[논문]밀기울의 유산균 발효: 향기성분 및 유리아미노산 변화를 통한 제빵 소재로서의 가능성

나예림; 박성훈

doi:10.9721/kjfst.2020.52.5.524

밀기울의 유산균 발효: 향기성분 및 유리아미노산 변화를 통한 제빵 소재로서의 가능성
Fermentation of wheat bran through lactic acid bacteria: Changes in flavor components and free amino acids and potential applications in baking 원문보기

한국식품과학회지 = Korean journal of food science and technology, v.52 no.5, 2020년, pp.524 - 528

나예림 (SPC식품생명공학연구소) , 박성훈 (SPC식품생명공학연구소)

초록
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밀기울을 유산균 종류에 따라 각각 발효물을 제조하고 그에 따른 향기성분을 SPME로 추출하여 GC-MS로 분석하였다. 총 19종류의 향기성분이 검출되었으며 이 중 알콜류가 차지하는 비중이 가장 컸으며 그 중에서도 1-hexanol이 21.05-29.06 ng/g으로 가장 다량으로 검출되었다. 이 중 유산균의 아미노산 대사에 의해 형성되는 알코올류인 3-methyl-1-butanol, phenethyl alcohol은 발효 후 증가하고, 아미노산 leucine, phenylalanine는 감소되는 경향을 확인하였다. 케톤류 또한 발효에 의해 증가되는 경향을 보였는데 주로 유제품 유산균 발효에 의한 것으로 2,3-butanedione를 비롯한 buttery 풍미를 내는 케톤류들이 검출되었다. 이는 밀기울 유산균 발효 산물의 풍미를 증대시켜 식품 소재로서의 가치를 상승시킬 것이라 생각한다. 또한 알데하이드류는 감소하였는데, 알데하이드류는 주로 밀기울이 가지고 있는 이취 물질들으므로 유산균 발효를 통해 밀기울 소재의 한계점을 극복하고 품질을 향상시킬 수 있을 것이라고 생각한다. 본 연구를 통해 사료나 폐기되는 제분 부산물을 유산균 발효를 통해 고부가가치 식품 소재로서의 가능성을 확인하였고, 제과 및 제빵에 발효 밀기울을 응용, 적용함으로써 고 식이섬유 제품 및 풍미가 강화된 제품을 제조할 수 있을 것이다.

Abstract ▼ AI-Helper

The aim of this study was to enhance the use of wheat bran in lactic acid bacteria (LAB) fermentation. LAB fermentation of wheat bran and the flavor components and amino acids of fermentation products were analyzed using gas chromatography-mass spectrometry (GC/MS) and high-performance liquid chromatography (HPLC). The results showed that total flavor components increased by 93% and 73% in the animal-based LAB mixture (T2) and plant-based LAB mixture (T3), respectively, after fermentation. Among these components, 2,3-butanedione (diacetyl), known for its buttery flavor, was detected at concentrations of 18.44 ng/g (T2) and 16.95 ng/g (T3). Levels of hexanal and nonanal, which causes off-flavor components in wheat bran, dramatically decreased after T2 fermentation; similarly, levels of total free amino acids decreased by 37.6% (T2) and 36.7% (T3) after fermentation. This may explain why some components were bound to volatile compounds during LAB fermentation. These results suggest that LAB-fermented wheat bran is a potential value-added food material.

주제어

표/그림 (5)

표 Table 1. Volatile flavor compounds in wheat bran fermented with different sources of LAB
그림 Fig. 1. Total flavor components in wheat bran fermented with different sources of LAB (T1), fermented by plant-based LAB (health guard); (T2), fermented by animal-based LAB (ABY-3); (T3), fermented by plant-based, animal-based LAB (health guard, ABY-3)
그림 Fig. 2. Decrease of aldehyde in wheat bran by LAB fermentation (T1), fermented by plant-based LAB (health guard); (T2), fermented by animal-based LAB (ABY-3); (T3), fermented by plant-based, animal-based LAB (health guard, ABY-3)
그림 Fig. 3. Increase of ketones in wheat bran by LAB fermentation (T1), fermented by plant-based LAB (health guard); (T2), fermented by animal-based LAB (ABY-3); (T3), fermented by plant-based, animal-based LAB (health guard, ABY-3)
표 Table 2. Changes of amino acids in wheat bran fermented with different sources of LAB

