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문제 정의
- 특히 양조주 산업 에서 한외여과 방식은 비가열제품을 생산하기 위한 주요 기술로 도입되고 있는 실정이다(8-12). 따라서 본 연구에서는 그동안 저자 등이 좁쌀 약주에서 혼탁 침전 생성을 방지하기 위하여 연구된 여과 공정 결과를 토대로 하여, 제품의 최종단계인 여과 공정에서 비 가열 처리한 좁쌀 혼합약 주의 제조를 시험하였다. 이를 위해 가열살균 대신에 미세 및 한 외 여과용 중공사막(hollow fiber system) 카트리지를 통과시킨 여과액을 무균 병입한 제품과 이를 다시 가열 살균한 제품의 물리 화학적 성상을 상호 비교하고, 아울러 이들을 6개월간 저장하면서 성분 변화 및 관능적 품질을 비교 분석 함으로써 제주산 좁쌀 약주의 고품질화를 시도하였다.
제안 방법
- 좁쌀 약주의 가열살균에 따른 품질 열화의 대안으로 비 가 열공정 시스템인 미세 및 한외 여과용 중공사막(hallow fiber membrane) 카트리 지 (cartridge)의 도입을 통한 좁쌀약주의 고품질화를 시도하였다. 비 가열살균 좁쌀 약주의 제조 및 저장 중 품질 변화를 조사하기 위하여 0.
- 따라서 본 연구에서는 그동안 저자 등이 좁쌀 약주에서 혼탁 침전 생성을 방지하기 위하여 연구된 여과 공정 결과를 토대로 하여, 제품의 최종단계인 여과 공정에서 비 가열 처리한 좁쌀 혼합약 주의 제조를 시험하였다. 이를 위해 가열살균 대신에 미세 및 한 외 여과용 중공사막(hollow fiber system) 카트리지를 통과시킨 여과액을 무균 병입한 제품과 이를 다시 가열 살균한 제품의 물리 화학적 성상을 상호 비교하고, 아울러 이들을 6개월간 저장하면서 성분 변화 및 관능적 품질을 비교 분석 함으로써 제주산 좁쌀 약주의 고품질화를 시도하였다.
- 본 연구에서 좁쌀 약주의 제조에 사용된 원료의 혼합비율은 좁쌀 30%, 쌀 70% 및 약간의 한약재(섬오갈피, 계피, 백련초, 감귤 피)이며, 기존의 양조 방법에 따라 시료를 제조하였다(3). 즉, 제주도 내에 소재한(북제주군 애 월읍 상가리 ) 전 통 약주 제조회사(“우리영농조합 법인”)의 시판제품(“오름 의샘”) 생산라인에서 좁쌀 약주를 양조한 후, 1 Um 미세 원통 여과지로 여과한 비살균 약주를 공장 현장에서 채취하여 실 험시료로 하였다.
- 좁쌀 약주에 들어 있는 미생물 균수를 측정하기 위하여 총균수는 PCA 배지, 효모는 YM agar 배지, 곰팡이는 PDA 배지를 사용하였으며 적당한 단계로 희석된 약주 시료를 PCA 배지 및 YM agar 배지에는 1 mL씩 분주하여 표준한천 배양법으로 실시하고, PDA 배지에는 0.1 mL씩 분주한 후 평판 도말하였다(14). PCA 배지는 37℃에서 24시간, YM agar 배지는 25℃에서 1 ~2일, PDA 배지는 25℃에서 3~4일 배양한 후 계수하였다.
- 여과 및 저장 중 품질 변화와 관능검사를 위한 시료는 현장 적용 가능성이 가장 높은 0.45 Um 카트리지 여과 시 료에 대하여 실시하였다. 원 시료(공장 1 Um 미세여과)와 이의 살균시료는 밀봉 후 65℃, 10분 동안 열탕에서 가열 살균하였다.
- 45 Um 카트리지 여과 시 료에 대하여 실시하였다. 원 시료(공장 1 Um 미세여과)와 이의 살균시료는 밀봉 후 65℃, 10분 동안 열탕에서 가열 살균하였다. 시료의 에탄올 함량은 증류법에 의하여 증류한 액의 비중을 측정한 후 15℃에서의 주정 도로 환산하였고, 총 산은 시료 10 mL에 bromothymol blue와 neutral red 혼합 지 시 약을 가한 후 0.
