본 연구에서는 당근을 이용하여 점질물 생성이 우수한 젖산균을 당근주스로부터 분리한 후 당근 발효음료 제조의 최적화를 수행하였으며, 발효 당근음료에 대한 물리화학적 성질 및 저장 안정성을 평가하였다. 당근 생즙으로부터 분리된 점질물 생성 젖산균은 16S rDNA sequencing에 의해 Leuconostoc mesenteroides SM으로 동정되었다. Dextran의 최적생산을 위하여 $0{\sim}20%$(w/v)의 sucrose를 첨가한 당근 주스를 $25^{\circ}C$에서 24시간 발효한 결과, sucrose 농도 15%(w/v)일 때 발효 당근음료의 점조도가 $3.5\;Pa{\cdot}s^n$으로 최대치를 나타내었으며, pH 3.8, 산도 0.88%를 나타내었다. 최적 조건에서 발효한 당근발효음료의 저장성을 알아보기 위하여 $4^{\circ}C$에서 4주 동안 저장한 결과 pH 및 산도는 변화가 없었으나, 점조도 값은 약간의 감소를 나타내었다. 발효 및 저장 기간 중의 ${\beta}-carotene$ 함량의 변화는 발효 전에는 $142\;{\mu}g/mL$에서 24시간 발효 후에는 $72\;{\mu}g/mL$으로 49% 파괴율을 나타내었다. 냉장 저장 1주에는 $54\;{\mu}g/mL$로 약간의 감소를 보였으나 그 이후에는 큰 변화가 없었다. 따라서 젖산균을 이용하여 당근주스의 젖산발효를 수행하는 경우 탄소원 sucrose를 첨가함으로써 dextran을 생성할 수 있고, 이는 당근 발효음료의 침전물 억제 및 물성 개선을 할 수 있었다. 특히, 당근발효음료는 냉장 저장 4주 동안에도 색, 맛, 풍미, 물성 및 기능성을 유지하는 것으로 나타났다.
본 연구에서는 당근을 이용하여 점질물 생성이 우수한 젖산균을 당근주스로부터 분리한 후 당근 발효음료 제조의 최적화를 수행하였으며, 발효 당근음료에 대한 물리화학적 성질 및 저장 안정성을 평가하였다. 당근 생즙으로부터 분리된 점질물 생성 젖산균은 16S rDNA sequencing에 의해 Leuconostoc mesenteroides SM으로 동정되었다. Dextran의 최적생산을 위하여 $0{\sim}20%$(w/v)의 sucrose를 첨가한 당근 주스를 $25^{\circ}C$에서 24시간 발효한 결과, sucrose 농도 15%(w/v)일 때 발효 당근음료의 점조도가 $3.5\;Pa{\cdot}s^n$으로 최대치를 나타내었으며, pH 3.8, 산도 0.88%를 나타내었다. 최적 조건에서 발효한 당근발효음료의 저장성을 알아보기 위하여 $4^{\circ}C$에서 4주 동안 저장한 결과 pH 및 산도는 변화가 없었으나, 점조도 값은 약간의 감소를 나타내었다. 발효 및 저장 기간 중의 ${\beta}-carotene$ 함량의 변화는 발효 전에는 $142\;{\mu}g/mL$에서 24시간 발효 후에는 $72\;{\mu}g/mL$으로 49% 파괴율을 나타내었다. 냉장 저장 1주에는 $54\;{\mu}g/mL$로 약간의 감소를 보였으나 그 이후에는 큰 변화가 없었다. 따라서 젖산균을 이용하여 당근주스의 젖산발효를 수행하는 경우 탄소원 sucrose를 첨가함으로써 dextran을 생성할 수 있고, 이는 당근 발효음료의 침전물 억제 및 물성 개선을 할 수 있었다. 특히, 당근발효음료는 냉장 저장 4주 동안에도 색, 맛, 풍미, 물성 및 기능성을 유지하는 것으로 나타났다.
