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문제 정의
- 본 연구에서는 한국, 중국, 일본 및 미국산 사과식초를 대상으로 사과, 사과즙, 사과농축액을 주원료로 정치배양을 거친 시판 천연발효식초의 관능적 특징을 객관적으로 알아보고, 아울러 전자코와 전자혀를 이용한 사과식초의 맛 패턴과 향기성분 분석을 통해 각국의 천연발효 사과식초 관능적 품질에 대한 기초자료를 제시하고자 하였다.
제안 방법
- 2. Intensity comparison of 7 E-tongue sensors of naturally-fermented commercial cider vinegars from different countries (A) and taste profile based on PCA (B) (BRS: bitterness, SWS: sweetness, UMS: umami, STS: saltiness, SRS: sourness).
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관능평가
관능검사의 경험이 풍부한 20명의 패널을 대상으로 식초의 색, 냄새, 신맛, 단맛, 전반적 기호도에 대하여 각각 9점 채점법(1=매우 나쁘다, 5=보통이다, 9=매우 양호하다)으로 평가하였다. 시료를 10배 희석하여 10 mL씩 담고 세 자리 숫자로 coding 후 패널에게 제시하였으며, 모든 평가에서 한 개의 시료를 평가한 후 반드시 물로 입안을 헹구어 낸 후 다음 평가를 진행하도록 하였다.
- 시료는 70°C heating block에서 20분간 예열되었고, 휘발성분은 SPME fiber를 통해 30분 동안 포집되었으며, GC (Agilent GC 6890, Agilent Technologies, Palo Alto, CA, USA)로 주입 후 탈착을 위해 2분 동안 유지되었다.
- 관능검사의 경험이 풍부한 20명의 패널을 대상으로 식초의 색, 냄새, 신맛, 단맛, 전반적 기호도에 대하여 각각 9점 채점법(1=매우 나쁘다, 5=보통이다, 9=매우 양호하다)으로 평가하였다. 시료를 10배 희석하여 10 mL씩 담고 세 자리 숫자로 coding 후 패널에게 제시하였으며, 모든 평가에서 한 개의 시료를 평가한 후 반드시 물로 입안을 헹구어 낸 후 다음 평가를 진행하도록 하였다.
- 시료의 맛은 7개의 electrochemical sensor (SRS, GPS, STS, UMS, SPS, SWS, BRS)와 1개의 reference electrode (Ag/AgCl)가 부착된 전자혀(ASTREE, Alpha MOS, Toulouse, France)를 이용하여 분석하였다. 이 때 SRS는 신맛, STS는 짠맛, UMS는 감칠맛, SWS는 단맛, BRS는 쓴맛을 감지하고, GPS와 SPS는 센서값을 보정하는 표준센서로 사용된다.
- 식초 맛에 대한 기호도의 경우 신맛은 K1과 C2 시료에서, 단맛은 C2과 U2 시료에서 유의적으로 높은 점수를 얻었고, 신맛이 높게 평가된 식초는 전반적인 기호도에서 비교적 높은 점수를 보여주었다. 식초의 전자코 및 전자혀 분석 결과를 관능평가와 비교하여 상관관계를 분석하였다(Fig. 3). 전자코 결과의 주성분분석에서 PC1 값이 증가할수록 관능평가의 냄새 평점은 감소하였고, 두 변수의 상관계수(r2)는 0.
- 자동시료채취기를 사용하여 1,000 µL의 휘발성분을 취한 후 전자코(HERACLES, Alpha MOS, Toulouse, France)로 주입하였고, 두 개의 column (2 m×0.18 mm DB5/DB1701) 및 두 개의 flame ionization detectors (FID)로 분석하였다.
- 전자코를 이용하여 천연발효 사과식초의 휘발성분을 분석한 후이를 바탕으로 주성분분석을 실시하였다(Fig. 1). 제 1주성분은 96.
- 천연발효 사과식초의 관능평가는 색, 냄새, 신맛, 단맛 및 전반적 기호도에 대한 7점 척도로 진행되었다(Table 3). 모든 시료의 색과 냄새는 4.
대상 데이터
- 본 연구에서는 시판 천연발효식초로서 제품에 표시된 내용을 토대로 사과, 사과과즙, 사과농축액을 원료로 정치발효한 사과식초를 선정하였다. 한국산(K1, K2), 중국산(C1, C2), 일본산(J1, J2), 미국산(U1, U2) 시판 사과식초 8종을 각국의 현지 마트 및 온라인 쇼핑몰을 통해 구매하였고, 500 mL 용량을 기준으로 제조일자가 동일한 제품을 3병씩 각각 선택하였다.
