1. 김치재료의 영양학적 특성
대부분의 채소를 주재료로 하여 김치를 만들 수 있다. 대표적인 것이 배추를 주재료로 한 배추김치이지만 그 외 주재료에 따라서 깍두기, 열무김치, 오이김치, 파김치, 갓김치, 고들빼기 김치, 깻잎김치, 도라지 김치, 부추김치, 우엉김치, 풋고추김치, 케일김치, 해물김치, 호박김치 등의 여러 별미김치도 널리 알려져 있다. 무우를 비롯한 이들 주재료인 채소류는 독특한 영양과 인체에 여러 조절기능을 가지고 있으므로 이들 재료의 영양가치와 기능성을 연구하는 것은 매우 중요하다. 그러나, 김치의 대표적이며 가장 널리 섭취되는 김치(섭취량의 70% 이상)는 배추(김장)김치이다. 현재 김치공장에서 제조하는 배추김치의 원부재료의 평균 배합비는 배추(85.9%), 무(2.8%), 마늘(1.4%), 고춧가루(2.9%), 파(1.5%), 젓갈(1.9%). 생강(0.7%), 소금(2.5%), 설탕(0.8%), 조미료(0.3%)의 배합비로 제조하나 제조공장이나 가정에 따라 미나리, 부추, 갓 등을 첨가하기도 하고 각각 배합비가 다르다.

김치는 여러 식품이 혼합되어 만들어지기 때문에 첨가물질 및 배합비 등의 다양성이 특정이라고도 볼 수 있다. 김치의 영양가는 김치 제조시 첨가되는 재료에 따라 기본적으로 영양가치가 변하고 발효 중 영양소의 변화는 숙성 조건에 따라 달라진다. Table 1에서 보는바와 같이 김치의 주재료는 열량은 매우 낮으나 비타민, 및 무기질 함량 등의 생리적 조절 작용을 하는 물질들의 함량이 높은 것이 특징이다. 주원료인 배추는 열량이 낮은 건강식품이지만 결구한 연백부분만 섭취하면 카로틴 및 클로로필이 거의 없으므로 녹색 잎을 너무 제거하지 않도록 한다. 재료 중 고춧가루, 멸치젓 및 굴은 단백질과 지방질 함량이 높다. 한편 유산균 발효시 필요한 당질은 고춧가루와 마늘 등에 넣지만 주 원료인 배추에는 2.4g /100g 정도 있어 고춧가루와 마늘의 첨가량을 높이면 숙성이 빨리 일어난다. 무기질 중 칼슘과 인은 대부분의 재료에 많고 특히, 고춧가루, 새우젓, 멸치젓 및 굴에 많다. 카로틴(비타민 A) 및 최근 생리적 활성이 두드러진 플라보노이드류는 주로 녹색이나 황색, 적색을 띄는 배추, 파, 당근, 고춧가루 등에 많고 비타민 C는 배추와 고춧가루가 주 공급원이다.

고춧가루는 김치의 재료 중 김치의 색깔과 맛에 크게 영향을 끼치는 향신료인데 카로틴과 비타민 C함량이 높다. 고추의 붉은색은 과피에 있는 carotenoid계 성분 때문인데 종에 따라 색소의 함량과 조성비가 각각 다르지만 일반적으로 capsanthin 35%, β-carotene 10%, violaxanthin 10%, cryptoxanthin 6%, capsorubin 6%, cryptocapsin 4%로 구성되어 있는 것으로 보고되어있다. 고추의 매운 성분인 켑사이신은 위액의 분비를 촉진시킬 뿐만 아니라 살균작용도 있으며 적당한량이 사용될 때는 면역세포의 활성을 증가시키는 것으로 알려져 있다. 생강은 특수 성분인 진져롤이 함유되어있어 식욕을 증진시키며 체내에서 자극을 주어 혈액순환에 좋은 효과가 있고 발한작용과 향균 작용이 있다고 알려져 있다.
한편 마늘의 주요 자극성분으로 allyl sulfide는 강력한 살균효과를 나타내며 마늘내의 allin은 alliinase에 의해 allicin이 된다. Allicin은 특히 비타민 B1과 결합하여 allithiamine이 되어 비타민 B1을 체내에 오랫동안 보관하도록 하여 활력증진 및 신경안정 효과에 중요한 역할을 한다. 이런 마늘의 allicin과 함황 물질 및 불포화 지방산인 methyl linoleate는 또한 암예방 효과 및 항암 효과가 있는 것으로 많이 보고되어 있다.

