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문제 정의
- 일반적으로 한외여과막을 이용하여 분리할 수 있는 분자량의 범위는 1,000~100,000 dalton이며 한외여과막을 이용하여 공정상에서 고분자량인 큰 분자를 저분자량인 작은 분자로부터 분리시키는 것을 한외여과라고 한다(2-4). 본 연구에서는 복숭아주를 발효 숙성시키는 과정에서의 미생물학적, 이화학적 특성의 변화를 관찰하고 한외여과 기술을 이용하여 복숭아주의 청징화 및 품질개선 효과를 알아보고자 하였다.
제안 방법
- pH는 pH meter(740p, Istek Inc., Korea)를 사용하여 복숭아주 원액의 pH를 측정하였다(8).
- 고형물 함량은 직접건조법을 이용하여 일정량의 시료를 105℃에서 일정 시간 증발 건조한 후 건조 전후의 중량을 비교하여 산출하였다.
- 깨끗이 수세한 복숭아를 8절로 절단한 후 파쇄하고 갈변을 방지 하기 위하여 200 ppm의 K2S2O5를 첨가한 다음 3시간 동안 실온에서 방치한 후 여과포를 이용하여 여과하여 과즙을 추출하였다. 추출한 과즙에 설탕을 첨가하여 24°Brix로 보당하고 , 스타터 효모를 과즙의 0.
- 복숭아 착즙액의 당도를 24°Brix로 조절하여 25℃에서 2 주간 발효하여 제조한 후 15℃에서 14주간 숙성 과정 중 복숭아주의 이화학적 성분 및 미생물의 변화를 살펴보았으며 한외여과 후의 복숭아주의 이화학적 특성의 변화를 관찰하였다. 총 세균수는 발효 초기 2.
- 복숭아주에 존재하는 미생물 균수를 측정하기 위하여 총균수는 PCA배지 (Difco, MI, USA) 효모는 YM agar 배지 (Difco, MI, USA), 곰팡이는 PDA 배지 (Difco, MI, USA)를 사용하였으며 100~109까지 희석한 복숭아주 시료를 PCA 배지와 YM agar 배지에는 1 mL을 분주하여 표준한천배양법으로 실시하였고, PDA 배지에는 0.1 mL씩 분주한 후 평판도말하였다(6). PCA 배지는 37℃에서 하룻밤, YM agar 배지는 25℃에서 1 ~2일, PDA 배지는 25℃에서 3~4일 배양한 후 계수하였다.
- 복숭아주의 당도를 24°Brix로 조절한 후 25℃에서 발효한 다음 15℃에서 숙성하면서 복숭주의 탁도, pH, 산도, 당도, 알코올 함량, 환원당 함량, 고형분 함량, 색도를 측정하였다 (Table 1).
- 복숭아주의 탁도 측정은 복숭아주 시료를 증류수로 정량적 으로 희석시킨 후 spectrophotometer(UV-1201, Shimatsu, Japan)를 사용하여 470 nm의 파장에서 흡광도를 측정 하고 희석배수를 곱하여 산출하였다(7).
- 산도는 복숭아주 10 mL에 증류수 20 mL를 가하여 0.1 N-NaOH로 pH 8.3이 될 때까지 적정하여 소비된 0.1 N NaOH의 양으로부터 % citric acid로 나타내었으며(10) 당도는 복숭아주를 10,000×g에서 10분간 원심분리한 상징액을 취하여 굴절 당도계 (N-2E, Atago, Japan)를 사용하여 측정하였다.
- 색도는 희석하지 않은 복숭아주 시료 10 mL를 취하여 색차계 (Color difference meter CR-300, Minolta, Japan)를 사용하여 명도(L값), 적색도(a값), 황색도(b값)를 측정하였다. 환원당은 dinitrosalicylic acid(DNS)법 ⑼에 의해 측정하였다.
- 숙성이 완료된 복숭아주를 10, 000Xg에서 10분간 원심분리 하여 상징액을 취하고 부유물을 제거 하기 위해 membrane filtration apparatus(Sigma Chemical Co., St. Louis, USA)를 이용하여 74 mmHg의 진공 하에서 pore size 0.45 μm, 막직 경 47 mm, 막표면적 17.3 cm2의 nitrocellulose membrane filter를 장착하여 1차 여과하였다. 이후 한외여과장치(Labscale TFF System, Millipore Co.
