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문제 정의
- 식혜의 관한 연구는 식혜에 주 재료인 쌀을 달리하여 찹쌀의 품종을 달리하여 식혜 밥알의 당화 정도에 관한 연구(Shin et al 2001), 현미(Lee & Kim 1998), 유색미(Kim et al 1999) 등으로 대체한 연구나, 식혜에 황기 농축액(Min SH 2009)이나 헛개나무 추출액(Kim et al 2007)에 대한 등의 기능성 식품을 첨가한 연구가 대부분을 차지하고 있으며, 그 밖에 안동 식혜에 관한 연구(Choi & Son 1992, Choi et al 1991) 등이 있으나, 전통식혜에 유용미생물을 이용한 기능성 음료에 대한 연구는 미비한 실정이다. 이에 본 연구는 설탕이 첨가된 식혜에 탁주에서 분리한 효모와 김치에서 분리한 덱스트란 생성균을 접종하여 발효시킴으로써 덱스트란과 같은 기능성 성분이 함유된 저 알코올성 발효 음료를 개발하기 위한 기초 자료를 확보하였기에 그 결과를 보고하고자 한다.
제안 방법
- 가용성 고형물 측정은 시료를 1.5 mL 취하고 2,000×g에서 10분간 원심분리하여 상층액을 당도계(ATAGO, PR-10, Japan)를 이용하여 측정하였고, pH는 pH meter(Satrious, PB-101, Germany)를 이용하여 3회 측정하였다.
- 김치 원료로부터 덱스트란 생성균과 탁주 효모균이 식혜에 첨가된 설탕을 이용하여 올리고당과 알코올을 생산하는 것을 바탕으로 기능성 알코올 발효 음료 제조를 연구하였다. 식혜 제조를 위한 최대 당화 시간은 가용성 고형물의 변화가 증가한 후 완만하게 되어지는 5시간 내외가 차후 알코올성 발효 음료 제조를 위해 적당하였다.
- 당화 과정과 각 시료의 발효 과정 중 존재하는 당들의 변화를 TLC를 이용하여 확인하였다(Fig. 5). 당화 과정이 진행되면서 maltose의 생성이 확인되었다.
- 시료를 TLC plate(Merck, TLC Silica gel 60 F254, Germany)에 점적하고 완전히 건조시킨 후 전개 용매(nitromethane : iso- propanol : water = 2 : 5 : 1.5)에 2시간 30분 전개시킨 후 완전히 건조하고, 다시 2시간 30분 전개시켜 건조하고 발색 시약(ethanol 95%, SO4 5%, naphtha 0.3%)으로 처리하여 110℃에서 12분간 건조시켰다.
- 식혜 제조 후 35℃까지 방냉하고 식혜 300 mL에 탁주 효모 접종, 덱스트란 생성균 접종, 탁주 효모와 덱스트란 생성균 혼합 접종의 3처리를 하였으며, 배양한 균을 각각 1 mL씩 접종하여 30℃에서 72시간 발효시켰다.
- 알코올 분석에 사용한 표준용액은 에탄올(99.9%)을 이용하여 1%(w/v) 알코올 용액을 만들고, 시료들을 각각 1°Brix로 희석하여 알코올 농도를 분석하였다.
- 추출한 물에 밥을 넣고 잘 섞어 준 후 56℃에서 1시간 간격으로 교반하고 시간별로 당화액을 채취하여 당도, pH, 환원당을 측정하고, 4시간 동안 당화한 당화액과 밥알에 10%의 설탕을 첨가하여 15분간 끓여 주고, 121℃에서 15분간 멸균 후 —60℃에서 냉동 보관하면서 사용하였다.
대상 데이터
- 덱스트란 생성균은 서울 성동구 화양동 소재 시장에서 구입한 김치로부터 탄소원을 sucrose로 한 Difco사 MRS 배지 조성(Detroit, MI, USA)과 같게 제조한 sucrose agar 배지에 so- dium azide 0.005%(w/v)를 이용하여 배지 상에서 점질물을 생성하는 균을 선택하였으며, 탁주 효모는 시중 막걸리(장수생 막걸리, 서울탁주) 제품에서 YMPGA 배지(yeast extract 3%, malt extract: 3%, peptone: 5%, glucose: 10%, agar 2%(w/v)를 이용하여 분리 사용하였다.
- 멥쌀은 천안시에서 생산된 일반계 쌀을 사용하였고, 엿기름은 (주)청구식품에서 제조된 엿기름(대맥 70% 한국산, 소맥 30% 미국산)을 사용하였다. 설탕은 정백당(CJ, 서울)을 사용하였다.
- 멥쌀은 천안시에서 생산된 일반계 쌀을 사용하였고, 엿기름은 (주)청구식품에서 제조된 엿기름(대맥 70% 한국산, 소맥 30% 미국산)을 사용하였다. 설탕은 정백당(CJ, 서울)을 사용하였다. 식혜는 Lee & Kim(1998) 등의 방법을 다소 변형하여 사용하였다.
