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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 생전분 분해효소를 이용한 비열처리 주류 및 식초를 생산하기 위한 전단계로 현미분쇄정도, 효소제 농도 및 교반속도에 대한 알콜발효 조건을 확립하고 자 하였다.
제안 방법
- kluyveri DJ97 배양액을 주모 로 5%(v/v) 접종하여 30℃에서 60시간 동안 발효하였다. Jeong 등(13)의 방법에 준하여 반응표면분석법 (response surface methodology, RSM)을 사용하였으며, 중심 합성 계획 (central composite design)에 의한 요인(독립)변수(Xi)의 실험계획은 무증자 알콜발효조건에 중요한 독립변수로 고려되는 인자인 현미의 분쇄정도에 따른 입자크기(Xi), 효소제 첨가량(X2), 교반속도(X3)를 T, 0, 1의 3단계로 부호화하고 중심합성계획 에 따라 15구간으로 설정하여 무증자 알콜발효실험을 실 시하였다"그리고 반응변수(Yn)로는 pH(Yi), 총산(丫2). 아미 노산도(丫3), 환원 당(丫4), 총당(丫5), 알콜함량(丫6)의 회 귀 분석을 실시하였다.
- Fractional factorial design 에 의한 15구간의 알콜발효조 건에 따라 알콜발효를 실시하였하고, 이때 얻어진 여 액의 pH, 총산 및 아미노산도, 환원 당, 총당 및 알콜함량은 Table 2에 나타내었다. pH, 총산 및 아미노산도의 contour mape Fig.
- 발효조건에 따른 일반성분의 변화 (Table 2)는 대부분 현미의 입자크기에 영향을 받았다. 그리고 알콜발효에 가장 영향을 적게 미 치 는 교반속도를 고정 하여 반응변수들의 일반성분에 대한 반응표면분석을 하였다. 그 결과 Fig.
- 최적 알콜발효조건 예측은 일반성 분에 대한 contour map을 superimposing 하였을 때 중복되는 부분의 범 위에서 예측하였다. 또한 예측된 범위에서 임의의 조건을 설정하여 회귀 식에 대입한 후, 그 예측된 최적값에 대하여 실증실험을 실시하였다.
- Jeong 등(13)의 방법에 준하여 반응표면분석법 (response surface methodology, RSM)을 사용하였으며, 중심 합성 계획 (central composite design)에 의한 요인(독립)변수(Xi)의 실험계획은 무증자 알콜발효조건에 중요한 독립변수로 고려되는 인자인 현미의 분쇄정도에 따른 입자크기(Xi), 효소제 첨가량(X2), 교반속도(X3)를 T, 0, 1의 3단계로 부호화하고 중심합성계획 에 따라 15구간으로 설정하여 무증자 알콜발효실험을 실 시하였다"그리고 반응변수(Yn)로는 pH(Yi), 총산(丫2). 아미 노산도(丫3), 환원 당(丫4), 총당(丫5), 알콜함량(丫6)의 회 귀 분석을 실시하였다. 회귀분석에 의한 예측은 SAS(statistical analysis system) program을 이용하였고(14), 회귀분석 결과 임 계점(critical point)이 최대점(maximum)이거나 최소점(min- imum)이 아니고 안장점일 경우에는 능선분석을 하여 최대 점을 구하였다.
- , Japan, Lot P8AB665)으로 효소역 가는 30, 000 unit/g이 었다. 주모는 현 미 분말 100 g에 수돗물 200 mL와 효소제 0.34%(w/w)를 첨가한 후 50℃에서 24시간 진탕하여 당화한 후 여 과액을 12FC 15분간 살균하고 Sac- charomyces kluyveri DJ97(KCTC 8842P)을 접종하여 30℃ 에서 50 rpm으로 24시간 배양하여 5% (v/v)를 사용하였다.
- 최적 알콜발효조건 예측은 일반성 분에 대한 contour map을 superimposing 하였을 때 중복되는 부분의 범 위에서 예측하였다. 또한 예측된 범위에서 임의의 조건을 설정하여 회귀 식에 대입한 후, 그 예측된 최적값에 대하여 실증실험을 실시하였다.
