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문제 정의
- 본 연구는 국내 전통식품 품질인증 된장에 대한 휘발성 향기 성분 특성을 분석하여 전통된장의 과학적 관리를 위한 기초자료를 마련하고자 수행되었다. 이를 위해 수집된 전통된장을 대상으로 headspace SPME-GC/MS 분석을 실시하고 전반적인 국내 유통 전통된장의 휘발성 성분 패턴을 분석하였다.
- 최근 Kang 등(19)은 전통식품 품질인증 된장(commercial doenjang certified for traditional food)의 품질 특성 연구를 통해 품질인증 된장의 우수성 규명을 위한 품질 특성과 isoflavone 함량을 평가한 바 있다. 본 연구에서는 전통 식품 품질인증 된장을 수거하여 이들의 휘발성 화합물 분석을 통해 전통된장의 향기 품질을 평가하고자 하며, 본 연구 결과는 전통식품 품질인증 된장에 대한 휘발성 향기 특성을 데이터베이스화하여 품질 현황을 파악하고 지속적인 품질관리를 통한 제품 발전의 방안으로 제시될 수 있을 것이다.
제안 방법
- HS-SPME에 의해 추출된 된장의 휘발성 향기성분은 GC/MS(Agilent 6890 gas chromatography coupled with 5973 mass selective detector, Agilent Co., Palo Alto, Ca, USA)로 분석하였다. 분석을 위한 column은 Stabilwax®-DA(30 m length×0.
- 된장의 휘발성 성분 추출은 Lee와 Ahn(20)의 방법을 보완하여 사용하였다. 추출을 위해 30 mL의 glass vial(Supelco, Bellefonte, PA, USA)에 1 g의 된장시료를 넣은 후 증류수 3.
- 밀봉된 vials은 각각 60℃에서 30분 동안 교반하면서 평형시킨 후 30분 동안 50/30µm DVB/carboxenTM/PDMS StableFlexTM fiber(Supelco)에 포집하여 GC에 1분 동안 주입하였다.
- 본 연구는 국내 전통식품 품질인증 된장에 대한 휘발성 향기 성분 특성을 분석하여 전통된장의 과학적 관리를 위한 기초자료를 마련하고자 수행되었다. 이를 위해 수집된 전통된장을 대상으로 headspace SPME-GC/MS 분석을 실시하고 전반적인 국내 유통 전통된장의 휘발성 성분 패턴을 분석하였다. 연구 결과 총 59종의 성분이 동정되었고 각각 acids 8종, alcohols 8종, aldehydes 8종, esters 15종, ketones 2종, phenols 4종, pyrazines 9종, miscellaneous 5종으로 확인되었다.
- 2 scans/s였다. 휘발성 화합물 동정은 retention indices(RI), mass spectrum library(NIST05A)와 aromatic properties를 비교하여 확인하였다(20).
대상 데이터
- 본 연구에 사용된 된장은 전통식품인증을 받은 24종의 제품으로 구입 후 4℃에 저장하며 사용하였다. 구입한 된장의 제조지역은 경기도 4지역, 강원도 3지역, 충청도 3지역, 경상도 4지역, 전라도 6지역, 제주 4지역이었다.
- 본 연구에 사용된 된장은 전통식품인증을 받은 24종의 제품으로 구입 후 4℃에 저장하며 사용하였다. 구입한 된장의 제조지역은 경기도 4지역, 강원도 3지역, 충청도 3지역, 경상도 4지역, 전라도 6지역, 제주 4지역이었다.
데이터처리
- 분석 결과는 샘플의 분포와 휘발성 향기성분 간의 연관성을 확인하기 위하여 SIMCA P+를 이용하여 주성분 분석(principle component analysis, PCA)을 실시하였다.
성능/효과
- 따라서 전통된장의 향기성분 패턴을 분석함으로써 전체적인 인증 된장의 향기 품질 현황을 파악할 수 있다. PCA 분석 결과 대부분의 향기성분이 모든 샘플에서 공통적으로 분석되어 전통된장의 기본적인 휘발성 향기성분의 조성이 유사한 것으로 나타났으나, isovaleric acid, 2-methylbenzaldehyde, tetramethylpyrazine, benzaldehyde, ethyl alcohol, ethyl caprylate, furfural, butanoic acid 성분들이 일부 된장에서 특이적으로 높았다. 따라서 이들 성분이 전통된장의 품질지표가 될 수 있을 것으로 여겨지며, 특히 효모나 낙산균(butyric acid bacteria)에 의해 생성되는 ethyl alcohol과 butanoic acid는 된장의 발효 품질을 추정하기에 유용한 물질로 여겨진다.
