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문제 정의
- cerevisiae 효모를 분리하여 그 특성을 조사한 바 있다(9,15). 본 연구에서는 이들 토착형 효모를 스타터로 이용하여 캠벨얼리 포도주를 발효하면서 발효 특성을 조사하는 한편 포도주의 주질 특성을 조사하였다.
- 캠벨얼리 포도주의 품질을 개선하기 위하여 그 품종에 알맞은 포도주 효모의 개발이 시급한 실정이나 현재까지 체계적인 연구가 진행되지 못하였다. 본 연구진은 캠벨얼리 자연발효 중 효모의 변화 등을 조사하여 보고한바 있으며 캠벨얼리 포도주 효모를 개발하기 위한 일환으로 미생물의 천이현상이 일어나는 단계의 발효액으로부터 아황산 및 고농도의 당에 대해 저항성을 가진 토착형 S. cerevisiae 효모를 분리하여 그 특성을 조사한 바 있다(9,15). 본 연구에서는 이들 토착형 효모를 스타터로 이용하여 캠벨얼리 포도주를 발효하면서 발효 특성을 조사하는 한편 포도주의 주질 특성을 조사하였다.
제안 방법
- Column으로는 HP-FFAP(φ 0.25×300 mm)(Agilent Technologies Inc.)를 사용하였고 column 온도는 60℃(4 min), 210℃(6℃/min), 210℃(2 min)으로 설정하였다.
- 0 mL/min의 flow rate로 분석하였다(20,21). 각 피크의 동정은 표준품의 retention time과 비교하였고 함량은 피크의 면적으로 계산하였다.
- 여기에 포도주 발효에 유해한 미생물의 오염과 생육을 방지 하기 위하여 potassium metabisulfite의 최종농도가 200mg/L이 되도록 첨가한 후 5%(v/v) 용량의 YPD 배지에서 배양한 분리균주를 각각 접종하여 알코올 발효를 수행하였다. 발효실의 온도를 20℃로 유지하여 발효를 진행시키면서 이산화탄소의 발생이 현저히 줄고 알코올 농도가 최대치에 도달하여 더 이상 알코올 농도가 증가하지 않을 때 때발효를 종료하고 발효액을 10,000g로 원심분리하여 포도주를 제조하였다.
- 아세트알데히드, 메탄올 및 고급 알코올의 정량은 GC(6890N, Agilent Technologies Inc., Santa Clara, CA, USA)와 FID 검출기(Agilent Technologies Inc., Santa Clara, CA, USA)를 사용하여 분석하였다(21). Column으로는 HP-FFAP(φ 0.
- 제경 및 파쇄한 캠벨얼리 포도 5 kg을 10 L 발효 용기에 첨가한 다음 설탕을 가하여 당도를 24 °Brix로 조정하였다. 여기에 포도주 발효에 유해한 미생물의 오염과 생육을 방지 하기 위하여 potassium metabisulfite의 최종농도가 200mg/L이 되도록 첨가한 후 5%(v/v) 용량의 YPD 배지에서 배양한 분리균주를 각각 접종하여 알코올 발효를 수행하였다. 발효실의 온도를 20℃로 유지하여 발효를 진행시키면서 이산화탄소의 발생이 현저히 줄고 알코올 농도가 최대치에 도달하여 더 이상 알코올 농도가 증가하지 않을 때 때발효를 종료하고 발효액을 10,000g로 원심분리하여 포도주를 제조하였다.
- 우리나라 캠벨얼리 포도주의 발효 중 효모 천이단계에서 분리된 아황산 및 당 내성 토착형 효모 균주 S. cerevisiae S13과 D8 균주를 이용하여 캠벨얼리 포도주를 발효하여 그 특성을 산업용 포도주 효모 W-3 균주와 비교하였다. 토착형 효모 두 균주는 초기 발효 중 알코올 생성이 다소 지연되었으나 발효 4~5일 후부터 알코올의 생성량이 대조 균주의 경우보다 높아졌다.
- 유기산 column은 Shodex RSpak KC-811(Φ 8.0×300 mm)(Showa Denko America Inc., New York, NY, USA)을 사용하였고 column 온도는 40℃로 설정하였으며 mobile phase로는 0.1 N phosphoric acid를 사용하여 1.0 mL/min의 flow rate로 분석하였다(20,21).
- 제경 및 파쇄한 캠벨얼리 포도 5 kg을 10 L 발효 용기에 첨가한 다음 설탕을 가하여 당도를 24 °Brix로 조정하였다.