- 2 mL, 최대구동압력이 80 psi이다. 여과 flux(LMH)는 막표면적 m2, 당 1시간에 통과하는 시료의 용량(liter)을 실측하여 계산 하였으며 1회 공정에 사용되는 시료의 부피는 500 mL로 일정하게 하였다.
- 사용한 대부분의 여과막들은 여과시간이 지남에 따라 여과 flux 가 급격하게 저하되었는데 이는 막분리공정의 가장 큰 문제점 중의 하나인 fouling과 농도분극에 기인한 것으로 판단된다. 이러한 결과로부터 Biomax 100K 막의 평균 flux가 다른 막들과 비교하여 가장 우수하였기 때문에 복숭아주 한외여과의 최적 막으로 선정하였다. Amar 등(15)은 한외 여 과를 이용하여 사과주스를 청징화할 때 여과 flux가 초기 30분 동안 빠르게 저하되어 정체되었으며 초기에 높은 압력에서 시작하는 것보다 서서히 압력을 증가시켰을 때 투과 flux가 더 낮았다고 보고한 바 있다.
- 3 cm2의 nitrocellulose membrane filter를 장착하여 1차 여과하였다. 이후 한외여과장치(Labscale TFF System, Millipore Co., USA)를 이용하여 poly ethersulf jne 재질의 Biomax 100K, 30K, 5K의 여과막과 regenerated cellulose 재질의 PLCTK 30K와 PLCCC 5K의 총 5가지 여과막을 이용하여 40 psi의 압력을 가하여 여과하였다. 사용된 모든 한외여과막은 Millipore 사 제품으로 길이 18.
- 함량은 비중법을 이용하여 측정하였다(11). 즉 복숭아주 시료 100 mL을 증류하여 70%의 여액을 100 mL 메스실린더 에 회수하여 증류수를 사용해 다시 100 mL로 정용한 뒤 여기에 주정계를 띄워 수면의 눈금을 읽는 방법으로 측정하였다.
- 환원당은 dinitrosalicylic acid(DNS)법 ⑼에 의해 측정하였다. 즉 시험 관에 DNS 시약 0.3 mL와 시료용액 0.1 mL를 혼합한 후 boiling water bath에서 정확히 3분간 방치 하고 즉시 얼음 수조에서 냉각시킨 다음 1.6 mL의 증류수를 섞어 혼합한 후 550 nm에서 흡광도를 측정하고 표준곡선으로부터 환원당 함량을 산출하였다.
- 한외 여과 전 후의 이화학적 성분의 변화를 측정한 결과를 Table 2에 나타내었는데 탁도의 변화량은 여과 전 탁도와 비교하여 여 과 후의 탁도가 약 50% 정도의 감소를 보여 여과막에 의한 청징 효과를 확인하였다. pH의 변화량은 여과 전 4.
대상 데이터
- 5%(v/v) 수준으로 접 종하여 25℃에서 2주간 발효하고 15℃에서 14주간 숙성시켰다(5). 발효에사용된 스타터 효모는 Saccharomyces cerevisiae KCCM 12224를 한국종균협회 부설 한국미생물보존센터에서 분양 받아 YM 액체배지(Difco, MI, USA)에 접종하여 30 ℃에서12시간 배양한 후 사용하였다.
- 본 연구에서 사용한 복숭아는 충북 음성 감곡 농업협동조합에서 2000년도에 수확한 아부백도 품종을 시중에서 구입하여 사용하였다.
- , USA)를 이용하여 poly ethersulf jne 재질의 Biomax 100K, 30K, 5K의 여과막과 regenerated cellulose 재질의 PLCTK 30K와 PLCCC 5K의 총 5가지 여과막을 이용하여 40 psi의 압력을 가하여 여과하였다. 사용된 모든 한외여과막은 Millipore 사 제품으로 길이 18.8 cm, 폭 3.0 cm, 막표면적이 50 cnS이고, 잔류부피가 3.2 mL, 최대구동압력이 80 psi이다. 여과 flux(LMH)는 막표면적 m2, 당 1시간에 통과하는 시료의 용량(liter)을 실측하여 계산 하였으며 1회 공정에 사용되는 시료의 부피는 500 mL로 일정하게 하였다.
이론/모형
- 알코올 함량은 비중법을 이용하여 측정하였다(11). 즉 복숭아주 시료 100 mL을 증류하여 70%의 여액을 100 mL 메스실린더 에 회수하여 증류수를 사용해 다시 100 mL로 정용한 뒤 여기에 주정계를 띄워 수면의 눈금을 읽는 방법으로 측정하였다.
