한국 멜론은 맛과 영양적 특성으로 널리 알려져 있으나 수확 후 저장 중 저온장해(chilling injury)와 갈변(browning)과 같은 문제에 직면해 있으며, 이는 수출 가능성을 제한한다. 이러한 문제를 해결하기 위해, 우리는 시뮬레이션된 수출 조건 하에서 Controlled Atmosphere (CA) 컨테이너에 저장한 멜론과 Reefer Container (CON)에 저장한 멜론을 비교하였다. 본 연구는 CA 저장이 한국 멜론 (Cucumis melo var. makuwa)의 품질, 대사체 변화, 휘발성 유기화합물(volatile organic compounds, VOC)에 미치는 영향을 조사하였다. CA 저장 한국 멜론은 절단(cut)틴 단량체의 농도가 증가하였는데, 이는 cutin 관련 유전자의 발현에 의해 갈변이 감소했음을 시사한다. VOC 분석 결과, 한국 멜론의 껍질과 주스에서 각각 독특한 양상이 나타났으며, CA 저장에서 특정 화합물이 증가하였다. CA 저장에서는 리놀렌산의 분해가 (E , Z)-2,6-nonadienal로의 전환에서 약 30 % 감소하였는데, 이는 산소 가용성의 감소와 관련이 있을 가능성이 크다. Twister 보조 VOC 분석은 향(아로마)에서의 차이를 부각시켜, 관능적 인식(sensory perception)에 대한 잠재적 영향을 보여주었다. 용해도 변화는 CA 저장에서 글리세르산(glyceric acid)이 15 % 증가하고 옥살레이트(oxalate)가 20 % 감소함을 나타내어, 풍미 개선과 유해 성분 감소를 시사한다. VOC에 기반한 신선도 모델에 따르면, CA 처리 멜론은 대조군 멜론보다 약 4 d 더 신선함을 유지하였다. 결론적으로, CA 저장은 한국 멜론의 품질, 신선도 및 영양학적 프로파일을 향상시키며, 수확 후 저장 관리 방법을 정교화하는 데 유용한 통찰을 제공한다. 향후 연구에서는 CA 저장이 다른 과일과 채소에 미치는 장기적 영향을 탐색할 필요가 있다. • CA 저장 한국 멜론 껍질과 주스에서 확인된 뚜렷한 VOC 양상. • CA 저장은 한국 멜론의 갈변과 저온장해를 감소시켰다. • CA 효과에 의해 cutin 단량체가 증가하고 리놀렌산 분해(catabolism)가 감소하였다. • CA 처리 멜론은 기존 저장 방식보다 4일 더 오래 신선함을 유지한다.

딸기(Strawberry, Fragaria × ananassa Duch.)는 독특한 맛과 풍미로 널리 선호되는 원예 작물이다. 딸기 신선도를 정확하게 예측하는 모델을 개발하기 위해, 색도(비색) 데이터, 총가용성고형분, 적정산도, 그리고 휘발성 유기화합물(volatile organic compounds, VOCs)을 완전히 성숙한 ‘죽향(Jukhyang)’ 및 ‘메리퀸(Merry Queen)’ 딸기에서 조사하였다. 데이터 측정은 냉장 저장(10 °C, 79% RH) 후 0, 4, 8, 12일차에 수행하였다. 기존의 품질 결정 요인들은 저장 동안 미세한 변화만을 보였으나, VOC 대사산물의 방대한 데이터는 딸기 신선도 예측 모델을 구축하기에 충분한 것으로 나타났다. 직교 투영을 통한 잠재구조(orthogonal projections to latent structures, OPLS), 랜덤 포레스트, 부분최소제곱(partial least square, PLS) 회귀, 그리고 인공신경망 다층 퍼셉트론(artificial neural network multi-layer perceptron, MLP) 등 평가한 알고리즘 중에서, 다층 퍼셉트론 알고리즘이 가장 높은 정확도를 나타냈다. 25종의 VOC 변이를 활용하여 다층 퍼셉트론 모델을 개발하였으며, test set에서의 정확도는 R2 = 0.999였다. 1-헥사놀, 톨루엔, 에틸 아이소발레이트, 에틸 프로피오네이트, 아이소아밀 알코올과 같은 화합물들이 MLP 기반 신선도 예측 모델의 유의한 바이오마커로 확인되었다. 이러한 결과는 저장 중 딸기 신선도를 예측하는 데 VOC가 핵심 지표로서의 잠재력을 지님을 시사한다.

