Unveiling Kimchi's Terroir through Comprehensive Analysis of Geographical Effects on Metabolites, Microbiota, Ingredients, and Sensory Profiles

Do-Yeon Lee 고려대학교 대학원 2024 국내석사

The concept of terroir is inherently linked to the relationship between the characteristics of fermented foods and their unique geographical origins. The objective of this study was to investigate the differences in the fermentation dynamics of kimchi, a fermented food, based on its production region, using omics methodologies and incorporating the terroir perspective. A total of 108 kimchi samples were collected from five different provinces in Korea (Gyeonggi-do, Gangwon-do, Chungcheong-do, Gyeongsang-do, and Jeolla-do) for the analysis of their recipes, metabolites, and microbial composition. Subsequently, kimchi was prepared following regional standard recipes, and its sensory characteristics were investigated. The results of this study revealed distinct differences in both the metabolite profiles of kimchi samples obtained from southern and northern regions and the flavor profiles of kimchi samples prepared according to their respective regional recipes. Furthermore, a total of 77 factors were exhibited correlations with the regional characteristics of kimchi. Among them, 18 ingredients (including salted anchovy and seaweed), 7 quality indicators (such as salinity and moisture content), 14 genera of microorganisms (mainly Tetragenococcus and Weissella belonging to lactic acid bacteria), and 38 metabolites contributed to the characteristics of kimchi based on its region of origin. This is the first study to investigate the terroir effect of kimchi by identifying variations in ingredients, metabolites, microbes, and sensory characteristics based on the region of production and elucidating the correlations between these key factors.

Analysis of synthetic preservatives and colorants in processed foods with high-performance liquid chromatography-ultraviolet detector

