowledge 로수정하였다. 이것은미생물의산업적이용을포함하는역사적사용이력, 주요분포생태계, 질병관련성, 안전성등의과학적평가가가능한모든정보를의미한다 (Fig. 2). QPS 인증을위해제출한자료는미생물이사람가축, 환경등에악영향을미치지않음에대한판단이가능해야한다. 제출한자료가완벽한안전성을증명하지못하더라도, 위해성에대한합리적인증거제시만으로도 QPS status 획득이가능하다. Fig. 2. Sources of knowledge forming a body of knowledge on a particular group of microorganisms. 식품의안전성확보를위한제외국의식품미생물에대한안전성평가시스템및기준규격조사연구 627
병원성 (Pathogenicity) QPS status 획득을위해서는미생물의사용이력및과학적근거자료를토대로병원성이없음을제시해야한다. 따라서일반적인질병에관여하는미생물은 QPS 인증이불가하지만, 병원성이일부균주에서만한정적으로나타나고발병기작이잘알려져있다면병원성균주만을제외하는제한규정을첨부하여 QPS의판단대상이될수있다. 예를들어 Bacillus subtilis 중에서위해성을나타낼가능성이있는균주, 곰팡이독소를생산하는곰팡이균주, 위해성이있는 enterococci를 QPS list에서제외하는조건으로이들을 QPS로인증할수있다. 이내용은 Fig. 1에요약되어있다. 최종사용 (End Use) 생물제제의사용에대한최종용도또한 Body of Knowledge의일부로서안전성평가에영향을미친다. 미생물의안전성평가에있어모든측면에서의안전성이확보되는것이최선일수있지만, 실용적측면에서조건부사용이따르는경우, End use는 QPS 인증에큰영향을줄수있다. 예를들어곰팡이의경우, 식물보호의목적으로사용함에있어안전성이검증되었다하더러도곰팡이가가지고있는능력을모든분야로확대하여이용하는점에서는안전성을확대해석하는것에는문제점이있는것으로판단하고있다. 3.3. 대한민국의식품위생법 우리나라에는곰팡이에해당하는종국에대한정의를식품공전에명시하고있을뿐, 종균에대한정의및관리가명확하지는않다. 현재식품의발효를위해서사용되는종균은식품위생법에정의된식품첨가물 식품에의도적비의도적으로혼입된물질 ( 오염물질제외 ) 에해당하지만, 아직까지요구르트제조에사용하는유산균외에사용허가된것이없으며, 유산균의경우에도균주수준에서의특이적사항에대한제시가없으며, 사용허가를위한기준조건이없다. 건강기능성식품법에는 probiotics로허가된유산균품목 (Table 6) 이있다. 그러나허가된유산균에대한최신정보를통한업데이트가진행되지않을뿐아니라, 허가품목중, Enterococcus 의경우, 병원성관련문제점이제시되고있고, 캐나다에서는사용이금지되었지만우리나라에서는여전히 probiotics로승인되어있다. 따라서식품용도로사용되는미생물에대한안전성평가및허가기준에대한검토가필요하다. 628 2013 년기초연구과제총서
Table 6. Approved probiotics according to the Health Functional Food Code of Korea. Genus Strain L. acidophilus L. casei L. gasseri L. delbrueckii ssp. bulgaricus Lactobacillus L. helveticus L. fermentum L. paracasei L. plantarum L. reuteri L. rahmnosus L. salivarius Lactococcus Lc. lactis Enterococcus E. faecium E. faecalis Streptococcus S. thermophilus Bifidobacterium B. bifidum B. breve B. longum B. animalis ssp. lactis 4. 우리나라전통발효식품미생물연구 우리나라에는김치, 된장, 젓갈과같은다양한전통발효식품과전통주가있으며, 자연발효기반으로, 지역과가정에따라특징적인제조법으로만들어지고있다. 가정에서만들어지던발효식품은 1970년대에들어각종산업체증가에따른단체급식물량이발생하면서산업적생산이시작되었고, 경제성장에따른주거환경의변화, 가공식품산업의발달, 여성의사회참여증가등의사회적변화에의해상품김치수요가지속적으로증가하고있다. 전통발효식품의상업적생산과관련한문제점해결을위하여 1980년이후다양한물리적, 화학적처리및공정개발이시도되었지만, 품질의변화가발생하는경우가많아, 종균의사용은가장바람직한해결책의하나로주목받고있다. 전통발효식품미생물연구는다양한소재를대상으로진행되었지만, 우리식생활과가장밀접한김치와된장에대한연구가주를이루고있다. 2013년 10월기준국가과학기술정보센터 (NDSL, http://ndsl.kr) 의데이터베이스에서검색되는국내에서보고된전통발효식품관련미생물논문은김치 209건, 된장 84건, 고추장 70건, 젓갈 51건, 청국장 45건, 막걸리 21건으로김치에대한연구가가장많이진행되었다. 이러한경향은김치가전통발효식품중, 우리식생활과의깊은관련성뿐만아니라, 상품화및세계화에가장적합한특성을가지고있기때문으로추정된다. 전통발효식품용종균개발을염두에둔다양한미생물연구가진행되었지만, 종균제의산업화로연결된결과는김치정도에불과하다. 김치의경우, 미생물뿐만아니라다양한측면에서의품질균일화및유통기간연장을위한가장많은연구가진행되었다. 선택배지를이용한배양법을통하여발효에관여하는미생물상을분석하 식품의안전성확보를위한제외국의식품미생물에대한안전성평가시스템및기준규격조사연구 629