- 측정하였다. 환원당은 dinitrosalicylic acid(DNS)법 ⑼에 의해 측정하였다. 즉 시험 관에 DNS 시약 0.
성능/효과
- 의한 청징 효과를 확인하였다. pH의 변화량은 여과 전 4.06에서 미세여과 후 4.21, 한외여과 후 4.16으로 약간 증가하였으며 산도는 여과 전후 큰 차이를 나타내지 않아 미세여과와 한외 여과공정은 복숭아주의 pH와 산도에는 큰 영향을 미치지 않음을 확인하였다. 이는 숙성된 감식초를 미세여과 또는 한외여과하였을 경우 pH는 거의 변화가 없고 주요 성분도 80% 이상 회수되며 탁도는 낮아져 청징도가 높아진다는 보고와 일치 하는 결과이다(1).
- 당 함량은 발효전 24°Brix가 되도록 조절하였는데 발효 2일째부터 급속도로 감소하여 발효 6일째 에 10°Brix 이 하로 감소하였고 발효 14일째까지 8.1°Brix의 수준으로 일정하게 유지되었다. 숙성과정 동안에도 당 함량은 8.
- 0×104 CFU/mL로 존재하는 효모가 한외 여과막을 통과한 후 어떠한 미생물도 검출되지 않았다. 따라서 본 연구에 사용된 여과방법은 미생물을 완벽하게 제거 할 수 있는 효과적인 방법으로 확인되었다. 이는 포도주 제조 시에 저장, 숙성 전에 한외여과를 하면 쓴 맛, 떫은 맛, 산화 갈변의 원인이 되는 세균과 효모들이 제거되어 무균화되 며 숙성된 발효 음료를 한외여과로 처리하면 균주가 완벽하게 제거되어 더 이상의 발효가 진행되지 않는다는 보고와 일치하는 결과이다(1).
- 03 g/mL으로 일정한 수준을 유지하였다. 발효과정에서의 색도를 관찰한 결과 초기 L값(명도)은 57.11에서 63.67로 증가하였고, a 값(적색도)의 경우 -| ).5에서 0.25로 증가한 반면 b값(황색도)은 11.94에서 1.55로 감소하여 발효과정에서는 전체적인 밝기와 색깔에 변화가있음을 알 수 있었다. 숙성 과정 중 L값은 63.
- 복숭아 착즙액을 2주간 발효시 킨 다음 14주간의 숙성기간 동안 복숭아주 내에 존재하는 미생물의 변화를 살펴 본 결과 Fig. 1(A)에 나타낸 바와 같이 총 세균수는 발효 초기 2.8×102 CFU/mL 수준으로 존재하다가 2주간의 발효 후에는 2.4×107 CFU/mL 수준으로 증가하였으며 효모의 경우에는 발효 초기 3.4 ×102 CFU/mL 수준으로 존재하다가 발효 후에는 2.4 ×107 CFU/mL 수준으로 증가하였다. 숙성 과정 중의 미생물의 변화는 Fig.
- 숙성 과정 중에는 알코올 함량이 증가한 반면 환원당 함량은 감소하였다. 복숭아주를 0.45 Jim nitrocellulose 미세여과막을 이용하여 여과한 후 재질과 공경이 서로 다른 한외여과막을 사용하여 한외여과한 결과 Biomax 100K 막이 초기 flux가 79 liter/m2/h(LMH)로 가장 높았으며 평균 flux 도 가장 우수하여 한외 여과공정의 최적 한외여과막으로 선정하였다. 한외여과에 의해 복숭아주 내에 존재하는 미생물은 완벽하게 제거되었으며 탁도와 알코올 함량은 약간 감소하였으나 그 이외의 이화학적 특성은 크게 변화하지 않았다.
- 제거하였다. 불용성 부유물질들이 제거된 복숭아주를 0.45 Jim의 pore size를 지닌 nitrocellulose 재질의 여과막에 여과시켜 잔존하는 부유물들을 2차 제거한 후 한외여과를 실시한 결과 Fig. 4에 나타낸 바와 같이 Biomax 100K 막의 초기 flux가 78.9 LMH로 가장 높았으며 Biomax 30K, Biomax 5K의 경우에는 각각 51.6 LMH, 61.2 LMH의 초기 여과 flux를 나타내 molecular weight cuff-off value가 가장 큰 막의 초기 여과 flux가 가장 좋음을 알 수 있었다. 사용된 한외여과막 중에서는 PLCCC 5K의 초기 여과 flux가 가장 낮은 반면 Biomax 100K 막은 여과시간이 지남에 따라서도 다른 종류의 여과막에 비해 flux가 월등히 뛰어났으며 초기 flux와 비교하였을 경우에도 크게 저하되지 않음을 보여주었다.