- 현미 알콜발효 조건을 설정 하기 위하여 조건별 pH, 총산, 아미노산도, 환원당함량, 총당함량 그리고 알콜함량에 대한 contour maps-g- superimposing(Fig. 4)하여 최적 알콜발효 조건 범위를 예측하였다. 발효조건에 따른 일반성분의 변화 (Table 2)는 대부분 현미의 입자크기에 영향을 받았다.
- 21% 등으로 예측되었다. 현미 알콜발효액의 품질 에 관련된 성분들의 예측치와 동일조건에서 실제 실험하여 얻은 실험치와의 알콜함량을 확인하여 회귀식의 신뢰성을 검증하였다. 이때 임의의 조건은 효소제 함량。.
- 현미를 이용하여 증자하지 않고 생전분 분해효소를 이용한 알콜발효조건을 모니터링 하였다. 알콜발효에 가장 영향을 미치는 요인변수인 현미분쇄 정도에 따른 입자크기(20, 40, 60 mesh), 효소제 함량(0.
- 알콜함량측정은 배양액을 원심분리한 후 상등액을 상압 증류하여 alcohol hydrometer로 측정한 값을 Gay- Lussac 표를 사용하여 15℃로 보정 하였 다(16). 환원당은 시료 5 mL을 취 해 증류수 500 mL로 정용한 후 이 중 10 mL를 취해 DNS법(17)으로 측정하였으며, 표준물질 glucose를 50 ~150 Rg/mL의 농도로 조제 하여 작성 한 검 량곡선으로부터 환산하였으며, 총당은 시료 5 mL에 25% HC1 20 mL를 가해 100℃ 수욕상에서 3시간 동안 가수분해 시 킨 후 단백 질을 제거 하고 10% NaOH로 중화하여 500 mL로 정 용한 다음 환원 당과 동일한 방법으로 정량하였다.
대상 데이터
- 본 실험에 사용된 생 전분 분해 효소제는 starch saccharifing enzyme(Daiwa kasei Co., Japan, Lot P8AB665)으로 효소역 가는 30, 000 unit/g이 었다. 주모는 현 미 분말 100 g에 수돗물 200 mL와 효소제 0.
- 본 실험에 사용된 현미(일품벼)는 2001년도 경북 상주지방에서 재배한 일반계 현미를 사용하였다.
데이터처리
- 아미 노산도(丫3), 환원 당(丫4), 총당(丫5), 알콜함량(丫6)의 회 귀 분석을 실시하였다. 회귀분석에 의한 예측은 SAS(statistical analysis system) program을 이용하였고(14), 회귀분석 결과 임 계점(critical point)이 최대점(maximum)이거나 최소점(min- imum)이 아니고 안장점일 경우에는 능선분석을 하여 최대 점을 구하였다.
이론/모형
- pH는 pH meter(Metrohm 691, Swiss)를 사용하여 측정 하였으며, 총산은。LNNaOH용액으로 중화 적정하여 초산함 량으로 환산하였다. 아미노산도는 포르몰 적정 법 (15)으로 구 하였다. 알콜함량측정은 배양액을 원심분리한 후 상등액을 상압 증류하여 alcohol hydrometer로 측정한 값을 Gay- Lussac 표를 사용하여 15℃로 보정 하였 다(16).
- 아미노산도는 포르몰 적정 법 (15)으로 구 하였다. 알콜함량측정은 배양액을 원심분리한 후 상등액을 상압 증류하여 alcohol hydrometer로 측정한 값을 Gay- Lussac 표를 사용하여 15℃로 보정 하였 다(16). 환원당은 시료 5 mL을 취 해 증류수 500 mL로 정용한 후 이 중 10 mL를 취해 DNS법(17)으로 측정하였으며, 표준물질 glucose를 50 ~150 Rg/mL의 농도로 조제 하여 작성 한 검 량곡선으로부터 환산하였으며, 총당은 시료 5 mL에 25% HC1 20 mL를 가해 100℃ 수욕상에서 3시간 동안 가수분해 시 킨 후 단백 질을 제거 하고 10% NaOH로 중화하여 500 mL로 정 용한 다음 환원 당과 동일한 방법으로 정량하였다.
성능/효과
- 알콜발효액의 환원당, 총당 및 알콜함량에 대한 회귀식의 R"는 각각 0.7273, 0.9677 및 0.8689이고 환원당을 제외한 총 당과 알콜함량의 유의 성은 각각 5%와 10%이 내의 수준에서 인정되었다. 알콜함량에 대한 발효조건의 영향은 주로 현미 입자크기에 영향을 받고 있었으며, 효소제함량에 대한 영향 은 크게 나타나지 않았다.
