Analysis of amino acids, organic acids, and fatty acids in Cheonggukjang according to fermentation period

Abstract

본 연구에서는 발효시간에 따른 청국장내 휘발성 및 비휘발성 대사체의 생성 특성을 규명하고자 하였다. 이를 위해 gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS), gas chromatography-flame ion detector (GC-FID)의 기기분석과 principal component analysis (PCA)를 사용하여 청국장내 발효 대사체들을 프로파일링하였으며, 이를 비교 분석 하였다. 주요 휘발성 유기산인 acetic acid, propanoic acid, 2-methylpropanoic acid, butanoic acid, 3-methylbutanoic acid는 고체상미세추출법 (solic phase microextraction)으로 추출하여, 안정성 동위원소로 치환된 물질을 표준지표물질로 사용하는 stable isotope dilution assay (SIDA)을 이용하여 정량하였다. 청국장의 휘발성 유기산의 함량은 발효시간에 따라 전체적으로 증가하는 경향을 나타내었으며, 발효과정 중 branched-chained organic acid가 straight-chained organic acid보다 먼저 생성되었다. 청국장의 비휘발성 성분 중 일부 아미노산인 γ -aminobutyric acid, tryptophan, asparagine 등을 제외한 대부분의 아미노산은 전반적으로 발효 초기에는 감소하나 발효 후기에는 증가하는 경향을 나타내었다. 이에 비해 tartaric acid를 제외한 대부분의 유기산은 발효 후반부에는 감소하는 경향은 나타내었다. 지방산은 발효가 진행되면서 전체적으로 증가하는 경향을 보였다. 또한, PCA를 이용하여 발효시간에 따른 대사체의 함량 변화를 비교 시 PC 2에 의해 0, 40, 50 시간 동안 발효된 청국장과 10, 20, 30 시간 발효된 시료가 구분되어지며, 이러한 PCA에 기여하는 주요 대사체는 proline, asparagine, arginine, malic acid, malonic acid, γ-aminobytiric acid, threonine, histidine, leucine, isoleucine, valine, tyrosine, tartaric acid, succinic acid, oxalic acid, serine이었다.;Metabolite profiling was applied to discriminate Cheonggukjnag samples according to fermentation times. Diverse metabolites, including amino acids, volatile and non-volatile organic acids, and fatty acids, were analyzed using instrument analyses, such as gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS) and gas chromatography-flame ionization detector (FID), and principal component analysis (PCA). Volatile organic acids were extracted by solid phase microextraction (SPME) and quantified by stable isotope dilution assay (SIDA). In general, the contents of volatile organic acids increased according to the fermentation period and branched-chained organic acids were detected in the earlier parts of fermentation compared to their corresponding straight chained acids. Among the non-volatile metabolites, the contents of most amino acids and fatty acids increased, except for some amino acids, including γ-aminobutyric acid, tryptophan, asparagine, proline, and arginine. On the other hand, the contents of non-volatile organic acids, excluding tartaric acid, decreased in the later part of fermentation (after 50 h fermentation time). PCA could contribute to discriminate the samples taken at different fermentation times according to metabolic patterns. The samples fermented for 10, 20, and 30 h were separated from the samples fermented for 0, 40, and 50 h. Proline, asparagine, arginine, malic acid, malonic acid, γ-aminobytiric acid, threonine, histidine, leucine, isoleucine, valine, tyrosine, tartaric acid, succinic acid, oxalic acid, and serine were the major components that allowed the discrimination of Cheonggukjang fermented for different periods.