Ex) Article Title, Author, Keywords
Online ISSN 2288-5978
Ex) Article Title, Author, Keywords
Journal of the Korean Society of Food Science and Nutrition 2023; 52(5): 516-521
Published online May 31, 2023 https://doi.org/10.3746/jkfn.2023.52.5.516
Copyright © The Korean Society of Food Science and Nutrition.
Sang-Kyu Park , Hao Jin
, Chan-Mi Lee
, and Sang-Ho Baik
Department of Food Science and Human Nutrition, Chonbuk National University
Correspondence to:Sang-Ho Baik, Department of Food Science and Human Nutrition, Chonbuk National University, 567, Baekje-daero, Deokjin-gu, Jeonju, Jeonbuk 54896, Korea, E-mail: baiksh@jbnu.ac.kr
This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License (https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.
The stability of Saccharomyces cerevisiae is important for industrial usage as a starter culture for the rice wine fermentation process. This study evaluates the effects of diverse protective agents and storage conditions after freeze-drying of the high ethanol-producing S. cerevisiae JBCC-95 strain isolated from traditional rice wine. Four single cryoprotective freeze-drying agents (viz., 10% each of skim milk, lactose, trehalose, and sorbitol) were evaluated, and 10% lactose was determined to be an excellent single protectant. Moreover, the stability of S. cerevisiae JBCC-95 after freeze-drying with 5% skim milk with lactose was greatly enhanced up to 70%, which is 2.5 times higher than the single treatment of lactose. During long-term storage of 30 days at low temperatures, S. cerevisiae JBCC-95 showed less than 13% survival with single protectants, whereas 26% survival was obtained with combined protectants. Physicochemical analysis revealed that freezing of S. cerevisiae JBCC-95 with the selected protectant of 5% skim milk and lactose had no significant effect on the rice wine fermentation (P<0.05). However, the rice wine fermented by freeze-drying S. cerevisiae JBCC-95 with skim milk and lactose as protectants revealed increased levels of esters such as ethyl acetate, isoamyl acetate, and ethyl 2-methylbutyrate and decreased aldehyde contents, indicating that freeze-drying with 5% skim milk and lactose positively affected rice wine fermentation without any significant physicochemical change.
Keywords: protectant effect, freeze-drying, rice wine, Saccharomyces cerevisiae
막걸리는 누룩, 고두밥, 효모 및 약간의 약용식물 또는 허브와 함께 발효시켜 만들며, 청주와 약주와는 다르게 발효 후 미생물을 걸러내지 않기 때문에 필수 아미노산, 단백질, 당질 및 생효모를 함유하고 있어 독특한 영양 특성과 향미를 갖는다(Kim 등, 2012; Kim 등, 2013). 현대에 들어서 한국 전통주인 막걸리의 발효에 대한 과학적인 기술은 다양한 종균의 분리, 발효 기술 및 저장 기술의 발전에 힘입어 품질의 개선 및 발전이 이루어지고 있다. 특히 막걸리의 고급화에 힘입어 기존에 등한시되어왔던 막걸리의 맛과 향에 관한 관심이 증가하고 있을 뿐만 아니라, 이에 영향을 미치는 효모의 중요성 또한 대두되고 있다(Baek 등, 2017). 전통적인 막걸리 양조 방식의 단점인 장시간 발효, 낮은 알코올 수율 및 미생물 오염을 극복하기 위해 상업적 막걸리 제조방식은 코지와 상업용 효모를 사용하는 일본식 양조 방식을 주로 따르고 있다(Rhee 등, 2003). 그러나 사용하기 편리하고 주질이 안정적으로 유지되는 장점인 외국 와인용 또는 제빵용 효모에 비해 토착 효모는 그 지역 특유의 관능 특성을 나타내기에 적합하나, 대량생산을 위한 기반 시설이나 과학적인 자료가 부족하여 실질적 산업화 적용에 한계점을 가지고 있다(Baek 등, 2015, 2017; Kim 등, 2012; Valles 등, 2008).
