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문제 정의
- 본 연구에서는 강원도에서 생산되는 대표적인 곡물인 옥수수를 사용하여 식초를 제조하고, 옥수수 식초의 대사체와 향기 성분을 분석하여 지역 특산물을 이용한 고품질 식초 생산을 위한 기초 자료를 확보하고자 하였다
제안 방법
- 강원도에서 생산된 옥수수를 사용하여 식초를 제조한 후 초산 발효 및 숙성에 의해 변화되는 주요 향기성분을 조사 하였다. 옥수수 술에서 가장 높은 함량을 나타낸 휘발성 성분은 2-phenylethanol으로서 전체 휘발성 성분의 약 27%를 차지하였으나, 초산 발효 후 15% 수준으로 감소하였다.
- 식초 제조에 사용한 옥수수는 2018년 강원도 평창군에서 수확된 황옥수수를 상온에서 20일간 건조하여 사용하였다. 건조된 옥수수는 상온에서 120시간 동안 침지 후 분쇄기 (Sung Chan Machinery, Korea)를 이용하여 분쇄하였으며 분쇄한 옥수수와 엿기름을 8:2(w/w) 비율로 혼합하고, 혼합물 무게의 3.6배에 해당하는 물을 첨가한 후 75℃에서 2시간 동안 당화를 진행하였다. 엿기름은 2018년 강원도 횡성군 서원 농협에서 생산된 것을 사용하였다.
- 향기 성분의 농도와 최소 감지농도인 역치 값의 비율로 정의되는 향기활성가(odor activity value, OAV) 개념[22]을 이용하여 특정 향기 성분의 영향력을 평가하였다[23, 24]. 문헌에 보고된 각 향기성분의 최소감지농도[25―28]를 참고하여 각 향기 성분이 식초의 향미 특성에 기여하는 정도를 평가하였다. 향기활성가가 1 이하인 경우 해당 향기 성분이 식초의 향미 특성에 미치는 영향이 미미하다고 판단하였다 [23].
- 옥수수 술과 옥수수 식초에 함유된 16종류의 향기 성분 (aroma compounds)의 함량을 조사하였다(Table 2). 초산은 옥수수 술에서 55.
- 옥수수 술과 옥수수 식초의 대사체는 RTX-5Sil MS 컬럼(30 m × 0.25 mm, 0.25 µm film thickness)이 장착된 gas chromatograph (GC, 7890A, Agilent, USA)가 연결된 Pegasus HT TOF mass spectrometer (Leco, USA)를 사용하였다 [20].
- 원심분리(1,637 ×g, 20분)를 통하여 고형물이 제거된 3L의 옥수수 술을 실험실 규모 발효기 (Kobiotech, Korea)에 주입하고 전 배양한 A. pasteurianus KSD5 균주를 OD600 = 0.8 수준으로 접종한 후, 30℃에서 450 rpm 조건으로 48시간 동안 초산 발효를 진행하였다.
- 전 배양한 S. cerevisiae KWN 균주를 초기 세포 흡광도 OD600 = 5 수준으로 옥수수 당화액에 접종하고 25℃에서 7일 동안 정치배양을 진행하여 에탄올 농도 6.5%(v/v)의 옥수수 술을 제조하였다. 원심분리(1,637 ×g, 20분)를 통하여 고형물이 제거된 3L의 옥수수 술을 실험실 규모 발효기 (Kobiotech, Korea)에 주입하고 전 배양한 A.
- 초산 발효에 사용한 균주는 Acetobacter pasteurianus KSD5를[20] 사용하였다. 종초를 제조하기 위하여 에탄올(5%, w/v)이 함유된 GY (2% glucose, 1% yeast extract) 배지를 사용하여 A. pasteurianus KSD5 균주를 30℃에서 18시간 동안 진탕 배양기를 사용하여 전 배양하였다.
- 컬럼의 온도는 50℃에서 1분간 유지한 후, 분당 20℃씩 증가시키며 330℃에서 5분간 유지하였고, 이온검출은 Electron Impact Ionization (EI, 70 eV) 법으로 45−650 m/z 범 위에서 조사하였다.