- , Japan)로 측정하고, 환원 당은 Somogyi-Nelson 법으로 측정하였다(15). 여과 시료의 탁도는 분광광도계(UV-1201, Shimadzu, Kyoto, Japan)를 이용하여 660nm에서 흡광도를 측정하였으며, 색도는 색차계 (TC-1, Tokyo Denshoku Co., Japan)에 의하여 L, a, b 값을 측정하여 표시하였다. 저장 중 성분 변화는 실온에서 보관하면서 2개월마다 6개월(2월~8월) 동안 측정하였다.
- , Japan)에 의하여 L, a, b 값을 측정하여 표시하였다. 저장 중 성분 변화는 실온에서 보관하면서 2개월마다 6개월(2월~8월) 동안 측정하였다. 여과 실험은 2회 반복 실험을, 성분 분석은 3회 반복 실험 평균값으로 표시하였다.
- 관능검사 패널요원은 제주한라대학 호텔조리과에 재학 중인 도내 호텔 조리사를 대상으로 하였으며, 관능검사에 영향을 미칠 수 있는 신체적 조건을 가진 자를 제외시켜 최종 선발하였다. 미생물을 여과하지 않은 비살균 원액과 단계별 크기에 따라 여과된 좁쌀 약주를 구별해 낼 수 있는지를 알아보기 위하여 삼점 검사를 실시 하였으며, 검 사물은 12명의 검 사원들에게 6명씩 균형되게 제시하였고, 시료의 제시 순서와 세트의 순서에 따른 편견을 막기 위하여 그 순서를 무작위로 배치하였으며 다섯 세트를 모두 2회 반복 검사하였다. 살균과 비살균 제품에 따른 품질 차이에 대한 콴능검 사는 0.
- 미생물을 여과하지 않은 비살균 원액과 단계별 크기에 따라 여과된 좁쌀 약주를 구별해 낼 수 있는지를 알아보기 위하여 삼점 검사를 실시 하였으며, 검 사물은 12명의 검 사원들에게 6명씩 균형되게 제시하였고, 시료의 제시 순서와 세트의 순서에 따른 편견을 막기 위하여 그 순서를 무작위로 배치하였으며 다섯 세트를 모두 2회 반복 검사하였다. 살균과 비살균 제품에 따른 품질 차이에 대한 콴능검 사는 0.45 Um 막 cartridge 사용하여 여과된 좁쌀 약주를 살균과 비살균 처리한 두 종류의 약주를 제조하여 사용하였다. 이들 두 개의 검사물간에 차이가 있는지 여부를 알아보기 위하여 단순 차이 검사를 실시하였으며, 패널에게 제시되는 조합은 동일 검사물의 쌍과 이질 검사물의 쌍으로 하였다.
- 45 Um 막 cartridge 사용하여 여과된 좁쌀 약주를 살균과 비살균 처리한 두 종류의 약주를 제조하여 사용하였다. 이들 두 개의 검사물간에 차이가 있는지 여부를 알아보기 위하여 단순 차이 검사를 실시하였으며, 패널에게 제시되는 조합은 동일 검사물의 쌍과 이질 검사물의 쌍으로 하였다. 이에 대한 결과 분석 및 해석은 동일 검사물 쌍을 제공한 경우와 다른 검 사물 쌍을 제공한 경우를 나누어 정답과 오답의 수를 세고 x2-검사로 통계적 유의성을 검정하였다.
- 살균 처리 및 비살 균 처리한 '좁쌀 약주'의 기호도 차이 비교는 기호도를 9점 스케일(16)로 시험하여 나타내었다. 맛에 대한 평가는 떫은맛, 신맛, 산뜻한 맛으로 구분하여 강도(9점: 1 대단히 약함, 5 보통, 9 대단히 강함)로 표시하였고, 기호도는 색, 맛, 향, 입안에서의 느낌 및 종합적 기호도로 구분하여 평가하였다.