껍질 갈변(peel browning)은 동양계 멜론의 상품성(marketability)에 영향을 미치는 중요한 수확 후 문제이다. 본 연구는 냉장 저장 및 유통(retail) 조건에서 동양계 멜론의 껍질 갈변과 대사산물에 대한 온수(HW) 처리의 영향을 규명하고자 하였다. 그 결과, 온수 처리(HW)는 갈변 지수(browning index)를 효과적으로 감소시켰으며, 냉장(chilled) 조건과 갈변에서 스트레스 반응에 중요한 역할을 하는 것으로 알려진 열충격단백질(heat shock proteins, HSPs)과 리폭시게나제(lipoxygenase)의 유전자 발현을 상향 조절하였다. 또한 온수 처리는 절피(cuticle) 관련 유전자, 즉 CERs 및 LACS의 발현을 유도하였는데, 특히 냉장 저장 후 20 °C에서의 유통 조건에서 비처리 과실에 비해 처리 과실에서 더 두꺼운 절피 층이 형성되었다. 대사체 분석(metabolomics) 결과, 온수 처리에 의해 리놀레산(linoleic acid) 대사, 카틴(cutin), 및 소베린(suberin) 생합성 경로에 유의한 영향을 받는 것으로 나타났다. 구체적으로, 온수 처리(HWT45) 과실에서는 대조군에 비해 HWT45 처리 과실의 카틴(cutin) 농도가 현저히 증가하였으며, 14일에는 27% 증가, 14 + 2일에는 54%의 현저한 증가가 관찰되었다. 이러한 결과는 동양계 멜론의 껍질 갈변과 카틴/소베린 생합성과의 연관성을 시사한다. 온수 처리는 카틴 대사산물의 생성을 유도하여 절피 침착(cuticle deposition)을 향상시키고 갈변을 감소시킨다. 본 연구의 통찰은 동양계 멜론의 저장 수명을 연장하고 상품성을 향상시키기 위한 효과적인 수확 후 처리법 개발의 기반을 제공한다.

한국 멜론은 맛과 영양적 특성으로 널리 알려져 있으나 수확 후 저장 중 저온장해(chilling injury)와 갈변(browning)과 같은 문제에 직면해 있으며, 이는 수출 가능성을 제한한다. 이러한 문제를 해결하기 위해, 우리는 시뮬레이션된 수출 조건 하에서 Controlled Atmosphere (CA) 컨테이너에 저장한 멜론과 Reefer Container (CON)에 저장한 멜론을 비교하였다. 본 연구는 CA 저장이 한국 멜론 (Cucumis melo var. makuwa)의 품질, 대사체 변화, 휘발성 유기화합물(volatile organic compounds, VOC)에 미치는 영향을 조사하였다. CA 저장 한국 멜론은 절단(cut)틴 단량체의 농도가 증가하였는데, 이는 cutin 관련 유전자의 발현에 의해 갈변이 감소했음을 시사한다. VOC 분석 결과, 한국 멜론의 껍질과 주스에서 각각 독특한 양상이 나타났으며, CA 저장에서 특정 화합물이 증가하였다. CA 저장에서는 리놀렌산의 분해가 (E , Z)-2,6-nonadienal로의 전환에서 약 30 % 감소하였는데, 이는 산소 가용성의 감소와 관련이 있을 가능성이 크다. Twister 보조 VOC 분석은 향(아로마)에서의 차이를 부각시켜, 관능적 인식(sensory perception)에 대한 잠재적 영향을 보여주었다. 용해도 변화는 CA 저장에서 글리세르산(glyceric acid)이 15 % 증가하고 옥살레이트(oxalate)가 20 % 감소함을 나타내어, 풍미 개선과 유해 성분 감소를 시사한다. VOC에 기반한 신선도 모델에 따르면, CA 처리 멜론은 대조군 멜론보다 약 4 d 더 신선함을 유지하였다. 결론적으로, CA 저장은 한국 멜론의 품질, 신선도 및 영양학적 프로파일을 향상시키며, 수확 후 저장 관리 방법을 정교화하는 데 유용한 통찰을 제공한다. 향후 연구에서는 CA 저장이 다른 과일과 채소에 미치는 장기적 영향을 탐색할 필요가 있다. • CA 저장 한국 멜론 껍질과 주스에서 확인된 뚜렷한 VOC 양상. • CA 저장은 한국 멜론의 갈변과 저온장해를 감소시켰다. • CA 효과에 의해 cutin 단량체가 증가하고 리놀렌산 분해(catabolism)가 감소하였다. • CA 처리 멜론은 기존 저장 방식보다 4일 더 오래 신선함을 유지한다.

