인삼의 다양한 식품소재개발을 위하여 반응표면분석법을 이용한 홍삼주의 최적발효조건을 모니터링하였다. 중심합성 계획법에 의하여 독립변수로서 발효온도, 발효기간 및 초기 pH를 설정하여 종속변수 홍삼주의 이화학적 특성과 유효성분에 대한 영향을 조사하였다. 홍삼주의 알코올 함량과 총당 함량은 발효온도와 발효기간에 영향을 많이 받고 있는 것으로 나타났으며, 조사포닌 함량은 발효기간에 많은 영향을 받고 있는 것으로 나타났다. 발효 후의 pH는 초기 pH에 많은 영향을 받고 있는 것으로 나타났다. 홍삼주의 유효성분인 Ginsenoside 함량을 조사한 결과 주로 발효온도보다는 발효기간 및 초기 pH에 의해 영향을 받고 있는 것으로 조사되었으며, 발효기간이 길고 초기 pH가 높을수록 함량이 증가하는 것으로 나타났다. 홍삼주의 이화학적 특성과 유효성분 함량에 대하여 superimposed counter map으로 최적 조건을 예측한 결과 발효온도 $21{\sim}27^{\circ}C$, 발효기간은 $15{\sim}20$일, 초기 pH의 경우 $4.6{\sim}5.2$로 각각 예측되었다.
인삼의 다양한 식품소재개발을 위하여 반응표면분석법을 이용한 홍삼주의 최적발효조건을 모니터링하였다. 중심합성 계획법에 의하여 독립변수로서 발효온도, 발효기간 및 초기 pH를 설정하여 종속변수 홍삼주의 이화학적 특성과 유효성분에 대한 영향을 조사하였다. 홍삼주의 알코올 함량과 총당 함량은 발효온도와 발효기간에 영향을 많이 받고 있는 것으로 나타났으며, 조사포닌 함량은 발효기간에 많은 영향을 받고 있는 것으로 나타났다. 발효 후의 pH는 초기 pH에 많은 영향을 받고 있는 것으로 나타났다. 홍삼주의 유효성분인 Ginsenoside 함량을 조사한 결과 주로 발효온도보다는 발효기간 및 초기 pH에 의해 영향을 받고 있는 것으로 조사되었으며, 발효기간이 길고 초기 pH가 높을수록 함량이 증가하는 것으로 나타났다. 홍삼주의 이화학적 특성과 유효성분 함량에 대하여 superimposed counter map으로 최적 조건을 예측한 결과 발효온도 $21{\sim}27^{\circ}C$, 발효기간은 $15{\sim}20$일, 초기 pH의 경우 $4.6{\sim}5.2$로 각각 예측되었다.
Response surface methodology was used to monitor the optimization of fermentation conditions for red ginseng wine. A central composite design was applied to investigate the effects of independent variables, fermentation temperature ($X_1$), fermentation time ($X_2$) and initial...
Response surface methodology was used to monitor the optimization of fermentation conditions for red ginseng wine. A central composite design was applied to investigate the effects of independent variables, fermentation temperature ($X_1$), fermentation time ($X_2$) and initial pH ($X_3$) on dependent variables, physicochemical characteristics and effective ingredients. Alcohol and total sugar content were significantly affected both by fermentation temperature and time. Crude saponin content was greatly affected by fermentation time, and pH was significantly affected by initial pH. Fermentation time and initial pH had a greater effect on ginsenoside content than fermentation temperature. Ginsenoside content increased along with fermentation time and initial pH. We elicited a regression formula for each variable, and superimposed the total optimum points of fermentation conditions for physicochemical characteristics and the effective constituents. The predicted values at the optimum fermentation conditions were at $21{\sim}27^{\circ}C$ for $15{\sim}20$ day in initial pH $4.6{\sim}5.2$.
