[논문]전통누룩으로부터 분리한 효모의 쌀맥주 발효 특성 연구

정의정; 김경섭; 박지영; 정철

doi:10.5762/kais.2019.20.11.376

전통누룩으로부터 분리한 효모의 쌀맥주 발효 특성 연구
A Study on the Fermentation Characteristics of Yeast for Rice Beer Separated from Traditional Nuruk 원문보기

한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, v.20 no.11, 2019년, pp.376 - 385

정의정 (서울벤처대학원대학교 융합산업학과) , 김경섭 (서울벤처대학원대학교 융합산업학과) , 박지영 (농촌진흥청 국립식량과학원 중부작물부 수확후이용과) , 정철 (서울벤처대학원대학교 융합산업학과)

초록
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본 연구는 쌀 맥주에 적합한 양조용 효모를 우리나라의 전통 누룩에서 분리 동정하고, 분리된 효모에 대한 쌀 맥주의 양조 적성을 파악하고자 하는데 그 목적이 있다. 6개월간의 연구 결과, 전통 누룩에서 선발된 4종의 양조용 효모는 이화학적 데이터 측면(pH, 당도, 알코올)에서 상업용 양조용 효모와 유사한 정상적인 발효 패턴을 보였으며 상업용 양조용 효모 보다 더 높은 활력을 보였다. 또 한편으로, 쌀 맥주의 아로마 성분 중에 특히 맥주의 아로마를 나타내는 고급 알코올과 에스터 농도는 각각 78.4로 부터 106.5 ppm 그리고 15.1부터 29.3 ppm을 나타내어 일반적으로 맥주에서 나타나는 농도를 나타내었다. 특히 Saccharomyces cerevisiae(KCCM 90313)는 상업용 효모에 의해 제조된 쌀 맥주에서 보다 유의적으로 더 높은 고급 알코올 농도와 에스터 농도를 보여주었기 때문에 쌀맥주의 아로마에 대한 긍정적인 효과가 있을 것으로 판단된다. 결론적으로, 전통 누룩에서 분리 동정한 4종의 효모들은 쌀 맥주의 제조에 적합한 것으로 판단되며, 특히 S. cerevisiae (KCCM 90313) 효모는 우수한 효모 활성과 아로마 생성능을 보여 주었으므로 향후 쌀 맥주 제조에서의 응용 가능성을 보였다.

Abstract ▼ AI-Helper

This study was undertaken is to isolate brewing yeast suitable for rice beer fermentation from the traditional Nuruk, and to identify the brewing ability of the isolated yeast. After 6 months of research, four brewing yeast isolated from traditional Nuruk showed a normal fermentation pattern in terms of physicochemical data (pH, brix, alcohol content) and higher vitality, as compared to commercial brewing yeast. The concentrations of higher alcohol and ester, that impart the aroma to beer, were 78.4 to 106.5 ppm and 15.1 to 29.3 ppm, respectively. In particular, S. cerevisiae (KCCM 90313) bestowed significantly higher contents of higher alcohol and ester concentrations than rice beer prepared from commercial yeast. We conclude that the four variants of yeast isolated from traditional Nuruk are potentially suitable for manufacturing rice beer. Especially, the S. cevisiae (KCCM 90313) yeast shows excellent yeast activity and aroma production, thereby displaying potential application for manufacturing rice beer in the future.

주제어

표/그림 (5)

그림 Fig. 1. Chart of manufature process od rice beer
그림 Fig. 2. Change of physiochemical components during the fermentation using different type of yeasts
그림 Fig. 3. Content of glycogen and trehalose in different type of yeasts
그림 Fig. 4. Sensory evaluation of rice beer prepared by different type of yeasts
표 Table 1. Aroma components in different type of yeasts after 1st fermentation

AI 본문요약
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문제 정의

쌀을 부원료로 하고 분리 동정된 효모를 이용한 쌀 맥주 제조에 대한 연구는 그간 전무한 상태이다. 따라서 본 연구에서는 쌀 맥주에 적합한 양조용 효모를 우리나라 토종 누룩에서 분리 동정하고 분리된 효모가 쌀 맥주 제조와 양조적성에 부합여부에 대한 기초자료를 확보하고자 한다.
본 연구는 전통누룩에서 선발된 양조용 효모의 쌀 맥주 양조적성을 테스트한 것으로 3차에 걸친 알코올 발효를 통해 대조구인 독일 상업용 효모와 같이 정상적인 발효패턴을 보였다. 또한 효모의 활력을 나타내는 글리코겐과 트레할로오스의 농도는 내부비전곡에서 분리한 효모 S.