- 향기 성분의 농도와 최소 감지농도인 역치 값의 비율로 정의되는 향기활성가(odor activity value, OAV) 개념[22]을 이용하여 특정 향기 성분의 영향력을 평가하였다[23, 24]. 문헌에 보고된 각 향기성분의 최소감지농도[25―28]를 참고하여 각 향기 성분이 식초의 향미 특성에 기여하는 정도를 평가하였다.
대상 데이터
- 휘발성 향기 성분의 동정을 위하여 질량 이온화 전압은 70 eV, 검색범위는 50−500 m/z로 설정하였다[20]. 상업적으로 판매되는 향기 성분 16종을 표준 물질로 사용할 정량분석에 사용하였으며 향기성분 분석 결과는 Table 2에 나타내었다.
- 식초 제조에 사용한 옥수수는 2018년 강원도 평창군에서 수확된 황옥수수를 상온에서 20일간 건조하여 사용하였다. 건조된 옥수수는 상온에서 120시간 동안 침지 후 분쇄기 (Sung Chan Machinery, Korea)를 이용하여 분쇄하였으며 분쇄한 옥수수와 엿기름을 8:2(w/w) 비율로 혼합하고, 혼합물 무게의 3.
- 에탄올 발효를 위한 효모 균주는 Saccharomyces cerevisiae KWN [20]을 사용하였으며, YEPD (2% glucose, 1% yeast extract, 2% peptone) 배지에 600 nm에서 측정한 흡광도 (OD600) 기준으로 초기 농도 OD600 = 1 수준으로 접종하여 30℃에서 24시간 동안 진탕 배양기를 사용하여 전 배양하였다. 초산 발효에 사용한 균주는 Acetobacter pasteurianus KSD5를[20] 사용하였다.
- 6배에 해당하는 물을 첨가한 후 75℃에서 2시간 동안 당화를 진행하였다. 엿기름은 2018년 강원도 횡성군 서원 농협에서 생산된 것을 사용하였다. 당화액은 100℃에서 가열하여 환원당 농도가 210 ± 30 g/l 수준이 되도록 농축하여 사용하였다.
- = 1 수준으로 접종하여 30℃에서 24시간 동안 진탕 배양기를 사용하여 전 배양하였다. 초산 발효에 사용한 균주는 Acetobacter pasteurianus KSD5를[20] 사용하였다. 종초를 제조하기 위하여 에탄올(5%, w/v)이 함유된 GY (2% glucose, 1% yeast extract) 배지를 사용하여 A.
데이터처리
- 모든 측정은 3회 이상 반복하였으며 Duncan의 다중범위 검정법[29]으로 유의성을 검정하였다. 다변량 분석을 위하여 SIMCA(v. 14, Umetrics, Sweden) 프로그램을 이용하여 주 성분분석(Principle Component Analysis, PCA)과 부분 최소제곱 판별 분석(Partial Least Square-Discriminant Analysis, PLS-DA)을 수행하였다[30, 31].
- 모든 측정은 3회 이상 반복하였으며 Duncan의 다중범위 검정법[29]으로 유의성을 검정하였다. 다변량 분석을 위하여 SIMCA(v.
이론/모형
- 휘발성 향기 성분은 solid-phase microextraction-gas chromatography/mass spectrometry (SPME-GC/MS)법을 이용하여 추출하였다[21]. 휘발성 향기 성분을 포집하기 위해 시료 5 ml을 유리병(Supelco, USA)에 넣어 밀봉한 후 70℃에서 30분간 방치한 후 250℃에서 예열된 SPME fiber (50/30 µm DVB/CAR/PDMS, Supelco)에 30분 동안 흡착하였다.
성능/효과
- 옥수수 술과 옥수수 식초의 대사체를 분석한 결과 옥수수 술에서 26개, 초산 발효가 완료된 옥수수 식초에서 23개, 숙성 1개월이 경과된 옥수수 식초에서 26개, 3개월간 숙성된 옥수수 식초에서 24개의 대사체 성분이 각각 검출되었다 (Table 1). Ethyl 2-methyl butanoate, ethyl hexanoate, ethyl octanoate, ethyl decanoate, ethyl benzoate, 2- ethylhexanol, ethyl myristate, benzoic acid 등 총 8개 물질은 옥수수 술에서만 검출되었으며, ethyl acetate, 초산, propanoic acid 등의 14종의 성분은 숙성 기간과 상관없이 검출되었다.