- 본 연구에서는 시판 천연발효식초로서 제품에 표시된 내용을 토대로 사과, 사과과즙, 사과농축액을 원료로 정치발효한 사과식초를 선정하였다. 한국산(K1, K2), 중국산(C1, C2), 일본산(J1, J2), 미국산(U1, U2) 시판 사과식초 8종을 각국의 현지 마트 및 온라인 쇼핑몰을 통해 구매하였고, 500 mL 용량을 기준으로 제조일자가 동일한 제품을 3병씩 각각 선택하였다. 시료는 분석기간 동안 냉장 보관하였다.
- 휘발성분 분석을 위하여 mass selective detector (MSD)가 부착된 GC를 사용하였고, fused silica capillary column (DB WAX; 60 m×0.25 mm×0.25 µm) 및 헬륨 가스(1 mL/min)를 이용하였다.
- 휘발성분 포집을 위해 50/30 µm divinylbenzene/carboxen/polydimethyl-siloxane (DVB/CAR/PDMS)으로 코팅된 SPME fiber(Supelco, Bellefonte, PA, USA)를 사용하였다.
데이터처리
- Oven 온도는 40°C에서 5초간 유지되었고 270°C까지 초 당 4°C로 상승시켜 30초간 유지되었으며, 수소 가스의 flow rate는 1 mL/min였다. Kovats index library 기반의 AroChembase (Alpha MOS)를 이용하여 분리된 피크의 성분을 추정하였고, 3회 반복 결과를 주성분분석에 사용하였다.
- 이 때 SRS는 신맛, STS는 짠맛, UMS는 감칠맛, SWS는 단맛, BRS는 쓴맛을 감지하고, GPS와 SPS는 센서값을 보정하는 표준센서로 사용된다. 각 시료 25 mL를 120초 동안 분석하였고, 시료 간 오염을 방지하기 위해 증류수로 세척하였으며, 3회 분석결과를 주성분분석(principal component analysis, PCA)에 사용하였다.
- 관능평가 결과는 3회 반복하여 평균과 표준편차로 나타내었고, Statistical Analysis System (SAS)를 이용하여 분산분석 및 던칸분석(Duncan’s multiple range test)으로 유의성을 검정하였다(19).
- 또한 전자혀, 전자코, SPME/GC-MS, 관능평가의 상관관계는 피어슨상관분석(Pearson’s correlation analysis)을 이용하여 5% 이내에서 유의성을 검정하였다.
성능/효과
- 33점 범위로 평가되었으며, C1은 신맛과 단맛에서도 높은 점수를 얻어 전반적으로 높은 기호 특성을 나타내었다. 냄새의 경우 중국산 식초에서 관능평점이 높은 반면, 한국산 식초에서 유의적으로 낮은 평점을 나타내었는데, 이는 SPME/GC-MS 분석에서 확인된 acetoin에 의한 부정적인 영향으로 예측되었다. 식초 맛에 대한 기호도의 경우 신맛은 K1과 C2 시료에서, 단맛은 C2과 U2 시료에서 유의적으로 높은 점수를 얻었고, 신맛이 높게 평가된 식초는 전반적인 기호도에서 비교적 높은 점수를 보여주었다.
- 한편, 전자코 분석에 의한 휘발성분을 Kovats retention indices에 따라 AroChemBase library로 검색한 결과는 Table 2와 같다. 모든 시료에서 가장 높은 함량을 나타낸 23.67초 성분은 acetic acid로 추정되었고, SPME/GC-MS 분석에서 검출된 ethyl acetate, octanoic acid, furfural, benzaldenyde 등의 휘발성분도 전자코 분석을 통해 사과식초에서 확인되었다.
- Kang 등(25)은 고분자-탄소 혼합체 센서 어레이를 이용한 전자코 분석으로 우유에 존재하는 휘발성 화합물들에 대한 구별이 가능함을 보여주었고, Saevels 등(26)은 전자코 분석을 통해 사과의 저장 중 휘발성분의 변화를 구분할 수 있었으며, Rudnitskaya 등(27)은 오렌지 주스의 차이를 전자혀를 이용하여 분석하여 식품의 품질관리에서 전자코와 전자혀의 응용 가능성을 시사하였다. 사과식초의 향과 맛에 대한 관능적 특징은 전자코와 전자혀 분석에 의한 패턴 비교를 통해 구분될 수 있었고, 전체적으로 전자코에 의한 휘발성분 패턴이 전자혀 패턴에 비해 좀 더 명확하게 구분되었다.