Leuconostoc mesenteroides SM isolated from a raw carrot was used for the fermentation of carrot juice (CJ). Lactic acid fermentation of CJ was performed at $25^{\circ}C$ for 24 hr with $0{\sim}20%$ sucrose concentration, resulting in the production of mucilage. The fermented CJ...
Leuconostoc mesenteroides SM isolated from a raw carrot was used for the fermentation of carrot juice (CJ). Lactic acid fermentation of CJ was performed at $25^{\circ}C$ for 24 hr with $0{\sim}20%$ sucrose concentration, resulting in the production of mucilage. The fermented CJ showed the complete conversion of sugar into dextran after fermentation for 24 hr in the presence of sucrose below 15% concentration. With 15% sucrose, the fermented CJ had pH 3.8, 0.9% acidity, consistency index of $3.5\;Pa{\cdot}s^n$. After cold storage for 3 weeks, fermented CJ showed slight increase in acidity and relatively constant value in pH; however, the consistency index, red color value and viable cell counts were slightly decreased for 3 weeks. The ${\beta}-carotene$ content in CJ was drastically decreased by lactic acid fermentation for 24 hr, indicating $72\;{\mu}g/mL$ as compared to $142\;{\mu}g/mL$. The fermented CJ had improved body texture, red color and stability without sedimentation.
Leuconostoc mesenteroides SM isolated from a raw carrot was used for the fermentation of carrot juice (CJ). Lactic acid fermentation of CJ was performed at $25^{\circ}C$ for 24 hr with $0{\sim}20%$ sucrose concentration, resulting in the production of mucilage. The fermented CJ showed the complete conversion of sugar into dextran after fermentation for 24 hr in the presence of sucrose below 15% concentration. With 15% sucrose, the fermented CJ had pH 3.8, 0.9% acidity, consistency index of $3.5\;Pa{\cdot}s^n$. After cold storage for 3 weeks, fermented CJ showed slight increase in acidity and relatively constant value in pH; however, the consistency index, red color value and viable cell counts were slightly decreased for 3 weeks. The ${\beta}-carotene$ content in CJ was drastically decreased by lactic acid fermentation for 24 hr, indicating $72\;{\mu}g/mL$ as compared to $142\;{\mu}g/mL$. The fermented CJ had improved body texture, red color and stability without sedimentation.
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문제 정의
따라서 본 연구에서는 당근으로부터 분리된 Leuconostoc sp.에 속하는 젖산균을 이용하여 당근주스의 젖산발효를 통한 생고분자 dextran생산을 최적화하였으며, 당근 발효음료의 점성증가에 따른 물성개선효과를 포함한 안정성 및 기호성이 향상된 당근 발효음료로 전환시키는 연구를 수행하였다.
제안 방법
15%(w/v)의 sucrose를 함유한 당근주스를 25°C 항온 배양기에서 24시간 동안 배양한 다음, 발효가 완료된 각각의 발효당근음료 시료를 4°C의 냉장고에 보관하면서 1주 간격으로 4주 동안 pH, 산도, 생균수, 색도, 점조도 및 β-carotene의 변화를 측정하였으며, 실험구당 3회 반복 측정하여 그 평균값을 나타내었다.
Acetone에 용해시킨 시료를 여과지로 여과한 후 0.45 μm syringe filter(Minisart RC 15, Sartorius, Germany)로 여과하여 시료로 사용하였으며, 같은 조작을 3회 반복하여 측정수치의 평균을 취하였다.
이며, 점질물 생성을 확인하기 위하여 탄소원으로 sucrose를 포함한 MRS agar plate를 사용하였으며, MRS 배양액에 접종한 후 아이혼관에서 gas생성을 확인하였다. MRS agar 배지에서 배양된 균주는 16S rDNA sequencing을 통하여 동정하였다. 젖산균은 DifcoTM Lactobacilli MRS(Becton, Dickinson and Company, Sparks, MD, USA) agar 배지를 이용하여 30℃에서 24시간 동안 배양하여 활성화시켰다.
Sucrose가 15%(w/v) 첨가된 당근 발효음료의 저장기간 중의 β-carotene의 함량 변화는 HPLC로 분석하였으며 그 결과는 Fig. 2와 같다.