성능/효과
- 덱스트란 생성균과 탁주 효모를 혼합 접종하였을 경우 약 4%(w/v)의 에탄올이 생성되었다. TLC 분석 결과, 탁주 효모만 접종 했을 경우 올리고당은 생성되지 않았으며, 탁주 효모와 덱스트란 생성균의 혼합 접종 시 설탕을 48시간 안에 사용하였으며, 발효 과정 중 올리고당으로 추정되는 점적을 확인할 수 있었다. 위와 같이 덱스트란 생성균과 탁주 효모를 이용한다면 기능성 올리고당과 알코올을 생성하여 새로운 형태의 기능성 알코올 발효 음료의 생산이 가능할 것으로 보여진다.
- 가용성 고형물(°Brix)은 당화 과정이 진행되는 동안 유의적으로 증가하여, 매시간마다 약 1 °Brix 이상 증가하는 경향을 보였으며, 4시간 이후 증가폭이 감소하였고, 5시간 이후에는 0.3 °Brix만 증가하는 경향을 보였다.
- 4과 같다. 각 시료의 경우 24시간까지 적정 산도는 덱스트란 생성균과 탁주 효모 첨가 시료, 덱스트란 생성균 첨가 시료, 탁주 효모 첨가 시료 순이었으며, 24시간 이후의 NaOH 소비량의 변화는 72시간까지 큰 변화가 없었다. Kim et al(2007)은 25℃에서 팽화 미분를 이용하여 탁주를 제조하여 10일간 pH, 산도를 측정하였는데, 24시간 내에 pH가 급격히 감소 후 발효 10일까지 약간의 등락이 있을 뿐 1일 이후의 변화폭은 크지 않다고 보고하였다.
- 당화 과정이 끝나고 설탕을 첨가한 후인 발효 초기 시료의 가용성 고형물은 17.2 °Brix로, 접종 후 3시간부터 감소하였으며, 가용성 고형물의 변화는 접종 후 3～9시간까지 가용성 고형물의 감소 속도가 늦었으나, 그 이후 발효가 진행되면서 가용성 고형물은 72시간까지 지속적으로 감소하였으며, 비교한 세 가지 시료 중 변화가 가장 커서 72시간에는 가장 낮은 값을 보였다.
- 2 °Brix로, 접종 후 3시간부터 감소하였으며, 가용성 고형물의 변화는 접종 후 3～9시간까지 가용성 고형물의 감소 속도가 늦었으나, 그 이후 발효가 진행되면서 가용성 고형물은 72시간까지 지속적으로 감소하였으며, 비교한 세 가지 시료 중 변화가 가장 커서 72시간에는 가장 낮은 값을 보였다. 덱스트란 생성균 그리고 덱스트란 생성균과 탁주 효모를 식혜에 접종한 시료들의 경우 접종 후 pH는 12시간까지 빠르게 pH 3.2까지 비슷한 속도로 감소하였으며, 그후 72시간까지는 덱스트란 생성균과 탁주 효모를 같이 접종한 시료에서 더 낮은 값을 보이기는 하였지만 변화폭은 크지 않았다. 가용성 고형물은 덱스트란 생성균을 접종한 시료의 경우 0시간 때의 가용성 고형물 함량이 17.
- 덱스트란 생성균의 경우는 72시간까지 sucrose와 maltose가 남아있는 것으로 확인되어 발효 과정 동안 당의 분해가 활발히 일어나지 않는 것을 알 수 있었고, 약간의 올리고당으로 보이는 점적이 형성되는 것을 확인할 수 있었다. 덱스트란 생성균과 탁주 효모 혼합 접종 처리구에서는 sucrose의 분해가 24시간까지 이루어지는 것을 확인할 수 있었고, TLC상에서 약한 올리고당으로 보여 지는 점적을 확인할 수 있었다. 덱스트란 생성균보다는 탁주 효모가 sucrose를 더 많이 이용하는 것으로 보여지고, 탁주 효모는 발효 초기에 maltose를 거의 이용하지 않는 것으로 생각되며, 이는 덱스트란 생성균이 당화 과정을 거쳐 생성된 maltose를 탁주 효모에 앞서 이용할 수 있는 것으로 보여진다.
- 덱스트란 생성균과 탁주 효모 혼합 접종 처리구에서는 sucrose의 분해가 24시간까지 이루어지는 것을 확인할 수 있었고, TLC상에서 약한 올리고당으로 보여 지는 점적을 확인할 수 있었다. 덱스트란 생성균보다는 탁주 효모가 sucrose를 더 많이 이용하는 것으로 보여지고, 탁주 효모는 발효 초기에 maltose를 거의 이용하지 않는 것으로 생각되며, 이는 덱스트란 생성균이 당화 과정을 거쳐 생성된 maltose를 탁주 효모에 앞서 이용할 수 있는 것으로 보여진다. Rabyt JF(1995)의 연구에 의하면 젖산균은 설탕이 존재하는 환경에서 maltose를 수용체로 하여 올리고당을 형성한다고 하였다.
