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문제 정의
- 현재 시중에는 유기농산물인 어성초, 오가피, 인진쑥 등과 한방재료를 이용한 액상 추출차가 판매되고 있으며, 그 시장성은 점점 증대되고 있다. 향미가 우수하고 무농약으로 재배되는 유기농산물인 가창면의 산미나리를 이용하여 발효 미나리 차(액상추출차)를 생산함으로서 지역특산물의 부가가치를 높이고, 농가의 대체작물로서뿐만 아니라 농가의 소득에 크게 기여할 것으로 기대되어 미나리액상 추줄물을 액상주줄 차로 규격화하는 연구를 수행하게 되었다.
제안 방법
- 생균수는 3회 반복 실험의 결과의 평균값으로 나타내었다.가스 생성 정도는 30℃ 항온 배양기에서 아이혼관에 미나리액상 추출물을 각각 20 mL을 넣어 CO가 10 mL 발생하는 시간을 측정하였다.
- 흑설탕, 올리고당과 과당으로 침출시킨 후 열처리된 미나리 액상 추출물의 규격 및 제품의 안정성을 검증하기 위해서 계명 대학교 전통 미 생물자원연구센터 내의 식품위생분석기 관에 시험분석하였다. 검사 항목은 성상, 타르색소, 납, 세균수, 대장균군으로 식품공전에 따라 분석하였고, 대장균과 일반세균수 검사를 위해 미나리액상 추출물은 각각 1 mL를 사용하였다. 타르색소는 TLC(Merck kGaA, Gennany) 법(20), 납은 Inductively coupled plasma emission spectro- meter(Elan 9000, PerkinElmer SCIEX, USA)를 이용하여 측정하였고 (21), 세균수는 표준평판법에 의한 표준한 천배지를 사용하여 측정하였으며(22), 대장균군은 정성시험 중 유당 배지법을 이용하여 추정, 확정, 완전시험을 각각 수행하였다 (23).
- , Korea)을 사용하여 세척된 미나리 원료 무게와 당의 비율을 1:1로 혼합하여 절임을 하였다. 당에 절여진 미나리를 상온에서 2달 동안 방치하면서, 원료 중의 유용성분이 삼투압에 의해서 용출과 동시에 자연발효를 시켰다. 미나리의 침출이 완전히 이루어지면 상등액을 저장용기에 옮겨 4℃ 냉장실에서 6개월 동안 숙성시킨 미나리액상 추출물을 냉장 보관하면서 사용하였다.
- 당의 종류에 따라 추출 및 발효숙성된 미나리 액상 추출 물들의 CO2 생성 억제 및 미나리 액상 추출물의 규격화를 수행하였다. 흑설탕, 올리고당 및 과당으로 침출된 미나리액상 추출물은 적정산도 0.
- 의 생성은 가스 생성 발효미생물이 생육하고 있다는 것을 의미하며 , 제품의 안정화를 위해서 가스생 성 을 억제시키는 것이 요구된다. 따라서 미나리액상 추출물의 저장성 향상 및 액상 추출차로서 품질 규격을 위해서 흑설탕, 올리고당 및 과당으로 침출시킨 미나리 추출물을 85℃에서 15분간 열처리한 후 성상, 타르색소, 납, 세균수, 대장균군을 측정하였고, 그 결과는 Table 3에 나타내었다. 세균수는 불검출되었으며, 대장균은 음성으로 분석되었다.
- 반면에 젖산균의 배양에 사용되는 MRS agar plate에서는 고초균의 생육이 지연되면서 젖산균과 고초균의 생균수를 동시에 측정할 수 있었다. 따라서 미나리액상 추출물의 총균수를 측정하기 위해 MRS agar 배지를 사용하였다. 미나리 침출시에 당의 종류에 따라 제조된 미나리액상 추출물의 초기 생균수는 혹설탕, 올리고당 및 과당으로 침출된 발효액에서 차이가 있었으며, 흑설탕 미나리의 총생균수는 1.