Response surface methodology was used to monitor the optimization of fermentation conditions for red ginseng wine. A central composite design was applied to investigate the effects of independent variables, fermentation temperature ($X_1$), fermentation time ($X_2$) and initial pH ($X_3$) on dependent variables, physicochemical characteristics and effective ingredients. Alcohol and total sugar content were significantly affected both by fermentation temperature and time. Crude saponin content was greatly affected by fermentation time, and pH was significantly affected by initial pH. Fermentation time and initial pH had a greater effect on ginsenoside content than fermentation temperature. Ginsenoside content increased along with fermentation time and initial pH. We elicited a regression formula for each variable, and superimposed the total optimum points of fermentation conditions for physicochemical characteristics and the effective constituents. The predicted values at the optimum fermentation conditions were at $21{\sim}27^{\circ}C$ for $15{\sim}20$ day in initial pH $4.6{\sim}5.2$.
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문제 정의
인삼을 이용한 발효 및 주류 관련연구로는 발효 인삼주[1, 25], 홍삼 엑기스를 함유한 분말주[16]이, 인삼 민속주의 제조 및 생리 기능성 181, 인삼성분이 알코올 발효에 미치는 영향[24] 등이 있으나 홍삼을 이용한 발효주 및 관련 성분에 대한 체계적인 연구가 부족한 실정이다. 따라서, 본 연구에서는 홍삼농축액을 이용한 고품질의 홍삼주 개발을 목적으로 중심합성계획법에 의한 반응표면분석법으로 흥삼 주의 최적발효조건을 설정하고자 하였다.
제안 방법
발효조 전의 최적화를 위한 실험 계획은 중심합성계획법[28]에 의하여 실시하였으며, 발효에 영향을 미칠 것으로 고려되는 인자, 발효온도(Xi), 발효기간(X2)및 초기 pH (X3)를 독립변수로 설정하여 각각을 5단계 부호화하였으며, 중심합성계획에 의하여 Table 1과 같이 16구로 설정하여 발효를 실시하였다. 각각의 발효 조건에서 얻어진 홍삼주의 이화학적 특성과 관련된 종속변수(Yn)로는 이화학적 특성으로서 알코올 함량, 조 사포닌 함량, 총당 및 pH를 조사하였으며, 유효성분의 함량은Re+Rg, Rbi, Re, Rb^ Rd 및 Total ginsenoside를 설정하여측정한 값을 회귀분석에 사용하였다. 발효조건이 홍삼 주의 이화학적 특성 및 홍삼의 유효성분에 미치는 영향을 알아보기 위해 예측된 모델식을 바탕으로 Mathematica program[17]기을 이용하여 4차원 반응표면분석으로 해석하였다.
발효액 100 ml 를 취하여 알코올자동증류장치 (J. P. SELECTA, S.A” Spain)에서 알코올 증류 후 주정계를 이용하여 알코올 함량을 측정하였다.
예비 실험에서 알코올 발효능이 우수한 것으로 나타난Saccharomyces cerevisiae JF-Y3 효모를 30°C에서 3일간 전배양하여 발효를 위한 주모로 사용하였으며, 발효시 5%를 접종하였다. 발효액에 대해 설탕(삼양사) 25%, Yea아 extract (Difco, Co.) 0.5% 및 홍삼액(20°brix) 30%를 첨가하여 각각의 실험조건에 따라 발효를 실시하였으며, 홍삼농축액(60 obrix)은 20º brix로 희석하여 발효에 사용하였다.
따라 홍삼주를 제조하였다. 발효온도 15〜35°C, 발효 기간 5〜25일 및 초기 pH 4.0〜6.0으로 조절하여 발효한 홍삼주의 Re+Rgi, Rbi, Rc, Rb^ Rd 및 Total ginsenoside 분석결과를 회귀분석에 이용하였으며, 발효조건이 홍삼주의 유효성분에 미치는 영향을 알아보기 위해 예측된 모델식을 바탕으로 Mathematica program을 이용하여 4차원 반응표면분석을 실시하였다.
식품공전상의 수포화 부탄올에 의한 추출법 [7]으로 조 사포닌 함량을 측정하였고, 진세노사이드 분석은 HPLC(Shimadzu LC-10AT, Japan)를 이용하여 측정하였으며, 분석조건은 Table 2와 같다.
