[학위논문]저온 발효능이 우수한 토착형 Saccharomyces cerevisiae의 종균화 및 약주 발효 특성 Yeast starter and yakju fermentation characteristics of indigenous low-temperature tolerant Saccharomyces cerevisiae원문보기
전통적인 한국 주류에는 약주, 탁주, 청주 등이 있으며, 가장 오래된 전통주 중 하나인 약주는 전통적으로 쌀과 누룩, 물 등을 원료로 하여 제조되었으나 최근 들어 전분질 원료, 국, 물 등을 주원료로 발효시킨 술덧을 여과하여 제조되고 있다 (Lee et al., 1996; 식품공전, 2020). 약주는 탁주와는 다르게 고형분이 없어 맑은 색과 고유의 향미가 잘 나타나는 것이 특징으로서 최근 우리나라 약주의 소비는 증가하는 추세를 보이고 있다 (주류소비트렌드조사, 2018). 품질이 우수한 약주의 생산을 위해 좋은 원료와 우수한 ...
전통적인 한국 주류에는 약주, 탁주, 청주 등이 있으며, 가장 오래된 전통주 중 하나인 약주는 전통적으로 쌀과 누룩, 물 등을 원료로 하여 제조되었으나 최근 들어 전분질 원료, 국, 물 등을 주원료로 발효시킨 술덧을 여과하여 제조되고 있다 (Lee et al., 1996; 식품공전, 2020). 약주는 탁주와는 다르게 고형분이 없어 맑은 색과 고유의 향미가 잘 나타나는 것이 특징으로서 최근 우리나라 약주의 소비는 증가하는 추세를 보이고 있다 (주류소비트렌드조사, 2018). 품질이 우수한 약주의 생산을 위해 좋은 원료와 우수한 효모를 사용하는 것이 필수적인 요인이나 우리나라 약주의 제조를 위한 종균 제품이 자체 개발된 바가 없으며 재래 종균을 사용하여 약주를 제조할 시 제품의 균일성을 유지하기 어렵기 때문에 상업화하기 힘든 실정이다 (Park et al., 2012). 현재 약주의 제조를 위해 사용되는 효모는 전적으로 수입 효모에 의존하고 있어 종균의 수입에 많은 비용을 지불하고 있다 (Mun et al., 2016). 이에 따라 수입 종균을 대체하기 위해 국산 종균의 발굴과 종균 제조 기술의 개발이 필요하다 (Kim et al., 2018). 약주에 사용되는 전분질 원료의 종류는 곡류, 서류와 이를 가공하여 만든 당류 등이 있으며 곡류는 주로 쌀과 잡곡인 소맥분, 옥수수, 보리쌀 등이 있고 서류는 고구마, 당류는 전분당이 있다. 쌀은 약주의 가장 중요한 원료로 찹쌀의 전분은 amylopectin 으로 구성되어 있으며 멥쌀의 전분은 amylose (20-25%), amylopectin (75-80%)으로 구성되어 있다. amylose와 amylopectin 함량 차이에 따라 수분흡수율, 흡수 속도, 증자 조건 등이 달라지며 찹쌀과 멥쌀에 따라 약주 주질의 특성이 달라진다 (Kwon et al., 2010) 발효 과정에서 효모는 당을 알코올로 전환하고 휘발성 향기 성분과 대사산물의 생산에 있어서 중요한 역할을 하며, 효모가 생산하는 효소에 따라 발효주의 특성이 달라진다 (Pires et al., 2014). 또한 알코올과 산이 결합하여 만들어지는 ester는 발효주의 향기 성분 지표로 사용되고 있다 (Verstrepen et al., 2003). 이에 따라 약주에 쓰이는 효모의 효소 활성을 확인함으로서 약주의 향기 성분과 다양한 발효 작용을 예측할 수 있다. 