AI 본문요약
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문제 정의

최근 프로바이오틱스와 프리바이오틱스에 대한 관심이 높아짐에 따라 식이섬유 및 유산균에 대한 연구가 활발히 진행 되고 있으며, Zubaidah 등(2012)은 쌀겨의 유산균 발효를 통한 신바이오틱스 효과에 대한 연구결과를 보고 하였고, Salmenkallio-Marttila 등(2001)과 Katina 등(2012)은 발효를 통해 밀기울의 영양 기능적 효과 증대에 대한 연구를 진행하였다. 본 연구에서는 제분부산물로 부가가치가 낮았던 밀기울을 다양한 유산균 발효를 통해 식품소재로서의 이용가치를 높일 수 있는 연구를 진행하였고, 발효에 따른 이취 감소 효과를 확인하였으며, 풍미의 특성 변화를 파악함으로써 고부가가치 식품소재로서의 가능성을 확인하였다.
최근 An 등(2014)은 고압균 질처리를 통해 밀기울의 보수력, 팽창력 등을 증가시킬 수 있다고 보고하였다. 하지만 이러한 물리적인 가공 방법은 설비나 장비의 제약이 따르므로, 본 연구에서는 생물학적 공법인 발효를 통하여 밀기울의 식품소재로서의 한계점을 극복하고자 연구를 진행하였다. 유산균은 발효를 통해 오랫동안 유제품 및 김치 등 식품에 다양하게 이용되어 온 안전한 GRAS (Generally Recognized As Safe)균으로서 유해균 억제, 콜레스테롤 저하, 유당 이용률 증대, 항암 효과 등 인체 건강에 다양한 이점이 있다(Gilliland, 1990).

제안 방법

밀기울을 유산균 종류에 따라 각각 발효물을 제조하고 그에 따른 향기성분을 SPME로 추출하여 GC-MS로 분석하였다. 총 19 종류의 향기성분이 검출되었으며 이 중 알콜류가 차지하는 비중이 가장 컸으며 그 중에서도 1-hexanol이 21.
유산균 종류에 따른 발효특성을 비교하기 위해 열처리 한 밀기울 200 g과 40℃로 예열한 우유 500 mL을 멸균된 비이커에 넣고, 헬스 가드 단독 접종(T1), ABY-3 단독 접종(T2), 헬스 가드와 ABY-3 동시 접종(T3)으로 세 가지 발효물을 제조하였다. 접종 시 유산균은 모두 1.

대상 데이터

bulgaricus 균이 혼합되어 있는 ABY-3 (Chr. Hansen, Denmark)를 사용하였고, 식물 유래 유산균은 Lactobacillus curvatus SPC-SNU 70-3 (KCTC 12778BP), Lactobacillus plantarum SPCSNU 72-1 (KCTC 13314BP), Lactobacillus brevis SPC-SNU 70- 2 (KCTC 12777BP), Lactobacillus sanfranciscensis SPC-SNU 70-4 (KCTC 12779BP)균이 혼합 되어있는 헬스가드(SPC Co., Ltd, Seongnam, Korea) 유산균을 사용하였다.
본 실험에 사용된 밀기울은 (주)밀다원(Sejong, Korea)에서 제공받은 미국산 Soft Wheat (SW)원맥 제분부산물을 입도 사이즈 600 µm 이하로 선별하여 사용하였으며, 우유는 시중 우유(Seoul Daily Co., Ansan, Korea)를 구매하여 사용하였다. 밀기울은 발효하기 전 30분 동안 가열처리 하여 식힌 후 사용하였다.

