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문제 정의
- 지금까지 발효주 제조 시 다래(13), 복분자(14) 및 오미자(15) 등 다양한 과실류를 첨가한 발효주, 조(16)나 기장(17) 등 곡류를 첨가한 발효주 등 다양한 연구가 진행되었지만, 팽화한 수수를 첨가한 보고는 없는 실정이다. 따라서 본 연구는 혈당강하능 등 기능성이 우수한 팽화수수 분말을 첨가한 발효주를 제조하고 그 품질 특성, 생리활성 및 기호도 등을 측정함으로써 새로운 발효주의 소개와 아울러 수수의 다양한 활용가능성에 대한 기초 자료를 제시하고자 한다.
- 본 연구는 생리활성이 풍부하여 기능성은 있으나 대중화되지 않은 팽화수수를 발효주 제조 시 첨가하여 이화학적, 생리활성 및 관능적인 특성을 조사하였다. 발효주 제조 결과 pH는 발효가 일어나는 동안 약간 낮아지는 경향을 나타내었다.
가설 설정
- 2)Means with different letters (a-d) within a column are significantly different.
- 2)Means with different letters (a-e) within a column are significantly different.
- 2)Means with different letters (a-f) in the same row are significantly different.
- 2)Means with different letters (a-f) within a column are significantly different.
제안 방법
- 1.5 mMp-nitrophenol-α-D-glucopyranoside(pNPG, Sigma-Aldrich Co.) 50 μL와 3.5 unit/mL α-glucosidase 효소액 100 μL를 혼합하고, 대조구에는 증류수 50 μL와 처리구에는 여과한 시료 50 μL를 넣어 발색시켰다.
- 1. Changes of pH of rice wines by raw sorghum 100%,steamed sorghum 100%, and puffed sorghum 25%, 50%, 100% during fermentation. Samples are the same as Table 1.
- 관능검사는 충북농업기술원 직원 및 연구원 20명을 대상으로 발효주의 색, 향, 단맛, 신맛, 쓴맛, 전반적인 기호도를 1점에서 9점까지 9단계 기호도 척도법으로 실시하였다. 시험 결과는 통계 package window용 SAS v 8.
- 다시 혼합 후 원심분리 하여 분광광도계(Cary UV-Vis spectrophotometer, Agilent Technologies, Santa Clara, CA, USA)를 이용하여 550 nm에서 흡광도를 측정하였다. 미리 측정한 glucose standard curve를 이용하여 환원당 함량(%)을 계산하였다.
- 발효과정 중의 발효주를 48시간 간격으로 채취하여 pH는 pH meter(Sartorius, Goettingen, Germany)를 이용하여 측정하였고, 총산은 시료 10 mL를 0.1 N NaOH로 pH 8.2가 될 때까지 적정하여 소비된 mL 수와 acetic acid에 상당하는 유기산 계수를 이용하여 총산으로 환산하여 나타내었다.
- 발효주 제조 전 시료인 수수의 수분 함량은 분쇄하지 않고 곡물/종자 수분측정기(GMK303F, G-won Hitech, Seoul, Korea)로 측정하였으며, 시료의 수분 함량은 증류수를 분무하여 수분 함량을 18%로 조절한 다음 밀봉하여 10°C에서 15시간 동안 수분을 평형화시킨 후, 팽화기에 그대로 넣어 팽화하였다.
- 발효주 제조는 2단 담금 방법을 이용하였다. 먼저 1단 담금은 생쌀을 세척하여 2시간 수침 후 체에 담아 1시간 동안 물을 뺀 다음 고두밥(1시간 증자)을 제조한 뒤 30분 정도 식혔다.
- 먼저 1단 담금은 생쌀을 세척하여 2시간 수침 후 체에 담아 1시간 동안 물을 뺀 다음 고두밥(1시간 증자)을 제조한 뒤 30분 정도 식혔다. 생쌀 무게를 기준으로 누룩은 2%, 효모는 0.8%를 각각 정량한 후 따뜻한 물을 100 mL 첨가하여 30분 정도 방치해서 활성화시켰다. 알코올로 깨끗이 소독한 술병에 충분히 식힌 고두밥을 넣은 후 전처리한 효모와 누룩을 넣고, 물은 쌀 양의 150%를 넣고 잘 저어주었다.
- 여과하여 10배 희석한 시료 1 mL에 95% ethanol 1 mL와 증류수 1 mL를 가하여 잘 흔들어주고 5% Na2CO3 용액 1 mL와 1 N-Folin-Ciocalteu's reagent(Sigma-Aldrich Co., St. Louis, MO, USA) 0.5 mL를 가한 후 실온에서 60분간 발색시킨 다음 725 nm에서 흡광도를 측정하였으며, 총 탄닌 함량은 tannic acid(SigmaAldrich Co.)를 이용한 표준곡선으로 양을 환산하였다.