- 즉, 여과에 따른 유리당 또는 환원당의 감소가 존재하는 효소에 의한 것인지, 아니면 다른 화학반응에 의한 것 인지에 대해 구명되어 야 한다. 따라서 본 연구에서는 대표적인 0.45 Um 막 카트리지 를 사용하여 여 과한 액에 대하여 살균한 것과 하지 않은 것의 환원 당 함량 변화를 비교하여 본 결과는 Fig. 4와 같다.
- 좁쌀 약주의 가열살균에 따른 품질 열화의 대안으로 비 가 열공정 시스템인 미세 및 한외 여과용 중공사막(hallow fiber membrane) 카트리 지 (cartridge)의 도입을 통한 좁쌀약주의 고품질화를 시도하였다. 비 가열살균 좁쌀 약주의 제조 및 저장 중 품질 변화를 조사하기 위하여 0.65, 0.45, 0.2 및 0.1 Jim의 MF(micro-filtration) 카트리지와 500 K의 UF(ultra- filtration) 카트리지 등 중공사막의 공극의 크기에 따른 제조 공정상의 효용성을 시험하였다. 시험한 모든 막카트리지 에서 미생물 제거능력은 확인되었으나 여과 속도 및 안전성 면에서 0.
대상 데이터
- 본 연구에서 좁쌀 약주의 제조에 사용된 원료의 혼합비율은 좁쌀 30%, 쌀 70% 및 약간의 한약재(섬오갈피, 계피, 백련초, 감귤 피)이며, 기존의 양조 방법에 따라 시료를 제조하였다(3). 즉, 제주도 내에 소재한(북제주군 애 월읍 상가리 ) 전 통 약주 제조회사(“우리영농조합 법인”)의 시판제품(“오름 의샘”) 생산라인에서 좁쌀 약주를 양조한 후, 1 Um 미세 원통 여과지로 여과한 비살균 약주를 공장 현장에서 채취하여 실 험시료로 하였다.
- 미세 및 한외 여과를 위한 장치는한외 여과막 시스템(Quix- stand™ Benchtop system, AmershamBiosciences Corp., Piscataway, NJ, USA) 을 이용하고 사용된 막은 poly sulfone 재질의 중공 사막(hollow fiber)으로 막의 공극 크기는 미세 여 과에 해당하는 0.65, 0.45, 0.2, 0.1 Um 막과 한외 여 과용 막인 500 K dalton (Nominal Molecular Weight Cut-off, NMWC) 등 5종류의 막을 가진 cartridge를 사용하였으며, 각 car- tridge의 특성과 운용조건은 Table 1과 같다. 여과 flux는 2 L 여 과에 소요된 여과 시간에 의하여 ZmWL/m2 .
- 관능검사 패널요원은 제주한라대학 호텔조리과에 재학 중인 도내 호텔 조리사를 대상으로 하였으며, 관능검사에 영향을 미칠 수 있는 신체적 조건을 가진 자를 제외시켜 최종 선발하였다. 미생물을 여과하지 않은 비살균 원액과 단계별 크기에 따라 여과된 좁쌀 약주를 구별해 낼 수 있는지를 알아보기 위하여 삼점 검사를 실시 하였으며, 검 사물은 12명의 검 사원들에게 6명씩 균형되게 제시하였고, 시료의 제시 순서와 세트의 순서에 따른 편견을 막기 위하여 그 순서를 무작위로 배치하였으며 다섯 세트를 모두 2회 반복 검사하였다.
- 1%에서는 16개가 될 때 통계적으로 유의적인 차이가 인정되는데, 이는 삼점검사 유의성 검정표와 비교하여 통계적인 유의성이 있는지를 판별할 수 있다(17). 본 시료의 경우 24개의 응답 중에서 여과막의 공극 크기 0.65 pm, 0.45 Um, 0.20 Um, 0.10 pm 및 500 K dalton로 여 과시 각각 7, 8, 9, 9 및 10개의 정답을 얻었기 때문에 유의성을 인정할 수 없다. 따라서 이 시험의 여과조건하에서는 여과 공극의 크기에 따라 비가열 살균 좁쌀 약주의 관능적 품질 변화가 일어나지 않는다고 할 수 있다.
데이터처리
- 저장 중 성분 변화는 실온에서 보관하면서 2개월마다 6개월(2월~8월) 동안 측정하였다. 여과 실험은 2회 반복 실험을, 성분 분석은 3회 반복 실험 평균값으로 표시하였다.