- 본 연구에서 분석한 전통된장의 휘발성 향기성분 중 ester류는 acid류와 함께 가장 높은 면적값을 보여 된장의 주요 향기성분으로 작용하는 것으로 나타났다. 가장 높은 면적을 보인 ester류는 ethyl acetate, ethyl butyrate, ethyl 2-methyl-butanoate, ethyl 3-methyl butanoate 및 ethyl hexanoate로 대부분의 전통된장에서 검출되었으며 그 면적 역시 매우 높았다. 이들 향기성분은 대체적으로 신선한 과실향과 단향, 사과향 등의 특성을 가지며 특히 가장 높은 면적을 차지하는 ethyl acetate는 재래식 된장에서 가장 많이 검출되었다는 Park 등(15)의 보고와 일치하였다.
- 본 연구에서 분석한 24종의 전통된장 중 14종 된장에서 ethyl alcohol이 분석되었으며, 그중 7개 제품에서 전체 면적 10% 이상의 높은 농도의 알코올이 검출되었다. 그 외 leucine에 의해 생성되고 바나나 향의 감미성 특성을 갖는 isoamylalcohol과 phenylalanine에 의해 생성되며, 장미향 특성을 갖는 phenylethyl alcohol 등의 향기성분이 주로 분석되어 전통 된장의 바람직한 향 특성에 주요하게 작용할 것으로 보였다. Aldehyde류는 발효 중 지방 산화나 발효 중 분해산물로 생성되며 이러한 대사는 된장의 fruity, nutty, roasting 향에 기여한다(22).
- 방향족 aldehyde 중 구조가 가장 간단하고 아몬드와 유사한 방향 특성이 있으며 공기 중에서 쉽게 산화되는 benzaldehyde는 24종의 전통된장에서 모두 검출되었으며 aldehyde류 중 가장 높은 면적을 차지하였다. 그 외 malty 향을 내며 leucine의 분해산물로 재래식 된장과 간장의 주요 향기성분으로 알려진(15,23) 3-methyl butanal은 모든 된장에서 분석되었으며, 달콤한 향 특성을 갖는 furfural은 18종의 제품에서 검출되면서 benzaldehyde와 함께 전통된장의 주요 aldehyde 성분으로 확인되었다. Ester류는 식품의 좋은 향기성분에 기여하는 가장 바람직한 성분으로 알려져 있다.
- Aldehyde류는 발효 중 지방 산화나 발효 중 분해산물로 생성되며 이러한 대사는 된장의 fruity, nutty, roasting 향에 기여한다(22). 방향족 aldehyde 중 구조가 가장 간단하고 아몬드와 유사한 방향 특성이 있으며 공기 중에서 쉽게 산화되는 benzaldehyde는 24종의 전통된장에서 모두 검출되었으며 aldehyde류 중 가장 높은 면적을 차지하였다. 그 외 malty 향을 내며 leucine의 분해산물로 재래식 된장과 간장의 주요 향기성분으로 알려진(15,23) 3-methyl butanal은 모든 된장에서 분석되었으며, 달콤한 향 특성을 갖는 furfural은 18종의 제품에서 검출되면서 benzaldehyde와 함께 전통된장의 주요 aldehyde 성분으로 확인되었다.
- 된장의 acid류 조성은 제품의 산도와 향기에 많은 영향을 미치므로 이를 바탕으로 품질지표를 설정하는 것이 매우 유리하다. 본 연구에서 가장 높은 면적을 보였던 acids 성분은 acetic acid와 isovaleric acid로 두 성분은 된장의 오랜 숙성과 관련이 있다. Namgung 등(21)의 연구에 의하면 acetic acid는 된장의 발효 말기인 120일 이후부터 검출되기 시작하여 함량이 점차 높아졌으며 이는 발효 중 citric acid의 감소 및 대사와 연관된다고 하였다.
