[논문]막걸리 발효조건에 따른 isoamyl acetate 생성 비교

송충성; 주현목; 김진만

doi:10.5352/jls.2020.30.2.162

막걸리 발효조건에 따른 isoamyl acetate 생성 비교
Effects of Isoamyl Acetate Production in Makgeolli According to Fermentation Conditions 원문보기

생명과학회지 = Journal of life science, v.30 no.2, 2020년, pp.162 - 168

송충성 (전남대학교 공학대학 생명산업공학과) , 주현목 (농업회사법인(주)청산녹수) , 김진만 (전남대학교 공학대학 생명산업공학과)

초록
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전통주를 대표하는 주종인 막걸리는 최근 지속적인 출고량의 감소세를 보여 막걸리의 고급화 또는 프리미엄화가 필요한 시점이다. 고급화를 위해서는 술의 향기가 중요한데 대부분 막걸리의 경우에 소비자들이 관능적으로 인식할 수 있는 정도의 향기가 나타나지 않고 있다. 이에 본 연구에서는 Saccharomyces cerevisiae 98-5KCCM11396P 효모와 isoamyl acetate의 합성을 저해하는 unsaturated fatty acid가 존재하는 일반적인 도정율의 쌀을 사용하여 발효온도와 당농도를 달리하여 대표적인 바나나 향기인 isoamyl acetate 생성량의 변화를 분석하였다. 그 결과 발효온도 20℃에서 관능적으로 바나나향기를 가장 잘 느낄 수 있었으며 GC-MS 분석결과에는 발효온도 10℃와 당농도가 높을수록 isoamyl acetate가 다량 정량 되었다. 이에 막걸리 담금 과정에서 발효 초반 isoamyl acetate의 기질인 isoamyl alcohol 생성량을 증가시키고 alcohol acetyltransferase의 열에 의한 안정성 및 불포화지방산에 의한 저해를 최소화해야 한다. 또한 저온발효로 인한 생산 원가 부담을 감안하여, 발효 초반 당성분을 보충해주고 발효 온도를 20℃~25℃로 높게 유지해야한다. 이후 관능적으로 바나나 향기를 인식할 수 있도록 isoamyl acetate 이외의 향기성분을 생성시키면서 연속적으로 추가 담금을 해가며 단계적으로 온도를 10℃~15℃까지 낮추는 방법을 통해 효과적으로 막걸리에서 바나나 향기를 생성시킬 수 있을 것으로 기대된다.

Abstract ▼ AI-Helper

Because of a continual reduction in its domestic market share, the quality of the Makgeolli, a Korean traditional liquor, needs to be upgraded. Among the several options for quality improvement, sufficient organoleptic expression of flavor is very important. We analyzed production changes of isoamyl acetate, which has a banana smell, based on fermentation temperature and sugar content through the cultivation of S. cerevisiae 98-5 KCCM 11396P using generally polished rice. The banana flavor of that fermentation mash was organoleptically high at 20℃, but a larger amount of isoamyl acetate was obtained with a higher sugar content at 10℃, based on analysis by GC-MS. Consequently, sufficient production of banana flavor from isoamyl acetate was based on the concentration of isoamyl alcohol as a substrate compound of isoamyl acetate, and the production depended highly on the maintenance of heat stability, since it is unstable in temperature and the minimized inhibition of alcohol acetyl transferase by unsaturated fatty acids. We also found that production of the flavor component required the addition of sugar and a slightly higher temperature of 20~25℃ at the beginning stage of fermentation, with additional mash fermentation and a gradual decrease in temperature to 10~15℃.

주제어

표/그림 (6)

표 Table 1. Formulas for Makgeolli with difference temperature and glucose concentration
그림 Fig. 1. Sensory evaluation of volatile flavor in the Makgeolli with difference temperature.
그림 Fig. 2. Sensory evaluation of volatile flavor in the Makgeolli with difference sugar concentration (at 20℃).
표 Table 2. Physicochemical components analysis of final selective Makgeolli
표 Table 3. Quantitative analysis of isoamyl acetate according to fermentation conditions
그림 Fig. 3. Quantitative analysis of maximum isoamyl acetate concentration according to fermentation conditions.

AI 본문요약
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문제 정의

또한 대부분 보고된 연구에서는 탁주의 향기성분에 관련된 연구나[1, 3, 7, 14] 향기 생성능력이 있는 효모의 분리 동정에 관한 연구만 있을 뿐 [14-17], 이미 분리한 향기생성 능력이 우수한 효모를 이용하여 발효조건이 특정한 향기성분 생성량에 미치는 영향에 관한 연구는 전무한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 한국식품연구원에서 분리한 바나나향기 생성 능력이 우수한 효모를 사용하여 상업적 생산 방식을 기준으로 발효조건에 따른 isoamyl acetate 생산의 효과를 확인하였다.

