[논문]숙성기간에 따른 감식초의 휘발성 성분 변화

정우철; 백형희; 신동화

doi:10.9721/kjfst.2019.51.5.438

숙성기간에 따른 감식초의 휘발성 성분 변화
Changes in volatile compounds of persimmon vinegar during aging 원문보기

한국식품과학회지 = Korean journal of food science and technology, v.51 no.5, 2019년, pp.438 - 446

정우철 (단국대학교 식품공학과) , 백형희 (단국대학교 식품공학과) , 신동화 (전북대학교 식품공학과)

초록
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숙성기간에 따른 감식초의 휘발성 성분을 알아보기 위하여 3-25년간 숙성한 감식초를 SPME-GC-MS로 분석하였다. 숙성기간에 따라 휘발성 성분 profile은 차이가 있었지만 22년 숙성한 감식초(PV-22)와 25년 숙성한 감식초(PV-25)는 휘발성 성분의 종류 및 농도가 매우 유사하였다. 총 90종의 휘발성 성분이 동정되었으며, 전반적으로 산류와 에스터류의 함량이 높았으며 그 다음으로 케톤류와 알코올류의 함량이 높았다. 산류 중 acetic acid는 숙성기간에 따라 8,925.0-26,132.3 ng/mL 범위로 검출되었다. 에스터류 중 ethyl acetate가 32.5-50,681.7 ng/mL 범위로 존재하였고, 알코올류 중 ethanol은 3년 숙성한 감식초(PV-3)에서만 9,578.5 ng/mL 농도로 존재하였다. 숙성기간에 따른 감식초의 휘발성 성분을 비교해 보면, 숙성기간이 짧았던 감식초 (PV-3)에서 휘발성 성분의 함량이 가장 높았는데 이 중 acetic acid, ethanol과 ethyl acetate의 함량이 휘발성 성분의 대부분을 차지하였다. 이와 대조적으로 숙성기간이 길었던 감식초(PV-15, PV-22와 PV-25)에서는 ethanol이 검출되지 않았으며, ethyl acetate도 낮은 함량으로 검출되었다. 휘발성 성분의 조성을 살펴보면 비교적 숙성기간이 길었던 감식초(PV-15, PV-22와 PV-25)에서는 산류의 함량이 가장 높았으며 그 다음으로 에스터류와 케톤류의 함량이 높았다. 이와 달리 숙성기간이 짧았던 감식초(PV-3)에서는 에스터류의 함량이 가장 높았으며 그 다음으로 산류와 알코올류의 함량이 높았다. 숙성기간이 증가할수록 산류, 알코올류와 에스터류의 함량이 감소한 반면, 알데하이드류와 케톤류의 함량은 증가하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

To investigate the changes in volatile compounds of persimmon vinegar (PV) during aging, PVs aged for 3-25 years were analyzed using solid-phase microextraction-gas chromatography-mass spectrometry. In total, 90 volatile compounds were identified, and acids and esters were the most abundant, followed by ketones and alcohols. The concentration of acetic acid ranged from 8,925.0 to 26,132.3 ng/mL, depending on the aging period. Ethyl acetate concentration ranged from 32.5 to 50,681.7 ng/mL and ethanol was present only in PV aged for 3 years (PV-3). The volatile compound content was the highest in PV-3. The volatile profiles of PV aged for 22 years (PV-22) and 25 years (PV-25) were considerably similar. Acids were the most predominant in PV-15, PV-22, and PV-25, whereas esters were abundant in PV-3. The contents of acids, alcohols, and esters decreased, while the aldehyde and ketone content increased with aging.

주제어

표/그림 (6)

그림 Fig. 1. Total ion chromatograms of volatile compounds in persimmon vinegars with different aging period using SPME method.
표 Table 1. Volatile compounds identified from persimmon vinegars with different aging period
표 Table 1. Continued
표 Table 1. Continued
그림 Fig. 2. Comparison of volatile compounds in persimmon vinegars with different aging period.
그림 Fig. 3. Comparison of acids (A), alcohols (B), esters (C), and ketones (D) in persimmon vinegars with different aging period.

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

특히 20년 이상 장기 숙성한 감식초의 향 특성에 대한 연구는 전무한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 장기 숙성에 따른 감식초의 휘발성 성분 변화를 밝히고자 감식초의 휘발성 성분을 SPME-GC-MS로 비교 분석하였다.