- 이들 두 개의 검사물간에 차이가 있는지 여부를 알아보기 위하여 단순 차이 검사를 실시하였으며, 패널에게 제시되는 조합은 동일 검사물의 쌍과 이질 검사물의 쌍으로 하였다. 이에 대한 결과 분석 및 해석은 동일 검사물 쌍을 제공한 경우와 다른 검 사물 쌍을 제공한 경우를 나누어 정답과 오답의 수를 세고 x2-검사로 통계적 유의성을 검정하였다. 살균 처리 및 비살 균 처리한 '좁쌀 약주'의 기호도 차이 비교는 기호도를 9점 스케일(16)로 시험하여 나타내었다.
이론/모형
- 원 시료(공장 1 Um 미세여과)와 이의 살균시료는 밀봉 후 65℃, 10분 동안 열탕에서 가열 살균하였다. 시료의 에탄올 함량은 증류법에 의하여 증류한 액의 비중을 측정한 후 15℃에서의 주정 도로 환산하였고, 총 산은 시료 10 mL에 bromothymol blue와 neutral red 혼합 지 시 약을 가한 후 0.1 N NaOH 용액으로 적정하여 succinic acid로 환산하였다(2). 가용성 고형분은 Abbe 굴절 당도계 (Atago Co.
- 1 N NaOH 용액으로 적정하여 succinic acid로 환산하였다(2). 가용성 고형분은 Abbe 굴절 당도계 (Atago Co., Japan)로 측정하고, 환원 당은 Somogyi-Nelson 법으로 측정하였다(15). 여과 시료의 탁도는 분광광도계(UV-1201, Shimadzu, Kyoto, Japan)를 이용하여 660nm에서 흡광도를 측정하였으며, 색도는 색차계 (TC-1, Tokyo Denshoku Co.
성능/효과
- 저장 중 모든 시료에서 환원당 및 색택변화의 차이가 측정 되 었는더】, 6개월 저장 결과 가열살균 약주가 비 가열 약주에 비하여 투명도(L값)가 감소하고 황청 도(b값)는 크게 증가하여 색택이 어두워지는 현상이 관찰되었다. 저장 중환원당 의 감소는 색택이 진해지는 비효소적 갈변과 관련이 있는 것으로 추정되며, 다른 화학적 성분에 대한 변화는 가열 살균과 비 가열 간에 차이가 거의 없는 것으로 조사되었다. 관능검사 결과 카트리지의 종류에 따른 좁쌀약주의 품질에 대한 차이는 인정 되 지 않았으나, 가열 살균과 비가열에 대한 품질은 유의적인 차이가 있었으며 비 가열처리 공정이 더 우수한 것으로 평가되었다.
- 저장 중환원당 의 감소는 색택이 진해지는 비효소적 갈변과 관련이 있는 것으로 추정되며, 다른 화학적 성분에 대한 변화는 가열 살균과 비 가열 간에 차이가 거의 없는 것으로 조사되었다. 관능검사 결과 카트리지의 종류에 따른 좁쌀약주의 품질에 대한 차이는 인정 되 지 않았으나, 가열 살균과 비가열에 대한 품질은 유의적인 차이가 있었으며 비 가열처리 공정이 더 우수한 것으로 평가되었다.
- 이러한 문제를 기술적으로 해결하고자 저자 등은 물리, 화학적인 방법을 적용하여 좁쌀 약주의 청징화를 위한 연구를 수행하여 왔다. 이 연구 결과에 따르면 원심 분리 방법 단독으로는 혼탁 물질이 완전 제거는 불가능하며, 단백 분해 효소에 의한 방법도 가능하였으나 한외 여과(UF)에 의한 방법이 가장 바람직한 것으로 조사되었다(2). 그러나 이 연구에서 사용된 평판 막의 공극 크기인 0.
