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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 대표적인 곡물식초인 현미식초 제조시 효모균주 및 발효방식(속성발효, 정치발효)에 따른 유기산 및 휘발성 향기 패턴을 비교함으로써 고품질의 현미식초 제조를 위한 기초자료로 활용코자 하였다.
- 휘발성 성분을 비파괴적으로 분석할 수 있는 전자코(electronic nose)는 신속하고 편리하게 향 패턴을 분석할 수 있는 장점이 있다(31). 본 연구에서는 식초의 복합적인 향을 전자코 분석에 의해 시료 간 차이를 판별하고자 하였다.
제안 방법
- SPME 포집은 NaCl 25%에 시료 5 mL를 첨가하여 headspace vial (22.5×75 mm, PTFE/silicon septum, aluminum cap)에 넣어 예열된 SPME fiber를 주입하였다.
- 각각의 효모 종류별 현미 알코올발효 여과액을 알코올 함량 6%(v/v)로 조절한 후 종초를 10%(v/v) 접종하여 속성 및 정치발효를 실시하였다. 속성배양은 진탕배양기(HB201SL, Hanbaek Scientific Co.
- 경험이 있는 10명의 검사원을 대상으로 하여 식초의 색상, 맛, 자극취 강도, 이취(발효취) 강도, 향 기호도 및 전반적 기호도에 대하여 5점척도법(16)(1: 매우 약하다 / 매우 나쁘다, 5: 매우 강하다 / 매우 좋다)에 의해 평가하였다. 맛에 대한 관능평가는 시료를 10배 희석하여 사용하였고 색 및 향에 관한 관능평가는 식초 원액 그대로를 사용하였다.
- 식초 원액을 Sep-pack C18 cartridge에 통과시킨 다음 0.45μm membrane filter로 여과하여 HPLC (high performance liquid chromatograph, Waters 2690, Waters Co., Milford MA, USA)로 분석하였다.
- 식초의 향기패턴 분석은 GC-SAW (Gas ChromatogramSurface Acoustic Wave) sensor가 장착된 전자코(zNose 7100, Electronic Sensor Technology, Newbury park, CA, USA)로 측정하였다. 즉 식초 2 mL을 40 mL vial (Supelco, Bellefonte, PA, USA)에 넣고 테플론으로 코팅된 septum (PTFE/silicone septum, Supelco)로 봉하여 실온에서 24시간 방치 후 측정하였다.
- 식초제조시 효모균주(Saccharomyces kluyveri DJ97, Saccharomyces cerevisiae JK99, Saccharomyces cerevisiae GRJ, Saccharomyces cerevisiae H9)와 속성 및 정치발효에 따른 현미식초의 유기산 및 휘발성 성분을 비교하였다. 현미식초의 유기산 함량은 acetic acid 이외에 속성발효에서는 citric acid, lactic acid, oxalic acid, tartaric acid 순으로 나타났다.
- 현미 1 kg을 5시간 동안 수침한 후 물을 빼고 증미하였다. 증미한 현미에 누룩 300 g을 혼합하고 A, B, C 및 D 주모 50 mL과 정제수 1,600 mL를 각각 첨가한 후 골고루 저어항온배양기(HB-103-2H, Hanbaek Scientific Co.)에서 30℃, 3일간 정치배양 시켜 효모 종류에 따라 알코올발효 하였다.
- 0)에서 30℃, 24시간 계대배양 하였다. 초산균은 Acetobact pomorum KJY 8 (KCTC 10173BP)를 고체배지(glucose 3%, yeast extract 0.5%. CaCO3 1%, ethanol 3%, agar 2%, pH 7.0)에서 30℃, 48시간 계대배양 한 후 4℃에서 냉장보관하면서 사용하였다.
- 시료는 35℃ heating block에서 5분간 예열한 후 fiber로 10분 동안 휘발성 성분을 포집하였으며, 그 후 GC에 주입하여 2분 동안 탈착하였다. 휘발성분 분석을 위하여 MSD (mass selective detector)가 부착된 GC (gas chromatograph, Agillent GC 6890, Palo Alto, CA, USA)를 사용하였다. 분석용 column은 HP-FFAP capillary column (30 m × 0.
