AI로 김치 발효 읽는다… 김치(연), 발효 단계 정밀 예측 기술 개발

[리얼푸드=육성연 기자] 과학기술정보통신부 산하 정부출연연구기관인 세계김치연구소는 인공지능(AI) 분석을 통해 김치 발효 단계를 정밀 예측할 수 있는 기술을 개발했다고 2일 밝혔다.

김치 발효는 유산균의 활동에 따라 산, 당, 아미노산 조성이 복합적으로 변화하면서 맛과 향이 형성되는 과정이다. 그러나 실제 제조 현장에서는 원재료 특성, 발효 온도, 미생물 구성 등이 매번 달라 발효 진행 정도를 주로 경험과 감각에 의존해 판단해 왔다. 외관상 큰 차이가 없어 보이더라도 특정 시점 이후 맛이 급격히 변하는 구간에서는 적정 숙성 시점을 놓치기 쉬웠다.

원태웅 세계김치연구소 박사 연구팀은 홍영식 전남대학교 교수와의 공동연구를 통해, 외부 미생물 영향을 배제한 ‘무균(無菌) 김치’ 기반의 통제된 발효 모델을 구축했다. 연구팀은 유산균 10종을 동일한 비율로 혼합하거나 단일 접종한 무균 김치를 6℃·10℃·15℃ 조건에서 발효했다. 온도와 유산균 종류에 따른 발효 특성을 체계적으로 비교·분석했다.

연구 결과, 사람의 감각만으로는 구분이 어려운 구간에서도 발효 단계를 명확히 구분해 주는 성분 조합이 존재한다는 사실이 확인됐다. 연구팀은 AI 분석을 통해 발효 단계 예측에 필요한 9가지 핵심 성분을 선별했다. 이를 기반으로 발효 단계를 예측하는 모델을 개발했다.

선별된 9가지 성분은 산류(젖산, 숙신산), 당류(자당, 과당, 포도당), 아미노산류(글라이신, 글루탐산, 트레오닌) 및 기타 성분(콜린)이다. 김치의 신맛(산미)·단맛·감칠맛 형성과 밀접하게 연관된 물질들이다. 특히 ‘젖산, 자당, 과당’은 발효 단계 구분에 가장 크게 이바지하는 핵심 지표로 나타났다.

해당 예측 모델은 실제 제조 현장에서도 활용 가능성이 확인됐다. 이는 김치 발효를 사람의 주관적 감각이 아닌 객관적·정량적 지표로 판단할 수 있게 한 기술적 전환점으로 평가된다.

또 유산균과 성분 간 관계를 네트워크 분석한 결과, 류코노스톡 메센테로이데스(Leuconostoc mesenteroides)와 락토코커스 락티스(Lactococcus lactis)가 발효 성분 변화를 주도하는 핵심 유산균으로 확인됐다. 이번 연구 성과는 제조 현장에서 품질 변동을 최소화하는데 이바지할 것으로 기대된다.

연구를 이끈 원태웅 박사는 “이번 성과는 김치 발효를 경험과 감각의 영역에서 측정과 AI 분석을 통한 예측의 영역으로 확장한 중요한 전환점”이라고 밝혔다.

연구 결과는 식품과학기술 분야 국제 학술지인 Food Chemistry (IF 9.8)에 게재됐다.