- Alcohol류 중 많은 면적을 차지하는 ethyl alcohol은 콩의 단백질 혹은 지방의 대사산물 중 상응 하는 알데하이드나 케톤의 환원에 의해서도 생성되나 대부분 콩 탄수화물의 대사산물로 여겨지고 있다. 본 연구에서 분석한 24종의 전통된장 중 14종 된장에서 ethyl alcohol이 분석되었으며, 그중 7개 제품에서 전체 면적 10% 이상의 높은 농도의 알코올이 검출되었다. 그 외 leucine에 의해 생성되고 바나나 향의 감미성 특성을 갖는 isoamylalcohol과 phenylalanine에 의해 생성되며, 장미향 특성을 갖는 phenylethyl alcohol 등의 향기성분이 주로 분석되어 전통 된장의 바람직한 향 특성에 주요하게 작용할 것으로 보였다.
- Ester류는 식품의 좋은 향기성분에 기여하는 가장 바람직한 성분으로 알려져 있다. 본 연구에서 분석한 전통된장의 휘발성 향기성분 중 ester류는 acid류와 함께 가장 높은 면적값을 보여 된장의 주요 향기성분으로 작용하는 것으로 나타났다. 가장 높은 면적을 보인 ester류는 ethyl acetate, ethyl butyrate, ethyl 2-methyl-butanoate, ethyl 3-methyl butanoate 및 ethyl hexanoate로 대부분의 전통된장에서 검출되었으며 그 면적 역시 매우 높았다.
- 된장에서는 이러한 pyrazine 유도체들이 된장 고유의 구수한 향과 쿰쿰한 향의 주성분으로 알려져 있다(16). 본 연구에서 전체 향기성분의 면적에서 pyrazine류 성분들이 약 14%를 차지하였다. 전통된장의 대표적인 pyrazine류라고 여겨지는 성분은 2,5-dimethyl pyrazine, 2,6-dimethyl pyrazine, trimethyl pyrazine 및 tetramethyl pyrazine으로 대부분의 전통된장에서 확인되었고 차지하는 면적 역시 높았다.
- 이를 위해 수집된 전통된장을 대상으로 headspace SPME-GC/MS 분석을 실시하고 전반적인 국내 유통 전통된장의 휘발성 성분 패턴을 분석하였다. 연구 결과 총 59종의 성분이 동정되었고 각각 acids 8종, alcohols 8종, aldehydes 8종, esters 15종, ketones 2종, phenols 4종, pyrazines 9종, miscellaneous 5종으로 확인되었다. 전통된장의 주요성분은 acid류, ester류, aldehyde류 및 pyrazine류였으며, 그중 acetic acid, ethyl alcohol, benzaldehyde, ethyl acetate, ethyl 2-methyl butanoate, 2,5-dimethylpyrazine 및 tetramethylpyrazine이 동정된 전통된장의 휘발성 성분 중 비교적 높은 강도를 차지하였다.
- 전통된장의 대표적인 pyrazine류라고 여겨지는 성분은 2,5-dimethyl pyrazine, 2,6-dimethyl pyrazine, trimethyl pyrazine 및 tetramethyl pyrazine으로 대부분의 전통된장에서 확인되었고 차지하는 면적 역시 높았다. 이 중 가열한 된장의 향기성분으로 알려진 tetramethyl pyrazine이 다른 pyrazine류 성분에 비해 월등하게 높아 전통된장의 고유한 향기성분으로 작용함을 알 수 있었다.
- 총 59종의 성분이 확인되었으며 이를 MS와 RI를 이용하여 동정한 결과 각각 acids 8종, alcohols 8종, aldehydes 8종, esters 15종, ketones 2종, phenols 4종, pyrazines 9종, miscellaneous 5종으로 확인되었다. 이 중 숙성된 전통된장의 구수한 냄새에 기여한다고 보고되고 있는 ester류와 acid류의 함량이 각각 전체 면적의 약 25%를 차지하여 가장 높았으며, 그 외 aldehyde류 18%, pyrazine류 14%, alcohol류 11%의 순으로 높은 면적을 차지하였다.
- 본 연구에서 전체 향기성분의 면적에서 pyrazine류 성분들이 약 14%를 차지하였다. 전통된장의 대표적인 pyrazine류라고 여겨지는 성분은 2,5-dimethyl pyrazine, 2,6-dimethyl pyrazine, trimethyl pyrazine 및 tetramethyl pyrazine으로 대부분의 전통된장에서 확인되었고 차지하는 면적 역시 높았다. 이 중 가열한 된장의 향기성분으로 알려진 tetramethyl pyrazine이 다른 pyrazine류 성분에 비해 월등하게 높아 전통된장의 고유한 향기성분으로 작용함을 알 수 있었다.