당근 발효음료의 색도는 발효액을 원통형 석영 cell(직경 2 cm, CR-450 Granular-materials Attachment)에 1 mL을 넣은 후 Chromameter(CR-400, Minolta, Japan)를 이용하여 L(lightness), a(redness), b(yellowness) 값의 변화를 3회 반복 측정하여 평균치를 구하였다.
당근주스에 sucrose를 농도별(0～20%(v/w))로 첨가하여 점질물의 생산과 당근발효 음료의 물리화학적 특성 및 생균수 변화를 알아보았다.
유산균 음료는 상당기간 저온 유통되므로 저장기간내의 생균수를 포함한 품질 변화가 중요하다. 따라서 최적조건에서 발효된 당근 음료를 4℃ 냉장고에 보관하면서 pH, 산도, 점조도, 색도 및 생균수의 변화를 일주일 간격으로 4주간 분석하였다. 저장기간 중의 pH는 3.
본 실험에 사용한 L. mesenteroides SM 균주는 sucrose를 기질로 하는 dextran 생성균주로서 sucrose를 첨가하였을 때 dextran 점질물 생산이 증가하였으며, 이때 첨가한 sucrose의 전환율 및 잔존량은 HPLC를 통하여 확인하였다. 당근발효 주스에서의 점조도 및 sucrose 전환율은 발효 24시간을 기준으로 sucrose 농도가 15%일 때 최적인 것으로 나타났다(Table 2, 3).
, Ltd, Korea)에서 30℃, 24시간 동안 정치배양한 후 스타터로 사용하였다. 생균수는 MRS agar배지에서 배양시킨 후 생균수를 측정하였다.
당근주스의 젖산발효에 이용된 균주는 당근주스에서 분리한 Leuconostoc sp.이며, 점질물 생성을 확인하기 위하여 탄소원으로 sucrose를 포함한 MRS agar plate를 사용하였으며, MRS 배양액에 접종한 후 아이혼관에서 gas생성을 확인하였다. MRS agar 배지에서 배양된 균주는 16S rDNA sequencing을 통하여 동정하였다.
젖산발효액에 사용된 배지의 제조는 당근주스를 제외한 모든 재료를 멸균한 다음 250 mL 삼각플라스크에 당근주스 50 mL을 넣고, 50% sucrose 용액을 0～20%(w/v)의 범위로 첨가한 다음 멸균된 증류수를 이용하여 100 mL로 제조하였다. 제조된 배지에 L.
젖산발효액에 사용된 배지의 제조는 당근주스를 제외한 모든 재료를 멸균한 다음 250 mL 삼각플라스크에 당근주스 50 mL을 넣고, 50% sucrose 용액을 0～20%(w/v)의 범위로 첨가한 다음 멸균된 증류수를 이용하여 100 mL로 제조하였다. 제조된 배지에 L. mesenteroides SM starter 배양액을 원심 분리하여 균체를 회수한 후 각각 2% 수준(생균수 108 cfu/mL)으로 접종하여 25℃ 항온 배양기에서 12～48시간 동안 정치 배양하였다.
측정온도는 20℃에서 전단속도(γ̇ )는 1～100 s-1의 범위에서 점도 측정을 통해서 유동특성을 알아보았고, 점도지수와 유동지수 값은 Power law model로 측정하였다(25).
대상 데이터
, Ltd.(Tokyo, Japan)의 제품을 사용하였다. β-Carotene은 Sigma(St.
본 실험에 사용한 당근은 시중에서 유통되고 있는 (주)이롬 G＆B(충북, 한국)의 제주 섬 당근 생즙을 구입하여 -20℃에서 보관하여 사용하였으며, 실험에 사용된 당은 식품용 정백당으로 백설탕을 (주)CJ(백설, 한국)에서 구입하여 50% 용액으로 제조하여 사용하였다. β-Carotene 분리에 사용된 ethyl-ether와 petroleum ether는 Junsei Chemical Co.