- 시판 사과식초의 휘발성분을 SPME GC/MS로 분석한 결과 Table 1에서와 같이 5종의 acetic ester류, 11종의 acid류, 6종의 alcohol류, 3종의 aldehyde류 및 8종의 ethyl ester류 등이 분석되었다. 시판 사과식초의 공통된 휘발성분으로 acetic acid (acidic type odor) 외 isovaleric acid(cheesy type odor), octanoic acid (fatty type odor), phenethyl alcohol (floral type odor), phenethyl acetate (floral type odor) 등이 확인되었으며, 이 중 acetic acid는 ethanol의 초산발효에 의해 생성되는 식초의 주된 휘발성분으로(22), 8종의 사과식초에서 45.93-65.46% 범위로 가장 높은 함량을 나타내었다.
- 사과식초의 다양한 휘발성분 중 일부는 원료인 사과의 고유한 향에서 이행되고(20), 일부는 발효미생물의 작용으로 생성되는 것으로 acetic acid 외 acid류, alcohol류, ester류 등의 상호작용에 의해 식초 특유의 향미를 형성한다(21). 시판 사과식초의 휘발성분을 SPME GC/MS로 분석한 결과 Table 1에서와 같이 5종의 acetic ester류, 11종의 acid류, 6종의 alcohol류, 3종의 aldehyde류 및 8종의 ethyl ester류 등이 분석되었다. 시판 사과식초의 공통된 휘발성분으로 acetic acid (acidic type odor) 외 isovaleric acid(cheesy type odor), octanoic acid (fatty type odor), phenethyl alcohol (floral type odor), phenethyl acetate (floral type odor) 등이 확인되었으며, 이 중 acetic acid는 ethanol의 초산발효에 의해 생성되는 식초의 주된 휘발성분으로(22), 8종의 사과식초에서 45.
- 냄새의 경우 중국산 식초에서 관능평점이 높은 반면, 한국산 식초에서 유의적으로 낮은 평점을 나타내었는데, 이는 SPME/GC-MS 분석에서 확인된 acetoin에 의한 부정적인 영향으로 예측되었다. 식초 맛에 대한 기호도의 경우 신맛은 K1과 C2 시료에서, 단맛은 C2과 U2 시료에서 유의적으로 높은 점수를 얻었고, 신맛이 높게 평가된 식초는 전반적인 기호도에서 비교적 높은 점수를 보여주었다. 식초의 전자코 및 전자혀 분석 결과를 관능평가와 비교하여 상관관계를 분석하였다(Fig.
- 2A와 같다. 신맛과 관련된 SRS 센서는 한국산 및 중국산 시료에서 강하게 측정된 반면, 일본산 및 미국산 시료에서 약한 강도로 확인되었다. 짠맛과 관련된 STS 센서는 중국산 시료에서 다소 강하게 확인되었고, 일본산 시료에서 상대적으로 약하게 측정되었다.
- 3C). 이상의 결과, 사과식초에 대한 전자코와 전자혀 분석 결과는 관능 평점과 높은 상관성을 보여주어, 비교적 신속하고 간단한 전자센서 시스템을 이용하여 식초의 관능적 품질을 평가 할 수 있는 가능성을 보여주었다.
- C1 시료에서는 K1 시료와 함께 furfural 성분이 높은 비율로 확인되었는데, 이는 비효소적 갈변반응으로 생성된 5탄당으로 식초의 관능적 특성을 평가하는 화합물로 보고되었다(23). 일본산 사과식초에서 확인된 24-27종의 휘발성분 중 acetic acid 성분은 59.15-62.47%의 높은 비율을 차지한 반면, 28-32종의 휘발성분이 확인된 미국산 사과식초에서는 acetic acid가 45.93-48.07%의 비교적 낮은 비율로 확인되었고, ethyl acetate, isoamyl acetate (fruity type odor), phenethyl acetate 등의 acetic ester류가 10.73-11.27% 범위로 특이적으로 높은 비율을 나타내었다. Isoamyl acetate는 사과나 배의 주요 휘발성 ester류 이며(20) 미국산 2종에서 많이 검출되었다.
- 3). 전자코 결과의 주성분분석에서 PC1 값이 증가할수록 관능평가의 냄새 평점은 감소하였고, 두 변수의 상관계수(r2)는 0.9431로 확인되었다(Fig. 3A). 전자혀를 구성하는 7종의 sensor 중 신맛을 나타내는 SRS sensor는 관능적 신맛과 높은 상관관계를 나타내었고(r2=0.
- 일본산 및 미국산 식초는 한국산 시료와 중국산 시료의 사이에서 서로 밀접하게 위치하여 4가지 식초의 휘발성분 역시 유사할 것으로 예측되었다. 전자코 분석 결과의 패턴 비교에서 한국산 식초와 중국산 식초는 독립된 패턴으로 구분되었고, 일본산 및 미국산 식초의 향은 유사할 것으로 예측되었다. 한편, 전자코 분석에 의한 휘발성분을 Kovats retention indices에 따라 AroChemBase library로 검색한 결과는 Table 2와 같다.