- 미나리엑기스의 gas 생성을 억제하고, 초기 오염 미생물의 제거를 위한 수단으로 85℃에서 15분 동안 열처리 하였다. 또한 식용구연산을 5%(v/v)으로 첨가농도에 따른 열처리가 액상추출물의 초기 생균수에 미치는 영향을 평가하였다. 생균수는 3회 반복 실험의 결과의 평균값으로 나타내었다.
- 미 나리 액상 추출물 내에 함유되어 있는 유기산의 종류를 알아보기 위해 제품화가 유리한 과당 미 나리 액상 추출물을 이용하여 유기산을 분석하였다. 과당 미나리 액상 추출물은 pH 3.
- 미나리 액상 추출물의 pH는 pH meter(Digital pH meter 110, Thermo Orion, Beverly, MA)를 이용하여 측정하였고, 적정산도는 미나리액상 추출물 10 mL에 증류수 20 成을 첨가하여 pH meter로 pH가 8.3에 도달할 때까지 0.1 N-NaOH 로 적정한 소비량을 lactic acid 함량(%)으로 환산하였다.
- 미나리를 철저하게 수세한 후에 세척 및 살균된 옹기항아리에 다져 넣어 침출제로서 흑설탕(정제중 백당, CJ, Korea), 올리고당(프락토 올리고당 55%, 100°Brix, Samyang Co., Korea), 그리고 과당(과당 55%, 100°Brix, Samyang Co., Korea)을 사용하여 세척된 미나리 원료 무게와 당의 비율을 1:1로 혼합하여 절임을 하였다. 당에 절여진 미나리를 상온에서 2달 동안 방치하면서, 원료 중의 유용성분이 삼투압에 의해서 용출과 동시에 자연발효를 시켰다.
- 미나리액상 추출물의 당도는 Hand refractometer(Brix 0~32%, Atagoni, Japan)을 이용하여 °Brix로 측정하였으며, 환원당은 미나리엑기스를 IO, 배희석하여, DNS법을 이용해 분광광도계(Spectrophotometer-UVIKON, Kontron Instrument, France)로 580 nm에서 측정한 값을 %로 나타내었다. 유기산 분석은 HPLC(Waters 2690 system, U.
- 미나리엑기스의 gas 생성을 억제하고, 초기 오염 미생물의 제거를 위한 수단으로 85℃에서 15분 동안 열처리 하였다. 또한 식용구연산을 5%(v/v)으로 첨가농도에 따른 열처리가 액상추출물의 초기 생균수에 미치는 영향을 평가하였다.
- 발효미나리 추출물에 존재하는 생균수는 각 시료인 혹설탕, 올리고당, 과당으로 침출시킨 엑기스를 단계별로 희석하여 MRS agar 배지에도 도말하여 30℃ 항온 배양기에서 24시간 배양한 후 측정하였다.
- 미나리액상 추출물의 당도는 Hand refractometer(Brix 0~32%, Atagoni, Japan)을 이용하여 °Brix로 측정하였으며, 환원당은 미나리엑기스를 IO, 배희석하여, DNS법을 이용해 분광광도계(Spectrophotometer-UVIKON, Kontron Instrument, France)로 580 nm에서 측정한 값을 %로 나타내었다. 유기산 분석은 HPLC(Waters 2690 system, U.S.A.)를 이용하여 측정하였으며, 시료는 20 UL 주입한 후 이동상으로 4 mM 황산을 0.6 mL/min 유 속에서 유기산 분석 column (Aminex HPX-87H, Bio-Rad)을 이용하였다. 흡광도는 220 nm에서 UV detector(Waters 2487)를 사용하였다.
- 반면에 과당으로 침출된 미나리액상 추출물은 동일한 조건에서 10mL의 gas가 생성되는데 10일 정도 소요되면서 CO2 생성이 다른 시료에 비해서 미약함을 알 수 있다. 음료 제품으로서 발효 미나리 액상 추출물의 가스의 생성은 포장 및 품질 유지를 위해서 해결되어야 하는데, 미나리 액상 추출물 의 CO 생 성 을 억제 시 키기 위해 시료를 85℃, 15분 열처리 하였다. 열처리된 모든 미나리액상 추출물에서는 저장 초기부터 저장 10일까지 CO2가 전혀 생성되지 않았다.