대상 데이터
- 이때 사용된 기기의 온도 조건은 SAW sensor는 30℃, column은 60℃, valve는 120℃, inlet은 150℃, trap은 220℃ 이었다. Carrier gas는 helium(99.9995%)을 사용하였으며, DB-5 capillary column (Supelco, Bellefonte, PA, USA)에 의해 단일물질로 분리된 후 SAW 센서로 검출하였다. 검출된 주 peak를 대상으로 SAS program (version 8.
- 본 실험에 사용된 현미는 2009년 경북 상주지방에서 재배한 일반계 현미(호품벼) 구입하였으며, 누룩은 상주곡 자(주)에서 구입하여 사용하였다. 현미 알코올발효에 사용된 효모는 계명대학교 식품가공학과 발효공학실에서 보관 중인 Saccharomyces cerevisiae JK99 (A), Saccharomyces kluyveri DJ97 (B), Saccharomyces cerevisiae GRJ (C), Saccharomyces cerevisiae H9 (D) 4종을 YPD 배지(yeast extract 1%.
- 본 실험에 사용된 현미는 2009년 경북 상주지방에서 재배한 일반계 현미(호품벼) 구입하였으며, 누룩은 상주곡 자(주)에서 구입하여 사용하였다. 현미 알코올발효에 사용된 효모는 계명대학교 식품가공학과 발효공학실에서 보관 중인 Saccharomyces cerevisiae JK99 (A), Saccharomyces kluyveri DJ97 (B), Saccharomyces cerevisiae GRJ (C), Saccharomyces cerevisiae H9 (D) 4종을 YPD 배지(yeast extract 1%. peptone 2%, glucose 2%, agar 2%, pH 6.0)에서 30℃, 24시간 계대배양 하였다. 초산균은 Acetobact pomorum KJY 8 (KCTC 10173BP)를 고체배지(glucose 3%, yeast extract 0.
- 휘발성 성분 포집을 위해서 carboxen/polydimethylsiloxane (CAR/PDMS, 75 μm thickness)로 코팅된 SPME fiber (Supelco, Bellefonte, PA, USA)를 이용하였다.
데이터처리
- 9995%)을 사용하였으며, DB-5 capillary column (Supelco, Bellefonte, PA, USA)에 의해 단일물질로 분리된 후 SAW 센서로 검출하였다. 검출된 주 peak를 대상으로 SAS program (version 8.1)을 사용하여 principal component analysis (PCA)를 분석하여 시료 간 패턴을 비교 도시하였다.
- 실험결과의 통계처리는 SAS program (version 8.1)을 이용하여 평균(mean)과 표준편차(S.D.)로 표시하였다. 통계분석은 분산분석(ANOVA)을 사용하였고, Duncan's multiple test로 유의성을 검증하였다(17)
- 통계분석은 분산분석(ANOVA)을 사용하였고, Duncan's multiple test로 유의성을 검증하였다(17)
이론/모형
- 식초의 휘발성 향기성분은 SPME (solid phase microextraction) 방법을 이용하여 분석하였다. 휘발성 성분 포집을 위해서 carboxen/polydimethylsiloxane (CAR/PDMS, 75 μm thickness)로 코팅된 SPME fiber (Supelco, Bellefonte, PA, USA)를 이용하였다.
성능/효과
- 즉 효모 종류를 달리한 속성발효 현미식초의 주된 휘발성 성분으로 acetic acid 비율이 높은 것으로 나타났다. Alcohol류는 phenylethyl alcohol, isoamyl alcohol의 비율이 높은 것으로 나타났으며, ester류는 ethyl acetate, isoamyl acetate, isobutyl acetate 비율이 높은 것으로 나타났다. 그 이외에 benzaldehyde, iso butyric acid, pentanoic acid, heptanoic acid, caprylic acid 등이 검출되었다.