- 전통된장의 주요성분은 acid류, ester류, aldehyde류 및 pyrazine류였으며, 그중 acetic acid, ethyl alcohol, benzaldehyde, ethyl acetate, ethyl 2-methyl butanoate, 2,5-dimethylpyrazine 및 tetramethylpyrazine이 동정된 전통된장의 휘발성 성분 중 비교적 높은 강도를 차지하였다. 주성분 분석 결과 대부분의 전통된장은 기본적인 휘발성 향기성분의 조성이 유사한 것으로 나타났으나 isovaleric acid, 2-methylbenzaldehyde, tetramethylpyrazine, benzaldehyde, ethyl alcohol, ethyl caprylate, furfural, butanoic acid 성분들이 일부 된장에서 특이적으로 높아 이들 성분이 전통된장의 품질지표가 될 수 있을 것이라 보였다. 본 연구 결과는 전통식품 품질인증 된장에 대한 휘발성 향기 특성을 데이터베이스화하여 품질 현황을 파악하고 지속적인 품질관리를 통한 제품 발전의 방안으로 제시될 수 있을 것이다.
- 1과 같다. 총 59종의 성분이 확인되었으며 이를 MS와 RI를 이용하여 동정한 결과 각각 acids 8종, alcohols 8종, aldehydes 8종, esters 15종, ketones 2종, phenols 4종, pyrazines 9종, miscellaneous 5종으로 확인되었다. 이 중 숙성된 전통된장의 구수한 냄새에 기여한다고 보고되고 있는 ester류와 acid류의 함량이 각각 전체 면적의 약 25%를 차지하여 가장 높았으며, 그 외 aldehyde류 18%, pyrazine류 14%, alcohol류 11%의 순으로 높은 면적을 차지하였다.
후속연구
- 된장에서 pyrazine 생성은 질소 화합물에 기인하며 발효과정에서 생성되므로 간장을 분리하지 않은 된장에서 pyrazine 함량이 높았다는 연구가 보고된 바 있어(15) ester류와 pyrazine류 성분의 함량이 된장의 휘발성 향기성분 조성에 큰 영향을 주는 것으로 보인다. 기존의 된장의 휘발성 성분을 분석한 연구는 각기 다른 환경조건에 따른 향기성분의 차이를 분석한 반면, 본 연구는 국내에서 유통되는 전통식품 품질인증 된장의 향기성분 품질을 전체적으로 프로파일링 한것에 의미가 있으며 본 연구를 바탕으로 된장 품질관리를 위한 방안을 제시할 수 있을 것이다.
- Namgung 등(21)의 연구에 의하면 acetic acid는 된장의 발효 말기인 120일 이후부터 검출되기 시작하여 함량이 점차 높아졌으며 이는 발효 중 citric acid의 감소 및 대사와 연관된다고 하였다. 또한 된장의 장기저장 중 생성되는 불쾌취로 알려져 있는 isovaleric acid 역시 본 분석에서 높은 면적을 차지하여 국내 전통식품 품질인증 된장의 장기발효 및 숙성 중 미생물 오염 및 적절하지 못한 환경에 의한 된장의 불쾌취 생성을 예방해야할 것으로 보인다. Alcohol류 중 많은 면적을 차지하는 ethyl alcohol은 콩의 단백질 혹은 지방의 대사산물 중 상응 하는 알데하이드나 케톤의 환원에 의해서도 생성되나 대부분 콩 탄수화물의 대사산물로 여겨지고 있다.
- 최근 Kang 등(19)은 전통식품 품질인증 된장(commercial doenjang certified for traditional food)의 품질 특성 연구를 통해 품질인증 된장의 우수성 규명을 위한 품질 특성과 isoflavone 함량을 평가한 바 있다. 본 연구에서는 전통 식품 품질인증 된장을 수거하여 이들의 휘발성 화합물 분석을 통해 전통된장의 향기 품질을 평가하고자 하며, 본 연구 결과는 전통식품 품질인증 된장에 대한 휘발성 향기 특성을 데이터베이스화하여 품질 현황을 파악하고 지속적인 품질관리를 통한 제품 발전의 방안으로 제시될 수 있을 것이다.
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