- 흑설탕, 올리고당과 과당으로 침출시킨 후 열처리된 미나리 액상 추출물의 규격 및 제품의 안정성을 검증하기 위해서 계명 대학교 전통 미 생물자원연구센터 내의 식품위생분석기 관에 시험분석하였다. 검사 항목은 성상, 타르색소, 납, 세균수, 대장균군으로 식품공전에 따라 분석하였고, 대장균과 일반세균수 검사를 위해 미나리액상 추출물은 각각 1 mL를 사용하였다.
대상 데이터
- 미나리는 유기농산물인 대구광역시 달성군 가창면 정대리의 산미나리를 2004년, 4월에 수확하여 사용하였고, 미나 리 액상 추출물은 냉장 보관하면서 시료로 사용하였다. HPLC 분석용 표준유기산으로 lactic acid, oxalic acid, citric acid, malic acid 및 acetic acid는 Sigma 회사의 특급 시약을 사용하였다.
이론/모형
- 검사 항목은 성상, 타르색소, 납, 세균수, 대장균군으로 식품공전에 따라 분석하였고, 대장균과 일반세균수 검사를 위해 미나리액상 추출물은 각각 1 mL를 사용하였다. 타르색소는 TLC(Merck kGaA, Gennany) 법(20), 납은 Inductively coupled plasma emission spectro- meter(Elan 9000, PerkinElmer SCIEX, USA)를 이용하여 측정하였고 (21), 세균수는 표준평판법에 의한 표준한 천배지를 사용하여 측정하였으며(22), 대장균군은 정성시험 중 유당 배지법을 이용하여 추정, 확정, 완전시험을 각각 수행하였다 (23).
성능/효과
- 미 나리 액상 추출물 내에 함유되어 있는 유기산의 종류를 알아보기 위해 제품화가 유리한 과당 미 나리 액상 추출물을 이용하여 유기산을 분석하였다. 과당 미나리 액상 추출물은 pH 3.3, 적정산도 1.4% 및 환원당 50%를 함유하였으며, HPLC 분석 결과 젖산이 0.92%(w/w), 초산이 0.75%(w/w)로 분석되었다. 이는 미나리액상 추출물은 발효숙성과정에서 젖산균과: 초산균이 관여하면서 유기산을 생성하는 것으로 사료되었으며.
- 구연산을 첨가하지 않은 대조군은 흑설탕과 올리고당 미 나리 액상 추출물에서 열처리 후에 각각 30 CFU/mL과 15 CFU/mL의 생균수를 나타내었고, 과당으로 침출된 미나리액상 추출물은 구연산을 첨가하지 않아도 85℃, 15분 열처리로 모든 미생물이 사멸되는 것을 알 수 있었다. 또한 모든 미나리액상 추출물에서 3% 이상의 구연산 첨가 후에 열처리하는 경우에 생균수가 측정되지.
- 열처리된 모든 미나리액상 추출물에서는 저장 초기부터 저장 10일까지 CO2가 전혀 생성되지 않았다. 따라서 미나 리 액상 추출물의 85℃, 15분 열처리는 액상 추출물에 존재하는 가스 생성 미생물을 사멸시킴으로서 CO2 생성을 억제시키는 것으로 사료되었다.
- 흑설탕을 이용하여 미 나리 액 상주줄물을 제조하는 경우, 미생물의 생육에 적합한 영양분이 풍부하여침줄 과정에서 미생물의 성장이 활발한 반면, 과당은 전분을가수분해 및 이성화 과정을 거쳐 생산된 포도당과 과당의 혼합물로서 미생물이 생육하는데 부적합함을 알 수 있었다. 따라서 미나 리 액상 추출물의 제조시에 50°Brix 이상의 높은 당 농도로 과당을 첨가하면 미생물의 생균수를 최소화하여 식품공전에 따른 액상 추출차로의 제조가 가능하며, 특히 건강기능식품군에서 식물추출물 발효식품의 기준이 되는 환원당의 함량을 높이 는데 적합하였다. 특히 흑설탕 미 나리 액상 추출물의 높은 생균수 및 미확인된 미생물의 존재는 이들의 안전성 규명 또는 제균시켜야 하는 공정상의 추가적인 조치가 필요하다고 사료되었다.