딸기(Strawberry, Fragaria × ananassa Duch.)는 독특한 맛과 풍미로 널리 선호되는 원예 작물이다. 딸기 신선도를 정확하게 예측하는 모델을 개발하기 위해, 색도(비색) 데이터, 총가용성고형분, 적정산도, 그리고 휘발성 유기화합물(volatile organic compounds, VOCs)을 완전히 성숙한 ‘죽향(Jukhyang)’ 및 ‘메리퀸(Merry Queen)’ 딸기에서 조사하였다. 데이터 측정은 냉장 저장(10 °C, 79% RH) 후 0, 4, 8, 12일차에 수행하였다. 기존의 품질 결정 요인들은 저장 동안 미세한 변화만을 보였으나, VOC 대사산물의 방대한 데이터는 딸기 신선도 예측 모델을 구축하기에 충분한 것으로 나타났다. 직교 투영을 통한 잠재구조(orthogonal projections to latent structures, OPLS), 랜덤 포레스트, 부분최소제곱(partial least square, PLS) 회귀, 그리고 인공신경망 다층 퍼셉트론(artificial neural network multi-layer perceptron, MLP) 등 평가한 알고리즘 중에서, 다층 퍼셉트론 알고리즘이 가장 높은 정확도를 나타냈다. 25종의 VOC 변이를 활용하여 다층 퍼셉트론 모델을 개발하였으며, test set에서의 정확도는 R2 = 0.999였다. 1-헥사놀, 톨루엔, 에틸 아이소발레이트, 에틸 프로피오네이트, 아이소아밀 알코올과 같은 화합물들이 MLP 기반 신선도 예측 모델의 유의한 바이오마커로 확인되었다. 이러한 결과는 저장 중 딸기 신선도를 예측하는 데 VOC가 핵심 지표로서의 잠재력을 지님을 시사한다.

껍질 갈변(peel browning)은 동양계 멜론의 상품성(marketability)에 영향을 미치는 중요한 수확 후 문제이다. 본 연구는 냉장 저장 및 유통(retail) 조건에서 동양계 멜론의 껍질 갈변과 대사산물에 대한 온수(HW) 처리의 영향을 규명하고자 하였다. 그 결과, 온수 처리(HW)는 갈변 지수(browning index)를 효과적으로 감소시켰으며, 냉장(chilled) 조건과 갈변에서 스트레스 반응에 중요한 역할을 하는 것으로 알려진 열충격단백질(heat shock proteins, HSPs)과 리폭시게나제(lipoxygenase)의 유전자 발현을 상향 조절하였다. 또한 온수 처리는 절피(cuticle) 관련 유전자, 즉 CERs 및 LACS의 발현을 유도하였는데, 특히 냉장 저장 후 20 °C에서의 유통 조건에서 비처리 과실에 비해 처리 과실에서 더 두꺼운 절피 층이 형성되었다. 대사체 분석(metabolomics) 결과, 온수 처리에 의해 리놀레산(linoleic acid) 대사, 카틴(cutin), 및 소베린(suberin) 생합성 경로에 유의한 영향을 받는 것으로 나타났다. 구체적으로, 온수 처리(HWT45) 과실에서는 대조군에 비해 HWT45 처리 과실의 카틴(cutin) 농도가 현저히 증가하였으며, 14일에는 27% 증가, 14 + 2일에는 54%의 현저한 증가가 관찰되었다. 이러한 결과는 동양계 멜론의 껍질 갈변과 카틴/소베린 생합성과의 연관성을 시사한다. 온수 처리는 카틴 대사산물의 생성을 유도하여 절피 침착(cuticle deposition)을 향상시키고 갈변을 감소시킨다. 본 연구의 통찰은 동양계 멜론의 저장 수명을 연장하고 상품성을 향상시키기 위한 효과적인 수확 후 처리법 개발의 기반을 제공한다.

