동결 건조는 동결과 승화를 포함한 건조 공정을 기반으로 하는 효과적인 유산균 보존 방법이다. 그러나 동결 건조 과정에서 발생하는 비가역적인 세포 손상은 유산균의 저장 안정성을 크게 감소시킬 수 있기 때문에 이를 방지하는 동결 건조 보호제에 대한 연구가 활발하게 이루어지고 있다. 동결 건조 보호제의 보호 기작과 세포막 안정성은 저장 안정성에 직접적인 영향을 줄 수 있는 요소로, 동결 건조 보호제 첨가시 이에 대한 깊은 이해가 수반되어야 한다. Monosodium glutamate (MSG)는 동결건조 시 세포의 저장 안정성 감소를 개선할 수 있는 동결건조 보호 물질로 알려져 있으나 MSG의 동결 보호 기작은 완전히 연구되지 않은 상태로 기작에 대한 심도있는 연구가 필요한 실정이다. 본 연구에서는 MSG를 첨가한 Pediococcus pentosaceus SMFM2016-WK1의 저장 안정성 개선 기작을 연구하고 여러 기작 중 세포막 안정성에 초점을 맞춰 연구를 수행하였다. MSG의 저장 안정성 개선 효과 및 세포막 안정성에 미치는 영향은 가속 저장 실험, scanning electron microscopy imaging, 산 저항성 평가, NaCl 저항성 평가 및 장 부착능 평가를 통해 확인하였다. 또한, 세포 내 아미노산 축적량과 스트레스 및 glutamate 대사 관련 유전자의 상대적 발현량 측정을 통해 MSG에 의한 세포막 안정성 개선의 근본적인 기전을 연구하였다. 실험 결과, MSG를 첨가하여 동결 건조한 P. pentosaceus SMFM2016-WK1에서 대조군 대비 개선된 저장 안정성, 산 저항성, Nacl 저항성 및 장 부착능이 관찰되었고, MSG를 첨가하여 동결 건조한 P. pentosaceus SMFM2016-WK1의 세포막 안정성이 대조군에 비해 개선되었다고 판단하였다. 세포막 안정성 개선에 대한 기작을 확인하였을 때, MSG를 첨가하여 동결 건조한 균 내에서 대조군 대비 높은 양의 glutamate가 축적된 것을 확인하였다. 동결 건조 전 스트레스 샤페론 유전자 (dnaK, groEL), glutamate 흡수 유전자 (glnM, glnQ) 및 펩티도글리칸 전구체 합성 유전자 (murE, murD) 의 상대적 발현량은 대조군 대비 상향조절 되었으며, 동결 건조 후에는 하향조절 되었다.
위의 연구 결과를 종합하여 동결 건조 보호제 수용액 상의 MSG가 균에게 삼투압 등의 스트레스를 유발하였고, 이로 인해 glutamate 축적을 포함한 스트레스 적응 반응이 유도되었으며 그 결과 세포막의 안전성이 향상되었다고 판단하였다.