- 환원당 함량의 측정은 DNS(Dinitrosalicylic acid) 법(20)에 따라 측정하였다. 즉 시료 1.0 mL에 DNS 시약 3.0 mL를 첨가하여 95℃에서 5분간 반응시킨 다음 증류수를 21 mL를 첨가한 후 분광광도계(UV-1601, Shimazdu Co., Kyoto, Japan)를 사용하여 550 nm에서 흡광도를 측정하고 포도당 표준곡선으로부터 환원당 함량을 환산하였다. 총산은 AOAC 방법(18,19)에 따라 포도주의 술덧을 여과하여 얻은 여액을 0.
- 포도주의 가용성 고형분의 농도는 포도주 발효액을 원심 분리(10,000g, 10 min)하여 얻은 상징액을 당도계(RA250, ATAGO, Tokyo, Japan)를 사용하여 측정하였다. 알코올의 증류는 상징액 100 mL와 증류수 20 mL로 용기를 세척하여 첨가한 것을 증류하여 80 mL의 증류액을 얻었다.
- 포도주의 유기산 함량을 분석하기 위하여 발효액을 메탄올과 증류수로 활성화 시킨 Sep-pack C18 cartridge와 0.45μm membrane을 통과시킨 후 HPLC(600E, Waters, Milford, MA, USA)와 RI detector(410, Waters, Milford, MA, USA)를사용하여 분석하였다.
대상 데이터
- cerevisiae S13과 D8을 사용하였다. 대조균으로서는 시판 산업용 포도주 효모 중 무가당 농축 캠벨얼리 포도주의 제조에 가장 적합한 것으로 알려져 있는 포도주 효모 S. cerevisiae W-3을 사용하였다(11,15-17). 효모의 배양을 위하여 YPD 배지(2.
- 포도주 발효에 사용한 원료 포도는 2012년 8월에 경북 상주에서 수확한 캠벨얼리 포도 상품을 구입하여 -20℃에서 냉동 보관하면서 사용하였다. 본 실험에 사용한 균주로는 경북대학교 식품공학부 미생물공학실에 보관중인 S. cerevisiae S13과 D8을 사용하였다. 대조균으로서는 시판 산업용 포도주 효모 중 무가당 농축 캠벨얼리 포도주의 제조에 가장 적합한 것으로 알려져 있는 포도주 효모 S.
- 포도주 발효에 사용한 원료 포도는 2012년 8월에 경북 상주에서 수확한 캠벨얼리 포도 상품을 구입하여 -20℃에서 냉동 보관하면서 사용하였다. 본 실험에 사용한 균주로는 경북대학교 식품공학부 미생물공학실에 보관중인 S.
- 포도주의 관능검사는 색, 맛, 향 및 전반적인 기호에 대하여 경북대학교 식품공학과 학생 중 본 실험에 관심 있는 관능요원 20명을 선정하였다. 최고 5점, 최저 1점으로 5단계 기호도 척도법으로 실시하였다(22).
데이터처리
- abcMeans scores within a row followed by the same superscript are not significantly different at 5% level using Duncan's multiple range test.
- 모든 데이터는 SAS 통계처리를 이용한 분산분석(ANOVA)과 Duncan의 다중 비교 분석법으로 유의성을 검증하였다(23).
이론/모형
- , Kyoto, Japan)를 사용하여 550 nm에서 흡광도를 측정하고 포도당 표준곡선으로부터 환원당 함량을 환산하였다. 총산은 AOAC 방법(18,19)에 따라 포도주의 술덧을 여과하여 얻은 여액을 0.1 N NaOH로 적정 하여 주석산으로 환산하였으며 pH는 pH 미터(340, Mettler Toledo Co., Schwerzenbach, Germany)를 이용하여 측정하였다.
- 여기에 증류수를 첨가하여 100 mL로 정용한 액의 알코올 농도를 주정계로 측정한 후 Gay Lussac 표를 이용해 15℃로 온도 보정하여 환산하였다(18,19). 환원당 함량의 측정은 DNS(Dinitrosalicylic acid) 법(20)에 따라 측정하였다. 즉 시료 1.
성능/효과
- Sensory evaluation was conducted by ten members of panel using scoring difference test and sensory scores were 5, excellent ; 3, fair ; 1, very poor.
- 9 mg/L로서 가장 낮게 나타났다. Tartaric acid의 함량은 D8, S13, W-3 포도주의 순으로, citric acid의 함량은 S13, D8, W-3 포도주의 순으로 높게 나타났다. 특히 S13 포도주의 경우 citric acid 함량이 127.