당근은 β-carotene이 가장 많이 함유되어 있는 김치 재료중 하나인데 비타민 C를 파괴하는 효소 ascorbin-ase가 많아 김치를 담을시 첨가하는 것을 많이 제한해왔다. 특히 배추김치를 담을시 약 5%, 무우동치미나 나박김치에는 약 10%를 섞어 왔으나 만약 김치를 담을 시 20-30% 첨가하면, 비타민 C는 파괴되어 현저히 감소된다고 하였다. 그러나 이 연구에서는 환원형의 비타민 C만을 측정하여 파괴량을 검토하였으므로 이에 대한 새로운 인식이 필요하다. 즉 동등의 효과를 가진 산화형 비타민 C의 함량 측정이 보완 검토되어야 한다.

본 연구실에서는 당근을 채 대신에 즙으로 내어 비타민 C와 배추 등 혼합물에서 당근으로 인한 비타민 C의 파괴효과를 본 결과 환원형 비타민 C가 생리적 활성을 아직 가지고 있는 산화형의 비타민 c로 다소 전환되었을 뿐 완전한 파괴는 관찰되지 않았고 오히려 완충액조건에서 보다도 당근즙이 비타민 C를 안전하게 보호하는 것을 관찰하였다. 그러므로 김치에 당근을 첨가하는 것은 사실상 문제가 되지 않고 이와 관련된 연구가 더 자세히 이루어져야 하리라 생각한다.

젓갈은 어패류의 살, 뼈, 내장, 알 등을 염장하여 자가소화하는 효소 및 미생물효소에 의해 분해 숙성시킨 것으로 종류가 다양하다. 그러나 김치재료에는 주로 새우젓과 멸치젓이 사용되는데 저장기간 중 단백질이 아미노산으로 분해되어 고유의 맛과 향기를 이루고 뼈는 분해되어 흡수되기 쉬운 칼슘으로 지방은 저급 지방산 및 유리 지방산으로 된다. 새우젓은 칼슘 함량이 높으며 지방이 적어 담백한 맛을 주지만 멸치젓은 열량과 지방함량, 필수아미노산, 칼슘 함량 등이 높아 영양증진 및 맛에 중요한 역할을 담당한다. 젓갈첨가는 지역적으로 다소의 차이는 있지만 김치의 향미형성에 가장 중요한 재료로 알려져 있다. 굴은 바다의 우유라고 알려질 만큼 영양가가 높으며 단백질, 지방질 및 당질의 함량이 높고 비타민 B군 등의 함량이 높다.

Table 1. Nutritional compositions of the raw materials used for making Baechu kimchi.
Kimchi raw materials Components
Baechu cabbage
 Radish

Red pepper

Garlic

Green onion(small)

Ginger

Carrot

Salted, fermented anchovy

Oyster

Energy, kcal

13
20
221
123
24
 53 34 134 87
Moisture

94.3
90.9
15.5
62.5
91.2
 83.3 89.5 58.4 80.4
Protein, g

1.3
2.7
11.0
7.3
91.2
 83.3 89.5 16.0 10.5
Fat, g

0.2
0.2
11.0
0.2
0.1
 0.2 0.1 0.3 24.0
Nonfibrous carbohydrate ,g

2.4
3.2
28.6
27.2
4.7
 12.3 7.8 15.4 5.0
Fiber, g

0.7
1.0
22.0
1.3
1.4
 1.6 0.8 0 0
Ash, g

0.6 2.0 7.9 1.5 0.6 101 0.7 9.9 1.6
Calcium, mg

51 106 58 5 110 13 40 500 84
Phosphorus, mg

29 55 230 173 32 28 38 124 150
Iron, mg

0.3 10.7 6.8 1.4 1.0 0.8 0.7 8.0 3.8
Potassium, mg

230 - 2930 730 220 344 395 - 220
Vitamin A, I.U.