산업적으로 종균을 보급하고 사용하기 위해서는 여러 가지 기술의 개발이 필요하나 이 중에서도 균주의 활성을 유지하기 위한 저장 기술은 매우 중요한 요소이다. 동결건조는 미생물을 장기 보존하기 위해 가장 보편적으로 사용되고 우수한 방법이나, 필수적으로 균주에 여러 가지 용해 및 파열 등과 같은 세포벽에 물리화학적 손상을 유발하여 보존 중에 어느 정도의 사멸이 발생하여 발효제로서의 활성이 저하되는 문제점을 가지고 있으며, 이러한 문제점으로 인해 이들 미생물을 발효제로 사용한 경우 발효제품의 성질에 영향을 미치는 것으로 알려져 있다(Abadias 등, 2001; Lodato 등, 1999; Miyamoto-Shinohara 등, 2000). 미생물의 보호 효과는 미생물 배양 온도, 세포의 수분 함량, 냉각 속도, 동결보호제 및 저장 온도 등 여러 요인이 영향을 받는다. 그중 가장 중요한 요소는 동결건조 시키는 데 사용되는 동결보호제의 조성이다(Hubalek, 2003). 따라서 동결건조과정을 거치더라도 생균수를 유지할 수 있도록 적절한 동결보호제 사용이 필수 불가결하며, 이러한 동결보호제의 선택은 균주의 대량 보급에 있어 경제적인 효과뿐만 아니라 산업화의 과정을 촉진하고 제품의 품질을 보장하는 데 매우 큰 영향을 미친다. 동결건조과정에서 미생물의 생존율을 향상시키기 위해 탈지분유, 유청 단백질, 글리세롤, 포도당, 트레할로스, 자당, 유당과 같은 다양한 동결보호제를 혼합함으로써 동결건조 시 미생물 세포를 안정화하는 효과를 확인함으로써 효과적인 소재로 이용되어왔다(Meng 등, 2008). 특히 트레할로스는 열처리, 탈수, 동결, 고에탄올 농도 등의 스트레스 조건에서 유산균, 비피더스균, 효모 세포 등의 생존율을 증가시켜, 동결보호제로서 생체막 보호에 가장 효과적인 소재 중 하나로 알려져 왔다(Carvalho 등, 2002; Hino 등, 1990; Leslie 등, 1995).
본 연구에서는 우리나라 전통 방식으로 제조된 막걸리에서 분리한 고알코올 생성 균주인
실험재료
본 연구에 사용된 동결보호제로 탈지분유(skim milk), 글리세롤(glycerol), 락토오스(lactose), 소르비톨(sorbitol), 트레할로스(trehalose)는 Sigma-Aldrich Chemical Co.에서 구입했으며, 기타 시약과 용매는 ACS 등급의 것을 구입하여 사용하였다.
균주 및 배지
본 연구에 사용한 균주는 본 실험실에서 전통 방식으로 제조한 막걸리로부터 분리한 고알코올 생산 균주인
동결보호제의 보호 효과
-80°C에서 보관 중인
생균수 측정
동결건조 보호제의 효과를 확인하기 위해 효모의 세포수(CFU/mL)를 표준십진법을 사용하여 평판한천 배양법으로 계수하였다. 동결건조 보호제의 효과 및 동결건조 후 저온에서의 저장 기간별(0일, 7일, 14일, 30일 및 60일) 생존 보호 효과를 확인하기 위해 동결건조 처리한 건조효모를 증류수에 연속 현탁시킨 후, 희석액을 YM 한천배지에 0.1 mL씩 도말하여 29°C에서 72시간 배양한 다음 나타나는 집락수를 계수하였다. 막걸리 발효과정 중 효모 생균수의 변화는 페니실린-스트렙토마이신 용액(penicillin-streptomycin solution, 25 units/mL; Gibco)을 함유하는 YM 한천배지에 희석한 시료 0.1 mL를 도말하여 29°C에서 72시간 배양한 후 나타난 집락수를 계수하였고, 희석배수를 곱하여 단위 부피당 효모수를 산출하였다. 생존율은 동결건조 전의 세포수와 동결건조 후의 세포수를 백분율을 이용하여 계산하였다.
막걸리 발효
막걸리 제조는 증자 2단 담금으로 발효하였다. 세척미를 2시간 동안 물에 침지하여 불린 후 체에 밭쳐 1시간 동안 물기를 제거하였다. 물기를 제거한 쌀은 50분간 증자한 후 25~30°C로 방랭하여 사용하였다. 1단 담금은 쌀 70 g, 물 105 mL, 글루코아밀라아제(280 GAU), α-아밀라아제(472.5 BAU)와 효모를 함께 넣어 25°C에서 3일간 수행하였으며, 1단 담금 완료된 술덧에 쌀 140 g을 물 210 mL에 추가한 후 글루코아밀라아제(560 GAU), α-아밀라아제(945 BAU)를 첨가하여 25°C에서 14일간 추가로 2단 담금을 실시하였다. 막걸리 제조에 사용한 효모는
막걸리 이화학적 특성 분석
pH는 pH meter(STRARTER 3100, OHAUS)로 측정했으며, 총산도는 국세청 주류면허지원센터 주류분석규정에 따라 1% 페놀프탈레인을 지시약으로 사용하여 수산화나트륨(0.1 N NaOH, Sigma-Aldrich)으로 적정하고 소비된 수산화나트륨을 유기산(%)으로 환산하여 계산하였다. 발효된 막걸리의 가용성 고형분 함량은 당도측정계(PAL-α, ATAGO)를 이용하여 측정하였다. 알코올 함량은 0.45 μm membrane filter를 사용하여 여과한 시료를 DB-5 capillary column(30 m×0.25 mm i.d.×0.25 μm film thickness)이 장착된 가스크로마토그래피(HP 6890 system, Agilent J&W Scientific)-FID를 이용하여 측정하였고 조건은 다음과 같다. 인젝션 온도는 240°C였고 인젝션 모드는 스플릿 모드로 1/50 비율로 했으며, 헬륨가스 유속은 1.3 mL/min으로 측정하였다. 오븐 온도는 70°C에서 2분 정치 후 150°C까지 분당 20°C의 속도로 증가시켰고 검출기 온도는 250°C로 하였다. 내부표준물질로는 이소프로파놀(isopropanol, Sigma-Aldrich)을 사용하였다.
