헤드스페이스 고체상미량추출(Solid-Phase Microextraction)을 이용한 시판 일본소주의 휘발성 향기성분 분석 Volatile Component Analysis of Commercial Japanese Distilled Liquors (Shochu) by Headspace Solid-Phase Microextraction원문보기
일본 증류식 소주인 본격소주 9종을 수거하여 시료의 휘발성 향기성분을 헤드스페이스-고체상미량추출법에 의해 추출한 후, 가스크로마토그래피-질량분석기를 이용하여 분석하였다. 총 76개의 성분이 동정되었고, 화학적 특성에 따라 분류하면 에스터 48종, 알코올 13종, 기타 15종의 성분이 동정되었다. 에스터와 알코올이 주요한 성분으로 분석되었으며 아세트산아이소아밀, 폼산아이소아밀, 헥산산에틸, 옥탄산에틸, 데카노산에틸, 아이소아밀알코올, 2-페닐에탄올이 주요 성분으로 나타났다. 주성분 분석 결과 제조원료에 따라 주성분1 선상에서 대맥국 원료 본격소주의 향기패턴이 큰 차이를 보이는 것으로 나타났으며 쌀과 보리 원료에 따른 향기패턴의 차이는 크게 나타나지 않았다. 본 연구의 일본 본격소주 휘발성 향기성분 분석 결과와 국내산 증류식 소주의 주요 향기성분 분석 결과를 비교분석하면 향후 국내산 증류식 소주의 품질관리에 주요한 향기성분 파악이 가능하고 이를 통해 다양한 원재료와 제조방법에 따른 증류식 소주 제품 개발이 가능하리라 여겨진다.
일본 증류식 소주인 본격소주 9종을 수거하여 시료의 휘발성 향기성분을 헤드스페이스-고체상미량추출법에 의해 추출한 후, 가스크로마토그래피-질량분석기를 이용하여 분석하였다. 총 76개의 성분이 동정되었고, 화학적 특성에 따라 분류하면 에스터 48종, 알코올 13종, 기타 15종의 성분이 동정되었다. 에스터와 알코올이 주요한 성분으로 분석되었으며 아세트산아이소아밀, 폼산아이소아밀, 헥산산에틸, 옥탄산에틸, 데카노산에틸, 아이소아밀알코올, 2-페닐에탄올이 주요 성분으로 나타났다. 주성분 분석 결과 제조원료에 따라 주성분1 선상에서 대맥국 원료 본격소주의 향기패턴이 큰 차이를 보이는 것으로 나타났으며 쌀과 보리 원료에 따른 향기패턴의 차이는 크게 나타나지 않았다. 본 연구의 일본 본격소주 휘발성 향기성분 분석 결과와 국내산 증류식 소주의 주요 향기성분 분석 결과를 비교분석하면 향후 국내산 증류식 소주의 품질관리에 주요한 향기성분 파악이 가능하고 이를 통해 다양한 원재료와 제조방법에 따른 증류식 소주 제품 개발이 가능하리라 여겨진다.
In this study, volatile compounds in nine commercial Japanese distilled liquors (Shochu) were isolated by headspace solid-phase microexrraction (SPME) and analyzed by gas chromatography (GC) and GC-mass spectrometry (MS). A total of 76 volatile components, including 48 esters, 13 alcohols, and 15 mi...
In this study, volatile compounds in nine commercial Japanese distilled liquors (Shochu) were isolated by headspace solid-phase microexrraction (SPME) and analyzed by gas chromatography (GC) and GC-mass spectrometry (MS). A total of 76 volatile components, including 48 esters, 13 alcohols, and 15 miscellaneous components, were identified. Esters and alcohols constituted the largest groups of quantified volatiles. Differences in volatile components among the distilled liquors and possible sample grouping were examined by applying principal component analyses to the GC-MS data sets. The first and second principal components explained 77.92% of the total variation across the samples. The samples using barley koji showed higher overall concentrations of total volatile components. Additionally, the principal component analysis did not reveal any sample grouping based on the raw material used.
In this study, volatile compounds in nine commercial Japanese distilled liquors (Shochu) were isolated by headspace solid-phase microexrraction (SPME) and analyzed by gas chromatography (GC) and GC-mass spectrometry (MS). A total of 76 volatile components, including 48 esters, 13 alcohols, and 15 miscellaneous components, were identified. Esters and alcohols constituted the largest groups of quantified volatiles. Differences in volatile components among the distilled liquors and possible sample grouping were examined by applying principal component analyses to the GC-MS data sets. The first and second principal components explained 77.92% of the total variation across the samples. The samples using barley koji showed higher overall concentrations of total volatile components. Additionally, the principal component analysis did not reveal any sample grouping based on the raw material used.