데이터처리

통계처리는 Prism 6.0 (GraphPad Software, Inc., San Diego, CA, USA)을 이용하였고, one-way ANOVA를 실시한 후 p<0.05 수준에서 Turkey test로 사후검증 하였다.

성능/효과

본 실험에 사용된 동물유래 유산균 중 Bifidobacterrium은 이취물질인 hexanal을 대사하여 감소시키기 때문에 (Tridjoko 등, 1993) 이 물질이 발효에 의해 감소되고 hexanol이 증가됨을 증명하였다. 따라서, 이취로 인한 밀기울의 식품소재로써의 한계점을 극복할 수 있는 가능성을 확인하였다. 알데하이드 함량은 발효에 의해 줄어드는 경향을 보였으며 위에서 언급한 바와 같이 hexanal과 nonanal은 발효에 의해 줄어들었고(Fig 2), 대사산물인 hexanol과 nonanol이 증가하는 경향을 확인할 수 있었다(Table 1).
따라서, 이취로 인한 밀기울의 식품소재로써의 한계점을 극복할 수 있는 가능성을 확인하였다. 알데하이드 함량은 발효에 의해 줄어드는 경향을 보였으며 위에서 언급한 바와 같이 hexanal과 nonanal은 발효에 의해 줄어들었고(Fig 2), 대사산물인 hexanol과 nonanol이 증가하는 경향을 확인할 수 있었다(Table 1). 특히 알데하이드류는 alcohol류 보다 odor threshold가 낮아 이취 감소 효과가 관능적으로도 크게 나타날 것을 기대할 수 있다(Eriksson 등, 1976).
1에 나타냈다. 알코올 계열 11종, 알데하이드 계열 3종, 산 계열 1종, 케톤 계열 4종, 총 19종의 향기성분이 확인되었다. 유산균 발효 전과 후에 향기성분은 유의적으로 차이를 보였으며, 특히 동물 유래 유산균을 이용해 발효한 실험군에서 큰 변화를 확인하였다.
알코올 계열 11종, 알데하이드 계열 3종, 산 계열 1종, 케톤 계열 4종, 총 19종의 향기성분이 확인되었다. 유산균 발효 전과 후에 향기성분은 유의적으로 차이를 보였으며, 특히 동물 유래 유산균을 이용해 발효한 실험군에서 큰 변화를 확인하였다.
유산균의 유래에 따라 발효물의 향기성분은 크게 변화하였는 데, 그 중 동물유래 유산균을 이용한 발효물 T2와 T3에서 total flavor가 각각 발효전 대비 92, 73% 증가하였고, 식물유래 유산균을 이용한 T1 발효물은 발효 전과 비교하여 변화는 있었으나 증감폭이 크지 않아 total flavor 함량은 유의적인 차이가 없음을 확인하였다(Fig. 1).
06 ng/g으로 가장 다량으로 검출되었다. 이 중 유산균의 아미노산 대사에 의해 형성되는 알코올류인 3-methyl-1-butanol, phenethyl alcohol은 발효 후 증가하고, 아미노산 leucine, phenylalanine는 감소되는 경향을 확인하였다. 케톤류 또한 발효에 의해 증가되는 경향을 보였는데 주로 유제품 유산균 발효에 의한 것으로 2,3-butanedione를 비롯한 buttery 풍미를 내는 케톤류들이 검출되었다.