는미생물연구가진행되다가, 2000년이후부터는 metagenome을분석하는배양비의존적미생물군집분석이본격적으로도입되면서현재의과학수준에서가장높은발효과정중의미생물천이에대한지식이확보되었다 [Park et al., 2012]. 또한종균개발에대한연구도꾸준히진행되어 Leuconostoc 속균주가상품김치에첨가되고있다 [Jung et al., 2012]. 장류관련미생물연구는김치보다는활발하지는않지만, 김치의경우와마찬가지로배양법에의한미생물상분석이최근들어배양비의존적미생물군집분석으로확대되면서곰팡이와 Bacillus 속외에도 Enterococcus 속, Staphylococcus 속, Tetragenococcus halophilus 등의새로운 bacteria의발효관련성이보고되고있다 [Kim et al., 2009, 2011a, 2011b, Lee et al., 2010]. 개량식된장의제조에서는코지의사용으로품질균일화가달성되었지만, 전통식담금에서는미생물천이에대한충분한지견이얻어지지않았기때문에전통식된장의대량생산및품질표준화를위해서는지속적인연구가필요한시점에있다. 젓갈관련미생물연구는 6개월이상소요되는숙성기간의단축을위하여속성발효를목적으로한연구가진행되었다. 최근까지숙성과정중의미생물상천이및고염발효에대한정확한지식이확립되지않아, 단순히내염성및단백질분해활성이높은균주를선발하여종균제로첨가하려는시도가진행되었다. 최근까지미생물에대한충분한지식이확립되지않았고, 20% 이상의고염상태에서숙성이진행되기때문에미생물에의한발효가아닌원재료에서유래하는효소가숙성에주된역할을한다는견해도있다. 최근에보고된배양법및배양비의존적방법을이용한미생물상의분석을통하여미생물군집의천이가밝혀지고있고, Staphylococcus 속이주발효미생물이라는결과들이도출되고있어향후종균을이용한속성발효의가능성이높아지고있다 [Guan et al., 2011; Jung et al., 2013a, 2013b]. 그러나최근의건강을우선시하는음식의섭취가증가하고, 젓갈이비위생적으로제조되고있다는소비자들의인식이늘어나면서염도가높은젓갈의소비가감소하고있다. 젓갈소비의감소와자금회수율이낮은경제적문제점을가지고있어젓갈에대한연구가활발하게진행되고있지는않다. 그러나젓갈은한국인의밥상에빈번하게등장하는부식중의하나이고, 김치의부재료로첨가되고있어향후지속적인종균화를통하여경제성을향상시킬필요성이높은전통발효식품중의하나이다. 국내에서산업화를목적으로전통발효식품에서분리한미생물에대한연구는 bacteria의경우, 유산균과 Bacillus를중심으로진행되었고, 효모와곰팡이에대한연구가꾸준히뒤를따르고있다. 2013년 10월기준으로국가과학기술정보센터데이터베이스에서종균을키워드로검색되는국 630 2013 년기초연구과제총서
내발표논문은 502건, 유산균종균 128건, Bacillus 종균 52건, 효모종균 50건, Aspergillus 종균 17건등으로이미산업적활용성및안전성이알려진미생물들을대상으로한연구가주를이루고있지만, 그외의미생물의종균화에대한연구가보고된바없다. 5. 제언 : 전통발효식품용종균개발및안전성평가의필요성 유산균을중심으로종균개발의연구가진행된우리나라에서는유산균과현재장류발효에관여하는것으로알려진 Bacillus 속을제외하고는종균화대상으로주목을받지못하고있다. 그러나 metagenome 분석에기반을둔미생물상분석이전통발효식품에적용되면서기존연구에서알려지지않았던다양한미생물의존재가전통발효식품의발효에관여하는것으로알려지기시작했다. 한예로, 고염에서숙성되는젓갈이 coagulase-negative staphylococci (CNS) 에의한발효에의존한다는증거들의계속적인도출을들수있다. 따라서전통발효식품에서검출되는새로운우점 bacteria에대한안전성의평가를통하여우리전통발효식품의안전성을입증할필요가있다. 유럽에서는육류및소시지발효와관련하여 CNS가종균으로사용되고있어, 간접적으로낮은수준에서의안전성이확보되었다고할수있으나, 종균발효를시작한유럽에서식품에첨가하는다양한미생물의안전성을평가하는 QPS 시스템이만들어져시행되고있다는점을고려하면우리나라에서도식품에사용되는미생물안전성평가의필요성이제기되어야할시점으로생각한다. 한식의세계화가활발하게진행되고있는현시점에서김치를비롯한전통발효식품의세계화를위한노력이다양한측면에서진행되고있다. 전통발효식품에대한우수성을알리기위하여건강기능성에대한다양한논문들이보고되고있지만, 안전성과관련한문제들은드물게보고되고있다. 안전성에관한문제는자칫잘못하여그동안의세계화노력을물거품으로만드는가능성을가지고있는민감한사항이다. 그러나, 전통발효식품의경우에도산업화및대규모제조가증가하고있어, 품질균일화및속성발효를위해종균의개발및종균제의첨가는지속적증가가예상된다. 한편, 우리나라에는발효종균에대한안전성기준규격없어안전성평가없이기능성만으로선발된종균이사용된다면국내뿐만아니라세계화에걸림돌이될것으로예상된다. 국제적인식품거래가활발해지면서소비자와수입국의정부당국들은안전에대해서더욱민감하게반응하고있다. 전통발효식품의세계화를위해서는기능적측면뿐만아니라안전성에대한연구및안전성평가기준에대한해결이필요한시점에도달해있다. 식품의안전성확보를위한제외국의식품미생물에대한안전성평가시스템및기준규격조사연구 631
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