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문제 정의
본 연구에서는 쌀과 보리를 각각 원료로 만들어진 일본 본격 소주 9종을 고체상미량추출(Solid-Phase Microextraction, SPME)을 이용하여 향기성분을 추출하고 가스크로마토그래피-질량분석법 (Gas Chromatography-Mass Spectrometry, GC-MS)으로 분석하였으며, 분석결과는 주성분 분석(Principal Component Analysis)을 통해 향기성분에 따른 시료간의 차이를 파악하고자 하였다.
제안 방법
GC-MS에 의해 분리된 각각의 피크(peak) 성분은 질량스펙트라(mass sprctra)와 Wiley 275 질량스펙트럼 데이터베이스(mass spectral database, Hewlett-Packard Co., Palo Alto, CA, USA)의 질량스펙트라를 비교하여 자료(library)와 80% 이상 매치를 보일 때 동정된 성분으로 정하였으며, C9-C25의 알칸(Aldrich, Milwaukee, MN, USA)을 사용하여 각각 피크의 linear retention index를 구하고(22) 이를 문헌자료(2,8,17-19,21-23)와 비교하여 두 개의 조건을 모두 만족하는 경우 향기성분이 동정된 것으로 하였다. 휘발성 향기성분의 정량은 내부표준물질(2-메틸-1-펜탄올)의 피크면적(peak area)과 동정된 휘발성 향기성분의 피크면적의 비율로 나타내어 비교하였다(24).
HS-SPME를 위한 추출조건은 예비실험을 통하여 설정하였다. 높은 알코올 도수에 따른 극미량의 휘발성분 분석의 한계를 극복하기 위해 알코올 도수를 10%와 20% (v/v)로 희석하여 실험을 실시하였고, 추출온도는 40°C와 50°C 조건에서 예비실험을 진행하였다.
HS-SPME를 통해 얻은 각각의 휘발성 향기성분은 가스크로마토그래피-질량분석기(7890A GC/HP-5973N mass selective detector, Agilent Technologies, Palo Alto, CA, USA)로 분석하였다. 실험에 사용한 칼럼(column)은 Stabilwax-DA (30 m length×0.
높은 알코올 도수에 따른 극미량의 휘발성분 분석의 한계를 극복하기 위해 알코올 도수를 10%와 20% (v/v)로 희석하여 실험을 실시하였고, 추출온도는 40°C와 50°C 조건에서 예비실험을 진행하였다.
주입구의 온도는 220°C로 설정하였고 splitless mode에서 분석하였다.
질량 분석 조건은 질량분석 이온전압(ionization voltage)은 70 eV, source temperature는 200°C, interface temperature는 280°C, 질량스펙트롬 주사범위(mass spectrum scan range)는 40-350 m/z로 하였다.
헤드스페이스 유리병은 40°C 조건에서 30분 동안 자석막대를 이용하여 교반하면서 평형상태를 만든 후유리병에 SPME fiber needle을 넣고 30분 동안 휘발성 향기성분을 흡착시키고, 220°C의 GC-MS 주입구에서 1분간 탈착하여 분석하였다.
, Palo Alto, CA, USA)의 질량스펙트라를 비교하여 자료(library)와 80% 이상 매치를 보일 때 동정된 성분으로 정하였으며, C9-C25의 알칸(Aldrich, Milwaukee, MN, USA)을 사용하여 각각 피크의 linear retention index를 구하고(22) 이를 문헌자료(2,8,17-19,21-23)와 비교하여 두 개의 조건을 모두 만족하는 경우 향기성분이 동정된 것으로 하였다. 휘발성 향기성분의 정량은 내부표준물질(2-메틸-1-펜탄올)의 피크면적(peak area)과 동정된 휘발성 향기성분의 피크면적의 비율로 나타내어 비교하였다(24).
대상 데이터
SPME fiber (Supelco)는 예비실험을 통해 가장 많은 휘발성 향기성분을 포집 및 농축하는 극성과 비극성의 혼합형 divinylbenzene/carboxen/polydimethylsiloxane (DCP, 50/30 µm)을 선정하여 분석에 사용하였다.
68 mg/L로 가장 낮은 함량을 나타냈다. 그린노트를 나타내는 1-헥산올은 맥주, 탁주, 청주에서 보고된 바 있으며(23,25), 본 실험에서는 5개의 시료(RVB1, RVB3, RVC, BVB1, BVB2)로 곰팡이를 접종한 국으로만 제조된 본격소주에서는 동정되지 않았다.