예비 실험에서 알코올 발효능이 우수한 것으로 나타난Saccharomyces cerevisiae JF-Y3 효모를 30°C에서 3일간 전배양하여 발효를 위한 주모로 사용하였으며, 발효시 5%를 접종하였다. 발효액에 대해 설탕(삼양사) 25%, Yea아 extract (Difco, Co.
인삼의 다양한 식품소재개발을 위하여 반응표면 분석법을 이용한 홍삼주의 최적 발효조건을 모니터링하였다. 중심 합성계획법에 의하여 독립변수로서 발효온도, 발효기간 및 초기 pH를 설정하여 종속변수 홍삼주의 이화학적 특성과 유효성분에 대한 영향을 조사하였다.
홍삼주의 최적 발효조건을 모니터링하였다. 중심 합성계획법에 의하여 독립변수로서 발효온도, 발효기간 및 초기 pH를 설정하여 종속변수 홍삼주의 이화학적 특성과 유효성분에 대한 영향을 조사하였다. 홍삼주의 알코올 함량과 총당 함량은 발효온도와 발효기간에 영향을 많이 받고 있는 것으로 나타났으며, 조사포닌 함량은 발효기간에 많은 영향을 받고 있는 것으로 나타났다.
흥삼주 발효조건 최적화를 모니터링 하기 위해 중심합성계획법을 이용하여 발효온도, 발효기간 및 초기 pH의 발효 조건에 따라 홍삼주를 제조하였다. 발효온도 15〜35°C, 발효 기간 5〜25일 및 초기 pH 4.
대상 데이터
본 실험에 사용한 홍삼농축액(60 아)rix)은 경북 풍기 영농협동조합에서 생산된 것을 구입하여 4°C 냉장보관하면서 사용하였다.
데이터처리
각각의 발효 조건에서 얻어진 홍삼주의 이화학적 특성과 관련된 종속변수(Yn)로는 이화학적 특성으로서 알코올 함량, 조 사포닌 함량, 총당 및 pH를 조사하였으며, 유효성분의 함량은Re+Rg, Rbi, Re, Rb^ Rd 및 Total ginsenoside를 설정하여측정한 값을 회귀분석에 사용하였다. 발효조건이 홍삼 주의 이화학적 특성 및 홍삼의 유효성분에 미치는 영향을 알아보기 위해 예측된 모델식을 바탕으로 Mathematica program[17]기을 이용하여 4차원 반응표면분석으로 해석하였다.
이론/모형
발효액의 총당함량은 phenol-sulfuric acid 법으로 측정하였다. 적절히 희석한 시료 1 ml를 취하여 5% phenol 1 ml를가한 다음 H2SO4 5 ml를 가하여 상온에서 20분간 반응시켜냉각 후 UV-1601PC spectrophotometer (Shimadzu Co.
성능/효과
후 pH는 발효온도 19.31°G 발효일수 15, 。5일 및 발효 후 pH 5.82일 때 가장 높은 pH를 나타내 었으며, 초기 pH 가 높을수록 발효 후의 pH도 높아지는 경향을 나타내었고 (Fig. 4), 초기 pH가 발효 후 pH에 가장 많은 영향을 미치고 있는 것으로 나타났다(Table 5).
41 m웅%를 나타내었다. Rbi 함량에 대한 발효조건의 영향은 발효기간이 가장 많은 영향을 미치고 있었으며 다음으로 초기 pH에 영향을 받고 있는 것으로 나타났다. R버 함량은 발효 기간이 15〜25일, 초기 pH가 4.
8692로 나타났다. Rbi, Rc 및 Total ginsenoside는 5%이내의 유의수준에서 유의 성이 인정되었으며, Re+Rglz Rb2 및 Rd는 10% 이내의 수준에서유의성이 인정되었다.
87 mg%. Rd는 10.01—17.10 mg% 및 Total ginsenoside가 215.32〜391.90 mg%로 나타났으며, 홍삼주의 개별 ginseno side 및 total ginsenoside의 함량 변화는 발효조건에 따라 함량의 차이가 있는 것으로 나타났다(Table 3).