가설 설정

휘발성 성분의 농도는 추출 시 내부표준물질로 사용한 3-heptanol의 피크 면적 대비 동정된 휘발성 성분의 피크 면적을 피크 면적비(peak area ratio)로 하여 다음 식에 의해 정량 하였다. 이때 피크 면적비와 중량비의 상관계수(response factor)는 1이라고 가정하였다.

제안 방법

감식초의 휘발성 성분은 Agilent 7890B GC/Agilent 5977Amass selective detector (MSD) (Agilent Co., Palo Alto, CA, USA)를 사용하여 분석하였다. GC 컬럼은 DB-WAX (60 m×0.
감식초의 휘발성 성분을 동정하기 위하여 3, 15, 22 및 25년 숙성한 감식초의 휘발성 성분을 SPME를 이용하여 추출하고, GCMS로 분석하였다(Fig. 1, Table 1). 총 90종의 휘발성 성분이 감식초에서 동정되었으며 휘발성 성분의 종류와 함량은 숙성기간에 따라 차이가 있었지만 22년 숙성한 감식초(PV-22)와 25년 숙성한 감식초(PV-25)는 매우 유사하였다.
감식초의 휘발성 성분을 추출하기 위하여 SPME를 이용하였다. SPME (Supelco CO.
수확한 감을 스테인리스탱크에서 10-20일 간 저장한 후 쌀로 빚은 전통주를 감이 젖을 정도로 살포한 후 감 표면에 전통누룩(혹은 볶은 것)을 뿌리고 상온에서 6개월간 저장하였다. 감에서 용출된 액에 감이 가라앉으면 착즙하고, 착즙한 액에 이전 발효한 종초(5% 정도)를 넣고 5-6개월간 상온에서 알코올발효와 초산발효를 하였다. 발효가 끝난 발효액은 스테인리스 통에서 각각 3, 15, 22 그리고 25년간 상온 저장하였다.
, Palo Alto, CA, USA)를 이용하였다. 또한 문헌상의 머무름 지수와 스펙트럼을 비교하여 휘발성 성분을 확인하였다. 휘발성 성분의 농도는 추출 시 내부표준물질로 사용한 3-heptanol의 피크 면적 대비 동정된 휘발성 성분의 피크 면적을 피크 면적비(peak area ratio)로 하여 다음 식에 의해 정량 하였다.
수확한 감을 스테인리스탱크에서 10-20일 간 저장한 후 쌀로 빚은 전통주를 감이 젖을 정도로 살포한 후 감 표면에 전통누룩(혹은 볶은 것)을 뿌리고 상온에서 6개월간 저장하였다. 감에서 용출된 액에 감이 가라앉으면 착즙하고, 착즙한 액에 이전 발효한 종초(5% 정도)를 넣고 5-6개월간 상온에서 알코올발효와 초산발효를 하였다.
, Palo Alto, CA, USA)의 주입구(200℃)에서 액체질소를 사용하여 cryogenic focusing을 진행하면서 10분간 탈착시켰다. 추출은 3 반복으로 실시하였다.

대상 데이터

SPME (Supelco CO., Bellefonte, PA, USA)는 SPME fiber와 SPME 거치대로 구성되어 있으며 SPME fiber는 50/30 µm divinylbenzene/carboxen/polydimethylsiloxane (DVB/CAR/PDMS)을 사용하였다.
감식초 제조용 감은 전북 정읍시 산외면에서 생산되는 먹시감을 매년 10-11월에 수확하여 홍시가 되기 전에 식초발효용 시료로 사용하였다. 모든 분석용 시료는 (영)금계식품(Jeongeup, Korea)에서 생산하고 기간별로 장기 숙성한 감식초를 사용하였다.
감식초 제조용 감은 전북 정읍시 산외면에서 생산되는 먹시감을 매년 10-11월에 수확하여 홍시가 되기 전에 식초발효용 시료로 사용하였다. 모든 분석용 시료는 (영)금계식품(Jeongeup, Korea)에서 생산하고 기간별로 장기 숙성한 감식초를 사용하였다.

데이터처리

본 실험에서 얻어진 결과는 SPSS 20 (SPSS Inc., Chicago, IL, USA)을 이용하여 평균±표준편차로 나타내었으며 군간의 유의성은 일원배치분산분석 한 뒤 p<0.05 수준에서 던컨의 다중검정을 이용하여 사후검정 하였다.