- 팽화수수 발효주의 항산화 활성은 전자공여능으로 측정하였으며, 여과한 시료 0.2 mL에 0.4 mM DPPH 용액 0.8mL를 가한 후 vortex mixer로 10초간 진탕하고 실온에서 10분간 방치 후 분광광도계를 사용하여 525 nm에서 흡광도를 측정하였다. 전자공여 효과는 시료 첨가구와 시료를 첨가하지 않은 경우의 흡광도를 백분율로 나타내었다(19).
- 이때 2단 담금 시 효모를 첨가하지 않고 쌀과 누룩, 물의 양은 1단 담금 양의 두 배로 하였다. 팽화수수 첨가 발효주는 1단 담금 후 분쇄한 팽화수수 가루를 2단 담금 쌀 양에 대비해 25%, 50% 그리고 100%를 혼합하여 6일 더 발효하였고,생쌀 100%를 대조구로 하여 생수수 분쇄 가루 100%, 분쇄 후 증자한 수수 100%를 첨가한 발효주를 함께 제조하여 평가하였다. 발효과정 중 이화학적, 생리활성 실험은 8,000rpm에서 10분간 원심분리 한 후 여과하여 시료로 사용하였다
대상 데이터
- 본 연구에 사용된 수수는 오창 농협 차수수(2014년)를 구입하였고, 백미(추청벼)는 증평 장뜰쌀을 구입하였으며,당화를 위한 발효제는 한국효소 주식회사(Hwasung, Korea)의 Bio누룩을 사용하였다. 발효주 제조 전 시료인 수수의 수분 함량은 분쇄하지 않고 곡물/종자 수분측정기(GMK303F, G-won Hitech, Seoul, Korea)로 측정하였으며, 시료의 수분 함량은 증류수를 분무하여 수분 함량을 18%로 조절한 다음 밀봉하여 10°C에서 15시간 동안 수분을 평형화시킨 후, 팽화기에 그대로 넣어 팽화하였다.
- 팽화성형기는(주)델리스(Seongnam, Korea)에서 제작한 즉석팽화기(DDP-1)를 사용하였고 팽화판은 직경이 4.5 cm인 원형을 사용하였으며, 운전조건은 예비실험을 통하여 가열온도 235°C에서 제조하였다(11).
데이터처리
- 시험 결과는 통계 package window용 SAS v 8.1(SAS Institute Inc., Cary, NC, USA)을 사용하여 분산분석 하였으며, 시료 간 차이의 유무는 Duncan's multiple range test를 사용하여 비교･분석하였다.
이론/모형
- 팽화수수 발효주의 α-glucosidase 저해 활성은 Tibbot와 Skadsen(21)의 방법을 참고하여 측정하였다.
- 팽화수수 발효주의 알코올 농도는 국세청주류분석법의 증류법(18)에 의해 측정하였다. 500 mL 삼각플라스크에 100 mL 시료와 100 mL 증류수를 넣고 증류시킨 후 약 80mL 정도를 증류한 다음 증류수를 가하여 최종 용량이 100mL가 되도록 조절한 후 15°C가 되면 주정계를 넣어 알코올을 정량하였다.
- 팽화수수 발효주의 탄닌 함량은 Duval과 Shetty(20)의방법에 따라 측정하였다. 여과하여 10배 희석한 시료 1 mL에 95% ethanol 1 mL와 증류수 1 mL를 가하여 잘 흔들어주고 5% Na2CO3 용액 1 mL와 1 N-Folin-Ciocalteu's reagent(Sigma-Aldrich Co.
- 팽화수수 발효주의 환원당은 dinitrosalicylic acid(DNS)법을 사용하였다. 2 mL eppendorf tube에 50배 희석한 시료 200 μL와 DNS 용액 400 μL를 첨가 후 vortex 하였다.
성능/효과
- 3과 같다. 1단 담금 후의 알코올 농도는 13.5%였고, 2단 담금 단계에서 추가적으로 물과 다른 원료들이 포함되어 알코올 농도가 약간 낮아지는 경향을 보였다. 2단 담금 6일 후에는 대조구인 쌀만을 이용한 발효주는 최종적으로 알코올 농도 16.