- 3 mg/L보다 낮게 나타났다. iso-Butanol의 함량은 S13 포도주가 93.1 mg/L, D8 포도주가 105.1 mg/L로서 모두 W-3 포도주의 123.8 mg/L에 비하여 낮게 나타났으며 n-propanol 과 iso-amyl alcohol의 함량은 세 균주로 발효하여 제조한 포도주에서 서로 큰 차이가 없었다. 간 독성, 발암성 등사람의 건강에 나쁜 영향을 미치는 아세트알데히드의 함량이 토착형 효모로 제조한 포도주에서 다소 높게 나타났으나 식품공전상의 기준치인 700 mg/L의 3.
- 가용성 고형분의 변화는 초기 24 °Brix에서 급격히 감소하는 현상을 나타내었으며 특히 대조균주 W-3에 의해 가용성 고형분의 함량이 가장 빠르게 감소하였고 균주 S13과 D8의 경우 가용성 고형분 함량이 발효 1일 동안 감소폭이 낮았으나 그 후부터 대조균주 W-3과 거의 유사한 속도로 감소하는 현상을 나타내었다.
- 8 mg/L에 비하여 낮게 나타났으며 n-propanol 과 iso-amyl alcohol의 함량은 세 균주로 발효하여 제조한 포도주에서 서로 큰 차이가 없었다. 간 독성, 발암성 등사람의 건강에 나쁜 영향을 미치는 아세트알데히드의 함량이 토착형 효모로 제조한 포도주에서 다소 높게 나타났으나 식품공전상의 기준치인 700 mg/L의 3.6~4.3% 수준이었다. 과량을 섭취할 경우 시신경을 마비시키거나 심하면 생명에치명적으로 작용할 수 있는 메탄올의 함량은 토착형 효모 포도주에서 매우 낮게 나타나 W-3 포도주의 약 72%로서 식품공전상의 기준치인 1,000 mg/L의 약 11% 수준을 나타내었다(28).
- n-Propanol과 iso-amyl alcohol의 함량에는 W-3 포도주와큰 차이가 없었으나 iso-butanol의 함량이 W-3 포도주보다 다소 낮게 나타났다. 관능검사 결과 토착형 효모 포도주는 색, 향, 맛, 전반적 기호도에서 모두 W-3 포도주에 비하여 높은 점수를 얻었으며 특히 색에 있어서는 D8 포도주가 3.66점, 향에 있어서는 S13 포도주가 3.42점으로서 W-3 포도주의 색 3.08, 향 2.92보다 매우 높은 점수를 얻었다.
- 발효 중 총산의 함량은 대조균주 W-3의 경우 발효 2일까지 다른 균주들에 비하여 다소 빠르게 증가하였으나 그 이후에는 거의 유사한 수준을 나타내었다. 균주 S13과 D8은 발효 4일까지 다소 느리게 증가하는 현상을 나타내었으나 4일 후 최고점인 0.73~0.75%의 수준을 나타내었으며 이후부터 발효가 종료될 때까지 대조균주 W-3의 0.70%보다 산도가 다소 높게 일정하게 유지되었다. 일반적으로 포도주의 총산 함량은 0.
- 1과 같다. 대조균주로 사용한 W-3 균주를 포함하여 세 균주 모두 알코올을 잘 생산하였으며 발효 5일 후에 거의 최대값에 도달하였다. 균주 S13과 D8의 경우 대조균주 W-3보다 초기발효에 있어서 알코올 생성이 다소 지연되는 현상을 나타내었으나 발효 4~5일후부터 알코올 생성량이 대조균주 W-3보다 높았다.
- 토착형 효모 두 균주는 초기 발효 중 알코올 생성이 다소 지연되었으나 발효 4~5일 후부터 알코올의 생성량이 대조 균주의 경우보다 높아졌다. 발효 종료 후 S13 포도주는 12.6%, D8 포도주는 13.2%로서 대조균주 W-3 포도주의 12.0%보다 높은 알코올 함량을 나타내었다. 발효 후 제성한 적포도주의 잔존 가용성 고형분의 함량, pH 등에는 큰 차이가 없었지만 S13 포도주와 D8 포도주는 총산 및 malic acid, lactic acid 함량이 높게 나타났다.
- 균주 S13과 D8의 경우 대조균주 W-3보다 초기발효에 있어서 알코올 생성이 다소 지연되는 현상을 나타내었으나 발효 4~5일후부터 알코올 생성량이 대조균주 W-3보다 높았다. 발효 종료시점인 8일 후의 알코올 함량은 S13 포도주가 12.6%, D8 포도주가 13.2%로서 대조균주 W-3 포도주의 12.0%보다 높게 나타났다.