상온 (20-25℃)에서 발효가 진행될 시 효모의 빠른 생육을 통해 비교적 짧은 시간에 양조가 가능하나, 효모의 피로도가 증가하고 활성도 빨리 잃게 된다 (Shim et al., 2016). 저온 (10-15℃) 발효의 경우 다양한 1차 아로마의 손실을 방지하고 ethyl ester, acetate ester가 주인 2차 아로마의 합성을 증가시킨다 (Beltran et al., 2007). 특히 Saccharomyces cerevisiae는 저온 발효에서 RNA 구조의 안정성과 세포막의 유동성, 단백질 전사 등 효모의 성장에 있어 많은 영향을 받는다 (Aguilera et al., 2007; Torija et al., 2003). 그러나 저온 발효는 이상 발효, 균 생육 저해 등의 반응이 일어날 수 있기 때문에 저온에서 성장 및 발효 활성이 우수한 저온 적응성 효모를 발효에 이용하는 것이 유리하다 (Seo et al., 2016). S. cerevisiae를 산업적으로 이용하기 위해서는 일반적으로 복원성과 저장성을 높이는 종균화 과정을 거치게 된다. 효모의 종균화 제품은 고상형과 액상형 제품 두 종류가 있으며 산업적으로는 분말 형태의 고상형 건조 제품이 주로 이용된다. 종균 제품의 제조에 가장 많이 이용되는 건조 기법의 하나인 동결건조의 경우에는 고정단가와 제조단가가 진공건조, 분무건조, 드럼건조, 유동층 건조, 송풍건조 등에 비하여 월등히 높다는 단점을 지니고 있다. 이 중에서 송풍건조는 동결건조 대비 고정단가 비율이 5.3%, 제조단가의 비율이 17.9%로 생산비용이 매우 저렴하며 (Santivarangkna et al., 2007), 높은 온도로 건조시키는 분무건조, 유동층 건조 등의 기법에 비하여 매우 높은 생존율을 나타내어 대체 건조 기법으로 기대되고 있다 (Lee et al., 2016a). 건조 종균 제품 제작을 위한 기술로써 송풍건조를 보편화하기 위해서는 기존의 동결건조 제품에 상응하는 균체 생존율을 확보하는 것이 중요하며, 미생물의 건조 과정 중에 생존율에 영향을 미치는 인자로는 배양 배지 조건, 초기 미생물 농도, 보호첨가제, 재수화 조건 등이 있다. 보호첨가제의 경우에는 미생물 종류에 따라 세포벽의 구성 등이 달라 서로 다른 최적 조건을 가지고 있다 (Costa et al., 2000; de Valdez et al., 1983; Lee et al., 2016b). 또한, 건조된 미생물은 재수화 과정에서 다시 활성을 띄게 되며, 재수화 용액 등의 환경에 의해 생존율에 영향을 미친다는 연구도 보고되어 있으며 (Rodríguez-Porrata, 2008; Leach, 1959), S. cerevisiae D8 효모에 대하여 저온송풍건조를 진행하여 건조 직후 최대 97.54%의 높은 생존율을 나타내고 2달간 보관하였을 때도 매우 우수한 생존율을 나타냄을 확인해 송풍건조가 동결건조의 대체 기술이 될 가능성을 지님을 확인한 연구도 보고되어 있다 (Lee et al., 2016a). 본 연구에서는 저온 발효능이 우수한 토착형 S. cerevisiae를 저온송풍건조를 이용하여 종균화하였으며, 적합한 건조보호제와 재수화 용액 조건에 관해 저장성을 확인하였다. 또한 균주별 효소 활성을 알아보고 쌀 종류별 약주 발효를 통해 특성을 조사하여 기호도가 높은 향기를 생성하는 균주를 확인하였다.
