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문제 정의
- 이 두 균주는 모두 아황산 및 고농도의 당에 대해 저항성을 가지고 있으며 캠벨얼리 포도주에 있어서 S13은 향과 색, D8은 색에 있어서 대조균주인 W-3보다 우수한 결과를 나타내었다(14). 본 연구에서는 이들 토착형 효모를 스타터로 이용하여 우리나라 포도 품종 중 가장 포도주 양조적성이 우수한 것으로 알려진(15) Muscat Bailey A(MBA) 포도를 발효하면서 발효 특성을 조사하는 한편 포도주의 주질 특성을 조사하였다.
- 본 연구진은 국산 포도의 발효에 적합한 포도주 효모를 개발하기 위한 일환으로 국산 포도의 자연발효 중 효모의 변화 등을 조사하고 미생물의 천이현상이 일어나는 단계의 발효액으로부터 토착형 S. cerevisiae S13과 D8 효모를 분리한 바 있다. 이 두 균주는 모두 아황산 및 고농도의 당에 대해 저항성을 가지고 있으며 캠벨얼리 포도주에 있어서 S13은 향과 색, D8은 색에 있어서 대조균주인 W-3보다 우수한 결과를 나타내었다(14).
제안 방법
- Column으로는 HP-FFAP(φ 0.25 mm×30 m)(Agilent Technologies Inc.)를 사용하였고 column 온도는 60℃(4 min), 210℃(6℃/min), 210℃(2 min)으로 설정 하였다.
- 0 mL/min의 flow rate로 분석하였다(18,19). 각 피크의 동정은 표준품의 retention time과 비교하였고 함량은 피크의 면적으로 계산 하였다.
- 관능검사를 위하여 경북대학교 대학원 식품공학과 학생중 본 실험에 관심 있는 학생 20명을 관능요원으로 선정하여 포도주의 관능적 요소를 잘 인지하도록 반복 훈련시킨 후 검사방법과 평가 특성을 설명하였다. 효모 균주를 달리한 포도주는 알코올 발효 후 원심 분리하여 얻은 포도주를 16시간 냉장 보관한 후 제공하였다.
- 효모 균주를 달리한 포도주는 알코올 발효 후 원심 분리하여 얻은 포도주를 16시간 냉장 보관한 후 제공하였다. 기호도의 평가항목은색(color), 맛(taste), 향(flavor) 및 전반적인 기호(overall preference)에 대하여 5단계 기호도 척도법으로 실시하였다 (20). 이때 관능평점은 5, 대단히 좋다(very good); 4, 약간 좋다(good); 3, 보통이다(fair); 2, 약간 나쁘다(poor); 1, 아주 나쁘다(very poor)로 하였다.
- 발효가 끝난 발효액은 원심분리기(Supra 22K, Hanil Science Industrial Co., Incheon, Korea)를 사용하여 10,000×g로 10분간 원심분리한 후 침전물을 제거하고 포도주를 제조하였다.
- 아세트알데히드, 메탄올 및 고급 알코올의 정량은 GC(Model 6890N, Agilent Technologies Inc., Santa Clara, CA, USA)와 FID 검출기(Agilent Technologies Inc.)를 사용하여 분석하였다(19). Column으로는 HP-FFAP(φ 0.
- 알코올의 증류는 상징액 100 mL와 증류수 20 mL로 용기를 세척하여 첨가한 것을 증류하여 80 mL의 증류액을 얻었다. 여기에 증류수를 첨가하여 100 mL로 정용한 액의 알코올 농도를 주정계로 측정한 후 Gay Lussac 표를 이용해 15℃로 온도 보정하여 환산하였다(16,17). 환원당 함량의 측정은 DNS(dinitrosalicylic acid) 법(18)에 따라 측정하였다.
- 제경 및 파쇄한 MBA 포도 5 kg을 10 L 발효 용기에 첨가한 다음 설탕을 가하여 당도를 24 °Brix로 조정하였다. 여기에 포도주 발효에 유해한 미생물의 오염과 생육을 방지하기 위하여 potassium metabisulfite의 최종농도가 200mg/L이 되도록 첨가한 후 총 담금액 용량에 대하여 5%(v/v) 용량의 YPD 배지에서 배양하여 얻은 효모 균체를 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 발효를 종료하였다.
- 우리나라 캠벨얼리 포도주의 발효 중 효모 천이단계에서 분리된 당 내성 토착형 효모 균주 S. cerevisiae S13과 D8 균주로 MBA 포도주를 발효하여 그 특성을 산업용 포도주 효모 W-3 균주와 비교하였다. 토착형 효모 두 균주의 경우 발효초기 가용성 고형분의 감소 및 알코올 생성이 다소 지연되었으나 발효 종료 후 D8 포도주는 12.
