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문제 정의
- oryzae CF1001, Asp. acidus CF1005의 7가지 균주 각각을 이용하여 제조한 starter와 이 균주들을 혼합한 starter를 이용한 당화물의 제조에 관한 기초 자료와 일반 성분을 검토 함으로써 혼합곡물을 이용한 기능성 식품 개발을 위한 기초 자료를 제시하였다.
- oryzae CF1001, Asp. acidus CF1005의 7가지 균주와 이 균주들의 당화 활성 향상 가능성을 시험하기 위한 혼합 균주를 이용하여 잡곡 및 쌀을 활용한 당화 혼합곡물 음료의 개발 조건을 탐색하고, 균주에 따라 제조된 당화 혼합곡물 음료의 일반 성분을 검토 함으로써, 당화 혼합곡물 음료 개발의 기초 자료를 확보하고자 하였다.
- 본 연구에서는 다양한 발효균 starter를 이용한 당화 혼합 곡물 음료 개발의 가능성을 확인하고자 하였다. 혼합곡물의 수분 흡수 지수를 측정한 결과, 쌀 60분, 차조 120분, 기장 120분, 메밀 120분, 수수 180분으로 나타났다.
제안 방법
- 2와 같다. 각각의 곡물에서 시간당 수분 흡수 지수 차이가 0.2% 이하가 되는 시점을 최적 팽윤 시간으로 설정하였다. 즉, 15℃ 침수 시 최적 시간은 쌀 60분, 차조 120분, 기장 120분, 메밀 120분, 수수 180분으로 확인되었다.
- 당화 혼합곡물 음료의 점도는 점도계(RV. DV-Ⅱ Pro Viscometer, Brookfield, MA, USA)의 spindle 2번 및 3번으로 200rpm에서 2회전하여 측정하였다.
- 당화기간 중 3시간마다 시료를 채취하여, micro centrifuge를 이용해 13,000 rpm에서 5분간 원심분리한 다음, 굴절 당도계(Master-M, Atago Co, Ltd., Tokyo, Japan)를 사용하여 여액의 °Brix를 측정하였다.
- 당화력은 2% 가용성 전분 용액을 기질로 하여 국세청 주류 분석 규정(National Tax Service Liquors Licence Aid Center. 2011)에 따른 SP(Saccharogenic power)와 일본 국세청 주류 분석 규정(The Brewing Society of Japan 1993)에 따른 glucoamylase의 활성을 측정하여 비교하였다. 당화력은 기질용액을 55℃에서 1시간 효소 반응시킨 다음, 생성된 환원당의 양을 Lane-Eynone 법으로 측정하여 기질의 당화율이 15% 되는 범위에서 희석배수를 곱하여 산출하였다(Baek et al 2010).
- 가용성 고형분의 증가는 발효 미생물의 amylase 작용에 의한 것으로 Kim et al (1999)은 발효 온도의 증가와 발효 시간의 경과는 가용성 고형분을 증가시킨다고 보고하였다. 본 실험은 발효 시간에 따른 당화에 의한 당화 혼합곡물 음료의가용성 고형분 함량 변화를 Table 1과 같이 관찰하였다. 당화가 진행되는 과정에서 모든 음료의 가용성 고형분 함량이 유의성 있게 증가하는 것으로 나타났으며, A, C, G sample의 가용성 고형분 함량이 높게 측정되었다.
- 유리아미노산을 분석하기 위해 시료를 1 g씩 정확히 칭량하여, 삼각플라스크에 넣고 80% ethanol 용액을 100 mL 가한 후, 약 24시간 진탕 추출하고, 그 추출물을 감압 여과하여, 45℃ water bath에서 감압 농축한 후 0.2 M lithium citrate buffer(pH 2.2) 용액 5 mL로 정용하고, Sepak C18 처리한 후 0.45 µm membrane filter로 여과하여, Automatic amino acid analyzer(Biochrom-30, Biochrom, Cambridge, UK)로 분석하였다.
- Lee et al (2001)의 연구에 의하면, 수분 흡수 지수에 영향을 미치는 요소로 전분 및 단백질 함량과 입도 등이 제시되었는데, 이 실험에 사용된 잡곡 종류별 고유 크기와 전분 함량이 침수에 의한 수분 흡수 지수의 차이를 만든 것으로 생각된다. 이 실험 결과를 바탕으로 이후 실험에서 당화 혼합곡물 음료의 제조를 위한 원료 침지 시 수수 침지 60분 후 차조, 기장, 메밀을 동시에 추가하고, 60분간 침지하고, 쌀을 세 번째로 추가하여 60분간 침지한 다음, 탈수 공정을 실시하였다.