- 각 효모 균주에 따른 휘발성 성분으로 A균주 식초는 다른 균주들에 비해 phenylethyl alcohol 비율이 높은 것으로 나타났으며, C균주 식초는 acetic acid 비율은 낮으나 반면에 ethyl acetate 및 isoamyl acetate 비율이 높은 것으로 나타났다. D균주 식초는 acetic acid 비율이 다소 높으며, isoamyl alcohol 비율이 다른 균주에 비해 높은 것으로 나타났다. 효모 종류를 달리한 정치발효 현미식초의 휘발성 성분을 분석한 결과는 Table 4와 같다.
- Saccharomyces cerevisiae GRJ 균주 알코올 발효액의 속성발효 식초는 acetic acid가 다른 식초에 비해 높게 나타났으나, 전반적으로 유기산 함량은 효모균주보다는 발효방식에 따라 차이가 있는 것으로 나타났다. GC-MS로 휘발성 성분을 동정한 결과, 현미식초의 주된 휘발성 성분인 acetic acid 이외에 속성발효에서는 alcohol류로 phenylethyl alcohol, isoamyl alcohol의 비율이 높은 것으로 나타났으며, ester류는 ethyl acetate, isoamyl acetate, isobutyl acetate 비율이 높은 것으로 나타났다. 그 이외에 benzaldehye, iso butyric acid, pentanoic acid, heptanoic acid, caprylic acid 등이 검출되었다.
- 그러나 정치발효에서는 citric acid가 검출되지 않았으며, lactic acid 함량이 속성발효 식초보다 다소 높은 것으로 나타났다. Saccharomyces cerevisiae GRJ 균주 알코올 발효액의 속성발효 식초는 acetic acid가 다른 식초에 비해 높게 나타났으나, 전반적으로 유기산 함량은 효모균주보다는 발효방식에 따라 차이가 있는 것으로 나타났다. GC-MS로 휘발성 성분을 동정한 결과, 현미식초의 주된 휘발성 성분인 acetic acid 이외에 속성발효에서는 alcohol류로 phenylethyl alcohol, isoamyl alcohol의 비율이 높은 것으로 나타났으며, ester류는 ethyl acetate, isoamyl acetate, isobutyl acetate 비율이 높은 것으로 나타났다.
- 그 이외에 benzaldehyde, iso butyric acid, pentanoic acid, heptanoic acid, caprylic acid 등이 검출되었다. 각 효모 균주에 따른 휘발성 성분으로 A균주 식초는 다른 균주들에 비해 phenylethyl alcohol 비율이 높은 것으로 나타났으며, C균주 식초는 acetic acid 비율은 낮으나 반면에 ethyl acetate 및 isoamyl acetate 비율이 높은 것으로 나타났다. D균주 식초는 acetic acid 비율이 다소 높으며, isoamyl alcohol 비율이 다른 균주에 비해 높은 것으로 나타났다.
- 균주의 종류에 따른 속성발효 현미식초의 자극취 강도는 B 균주를 사용한 현미식초에서 높게 나타났으며, 향에 대한 기호도는 C 균주를 사용한 현미식초에서 높게 나타났다. 균주의 종류에 따른 속성발효 현미식초의 색상, 맛, 이취(발효취) 강도 및 전반적기호도는 효모에 따라 차이가 없는 것으로 나타났다. 또한 효모에 따른 정치발효 현미식초는 색상, 맛, 자극취 강도, 이취(발효취) 강도, 향 및 전반적기호도에서 유의적인 차이가 없었다.
- 효모에 따른 속성발효 및 정치발효 현미식초의 관능적 특성을 Table 5 및 6에 각각 나타내었다. 균주의 종류에 따른 속성발효 현미식초의 자극취 강도는 B 균주를 사용한 현미식초에서 높게 나타났으며, 향에 대한 기호도는 C 균주를 사용한 현미식초에서 높게 나타났다. 균주의 종류에 따른 속성발효 현미식초의 색상, 맛, 이취(발효취) 강도 및 전반적기호도는 효모에 따라 차이가 없는 것으로 나타났다.