전통적인 한국 주류에는 약주, 탁주, 청주 등이 있으며, 가장 오래된 전통주 중 하나인 약주는 전통적으로 쌀과 누룩, 물 등을 원료로 하여 제조되었으나 최근 들어 전분질 원료, 국, 물 등을 주원료로 발효시킨 술덧을 여과하여 제조되고 있다 (Lee et al., 1996; 식품공전, 2020). 약주는 탁주와는 다르게 고형분이 없어 맑은 색과 고유의 향미가 잘 나타나는 것이 특징으로서 최근 우리나라 약주의 소비는 증가하는 추세를 보이고 있다 (주류소비트렌드조사, 2018). 품질이 우수한 약주의 생산을 위해 좋은 원료와 우수한 효모를 사용하는 것이 필수적인 요인이나 우리나라 약주의 제조를 위한 종균 제품이 자체 개발된 바가 없으며 재래 종균을 사용하여 약주를 제조할 시 제품의 균일성을 유지하기 어렵기 때문에 상업화하기 힘든 실정이다 (Park et al., 2012). 현재 약주의 제조를 위해 사용되는 효모는 전적으로 수입 효모에 의존하고 있어 종균의 수입에 많은 비용을 지불하고 있다 (Mun et al., 2016). 이에 따라 수입 종균을 대체하기 위해 국산 종균의 발굴과 종균 제조 기술의 개발이 필요하다 (Kim et al., 2018). 약주에 사용되는 전분질 원료의 종류는 곡류, 서류와 이를 가공하여 만든 당류 등이 있으며 곡류는 주로 쌀과 잡곡인 소맥분, 옥수수, 보리쌀 등이 있고 서류는 고구마, 당류는 전분당이 있다. 쌀은 약주의 가장 중요한 원료로 찹쌀의 전분은 amylopectin 으로 구성되어 있으며 멥쌀의 전분은 amylose (20-25%), amylopectin (75-80%)으로 구성되어 있다. amylose와 amylopectin 함량 차이에 따라 수분흡수율, 흡수 속도, 증자 조건 등이 달라지며 찹쌀과 멥쌀에 따라 약주 주질의 특성이 달라진다 (Kwon et al., 2010) 발효 과정에서 효모는 당을 알코올로 전환하고 휘발성 향기 성분과 대사산물의 생산에 있어서 중요한 역할을 하며, 효모가 생산하는 효소에 따라 발효주의 특성이 달라진다 (Pires et al., 2014). 또한 알코올과 산이 결합하여 만들어지는 ester는 발효주의 향기 성분 지표로 사용되고 있다 (Verstrepen et al., 2003). 이에 따라 약주에 쓰이는 효모의 효소 활성을 확인함으로서 약주의 향기 성분과 다양한 발효 작용을 예측할 수 있다. 상온 (20-25℃)에서 발효가 진행될 시 효모의 빠른 생육을 통해 비교적 짧은 시간에 양조가 가능하나, 효모의 피로도가 증가하고 활성도 빨리 잃게 된다 (Shim et al., 2016). 저온 (10-15℃) 발효의 경우 다양한 1차 아로마의 손실을 방지하고 ethyl ester, acetate ester가 주인 2차 아로마의 합성을 증가시킨다 (Beltran et al., 2007). 특히 Saccharomyces cerevisiae는 저온 발효에서 RNA 구조의 안정성과 세포막의 유동성, 단백질 전사 등 효모의 성장에 있어 많은 영향을 받는다 (Aguilera et al., 2007; Torija et al., 2003). 그러나 저온 발효는 이상 발효, 균 생육 저해 등의 반응이 일어날 수 있기 때문에 저온에서 성장 및 발효 활성이 우수한 저온 적응성 효모를 발효에 이용하는 것이 유리하다 (Seo et al., 2016). S. cerevisiae를 산업적으로 이용하기 위해서는 일반적으로 복원성과 저장성을 높이는 종균화 과정을 거치게 된다. 효모의 종균화 제품은 고상형과 액상형 제품 두 종류가 있으며 산업적으로는 분말 형태의 고상형 건조 제품이 주로 이용된다. 종균 제품의 제조에 가장 많이 이용되는 건조 기법의 하나인 동결건조의 경우에는 고정단가와 제조단가가 진공건조, 분무건조, 드럼건조, 유동층 건조, 송풍건조 등에 비하여 월등히 높다는 단점을 지니고 있다. 이 중에서 송풍건조는 동결건조 대비 고정단가 비율이 5.3%, 제조단가의 비율이 17.9%로 생산비용이 매우 저렴하며 (Santivarangkna et al., 2007), 높은 온도로 건조시키는 분무건조, 유동층 건조 등의 기법에 비하여 매우 높은 생존율을 나타내어 대체 건조 기법으로 기대되고 있다 (Lee et al., 2016a). 건조 종균 제품 제작을 위한 기술로써 송풍건조를 보편화하기 위해서는 기존의 동결건조 제품에 상응하는 균체 생존율을 확보하는 것이 중요하며, 미생물의 건조 과정 중에 생존율에 영향을 미치는 인자로는 배양 배지 조건, 초기 미생물 농도, 보호첨가제, 재수화 조건 등이 있다. 보호첨가제의 경우에는 미생물 종류에 따라 세포벽의 구성 등이 달라 서로 다른 최적 조건을 가지고 있다 (Costa et al., 2000; de Valdez et al., 1983; Lee et al., 2016b). 또한, 건조된 미생물은 재수화 과정에서 다시 활성을 띄게 되며, 재수화 용액 등의 환경에 의해 생존율에 영향을 미친다는 연구도 보고되어 있으며 (Rodríguez-Porrata, 2008; Leach, 1959), S. cerevisiae D8 효모에 대하여 저온송풍건조를 진행하여 건조 직후 최대 97.54%의 높은 생존율을 나타내고 2달간 보관하였을 때도 매우 우수한 생존율을 나타냄을 확인해 송풍건조가 동결건조의 대체 기술이 될 가능성을 지님을 확인한 연구도 보고되어 있다 (Lee et al., 2016a). 본 연구에서는 저온 발효능이 우수한 토착형 S. cerevisiae를 저온송풍건조를 이용하여 종균화하였으며, 적합한 건조보호제와 재수화 용액 조건에 관해 저장성을 확인하였다. 또한 균주별 효소 활성을 알아보고 쌀 종류별 약주 발효를 통해 특성을 조사하여 기호도가 높은 향기를 생성하는 균주를 확인하였다.
Korean traditional alcoholic beverages include yakju, takju and cheongju etc., and one of the oldest Korean traditional alcoholic beverages, yakju, is made by filtering the fermented mash using starchy raw materials, koji, vegetable raw materials and water etc. Unlike takju, yakju does n...