이론/모형

1. Total ion chromatograms of volatile compounds in persimmon vinegars with different aging period using SPME method. PV-3: persimmon vinegar aged for 3 years; PV-15:persimmon vinegar aged for 15 years; PV-22: persimmon vinegar aged for 22 years; PV-25: persimmon vinegar aged for 25 years.
휘발성 성분의 동정은 머무름 지수(retention index, RI)와 Wiley mass spectral database 9th with NIST08 (Agilent Co., Palo Alto, CA, USA)를 이용하였다. 또한 문헌상의 머무름 지수와 스펙트럼을 비교하여 휘발성 성분을 확인하였다.

성능/효과

Ethyl acetate가 PV-15, PV-22와 PV-25에서 급격히 감소하는 이유는 전구체인 ethanol이 숙성과정 중 미생물에 의해 소비되면서 ethyl acetate의 가수분해가 유도되었기 때문으로 생각된다. 1-Methylpropyl acetate는 PV-15, PV-22와 PV-25의 에스터류 중 공통적으로 가장 함량이 많았으며, 숙성 기간이 증가할수록 함량이 증가하는 경향을 보였다. Methyl acetate와 isoamylacetate는 PV-3에서 가장 함량이 높았으며, PV-15에서 가장 낮은 농도로 검출되었다.
15년 숙성한 감식초(PV-15)에서는 총 73종(에스터류 24종, 산류 11종, 알코올류 8종, 알데하이드류 7종, 탄화수소류 6종, 케톤류 5종, 퓨란류 3종, 페놀류 3종, 기타화합물 6종)의 휘발성 성분이 동정되었으며, 산류(16,427.0 ng/mL), 에스터류(3,572.0 ng/mL)와 케톤류(3,300.1 ng/mL) 순으로 함량이 높았다. 개별 화합물로는 acetic acid (8,925.
78) 및 acetoin의 함량이 높았는데2-butanone은 PV-25에서 가장 함량이 높았으며, PV-15에서 가장 함량이 적었다. 2,3-Butanedione은 PV-3에서는 검출이 되지 않았고, PV-25에서 가장 함량이 많았으며, 숙성 기간이 증가할수록 함량이 증가하는 경향을 보였다. Acetoin은 PV-3에서 가장 함량이 높았으며 PV-15에서 가장 낮은 농도로 검출되었다.
3년 숙성한 감식초(PV-3)에서는 총 63종(에스터류 26종, 알코올류 11종, 산류 10종, 탄화수소류 4종, 알데하이드류 3종, 케톤류 3종, 퓨란류 3종, 페놀류 2종, 기타화합물 1종)의 휘발성 성분이 동정되었으며, 그 중 가장 함량이 높았던 그룹은 에스터류(64,145.1 ng/mL)였고 그 다음으로 산류(28,097.6 ng/mL)와 알코올류(13,993.8 ng/mL) 순이었다. 개별 화합물로는 ethyl acetate(50,681.
2-Butanol은 pyruvate로부터 미생물 대사에 의해 생성된 acetoin이 환원되어 2,3-butanediol이 되고, 2-butanone을 거쳐 hydrogenation 되어 최종 생성된다(Axelsson, 2004; Ghiaci등, 2014). Isoamyl alcohol과 2-phenylethanol은 모두 PV-3에서 가장 함량이 높았다. Isoamyl alcohol과 2-phenylethanol은 퓨젤유로서 알코올 발효 중 원료에 함유되어 있는 아미노산이 미생물 대사에 의해 아미노기와 카복실기가 제거 되어 생성된다.
1-Methylpropyl acetate는 PV-15, PV-22와 PV-25의 에스터류 중 공통적으로 가장 함량이 많았으며, 숙성 기간이 증가할수록 함량이 증가하는 경향을 보였다. Methyl acetate와 isoamylacetate는 PV-3에서 가장 함량이 높았으며, PV-15에서 가장 낮은 농도로 검출되었다. Ubeda 등(2011)은 감과 딸기 등을 이용한 식초 제조 과정 중 휘발성 성분 변화를 연구하였는데, 감식초 제조과정 중 methyl acetate의 함량이 다른 식초와 비교하여 두 배로 나타났다.
Acetal-dehyde가 숙성 기간이 증가할수록 감소한 이유는 숙성 중 초산발효에 의해 acetic acid와 acetoin로 전환되었기 때문으로 생각된다. 또한 benzaldehyde는 숙성 기간이 증가할수록 함량이 증가하는 경향을 보여, PV-25에서 가장 함량이 많았다. 과일 향, 아몬드 향 특성을 갖는 benzaldehyde는 와인을 원료로 한 식초에 다량 존재하며, 발사믹 식초에서 숙성 기간에 따라 함량이 증가한다고 알려져 있다(Marrufo-Curtido 등, 2012; Guerrero 등,2008).