- 효모 및 발효방법을 달리하여 제조된 현미식초의 유기산 분석은 Table 1, 2에 나타내었다. 그 결과 속성발효 초기에는 oxalic acid, tartaric acid, malic acid, lactic acid, acetic acid, citric acid 6종이 검출되었으며, 발효가 진행됨에 따라 malic acid는 검출되지 않았다. 또한 속성발효시 전반적으로 acetic acid 및 citric acid는 증가한 반면 lactic acid는 감소하는 것으로 나타났다.
- 또한 전자코 분석에서 속성발효 및 정치발효에 있어서 향기 패턴의 차이가 있는 것으로 나타났다. 그러나 관능적 특성으로 효모 균주에 따른 유의적인 차이는 크지 않은 것으로 나타났다. 반면에 이취(발효취) 강도는 속성발효에서 다소 높은 것으로 나타났으나, acetic acid의 자극취로 인해 검사원에 의한 뚜렷한 차이는 볼 수 없었다.
- 전반적으로 정치발효시에는 acetic acid는 증가하나, lactic acid는 발효 7일째 607～728 mg%로 증가하였으나, 그 이후로는 감소되는 것으로 나타났다. 그러나 정치발효 현미식초는 속성발효 현미식초보다는 lactic acid 함량이 다소 높은 것으로 나타났다. 곡물식초에서 나타나는 lactic acid는 곡류식초 제조 시 발효초기단계에서 젖산균이 생육하여 lactic acid를 생성하는 것으로 추정되며(9), 맥아식초와 쌀식초에는 다른 유기산에 비해 lactic acid의 함량이 높다고 보고되었다(20-22).
- 현미식초의 유기산 함량은 acetic acid 이외에 속성발효에서는 citric acid, lactic acid, oxalic acid, tartaric acid 순으로 나타났다. 그러나 정치발효에서는 citric acid가 검출되지 않았으며, lactic acid 함량이 속성발효 식초보다 다소 높은 것으로 나타났다. Saccharomyces cerevisiae GRJ 균주 알코올 발효액의 속성발효 식초는 acetic acid가 다른 식초에 비해 높게 나타났으나, 전반적으로 유기산 함량은 효모균주보다는 발효방식에 따라 차이가 있는 것으로 나타났다.
- 즉, 각 효모 균주별 속성발효 현미 식초는 PCA plot에서 좌측에 위치하였으며, 정치발효 현미식초는 우측에 위치하는 것으로 나타났다. 따라서 전자코를 통하여 현미식초의 발효방식에 따른 향기패턴에 차이가 있음을 간단히 확인 할 수 있었다.
- 즉, 정치발효 현미식초의경우 발효에 의한 이취로서 군내보다는 향긋한 향이 더 많이 생성됨을 볼 수 있었다. 따라서 현미식초의 휘발성 성분은 효모 균주에 따라 휘발성 성분의 비율에 다소차이가 있으나, 효모 균주보다는 발효방식에 있어 뚜렷한 차이가 있는 것으로 나타났다.
- 정치발효에 따른 현미식초의 유기산 함량은 발효가 진행됨에 따라 malic acid 및 citric acid는 검출되지 않았다. 또한 발효 14일째부터 C균주 식초는 oxalic acid가 검출되지 않았으며, D균주 식초는 tartaric acid가 검출되지 않았다. 전반적으로 정치발효시에는 acetic acid는 증가하나, lactic acid는 발효 7일째 607～728 mg%로 증가하였으나, 그 이후로는 감소되는 것으로 나타났다.
- 그 결과 속성발효 초기에는 oxalic acid, tartaric acid, malic acid, lactic acid, acetic acid, citric acid 6종이 검출되었으며, 발효가 진행됨에 따라 malic acid는 검출되지 않았다. 또한 속성발효시 전반적으로 acetic acid 및 citric acid는 증가한 반면 lactic acid는 감소하는 것으로 나타났다. 속성발효시 B균주 식초는 다른 균주에 비해 발효 6일째 acetic acid 함량이 다소 높은 것으로 나타났으나, 효모균주에 따른 큰 차이는 볼 수 없었다.