따라서, 홍삼주의 유효성분 함량 변화는 주로 발효 온도보다는 발효기간 및 초기 pH에 의해 영향을 받는 것으로 조사되었으며, 발효기간이 길고, 초기 pH가 높을수록 함량이 증가하는 것으로 나타났다. 홍삼주의 최적발효조건을 알아보고자 각 반응표면을 superimposing한 결과 발효온도 21 — 27°CZ 발효기간은 15〜20일, 초기 pH의 경우 4.
3 이상일 때 높게 나타났다. 발효에 따른 홍삼주의 Total ginsenoside 함량을 조사한 결과 반응표면에서 최대점은 발효온도 25.87, 발효일수 1746일 및 초기 pH 5.15이었으며, 이때의 최대값은394.83 mg% 이었다(Table 6). 홍삼주에 함유된 Total ginse-noside는 주로 발효기간 및 초기 pH에 영향을 받고 있는 것으로 나타났다(Table 5).
24%로 예측되었다(Table 6). 발효조건에 대한 알코올 함량의 변화는 Table 5와 같이 발효온도와 발효기간에 영향을 많이 받고 있는 것으로 나타났으며, 초기 pH에 대한 영향은 거의 받지 않는 것으로 나타났다. Cho 등I이에 의하면 초기 pH를 3.
30 mg%로 가장 높게 나타났다(Table 6).발효조건에 대한 홍삼주의 Rd 함량은 발효기간 및 초기 pH 에 영향을 받고 있었으며' 발효온도에 대해서는 영향을 거의 받지 않는 것으로 나타났다(Table 5). Rd 함량에 대한 흥삼주발효조건은 발효기간이 길고, 초기 pH는 4.
발효조건에 따른 홍삼주의 Rb2 함량은 발효온도 25.90°Cz 발효기간 16.46일, 초기 pH 4.89에서 가장 높은 값을 나타내었으며, 이 때 최대값은 67.02 mg%로 나타났다. 노화촉진 마우스에서 항산화작용[19] 및 항당뇨 활성[3이이 있는 Rb2 함량은 주로 발효기간에 영향을 받고 있는 것으로 나타났으며, 발효기간 약 10〜20일 사이일 때 함량이 높게 나타났다.
9778이었다. 알코올함량 및 pH는 1% 이내의 유의수준에서 유의성이 인정되었으며, 조사포닌 및 총당의 함량은 5% 이내의 유의수준에서 유의성이 인정되었다.
조사포닌 함량이 가장 높게 나타난 홍삼주 발효조건은 발효온도 20, 18℃; 발효기간 23.7일, 발효초기 pH 5.10이었고, 발효조건별 홍삼액 의 조사포닌 함량은 Fig. 2와 같이 발효 온도가 높아질수록 증가하는 경향을 나타내었으며, 발효 기간에 가장 많은 영향을 받고 있는 것으로 나타났다.
총당 함량은 발효온도 31.77°C 발효기간 21.58일 및 발효 초기 pH 4.67일 때 최대값 2.66%를 나타내었고(Table 6), 발효온도와 발효기간에 크게 영향을 받는 것으로 나타났으며, 발효 후 pH에 대해서는 거의 영향을 받지 않았다(Table 5).
83 mg% 이었다(Table 6). 홍삼주에 함유된 Total ginse-noside는 주로 발효기간 및 초기 pH에 영향을 받고 있는 것으로 나타났다(Table 5). Yang 등[2이에 따르면 인삼의 Panaxadiol saponin의 pH 안정성을 조사한 결과 pH 5.
82 mg%이었다. 홍삼주의 Rc 함량에 대한 발효조건은 발효 기간 및 초기 pH에 영향을 받고 있는 것으로 나타났으며 발효 온도에 대한 영향은 거의 받지 않는 것으로 나타났다.
홍삼주의 Rd 함량은 발효온도 26.76, 발효기간 17.09일, 초기 pH 5.12일 때 17.30 mg%로 가장 높게 나타났다(Table 6).발효조건에 대한 홍삼주의 Rd 함량은 발효기간 및 초기 pH 에 영향을 받고 있었으며' 발효온도에 대해서는 영향을 거의 받지 않는 것으로 나타났다(Table 5).