- 동정된 향기 성분을 바탕으로 주성분분석 결과 제 1주성분은 87.7%, 제 2주성분은 10.5%의 기여율을 각각 나타내어 총 98.2%의 누적 기여율을 나타냈다(Fig. 2). 옥수수 술의 향기 성분은 PC1을 기준으로 좌측에 분리되었고, 옥수수 식초 의 경우는 우측에 분리되어 초산 발효에 의하여 두 시료 간 의 향기성분의 차이가 발생한 것으로 판단되었다(Fig.
- 본 연구를 통하여 옥수수 식초는 초산 발효에 의하여 옥수수 술보다 초산이 약 65배 증가하였으며, isovaleric acid, hexanoic acid 및 isobutyl acetate가 생성되는 것을 확인하였다. 또한 숙성 기간의 경과에 따라 furfural, p-tolualdehyde, hexanoic acid 및 isovaleric acid의 함량이 증가하는 경향을 나타내어 향기 성분의 변화가 유의적으로 구분되는 것을 확인하였으며, 숙성 기간에 따라 옥수수 식초에 포함된 각 향기 성분의 유의적인 함량 변화를 확인하였다.
- 숙성 기간이 경과함에 따라 옥수수 식초는 PC2를 기준으로 하단으로 분리되어 숙성 기간의 경과에 따라 향기 성분의 양 상이 유의적으로 구분되었다. 또한 주성분 분석을 통하여 옥수수 술과 옥수수 식초의 향기 성분의 양상을 비교한 결과 87.7%의 기여율을 나타냈던 PC1에서 변화가 큰 성분은 초 산으로서 옥수수 술과 옥수수 식초는 초산 발효에 의하여 생 성되는 초산에 의해 차이가 발생함을 확인하였다(Fig. 2B). 기여율이 10.
- 문헌에 보고된 각 성분의 최소 감지 농도[20, 23]를 이용하여 향기활성가를 평가한 결과 알코올류 1종, 산 종류 4종, 에스테르 4종, 알데히드에 해당하는 1종의 성분이 1 이상의 향기활성가를 나타내었다(Table 2). 장미향을 나타내는 ethyl phenylacetate [32]는 동정된 향기 성분 중에서 가장 높은 향 기활성가(83.
- 본 연구를 통하여 옥수수 식초는 초산 발효에 의하여 옥수수 술보다 초산이 약 65배 증가하였으며, isovaleric acid, hexanoic acid 및 isobutyl acetate가 생성되는 것을 확인하였다. 또한 숙성 기간의 경과에 따라 furfural, p-tolualdehyde, hexanoic acid 및 isovaleric acid의 함량이 증가하는 경향을 나타내어 향기 성분의 변화가 유의적으로 구분되는 것을 확인하였으며, 숙성 기간에 따라 옥수수 식초에 포함된 각 향기 성분의 유의적인 함량 변화를 확인하였다.
- 78 mg/l) 숙성과정을 거치면서 농도가 감소하였다. 숙성 3개월 후 초산, hexanoic acid, isovaleric acid, propanoic acid, heptanoic acid, octanoic acid, nonanoic acid등의 유기산과 furfural, p-tolualdehyde 등의 알데히드 성분은 지속적으로 함량이 증가하였으나, ethyl acetate, isoamyl acetate, isobutyl acetate 등의 에스테르 성분의 함량은 숙성 기간이 경과함에 따라 감소하였다(Fig. 1).
- 2A). 숙성 기간이 경과함에 따라 옥수수 식초는 PC2를 기준으로 하단으로 분리되어 숙성 기간의 경과에 따라 향기 성분의 양 상이 유의적으로 구분되었다. 또한 주성분 분석을 통하여 옥수수 술과 옥수수 식초의 향기 성분의 양상을 비교한 결과 87.