제안 방법

발효 중 당도(°Brix)의 측정은 굴절당도계(ABBE, Atago, Tokyo, Japan)를 이용하여 측정하였으며, pH는 pH meter(Orion 720A, Thermo orion, Beverly, MA, USA)를 사용하여 측정하였다.
발효 중 효모수를 측정하기 위해 YPD agar배지에 생균수를 측정하였다. 균수의 측정은 십진희석법을 이용하여 고체배지에 0.
쌀맥주 효모별 관능평가는, 맛(taste), 향(flavor), 선호도(preference)항목으로 나누어 매우 좋다(5점), 약간 좋다(4점), 보통이다(3점), 약간 싫다(2점), 매우 싫다(1점)로 평가하는 5점 척도법을 이용하여 맥주 관련 종사자들로 구성된 15인의 패널을 대상으로 하여 실시하였다.
쌀맥주는 맥아와 쌀을 80 % : 20 % 비율로 하여 승온 방식에 따라 담금 실시 후 알코올 발효를 15 ℃에서 2주간 진행 후 7일간의 숙성을 거쳐 라거타입의 쌀 맥주를 제조하였다[Fig. 1].
알코올 발효 중 생성되는 메탄올, 아세트알데히드, 퓨젤유 등 주류의 향기성분을 구성하는 저비점 발효부산물은 국세청기술연구소 주류분석규정에 따라 맥주 100 mL에 증류수 30 mL를 넣고 heating mantle에서 가열하여 메스실린더에 증류액 95 mL를 취하고 증류수를 넣어 전량을 100 mL로 정용한 후 가스크로마토그래프 (Agilent Technologies, Fort Worth, Texas, USA)를 이용하여 분석하였다.
효모 동정은 ㈜마크로젠 (Seoul, Korea)에 의뢰하여 26S rRNA의 양방향 염기서열을 분석하였고, 염기서열 분석을 통하여 얻은 각 균주의 염기 서열은 Blast Network Service를 이용하여 NCBI GenBank database의 염기서열과 비교함으로써 유사도를 분석하였다.

대상 데이터

국산 홉(뱅크클리닉 브루잉 컴퍼니)인 Cascade(알 파산 8 %)와 Centennial(알파산: 7 %)을 사용하였고, 쌀의 액화를 위해 정제효소인 α-amylase(Termamyl SC)를 사용하였다.
본 실험에 사용한 원료맥아는 독일 Weyermann사의 pilsner 맥아, 쌀은 국산쌀(동원상사)을 구입하여 사용하였다. 국산 홉(뱅크클리닉 브루잉 컴퍼니)인 Cascade(알 파산 8 %)와 Centennial(알파산: 7 %)을 사용하였고, 쌀의 액화를 위해 정제효소인 α-amylase(Termamyl SC)를 사용하였다.
희석평판분리는 발효물 4 g을 생리식염수 36 mL에 진탕한 후, 십진희석법으로 희석하여 배지에 도말하였다. 분리 배지로는 DG18(Dichloran Glycerol 18% agar, MB Cell, Seoul, Korea)과 DRBC(Dichloran Rose-Bengal Chloramphenicol agar, MB Cell, Seoul, Korea) 배지를 각각 사용하였다. 도말 후 24시간 배양한 다음 우점 균주를 YPD(Yeast Extract Peptone Dextrose, MB Cell, Seoul, Korea) 배지에서 순수 분리하였다.
국산 홉(뱅크클리닉 브루잉 컴퍼니)인 Cascade(알 파산 8 %)와 Centennial(알파산: 7 %)을 사용하였고, 쌀의 액화를 위해 정제효소인 α-amylase(Termamyl SC)를 사용하였다. 상업용 효모는 독일 하면효모 (W34-70)와 상면효모(W205)를 대조구로 사용하였다.