Korean traditional alcoholic beverages include yakju, takju and cheongju etc., and one of the oldest Korean traditional alcoholic beverages, yakju, is made by filtering the fermented mash using starchy raw materials, koji, vegetable raw materials and water etc. Unlike takju, yakju does not contain solids, so it has a clear color and unique flavor. The consumption of yakju in the last three years has been on the rise, but a lot of costs have been paid to import yeast starters for the production of yakju. In addition, the conventional yeast starter is difficult to commercialize because it is difficult to maintain the uniformity of the yakju quality manufactured by using them. Accordingly, it is necessary to discover domestic yeast srains and develop technology for manufacturing yeast starters in order to replace imported yeast starters. In this study, Korean indigenous Saccharomyces cerevisiae strains producing good aroma in yakju at low temperature were dried using the low temperature blast drying technology. And, suitable protectants and rehydration solutions were investigated for the development of yakju yeast starters. When various sugars including fructose, glucose, maltose, raffinose, sucrose, and trehalose were tested as a protectant, sucrose and maltose showed the highest recovery ratioi for the strain W153 and W149, respectively. Among various rehydration solutions, distilled water and 0.85% NaCl solution were the best for the strain W153. For the strain W149, PBS buffer showed the highest recovery ratio. The best recovery ratio were 108.2% and 107.72% for the strain W153 and W149, respectively. We also investigated phycochemical properties as well as sensory evaluation of yakju fermented by the two yeast strains and the results were compared with those obtained by a control strain, S. cerevisiae KCCM 11215 and W-3. S. cerevisiae strains W153 and W149 showed good alcohol fermentation ability in the three different raw materials such as glutinous rice only, glutinous and non-glutinous rice mixture (1:1), as well as non-glutinous rice. Sniffing test resulted in a similar pattern in the aroma production between the glutinous rice yakju and mixture rice yakju. Higher aroma formation was observed by the strains W-3 and W153 and the strains KCCM 11215 and W-3 in both the yakju. However, significant differences were observed in the non-glutinous rice yakju. S. cerevisiae KCCM 11215 showed the highest aroma formation in the non-glutinous rice yakju followed by the strain W-3, and the strains W153 and W149 showed the lowest aroma production among the four strains. The sensory evaluation revealed that the strains W153 and W-3 obtained the best scores in the flavor as well as the overall preference for the glutinous rice yakju and the glutinous and non-glutinous rice mixture yakju, respectively, among the four strains. However, the strain KCCM 11215 obtained the highest score in the overall preference and the strain W-3 obtained the highest score in the flavor in case of the non-glutinous rice yakju.