본 연구에서는 일본에서 직접 구매한 본격소주 9종을 시료로 사용하였는데, 쌀과 보리를 주재료로 제조하는 우리나라 증류식 소주와의 비교를 위해 쌀을 원료로 한 제품 5종과 보리를 원료로 한 4종의 제품을 구매하였고 시료에 대한 정보는 Table 1과 같다. 휘발성 향기성분 화합물의 표준시약과 내부표준물질로 사용한 2-메틸-1-펜탄올(2-methyl-1-pentanol) (21) 및 염화소듐(NaCl)은 Sigma-Aldrich Co.
본격소주 시료간의 분포와 휘발성 향기성분의 차이를 파악하기 위해 주성분 분석(Principal Component Analysis)을 실시하였다. 분석 시 시료 9종 중 휘발성 향기성분이 3종 이상의 시료에서 동정 된 40개 성분을 이용해 분석하였으며, 결과는 Fig. 1과 같다. 주성분1 (PC 1)과 주성분2 (PC 2)는 각각 전체 데이터 변동의 65.
실험에 사용한 칼럼(column)은 Stabilwax-DA (30 m length×0.25 mm i.d.×0.25 µm film thickness, Restek Co., Bellefonte, PA, USA)를 사용하였다.
1 (Addinsoft, New York, NY, USA)을 이용하여 correlation matrix를 적용한 주성분 분석(Principal Component Analysis, PCA) 을 실시하였다. 주성분 분석 시 9종 시료 중 3종 이상의 시료에서 모두 동정된 40개의 향기성분을 이용하여 분석하였다.
본 연구에서는 일본에서 직접 구매한 본격소주 9종을 시료로 사용하였는데, 쌀과 보리를 주재료로 제조하는 우리나라 증류식 소주와의 비교를 위해 쌀을 원료로 한 제품 5종과 보리를 원료로 한 4종의 제품을 구매하였고 시료에 대한 정보는 Table 1과 같다. 휘발성 향기성분 화합물의 표준시약과 내부표준물질로 사용한 2-메틸-1-펜탄올(2-methyl-1-pentanol) (21) 및 염화소듐(NaCl)은 Sigma-Aldrich Co. (St. Louis, MO, USA) 제품을 구매하였다.
데이터처리
본격소주 시료간의 분포와 휘발성 향기성분의 차이를 파악하기 위해 주성분 분석(Principal Component Analysis)을 실시하였다. 분석 시 시료 9종 중 휘발성 향기성분이 3종 이상의 시료에서 동정 된 40개 성분을 이용해 분석하였으며, 결과는 Fig.
일본 본격소주 9종의 휘발성 향기성분 분석 결과는 시료의 분포와 휘발성 향기성분간의 관계를 파악하기 위해 XLSTAT ver. 2014.1 (Addinsoft, New York, NY, USA)을 이용하여 correlation matrix를 적용한 주성분 분석(Principal Component Analysis, PCA) 을 실시하였다. 주성분 분석 시 9종 시료 중 3종 이상의 시료에서 모두 동정된 40개의 향기성분을 이용하여 분석하였다.
성능/효과
01%를 설명하는 것으로 1차원적인 모델을 보였다. 9종의 시료 분포는(Fig. 1B) 주성분1 선상에서 0을 기준으로 대맥국원료 본격소주인 BKAB, BKVB는 양의 값 쪽으로 분포를 나타내고 있으며, 나머지 7종(RVB1, RVB2, RVB3, RVC, RKVB, BVB1, BVB2)의 시료는 음의 값 쪽으로 분포하는 것을 보였다. 특히 상압증류한 BKAB의 경우 다른 시료에 비해 주성분1 선상에서 확연히 다른 분포를 보였다.
헤드스페이스 고체상미량추출(Headspace Solid-Phase Microextraction, HS-SPME)을 적용하여 포집한 본격소주 9종의 휘발성 향기성분의 GC-MS 분석결과는 Table 2와 같다. 9종의 시료에서 에스터(ester) 48종, 알코올(alcohol) 13종, 기타 15종으로 총 76종의 휘발성 향기성분이 검출되었다. 원재료에 따라 쌀원료 본격소주는 에스터 30종, 알코올 12종, 기타 5종 총 47종이 검출되었으며, 보리원료 본격소주는 에스터 46종, 알코올 12종, 기타 12종으로 총 70종이 검출되어 쌀 원료본격소주보다 23종이 더 많은 휘발성 향기성분이 검출되었다.