휘발성 향미 성분 분석
휘발성 향미 성분 분석은 Automated Purge & Trap Sampler JTD-505Ⅲ(Japan Analytical Industry)를 사용하여 향미 성분을 포집한 후 GC-MS(QP 2010 plus, Shimadzu)를 이용하여 분석하였다. 향미 성분의 추출은 glass flask(40 mL)에 막걸리 시료를 넣은 후 40°C에서 헬륨가스를 분당 60 mL의 유속으로 2시간 흘려보내어 휘발성 향미 성분을 추출하였다. 추출된 향미 성분은 Purge/Trap A(Supelco)에 흡착시켜 포집하였다. 포집된 향미 성분은 고온(280°C)에서 열분해를 30분 동안 50 mL/min의 유속으로 실시하였다. 휘발성 향미 성분의 분석은 DB-624 칼럼을 사용하였고, 40°C에서 3분 정치 후 260°C까지 분당 10°C의 속도로 증가시켰다. Ion source 온도는 200°C, electron energy는 70 eV로 하였고, 각 성분은 mass spectrum에서 제공하는 향기 성분의 라이브러리인 NIST version 9.1을 이용하여 확인하였다. 내부표준물질로는 2-methyl-3-heptanone을 사용하였다.
통계처리
모든 실험은 3번 반복하였고, 통계처리 프로그램인 SPSS software(Ver. 20.0, SPSS Inc.)를 이용하여 분석하였다. 처리구 간의 평균값 비교는 Turkey의 HSD 다중검점을 통해 유의성 검정(
동결안정제의 선택 및 동결보호 효과
저장 기간에 따른 동결안정제의 동결보호 효과
종균의 산업화에 있어서 종균 효모의 품질을 향상시키기위해서는 저장 및 유통 기간에 세포의 생존력을 향상시키고 유지하는 것이 중요한 요소 중의 하나이다(Miyamoto-Shinohara 등, 2000). 각 동결건조 안정제의 저장 기간 중 생존능을 확인하기 위해 각각의 동결건조 안정제를 첨가하여 동결건조한 뒤 4°C에 최대 60일간 보관하며 저장 기간별로 생균수를 측정하여 각각의 단일 또는 혼합 동결건조 안정제의 효과를 분석하였다(Fig. 2). 단일 동결건조 안정제를 첨가하여 동결건조한 결과 소르비톨을 10% 첨가한 경우 동결 직후 15% 정도의 생존율을 보였으나, 일주일 경과 후 대부분 생존율이 무처리구와 동일하게 효과가 없었다. 반면 트레할로스를 10%(w/v) 첨가한 경우 소르비톨과 초기 동결보호 효과는 동일했으나 30일간 보존했을 경우 28%의 생존율을 보였으며, 60일 후 감소하는 경향을 보였으나 다른 조건에 비해 유의적으로(
동결건조 효모 종균을 사용한 발효 특성
동결건조가 발효주에 미치는 영향을 알아보기 위해 최적의 보호 효과를 보인 탈지분유와 락토오스를 5%씩 첨가하여 동결건조한 효모와 비동결건조 효모 그리고 상업용 효모를 사용해 제조한 발효주의 이화학적 특성을 비교 분석하였다(Table 1). 동결건조 효모 종균을 사용해 제조한 발효주와 비동결건조 효모를 사용해 제조한 발효주는 효모 생균수, pH, 알코올 함량, 총산도 및 가용성 고형분 함량에서 유의적인 차이가 보이지 않았으나, 상업용 효모로 발효시킨 막걸리의 경우 총산도가 다소 높게 나타났다. 또한, 휘발성 향미 성분을 분석한 결과는 Table 2와 같다. 막걸리에서 알코올류나 알데히드류에 비해 소량으로 존재하나 대표적인 방향성을 나타내는 중요한 향미 성분인 에스테르는 비동결건조한 효모에 비해 ethyl lactate(과일향) 성분이 검출되지 않았으나, 또 다른 과일향 성분인 ethyl acetate가 비동결건조 효모를 사용한 막걸리보다 2배 이상 검출되었으며, isoamyl acetate(바나나 향) 및 ethyl 2-methylbutyrate(사과향)의 향미 성분이 약 1.5배 이상 증진되었다. 비동결 효모와 상업용 균주에서는 에스테르 성분에 있어 유의적인 차이를 크게 보이지 않았다. 알코올류는 전반적으로 동결건조 효모를 사용한 막걸리에서 유의적으로 높게 나타났다. 그중에서 주류에 적정량 존재할 때는 조화로운 풍미를 나타내지만, 과량 존재 시에는 좋지 않은 냄새를 생성하고 숙취로 작용하는 isoamyl alcohol 함량도 다소 높았으나 부정적인 영향을 미칠 정도로 높진 않았다(Lee 등, 2016). 반면 막걸리의 풍미에 부정적인 영향을 미치는 것으로 알려진 알데히드류 중 butanal은 감소했으나, 3-methylbutanal(초콜릿 향) 성분은 다소 증가하였다(Rhee 등, 2003).