- 정치발효에서는 alcohol류는 1-butanol, phenylethyl alcohol, isomyl acohol 비율이 높게 나타났으며, ester류는 phenylethyl acetate 및 ethyl acetate가 높은 것으로 나타났다. 또한 전자코 분석에서 속성발효 및 정치발효에 있어서 향기 패턴의 차이가 있는 것으로 나타났다. 그러나 관능적 특성으로 효모 균주에 따른 유의적인 차이는 크지 않은 것으로 나타났다.
- 균주의 종류에 따른 속성발효 현미식초의 색상, 맛, 이취(발효취) 강도 및 전반적기호도는 효모에 따라 차이가 없는 것으로 나타났다. 또한 효모에 따른 정치발효 현미식초는 색상, 맛, 자극취 강도, 이취(발효취) 강도, 향 및 전반적기호도에서 유의적인 차이가 없었다. 속성발효 및 정치발효에 따른 현미식초의 관능적 특성에서 이취(발효취) 강도는 속성발효에서 다소 높은 것으로 나타났으나, acetic acid의 자극취로 인해 검사원에 의한 뚜렷한 차이를 볼 수는 없었다.
- Isoamyl alcohol은 탁주의 주요 향기성분(14)이고, 식초의 향기성분에서 발견되는 ester류 중 isoamyl acetate는 배향이며 바나나, 사과의 향미를 생성하는 주요 ester류이다 (28,29). 속성 및 정치발효에 따른 현미식초의 휘발성 성분은 속성발효시 18종 및 정치발효시 11종으로 속성발효에서 많이 나타났다. 그러나 식초의 품질에 좋지 못한 영향을 미치는 pentanoic acid, isobutyric acid 등의 이취성분이 속성 발효식초에 존재하며, 향기성분에서 사과 및 포도향의 주요 향기성분인 ethyl acetate와 phenylethyl acetate는 정치배양 발효식초에서 다소 높게 나타남으로써 보다 깊고 풍부한 향을 내는 것으로 생각되어진다.
- 또한 속성발효시 전반적으로 acetic acid 및 citric acid는 증가한 반면 lactic acid는 감소하는 것으로 나타났다. 속성발효시 B균주 식초는 다른 균주에 비해 발효 6일째 acetic acid 함량이 다소 높은 것으로 나타났으나, 효모균주에 따른 큰 차이는 볼 수 없었다. 정치발효에 따른 현미식초의 유기산 함량은 발효가 진행됨에 따라 malic acid 및 citric acid는 검출되지 않았다.
- 특히 곡류식초에서 lactic acid의 함량이 높으면 군냄새의 원인이 되기도 하는 것으로 알려져 있다(12). 전반적으로 유기산 함량은 효모균주 보다는 발효방식(속성발효, 정치발효)에 있어서 다소 차이가 있는 것을 볼 수 있었다.
- 또한 발효 14일째부터 C균주 식초는 oxalic acid가 검출되지 않았으며, D균주 식초는 tartaric acid가 검출되지 않았다. 전반적으로 정치발효시에는 acetic acid는 증가하나, lactic acid는 발효 7일째 607～728 mg%로 증가하였으나, 그 이후로는 감소되는 것으로 나타났다. 그러나 정치발효 현미식초는 속성발효 현미식초보다는 lactic acid 함량이 다소 높은 것으로 나타났다.
- 그 이외에 benzaldehye, iso butyric acid, pentanoic acid, heptanoic acid, caprylic acid 등이 검출되었다. 정치발효에서는 alcohol류는 1-butanol, phenylethyl alcohol, isomyl acohol 비율이 높게 나타났으며, ester류는 phenylethyl acetate 및 ethyl acetate가 높은 것으로 나타났다. 또한 전자코 분석에서 속성발효 및 정치발효에 있어서 향기 패턴의 차이가 있는 것으로 나타났다.