쌀 원료 본격소주 5종에서 모두 검출된 향기성분은 총 21종으로 그중 에틸-dl-2-하이드록시카프로산(ethyl dl-2-hydroxycaproate), 벤조산에틸(ethyl benzoate), 2-에틸-1-헥산올(2-ethyl-1-hexanol), 1-노난올(1-nonanol), 3,7-다이메틸-6-옥텐올(3,7-dimethyl-6-octenol)의 5종은 쌀원료 본격소주 전체시료에서 검출되었다. 보리원료 본격소주는 15종의 향기성분이 모든 검출되었다. 휘발성 향기성분의 피크면적(%)은 에스터 80.
술의 관능특성에 영향을 주는 에스터의 종류는 많으나 본 연구에 사용된 모든 시료에서 동정된 성분으로는 아세트산아이소아밀, 헥산산에틸, 옥탄산에틸, 2-페닐에틸아세트산과 도데칸산에틸(ethyl dodecanoate)로 증류식 소주(17), 탁주(21), 맥주(25)와 청주(28)의 중요한 향기성분으로 풍미에 많은 영향을 준다. 본 실험의 결과 원료와 증류방법 및 제조법에 따라 에스터 종류와 함량이 달라지며 이들 성분이 본격소주의 향미에 주요한 영향을 미치리라 여겨진다.
술에서 에스터는 미량의 향기성분으로 방향을 가지는 중요한 향미물질로 술의 관능특성에 높은 기여를 한다(23). 본 연구에 사용된 9종의 시료 중 가장 높은 에스터 함량을 보인 시료는 보리로 된 대맥국만을 사용하여 상압증류한 BKAB가 875.14 mg/L로 가장 높은 수준을 보였으며, 상압을 제외한 시료에서는 대맥국만 사용한 감압증류 시료인 BKVB가 452.63 mg/L로 높게 나타났다. 가장 낮은 에스터 수준을 보인 시료는 쌀과 쌀국으로 만들어진 감압증류 시료 RVB2가 32.
알코올류 중 가장 많은 함량을 차지한 2-페닐에탄올은 장미향을 나타내는 물질로 맥주의 방향족 알코올 중 휘발성 향기성분에 가장 큰 영향을 준다는 것으로 알려져 있다(25). 본 연구에서는 BKAB에서 47.53 mg/L로 가장 높은 함량을 보였으며, RVB1에서 7.68 mg/L로 가장 낮은 함량을 나타냈다. 그린노트를 나타내는 1-헥산올은 맥주, 탁주, 청주에서 보고된 바 있으며(23,25), 본 실험에서는 5개의 시료(RVB1, RVB3, RVC, BVB1, BVB2)로 곰팡이를 접종한 국으로만 제조된 본격소주에서는 동정되지 않았다.
에틸알코올(ethyl alcohol)을 제외한 2-노나논(2-nonanone), 아세트산아이소뷰틸(isobutyl acetate), 아세트산아이소아밀(isoamyl acetate), 아이소뷰틸알코올(isobutyl alcohol), 2-페닐에탄올(2-phenylethanol)등 15종의 성분은 본격소주 9종 모두에서 검출되었다. 쌀 원료 본격소주 5종에서 모두 검출된 향기성분은 총 21종으로 그중 에틸-dl-2-하이드록시카프로산(ethyl dl-2-hydroxycaproate), 벤조산에틸(ethyl benzoate), 2-에틸-1-헥산올(2-ethyl-1-hexanol), 1-노난올(1-nonanol), 3,7-다이메틸-6-옥텐올(3,7-dimethyl-6-octenol)의 5종은 쌀원료 본격소주 전체시료에서 검출되었다. 보리원료 본격소주는 15종의 향기성분이 모든 검출되었다.
에틸알코올(ethyl alcohol)을 제외한 2-노나논(2-nonanone), 아세트산아이소뷰틸(isobutyl acetate), 아세트산아이소아밀(isoamyl acetate), 아이소뷰틸알코올(isobutyl alcohol), 2-페닐에탄올(2-phenylethanol)등 15종의 성분은 본격소주 9종 모두에서 검출되었다. 쌀 원료 본격소주 5종에서 모두 검출된 향기성분은 총 21종으로 그중 에틸-dl-2-하이드록시카프로산(ethyl dl-2-hydroxycaproate), 벤조산에틸(ethyl benzoate), 2-에틸-1-헥산올(2-ethyl-1-hexanol), 1-노난올(1-nonanol), 3,7-다이메틸-6-옥텐올(3,7-dimethyl-6-octenol)의 5종은 쌀원료 본격소주 전체시료에서 검출되었다.