중심 합성계획법에 의하여 독립변수로서 발효온도, 발효기간 및 초기 pH를 설정하여 종속변수 홍삼주의 이화학적 특성과 유효성분에 대한 영향을 조사하였다. 홍삼주의 알코올 함량과 총당 함량은 발효온도와 발효기간에 영향을 많이 받고 있는 것으로 나타났으며, 조사포닌 함량은 발효기간에 많은 영향을 받고 있는 것으로 나타났다. 발효 후의 pH는 초기 pH에 많은 영향을 받고 있는 것으로 나타났다.
및 pH를 조사한 결과는 Table 3과 같다. 홍삼주의 알코올 함량은 9.8〜15.8%로 나타났으며, 조사포닌 함량은 0.85- 1.05%의 범위로 나타났다. Ann 등[1]의 연구에서 인삼박 농도를 5〜20%로 다르게 첨가하여 인삼주 발효를 실시한 결과 알코올 함량이 6.
1 〜 10과 같다. 홍삼주의 알코올 함량이 가장 높게 나타난 발효조건은 발효온도 28.13°C, 발효일수 6일 및 초기 pH는 4.64이었으며 이 때의 최대값은 16.24%로 예측되었다(Table 6). 발효조건에 대한 알코올 함량의 변화는 Table 5와 같이 발효온도와 발효기간에 영향을 많이 받고 있는 것으로 나타났으며, 초기 pH에 대한 영향은 거의 받지 않는 것으로 나타났다.
발효 후의 pH는 초기 pH에 많은 영향을 받고 있는 것으로 나타났다. 홍삼주의 유효성분인 Ginsenoside 함량을 조사한 결과 주로 발효온도보다는 발효 기간 및 초기 pH에 의해 영향을 받고 있는 것으로 조사되었으며, 발효기간이 길고 초기 pH가 높을수록 함량이 증가하는 것으로 나타났다. 홍삼주의 이화학적 특성과 유효성분 함량에 대하여 superimposed counter map으로 최적 조건을 예측한 결과 발효온도 21〜27°C, 발효기간은 15〜20일, 초기 pH의 경우 4.
홍삼주의 유효성분인 Ginsenoside 함량을 조사한 결과 주로 발효온도보다는 발효 기간 및 초기 pH에 의해 영향을 받고 있는 것으로 조사되었으며, 발효기간이 길고 초기 pH가 높을수록 함량이 증가하는 것으로 나타났다. 홍삼주의 이화학적 특성과 유효성분 함량에 대하여 superimposed counter map으로 최적 조건을 예측한 결과 발효온도 21〜27°C, 발효기간은 15〜20일, 초기 pH의 경우 4.6〜5.2로 각각 예측되었다.
것으로 나타났다. 홍삼주의 최적발효조건을 알아보고자 각 반응표면을 superimposing한 결과 발효온도 21 — 27°CZ 발효기간은 15〜20일, 초기 pH의 경우 4.6〜5.2로 각각예측되었다.
회귀분석의 결과 발효조건에 따른 홍삼주 유효성분에 대한 회귀식의 R2는 Re+Rgi 0.8591, Rbi 0.8973, Rc 0.9036, Rb2 0.8504, Rd 0.8162 및 Total ginsenoside 0.8692로 나타났다. Rbi, Rc 및 Total ginsenoside는 5%이내의 유의수준에서 유의 성이 인정되었으며, Re+Rglz Rb2 및 Rd는 10% 이내의 수준에서유의성이 인정되었다.
흥삼주의 총당 함량은 140〜2.50%이었으며, 발효 후의 pH는 3.93 〜4.73으로 나타났다(Table 3). Ann 등[1] 의 발효인삼주에 관한 연구에서는 인삼박 농도를 달리한 인삼주 발효에서 발효후의 총당은 105-215 mg/ml로 나타났으며, 효모로 발효시킨지 3일 뒤 총당 함량은 효모의 sucrase에 의해 대부분 환원당인 글루코오스와 프룩토오스로 바뀌었다고 보고하였다.
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