데이터처리

Results are expressed as mean±SD (n=3); a-cmeans with the same letter in colume are not significantly difference by duncan's multiple range test (p<0.05).
분석 결과는 mean±SD로 표시하였으며, SPSS 프로그램(Version 10.0, SPSS, Chicago II, USA)을 이용하여 분산분석(ANOVA)후 유의차가 있는 항목에 대하여는 Duncan's multiple range test p<0.05 수준에서 시료 간의 유의차를 검정하였다.

이론/모형

균수의 측정은 십진희석법을 이용하여 고체배지에 0.1 mL 도말하고 30°C 항온기에 48시간 배양한 후 집락수를 계수해 콜로니 형성 단위(Colony Forming Units; CFU/mL)로 나타내었다.
1 mL 도말하고 30°C 항온기에 48시간 배양한 후 집락수를 계수해 콜로니 형성 단위(Colony Forming Units; CFU/mL)로 나타내었다. 글리코겐과 트레할로오스는 측정은 효모를 0.9 %w/v NaCl로 3회 씻은 후 0.2 M Sodium citrate buffer로 pH를 4.8로 조정 후 Jorgensen[19]의 방법에 따라 측정하였다.
효모 분리는 누룩과 쌀을 이용하여 알코올발효 후 발효조 바닥에 가라앉은 채취하여 효모를 증식시킨 후 희석평판분리방법을 사용하여 미생물 분리 후 최종적으로 순수 분리하였다. 희석평판분리는 발효물 4 g을 생리식염수 36 mL에 진탕한 후, 십진희석법으로 희석하여 배지에 도말하였다. 분리 배지로는 DG18(Dichloran Glycerol 18% agar, MB Cell, Seoul, Korea)과 DRBC(Dichloran Rose-Bengal Chloramphenicol agar, MB Cell, Seoul, Korea) 배지를 각각 사용하였다.