Korean traditional alcoholic beverages include yakju, takju and cheongju etc., and one of the oldest Korean traditional alcoholic beverages, yakju, is made by filtering the fermented mash using starchy raw materials, koji, vegetable raw materials and water etc. Unlike takju, yakju does not contain solids, so it has a clear color and unique flavor. The consumption of yakju in the last three years has been on the rise, but a lot of costs have been paid to import yeast starters for the production of yakju. In addition, the conventional yeast starter is difficult to commercialize because it is difficult to maintain the uniformity of the yakju quality manufactured by using them. Accordingly, it is necessary to discover domestic yeast srains and develop technology for manufacturing yeast starters in order to replace imported yeast starters. In this study, Korean indigenous Saccharomyces cerevisiae strains producing good aroma in yakju at low temperature were dried using the low temperature blast drying technology. And, suitable protectants and rehydration solutions were investigated for the development of yakju yeast starters. When various sugars including fructose, glucose, maltose, raffinose, sucrose, and trehalose were tested as a protectant, sucrose and maltose showed the highest recovery ratioi for the strain W153 and W149, respectively. Among various rehydration solutions, distilled water and 0.85% NaCl solution were the best for the strain W153. For the strain W149, PBS buffer showed the highest recovery ratio. The best recovery ratio were 108.2% and 107.72% for the strain W153 and W149, respectively. We also investigated phycochemical properties as well as sensory evaluation of yakju fermented by the two yeast strains and the results were compared with those obtained by a control strain, S. cerevisiae KCCM 11215 and W-3. S. cerevisiae strains W153 and W149 showed good alcohol fermentation ability in the three different raw materials such as glutinous rice only, glutinous and non-glutinous rice mixture (1:1), as well as non-glutinous rice. Sniffing test resulted in a similar pattern in the aroma production between the glutinous rice yakju and mixture rice yakju. Higher aroma formation was observed by the strains W-3 and W153 and the strains KCCM 11215 and W-3 in both the yakju. However, significant differences were observed in the non-glutinous rice yakju. S. cerevisiae KCCM 11215 showed the highest aroma formation in the non-glutinous rice yakju followed by the strain W-3, and the strains W153 and W149 showed the lowest aroma production among the four strains. The sensory evaluation revealed that the strains W153 and W-3 obtained the best scores in the flavor as well as the overall preference for the glutinous rice yakju and the glutinous and non-glutinous rice mixture yakju, respectively, among the four strains. However, the strain KCCM 11215 obtained the highest score in the overall preference and the strain W-3 obtained the highest score in the flavor in case of the non-glutinous rice yakju.
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