Do-Yeon Lee 동국대학교 일반대학원 2023 국내박사

식품산업이 발전하며 가공식품의 종류가 다양해짐에 따라 이들의 보존성과 기호성을 향상시키기 위해 식품첨가물인 보존료와 착색료를 사용하고 있다. 합성 보존료와 착색료 사용 시 각 목적의 장점이 있으나 남용될 경우 두드러기, 천식, 비염, 습진, 주의력 결핍 과잉 행동장애와 같은 부작용을 일으킬 수 있다고 보고되어, 인체에 유해한 영향이 없도록 허용 가능 식품 및 기준 규격을 정해 사용하고 있다. 이에 따라 잠재적 유해성이 있는 합성 보존료와 착색료가 안전한 양으로 사용되고 있는지 확인하기 위해서는 신뢰할 수 있는 분석법이 필요하다. 합성 보존료 분석을 위한 식품공전 분석법은 다량의 용매를 사용하여 장시간 추출하는 수증기 증류법과 에탄올을 사용한 단순 추출법이 확립되어 있으나 소스류, 유가공품 등 유화식품의 유화 특성으로 인해 단백질 및 지방 제거가 어려워 회수율이 낮다는 문제점이 있다. 이에 유화특성 처리에 효과적이고 간편한 카레즈 시액(Carrez solution)을 사용하여 가공식품에 대한 적용 가능성을 검토한 결과 카레즈 시액을 사용한 액체크로마토그래피 분석법을 확립하였다. 합성 보존료 9종의 동시분석법 유효성 확인 결과, 1~50 mg/L의 범위에서 보존료 9종 모두 0.999 이상의 우수한 직선성을 나타내었으며, 검출한계는 0.09~0.12 mg/L, 정량한계는 0.28~0.37 mg/kg의 범위를 나타내었다. 유화식품을 포함한 다양한 가공식품에 첨가 회수(50 mg/kg) 시험 시 80.9~111.6%의 회수율을 나타냈으며, 0.2~9.3%의 정밀성을 나타내었다. 세 기관 간 실험실간 교차검증은 F-검정을 통해 수행되었으며 유의적 차이를 보이지 않았다. 측정값 50 mg/kg의 측정불확도를 추정한 결과, 약 95% 신뢰수준에서 k=2일 때 2.7~3.4 mg/kg의 불확도와 5.8~7.2%의 상대표준불확도를 갖는 것을 확인하였다. 확립된 분석법으로 가공식품 30종에 대한 합성 보존료 모니터링 결과, 그 합이 0.01~1.68 g/kg 수준임을 확인하여 각 대상 식품별 기준 규격 이내임을 확인하였다. 합성 착색료(타르색소) 분석을 위한 식품공전 분석법은 다양한 대상 식품별 전처리 방법이 확립되어 있으나 캡슐형 건강기능식품에 대한 전처리 방법은 마련되지 않았다. 이에 효소(amylase, protease)를 이용하여 겔화를 방지하고, 석유 에테르를 이용하여 지용성 물질을 제거하는 전처리 방법을 캡슐형 시료에 처음 적용하여 분석법을 확립하였다. 합성 착색료 9종의 동시분석법 유효성 확인 결과, 1~50 mg/L의 범위에서 합성 착색료 9종 모두 0.999 이상의 우수한 직선성을 나타내었으며, 검출한계는 0.009~0.029 mg/L, 정량한계는 0.42~1.40 mg/kg의 범위를 나타내었다. 합성 착색료를 포함하지 않은 캡슐형 건강기능식품에 첨가 회수(10 mg/kg) 시험 시 90.9~108.9%의 회수율을 나타냈으며, 0.5~2.3%의 정밀성을 나타내었다. 세 기관 간 실험실간 교차검증은 F-검정을 통해 수행되었으며 유의적 차이를 보이지 않았다. 측정값 10 mg/kg의 측정불확도를 추정한 결과, 약 95% 신뢰수준에서 k=2일 때 0.4~0.6 mg/kg의 불확도와 4.1~6.3%의 상대표준불확도를 갖는 것을 확인하였다. 확립된 분석법으로 캡슐형 건강기능식품 28종에 대한 모니터링 결과, 0.3~73.7 mg/kg 수준의 합성 착색료가 함유되어 있으며 기준 규격 이내임을 확인하였다. 천연 착색료(심황색소) 분석을 위한 식품공전 분석법은 마련되지 않았으며 국외 공인시험법에서 강황(Curcuma longa) 원물에 대한 분석법은 마련되어 있으나 다양한 가공식품에 대한 전처리 방법은 검토되지 않은 실정이다. 이에 에탄올을 이용한 단순추출 후 지방산 및 당류 제거에 효과적인 PSA(Primary secondary amine) 시약을 이용한 분석법을 개발하여 가공식품에 대한 적용 가능성을 확인하였다. 심황색소 3종의 동시분석법 유효성 확인 결과, 0.1~30 mg/L의 범위에서 심황색소 3종 모두 0.999 이상의 우수한 직선성을 나타내었으며, 검출한계는 0.003~0.004 mg/L, 정량한계는 0.009~0.012 mg/L의 범위를 나타내었다. 심황색소를 포함하지 않은 가공식품 4종에 첨가 회수(1 mg/kg) 시험 시 97.8~101.8%의 회수율을 나타냈으며, 1.2~3.5%의 정밀성을 나타내었다. 세 기관 간 실험실간 교차검증은 F-검정을 통해 수행되었으며 유의적 차이를 보이지 않았다. 측정값 1 mg/kg의 측정불확도를 추정한 결과, 약 95% 신뢰수준에서 k=2일 때 0.04~0.06 mg/kg의 불확도와 5.0~6.4%의 상대표준불확도를 갖는 것을 확인하였다. 확립된 분석법으로 가공식품 37종에 대한 모니터링 결과, 강황 원물을 제외하고 총 심황색소로서 2.7~1,581.0 mg/kg 수준의 심황색소가 포함되어 있음을 확인하였다. 본 연구에서는 다양한 가공식품 중 합성 보존료 9종, 합성 착색료 9종, 심황색소 3종을 분석하기 위해 각 분석물질의 특성에 맞는 전처리 방법을 검토하여 분석법을 확립하였으며 그 유효성을 확인하였다. 향후 다양한 가공식품 중 해당물질의 분석 시 본 연구의 분석법이 유용하게 제공될 수 있을 것으로 판단된다. As the food industry develops, various types of processed foods have become available, and to enhance their preservation and preference, preservatives and colorants, which are food additives, are used. While there are advantages to using synthetic preservatives and colorants for their respective purposes, overuse can cause side effects such as hives, asthma, rhinitis, and attention deficit hyperactivity disorder, and therefore, permissible foods and standards are established to ensure that there is no harmful effect on the human body. Therefore, to confirm that potentially harmful synthetic preservatives and colorants are being used in safe amounts, reliable analytical methods are required. In this study, a method was established to simultaneous determination of nine synthetic preservatives (SPs) using liquid chromatography with a UV detector after removing fat and protein from processed foods using carrez solution. The linearity of the established method was