제안 방법

7cm/sec로 유속을 설정 하였으며 split rate는 1:5으로 하였다. FID (Flame Ionization Detector)로 isoamyl acetate를 검출하였고 이때 injection port 와 FID의 온도는 각각 250℃와 280℃로 하였다. Isoamyl acetate 표준물질은 에탄올에 용해시켜 0.
Isoamyl acetate 분석은 gas chromatography (Shimadzu GC-2010, Shimadzu Co, Ltd. Kyoto, Japan)를 사용하였으며 column은 HP-1 (50 m × 0.20 mm id, × 0.50 μm film thickness, Agilent, Santa Clara, CA, USA)과 oven의 온도는 60℃ 에서 5분간 머물고 3℃/min로 상승시켜 200℃에서 5분간 유지한 후 다시 10℃/min로 상승시켜 240℃에서 20분간 머물렀다.
가장 높은 바나나향기로 평가받은 발효온도 20℃에서만 당 농도 변화에 따른 막걸리의 최종 이화학 분석을 실시하였다(Table 2). 당농도 0 g/l에서는 에탄올 17.
가장 높은 순도의 바나나향의 관능평가를 받은 발효온도 20℃에서 당농도를 달리하여 향기성분 관능평가를 진행하였 다(Fig. 2). 20℃에서 발효된 막걸리는 당농도 변화에 따라 향 기성분에 대한 관능평가의 변화를 보여주지 못했다.
관능평가는 Lee 등[18]의 방법을 일부 변형시켜 전남대학교 생명산업공학과 대학원생 10명을 훈련시켜 막걸리에서 향기 성분의 특성을 묘사하게 하고 강도를 1-5로 표시하게 하여 평균값을 구해 다각형 그림으로 나타냈고 강도 낮음1, 강도 높음 5의 점수로 표시하여 그 평균값을 정량적 묘사 분석방법 (quantitative descriptive analysis: QDA)으로 도식하였다. 향기 성분의 특성은 바나나향, 과일향, 너티향으로 분류하였다.
관능평가에서 우수한 샘플을 중심으로 이화학적 분석을 실시하였다. 이는 실제 현장에서는 현실적으로 직접 향기를 맡는 관능적 평가에 의지할 수밖에 없기 때문이다.
이는 실제 현장에서는 현실적으로 직접 향기를 맡는 관능적 평가에 의지할 수밖에 없기 때문이다. 에탄올 함량은 국세청 소정 방식에 따라 원심분리한 발효액을 증류한 다음 주정계(Dongmyong Measury Co. Ltd., Seoul, Korea)로 측정하였고, 총 산은 시료 10 ml를 0.1N NaOH (Merck KGaA, Darmstadt, Germany)으로 중화적정한 후 소비 ml를 초산 (acetic acid)로 측정하였다. 당도(brix)는 당도계(ATAGO, RX-500a, Saitama, Japan)로 측정하였다.
담금은 농업회사법인㈜청산녹수에서 실제 상업생산에 사용하는 방법에서 효모 확대배양을 위한 1단 담금을 기초로 하여 Table 1-Table2와 같이 온도와 당농도를 달리 하여 7일간 발효하였다. 온도는 10℃, 15℃, 20℃와 25℃에서 발효하면서 당농도는 양조장에서 쉽게 구할 수 있는 설탕(Daehan Flour Mills Co., Ltd., Seoul, Korea)을 사용하여 0 g/l, 25 g/l, 50 g/l와 100 g/l로 각각 담금하였다.
이번 연구에서는 동일한 효모를 사용하되, 양조장에서 현실적으로 제어 가능한 변수인 발효 온도와 당 농도 조건을 달리 하여 isoamyl acetate 발생량을 비교하였다. 그 결과 관능평가에서는 당 농도 조건에 따라서 바나나향기 생성량의 변화를 느낄 수 있을 정도의 차이는 나타나지 않았으나, 발효 온도에 따라서는 관능적으로 구분할 수 있는 차이가 나타났다.
관능평가는 Lee 등[18]의 방법을 일부 변형시켜 전남대학교 생명산업공학과 대학원생 10명을 훈련시켜 막걸리에서 향기 성분의 특성을 묘사하게 하고 강도를 1-5로 표시하게 하여 평균값을 구해 다각형 그림으로 나타냈고 강도 낮음1, 강도 높음 5의 점수로 표시하여 그 평균값을 정량적 묘사 분석방법 (quantitative descriptive analysis: QDA)으로 도식하였다. 향기 성분의 특성은 바나나향, 과일향, 너티향으로 분류하였다. 주류 업계에서 중요하게 생각하는 향은 과일향으로 알려져 있는데 이 과일향을 사케에서 중요시하는 바나나향과 달콤함을 표현하는 너티향으로 세분하고 나머지 향을 과일향이라고 명명하였다.