Table 1 . Physicochemical properties of rice wines fermented with non-freeze dried
Samples1) | Yeast (Log CFU/mL) | pH | Solid contents (°Bx) | Total acidity (%) | Ethanol contents (%) |
---|---|---|---|---|---|
EC-1118 | 4.6±0.54a | 4.5±0.18a | 4.5±0.18a | 0.12±0.005b | 17.3±4.88a |
Non-FD | 4.9±0.78a | 4.5±0.18a | 4.5±0.18a | 0.10±0.003a | 21.1±4.46a |
FD | 5.1±0.64a | 4.5±0.16a | 4.5±0.16a | 0.10±0.002a | 20±2.63a |
1)EC-1118: A commercial
Different superscript letters indicate a significant difference (
Table 2 . Major volatile compounds determined by GC-MS analysis in rice wines fermented with non-freeze dried
Compound class | Aroma compound | R.T. | Samples1) | |||
---|---|---|---|---|---|---|
FD | Non-FD | EC-1118 | ||||
Standard | 2-Methyl-3-heptanone* | 13.869 | 10 | 10 | 10 | |
Esters | F1 | Ethyl formate | 3.784 | nd2) | nd | 0.56 |
F2 | Ethyl acetate | 6.075 | 18.28 | 8.04 | 9.25 | |
F3 | Ethyl lactate | 11.427 | nd | 0.54 | nd | |
F4 | Isoamyl formate | 10.456 | nd | nd | 1.01 | |
F5 | Ethyl 2-methylbutyrate | 10.821 | 1.39 | 0.49 | nd | |
F6 | Isoamyl acetate | 12.34 | 2.52 | 1.02 | 0.96 | |
Alcohols | F7 | Ethyl alcohol | 3.201 | 101.65 | 59.75 | 38.64 |
F8 | Isoamyl alcohol | 7.004 | 40.78 | 24.22 | 10.74 | |
F9 | 1-Butanol | 7.902 | 3.95 | 2.66 | 0.95 | |
F10 | 3-Methyl-1-butanol | 9.644 | 216.4 | 126.08 | 103.13 | |
F11 | 2-Methyl-1-butanol | 9.714 | 129.66 | 73.97 | 62.33 | |
F12 | Benzeneethanol | 18.068 | nd | 3.3 | 4.01 | |
Aldehydes | F13 | Butanal | 6.006 | 1.93 | 3.48 | 4.12 |
F14 | 3-Methylbutanal | 7.309 | 2.43 | 1.71 | nd | |
F15 | 2-Methylbutyraldehyde | 7.511 | 1.14 | nd | nd | |
F16 | Benzaldehyde | 14.924 | nd | nd | 1.02 | |
F17 | Phenylacetaldehyde | 16.61 | nd | nd | 0.59 |
Relative contents of volatile compounds were determined as peak areas of an internal standard (10 ppm of 2-methyl-3-heptanone* in methanol) from purge-and-trap injection-GC-MS.
1)EC-1118: A commercial
2)nd: not detected.
본 연구는 전통 막걸리에서 분리한 고알코올 생성 효모인
본 연구는 2022 전북대학교 교원연구비 지원에 의하여 지원되었으며, 이에 감사드립니다.
Journal of the Korean Society of Food Science and Nutrition 2023; 52(5): 516-521
Published online May 31, 2023 https://doi.org/10.3746/jkfn.2023.52.5.516
Copyright © The Korean Society of Food Science and Nutrition.
박상규․진하오․이찬미․백상호
전북대학교 생활과학대학 식품영양학과
Sang-Kyu Park , Hao Jin
, Chan-Mi Lee
, and Sang-Ho Baik
Department of Food Science and Human Nutrition, Chonbuk National University
Correspondence to:Sang-Ho Baik, Department of Food Science and Human Nutrition, Chonbuk National University, 567, Baekje-daero, Deokjin-gu, Jeonju, Jeonbuk 54896, Korea, E-mail: baiksh@jbnu.ac.kr
This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License (https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.