- 효모 종류를 달리한 정치발효 현미식초의 휘발성 성분을 분석한 결과는 Table 4와 같다. 즉 주된 휘발성 성분으로 acetic acid의 비율이 상대적으로 높게 나타났으며, alcohol 류는 1-butanol, phenylethyl alcohol, isomyl acohol 비율이 높게 나타났으며, ester류는 phenylethyl acetate 및 ethyl acetate가 높은 것으로 나타났다. 효모종류에 따른 휘발성 성분을 비교하면 A균주 및 B균주 식초는 다른 효모에 비해 1-butanol 및 ethyl acetate 비율이 높게 나타났으며, C균주식초는 다른 효모들에 비해 acetic acid 비율이 높은 것으로 나타났다.
- 현미식초의 효모 종류 및 속성발효에 따른 휘발성 성분을 GC-MS로 분석한 결과 Table 3과 같다. 즉 효모 종류를 달리한 속성발효 현미식초의 주된 휘발성 성분으로 acetic acid 비율이 높은 것으로 나타났다. Alcohol류는 phenylethyl alcohol, isoamyl alcohol의 비율이 높은 것으로 나타났으며, ester류는 ethyl acetate, isoamyl acetate, isobutyl acetate 비율이 높은 것으로 나타났다.
- 1에 나타내었다. 즉, 각 효모 균주별 속성발효 현미 식초는 PCA plot에서 좌측에 위치하였으며, 정치발효 현미식초는 우측에 위치하는 것으로 나타났다. 따라서 전자코를 통하여 현미식초의 발효방식에 따른 향기패턴에 차이가 있음을 간단히 확인 할 수 있었다.
- 그러나 식초의 품질에 좋지 못한 영향을 미치는 pentanoic acid, isobutyric acid 등의 이취성분이 속성 발효식초에 존재하며, 향기성분에서 사과 및 포도향의 주요 향기성분인 ethyl acetate와 phenylethyl acetate는 정치배양 발효식초에서 다소 높게 나타남으로써 보다 깊고 풍부한 향을 내는 것으로 생각되어진다. 즉, 정치발효 현미식초의경우 발효에 의한 이취로서 군내보다는 향긋한 향이 더 많이 생성됨을 볼 수 있었다. 따라서 현미식초의 휘발성 성분은 효모 균주에 따라 휘발성 성분의 비율에 다소차이가 있으나, 효모 균주보다는 발효방식에 있어 뚜렷한 차이가 있는 것으로 나타났다.
- 식초제조시 효모균주(Saccharomyces kluyveri DJ97, Saccharomyces cerevisiae JK99, Saccharomyces cerevisiae GRJ, Saccharomyces cerevisiae H9)와 속성 및 정치발효에 따른 현미식초의 유기산 및 휘발성 성분을 비교하였다. 현미식초의 유기산 함량은 acetic acid 이외에 속성발효에서는 citric acid, lactic acid, oxalic acid, tartaric acid 순으로 나타났다. 그러나 정치발효에서는 citric acid가 검출되지 않았으며, lactic acid 함량이 속성발효 식초보다 다소 높은 것으로 나타났다.
- 즉 주된 휘발성 성분으로 acetic acid의 비율이 상대적으로 높게 나타났으며, alcohol 류는 1-butanol, phenylethyl alcohol, isomyl acohol 비율이 높게 나타났으며, ester류는 phenylethyl acetate 및 ethyl acetate가 높은 것으로 나타났다. 효모종류에 따른 휘발성 성분을 비교하면 A균주 및 B균주 식초는 다른 효모에 비해 1-butanol 및 ethyl acetate 비율이 높게 나타났으며, C균주식초는 다른 효모들에 비해 acetic acid 비율이 높은 것으로 나타났다. D균주 식초는 phenylethyl alcohol 비율이 높은 것으로 나타났다.
후속연구
- 속성발효 및 정치발효에 따른 현미식초의 관능적 특성에서 이취(발효취) 강도는 속성발효에서 다소 높은 것으로 나타났으나, acetic acid의 자극취로 인해 검사원에 의한 뚜렷한 차이를 볼 수는 없었다. 따라서 현미식초의 향 패턴 비교 평가에서는 관능적 분석보다는 기계적 측정에 의해 향미의 패턴을 비교 평가하는 것이 타당할 것으로 기대되어 이에 대한 전자코의 활용이 기대된다.
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