- 현미 알콜발효액의 품질 에 관련된 성분들의 예측치와 동일조건에서 실제 실험하여 얻은 실험치와의 알콜함량을 확인하여 회귀식의 신뢰성을 검증하였다. 이때 임의의 조건은 효소제 함량。.34%, 현미의 입 자크기 40 mesh, 교반속도 50 rpm 및 수돗물 350%를 가수 하여 현미 알콜발효실험을 행한 결과 발효액의 pH, 총산, 아 미 노산도, 환원당, 총당, 알콜함량 등 품질특성을 RSM기 법 에 의해 예측된 값과 비교한 결과 유사한 경향으로 나타나 도 출된 회귀식의 신뢰성을 검증할 수 있었다(Table 4).
- 53 mesh이 었다. Fig. 4에서 보는 바와 같이 알콜함량의 contour map을 분석한 결과, 효소제 첨가량은 0.38% 이상 과 현미의 입자크기는 30.0~42.5 mesh 범위에서 알콜함량이 증가하는 경향을 볼 수 있었다. 이러한 결과는 Lee 등(22)의 무증자 전분의 당화에 이용한 읺ucoamylsae의 농도가 높을수록 당화력이 증가한다는 보고와 유사하였으나, 본 실험에 서는 최적농도가 Lee 등이 제시한 1%보다 훨씬 낮은 0.
- 그리고 알콜발효에 가장 영향을 적게 미 치 는 교반속도를 고정 하여 반응변수들의 일반성분에 대한 반응표면분석을 하였다. 그 결과 Fig. 4와 같이 pH, 총산, 아미노산도, 환원당, 총당 및 알콜 함량이 일치하는 범위는 효소제 함량 0.32-0.43%, 현미의 입자크기는 35~42 mesh로 나타났다. 따라서 이와 같은 예측결과에 대한 모델식의 신뢰성을 확인하기 위하여 예 측된 최적조건 범위내에서 임의의 조건 즉, 시료에 대한 효소 제 함량 0.
- 능선분석 결과 Table 3과 같이 현미 알콜발효액의 pH, 총 산 및 아미노산도 회귀식의 B는 0.9656, 0.9433, 0.9162이고 5%이내 수준에서 유의성이 인정되었다. pH와 총산의 예측 된 정상점은 최대점과 안장점이었고 아미노산도는 최소점으 로 나타났으며 , 이때 예측된 발효조건은 Table 4에 나타내 었 다.
- 43%, 현미의 입자크기는 35~42 mesh로 나타났다. 따라서 이와 같은 예측결과에 대한 모델식의 신뢰성을 확인하기 위하여 예 측된 최적조건 범위내에서 임의의 조건 즉, 시료에 대한 효소 제 함량 0.34%, 현미의 입자크기 40 mesh, 교반속도 50 rpm 을 대입하여 일반성분을 예측해 본 결과, pH 4.38, 총산 0.28, 아미노산도 0.53, 환원당 64.78 mg%, 총당 567.08 mg% 및 알 콜 함량 10.21% 등으로 예측되었다. 현미 알콜발효액의 품질 에 관련된 성분들의 예측치와 동일조건에서 실제 실험하여 얻은 실험치와의 알콜함량을 확인하여 회귀식의 신뢰성을 검증하였다.
- 43%(w/w) 범위로 나 타났으며, 이때 알콜발효의 품질 인자인 알콜함량, 총당, 환원 당, 아미노산도, 총산 및 pH의 iT는 환원당을 제외한 모든 성분에서 5~10%이내의 수준에서 유의성이 인정되었다. 또한 최적조건범위 에서 실증실험 결과 pH 4.33, 총산 1.10, 아미 노산도 0.51, 환원 당 200.50 mg%, 총당 1, 039.0 mg%, 알콜함 량 10.15%로 RSM기 법 에 의해 예측된 값과 유사한 값을 나 타내어 도출된 회귀식의 신뢰성을 검증할 수 있었다. 또한 최적조건의 알콜발효 중 성분분석 결과 pH는 6.