- 제경 및 파쇄한 MBA 포도 5 kg을 10 L 발효 용기에 첨가한 다음 설탕을 가하여 당도를 24 °Brix로 조정하였다.
- 환원당 함량의 측정은 DNS(dinitrosalicylic acid) 법(18)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(16,17)에 따라 포도주의 술덧을 여과하여 얻은 여액을 0.
- 포도주의 가용성 고형분의 농도는 포도주 발효액을 원심 분리(10,000×g, 10 min)하여 얻은 상징액을 당도계(RA250, ATAGO, Tokyo, Japan)를 사용하여 측정하였다.
- 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)를 사용하여 분석하였다.
대상 데이터
- 포도주 발효에 사용한 원료 포도는 2012년 9월에 경북 영천에서 수확한 MBA 포도 상품을 구입하여 -20℃에서 냉동 보관하면서 사용하였다. 본 실험에 사용한 균주로는 경북대학교 식품공학부 미생물공학실에 보관중인 S. cerevisiae S13, D8 및 W-3를 사용하였다(14). 대조균으로 사용한 W-3 균주는 시판 산업용 포도주 효모 중 무가당 포도주의 제조에 적합한 것으로 알려져 있다(15).
- 포도주 발효에 사용한 원료 포도는 2012년 9월에 경북 영천에서 수확한 MBA 포도 상품을 구입하여 -20℃에서 냉동 보관하면서 사용하였다. 본 실험에 사용한 균주로는 경북대학교 식품공학부 미생물공학실에 보관중인 S.
데이터처리
- 모든 데이터는 SAS 통계처리(SAS Inc., Cary, NC, USA)를 이용한 분산분석(ANOVA)과 Duncan의 다중 비교 분석 법으로 유의성을 검증하였다(21).
이론/모형
- , Kyoto, Japan)를 사용하여 550 nm에서 흡광도를 측정하고 포도당 표준곡선으로부터 환원당 함량을 환산하였다. 총산은 AOAC 방법(16,17)에 따라 포도주의 술덧을 여과하여 얻은 여액을 0.1 N NaOH로 적정 하여 주석산으로 환산하였으며 pH는 pH meter(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(16,17). 환원당 함량의 측정은 DNS(dinitrosalicylic acid) 법(18)에 따라 측정하였다. 즉 시료 1.
성능/효과
- 토착형 효모 균주 S13과 D8로 발효하여 제조한 MBA 포도주의 색도를 조사한 결과는 Table 3과 같다. L 값은 S13 포도주가 26.34, D8 포도주가 26.71로서 W-3 포도주의 27.19보다 다소 낮게, a 값은 S13 포도주가 44.71, D8 포도주가 43.79로서 W-3 포도주의 46.73보다 다소 낮게 나타났으며 b 값은 S13 포도주가 11.43, D8 포도주가 9.35로서 W-3 포도주의 16.34보다 매우 낮게 나타났다. 일반적으로 Vitis vinefera에 속하는 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(37).
- 실험에 사용한 포도로 제조한 포도즙의 유기산 함량과 발효가 끝난 후 포도주에서 나타난 유기산의 조성 및 각 유기산의 함량을 조사한 결과는 Table 1과 같다. Malic acid의 함량은 D8 포도주가 189.1 mg/L로서 가장 높았으며 S13 포도주는 131.0 mg/L로서 D8 포도주는 W-3 포도주의 182.2 mg/L와 유사한 수준을 나타내었으나 S13 포도주는 W-3 포도주의 약 71.9% 수준으로 매우 낮게 나타났다. 포도즙의 경우 5,007 mg/L으로 매우 높았으나 발효에 의해 malic acid 가 상당량이 분해되었으며 특히 S13 균주는 그 분해력이 높은 것으로 생각되었다.
- Sensory evaluation was conducted by ten members of panel using scoring difference test and sensory scores were 5, excellent ; 3, fair ; 1, very poor.
- 발효 중총산의 함량은 대조균주 W-3의 경우 발효 1일 후까지 증가 하여 다른 균주들에 비해 다소 높았으나 그 이후부터 발효 종료 시까지 거의 일정한 수준을 나타내어 다른 균주들에 비하여 낮은 값을 유지하였다. 균주 S13과 D8은 발효 4일까지 다소 느리게 증가하여 4일~5일 후 최고점인 0.85~0.88% 의 높은 수준을 나타내었으나 이후부터 다소 감소하여 발효가 종료된 8일후에는 S13 포도주가 0.82%, D8 포도주가 0.80%로서 대조균주 W-3의 0.72%보다 총산의 함량이 다소 높게 나타났다. Lamikanra(25)에 의하면 포도에 0.