- 최근 연구에서 산업적으로 적용 가능한 여과 효율을 얻기 위하여 좀 더 큰 공극의 여과 매질을 적용한 결과 개선 가능성을 확인하였다(3). 즉, 다양한 공극 크기를 가진 유리막 여 과지 와 중공사막 카 트리지 여과 매질들을 사용하여 좁쌀 약주를 여과한 결과, 침전 형성 가능한 입자들은 공극 크기 1.2 Um의 여과 매질로 여과함으로써 제거할 수 있었으며, 여과에 따른 성분 변화는 유의적인 차이가 없는 것으로 조사되었다. 또한 저장 온도를 4℃와 실온에서 48시간씩 반복하면서 3개월간 관찰한 결과, 0.
- 2 Um의 여과 매질로 여과함으로써 제거할 수 있었으며, 여과에 따른 성분 변화는 유의적인 차이가 없는 것으로 조사되었다. 또한 저장 온도를 4℃와 실온에서 48시간씩 반복하면서 3개월간 관찰한 결과, 0.7 Um 공극 크기의 유리막 여과지로 여과한 시료에서는 미세한 침전 형성이 관찰되었으나, 중공 사막인 경우 0.45 Um에서는 침전 형성이 관찰되지 않았다. 따라서 침전 형성 방지를 위한 보다 확실한 개선 방안으로 최종 여과 공정인 1 pm 미세 원통 여 과지 공정에 이어 0.
- 45 Um에서는 침전 형성이 관찰되지 않았다. 따라서 침전 형성 방지를 위한 보다 확실한 개선 방안으로 최종 여과 공정인 1 pm 미세 원통 여 과지 공정에 이어 0.45 Um 중공 사막 여과 시스템을 도입하는 것이 효과적이라고 제시하였으며, 이때 0.45 pm 카트리지인 경우 여과 flux는 342.8/, 沥로 계산되었다고 하였다. 이와 같은 새로운 여과 공정의 도입으로 혼탁 성에 의한 품질 저하를 해결할 수 있었으나, 제품의 고품질화를 위한 또 다른 과제로 가열살균공정에서 형성되는 이취인 가열취의 제거가 대두되었다.
- 모든 미생물과 효소를 제거하기 위해서는 UF 시스템에서도 아주 작은 공극 크기를 가진 막 cartridge를 사용 하여야 하나, 처리속도가 너무 느린 경우에는 현장에서 적용이 어려우며 또한 가능하더라도 설치비용이 커지는 단점이 있다. 따라서 본연구결과를 현장에 적용하기 위해서는 최소한 막의 공극 크기가 0.2 Um이 상은 되어야 하며 여과 속도 만 고려한다면 0.45 Um 막이 적당한 것으로 판단되었다.
- 2와 같다. 1 L 단위로 측정된 값에서 약 25 L까지는 786/〃讪에서 835/m/z까지 약간씩 변화를 보이면서 fouling 없이 진행되다가, 25 L 이후는 급격히 값이 저하되면서 작용 압력도 출구 쪽 코크를 많이 열어도 상승하여 30 L 정 도에서 는 20 psi까지 상승하는 것이 관찰되었다. 즉, 세척과정을 하지 않고 동시에 작용압력의 변화를 주지 않고 0.
- 5종류의 MF 및 UF 용 중공사형 막 cartridge를 사용하여 비살균 좁쌀 약주를 여과한 결과, Table 2에 제시한 바와 같이 5종류 모두가 미생물 제거 효과가 있는 것으로 조사되었다. 시료 자체가 1 Um 원통 미세 여과기를 통과한 것이기 때문에 발효 원액에 비해 미생물의 수가 감소되었지만, 총 균 수가 약 2.
- 65 Jim 막 cartridge에서 여 과할지라도 미생 물이 검출 되지 않았다. 따라서 0.65 Jim 막 cartridge도 비 가열 살균 좁쌀 약주 생산 공정에서 미생물 제거용으로 사용 가능할 것으로 판단되었다.
- 3 Rm로 보고(17)되고 있음을 감안할 때 미생물 중에서 는 상당히 큰 편에 속하는 것으로 사료된다. 따라서 0.65 Jim 막 cartridge도 사용 가능하지만 앞에서 연속 여과 결과에서 언급한 바와 같이 운용 압력에 대한 변화가 크지 않은 상태로 여과 속도가 우수하며 공극 크기가 한 단계 적은 0.45 Um 막 cartridge가 적당한 것으로 판단된다.