대상 데이터

농업회사법인㈜청산녹수에서는 2018년 2월부터 신제품 막 걸리 개발과정에서 한국식품연구원에서 분양받은 효모인 S. cerevisiae 98-5 KCCM11396P를 막걸리 발효에 사용해왔다. 이 과정에서 도정을 많이 하지 않은 일반적인 주식용 쌀을 막걸리 제조에 사용했음에도 불구하고 수 차례 총 4번으로 나누어 담금 하는 발효과정과 25℃ 내외의 발효 초반기에 매우 강렬한 바나나 향기가 발생하는 것에 주목해왔다.
1N NaOH (Merck KGaA, Darmstadt, Germany)으로 중화적정한 후 소비 ml를 초산 (acetic acid)로 측정하였다. 당도(brix)는 당도계(ATAGO, RX-500a, Saitama, Japan)로 측정하였다.
막걸리 제조용 원료는 2018년산 조명1호(Jangseong Nonghyup, Jangseong, Korea)를 밀입국은 시중에 판매하는 밀입국 (Ju Hyang Co. Ltd., Chungju, Korea)을 사용하였다. 사용한 효모는 Saccharomyces cerevisiae 98-5KCCM11396P (Korea Food Research Institute, Wanju, Korea)을 사용하였다.
, Chungju, Korea)을 사용하였다. 사용한 효모는 Saccharomyces cerevisiae 98-5KCCM11396P (Korea Food Research Institute, Wanju, Korea)을 사용하였다. S.
cerevisiae 98-5 KCCM11396P는 한국식품연구원에서 국산 전통 누룩을 수집하여 분리 동정한 것으로 바나나향기의 생성 능력이 탁월한 것으로 알려져 있다. 쌀입국은 농업회사법인㈜청산 녹수(Bluegreenkorea Co. Ltd., Jangseong, Korea)에서 실제 상업생산 현장에서 사용하기 위해 제작한 것으로 사용하였다.

성능/효과

GC-MS 분석결과는 관능평가와는 차이를 보인 것으로 분석 되었는데, 발효온도 10℃ > 25℃ > 20℃ > 15℃의 순서로 isoamyl acetate 성분이 많이 검출되었다.
GC-MS 분석결과발효온도 10℃ > 25℃ > 20℃ > 15℃의 순서로 isoamyl acetate 성분이 높게 분석되었다.
이번 연구에서는 동일한 효모를 사용하되, 양조장에서 현실적으로 제어 가능한 변수인 발효 온도와 당 농도 조건을 달리 하여 isoamyl acetate 발생량을 비교하였다. 그 결과 관능평가에서는 당 농도 조건에 따라서 바나나향기 생성량의 변화를 느낄 수 있을 정도의 차이는 나타나지 않았으나, 발효 온도에 따라서는 관능적으로 구분할 수 있는 차이가 나타났다. 전체적인 막걸리의 향기에서는 발효온도 25℃ > 20℃ > 15℃ > 10℃의 순서로 향기가 강하게 느껴지는 것으로 분석되었는데, 이는 7일간의 발효기간 동안 온도가 높을수록 발효가 빠르고 왕성하게 진행되며 여러 복합적 향기성분이 다량 생성되기 때문이다.
GC-MS 분석결과에서 관능평가 분석결과와는 다르게 발효 조건 15℃를 제외하고는 당농도의 증가에 따라 isoamyl acetate가 증가하는 것으로 분석되었는데 이는 Plate 등[26]의 연구에서 포도와인 제조 시 glucose 추가함에 따라 isoamyl acetate의 생성량이 증가한 보고와 일치한다. 다만 본 연구에서 발효온도 15℃에서는 당 농도 증가와 isoamyl acetate량이 반 비례하는 것으로 분석되었는데 전반적인 isoamyl acetate 생 성량이 낮기 때문인 것으로 추정되며, 발효온도 10℃에서는 가장 높은 당농도가 가장 낮게 정량 되었는데 이는 낮은 온도와 높은 당 저해로 인해 발효가 상대적으로 더디게 진행된 것으로 생각된다.
또한 GC-MS 분석결과에서 관능평가 분석결과와는 반대로 발효온도 20℃보다 25℃에서 isoamyl acetate가 많은 것으로 나타났는데, 관능평가에서 너티향과 과일향으로 인식되는 향기들이 지나치게 많을 경우에는 오히려 바나나향기로 인식되는데 방해가 될 수 있는 것으로 판단된다. 즉 바나나 향기의 대표 성분으로 알려진 isoamyl acetate는 역치 이상이 되더라도 다른 향기와 함께 혼재되어 있는 경우에 바나나 향기로 166 생명과학회지 2020, Vol.
모든 샘플에서 isoamyl acetate가 검출되었고, 발효온도 10℃에서 5.21~6.65 μg/ml로 가장 높게 나타났고 발효온도 25℃ 에서 2.33~5.22 μg/ml 발효온도 20℃ 3.54~4.19 μg/ml 발효온도 15℃에서 0.73~1.78 μg/ml로 가장 낮게 분석되었다.
이상의 분석결과 S. cerevisiae 98-5 KCCM11396P는 막걸리 제조에 사용되는 일본처럼 도정을 많이 하지 않은 일반적인 도정율의 쌀로도 바나나향기를 합성할 가능성이 높다고 판단 되어진다. 최근 Takahashi 등[12]은 불포화지방산에 의해 ATF1의 발현이 억제되지 않는 Yeast mutant를 발견하여 도정을 많이 하지 않은 쌀로도 높은 isoamyl acetate를 생성할 수 있다고 보고하였는데, S.
GC-MS 분석결과는 관능평가와는 차이를 보인 것으로 분석 되었는데, 발효온도 10℃ > 25℃ > 20℃ > 15℃의 순서로 isoamyl acetate 성분이 많이 검출되었다. 정량분석 결과 발효온도 10℃에서 관능평가와는 상이하게 가장 높은 결과가 나타난 것은 isoamyl acetate의 역치가 와인이 0.03 ppm 맥주가 1.2 ppm이지만[23], 그에 반해 고형분을 다량 함유하고 있는 막걸리의 경우는 역치가 이보다 높을 수 있지만 발효온도 15℃의 isoamyl acetate가 0.73~1.78 ppm임에도 관능적으로 바나나향기로 인식한 것은 낮은 온도에서 발효가 천천히 진행되어 바나나향기 이외의 다른 향기 성분의 생성량이 적어 바나나향기를 높게 인식한 것으로 추정된다.
특히 발효온도 10℃ 당 농도 50 g/l에서 6.65 μg/ml로 가장 높게 분석되었고(Fig. 3) 모든 발효온도 조건에서 당농도의 변화에 따라 isoamyl acetate 생성량의 변화가 나타난 것으로 분석되었다.