성능/효과
이는 특정 녹즙의 성분이 dextran 생합성 효소인 dextransucrase의 활성에 영향을 미치며, 또한 점질물 dextran을 생산하기 위해서는 이에 대한 조절이 필요함을 나타내고 있다. 15%의 sucrose를 첨가한 점조도 생성 최적 조건에서 L. mesenteroides SM을 접종하지 않은 당근주스의 경우 발효 24시간에 pH는 6.2에서 3.95로, 산도는 0.33%로 변화하였으나 점조도는 0.36 Pa․sn을 나타내어 균주 접종구와 비 접종구 사이에 큰 차이가 있음을 확인할 수 있었다. 발효 전의 당근주스의 생균수는 5×103 cfu/mL을 나타내나, 유용한 젖산균 스타터를 접종함으로써 단 시간에 젖산과 점질물 dextran을 생성하여 저장성과 기능성이 강화된 발효 당근음료를 생산하는 것이 가능한 것으로 나타났다.
이 균주는 25℃에서 최적생육을 보였으며, 40℃ 이상에서는 생육이 억제되는 것으로 나타났다. 16S rDNA sequencing을 이용하여 동정한 결과 Leuconostoc mesenteroides AY675249와 99.0%의 상동성을 나타내었다. 따라서 당근주스로부터 분리한 본 균주는 Leuconostoc mesenteroides SM으로 명명하였다(GenBank Accession Number EU259610).
이것은 덱스트란 생성효소인 dextransucrase의 활성이 첨가한 sucrose의 농도가 높을수록 sucrose의 전환율에 영향을 미치는 것으로 여겨진다. Sucrose 전환율의 경우에서 15% sucrose의 농도가 첨가된 당근주스는 발효 24시간 만에 100% 전환되는 반면, sucrose 20%일 때는 발효 48시간 만에 100% 전환되는 것으로 나타났다(Table 3). 당근주스를 제외한 다양한 야채 녹즙에 sucrose만을 첨가한 후 동일한 균주로 발효시킬 경우에 점질물 dextran의 생산이 매우 저조하여 발효액의 점조성이 매우 낮게 나타났다(unpublished data).
1% 이하를 유지하였다(Table 2). Sucrose를 첨가한 당근주스 발효 시 산도가 1.1% 이하를 보이면서 산 생성이 완만함을 알 수 있었다. 특히 sucrose 5%를 첨가하여 발효시킨 당근 발효음료에서의 산도 변화는 발효 전 0.
5 Pa·sn로 가장 높은 값을 나타내었다. Sucrose의 첨가는 당근주스 발효 시에 pH와 산도에는 큰 영향을 주지 않지만, 점질물의 생성에는 큰 영향을 주는 것으로 나타났으며, 15%의 sucrose를 첨가하는 것이 점질물 생성의 최적인 것으로 나타났다(Table 2). 이는 발효 음료에 당을 첨가하므로 발효음료의 풍미 향상에 도움을 준다는 Jang 등(29)의 보고와 같이, 본 연구에서 L.
mesenteroides SM 균주는 sucrose를 기질로 하는 dextran 생성균주로서 sucrose를 첨가하였을 때 dextran 점질물 생산이 증가하였으며, 이때 첨가한 sucrose의 전환율 및 잔존량은 HPLC를 통하여 확인하였다. 당근발효 주스에서의 점조도 및 sucrose 전환율은 발효 24시간을 기준으로 sucrose 농도가 15%일 때 최적인 것으로 나타났다(Table 2, 3). 최적조건에서의 발효시간에 따른 sucrose 전환율 및 점조도의 변화를 보면 발효 18시간일 때 90% 이상의 전환율을 나타내었고, 첨가한 sucrose는 발효 24시간 만에 100% 전환되는 것으로 나타났다.
당근발효음료에서의 pH 변화는 발효시간이 증가함에 따라 점차 감소하여 발효시간 48시간 이후로는 3.7～3.9를 유지하는 것으로 나타났다. 발효시간이 증가함에 따라 산생성도 완만하게 증가하였으며, 발효 48시간까지는 산도가 1.