- 전자코와 전자혀를 이용한 사과식초의 패턴 비교 결과, 한국산 식초와 중국산 식초는 전자코 분석에서 독립된 패턴으로 구분되었고, 중국산 및 일본산 식초는 전자혀 분석에서 각각 뚜렷한 맛 패턴의 분리를 나타내었다. Kang 등(25)은 고분자-탄소 혼합체 센서 어레이를 이용한 전자코 분석으로 우유에 존재하는 휘발성 화합물들에 대한 구별이 가능함을 보여주었고, Saevels 등(26)은 전자코 분석을 통해 사과의 저장 중 휘발성분의 변화를 구분할 수 있었으며, Rudnitskaya 등(27)은 오렌지 주스의 차이를 전자혀를 이용하여 분석하여 식품의 품질관리에서 전자코와 전자혀의 응용 가능성을 시사하였다.
- 감칠맛, 단맛, 쓴맛 센서는 시료에 따른 유의적인 차이를 보이지 않았다. 전자혀 결과의 주성분 분석에서, 제 1 및 제 2주성분의 기여율이 각각 82.21% 및 8.29%를 나타내어 총 90.50%의 누적점유율을 나타내었다(Fig. 2B). 신맛과 짠맛이 강하게 측정되었던 중국산 시료의 경우 좌측하단에 위치하였고, 신맛과 짠맛이 약한 일본산 시료는 우측하단에 나란히 위치하였다.
- 3A). 전자혀를 구성하는 7종의 sensor 중 신맛을 나타내는 SRS sensor는 관능적 신맛과 높은 상관관계를 나타내었고(r2=0.9515) (Fig. 3B), 단맛을 나타내는 SWS sensor 역시 관능적 단맛과 양의 상관관계를 나타내었다(r2=0.8325) (Fig. 3C). 이상의 결과, 사과식초에 대한 전자코와 전자혀 분석 결과는 관능 평점과 높은 상관성을 보여주어, 비교적 신속하고 간단한 전자센서 시스템을 이용하여 식초의 관능적 품질을 평가 할 수 있는 가능성을 보여주었다.
- K1 시료에서는 furfural (bready type odor), benzenaldehyde (fruity type odor) 및 acetoin (buttery type odor) 성분이, K2 시료의 경우 phenethyl acetate 성분이 각각 높은 비율로 확인되었다. 중국산 사과식초에서는 27-33종의 휘발성분이 확인되었고, ethyl acetate (etherial type odor) 및 dimethyl ether(etherial type odor) 성분이 각각 3.17-5.65% 및 8.45-8.86%의 높은 비율로 확인되었다. Ethyl acetate는 중국산, 일본산 및 미국산 식초에서 2.
- 한국산 식초는 PC1을 기준으로 우측에 분리되었고, 두 식초는 서로 가까이 위치하여 시료의 휘발성분이 유사할 것으로 예측되었다. 중국산 식초는 PC1을 기준으로 축의 좌측으로 분리되었고, 한국산, 일본산, 미국산 시료와 멀리 떨어진 상태로 위치하여 이들 6종의 시료와 휘발성분의 차이가 클 것으로 추측되었다. 일본산 및 미국산 식초는 한국산 시료와 중국산 시료의 사이에서 서로 밀접하게 위치하여 4가지 식초의 휘발성분 역시 유사할 것으로 예측되었다.
- 신맛과 관련된 SRS 센서는 한국산 및 중국산 시료에서 강하게 측정된 반면, 일본산 및 미국산 시료에서 약한 강도로 확인되었다. 짠맛과 관련된 STS 센서는 중국산 시료에서 다소 강하게 확인되었고, 일본산 시료에서 상대적으로 약하게 측정되었다. 감칠맛, 단맛, 쓴맛 센서는 시료에 따른 유의적인 차이를 보이지 않았다.
- 한국산 사과식초에서는 23-26종의 휘발성분이 확인되었고, acetic acid, isovaleric acid, octanoic acid, decanoic acid (fatty type odor) 등의 acid류 성분이 69.38-74.80%로 높은 비율을 나타낸 반면, acetic acid과 alcohol의 반응으로 생성되는 acetic ester류의 비율은 낮았다. K1 시료에서는 furfural (bready type odor), benzenaldehyde (fruity type odor) 및 acetoin (buttery type odor) 성분이, K2 시료의 경우 phenethyl acetate 성분이 각각 높은 비율로 확인되었다.
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