- 5%였고, 2단 담금 단계에서 추가적으로 물과 다른 원료들이 포함되어 알코올 농도가 약간 낮아지는 경향을 보였다. 2단 담금 6일 후에는 대조구인 쌀만을 이용한 발효주는 최종적으로 알코올 농도 16.8%였고, 팽화수수 분말 25%와 100%를 첨가한 발효주는 대조 구와 비슷하게 16.5%와 16.4%의 알코올 농도가 나타났다. 그러나 생수수를 이용한 발효주는 다른 시료들에 비해 알코올 농도가 11.
- 이런 결과는 환원당과 알코올 함량을 나타낸 위의 결과에서 기인된 것으로 증자한 수수를 넣은 발효주의 경우는 잔존하는당의 함량이 거의 없는 대신 알코올 함량은 높아 단맛, 쓴맛 및 전반적인 기호도가 낮게 나타났다. 결과적으로 수수를 팽화 처리하여 첨가한 발효주가 생수수나 증자수수를 첨가한 것에 비해 생리활성뿐만 아니라 기호적인 면에서도 우수하다는 것을 알 수 있었다.
- 그러나 발효가 진행되면서 전 시료의 α-glucosidase 저해 활성은 감소하는데, 발효가 끝난 후 혈당강하능을 비교한 결과 대조구는 27.39%이고 팽화수수를 100% 첨가한 발효주는 55.28%로 약 2배의 차이가 나는 것을 알 수 있었다.
- 4에 나타냈다. 대조구에 비해 수수를 첨가한 발효주의 항산화능이 높았으며, 대조구 13.06%에 비해 생수수는 61.09%,증자수수는 50.39%로 높았고 팽화수수의 양을 첨가할수록 25%, 50%, 100%에서 각각 43.90%, 63.85%, 82.67%로 항산화능이 증가하였다. 팽화수수 분말 100%는 발효 진행에 관계없이 높은 값이 나왔다.
- 향의 경우는 팽화수수 분말 25%와 50% 첨가한 발효주가 유의적으로 좋은 것으로 나타났다. 또한 신맛, 쓴맛의 경우 팽화수수 50%와 100% 첨가한 발효주가 가장 높게 평가되었고, 전반적인 기호도는 팽화수수 분말 25%와 50%에서 가장 기호도가 높게 나타났다. 생수수나 증자수수를 이용한 발효주는 팽화수수 분말을 첨가한 발효주에 비해 색을 제외하고 거의 모든 요소에서 낮은 기호도로 평가되었다.
- 28%로 약 2배의 차이가 나는 것을 알 수 있었다. 또한 증자한 수수를 첨가한 발효주 역시 17.71%로 혈당강하능이 거의 남아있지 않았고, 생수수 발효주에 비해서도 팽화 처리한 수수를 첨가한 발효주가 약 2배가량 높은 혈당강하능을 보였다. 따라서 증자한 수수나 생수수의 발효주보다 팽화수수를 이용하여 발효주를 제조하는 것이 우수한 혈당강하능을 나타낸다고 볼 수 있다.
- 28%로 높았고, 팽화수수 첨가량이 많을수록 혈당강하능이 높다는 결과를 얻었다. 마지막으로 발효주의 관능평가 결과 팽화수수 25%와 50%를 첨가한 발효주가 전체적인 기호도면에서 가장 우수한 결과를 나타내었다.
- 팽화수수 분말을 첨가하여 제조한 발효주의 탄닌 함량은 Table 3에 나타냈다. 발효 초기에 증자수수 100%가 48.96%로 가장 높았고 팽화수수 첨가량이 많을수록 탄닌산의 함량은 낮았다. 하지만 발효가 진행되면서 탄닌산의 함량은 증가하여 팽화수수 25%에서 65.
- 팽화수수 발효주의 관능평가는 9점 평점법으로 실시하였고, 그 결과는 Table 4와 같이 나타났다. 발효주 색의 경우는 생수수와 증자한 수수에서 가장 높았고, 단맛은 팽화수수를 첨가한 발효주 3가지에서 가장 좋은 것으로 평가되었다. 향의 경우는 팽화수수 분말 25%와 50% 첨가한 발효주가 유의적으로 좋은 것으로 나타났다.
- 발효주의 색도 결과는 Table 2와 같다. 발효주의 색도를 분석한 결과 명도를 나타내는 L값은 생수수 100% 발효주가 15.14로 가장 높게 나타났으며 대조구는 5.38로 가장 명도가 낮았다. 적색도를 나타내는 a값 역시 생수수 100% 발효주에서 0.