- 옥수수 술과 옥수수 식초의 대사체를 분석한 결과 옥수수 술에서 26개, 초산 발효가 완료된 옥수수 식초에서 23개, 숙성 1개월이 경과된 옥수수 식초에서 26개, 3개월간 숙성된 옥수수 식초에서 24개의 대사체 성분이 각각 검출되었다 (Table 1). Ethyl 2-methyl butanoate, ethyl hexanoate, ethyl octanoate, ethyl decanoate, ethyl benzoate, 2- ethylhexanol, ethyl myristate, benzoic acid 등 총 8개 물질은 옥수수 술에서만 검출되었으며, ethyl acetate, 초산, propanoic acid 등의 14종의 성분은 숙성 기간과 상관없이 검출되었다.
- 강원도에서 생산된 옥수수를 사용하여 식초를 제조한 후 초산 발효 및 숙성에 의해 변화되는 주요 향기성분을 조사 하였다. 옥수수 술에서 가장 높은 함량을 나타낸 휘발성 성분은 2-phenylethanol으로서 전체 휘발성 성분의 약 27%를 차지하였으나, 초산 발효 후 15% 수준으로 감소하였다. 주성분 분석 결과 옥수수 술과 옥수수 식초는 초산 발효 및 숙성 기간에 따라 향기 성분의 특성이 패턴의 차이가 확인되었 다.
- 산패취와 관련된 octanoic acid [40]와 바나나향을 나타내는 isoamyl acetate [35]는 옥수수 술에서는 검출되지 않았지만, 초산 발효를 거치면서 향기활성가가 1보다 커지는 것으로 나타났다. 이러한 결과를 바탕으로 octanoic acid와 isoamyl acetate가 초산 발효를 거치면서 옥수수 식초의 전체적인 향기에 미치는 영향이 점차 커질 것으로 판단되었다. 산패취와 관련된 nonanoic acid의 경우 초산 발효에 의한 함량의 변화는 크지 않았지만, 숙성 과정 중에 함량이 증가하는 경향을 나타냈다.
- 초산 발효 이후에 전체 휘발성 물질 중에서 초산이 약 50%를 차지하여 가장 함량이 높은 것으로 나타났으며, 그 다음으로 2-phenylethanol, diethyl succinate 순서로 높았다. 장미향을 나타내는 ethyl phenylacetate와 과일향을 나타내는 diethyl succinate 등 에스테르 화합물의 향기 활성가가 높게 나타나 이들 성분이 초산 발효 후 식초의 향기 특성에 큰 영향을 미치는 것으로 판단되었다.
- 옥수수 술에서 가장 높은 함량을 나타낸 휘발성 성분은 2-phenylethanol으로서 전체 휘발성 성분의 약 27%를 차지하였으나, 초산 발효 후 15% 수준으로 감소하였다. 주성분 분석 결과 옥수수 술과 옥수수 식초는 초산 발효 및 숙성 기간에 따라 향기 성분의 특성이 패턴의 차이가 확인되었 다. 초산 발효 이후에 전체 휘발성 물질 중에서 초산이 약 50%를 차지하여 가장 함량이 높은 것으로 나타났으며, 그 다음으로 2-phenylethanol, diethyl succinate 순서로 높았다.
- 주성분 분석 결과 옥수수 술과 옥수수 식초는 초산 발효 및 숙성 기간에 따라 향기 성분의 특성이 패턴의 차이가 확인되었 다. 초산 발효 이후에 전체 휘발성 물질 중에서 초산이 약 50%를 차지하여 가장 함량이 높은 것으로 나타났으며, 그 다음으로 2-phenylethanol, diethyl succinate 순서로 높았다. 장미향을 나타내는 ethyl phenylacetate와 과일향을 나타내는 diethyl succinate 등 에스테르 화합물의 향기 활성가가 높게 나타나 이들 성분이 초산 발효 후 식초의 향기 특성에 큰 영향을 미치는 것으로 판단되었다.
후속연구
- 파인애플 식초에서 향기와 관련된 케톤 물질과 주요 대사체에 대해 보고되었다[18]. 식초의 대사체 분석을 통하여 식초의 특성을 파악하고, 제조방법이나 원료에 따른 품질의 차이를 체계적으로 조사함으로써 고품질의 식초를 개발하기 위한 공정개발에 적용할 수 있을 것으로 기대된다[5, 19].
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