성능/효과

1에 나타내었다. 1차발효 후 효모 간 휘발성 성분을 보면, 맥주에 이미 이취를 부여하는 아세트알데히드, 아세톤, 메탄올 및 디아세틸의 농도는 일반 맥주에서 검출되는 수준으로 나타났다. 특히 디아세틸은 버터 향을 풍기는 성분으로 맥주의 숙성정도를 나타내는 척도로 활용된다.
전체적으로 1차 발효 후 누룩에서 분리한 효모들은 일반적인 맥주에서 나타내는 아로마 농도를 보였고, 독일 상업용 효모들에 비해서도 높은 아로마 농도를 보여 맥주 맛과 향에 긍정적인 영향을 미치는 것으로 판단된다. 2차, 3차 발효 후에는 1차 때보다는 효모별 아로마 성분이 유의적인 차이가 없었다.
cereviaise(KCCM 90315)효모는 독일 상업용 효모에 비해 현저히 낮은 글리코겐 함량을 나타내었다. 그러나 내부비전곡에서 분리한 S. cereviaise(KCCM 90313)효모는 독일 상업용 하면효모와 유사한 글리코겐 함량을 보였고, 상면효모보다는 높은 함량을 나타냈다[Fig. 3].
그리고 트레할로오스 농도는 글리코겐보다는 모든 효모에서 적은 함량을 나타내어 기존 연구와 유사한 결과 (21, 22)를 보였고, 특히 내분비전곡에서 분리한 효모 중 S. cereviaise(KCCM90313)효모가 모든 시험구에서 1차, 2차, 3차 발효 후에 가장 높은 트레할로스 함량(20∼ 23 ㎍/7log CFU)을 보였다.
5 ppm을 나타내어 일반적으로 맥주에서 나타나는 농도[20, 21]를 보였다. 누룩에서 분리한 효모들이 독일 상업용 효모보다 높은 고급알코올 농도를 보여 유의적으로 차이를 나타내었다.
이 성분은 역치가 낮아 적은 농도로도 냄새를 느낄 수 있는데 누룩에서 분리한 효모들이나 독일 상업용 효모 모두에서 검출되지 않았다. 따라서 누룩에서 분리 효모들은 디아세틸 감소력이 독일 상업용 효모들과 마찬가지로 매우 강한 것으로 나타났다. 한편 맥주의 아로마를 나타내는 고급알코올과 에스터 농도를 보면, 우선 고급알코올의 경우 바나나 향을 부여하는 이소아밀아세테이트가 모든 효모에서 가장 많이 검출되었다.
연이은 2차, 3차 발효과정에서는 1차 발효 때보다 높은 발효력을 나타내었다. 또한 2, 3차 발효에서는 1차 발효 때 보다 효모의 침전이 빨라지는 현상을 보였다. 이와 같은 발효패 턴은 밀 누룩에서 분리 동정한 S.
cereviaise(KCCM 90315)효모가 가장 낮은 평가를 받았다. 또한 2차와 3차 발효 후의 관능평가에서는 효모 간 유의적 차이가 거의 없어 아로마 성분의 결과와 연관되는 결과를 보였다. 이는 2차, 3차 발효를 거치면서 모든 효모가 발효력이 향상되어 분비되는 아로마 성분의 차이가 없어 품질이 균일하게 되기 때문인 것으로 판단된다.
본 연구는 전통누룩에서 선발된 양조용 효모의 쌀 맥주 양조적성을 테스트한 것으로 3차에 걸친 알코올 발효를 통해 대조구인 독일 상업용 효모와 같이 정상적인 발효패턴을 보였다. 또한 효모의 활력을 나타내는 글리코겐과 트레할로오스의 농도는 내부비전곡에서 분리한 효모 S. cereviaise(KCCM90313)는 독일 상업용 하면효모와 유사한 글리코겐 함량을 보였고, 상면효모보다는 높은 함량을 나타냈다. 글리코겐과 트레할로오스 함량이 높은 효모는 알코올발효를 빠르게 진입시키므로 효모활성이 우수하다고 볼 수 있다.
에스터의 경우는 과실 향을 부여하는 에틸아세테이트가 가장 많이 검출되었으며 그 농도는 효모 간 다소 차이가 있으나 15.1~29.3 ppm을 보여 일반적인 맥주에서 나타내는 에스터의 농도를 나타내었다. 특히 내부비전곡에서 분리된 Saccharomyces cerevisiae(KCCM 90313)가 29.
전체적으로 1차 발효 후 누룩에서 분리한 효모들은 일반적인 맥주에서 나타내는 아로마 농도를 보였고, 독일 상업용 효모들에 비해서도 높은 아로마 농도를 보여 맥주 맛과 향에 긍정적인 영향을 미치는 것으로 판단된다. 2차, 3차 발효 후에는 1차 때보다는 효모별 아로마 성분이 유의적인 차이가 없었다.
한편 맥주의 아로마를 나타내는 고급알코올과 에스터 농도를 보면, 우선 고급알코올의 경우 바나나 향을 부여하는 이소아밀아세테이트가 모든 효모에서 가장 많이 검출되었다. 전체적으로 고급알코올의 농도는 78.4~106.5 ppm을 나타내어 일반적으로 맥주에서 나타나는 농도[20, 21]를 보였다. 누룩에서 분리한 효모들이 독일 상업용 효모보다 높은 고급알코올 농도를 보여 유의적으로 차이를 나타내었다.
전통누룩에서 분리한 효모와 독일 상업용 효모와의 쌀맥주의 관능평가를 보면[Fig. 4], 1차 관능평가에서는 맛, 향 및 선호도에서 Saccharomyces cerevisiae(KCCM 90313)효모로 제조된 쌀 맥주가 가장 우수한 것으로 나타났다. 그 다음 Saccharomyces cerevisiae(KCCM 90307)효모가 그 뒤를 이었다.
전통누룩에서 분리한 효모와 독일 상업용 효모와의 쌀맥주의 관능평가에서는 맛, 향 및 선호도에서 S. cerevisiae(KCCM 90313)효모로 제조된 쌀 맥주가 선호도가 가장 높게 나타났다.
cereviaise(KCCM 90315)효모에서도 관찰되었다. 즉 전통누룩에서 분리한 4종의 양조효모는 독일 상업용 하면효모(W34-70) 및 상면효모(W205)와 발효패턴을 비교했을 때 유사한 발효패턴을 보여 쌀 맥주 양조 적성에 적합한 것으로 나타났다.
3ppm을 나타내어 일반적으로 맥주에서 나타나는 농도를 보였다. 특히 S. cerevisiae(KCCM 90313)는 독일 상업용 효모로 제조된 쌀 맥주에서보다 유의적으로 높은 고급알코올 농도와 에스터 농도를 보여 쌀 맥주 아로마에 긍정적인 효과가 있을 것으로 판단된다.
3 ppm을 보여 일반적인 맥주에서 나타내는 에스터의 농도를 나타내었다. 특히 내부비전곡에서 분리된 Saccharomyces cerevisiae(KCCM 90313)가 29.3 ppm을 나타내어 6종의 효모 중 가장 많은 에스터 농도를 나타내어 유의적 차이가 있음을 알 수 있다.
한편 누룩에서 분리한 효모들은 독일 상업용 효모와 같이 발효횟수에 따라 글리코겐의 농도는 큰 차이를 보이지 않아 발효가 연속적으로 진행되어도 효모 활력은 계속 유지되는 것으로 나타났다.
따라서 누룩에서 분리 효모들은 디아세틸 감소력이 독일 상업용 효모들과 마찬가지로 매우 강한 것으로 나타났다. 한편 맥주의 아로마를 나타내는 고급알코올과 에스터 농도를 보면, 우선 고급알코올의 경우 바나나 향을 부여하는 이소아밀아세테이트가 모든 효모에서 가장 많이 검출되었다. 전체적으로 고급알코올의 농도는 78.
한편 효모종류별 발효 후 아로마성분은 저비점 성분(아 세트알데히드, 아세톤, 메탄올 및 디아세틸)의 농도는 일반 맥주에서 검출되는 수준으로 나타났다. 그리고 맥주의 아로마를 나타내는 고급알코올과 에스터 농도는 가각 78.
효모의 활력을 나타내는 글리코겐과 트레할로오스 농도를 보면, 누룩에서 분리한 효모 중 이화곡에서 분리한 S. cereviaise(KCCM 90305)효모, 밀누룩에서 분리한 S. cereviaise(KCCM 90307)효모, 백수환주곡에서 분리한 S. cereviaise(KCCM 90315)효모는 독일 상업용 효모에 비해 현저히 낮은 글리코겐 함량을 나타내었다. 그러나 내부비전곡에서 분리한 S.