investigated, and all 9 SPs showed excellent linearity with values greater than 0.999. The detection limits and quantification limits were in the range of 0.09-0.12 mg/L and 0.28-0.37 mg/L, respectively. The recovery rates of the nine SPs in various processed foods were good, ranging from 80.9% to 111.6%, with relative standard deviations of 0.2-9.3% obtained from three repeated measurements. In addition, when SPs were analyzed in processed foods for the purpose of recovery experiments, all SPs with established standards were detected below the limit, and no unauthorized items were found. The established simultaneous analytical method for the nine SPs is expected to be used as an efficient testing method in the future for processed food analysis, allowing for effective removal of fat and protein from samples and shortening the pre-processing step. This study proposed and validated an analytical method for the simultaneous determination of nine synthetic colorants (SCs) in capsuled health functional foods by liquid chromatography with UV detector at 420, 520, 620 nm. Gelation was prevented by using the enzymes protease and amylase and removal of fat-soluble substances using petroleum ether. The linearity of the established method was investigated, and all nine SCs showed excellent linearity with values greater than 0.999. The detection limits and quantification limits were in the range of 0.009-0.029 mg/L and 0.42-1.40 mg/kg, respectively. The recovery rates of the 9 SCs in capsuled health functional foods were good, ranging from 90.9% to 108.9%, with relative standard deviations of 0.5-2.3% obtained from three repeated measurements. The SC content was in the range of 0.3 to 73.7 mg/kg and the most detected SCs were R40 and B1, in 20 out of 28 samples. R102, B2 and G3 were not detected in any of the samples. Also, some trace colorants were not detected when analyzed as a singleserving dose, suggesting larger amounts of the sample should be extracted. The obtained contents did not exceed the legal limits. Notably, one sample confirmed the inclusion of R2 and R3, which were not declared on the product label. As the number of samples was limited, further monitoring should be performed as to notice whether this was just an occasional finding, or it might occur more frequently. This study proposed and validated an analytical method for the simultaneous determination of three curcuminoids in processed foods by liquid chromatography with UV detector at a 425 nm. The preparation was extracted by using the sonication with ethanol and removal of fatty acids substances using PSA. The linearity of the established method was investigated, and all three curcuminoids showed excellent linearity with values greater than 0.999. The detection limits and quantification limits were in the range of 0.003-0.004 mg/L and 0.009-0.012 mg/L, respectively. The recovery rates of the three curcuminoids in various processed foods were good, ranging from 93.5% to 103.5%, with relative standard deviations of 1.0-5.5% obtained from three repeated measurements. The total content of curcuminoids was in the range of 0.3 to 73.7 mg/kg and the highest detected curcuminoid was C in Curcuma longa raw material. Also, some trace curcuminoids in pickle were not detected when analyzed as a 1 g, suggesting larger amounts of the sample should be extracted. As the number of samples reporting the use of colorants was limited, further monitoring should be performed.

Increased Expression of S100B in Chronic Colitis Correlates with Neuroinflammation

Lee, Do Yeon 부산대학교 대학원 2024 국내석사