- 이후 백미를 추가하여 1시간 더 침미하여 준비하였다. 준비된 곡물은 1시간 탈수시킨 후 115℃에서 45분간 증자하였고, 60℃로 냉각한 후, 원료량의 3배의 증류수와 원료량의 0.2% 종균을 각각 첨가하여 53℃에서 24시간 동안 당화 효소의 활성을증가시켰다. 당화기간 중 3시간마다 시료를 채취하여, micro centrifuge를 이용해 13,000 rpm에서 5분간 원심분리한 다음, 굴절 당도계(Master-M, Atago Co, Ltd.
- 당화 혼합곡물 음료의 제조는 전보(Lee et al 2013)와 같이 진행하여 준비하였다. 즉, 곡물은 총 무게가 3 kg이 되도록 쌀 70%, 메밀과 조는 10%, 기장과 수수는 5%씩 계량하여 준비한 후, 수수를 1시간 동안 증류수를 이용하여 침미하였고, 차조와 기장, 메밀을 혼합하여 1시간을 더 침미시킨다. 이후 백미를 추가하여 1시간 더 침미하여 준비하였다.
- 제조된 당화 혼합곡물 음료의 일반 성분은 AOAC(Association of Official Analytical Chemists 1990)방법에 준하여 측정하였다. 즉, 수분 함량은 105℃에서 상압 건조 후 함량을 측정하여 산출하였고, 조단백질은 micro-Kjeldahl 법, 조지방은 Soxhlet 추출 장치로 추출하여 측정하며, 조회분은 550℃직접 회화법으로 3회 반복하여 측정하였다. 탄수화물은 전체 100%에서 수분, 조단백질, 조지방과 조회분 함량을 제외한 값으로 계산하였다.
- 혼합 곡물의 수분 흡수 지수(water absorbtion index, WAI)는 Choi et al(2012)의 방법을 변형하여 실험하였다. 즉, 분쇄하지 않은 각각의 곡물 100 g을 물 200 mL를 사용하여 동일한 조건으로 시료가 충분히 잠기도록 침지하고, 30분마다 탈수한 다음, micro centrifuge(Micro 17R, Hanil, Incheon)를 이용하여 4,000 rpm에서 15분간 원심분리하였다.
대상 데이터
- 당화 혼합곡물 음료의 제조는 전보(Lee et al 2013)와 같이 진행하여 준비하였다. 즉, 곡물은 총 무게가 3 kg이 되도록 쌀 70%, 메밀과 조는 10%, 기장과 수수는 5%씩 계량하여 준비한 후, 수수를 1시간 동안 증류수를 이용하여 침미하였고, 차조와 기장, 메밀을 혼합하여 1시간을 더 침미시킨다.
- 실험에 이용된 5가지 곡물 중 백미는 철원 친환경영농조합법인에서, 메밀은 봉평 메밀, 조와 수수, 기장은 두보식품(서울)에서 공급 받았으며, 발효균은 충무발효(울산) 및 농촌 진흥청에서 공급받았다.
데이터처리
- Different superscripts at the same column(a∼h) indicate significant differences(p<0.05) by Duncan’s multiple range test.
- Different superscripts at the same row(a∼g) indicate significant differences(p<0.05) by Duncan’s multiple range test.
- 실험에서 얻어진 결과의 통계적 유의성은 SPSS(statistical package for social sciences, Version 10.0, Chicago, USA) program을 이용하여 평균±표준편차로 표시하였고, One-way ANOVA test 후에 Duncan’s multiple range test에 의해 p<0.05수준에서 각 실험군 간의 유의성을 검증하였다.
이론/모형
- 2011)에 따른 SP(Saccharogenic power)와 일본 국세청 주류 분석 규정(The Brewing Society of Japan 1993)에 따른 glucoamylase의 활성을 측정하여 비교하였다. 당화력은 기질용액을 55℃에서 1시간 효소 반응시킨 다음, 생성된 환원당의 양을 Lane-Eynone 법으로 측정하여 기질의 당화율이 15% 되는 범위에서 희석배수를 곱하여 산출하였다(Baek et al 2010).