후속연구

이는 밀기울 유산균 발효 산물의 풍미를 증대시켜 식품 소재로서의 가치를 상승시킬 것이라 생각한다. 또한 알데하이드류는 감소하였는데, 알데하이드류는 주로 밀기울이 가지고 있는 이취 물질들으므로 유산균 발효를 통해 밀기울 소재의 한계점을 극복하고 품질을 향상시킬 수 있을 것이라고 생각한다. 본 연구를 통해 사료나 폐기되는 제분 부산물을 유산균 발효를 통해 고부가가치 식품 소재로서의 가능성을 확인하였고, 제과 및 제빵에 발효 밀기울을 응용, 적용함으로써 고 식이섬유 제품 및 풍미가 강화된 제품을 제조할 수 있을 것이다.
또한 알데하이드류는 감소하였는데, 알데하이드류는 주로 밀기울이 가지고 있는 이취 물질들으므로 유산균 발효를 통해 밀기울 소재의 한계점을 극복하고 품질을 향상시킬 수 있을 것이라고 생각한다. 본 연구를 통해 사료나 폐기되는 제분 부산물을 유산균 발효를 통해 고부가가치 식품 소재로서의 가능성을 확인하였고, 제과 및 제빵에 발효 밀기울을 응용, 적용함으로써 고 식이섬유 제품 및 풍미가 강화된 제품을 제조할 수 있을 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	밀기울이란 무엇인가?	밀기울은 밀의 제분 부산물로써 일반적으로 제분 공정에서 15-20%가 생산되며 과거에는 버려지거나 사료로 이용되는 경우가 많았으나, 최근에는 밀기울에 존재하는 알류론 층에 있는 각종 영양기능성과 질병예방 효과가 알려지면서 천연 식이섬유 소재로 각광 받으며 식품 소재에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다 (Vetrimani와 Haridas Rao, 1990). 밀기울의 조성은 40-50%가 cellulose, hemicellulose, lignin과 같은 불용성 식이섬유로 구성되어 있으며, 1% 이하의 수용성 식이섬유도 포함하고 있다(Stevenson 등, 2012).
	밀기울의 식품소재로서의 한계점은 무엇인가?	또한 Anderson(1985)는 식이섬유는 수분보유력이 뛰어나 식품 제조 시 부피를 증가시켜 포만감을 증대시키고, 장내에서 전분을 비롯한 영양성분의 소화 흡수를 느리게 하고 혈중 콜레스테롤 함량을 저하 시킨다고 보고하였다. 그러나 밀기울은 이취, 거친 조직감, 어두운 색상 등으로 인해 식품 제조 시 품질에 부정적인 영향을 끼친다(Galliard와 Gallagher 1988; Zhang와 Moore 1999). 밀기울 품질개선을 위한 여러가지 물리적 연구가 진행 되고 있고 있는데, Hwang 등(1995)은 열처리를 통해 밀기울의 품질개선과 저장성을 증진시킬 수 있다고 보고하였고, Kim 등(1996)은 압출가공 시 스크류 조합과 공정변수 조절에 따른 밀기울 물성 변화에 대해 보고하였다.
	식이섬유 섭취 시 어떤 이점이 있는가?	밀기울의 조성은 40-50%가 cellulose, hemicellulose, lignin과 같은 불용성 식이섬유로 구성되어 있으며, 1% 이하의 수용성 식이섬유도 포함하고 있다(Stevenson 등, 2012). 또한 Anderson(1985)는 식이섬유는 수분보유력이 뛰어나 식품 제조 시 부피를 증가시켜 포만감을 증대시키고, 장내에서 전분을 비롯한 영양성분의 소화 흡수를 느리게 하고 혈중 콜레스테롤 함량을 저하 시킨다고 보고하였다. 그러나 밀기울은 이취, 거친 조직감, 어두운 색상 등으로 인해 식품 제조 시 품질에 부정적인 영향을 끼친다(Galliard와 Gallagher 1988; Zhang와 Moore 1999).

참고문헌 (23)

An EM, Lee JK, Choi YS. Physicochemical properties of wheat bran in different areas prepared by a high-pressure homogenizer process. Korean J. Food Sci. Technol. 46: 404-409 (2014)
Anderson JW. Health implications of wheat fiber. Am. J. Clin. Nutr. USA 41: 1103-1112 (1985)
Bate NJ, Riley JCM, Thompson JE, Rothstein SJ. Quantitative and qualitative differences in C6-volatile production from the lipoxygenase pathway in an alcohol dehydrogenase mutant of Arabidopsis thaliana. Physiol. Plant 104: 97-104 (1998)