원재료에 따라 쌀원료 본격소주는 에스터 30종, 알코올 12종, 기타 5종 총 47종이 검출되었으며, 보리원료 본격소주는 에스터 46종, 알코올 12종, 기타 12종으로 총 70종이 검출되어 쌀 원료본격소주보다 23종이 더 많은 휘발성 향기성분이 검출되었다.
아세트산아이소아밀은 사과, 배, 바나나 향을 내는 성분으로(25) 본 실험에서는 모든 시료에서 동정되었다. 전체적으로 보리원료를 사용한 본격 소주가 높은 아세트산아이소아밀 함량을 보였으며, 특히 상압증류한 BKAB가 41.01 mg/L로 가장 높았다. 헥산산에틸과 옥탄산 에틸은 식품에서 과일향을 내며 과자, 껌, 음료, 주류 등에 다양하게 활용되는 에틸에스터로(26) 헥산산에틸은 RVB1에서 40.
보리원료 본격소주는 15종의 향기성분이 모든 검출되었다. 휘발성 향기성분의 피크면적(%)은 에스터 80.13%, 알코올 18.39%, 기타 1.48%로 에스터가 가장 높게 나타났으며 그 중 아세트산아이소아밀, 폼산아이소아밀(isoamyl formate), 헥산산에틸(ethyl heaxanoate), 옥탄산에틸(ethyl octanoate), 데카노산에틸(ethyl decanoate), 아이소아밀알코올(isoamyl alcohol), 2-페닐에탄올(2-phenylethanol)이 주요성분으로 나타났다. 이들 성분은 술에서 발견되는 일반적인 향기성분으로 본 연구결과에서도 일본 증류식 소주의 주요 성분으로 확인되었다(2,8,17-19).
후속연구
버터, 치즈, 야자유에 많이 함유된 불쾌한 산패취를 내는 옥탄산(octanoic acid) (21,23), 달콤하면서 견과류 향 특성을 지닌 데카논산(decanoic acid) (17)과 같은 유기산은 대맥국원료를 사용한 본격소주에서만 동정되었다. 이러한 결과로 보리원료를 사용한 본격소주 중에서도 덧술로 보리원료를 첨가하는 것보다 대맥국 자체만으로 발효주 및 증류주를 제조하는 것이 다양한 향미 특성을 가질 수 있을 것이라 생각된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
전통 증류식 소주의 원료로 사용되는 곡물은?
우리나라 전통 증류식 소주는 원료에 따라 찹쌀, 보리, 멥쌀, 밀, 수수, 옥수수 등을 사용하며 주 재료에 따라 독특한 향미를 가진다. 일본의 증류식 소주는 본격소주(本格燒酒)라 불리며 쌀, 보리, 고구마, 메밀 등 다양한 원료로 만들어진 일본의 전통 증류주이다(4,5).
본격소주는 어떤 발효법을 취하는가?
일본의 증류식 소주는 본격소주(本格燒酒)라 불리며 쌀, 보리, 고구마, 메밀 등 다양한 원료로 만들어진 일본의 전통 증류주이다(4,5). 이는 우리나라와 일본을 포함한 고온다습한 기후를 가진 아시아 국가에 적합한 양조주로 쌀 경작과 더불어 술 양조 시 종국을 이용한 당화과정을 거치는 병행복발효법을 취한다. 우리나라 전통 증류식 소주와 일본의 본격소주를 제조하기 위해서는 발효제(종국 또는 누룩)를 사용하여 발효원주를 양조하고, 이를 단식 증류하여 제조하는 공통점을 가진다(6-8).
민속주 중 증류식 소주는?
그러나 1965년 시행된 양곡관리법에 의해 쌀을 원료로 한 증류식 소주 제조가 금지됨에 따라 희석식 소주가 제조되었으며 현재까지 소비자들의 입맛을 사로잡고 있다(2). 1986년 이후 민속주법이 제정되어 33종이 민속주로 지정 받았으며 그 중 증류식 소주로는 문배주, 안동소주, 옥천한주 3종이 있으며, 그 외 일부 제품이 출시되고 있으나 그 소비량은 저조한 실정이다(3). 그러나 탁주와 더불어 우리 술의 다양성과 고부가가치화를 위해 증류식 소주에 대한 연구의 필요성도 높아지고 있다.
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