Botrytis cinerea는 블랙베리에서 경제적 손실을 초래하는 가장 중요한 저장 후 병원균 중 하나이다. 안전한 제제로 B. cinerea를 효과적으로 제어하기 위해, 최적 allyl isothiocyanate(AITC) 농도를 결정하였다. 갓 수확한 블랙베리를 플라스틱 용기에 넣고 AITC를 0, 0.5, 1, 2, 5 및 10 μL L-1로 하여 4 °C에서 12 h 처리한 뒤, 4 °C 및 상대습도 80 % 조건에서 14 d 동안 저장하였다. 저장 후 AITC 처리 블랙베리 시료의 B. cinerea 발생률은 대조군보다 낮았다. AITC를 5 μL L-1 이상 농도로 처리한 경우 총 안토시아닌 및 페놀 함량, 항산화 활성, 그리고 표면 색이 감소하였다. AITC 10 μL L-1 처리 후에는 자당, 포도당 및 과당 수준이 감소하였는데, 이는 에너지 대사 변화 가능성을 시사한다. 더 높은 AITC 농도(5 및 10 μL L-1)는 모노갈락토실디아실글리세롤, 디갈락토실디아실글리세롤, 그리고 설포퀴노보실디아실글리세롤의 수준을 감소시켰다. 반대로, 5 및 10 μL L-1 AITC 처리 과실에서는 리소포스파티딜에탄올아민(LPE)과 리소포스파티딜콜린(LPC)이 증가하여, 세포막 손상과 관련된 인지질의 변화를 나타내었다. 요약하면, 2 μL L-1 AITC는 블랙베리 처리에 있어 B. cinerea 오염을 감소시키고 과실 저장성을 연장하기 위한 최적 농도였다. 또한 블랙베리의 적색은 LPC 및 포스파티딜콜린과 상관관계를 보였으며, 이는 세포막 완전성 감소의 유용한 지표로 활용될 수 있다. 이는 AITC를 이용하여 블랙베리 저장 후 저장 동안 B. cinerea를 제어하는 데 있어 대사체학 기반 연구를 보고한 최초의 연구이다.