- 15%로 RSM기 법 에 의해 예측된 값과 유사한 값을 나 타내어 도출된 회귀식의 신뢰성을 검증할 수 있었다. 또한 최적조건의 알콜발효 중 성분분석 결과 pH는 6.26에서 발효 가 진행됨에 따라 점점 감소하여 발효 종료시 4.34이었으며, 총산은 발효초기 0.15였으며 발효가 진행됨에 따라 다소 증 가하였으나 발효종료시 0.20으로 총산의 변화는 크지 않았다. 아미노산도는 발효초기 1.
- 현미를 이용하여 증자하지 않고 생전분 분해효소를 이용한 알콜발효조건을 모니터링 하였다. 알콜발효에 가장 영향을 미치는 요인변수인 현미분쇄 정도에 따른 입자크기(20, 40, 60 mesh), 효소제 함량(0.1, 0.3, 0.5%), 교반속도(0, 100, 200 rpm)에 대하여 반응표면회귀분석한 결과, 현미분쇄 정 도는 35~42 mesh, 효소제함량 0.32~0.43%(w/w) 범위로 나 타났으며, 이때 알콜발효의 품질 인자인 알콜함량, 총당, 환원 당, 아미노산도, 총산 및 pH의 iT는 환원당을 제외한 모든 성분에서 5~10%이내의 수준에서 유의성이 인정되었다. 또한 최적조건범위 에서 실증실험 결과 pH 4.
- 환 원당과 총당은 발효초기 각각 2, 020, 21, 481 mg%이었으나 발 효 12시간에 각각 3, 291, 32, 979 mg%로 증가 후 발효가진 행 될수록 감소하는 경향이었다. 알콜함량은 발효 24시간에 3.9%로 증가하기 시작하여 발효가 진행될수록 증가하여 발 효 48시간에 10.15%로 최대치를 나타낸 후 감소하였다.
- 알콜함량에 대한 발효조건의 영향은 주로 현미 입자크기에 영향을 받고 있었으며, 효소제함량에 대한 영향 은 크게 나타나지 않았다. 예측된 정 상점 은 모두 안장점 이고 이때 환원당 64.78 mg%, 총당 567.08 mg%, 알콜함량 10.21% 로 예측되었으며, 이 예측된 알콜함량을 얻을 수 있는 발효조건 들(요인변수)은 효소제 첨가량 0.38%이상, 현미의 입자크기는 29.53 mesh이 었다. Fig.
- 34였다. 총산 은 발효초기 0.15에서 발효종료시 0.20으로 큰 변화를 나타내 지 않았으며 , 아미노산도는 발효초기 1.88이 었으나 발효가진 행됨 에 따라 다소 감소하여 발효종료시 0.92로 나타났다. 환 원당과 총당은 발효초기 각각 2, 020, 21, 481 mg%이었으나 발 효 12시간에 각각 3, 291, 32, 979 mg%로 증가 후 발효가진 행 될수록 감소하는 경향이었다.
- 92로 나타났다. 환 원당과 총당은 발효초기 각각 2, 020, 21, 481 mg%이었으나 발 효 12시간에 각각 3, 291, 32, 979 mg%로 증가 후 발효가진 행 될수록 감소하는 경향이었다. 알콜함량은 발효 24시간에 3.
후속연구
- 당화조건, 당화효소 의 종류 등에 영향을 받는다(3). 생전분 분해효소의 사용은 증자과정없이 알콜발효를 함으로써 제조공정의 단순화, 알 콜수율의 증가 및 증자에 따른 에너지의 절감 효과를 얻을 수 있으며, 이러한 산업적 실용화에 장점을 가지고 있을 뿐 아니라 쌀에 존재하는 열에 불안정 한 효소, 단백질 및 비 타민 류등의 변성 및 파괴를 최소화할 수 있어 주질면에서 상당한 개선효과가 있을 것으로 기 대된다. 최근에 무증자효소의 개 발(4), 당화촉진 mechanism을 관찰한 바 있으며(5), 생전분 의 효소당화 촉진방법에 관한 연구가 보고된 바 있다(6).
- 15%로 최대치를 나타낸 후 감소하였다. 이상의 결과 로 생전분분해효소를 이용한 현미 알콜발효조건을 설정할 수 있었으며, 초산발효에 필요한 알콜함량을 얻을 수 있어 생전 분을 이용한 현미식초 제조가 가능할 것으로 생각된다.
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