56 - 4323 0 1863 0 7620 - 150
Vitamin B1, mg

0.05 0.01 0.30 0.21 0.06 0.03 0.06 0 0.20
Vitamin B2, mg

0.06 0.03 1.10 0.010 0.10 0.01 0.05 0 0.28
Niacin, mg 0.3 3.9 - 0.5 - 1.0 0.8 20 4.5
Vitamin C, mg 46 19 26 31 22 5 8 0 3


2. 김치의 영양학적 특성
위와 같은 재료로 제조된 김치는 김치재료 자체가 갖는 주 영양소와 함께 발효과정에서 유래되는 영양소를 갖는다. 김치의 맛과 영양가는 재료로부터 영향을 받으며, 발효시 소금 농도와 발효온도가 중요한 영향을 미친다. 결국 김치의 고유한 맛과 영양은 김치재료와 재료내의 당질농도, 유산균 종류, 소금농도, 발효온도 등에 의한 발효산물이 중요한 역할을 한다. 김치의 품질 및 기호성에 영향을 주는 부원료는 고춧가루, 젓갈, 소금, 조미료 순인데 김치의 향미성분에 관해서는 김치업체를 대상으로 조사한 경우 77% 이상이 젓갈이 절대적으로 기여한다고 알려져 있다.


한편 배추를 너무 씻거나 소금에 절인 후 과도하게 물로 씻어내면 배추에 붙어있는 유산균과 당분이 물에 씻겨나가 발효에 지대한 영향을 끼쳐 맛있는 김치는 기대할 수 없다.

1)유기산의 변화
김치는 유산균에 의해서 발효가 되면서 젖산을 비롯한 유기산이 생성된다는 것이 김치재료에 비해 뚜렷한 차이이다. 유기산은 채소 중에 함유된 효소나 숙성에 관여하는 미생물의 효소에 의해 생성되므로 배합원료의 종류, 숙성온도, 소금농도 및 시간에 따라 차이가 나타난다. 배추김치에서 생성되는 비휘발성 유기산은 ma-lic, fumaric, lactic, succinic, malonic, oxalic, glycolic, citric 및 tartaric acid인데 lactic(젖산)과 succinic acid가 주요유기산이다. 저온(6°C)에서 발효시킨 것이 고온 (22°C)에서 발효시킨 것보다 젖산과 succinic acid의 생성 함량이 높다. 김치의 휘발성 유기산은 formic, acetic, propionic, butyric, valeric, caproic과 heptanoic acid인데 이중에 acetic(초산)과 propionic acid가 주요 휘발유기산이다.

김치의 주요 생산물인 이러한 유기산과 부수적으로 발생하는 CO2는 김치의 상쾌한 맛을 지배하는 대표적인 성분으로 알려져 있다. 소금농도가 낮고 저온 숙성 김치는 소금농도가 높고 실온에서 숙성시킨 김치보다 초산과 CO2함량이 높고 저온숙성 할 때 Leucon-ostoc mesenterodes가 주 발효균으로 관련하여 이런 물질의 생산을 많이하여 맛있는 김치가 된다.

2)다른 영양소들
김치의 아미노산과 지방질은 젓갈류나 굴의 해산물 또는 육류의 첨가에 의해 증가되며 이들은 유기산, CO2, 조미향신료와 함께 김치의 독특한 맛에 영향을 끼친다. 멸치젓을 넣은 김치에서 유리아미노산의 총함량이 증가되었으며 특히 lysine, aspartic acid, glutamic acid, valine, methionine, leucine, isoleucine의 함량이 높아 김치의 맛을 더욱 좋게 한다. 김치내의 지방은 triglycerides, polar lipids, 유리지방산, monoglycerides, hydrocarbons, sterol로 구성되고 18개의 다른 유리지방산이 발견되는데 필수지방산인 linoleic acid와 linole-nic acid가 전체의 44-60%를 차지한다.

김치의 비타민 C와 카로틴의 공급원은 채소류로부터 유래되고 비타민 B군은 젓갈류 등의 해산물에 많다. 특히, 고춧가루는 비타민 C 및 카로틴의 공급원이며 굴은 비타민 B군의 주요공급원이다. 비타민 B1, B2, 니아신, B12은 담금 초기에 다소 감소하였다가 맛이 좋은 시기인 5°C에서 숙성 후 2주 때 그 함량이 높고 젓갈 첨가시 비타민 C 함량이 다소 낮아진다. 카로틴은 생김치 일 때가 가장 높고 그 이후에는 계속 감소하는 경향을 보인다. 일반적으로 비타민의 함량 등의 변화결과에서 2-7°C에서 2-3주간 숙성시 가장 영양가가 좋아 맛이 적당할 때 김치의 영양가가 좋다고 하겠다.
김치내의 중요한 영양성분중 하나는 식이 섬유소이다. 일반적으로 김치의 재료가 채소류이기 때문에 식이 섬유소가 가질 수 있는 역할들, 즉 고혈압 예방, 당뇨병, 항암 효과와 변비 예방 등을 기대할 수 있다. 그러나 Table 2에서 보듯이 김치내의 식이섬유소의 섬유소 함량은 다소 낮은 현상을 보인다. 이에 대한 확인이 필요하며 김치내의 식이 섬유소의 불용성, 수용성, 섬유소 및 그 profile과 생리학적 역할에 대한 자세한 연구가 필요하다. 김치는 무엇보다도 Ca, Fe, K, P 등 여러 무기질 공급원으로 매우 중요한데, 특히 Ca의 함량이 높다. Table 2는 현재 우리나라에서 가장 많이 이용되는 5가지 김치에 함유된 영양소량을 정리하였다.