상세보기
Benito de Cardenas IL, Ledesma OV, Pesce de Ruiz Holgado AA, Oliver G. Effect of lactate on the growth and production of diacetyl and acetoin by lactobacilli. J. Dairy Sci. 68: 1897-1901 (1985)

상세보기
Chammas GI, Saliba R, Corrieu G, Beal C. Characterisation of lactic acid bacteria isolated from fermented milk "laban." Int. J. Food Microbiol. 110: 52-61(2006)

상세보기
Chirinang P, Intarapichet K-O. Amino acids and antioxidant properties of the oyster mushrooms, Pleurotus ostreatus and Pleurotus sajor-caju. Science Asia 35: 326 (2009)
Eriksson CE, Lundgren B, Vallentin K. Odor detectability of aldehydes and alcohols originating from lipid oxidation. Chem. Senses 2: 3-15 (1976)
Chen E. C.-H. The Relative contribution of ehrlich and biosynthetic pathways to the formation of fusel alcohols, J. Am. Soc. Brew. Chem. 36: 1, 39-43 (1978)

상세보기
Galliard T, Gallagher DM. The effects of wheat bran particle size and storage period on bran flavour and baking quality of bran/ flour blends. J. Cereal Sci. 8: 147-154 (1988)

상세보기
Gilliland SE. Health and nutritional benefits from lactic acid bacteria. FEMS. Microbiol. Rev. 7: 175-188 (1990)

상세보기
Hsieh RJ. Contribution of lipoxygenase pathway to food flavors. In: Ho C-T, Hartman TG (eds) Lipids in food flavors. ACS., Washington, DC, pp 30-48 (1994)
Huang CB, Alimova Y, Myers TM, Ebersole JL. Short- and mediumchain fatty acids exhibit antimicrobial activity for oral microorganisms. Arch. Oral. Biol. 56: 650-654 (2011)

상세보기
Hwang JK, Kim CT, Cho SJ, Kim CJ. Effects of various thermal treatments on physicochemical properties of wheat bran. Korean J. Food Sci. Technol. 27: 394-403 (1995)
Katina K, Juvonen R, Laitila A. Fermented wheat bran as a functional ingredient in baking. Cereal Chem. 89: 126-134 (2012)

상세보기
Kim CT, Hwang JK, Cho SJ. Effect of screw configurations and process parameters on characteristics of wheat bran extrudates. Korean J. Food Sci. Technol. 28: 169-178 (1996)
Salmenkallio-Marttila M, Katina K, Autio K. Effects of bran fermentation on quality and microstructure of high-fiber wheat bread. Cereal Chem. 78: 429-435 (2001)

상세보기
Stevenson L, Phillips F, O'sullivan K, Walton J. Wheat bran: its composition and benefits to health, a European perspective. Int. J. Food Sci. Nutr. 63: 1001-1013 (2012)

상세보기
Tavaria FK, Dahl S, Carballo FJ, Malcata FX. Amino acid catabolism and generation of volatiles by lactic acid bacteria. J. Dairy Sci. 85: 2462-2470 (2002)

상세보기
Tridjoko W. Murti, Christian Bouillanne, Michele Landon, Michel J. De Smazeaud. Bacterial growth and volatile compounds in yoghurt-type products from soymilk containing Bifidobacterium spp. J. Food Sci. 58: 153-157 (1993)
Vetrimani R, Haridas Rao P. Studies on stabilization of wheat bran. J. Food Sci. Technol. 27: 332-335 (1990)
Yvon M, Rijnen L. Cheese flavour formation by amino acid catabolism. Int. Dairy J. 11: 185-201 (2001)

상세보기
Zhang D, Moore WR. Wheat bran particle size effects on bread baking performance and quality. J. Sci. Food Agric. 79: 805-809 (1999)

상세보기
Zubaidah E, Nurcholis M, Wulan SN, Kusuma A. Comparative study on synbiotic effect of fermented rice bran by probiotic lactic acid bacteria Lactobacillus casei and newly isolated lactobacillus plantarum B2 in wistar rats. APCBEE Procedia. 2: 170-177 (2012)

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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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