- 옥살산, 구연산, 사과산은 검출되지 않았다. 또한, 미나리액상 추출물은 침출 초기 발효 과정에서 알코올 생성에 기인한 알코올 냄새를 느낄 수 있었으며, 저온 숙성과정에서 유기산의 함량이 증가되는 것으로 사료된다. 미나리 추출물로부터 분리된 내삼투압성 젖산균, 효모 및 고초균에 대한 동정 및 발효 특성은 연구 중에 있다.
- 미 나리 액상 추출물은 침출시에 첨가하는 당의 종류에 관계없이 당도는 51°Brix 정도로 비슷한 값을 나타내었으며, 적정산도는 올리고당 미나리 액 상추출물이 1% 이상으로 가장 높았다. 모든 액상 추출물은 pH 4.0 이하를 나타내면서 미나리의 당 침출 및 숙성시에 발효가 진행되면서 유기산이 생성됨을 알 수 있었다. 특히, 환원당으로 이루어진 과당을 사용하여 미나리를 침출시키는 경우에 미 나리 액상 추출물의 시료가 환원당이 평균50% 이상을 나타냄을 알 수 있었고, 흑설탕과 올리고당을 사용한 경우에는 약 21%를 나타냈다.
- 흑설탕, 올리고당 및 과당을 이용하여 침출시킨 후 발효숙성시킨 미나리액상 추출물의 당도, pH, 적정산도 및 환원당의 함량은 Table 1과 같다. 미 나리 액상 추출물은 침출시에 첨가하는 당의 종류에 관계없이 당도는 51°Brix 정도로 비슷한 값을 나타내었으며, 적정산도는 올리고당 미나리 액 상추출물이 1% 이상으로 가장 높았다. 모든 액상 추출물은 pH 4.
- 0X103 CFU/mL으로 가장 낮은 것을 알 수 있었다 (Table2). 미나리 당절임시에 당의 농도가 50°Brix 정도를 유지하는 경우에도 미나리 원료로부터 유입된 고유 미생물인 효모, 세균 등이 고농도당에서도 생육하면서 발효를 수행함을 알 수 있었다. 이는 고농도당 용액이 갖는 높은 삼투압에서도 생육이 가능한 균주로 사료되며 , 이들의 분리 동정을 통해서 당절임류 발효식품 제조에 활용이 기대된다.
- 따라서 미나리액상 추출물의 총균수를 측정하기 위해 MRS agar 배지를 사용하였다. 미나리 침출시에 당의 종류에 따라 제조된 미나리액상 추출물의 초기 생균수는 혹설탕, 올리고당 및 과당으로 침출된 발효액에서 차이가 있었으며, 흑설탕 미나리의 총생균수는 1.6X 106 CFU/mL으로 가장 높았으며, 올리고당 미 나리 의 생 균수는 4.8 xlO5 CFU/mL, 과당 미 나리 액상 추출물의 생균수는 9.0X103 CFU/mL으로 가장 낮은 것을 알 수 있었다 (Table2). 미나리 당절임시에 당의 농도가 50°Brix 정도를 유지하는 경우에도 미나리 원료로부터 유입된 고유 미생물인 효모, 세균 등이 고농도당에서도 생육하면서 발효를 수행함을 알 수 있었다.
- 미나리 액상 추출물이 강한 단맛에 비해 신맛이 약한 것을 고려할 때, 구연산을 3% 정도로 첨가함으로써 미생물 사멸 효과와 맛의 조화에 효과적일 것으로 판단된다. 미나리액상 추출물의 제조 시에 사용되는 당의 종류에 따라서 고유한 미생물상에 차이가 있었으며, 특히 초기 생균수가 적을 때에 미나리 액상 추출물의 규격화를 위한 살균이 효과적으로 이루어짐을 알 수 있었다.