The stability of Saccharomyces cerevisiae is important for industrial usage as a starter culture for the rice wine fermentation process. This study evaluates the effects of diverse protective agents and storage conditions after freeze-drying of the high ethanol-producing S. cerevisiae JBCC-95 strain isolated from traditional rice wine. Four single cryoprotective freeze-drying agents (viz., 10% each of skim milk, lactose, trehalose, and sorbitol) were evaluated, and 10% lactose was determined to be an excellent single protectant. Moreover, the stability of S. cerevisiae JBCC-95 after freeze-drying with 5% skim milk with lactose was greatly enhanced up to 70%, which is 2.5 times higher than the single treatment of lactose. During long-term storage of 30 days at low temperatures, S. cerevisiae JBCC-95 showed less than 13% survival with single protectants, whereas 26% survival was obtained with combined protectants. Physicochemical analysis revealed that freezing of S. cerevisiae JBCC-95 with the selected protectant of 5% skim milk and lactose had no significant effect on the rice wine fermentation (P<0.05). However, the rice wine fermented by freeze-drying S. cerevisiae JBCC-95 with skim milk and lactose as protectants revealed increased levels of esters such as ethyl acetate, isoamyl acetate, and ethyl 2-methylbutyrate and decreased aldehyde contents, indicating that freeze-drying with 5% skim milk and lactose positively affected rice wine fermentation without any significant physicochemical change.
Keywords: protectant effect, freeze-drying, rice wine, Saccharomyces cerevisiae
막걸리는 누룩, 고두밥, 효모 및 약간의 약용식물 또는 허브와 함께 발효시켜 만들며, 청주와 약주와는 다르게 발효 후 미생물을 걸러내지 않기 때문에 필수 아미노산, 단백질, 당질 및 생효모를 함유하고 있어 독특한 영양 특성과 향미를 갖는다(Kim 등, 2012; Kim 등, 2013). 현대에 들어서 한국 전통주인 막걸리의 발효에 대한 과학적인 기술은 다양한 종균의 분리, 발효 기술 및 저장 기술의 발전에 힘입어 품질의 개선 및 발전이 이루어지고 있다. 특히 막걸리의 고급화에 힘입어 기존에 등한시되어왔던 막걸리의 맛과 향에 관한 관심이 증가하고 있을 뿐만 아니라, 이에 영향을 미치는 효모의 중요성 또한 대두되고 있다(Baek 등, 2017). 전통적인 막걸리 양조 방식의 단점인 장시간 발효, 낮은 알코올 수율 및 미생물 오염을 극복하기 위해 상업적 막걸리 제조방식은 코지와 상업용 효모를 사용하는 일본식 양조 방식을 주로 따르고 있다(Rhee 등, 2003). 그러나 사용하기 편리하고 주질이 안정적으로 유지되는 장점인 외국 와인용 또는 제빵용 효모에 비해 토착 효모는 그 지역 특유의 관능 특성을 나타내기에 적합하나, 대량생산을 위한 기반 시설이나 과학적인 자료가 부족하여 실질적 산업화 적용에 한계점을 가지고 있다(Baek 등, 2015, 2017; Kim 등, 2012; Valles 등, 2008).
산업적으로 종균을 보급하고 사용하기 위해서는 여러 가지 기술의 개발이 필요하나 이 중에서도 균주의 활성을 유지하기 위한 저장 기술은 매우 중요한 요소이다. 동결건조는 미생물을 장기 보존하기 위해 가장 보편적으로 사용되고 우수한 방법이나, 필수적으로 균주에 여러 가지 용해 및 파열 등과 같은 세포벽에 물리화학적 손상을 유발하여 보존 중에 어느 정도의 사멸이 발생하여 발효제로서의 활성이 저하되는 문제점을 가지고 있으며, 이러한 문제점으로 인해 이들 미생물을 발효제로 사용한 경우 발효제품의 성질에 영향을 미치는 것으로 알려져 있다(Abadias 등, 2001; Lodato 등, 1999; Miyamoto-Shinohara 등, 2000). 미생물의 보호 효과는 미생물 배양 온도, 세포의 수분 함량, 냉각 속도, 동결보호제 및 저장 온도 등 여러 요인이 영향을 받는다. 그중 가장 중요한 요소는 동결건조 시키는 데 사용되는 동결보호제의 조성이다(Hubalek, 2003). 따라서 동결건조과정을 거치더라도 생균수를 유지할 수 있도록 적절한 동결보호제 사용이 필수 불가결하며, 이러한 동결보호제의 선택은 균주의 대량 보급에 있어 경제적인 효과뿐만 아니라 산업화의 과정을 촉진하고 제품의 품질을 보장하는 데 매우 큰 영향을 미친다. 동결건조과정에서 미생물의 생존율을 향상시키기 위해 탈지분유, 유청 단백질, 글리세롤, 포도당, 트레할로스, 자당, 유당과 같은 다양한 동결보호제를 혼합함으로써 동결건조 시 미생물 세포를 안정화하는 효과를 확인함으로써 효과적인 소재로 이용되어왔다(Meng 등, 2008). 특히 트레할로스는 열처리, 탈수, 동결, 고에탄올 농도 등의 스트레스 조건에서 유산균, 비피더스균, 효모 세포 등의 생존율을 증가시켜, 동결보호제로서 생체막 보호에 가장 효과적인 소재 중 하나로 알려져 왔다(Carvalho 등, 2002; Hino 등, 1990; Leslie 등, 1995).