- 팽화수수 첨가량에 따른 유의적인 차이는 없었다. 발효주의 색도를 분석한 결과 명도의 경우 생수수 첨가 발효주가 가장 높은 L값을 나타냈고, 반면에 대조구에서 가장 낮은 값을 나타냈다. 항산화 활성 분석 결과 수수를 첨가한 발효주가 대조구에 비해 약 4배 이상 우수한 결과를 나타냈고, 팽화수수의 첨가량이 증가할수록 항산화능도 우수하였다.
- 항산화 활성 분석 결과 수수를 첨가한 발효주가 대조구에 비해 약 4배 이상 우수한 결과를 나타냈고, 팽화수수의 첨가량이 증가할수록 항산화능도 우수하였다. 발효주의 혈당강하능 또한 대조구 27.39%에 비해 팽화수수를 첨가한 발효주가 42.30~55.28%로 높았고, 팽화수수 첨가량이 많을수록 혈당강하능이 높다는 결과를 얻었다. 마지막으로 발효주의 관능평가 결과 팽화수수 25%와 50%를 첨가한 발효주가 전체적인 기호도면에서 가장 우수한 결과를 나타내었다.
- 총산은 pH 감소 양상과 유사하게 발효가 진행될수록 증가하는 것으로 나타났다. 발효주의 환원당 측정 결과 팽화수수 첨가량에 따라 초기 환원당은 높았으나 발효가 진행되면서 감소하며 비슷하였고, 대조구보다 약간 높은 값을 나타내었다. 특히 증자한 수수를 첨가한 발효주는 발효 마지막 날 환원당이 거의 존재하지 않았다.
- 팽화수수 분말 첨가 발효주의 환원당 분석 결과는 Table 1에 나타내었다. 발효주의 환원당 함량은 증자한 수수와 팽화수수의 발효 초기 11~17%였고, 대조구에 비해 4배 이상 높은 값이었다. 이러한 결과는 팽화수수가 더 넓은 표면적을 가지므로 더 쉽게 효소작용을 받았기 때문으로 보이며(29), 팽화로 인해 수용성 당분이 증가하는 것에 기인한다(30).
- 또한 신맛, 쓴맛의 경우 팽화수수 50%와 100% 첨가한 발효주가 가장 높게 평가되었고, 전반적인 기호도는 팽화수수 분말 25%와 50%에서 가장 기호도가 높게 나타났다. 생수수나 증자수수를 이용한 발효주는 팽화수수 분말을 첨가한 발효주에 비해 색을 제외하고 거의 모든 요소에서 낮은 기호도로 평가되었다. 이런 결과는 환원당과 알코올 함량을 나타낸 위의 결과에서 기인된 것으로 증자한 수수를 넣은 발효주의 경우는 잔존하는당의 함량이 거의 없는 대신 알코올 함량은 높아 단맛, 쓴맛 및 전반적인 기호도가 낮게 나타났다.
- 14로 대부분 낮아졌다. 쌀로만 담근 대조구의 pH는 4.56이고, 팽화수수 분말을 첨가할 경우는 분말의 함량이 늘어날수록 약간 높게 나타났다. 이는 팽화미분 첨가량에 따른 탁주 연구와 유사한 형태를 보였다(22).
- 이러한 결과는 팽화수수가 더 넓은 표면적을 가지므로 더 쉽게 효소작용을 받았기 때문으로 보이며(29), 팽화로 인해 수용성 당분이 증가하는 것에 기인한다(30). 아울러 증자한 경우도 팽화와 유사한 경향성을 나타냈지만 발효가 진행되면서 잔존하는 환원당이 가장 적게 남아 2단 담금 6일째에는 0.27%였고, 팽화수수 분말을 첨가한 실험구에서는 5~7% 환원당이 잔존하였다. 아울러 팽화미분(22)과 팽화차조(29)를 첨가한 막걸리의 환원당의 결과에서는 발효 초기에는 팽화분말의 첨가량이 증가할수록 환원당의 함량이 유의적으로 증가하였고, 발효 2~3일째에는 모두 급격히 감소하여 대조구와 팽화분말 첨가구 모두 1% 미만의 환원당이 존재했다고 보고했지만, 팽화수수를 첨가한 본 연구에서는 발효 6일이 지나도 많은 양의 환원당이 잔존하여 기존의 연구와는 조금 상이한 결과를 나타내었다.