- 따라서 미나리액상 추출물의 저장성 향상 및 액상 추출차로서 품질 규격을 위해서 흑설탕, 올리고당 및 과당으로 침출시킨 미나리 추출물을 85℃에서 15분간 열처리한 후 성상, 타르색소, 납, 세균수, 대장균군을 측정하였고, 그 결과는 Table 3에 나타내었다. 세균수는 불검출되었으며, 대장균은 음성으로 분석되었다. 납 성분은 기준 이하의 낮은 값을 나타났으며, 인공색소인 타르색소는 불검출 되었다.
- 또한 모든 미나리액상 추출물에서 3% 이상의 구연산 첨가 후에 열처리하는 경우에 생균수가 측정되지. 않았으므로, 구연산 첨가에 따른 미나리엑기스의 pH 감소는 열처리 효과를 극대화하면서, 미나리액상 추줄물에 존재하는 미생물들을 효과적으로 사멸시킴을 알 수 있었다. 따라서 미나리액상 추출물의 저장성 향상을 위한 유기산 첨가는 열처리와 함께 Hurdle technology의 핵심기술로 사료된다.
- 특히 미나리액상 추출물을 식품 추출물의 규격으로 건강기능식품으로 제조할 때에 요구되는 환원당 함량 기준(50% 이상)을 충족하기 에 는 과당을 사용하는 것이 적당한 것으로 판단되었다. 특히 미나리 침 출 시에 사용한 당의 종류에 따라 액상 추출물의 색상은 매우 차이가 있었으며, 흑설탕 추출물은 진한 혹 갈색을 나타내는 반면에 과당과 올리고당으로 추출된 액상 추출물은 밝은 진홍색을 띠면서 제품의 고유한 색상을 나타내었다.
- 흑설탕으로 미 나리 를 침출한 경우에도 환원당이 21% 정도를 나타내는 것으로 보아 미나 리 액상 추출물 제조 중에 발효미생물에 의한 설탕의 가수분해가 이루어짐을 알 수 있었다. 특히 미나리액상 추출물을 식품 추출물의 규격으로 건강기능식품으로 제조할 때에 요구되는 환원당 함량 기준(50% 이상)을 충족하기 에 는 과당을 사용하는 것이 적당한 것으로 판단되었다. 특히 미나리 침 출 시에 사용한 당의 종류에 따라 액상 추출물의 색상은 매우 차이가 있었으며, 흑설탕 추출물은 진한 혹 갈색을 나타내는 반면에 과당과 올리고당으로 추출된 액상 추출물은 밝은 진홍색을 띠면서 제품의 고유한 색상을 나타내었다.
- 0 이하를 나타내면서 미나리의 당 침출 및 숙성시에 발효가 진행되면서 유기산이 생성됨을 알 수 있었다. 특히, 환원당으로 이루어진 과당을 사용하여 미나리를 침출시키는 경우에 미 나리 액상 추출물의 시료가 환원당이 평균50% 이상을 나타냄을 알 수 있었고, 흑설탕과 올리고당을 사용한 경우에는 약 21%를 나타냈다. 흑설탕으로 미 나리 를 침출한 경우에도 환원당이 21% 정도를 나타내는 것으로 보아 미나 리 액상 추출물 제조 중에 발효미생물에 의한 설탕의 가수분해가 이루어짐을 알 수 있었다.