- 제조된 당화 혼합곡물 음료의 일반 성분은 AOAC(Association of Official Analytical Chemists 1990)방법에 준하여 측정하였다. 즉, 수분 함량은 105℃에서 상압 건조 후 함량을 측정하여 산출하였고, 조단백질은 micro-Kjeldahl 법, 조지방은 Soxhlet 추출 장치로 추출하여 측정하며, 조회분은 550℃직접 회화법으로 3회 반복하여 측정하였다.
성능/효과
- D∼I sample들은 통계적으로 A sample 보다 활성이 높게 나타났으며, G sample이 가장 높은 활성을 나타내었다.
- Starter를 이용하여 제조한 당화 혼합곡물 음료의 가용성 고형분(°Brix)은 당화가 진행되는 동안 증가하는 것이 관찰되었고, 15시간 동안 당화를 진행하는 것이 효율적인 것으로 평가되었으며, C sample에서 17.55±0.05로 가장 높게 관찰되었다.
- 이 중 G sample에서 필수 아미노산인 루신, 이소루신, 발린, 트레오닌과 단맛을 나타내는 알라닌, 라이신, 세린의 함량이 다른 음료보다 높은 것으로 분석되었다. 그 외 다양한 유리아미노산이 미량으로 함유되어 있는 것으로 나타났으며, 그 종류도 다양한 것으로 분석되었다. Kang & Lee (2013)은 발효 과정을 거치며, 필수 아미노산의 함량은 약 89%, 유리아미노산 함량은 92% 증가하는 것으로 보고하였으며, Kim et al (1994)은 우유를 첨가한 발효 두부 제조 실험에서 총 유리아미노산 함량은 18배, 필수 아미노산은 32배 정도 증가한 것으로 보고하였다.
- 또한 음료의 유리아미노산을 측정한 결과, 아르기닌과 필수 아미노산이 다양하게 함유되어 있는 것으로 나타났다. 그 중 G sample에서 필수 아미노산으로 알려진루신, 이소루신, 발린, 트레오닌과 단맛을 나타내는 알라닌, 라이신, 세린의 함량이 다른 당화 음료보다 높게 분석되었다. 이와 같은 결과는 발효균 starter가 가지는 고유의 효소 활성에 따라 나타난 것으로 예상된다.
- D∼I sample들은 통계적으로 A sample 보다 활성이 높게 나타났으며, G sample이 가장 높은 활성을 나타내었다. 그러나 혼합 sample인 F와 I에서는 통계적으로 A보다 개선된 활성을 보였으나, 단독 균주를 처리한 D, E, G 보다 낮은 활성을 나타내어서 균주 혼합이 당화 혼합곡물 음료의 당화에 큰 도움이 되지는 않는 것으로 확인되었다. 또한 starter와 비교하여 당화 과정을 거치며 당화력이 감소한 것으로 관찰되었는데, 이에 저자는 전보(Lee et al 2013) 에서 생성된 당화 혼합곡물 음료의 산도를 측정한 결과, 4.
- 당화 시작 후 15시간 이후부터 증가폭이 0.5 이하로 감소하는 것으로 나타났고, 발효가 종료되는 시점에서 C가 17.55±0.05로 가장 높은 함량을 나타냈으며, G와 A가 각각 16.71±0.11, 16.03±0.11으로 그 다음을 기록하였고, H는 12.53±0.04으로 가장 낮은 함량을 나타냈다.
- 당화 혼합곡물 음료의 점도는 60∼528 centipoise(CP)로 나타났으며, E sample이 528.3±4.02 CP로 가장 점도가 높았고, G sample이 60.0±3.84 CP로 가장 낮은 것으로 나타났다.
- 본 실험은 발효 시간에 따른 당화에 의한 당화 혼합곡물 음료의가용성 고형분 함량 변화를 Table 1과 같이 관찰하였다. 당화가 진행되는 과정에서 모든 음료의 가용성 고형분 함량이 유의성 있게 증가하는 것으로 나타났으며, A, C, G sample의 가용성 고형분 함량이 높게 측정되었다. 당화 시작 후 15시간 이후부터 증가폭이 0.
- 3 CP로 다양하게 나타났다. 또한 음료의 유리아미노산을 측정한 결과, 아르기닌과 필수 아미노산이 다양하게 함유되어 있는 것으로 나타났다. 그 중 G sample에서 필수 아미노산으로 알려진루신, 이소루신, 발린, 트레오닌과 단맛을 나타내는 알라닌, 라이신, 세린의 함량이 다른 당화 음료보다 높게 분석되었다.