줄기세포 유사 특성을 지닌 식물 줄기세포와 캘러스(callus)는, 분화유도세포(dedifferentiated cells, DDCs)에 비해 유전적 안정성이 우수하고, 응집이 감소하며, 수율의 일관성이 향상된 확장 가능하고 지속가능한 플랫폼을 제공한다. 우리는 4단계 워크플로우(유도, 생화학적 및 미세구조(초미세구조) 검증, 현탁배양 최적화, 그리고 LC-MS/MS 정량)를 구축하여 세 종의 한국 토종 종에 적용하였다. A. capillaris에서는 줄기세포 유사 특성을 지닌 캘러스에서 유래한 뿌리 세포가 온전한 식물에 비해 약 4배 높은 아르테미시닌 함량을 보였고; I. dentatum에서는 줄기세포 유사 특성을 지닌 캘러스가 약 10배 더 큰 chrys oeriol-7-O-glucoside 축적을 보였으며, 이 대사산물을 세포 내 존재량보다 2배 이상 더 많은 양으로 배지로 분비하였다. 또한 P. frutescens에서는 줄기세포 유사 특성을 지닌 캘러스가 DDCs에 비해 약 3배 더 많은 로즈마린산을 생산하였는데(40.4±1.4 vs. 12.9±0.7 mg g^-1) 현재 단일세포 및 공간 오믹스, 유도(elicitation), 그리고 배지 및 스케일업 공정에 대한 발전과 AI 기술(ML 소프트 센서, 디지털 트윈, 하이브리드 모델)의 통합은 변동성을 최소화하면서 실시간 공정 모니터링과 제어를 가능하게 하며, 연구실-산업 간 전환을 용이하게 한다. 향후 우선과제로는 강건한 줄기성(stemness) 마커의 개발, 종 전반에 일반화 가능하도록 설계된 AI에 의해 가능해지는 표준화된 센싱 전략, 그리고 장기 배양기(bioreactor) 신뢰성 확보를 통해 CMC-기반 및 줄기세포 유사 특성을 지닌 캘러스를 활용하는 시스템을 통한 일관된 대규모 및 생태친화적인 천연물 생산을 달성하는 것이다.

, 과실 품질 형질의 핵심 조절인자를 밝혀냈다. 이러한 결과는 고추에서 영양적 및 감각적 특성을 향상시키기 위한 정밀 육종과 대사공학의 기반을 마련한다.

참외(K-melon, Cucumis melo L. var. makuwa)는 대한민국의 주요 원예작물이나 저장 수명이 짧아 장거리 수출이 제한된다. 본 연구는 베트남으로의 실제 해상 수출 조건을 모사한 저장 환경에서, 제어 대기(CA) 저장 하에 산소 투과율(OTR)이 서로 다른 변형대기(MA) 필름을 평가하였다. 비투과성 OTR 0(대조구) 처리에서는 내부 O2가 빠르게 혐기성 보상점(10일 1.67%, 10+3일 0.47%) 아래로 감소한 반면, CO2는 32–36%까지 축적되었다. 이러한 초저산소 환경은 젖산, 아세토인 및 2,3-부탄디올과 같은 발효성 대사산물의 강한 축적과 더불어 포도당/과당 잔존, 알라닌 및 γ-아미노부타노산(GABA)의 증가를 통해 혐기성 대사를 유도하였다. 이와 같은 변화는 해당과정 및 삼탄당산회로(TCA)를 교란했으며, CA 쇼크와 일치하는 양상을 보였다. 또한 과피 흑변, 중량감소 증가, 황적색 쪽으로의 색상각(hue angle) 변화가 동반되었다. 반면 OTR 10,000 및 OTR 30,000 필름은 중량감소와 색 변화 모두를 유의하게 억제하였다. 부분최소제곱 판별분석(PLS-DA) 결과, 아세토인, 2,3-부탄디올 및 헥사날을 휘발성 유기화합물로서 주요 판별 대사산물로 확인했으며, OTR 30,000 필름은 10+3일에서 다른 처리들과 뚜렷이 분리되어 발효 및 산화적 스트레스가 최소화됨을 시사하였다. 미생물 분석에서는 OTR 증가에 따라 세균 수가 용량 의존적으로 감소하였고, 곰팡이 생장은 OTR 10,000에서 가장 강하게 억제되었다. 종합적으로 OTR 30,000은 스트레스 관련 대사산물의 최저 수준과 가장 안정적인 수준을 유지하고, 미생물 증식을 최소화하며, 수송 전 과정에서 대사 안정성을 보존하였다. 본 연구는 실제 수출 시험에서 K-melon의 혐기성 대사 전이 및 주요 대사산물 축적에 대한 최초의 정량적 근거를 제공한다. 또한 MA 필름의 투과성을 최적화, 특히 OTR 30,000 필름의 적용은 저장 수명을 연장하고 품질 안정성을 유지하며 K-melon의 글로벌 수출 잠재력을 향상시키는 실용적이고 비용 효율적인 전략임을 보여준다.