- 위와 같이 탁주 효모는 48시간까지 알코올 발효가 활발하게 이루어지는 것으로 보여진다. 덱스트란 생성균을 단독 접종한 식혜의 발효 중 에탄올은 생성되지 않았으며, pH나 적정 산도 결과를 고려할 때 덱스트란 생성균을 단독으로 사용할 시는 12시간까지 발효가 진행되고, 그 이후는 큰 변화가 없는 것으로 보인다. 이는 pH가 낮아짐에 따라 생육 적정 pH인 pH 5～6 이하로 낮아져(McDaniel et al 1987) 덱스트란 생성균의 성장이 늦어졌거나 당 분해 효소의 활성이 저해되어 효과적으로 발효가 일어나지 않을 것으로 판단된다.
- Ann et al(1997)의 연구 결과에 의하면 식혜에 효모를 접종하였을 때 maltose는 4일까지 남아 있으며, 올리고당은 형성되지 않은 것으로 보고하여서 본 실험과 유사한 경향을 보였다. 덱스트란 생성균의 경우는 72시간까지 sucrose와 maltose가 남아있는 것으로 확인되어 발효 과정 동안 당의 분해가 활발히 일어나지 않는 것을 알 수 있었고, 약간의 올리고당으로 보이는 점적이 형성되는 것을 확인할 수 있었다. 덱스트란 생성균과 탁주 효모 혼합 접종 처리구에서는 sucrose의 분해가 24시간까지 이루어지는 것을 확인할 수 있었고, TLC상에서 약한 올리고당으로 보여 지는 점적을 확인할 수 있었다.
- 산도의 경향성은 Kim et al(2007)은 모든 실험군에서 24시간까지 빠른 증가를 보인 후 지속적으로 산도가 증가한다고 보고하였고, Park et al(2004)은 24시간까지 빠른 증가 후 48시간까지 완만한 증가 후 8일까지 산도에 큰 변화가 없었다. 본 실험의 경우 24시간까지 적정 산도의 빠른 증가를 볼 수 있었으며, 덱스트란 생성균과 탁주 효모 혼합균 접종 시료의 약간의 증가를 빼고는 24시간 이후 산도에 큰 변화 없이 3일까지 지속되는 것을 볼 수 있어 Park et al(2004)의 경향성과 비슷한 양상을 보였다.
- 당화 과정이 진행되면서 maltose의 생성이 확인되었다. 탁주 효모의 경우는 발효 24시간 후 sucrose가 TLC상에 보이지 않는 것으로 보아 발효 과정 중 sucrose를 주로 이용하는 것을 알 수 있었으며, 72시간까지 maltose가 남아있는 것이 확인되어 72시간까지는 maltose를 이용하지 않는 것으로 보여지며, 올리고당은 형성되지 않았다. Ann et al(1997)의 연구 결과에 의하면 식혜에 효모를 접종하였을 때 maltose는 4일까지 남아 있으며, 올리고당은 형성되지 않은 것으로 보고하여서 본 실험과 유사한 경향을 보였다.
후속연구
- TLC 분석 결과, 탁주 효모만 접종 했을 경우 올리고당은 생성되지 않았으며, 탁주 효모와 덱스트란 생성균의 혼합 접종 시 설탕을 48시간 안에 사용하였으며, 발효 과정 중 올리고당으로 추정되는 점적을 확인할 수 있었다. 위와 같이 덱스트란 생성균과 탁주 효모를 이용한다면 기능성 올리고당과 알코올을 생성하여 새로운 형태의 기능성 알코올 발효 음료의 생산이 가능할 것으로 보여진다.
- Fleming et al(1983)은 산도가 높아져 젖산균의 생육이 정지되어도 효모는 계속 생육을 하여 소비하지 못한 당을 소비함으로써 당의 이용이 효과적이라고 보고하였으며, 효모가 당을 알코올로 전환시켜 젖산균의 단독 발효로 인해 생산되는 젖산량을 조절하게 되면 적정한 산도와 향미를 부여한다고 보고하였다. 위와 같이 젖산균과 효모가 설탕을 이용하여 알코올을 생성하고, 발효 시 pH의 조절, 보관 온도, 숙성 기간 등을 조절한다면 식혜를 이용한 기능성 알코올 발효 음료의 생산이 가능할 것으로 보여진다.
- Rabyt JF(1995)의 연구에 의하면 젖산균은 설탕이 존재하는 환경에서 maltose를 수용체로 하여 올리고당을 형성한다고 하였다. 이를 통하여 발효 과정 중 올리고당으로 추정되는 점적이 생성됨으로써 차후 올리고당의 생성을 정성 및 정량한다면 음료에 기능성을 부여할 수 있는 발효 방법으로 사용될 수 있는 가능성이 있다고 판단된다.
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