후속연구

이상의 결과로 보아 전통누룩에서 분리동정한 4종의 효모들은 쌀맥주 제조에 적합한 것으로 판단되며, 특히 내부비전곡에서 분리한 S. cerevisiae(KCCM 90313)효 모는 효모활성과 우수한 아로마 생성능을 보여 향후 쌀맥주 제조에 응용이 가능한 것으로 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	맥주에 쌀을 첨가하는 것의 효과는?	일반적으로 맥주에 쌀을 첨가하면 맛이 부드러워지고 목넘김이 개선되는 효과가 있는 것으로 알려져 있다. 이와 관련 다양한 연구들도 시도되고 있는데 기존 맥아에 옥수수 전분[5, 6]을 사용하고 고구마나 감자 전분을 부원료로하여 맥주를 제조방법이 문헌에 보고되고 있다.
	우리나라 국민 1인당 쌀 소비량의 추세는 어떠한가?	우리나라 쌀 (Rice, Orzya sativa L.) 소비량은 국민 1인당 2013년 67.2 kg, 2014년 65.1 kg, 2015년 62.9 kg, 2016년 61.9 kg, 2017년 61.8 kg, 2018년 61.0 kg 으로 매년 감소추세에 있다. 쌀 소비의 95 %는 밥으로 소비되고, 5% 가량은 주류 및 떡류 등 가공용으로 이용 되고 있는 실정이다.
	최근 수입맥주와 수제맥주 시장의 확장의 배경은 무엇인가?	한편 맥주는 우리나라의 국내에서 가장 소비가 큰 주종으로 국내 총 술 소비의 절반가량 차지하고 있고, 소비 패턴도 달라져 소비자들은 다양한 취향에 맞는 독특한 맥주를 찾고 있는 추세이다. 이러한 맥주시장의 흐름에 따라 최근 들어 특히 수입맥주와 수제맥주 시장의 확장되고 있다[3].

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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