- 27%였고, 팽화수수 분말을 첨가한 실험구에서는 5~7% 환원당이 잔존하였다. 아울러 팽화미분(22)과 팽화차조(29)를 첨가한 막걸리의 환원당의 결과에서는 발효 초기에는 팽화분말의 첨가량이 증가할수록 환원당의 함량이 유의적으로 증가하였고, 발효 2~3일째에는 모두 급격히 감소하여 대조구와 팽화분말 첨가구 모두 1% 미만의 환원당이 존재했다고 보고했지만, 팽화수수를 첨가한 본 연구에서는 발효 6일이 지나도 많은 양의 환원당이 잔존하여 기존의 연구와는 조금 상이한 결과를 나타내었다. 이는 앞에서도 설명하였듯이 팽화에 의해 처음부터 다량의 환원당이 존재하였고, 발효 6일 동안 다량의 환원당이 미생물에 의해 다 소비되지 못한 결과로 보인다.
- 생수수나 증자수수를 이용한 발효주는 팽화수수 분말을 첨가한 발효주에 비해 색을 제외하고 거의 모든 요소에서 낮은 기호도로 평가되었다. 이런 결과는 환원당과 알코올 함량을 나타낸 위의 결과에서 기인된 것으로 증자한 수수를 넣은 발효주의 경우는 잔존하는당의 함량이 거의 없는 대신 알코올 함량은 높아 단맛, 쓴맛 및 전반적인 기호도가 낮게 나타났다. 결과적으로 수수를 팽화 처리하여 첨가한 발효주가 생수수나 증자수수를 첨가한 것에 비해 생리활성뿐만 아니라 기호적인 면에서도 우수하다는 것을 알 수 있었다.
- 발효주 제조 결과 pH는 발효가 일어나는 동안 약간 낮아지는 경향을 나타내었다. 총산은 pH 감소 양상과 유사하게 발효가 진행될수록 증가하는 것으로 나타났다. 발효주의 환원당 측정 결과 팽화수수 첨가량에 따라 초기 환원당은 높았으나 발효가 진행되면서 감소하며 비슷하였고, 대조구보다 약간 높은 값을 나타내었다.
- 수수는 α-glucosidase를 저해하는 능력이 뛰어난 것으로 알려져 있고(35), 본 연구진들이 다양한 잡곡류를 가지고 실험하였을 때 수수를 팽화한 것이 팽화 전후의 α-glucosidase 저해능이 높은 것으로 확인하였다(11). 팽화수수 발효주의 경우는 팽화수수를 첨가한 초기에는 혈당강화능이 첨가량에 비례하여 증가하며 대조구와 비교했을 때 73.71~88.12%로 높은 값을 나타내었다(Fig. 5). 그러나 발효가 진행되면서 전 시료의 α-glucosidase 저해 활성은 감소하는데, 발효가 끝난 후 혈당강하능을 비교한 결과 대조구는 27.
- 56%까지 총산이 증가하였다. 팽화수수를 첨가하여 제조한 발효주(팽화수수 25%, 50%, 100%)의 경우는 그 차이가 크지 않았고, 생수수를 분쇄하여 제조한 발효주가 가장 높은 산도를 보였다. 발효 중 총산의 경우는 논문마다 다양한 결과를 보여주는데, 블루베리 막걸리(24), 유자즙(25),자색고구마(26) 관련 막걸리에서는 최대 1% 총산이 생성된 것을 볼 수 있었다.
- 96%로 가장 높았고 팽화수수 첨가량이 많을수록 탄닌산의 함량은 낮았다. 하지만 발효가 진행되면서 탄닌산의 함량은 증가하여 팽화수수 25%에서 65.05%까지 증가하여 가장 높은 값을 나타내었다. 발효 종료 후 팽화수수 첨가량에 따른 유의적인 차이는 없었다.
- 발효주의 색도를 분석한 결과 명도의 경우 생수수 첨가 발효주가 가장 높은 L값을 나타냈고, 반면에 대조구에서 가장 낮은 값을 나타냈다. 항산화 활성 분석 결과 수수를 첨가한 발효주가 대조구에 비해 약 4배 이상 우수한 결과를 나타냈고, 팽화수수의 첨가량이 증가할수록 항산화능도 우수하였다. 발효주의 혈당강하능 또한 대조구 27.
- 발효주 색의 경우는 생수수와 증자한 수수에서 가장 높았고, 단맛은 팽화수수를 첨가한 발효주 3가지에서 가장 좋은 것으로 평가되었다. 향의 경우는 팽화수수 분말 25%와 50% 첨가한 발효주가 유의적으로 좋은 것으로 나타났다. 또한 신맛, 쓴맛의 경우 팽화수수 50%와 100% 첨가한 발효주가 가장 높게 평가되었고, 전반적인 기호도는 팽화수수 분말 25%와 50%에서 가장 기호도가 높게 나타났다.
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