열랑은 배추김치인 경우 32kcal/100g로 낮으며 동치미는 수분함량이 많아 9kcal이다. 배추 김치인 경우 칼슘 45mg, 인 28mg, 철 0.4mg등 무기질 함량이 높고 비타민 A 함량이 높다. 배추 김치는 210lU이지만 총각김치나 열무 김치는 1270lU와 1390lU로 비타민 A함량이 더 많다. 배추김치에서 비타민 B1은 0.05, B2 0.08mg이나 비타민 C는 21mg으로 겨울철에 채소가 부족할 시 비타민 C에 좋은 공급원이었다.

이러한 김치의 영양학적 특성을 보면 김치는 저열량 식품으로 당과 지방질 함량이 낮으며 식이섬유소, 발효 중 생성된 유기산 및 유산균(적당히 익었을 경우 107-108/g)은 정장작용과 변비예방 및 대장암 예방 효과가 크다. 또한 당과 콜레스테롤 흡수를 저하시켜 당뇨병 및 혈관 질환에 관련된 성인병 예방에도 중요한 역할을 한다. 한편 김치의 주재료는 채소이므로 채소류의 신선한 맛, 젖산 발효에 의한 상쾌한 맛, 고춧가루를 비롯한 향신료의 독특한 맛, 젓갈류 등의 감칠맛 등이 어우러져 식욕을 촉진시킨다. 또 이런 채소류는 비타민 C, 카로틴, 비타민 B 복합체 및 Ca을 비롯한 여러 무기질의 공급원이며 사용되는 젓갈이나 어패류는 양질의 단백질과 Ca의 주요공급원이다. 이러한 김치의 영양학적 특성을 이용하여 김치의 기능을 더욱 증진시키는 개발이 필요하다. 즉 김치에는 가능한 종류의 부재료를 첨가할 수 있기에 기능 강조면에 따라 비타민 C 강화, 식이섬유소 강화, 비타민 A 강화 등으로 항노화 김치, 미용증진 김치 또는 항암 활성이 큰 물질을 강화하며 암 예방 김치 등을 개발할 수 있다. 그리고 첨가물질의 다양성과 채소류에 다량 함유되어 있는 비타민 C등의 비타민과 무기질 때문에 보호식품(protective food)으로 개발한다면 김치는 세계적인 식품으로 크게 발전될 수 있으리라 생각된다.


Table 2. The nutritional compositions of major Kimchi.Components
Components/
Kimchi variety
Baechu Kimchi
Kaktugi
Chongkak Kimchi
Yeolmoo Kimchi
Dongchimi
Energy, kcal
18
33
42
23
11
Moisture, %
90.8
88.4
86.4
89.6
94.2
Protein, g
2.0
1.6
2.5
2.4
0.7
Fat, g
0.5
0.3
0.6
0.5
0.1
Nonfibrous
2.6
6.7
7.8
3.6
2.5
Fiber, g
1.3
0.7
0.7
1.1
11
Ash, g
2.8
2.3
2.0
2.8
94.2
Calcium, mg
47
37
42
82
94.2
Phosphorus, mg
58
40
21
43
0.7
Iron, mg
0.8
0.4
0.4
1.8
0.1
Vitamin, I.U.
 290
226
762
2250
88
Vitamin B1, mg 0.06 0.14 0.04 0.04 0.02
Vitamin B2, mg 0.06 0.05 0.07 0.08 0.02
Niacin, mg 0.8 0.5 0.5 0.6 0.2
Vitamin c, mg 14 19 20 25 9
From Food composition Tables, Rural Nutrition Institute, RDA, Suweon(2001)