본 연구에서는 우리나라 전통 방식으로 제조된 막걸리에서 분리한 고알코올 생성 균주인
실험재료
본 연구에 사용된 동결보호제로 탈지분유(skim milk), 글리세롤(glycerol), 락토오스(lactose), 소르비톨(sorbitol), 트레할로스(trehalose)는 Sigma-Aldrich Chemical Co.에서 구입했으며, 기타 시약과 용매는 ACS 등급의 것을 구입하여 사용하였다.
균주 및 배지
본 연구에 사용한 균주는 본 실험실에서 전통 방식으로 제조한 막걸리로부터 분리한 고알코올 생산 균주인
동결보호제의 보호 효과
-80°C에서 보관 중인
생균수 측정
동결건조 보호제의 효과를 확인하기 위해 효모의 세포수(CFU/mL)를 표준십진법을 사용하여 평판한천 배양법으로 계수하였다. 동결건조 보호제의 효과 및 동결건조 후 저온에서의 저장 기간별(0일, 7일, 14일, 30일 및 60일) 생존 보호 효과를 확인하기 위해 동결건조 처리한 건조효모를 증류수에 연속 현탁시킨 후, 희석액을 YM 한천배지에 0.1 mL씩 도말하여 29°C에서 72시간 배양한 다음 나타나는 집락수를 계수하였다. 막걸리 발효과정 중 효모 생균수의 변화는 페니실린-스트렙토마이신 용액(penicillin-streptomycin solution, 25 units/mL; Gibco)을 함유하는 YM 한천배지에 희석한 시료 0.1 mL를 도말하여 29°C에서 72시간 배양한 후 나타난 집락수를 계수하였고, 희석배수를 곱하여 단위 부피당 효모수를 산출하였다. 생존율은 동결건조 전의 세포수와 동결건조 후의 세포수를 백분율을 이용하여 계산하였다.
막걸리 발효
막걸리 제조는 증자 2단 담금으로 발효하였다. 세척미를 2시간 동안 물에 침지하여 불린 후 체에 밭쳐 1시간 동안 물기를 제거하였다. 물기를 제거한 쌀은 50분간 증자한 후 25~30°C로 방랭하여 사용하였다. 1단 담금은 쌀 70 g, 물 105 mL, 글루코아밀라아제(280 GAU), α-아밀라아제(472.5 BAU)와 효모를 함께 넣어 25°C에서 3일간 수행하였으며, 1단 담금 완료된 술덧에 쌀 140 g을 물 210 mL에 추가한 후 글루코아밀라아제(560 GAU), α-아밀라아제(945 BAU)를 첨가하여 25°C에서 14일간 추가로 2단 담금을 실시하였다. 막걸리 제조에 사용한 효모는
막걸리 이화학적 특성 분석
pH는 pH meter(STRARTER 3100, OHAUS)로 측정했으며, 총산도는 국세청 주류면허지원센터 주류분석규정에 따라 1% 페놀프탈레인을 지시약으로 사용하여 수산화나트륨(0.1 N NaOH, Sigma-Aldrich)으로 적정하고 소비된 수산화나트륨을 유기산(%)으로 환산하여 계산하였다. 발효된 막걸리의 가용성 고형분 함량은 당도측정계(PAL-α, ATAGO)를 이용하여 측정하였다. 알코올 함량은 0.45 μm membrane filter를 사용하여 여과한 시료를 DB-5 capillary column(30 m×0.25 mm i.d.×0.25 μm film thickness)이 장착된 가스크로마토그래피(HP 6890 system, Agilent J&W Scientific)-FID를 이용하여 측정하였고 조건은 다음과 같다. 인젝션 온도는 240°C였고 인젝션 모드는 스플릿 모드로 1/50 비율로 했으며, 헬륨가스 유속은 1.3 mL/min으로 측정하였다. 오븐 온도는 70°C에서 2분 정치 후 150°C까지 분당 20°C의 속도로 증가시켰고 검출기 온도는 250°C로 하였다. 내부표준물질로는 이소프로파놀(isopropanol, Sigma-Aldrich)을 사용하였다.