- 2 LMH의 초기 여과 flux를 나타내 molecular weight cuff-off value가 가장 큰 막의 초기 여과 flux가 가장 좋음을 알 수 있었다. 사용된 한외여과막 중에서는 PLCCC 5K의 초기 여과 flux가 가장 낮은 반면 Biomax 100K 막은 여과시간이 지남에 따라서도 다른 종류의 여과막에 비해 flux가 월등히 뛰어났으며 초기 flux와 비교하였을 경우에도 크게 저하되지 않음을 보여주었다. 사용한 대부분의 여과막들은 여과시간이 지남에 따라 여과 flux 가 급격하게 저하되었는데 이는 막분리공정의 가장 큰 문제점 중의 하나인 fouling과 농도분극에 기인한 것으로 판단된다.
- 4 ×107 CFU/mL 수준으로 증가하였다. 숙성 과정 중의 미생물의 변화는 Fig. 1(B)와 같이 숙성 4주까지 미생물의 수가 급격히 감소한 이후 완만한 감소를 나타내어 총 세균수는 14 주간의 숙성 과정을 거친 후 7.0×103 CFU/mL 수준으로 감소하였으며 효모의 경우에도 4.0×104 CFU/mL 수준으로 역시 감소하는 경향을 보였다. 곰팡이는 복숭아 착즙액 중에 존재하지 않았고 발효와 숙성기간 중에도 관찰되지 않았다.
- 알코올 함량은 Fig. 2에 나타낸 바와 같이 발효기간 동안은 8.2%까지 지속적으로 증가하였으며, 숙성과정에 이르러서는 숙성 6주까지 직선적인 증가율을 보여 11.6%를 나타내었으며 숙성중반에 접어들면서 일정한 수준을 유지하였다. Kim 등(11)은 가당 및 효모첨가가 포도주 발효에 미치는 영향에서 효모첨가 여부에 관계없이 24°Brix로 가당한 경우에는 알코올 함량이 14.
- 0×104 CFU/mL로 역시 감소하는 경향을 보였다. 탁도, 총당, 환원당, 고형물 함량과 b값은 발효가 진행됨에 따라 감소하였고, 산도, 알코올 함량, L값과 a값은 증가하는 경향을 나타내어 발효가 완료된 후의 산도는 0.41%, 알코올 함량은 8.2%의 값을 보였다. 숙성 과정 중에는 알코올 함량이 증가한 반면 환원당 함량은 감소하였다.
- 탁도는 발효가 진행됨에 따라 2.20에서 0.12로 크게 감소하였고, 숙성기간이 지난 후에는 0.09로 큰 차이를 보이지 않았다. 이는 초기 과즙에 존재하는 펙틴질이나 그 밖의 고형물질들이 발효가 진행됨에 따라 증가하는 미생물에 의해 영양물질로써 이용되어 분해되기 때문인 것으로 생각되며 일종의 자연적인 청징효과로 사료된다.
- 한외 여과한 복숭아주를 30℃에서 12주간 저장하면서 저장기간에 따른 미생물학적, 이화학적 특성의 변화를 측정한 결과 Table 3에 나타낸 바와 같이 미생물이 전혀 검출되지않았그 탁도, pH, 산도, 색도 등 조사한 모든 이화학적 특성이 거의 변화하지 않아 저장 중 품질의 변화가 없는 것으로 확인되었다. 이상의 결과로부터 복숭아주 제조에 한외여과 기술을 적용한다면 기존의 가열살균 방법에 비하여 이화학적 특성의 변화를 유발하지 않으면서 제품의 저장성을 크게 향상시킬 수 있을 것으로 판단되었다.
후속연구
- 이상의 결과로부터 복숭아주 제조에 한외여과 기술을 적용한다면 기존의 가열살균 방법에 비하여 이화학적 특성의 변화를 유발하지 않으면서 제품의 저장성을 크게 향상시킬 수 있을 것으로 판단되었다.
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