당근주스에 sucrose를 15% 첨가한 후 L. mesenteroides SM 균주를 접종하여 25℃에서 24시간 동안 배양하였을 때 발효 당근주스는 pH 3.9, 산도 0.85%, 생균수 1.2×109 cfu/mL을 나타내었으며, 점조도 3.5 Pa·sn로 가장 높은 값을 나타내었다.
그러나 저장기간 중의 색도 L(lightness), a(redness), b(yellowness) 값의 변화는 거의 나타나지 않았다(Table 5). 따라서 당근 발효음료에 사용된 L. mesenteroides SM은 젖산을 생성하면서 약간의 신맛이 증가되는 당근 발효음료로 전환시키며, 저온에서도 다량의 점질물 생성에 기인한 점조성 증가를 비롯하여 우수한 맛과 향 및 풍미를 부여함으로써 당근 발효음료의 제품화 가능성을 보여주었다.
0%의 상동성을 나타내었다. 따라서 당근주스로부터 분리한 본 균주는 Leuconostoc mesenteroides SM으로 명명하였다(GenBank Accession Number EU259610).
발효 전의 당근주스의 생균수는 5×103 cfu/mL을 나타내나, 유용한 젖산균 스타터를 접종함으로써 단 시간에 젖산과 점질물 dextran을 생성하여 저장성과 기능성이 강화된 발효 당근음료를 생산하는 것이 가능한 것으로 나타났다. 발효 당근음료의 젖산균 생균수는 sucrose가 첨가되지 않은 군을 제외하고 발효 24시간 때에 최고값을 보이면서 그 이후에는 점차 감소하는 것으로 나타났다(Table 2).
발효 전의 당근주스의 생균수는 5×103 cfu/mL을 나타내나, 유용한 젖산균 스타터를 접종함으로써 단 시간에 젖산과 점질물 dextran을 생성하여 저장성과 기능성이 강화된 발효 당근음료를 생산하는 것이 가능한 것으로 나타났다.
9를 유지하는 것으로 나타났다. 발효시간이 증가함에 따라 산생성도 완만하게 증가하였으며, 발효 48시간까지는 산도가 1.0% 이하, 발효 72시간까지는 1.1% 이하를 유지하였다(Table 2). Sucrose를 첨가한 당근주스 발효 시 산도가 1.
본 실험에서의 β-carotene의 함량 변화는 최적조건에서 발효 시 72 μg/mL로 나타났으며, 저장 1주에는 54 μg/mL로 감소되었고, 그 후 저장 4주까지는 큰 변화가 없는 것으로 나타났다(Fig. 2).
당근주스에서 분리된 균은 sucrose를 포함하는 MRS agar배지에서 다량의 점질물을 생산하였으며, MRS배지를 포함한 아이혼관에서 배양액은 gas생성을 나타내었다. 이 균주는 25℃에서 최적생육을 보였으며, 40℃ 이상에서는 생육이 억제되는 것으로 나타났다. 16S rDNA sequencing을 이용하여 동정한 결과 Leuconostoc mesenteroides AY675249와 99.
따라서 최적조건에서 발효된 당근 음료를 4℃ 냉장고에 보관하면서 pH, 산도, 점조도, 색도 및 생균수의 변화를 일주일 간격으로 4주간 분석하였다. 저장기간 중의 pH는 3.8로 일정하게 유지되었으며, 산도의 경우 약간 증가하는 것으로 나타났다(Table 4). 저장 초기 점조도는 3.
당근발효 주스에서의 점조도 및 sucrose 전환율은 발효 24시간을 기준으로 sucrose 농도가 15%일 때 최적인 것으로 나타났다(Table 2, 3). 최적조건에서의 발효시간에 따른 sucrose 전환율 및 점조도의 변화를 보면 발효 18시간일 때 90% 이상의 전환율을 나타내었고, 첨가한 sucrose는 발효 24시간 만에 100% 전환되는 것으로 나타났다. 이때의 점조도 값은 3.