- 1%의 낮은 수준을 나타내었다. 또한 색도를 나타내는 L, a, b 값은 S13, D8 포도주 모두에서 W-3포도주보다 낮게 나타났으며 관능평가 결과 색에 있어서 S13 포도주가 W-3 포도주보다 다소 높은 점수를 얻었으나 통계적으로 유의적인 차이는 보이지 않았다.
- 발효 종료 후 잔존 가용성 고형분 함량은 약 7.0~7.1°Brix이었으며 최종 알코올 농도는 D8의 경우 12.4%로서 W-3의 12.0% 보다도 다소 높게 나타났으나 S13의 경우 11.8%로서 거의 유사한 수준을 나타내었다.
- 8%로서 거의 유사한 수준을 나타내었다. 발효 종료 후의 잔존 환원당 함량은 0.07~0.10%로서 세 균주 모두 발효가 잘 이루어졌으며(data not shown) D8 포도주의 경우 가용성 고형분에 대한 알코올 생성비는 알코올 부피를 기준으로 약 52.1%로서 이론적 최대 수치인 59.0%에 근접한 양의 알코올을 생산하였음을 알 수 있었다(14). 본 연구에서 사용한 S13과 D8 균주는 캠벨얼리 포도주 발효에서 모두 대조균주인 W-3보다도 다소 높은 알코올 생성력을 보인 바 있다(14).
- 66%로서 캠벨얼리의 경우보다 다소 높은 수준을 나타내었으나(14) 일반적인 포도의 총산 함량보다 낮게 나타났다(23,24). 발효 중총산의 함량은 대조균주 W-3의 경우 발효 1일 후까지 증가 하여 다른 균주들에 비해 다소 높았으나 그 이후부터 발효 종료 시까지 거의 일정한 수준을 나타내어 다른 균주들에 비하여 낮은 값을 유지하였다. 균주 S13과 D8은 발효 4일까지 다소 느리게 증가하여 4일~5일 후 최고점인 0.
- 76으로서 캠벨얼리 보다는 다소 높았으며(14) 세 균주 모두 초기발효 중 다소 감소하였다가 발효가 진행되면서 다시 pH가 증가하는 현상을 나타내었다. 발효기간 중 세 균주 간에 큰 차이는 없었으나 균주 D8, S13, W-3의 순으로 pH가 다소 높게 유지되었으며 발효 종료시점인 8일 후에는 W-3 포도주가 3.62, S13 포도주가 3.70, D8 포도주는 3.74를 나타내었다. 발효 전모든 시험구에서 머스트의 총산 함량은 0.
- 여기에 포도주 발효에 유해한 미생물의 오염과 생육을 방지하기 위하여 potassium metabisulfite의 최종농도가 200mg/L이 되도록 첨가한 후 총 담금액 용량에 대하여 5%(v/v) 용량의 YPD 배지에서 배양하여 얻은 효모 균체를 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 발효를 종료하였다. 발효가 끝난 발효액은 원심분리기(Supra 22K, Hanil Science Industrial Co.
- 0%에 근접한 양의 알코올을 생산하였음을 알 수 있었다(14). 본 연구에서 사용한 S13과 D8 균주는 캠벨얼리 포도주 발효에서 모두 대조균주인 W-3보다도 다소 높은 알코올 생성력을 보인 바 있다(14). 본 연구에서 사용한 토착형 효모 균주 D8가 W-3보다도 다소 높은 알코올 함량을 나타낸 것은 이 균주가 우리나라에서 재배하고 있는 포도로부터 분리된 것으로서(22) MBA 포도주의 제조에 잘 적응하여 대조균주 W-3보다 다소 높은 알코올을 생산한 것으로 추정된다.
- 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(29). 본 연구의 결과 토착형 효모 S13 포도주와 D8 포도주의 malic acid와 tartaric acid의 함량이 일반적인 국산 포도주에 비하여 매우 낮게 나타났다. 포도주의 lactic acid 함량은 발효 또는 숙성 중 증가하기도 하지만 citric acid는 주로 포도 원료로부터 유래하며 포도주의 종류에 따라 500~1,000 mg/L의 농도로 존재한다(26).
- 9% 수준으로 매우 낮았다. 아세트알데히드, 메탄올, 프로판올, 이소프로판올, 이소아밀알코올 등의 함량 역시 D8 포도주와 S13 포도주 모두가 W-3 포도주보다 매우 낮게 나타났다. 특히 메탄올의 함량은 S13 포도주가 98.