휘발성 향미 성분 분석
휘발성 향미 성분 분석은 Automated Purge & Trap Sampler JTD-505Ⅲ(Japan Analytical Industry)를 사용하여 향미 성분을 포집한 후 GC-MS(QP 2010 plus, Shimadzu)를 이용하여 분석하였다. 향미 성분의 추출은 glass flask(40 mL)에 막걸리 시료를 넣은 후 40°C에서 헬륨가스를 분당 60 mL의 유속으로 2시간 흘려보내어 휘발성 향미 성분을 추출하였다. 추출된 향미 성분은 Purge/Trap A(Supelco)에 흡착시켜 포집하였다. 포집된 향미 성분은 고온(280°C)에서 열분해를 30분 동안 50 mL/min의 유속으로 실시하였다. 휘발성 향미 성분의 분석은 DB-624 칼럼을 사용하였고, 40°C에서 3분 정치 후 260°C까지 분당 10°C의 속도로 증가시켰다. Ion source 온도는 200°C, electron energy는 70 eV로 하였고, 각 성분은 mass spectrum에서 제공하는 향기 성분의 라이브러리인 NIST version 9.1을 이용하여 확인하였다. 내부표준물질로는 2-methyl-3-heptanone을 사용하였다.
통계처리
모든 실험은 3번 반복하였고, 통계처리 프로그램인 SPSS software(Ver. 20.0, SPSS Inc.)를 이용하여 분석하였다. 처리구 간의 평균값 비교는 Turkey의 HSD 다중검점을 통해 유의성 검정(
동결안정제의 선택 및 동결보호 효과
저장 기간에 따른 동결안정제의 동결보호 효과
종균의 산업화에 있어서 종균 효모의 품질을 향상시키기위해서는 저장 및 유통 기간에 세포의 생존력을 향상시키고 유지하는 것이 중요한 요소 중의 하나이다(Miyamoto-Shinohara 등, 2000). 각 동결건조 안정제의 저장 기간 중 생존능을 확인하기 위해 각각의 동결건조 안정제를 첨가하여 동결건조한 뒤 4°C에 최대 60일간 보관하며 저장 기간별로 생균수를 측정하여 각각의 단일 또는 혼합 동결건조 안정제의 효과를 분석하였다(Fig. 2). 단일 동결건조 안정제를 첨가하여 동결건조한 결과 소르비톨을 10% 첨가한 경우 동결 직후 15% 정도의 생존율을 보였으나, 일주일 경과 후 대부분 생존율이 무처리구와 동일하게 효과가 없었다. 반면 트레할로스를 10%(w/v) 첨가한 경우 소르비톨과 초기 동결보호 효과는 동일했으나 30일간 보존했을 경우 28%의 생존율을 보였으며, 60일 후 감소하는 경향을 보였으나 다른 조건에 비해 유의적으로(
동결건조 효모 종균을 사용한 발효 특성
동결건조가 발효주에 미치는 영향을 알아보기 위해 최적의 보호 효과를 보인 탈지분유와 락토오스를 5%씩 첨가하여 동결건조한 효모와 비동결건조 효모 그리고 상업용 효모를 사용해 제조한 발효주의 이화학적 특성을 비교 분석하였다(Table 1). 동결건조 효모 종균을 사용해 제조한 발효주와 비동결건조 효모를 사용해 제조한 발효주는 효모 생균수, pH, 알코올 함량, 총산도 및 가용성 고형분 함량에서 유의적인 차이가 보이지 않았으나, 상업용 효모로 발효시킨 막걸리의 경우 총산도가 다소 높게 나타났다. 또한, 휘발성 향미 성분을 분석한 결과는 Table 2와 같다. 막걸리에서 알코올류나 알데히드류에 비해 소량으로 존재하나 대표적인 방향성을 나타내는 중요한 향미 성분인 에스테르는 비동결건조한 효모에 비해 ethyl lactate(과일향) 성분이 검출되지 않았으나, 또 다른 과일향 성분인 ethyl acetate가 비동결건조 효모를 사용한 막걸리보다 2배 이상 검출되었으며, isoamyl acetate(바나나 향) 및 ethyl 2-methylbutyrate(사과향)의 향미 성분이 약 1.5배 이상 증진되었다. 비동결 효모와 상업용 균주에서는 에스테르 성분에 있어 유의적인 차이를 크게 보이지 않았다. 알코올류는 전반적으로 동결건조 효모를 사용한 막걸리에서 유의적으로 높게 나타났다. 그중에서 주류에 적정량 존재할 때는 조화로운 풍미를 나타내지만, 과량 존재 시에는 좋지 않은 냄새를 생성하고 숙취로 작용하는 isoamyl alcohol 함량도 다소 높았으나 부정적인 영향을 미칠 정도로 높진 않았다(Lee 등, 2016). 반면 막걸리의 풍미에 부정적인 영향을 미치는 것으로 알려진 알데히드류 중 butanal은 감소했으나, 3-methylbutanal(초콜릿 향) 성분은 다소 증가하였다(Rhee 등, 2003).