- 반면, 혼합 균주로 제조한 I sample은 조단백질 함량이 3.7±0.15%로 A sample의 경우, 조지방 함량이 0.37±0.08%로 가장 낮은 것으로 나타났다.
- 또한 이런 유리아미노산은 맛과 풍미에 중요한 영향을 미치는 것으로 보고된바 있다(Joung et al 2004). 본 실험에서도 발효균별 starter를 이용한 당화 과정 동안 다양한 종류의 유리아미노산이 생산된 것이 관찰되었으며, G sample의 경우 단맛과 풍미에 영향을 미치는 아미노산이 분석되었다.
- 본 연구 결과를 토대로 당화 혼합곡물 음료를 위한 최대 당화 시간은 가용성 고형물(°Brix)이 최대로 되는 15시간 내외가 적당한 것으로 사료된다.
- 사용 종균별 당화력은 0.13∼3.58 units/g으로 형성되었으며, F와 G sample에서 가장 높은 활성을 보였다.
- 79로 약 산성인 것으로 나타났으며, Lee et al(1994)는 pH의 변화가 누룩 당화력에 미치는 영향을 조사한 결과, pH 가 감소함에 따라 당화력이 급격히 감소하는 것을 확인하였다. 상기 결과들을 통해, 본 실험에서 곡물을 당화시키는 동안 pH가 감소하여 당화력이 감소한 것으로 예상된다.
- 식품 중에 쓴 맛을 내는 아르기닌(Arg, Arginine)의 함량은 46.89∼150.55 μg/ 100 g으로 모든 음료에서 높은 것으로 분석되었으며, 체내에서 합성되지 않는 필수 아미노산인 루신(Leu, Leucine), 이소루신(Ile, Isoleucine), 발린(Val, Valine) 및 트레오닌(Thr, Threonine)의 함량은 각각 36.10∼114.03 μg/ 100 g, 18.56∼64.59 μg/ 100g, 24.09∼75.47 μg/ 100 g, 8.30∼51.41 μg/ 100 g으로 나타났으며, 식품에서 단맛을 내는 아미노산인 알라닌(Ala, Alanine), 라이신(Lys, Lysine), 세린(Ser, Serine)은 29.17∼97.45 μg/100 g, 14.96∼81.01 μg/ 100 g, 10.23∼67.37 μg/ 100 g 인 것으로 분석되었다.
- 유리아미노산 분석결과, 약 26∼31종의 아미노산을 함유하고 있는 것으로 나타났으며, G sample이 1,352.93 μg/ 100 g으로 아미노산 함량이 가장 높은 것으로 분석되었다.
- 37 μg/ 100 g 인 것으로 분석되었다. 이 중 G sample에서 필수 아미노산인 루신, 이소루신, 발린, 트레오닌과 단맛을 나타내는 알라닌, 라이신, 세린의 함량이 다른 음료보다 높은 것으로 분석되었다. 그 외 다양한 유리아미노산이 미량으로 함유되어 있는 것으로 나타났으며, 그 종류도 다양한 것으로 분석되었다.
- 조단백질과 조 지방 함량은 C sample이 각각 7.5±0.12%, 0.97±0.02%로 가장 높은 것으로 나타났다.
- 2% 이하가 되는 시점을 최적 팽윤 시간으로 설정하였다. 즉, 15℃ 침수 시 최적 시간은 쌀 60분, 차조 120분, 기장 120분, 메밀 120분, 수수 180분으로 확인되었다. Lee et al (2001)의 연구에 의하면, 수분 흡수 지수에 영향을 미치는 요소로 전분 및 단백질 함량과 입도 등이 제시되었는데, 이 실험에 사용된 잡곡 종류별 고유 크기와 전분 함량이 침수에 의한 수분 흡수 지수의 차이를 만든 것으로 생각된다.
- 혼합 균주를 사용한 F와 I는 각각 121.4±5.18, 73.6±3.13 CP를 나타내었으며, 단독 균주보다 점도를 낮추는 효과를 관찰할 수 있었다.
- 본 연구에서는 다양한 발효균 starter를 이용한 당화 혼합 곡물 음료 개발의 가능성을 확인하고자 하였다. 혼합곡물의 수분 흡수 지수를 측정한 결과, 쌀 60분, 차조 120분, 기장 120분, 메밀 120분, 수수 180분으로 나타났다. 7종의 균주와 2가지의 혼합 균주를 이용하여 제조된 발효균 starter의 당화력은 0.
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