- 이들 각각의 성분은 매우 독특한 냄새와 휘발성으로 인하여 포도주와 같이 알코올 농도가 낮은 알코올성 음료에는 flavor나 body에 결정적인 영향을 미치는 중요한 구성성분으로서 유기산과 다양한 ester를 형성하여 와인의 숙성된 향에 기여하기도 하지만 과량으로 존재할 경우 숙취의 원인이 되는 물질로 알려져 있다(2). 이소아밀알코올의 함량은 D8 및 S13 포도주가 각각 527.3 mg/L, 583.8 mg/L로서 모두 W-3 포도주의 810.2 mg/L에 비하여 매우 낮게, 이소부탄올의 함량은 D8및 S13 포도주가 각각 59.5 mg/L, 85.8 mg/L로서 모두 W-3 포도주의 175.1 mg/L에 비하여 매우 낮게 나타났다. 또한 프로판올의 함량 역시 D8 및 S13 포도주가 각각 41.
- 토착형 효모로 제조한 MBA 포도주 시료의 색, 향, 맛, 전반적인 기호도에 대한 관능검사 결과는 Table 4와 같다. 토착형 효모 균주 S13으로 제조한 MBA 포도주의 경우 색에서 대조균주인 W-3으로 제조한 포도주보다 우수한 점수를 얻었으나 유의적인 차이는 없었으며 D8로 제조한 포도주의 경우 W-3 포도주와 유사한 수준의 점수를 얻었다. 그러나 향, 맛, 전반적인 기호도에 있어서는 S13 및 D8 균주로 발효한 MBA 포도주의 경우 W-3 균주로 제조한 포도주보다 다소 낮거나 유사한 수준의 점수를 얻었다.
- cerevisiae S13과 D8 균주로 MBA 포도주를 발효하여 그 특성을 산업용 포도주 효모 W-3 균주와 비교하였다. 토착형 효모 두 균주의 경우 발효초기 가용성 고형분의 감소 및 알코올 생성이 다소 지연되었으나 발효 종료 후 D8 포도주는 12.4%, S13 포도주는 11.8%로서 대조균주 W-3 포도주의 12.0%와 알코올 함량이 유사하거나 다소 높았다. Malic acid의 함량의 경우 D8 포도주는 W-3 포도주와 유사한 수준을 나타내었으나 S13 포도주는 W-3 포도주의 약 71.
후속연구
- cerevisiae Fermivin, EC-1118, OC2, W-3 등 약 150주이상의 우량 포도주 효모 균주가 산업화되어 시판되고 있다 (8,9). 따라서 국산 포도주의 품질을 개선하기 위하여 우리나라 기후와 토양에 알맞은 양조용 포도 품종을 개량하는 한편 그 품종에 알맞은 포도주 효모의 개발 등 다양한 연구가 필요하나 현재까지 체계적이고 조직적인 연구가 진행되지 못하였다.
- 7%의 빈도로 검출된 바 있다(31). 본 연구에서 사용한 S. cerevisiae S13과 D8 균주는 대조균주인 W-3 보다 다소 발효가 지연되는 현상을 보여(Fig. 1) 이 시기에 citric acid를 생산하는 미생물들이 증식하였을 가능성이 있으나 이에 대하여는 좀 더 연구해야 할 과제이다.
- 적포도주에서는 적색색소가 침강, 퇴색, 갈변이 되며 갈변은 주로 polyphenol성 물질의 산화로 일어나기 때문에 이러한 결과를 토대로 하여 다양한 형태의 적포도주들이 발전되어 왔다(39). 본 연구에서 얻은 적포도주의 색도는 기존 외국의 적포도주와는 상이한 독특한 적포도주의 개발 가능성을 시사하고 있다.
- 일반적으로 Vitis vinefera에 속하는 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(37). 본 연구에서 제조한 MBA 포도주는 유럽계 포도로 제조한 적포도주의 L 값에 비하여 매우 낮은 수치를 나타내었으나 우리나라 캠벨얼리 포도주의 L 값인 약 29.1과 유사하였으며 발효 직후의 캠벨얼리 적포도주는 L 값이 외국의 포도주에 비하여 낮지만 오크통 숙성 중에 48.1로 증가한 예가 있어(38) 숙성에 의한 색도의 변화에 관하여는 좀 더 연구해야할 과제이다. 포도주를 평가할 때 중요한 항목 중의 하나인 색도는 품질을 평가해 주는 요소이기도 하지만 양조과정중 색도의 변화는 발효과정 혹은 숙성정도를 예측할 수 있는 지표가 되기도 한다.
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