- 미 나리 액 상추출물의 CO2 생성량은 올리고당을 사용한 경우에 가장 높았으며 과당을 이용한 경우에 가장 낮았다. 흑설탕 또는 올리고 당 침출 미나리액상 추출물은 85℃에서 15분 열처리에 의해서 미 나리 액상 추출차의 규격에 맞는 생균수를 보였으며, 3% 구연산의 첨가에 의해서 당의 종류에 관계없이 미나리 액상추출물에 존재하는 미생물을 사멸시킬 수 있었다. 흑설탕, 과당, 올리고당으로 제조된 미나리액상 추출물에 3% 구연산을 첨가하여 열처리하여 액상 추출차로 제품화한 후에 성분 규격을 검사한 결과, 미 나리 액 상 추출물은 성상, 대장균군, 세균수, 타르색소, 납 성분검사에서 모두 적합하였다.
- 흑설탕 또는 올리고 당 침출 미나리액상 추출물은 85℃에서 15분 열처리에 의해서 미 나리 액상 추출차의 규격에 맞는 생균수를 보였으며, 3% 구연산의 첨가에 의해서 당의 종류에 관계없이 미나리 액상추출물에 존재하는 미생물을 사멸시킬 수 있었다. 흑설탕, 과당, 올리고당으로 제조된 미나리액상 추출물에 3% 구연산을 첨가하여 열처리하여 액상 추출차로 제품화한 후에 성분 규격을 검사한 결과, 미 나리 액 상 추출물은 성상, 대장균군, 세균수, 타르색소, 납 성분검사에서 모두 적합하였다.
- 생성 억제 및 미나리 액상 추출물의 규격화를 수행하였다. 흑설탕, 올리고당 및 과당으로 침출된 미나리액상 추출물은 적정산도 0.74% ~ 1.12%를 '나타냈으며, 과당을 사용한 경우에 환원당이 50%로 가장 높은 값을 보였다. 미나리액상 추출물의 초기 생균수는 혹설탕을 이용한 경우에 IGxiWcFU/mL의 생균수를 보였으며, 올리고당, 과당의 순서로 생균수가 낮았다.
- 특히, 환원당으로 이루어진 과당을 사용하여 미나리를 침출시키는 경우에 미 나리 액상 추출물의 시료가 환원당이 평균50% 이상을 나타냄을 알 수 있었고, 흑설탕과 올리고당을 사용한 경우에는 약 21%를 나타냈다. 흑설탕으로 미 나리 를 침출한 경우에도 환원당이 21% 정도를 나타내는 것으로 보아 미나 리 액상 추출물 제조 중에 발효미생물에 의한 설탕의 가수분해가 이루어짐을 알 수 있었다. 특히 미나리액상 추출물을 식품 추출물의 규격으로 건강기능식품으로 제조할 때에 요구되는 환원당 함량 기준(50% 이상)을 충족하기 에 는 과당을 사용하는 것이 적당한 것으로 판단되었다.
- 9 X 105 CFU/mL이 었다고 보고한 바 있다. 흑설탕을 이용하여 미 나리 액 상주줄물을 제조하는 경우, 미생물의 생육에 적합한 영양분이 풍부하여침줄 과정에서 미생물의 성장이 활발한 반면, 과당은 전분을가수분해 및 이성화 과정을 거쳐 생산된 포도당과 과당의 혼합물로서 미생물이 생육하는데 부적합함을 알 수 있었다. 따라서 미나 리 액상 추출물의 제조시에 50°Brix 이상의 높은 당 농도로 과당을 첨가하면 미생물의 생균수를 최소화하여 식품공전에 따른 액상 추출차로의 제조가 가능하며, 특히 건강기능식품군에서 식물추출물 발효식품의 기준이 되는 환원당의 함량을 높이 는데 적합하였다.
후속연구
- 미나리 당절임시에 당의 농도가 50°Brix 정도를 유지하는 경우에도 미나리 원료로부터 유입된 고유 미생물인 효모, 세균 등이 고농도당에서도 생육하면서 발효를 수행함을 알 수 있었다. 이는 고농도당 용액이 갖는 높은 삼투압에서도 생육이 가능한 균주로 사료되며 , 이들의 분리 동정을 통해서 당절임류 발효식품 제조에 활용이 기대된다. Kim과 Choi(24)는 혼합과채 음료에 과당을 20°Brix가 되도록 첨가한 후의 발효 초기 젖산균 수가 8.
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