알데하이드류는 숙성기간이 증가할수록 함량이 증가하는 경향을 보여 PV-25에서 함량이 가장 높았으며(2,040.5 ng/mL), PV-3에서 함량이 가장 낮았다(572.6 ng/mL, Tabel 1). 하지만 acetaldehyde는 PV-3에서 가장 함량이 높았으며(127.
알코올류를 살펴보면, PV-3에서 알코올류의 함량이 가장 높았으며 PV-15에서 가장 낮았다(Table 1, Fig. 3B). 특히 ethanol (no.
3C). 에스터류 중에서 ethyl acetate, methyl acetate, 1-methylpropyl acetate와 isoamyl acetate의 함량이 높았는데 특히 ethyl acetate는 PV-3에서 에스터류의 대부분을 차지하여 50,681.7 ng/mL 존재하였으나 PV-15, PV-22와 PV-25에서는 급격히 감소하여 각각 32.5, 69.8과 78.1 ng/mL존재하였다. Ethyl acetate는 ethanol과 acetic acid의 에스터화 반응에 의해 생성되는 물질로 식초 특유의 향미 특성을 부여하지만 과도하게 존재하게 되는 경우 용매, 페인트 향을 나타내어 식초의 품질을 저하시키는 주요 원인으로 알려져 있다(Lee 등, 2012;Choi 등 2018).
에스터류를 살펴보면, PV-3에서 에스터류의 함량이 가장 높았으며 PV-15에서 가장 낮았다(Table 1, Fig. 3C). 에스터류 중에서 ethyl acetate, methyl acetate, 1-methylpropyl acetate와 isoamyl acetate의 함량이 높았는데 특히 ethyl acetate는 PV-3에서 에스터류의 대부분을 차지하여 50,681.
PV-3에서만 ethanol이 검출된 이유는 감식초 발효는 알코올 발효와 초산발효를 병행하는 병행 복발효를 거치게 되는데(Lee 등, 2018), PV-3에서 초산발효가 종료되지 않았기 때문으로 생각된다. 이 외에도 2-butanol, isoamyl alcohol, 2,3-butanediol과 2-phenylethanol의 함량이 높았는데, 2-butanol을 제외하고는 PV-3에서 함량이 가장 높았다. 2-Butanol은 PV-25에서 가장 함량이 높았으며(1,377.
에스터류는 와인, 맥주, 식초 등 발효 식품의 주요한 향기성분으로 ethyl acetate (용매 향)를 비롯하여 isoamyl acetate (바나나 향), 2-methylpropyl acetate (과일 향), 2-phenylethyl acetate (장미,꿀 향) 및 ethyl hexanoate (사과 향)가 대표적이다(Pires 등, 2014). 이들 화합물은 PV-3에서 가장 함량이 많았고 숙성기간이 증가하면서 함량이 크게 감소하였는데, PV-15에서 감소하였다가 PV-22와 PV-25에서 다시 증가하는 경향을 보였다. 식초의 숙성과정에서 ethanol과 퓨젤유가 미생물에 의해 소비되면서 그에 상응하는 에스터의 가수분해가 유도되어 숙성이 진행될수록 이들의 함량이 감소한다고 알려져 있다(Callejon 등, 2009; Palacios 등,2002).
총 90종의 휘발성 성분이 감식초에서 동정되었으며 휘발성 성분의 종류와 함량은 숙성기간에 따라 차이가 있었지만 22년 숙성한 감식초(PV-22)와 25년 숙성한 감식초(PV-25)는 매우 유사하였다. 전반적으로 감식초의 휘발성 성분은 산류와 에스터류의 함량이 높았으며 그 다음으로 케톤류와 알코올류의 함량이 높았다.
1, Table 1). 총 90종의 휘발성 성분이 감식초에서 동정되었으며 휘발성 성분의 종류와 함량은 숙성기간에 따라 차이가 있었지만 22년 숙성한 감식초(PV-22)와 25년 숙성한 감식초(PV-25)는 매우 유사하였다. 전반적으로 감식초의 휘발성 성분은 산류와 에스터류의 함량이 높았으며 그 다음으로 케톤류와 알코올류의 함량이 높았다.
총 휘발성 성분의 함량은 PV-3이 가장 높았으며, 그 다음으로 PV-25, PV-22와 PV-15 순이었지만 PV-22와 PV-25는 통계적으로 유의적인 차이를 보이지 않았다(Table 1, Fig. 2). 산류의 경우 PV-3에서 함량이 가장 높았으며(28,097.
3D). 특히 2-butanone, 2,3-butanedione (no. 78) 및 acetoin의 함량이 높았는데2-butanone은 PV-25에서 가장 함량이 높았으며, PV-15에서 가장 함량이 적었다. 2,3-Butanedione은 PV-3에서는 검출이 되지 않았고, PV-25에서 가장 함량이 많았으며, 숙성 기간이 증가할수록 함량이 증가하는 경향을 보였다.
페놀류는 PV-15에서 가장 함량이 높았고(343.4 ng/mL), 이 중 guaiacol (no. 81)은 PV-3에서는 검출되지 않았지만, PV-15, PV-22와 PV-25에서 각각 48.9, 52.6와 28.3 ng/mL의 농도로 검출되었다(Table 1).