후속연구

다만 발효 초반 isoamyl alcohol 생성량 및 alcohol acetyltransferase의 열에 의한 안정성 및 불포화지방산에 의한 저해, 저온발효로 인한 원가 부담을 감안하여 발효 초반 당농도와 온도 20℃~25℃로 높게 유지하며 소비자들이 관능적으로 바나나 향기를 인식할 수 있도록 isoamyl acetate 이외의 향기성분을 생성시키면서 연속적으로 추가 담금을 해가며 단계적으로 온도를 10℃~15℃까지 낮추는 Matsuura 등[24]이 제안한 방법을 적용하면 보다 효과적으로 막걸리에서 바나나 향기를 생성시킬 수 있을 것으로 기대된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	막걸리란?	막걸리(탁주)는 전분질을 원료로 하여 병행복발효 방식으로 만들어지는 전통주의 한 가지 종류로 오랜 세월 즐겨 마셔 온 술이다[1]. 현재도 주세법상으로 분류되는 모든 주종 가운데 2018년 기준 전체 출고량의 11.
	전통주에는 어떤 것이 있나?	현재도 주세법상으로 분류되는 모든 주종 가운데 2018년 기준 전체 출고량의 11.7%를 차지하고 있으며 특히 폭넓은 의미로 전통주로 분류될 수 있는 주류(탁주, 약주, 청주, 증류식소주, 일반증류주, 리큐르)의 출고량 중 91.5%를 차지하여 국민들에게 가장 사랑을 받는 전통주라고 할 수 있다[2].
	일본 사케의 대표적인 향기 성분은?	막걸리 뿐 아니라 대부분 주류 고급화에서 가장 중요한 요소는 술의 향기이며, 일본 프리미엄급 사케의 경우 오래 전부터 이른바 긴죠향의 존재 여부에 따라 사케 품질을 평가하였으며, 바나나향이라고 하는 isoamyl acetate와 서양배향이라고 하는 ethyl caproate가 긴죠향을 구성하는 대표적인 향기 성분으로 알려져 있다[7]. 국외 주류의 향기 성분에 관한 연구로는 향기성분을 생산하는데 관여하는 단백질 합성의 유전자 정보와 발현 및 기작에 관한 연구는 이미 2000년대 초반에 확립이 되어 있으며[8-10] 최근에는 효모를 돌연변이 시켜 향기 성분을 생산하는 방향으로 연구가 활발히 진행되고 있다[11, 12].

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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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