- 3과 같다. 막 cartridge의 공극 차이에 관계없이 전체적으로 저장 기간에 따라 계속적으로 감소하는 경향을 나타내다가 약 16주부터는 변화가 적어지 는 것으로 측정되었다. 초기의 환원당 함량인 약 15.
- 막 cartridge의 공극 차이에 관계없이 전체적으로 저장 기간에 따라 계속적으로 감소하는 경향을 나타내다가 약 16주부터는 변화가 적어지 는 것으로 측정되었다. 초기의 환원당 함량인 약 15.5 mg%에서부터 6개월 저장 후 12~13 mg%까지 약 20% 정도 감소 되는 것으로 조사되었다. 이러한 감소가 제거되지 않고 잔존하는 효소에 의한 결과로만 생각할 수는 없다.
- 그러나 비살균 약주인 경우는 88에서 저장 4개월에 85 정도 까지 감소한 후 안정되는 것으로 조사되었다. 이러한 색택의 감소 차이가 L 값 그 자체로는 약 7%로 큰 차이가 아니나 시 각 적으로 확실히 구분될 정도로 색이 변하는 것을 알 수 있었다. 수치상 가장 큰 변화를 보인 것은 b 값(황청도)으로 6~7 에서 저장 기간에 따라 계속 증가하여 15~20까지 증가하고 있음을 알 수 있다(Fig.
- 결론적으로 5종류의 MF 및 UF 용 중공사형 막 cartridge를 사용하여 제조한 비살균 좁쌀 약주의 저장기간 중 성분의 변화는 환원당과 색택에서 관찰되었고, 그 외의 화학성분 변화는 거의 없는 것으로 측정되었다.
- 한편, 이들 좁쌀 약주에 대한 기호도 조사 결과는 Table 6에 나타낸 바와 같이, 색을 제외한 향, 맛, 입안에서 느낌, 전반적 기 호도에서 비살균 처리 좁쌀 약주가 살균처리 좁쌀 약주에 비하여 통계적으로 더 선호함을 알 수 있었다(p<0.05).
- 1 Jim의 MF(micro-filtration) 카트리지와 500 K의 UF(ultra- filtration) 카트리지 등 중공사막의 공극의 크기에 따른 제조 공정상의 효용성을 시험하였다. 시험한 모든 막카트리지 에서 미생물 제거능력은 확인되었으나 여과 속도 및 안전성 면에서 0.45 Um 막카트리지가 적당한 것으로 조사되었다. 저장 중 모든 시료에서 환원당 및 색택변화의 차이가 측정 되 었는더】, 6개월 저장 결과 가열살균 약주가 비 가열 약주에 비하여 투명도(L값)가 감소하고 황청 도(b값)는 크게 증가하여 색택이 어두워지는 현상이 관찰되었다.
- 45 Um 막카트리지가 적당한 것으로 조사되었다. 저장 중 모든 시료에서 환원당 및 색택변화의 차이가 측정 되 었는더】, 6개월 저장 결과 가열살균 약주가 비 가열 약주에 비하여 투명도(L값)가 감소하고 황청 도(b값)는 크게 증가하여 색택이 어두워지는 현상이 관찰되었다. 저장 중환원당 의 감소는 색택이 진해지는 비효소적 갈변과 관련이 있는 것으로 추정되며, 다른 화학적 성분에 대한 변화는 가열 살균과 비 가열 간에 차이가 거의 없는 것으로 조사되었다.
후속연구
- 실제로 제주 좁쌀 약주의 경우 백년초, 갈근, 감초, 오미 자, 섬 오갈피, 당귀 및 감귤 피 등 한약재가 첨가되고 있 으므로, 약주의 가열 살균과정에서 생성되는 가열취 는 물론 저장 기간이 경과함에 따라 쉽게 비효소적 갈변 반응을 일으켜 색, 맛과 냄새 등 관능적 요소에 심한 영향을 줄 수 있다. 이러한 단점을 개선하기 위해서는 비가열 처리공정의 도입 이 요구되며 , 이에 대한 방안으로 미세 또는 한외 여과 방식을 적용한다면 살균 대상 미생 물과 고형물이 동시에 제거될 수 있는 장점을 가지고 있어 산업적으로 유용하다.
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