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	식초는 어떤 식품인가?	식초는 당과 아미노산 뿐 아니라 소량의 휘발성 및 비휘발성유기산을 함유하여 독특한 방향과 신맛을 가진 대표적인 발효식품이다(Jeong과 Lee, 2000). 식초는 발효 조미료로서 여러 나라에서 산미료로 널리 사용되고 있으며, 우리나라는 다양한 종류의 식초를 조미료 뿐아니라 건강식품 등으로 다양하게 이용하고 있다(Moon 등, 1997; Jeong 등, 1998).
	발효식초는 어떤 특성을 갖고 있는 가?	식초는 발효 조미료로서 여러 나라에서 산미료로 널리 사용되고 있으며, 우리나라는 다양한 종류의 식초를 조미료 뿐아니라 건강식품 등으로 다양하게 이용하고 있다(Moon 등, 1997; Jeong 등, 1998). 1990년대부터는 과실을 원료로 한 발효식초에 대한 소비자의 선호도가 높아졌는데, 발효식초는 합성식초에 비해 산도는 낮으나 풍부한 맛과 영양분을 가지고 있으며, 동맥경화, 고혈압 등의 성인병 예방 효과와 콜레스테롤 저하, 체지방 감소, 항비만효과 및 피로회복 등의 생리활성이 보고되고 있다(Vogel 등, 2000; Kwon 등, 2000; Park 등, 2016; Son 등, 2017).
	숙성기간이 길어짐에 따라 감식초의 휘발성 성분은 어떤 특징을 나타내는가?	이와 달리 숙성기간이 짧았던감식초(PV-3)에서는 에스터류의 함량이 가장 높았으며 그 다음으로 산류와 알코올류의 함량이 높았다. 숙성기간이 증가할수록 산류, 알코올류와 에스터류의 함량이 감소한 반면, 알데하이드류와케톤류의 함량은 증가하였다.

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Vogel RA, Corretti MC, Plotnick GD. The postprandial effect of components of the mediterranean diet on endothelial function. J. Am. Coll. Cardiol. 36: 1455-1460 (2000)

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Xu W, Xu Q, Chen J, Lu Z, Xia R, Li G, Xu Z, Ma Y. Ligustrazine formation in Zhenjiang aromatic vinegar: changes during fermentation and storing process. J. Sci. Food Agr. 91: 1612-1617 (2011)

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Yoon HN, Moon SY, Song SH. Volatile compounds and sensory odor properties of commercial vinegars. Korean J. Food Sci. Technol. 30: 299-305 (1998)
Yoon SR, Kim GR, Lee JH, Lee SW, Jeong YJ, Yeo SH, Choi HS, Kwon JH. Volatile compounds and sensory properties of commercial brown rice vinegars fermented with and without ethanol. Korean J. Food Sci. Technol. 42: 527-532 (2010)

저자의 다른 논문 :

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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