- 0%보다 높은 알코올 함량을 나타내었다. 발효 후 제성한 적포도주의 잔존 가용성 고형분의 함량, pH 등에는 큰 차이가 없었지만 S13 포도주와 D8 포도주는 총산 및 malic acid, lactic acid 함량이 높게 나타났다. 특히 lactic acid 함량에 있어서 W-3 포도주에 비하여 S13 포도주는 8.
- Citric acid는 식품에서 산미료로 주로 사용되는 유기산으로서 포도주의 산미를 높이기 위해 포도주에 일부 첨가되기도 하나 유럽연방의 경우에는 포도주에 있어서 citric acid의 첨가가 금지되어 있다. 본 연구의 결과 S13과 D8 포도주의 경우 W-3 포도주보다 citric acid의 함량이 높은 것은 흥미로운 일이라 하겠다.
- cerevisiae S13과 D8 균주를 이용하여 캠벨얼리 포도주를 발효하여 그 특성을 산업용 포도주 효모 W-3 균주와 비교하였다. 토착형 효모 두 균주는 초기 발효 중 알코올 생성이 다소 지연되었으나 발효 4~5일 후부터 알코올의 생성량이 대조 균주의 경우보다 높아졌다. 발효 종료 후 S13 포도주는 12.
- 0배의 높은 수준을 나타내었다. 토착형 효모 포도 주는 W-3 포도주보다 아세트알데히드 함량이 다소 높았으나 매우 낮은 메탄올 함량을 나타내어 W-3 포도주의 72%, 식품공전상 기준치의 약 11% 수준을 나타내었다. n-Propanol과 iso-amyl alcohol의 함량에는 W-3 포도주와큰 차이가 없었으나 iso-butanol의 함량이 W-3 포도주보다 다소 낮게 나타났다.
- 유럽계 포도로 제조한 시판 적포도주 색도에 관한 연구에 의하면 L 값은 55~75, a 값은 20~40, b 값은 10~28의 범위를 나타낸다고 보고된 바 있다(34). 토착형 효모로 발효한 포도주의 L 값은 S13 포도주가 25.85, D8 포도주가 28.4 로서 W-3 포도주보다 다소 낮게 나타났으며 유럽계 포도로 제조한 적포도주의 L 값에 비하여 매우 낮은 수치를 나타내었다. Lee 등(35)에 의해 발효 후 우리나라 캠벨얼리 포도주의 경우에는 L 값이 약 29.
- 주요 고급 알코올로는 iso-amyl alcohol, iso-butanol 및 n-propanol 등으로 이들 각각의 성분은 매우 독특한 냄새와 휘발성으로 인하여 포도주와 같이 알코올 농도가 낮은 알코올성 음료에는 flavor나 body에 결정적인 영향을 미치는 중요한 구성성분이다(1). 토착형 효모로 제조한 포도주의 경우 n-propanol과 iso-amyl alcohol의 함량에는 W-3 포도주와 큰 차이가 없었으나 iso-butanol의 함량이 W-3 포도주보다 다소 낮게 나타났다. Romano 등(33)에 의하면 포도주의 고급 알코올 함량은 원료 포도의 품종 및 재배 지역뿐만 아니라 포도주 발효에 관여하는 효모의 종류에 따라서도 크게 달라진다.
후속연구
- 일반적으로 캠벨얼리 포도주에는 약 2,400 mg/L의 malic acid와 약 3,000 mg/L의 tartaric acid와 약 500 mg/L의 lactic acid가 함유되어 있는 것으로 알려져 있다(27). 본 연구의 결과 토착형 효모 S13 포도주와 D8 포도주의 malic acid와 tartaric acid의 함량이 일반적인 캠벨얼리 포도주에 비하여 매우 낮게 나타났으며 lactic acid의 함량은 높게 나타나 이에 관하여는 좀 더 연구해야 할 과제이다.
- 4%가 향을 중요한 요인으로 지적한 바 있다. 본 연구의 결과 토착형 효모로 제조한 포도주가 모든 항목에서 W-3 포도주보다 높은 점수를 얻었으며 특히 균주 S13으로 발효한 포도주가 향에서 매우 높은 점수를 얻었기에 이 균주에 대하여는 좀 더 연구해야할 과제이다.
- 적포도주에서는 적색색소가 침강, 퇴색, 갈변이 되며 갈변은 주로 polyphenol성 물질의 산화로 일어난다(36). 이러한 결과로서 다양한 형태의 적포도주들이 발전되어 왔으며 본 연구에서 얻은 적포도주의 색도는 기존 외국의 적포도주와는 상이한 독특한 적포도주의 개발 가능성을 시사하고 있다.
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