또한 Leuconostoc 균주를 이용하여 밀기울을 포함한 배지에서 sucrose 농도가 고농도일 때 분자량이 작은 덱스트란이 생합성된다는 보고가 있었다(28). 특히, 15% sucrose 농도에서 24시간 발효 시에 당근주스발효액은 최고의 점조도 값을 보인 반면에 20%의 농도에서는 48시간 발효시에 점조도 값이 최대치를 나타내었다. 이것은 덱스트란 생성효소인 dextransucrase의 활성이 첨가한 sucrose의 농도가 높을수록 sucrose의 전환율에 영향을 미치는 것으로 여겨진다.
후속연구
최근까지 발효음료의 소재로 혼합과채류를 이용한 연구는 많이 있으나, 당근주스의 젖산발효에 대한 연구는 미비한 실정이다. 또한 국내 생산량이 많은 과실 및 채소를 이용하여 고품질의 발효음료를 제조하고, 가공공정의 최적조건을 제시할 수 있다면, 급변하는 소비자의 기호를 충족하는 동시에 기능성이 향상된 신제품의 개발을 통해 국내산 과실 및 채소의 가공이용율과 소비를 증대시킬 수 있을 것으로 기대된다(16-18).
Sucrose의 첨가는 당근주스 발효 시에 pH와 산도에는 큰 영향을 주지 않지만, 점질물의 생성에는 큰 영향을 주는 것으로 나타났으며, 15%의 sucrose를 첨가하는 것이 점질물 생성의 최적인 것으로 나타났다(Table 2). 이는 발효 음료에 당을 첨가하므로 발효음료의 풍미 향상에 도움을 준다는 Jang 등(29)의 보고와 같이, 본 연구에서 L. mesenteroides SM 균주를 이용하여 탄소원 sucrose로부터 점질물을 효과적으로 생성할 수 있었으며, 특히 생성된 젖산에 의한 풍미와 향이 부여됨과 동시에 밝고 선명한 적색의 색상을 띄는 당근 발효음료를 제조할 수 있을 것으로 여겨진다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
당근의 카로틴은 어떤 기능을 가지고 있는가?
당근은 풍부한 식이섬유와 인체의 영양원으로 중요한 카로틴을 많이 함유하고 있으며, 당근의 카로틴은 색깔과 영양을 결정하는 주요 물질로 비타민 A의 전구체로서 항암작용 및 성인병 예방 등의 기능을 가지고 있다(1,2). 당근은 샐러드, 생식이나 라면스프로 많이 이용되었으나 최근에는 주스 원료로 활용이 크게 증가하고 있다(3).
대중적인 주스 제품으로 당근주스의 한계점은 무엇인가?
특히 식생활의 다양한 변화와 함께 바쁜 생활 속에서 야채 생즙으로 제품화된 것을 섭취하는 경우가 늘고 있으며, 이에 따른 생즙의 재료로 그 수요가 빠르게 증가하고 있다(4,5). 일반적으로 당근주스는 생 당근에서 추출된 후 침전물이 생겨 주스 제품의 품질을 떨어뜨리며(6), 당도가 사과나 배 같은 과일보다 비교적 낮기 때문에 대중적인 주스 제품으로 한계점이 있다(7). 또한 당근은 중성에 가까운 pH를 가지고 있어 효소의 불활성화와 살균을 위하여 고온에서 가열 처리하거나 산성화시켜 저온살균한 후에 중성화시켜야 하는 어려움이 있다(8).
β-carotene의 손실이 초래되는 주 원인은 무엇인가?
따라서 당근주스의 젖산발효는 당근의 고유한 색소성분인 β-carotene의 손실을 초래하는 것으로 사료된다. Kim 등(32)에 의하면 β-carotene의 함량 변화는 산화가 주요인이 되고 가열과정으로 이성질화를 유도하는 것으로 알려져 있으며, 저장기간이 경과함에 따라 β-carotene의 분해율이 증가된다고 하였다. Chen 등(33)의 보고에서도 β-carotene은 저장기간이 경과함에 따라 서서히 감소하였으며, 당근 즙을 냉장에서 12주간 저장했을 때 약간씩 감소하는 현상을 보였다.
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