Table 1 . Physicochemical properties of rice wines fermented with non-freeze dried
Samples1) | Yeast (Log CFU/mL) | pH | Solid contents (°Bx) | Total acidity (%) | Ethanol contents (%) |
---|---|---|---|---|---|
EC-1118 | 4.6±0.54a | 4.5±0.18a | 4.5±0.18a | 0.12±0.005b | 17.3±4.88a |
Non-FD | 4.9±0.78a | 4.5±0.18a | 4.5±0.18a | 0.10±0.003a | 21.1±4.46a |
FD | 5.1±0.64a | 4.5±0.16a | 4.5±0.16a | 0.10±0.002a | 20±2.63a |
1)EC-1118: A commercial
Different superscript letters indicate a significant difference (
Table 2 . Major volatile compounds determined by GC-MS analysis in rice wines fermented with non-freeze dried
Compound class | Aroma compound | R.T. | Samples1) | |||
---|---|---|---|---|---|---|
FD | Non-FD | EC-1118 | ||||
Standard | 2-Methyl-3-heptanone* | 13.869 | 10 | 10 | 10 | |
Esters | F1 | Ethyl formate | 3.784 | nd2) | nd | 0.56 |
F2 | Ethyl acetate | 6.075 | 18.28 | 8.04 | 9.25 | |
F3 | Ethyl lactate | 11.427 | nd | 0.54 | nd | |
F4 | Isoamyl formate | 10.456 | nd | nd | 1.01 | |
F5 | Ethyl 2-methylbutyrate | 10.821 | 1.39 | 0.49 | nd | |
F6 | Isoamyl acetate | 12.34 | 2.52 | 1.02 | 0.96 | |
Alcohols | F7 | Ethyl alcohol | 3.201 | 101.65 | 59.75 | 38.64 |
F8 | Isoamyl alcohol | 7.004 | 40.78 | 24.22 | 10.74 | |
F9 | 1-Butanol | 7.902 | 3.95 | 2.66 | 0.95 | |
F10 | 3-Methyl-1-butanol | 9.644 | 216.4 | 126.08 | 103.13 | |
F11 | 2-Methyl-1-butanol | 9.714 | 129.66 | 73.97 | 62.33 | |
F12 | Benzeneethanol | 18.068 | nd | 3.3 | 4.01 | |
Aldehydes | F13 | Butanal | 6.006 | 1.93 | 3.48 | 4.12 |
F14 | 3-Methylbutanal | 7.309 | 2.43 | 1.71 | nd | |
F15 | 2-Methylbutyraldehyde | 7.511 | 1.14 | nd | nd | |
F16 | Benzaldehyde | 14.924 | nd | nd | 1.02 | |
F17 | Phenylacetaldehyde | 16.61 | nd | nd | 0.59 |
Relative contents of volatile compounds were determined as peak areas of an internal standard (10 ppm of 2-methyl-3-heptanone* in methanol) from purge-and-trap injection-GC-MS..
1)EC-1118: A commercial
2)nd: not detected..
본 연구는 전통 막걸리에서 분리한 고알코올 생성 효모인
본 연구는 2022 전북대학교 교원연구비 지원에 의하여 지원되었으며, 이에 감사드립니다.
Table 1 . Physicochemical properties of rice wines fermented with non-freeze dried
Samples1) | Yeast (Log CFU/mL) | pH | Solid contents (°Bx) | Total acidity (%) | Ethanol contents (%) |
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EC-1118 | 4.6±0.54a | 4.5±0.18a | 4.5±0.18a | 0.12±0.005b | 17.3±4.88a |
Non-FD | 4.9±0.78a | 4.5±0.18a | 4.5±0.18a | 0.10±0.003a | 21.1±4.46a |
FD | 5.1±0.64a | 4.5±0.16a | 4.5±0.16a | 0.10±0.002a | 20±2.63a |
1)EC-1118: A commercial
Different superscript letters indicate a significant difference (
Table 2 . Major volatile compounds determined by GC-MS analysis in rice wines fermented with non-freeze dried
Compound class | Aroma compound | R.T. | Samples1) | |||
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FD | Non-FD | EC-1118 | ||||
Standard | 2-Methyl-3-heptanone* | 13.869 | 10 | 10 | 10 | |
Esters | F1 | Ethyl formate | 3.784 | nd2) | nd | 0.56 |
F2 | Ethyl acetate | 6.075 | 18.28 | 8.04 | 9.25 | |
F3 | Ethyl lactate | 11.427 | nd | 0.54 | nd | |
F4 | Isoamyl formate | 10.456 | nd | nd | 1.01 | |
F5 | Ethyl 2-methylbutyrate | 10.821 | 1.39 | 0.49 | nd | |
F6 | Isoamyl acetate | 12.34 | 2.52 | 1.02 | 0.96 | |
Alcohols | F7 | Ethyl alcohol | 3.201 | 101.65 | 59.75 | 38.64 |
F8 | Isoamyl alcohol | 7.004 | 40.78 | 24.22 | 10.74 | |
F9 | 1-Butanol | 7.902 | 3.95 | 2.66 | 0.95 | |
F10 | 3-Methyl-1-butanol | 9.644 | 216.4 | 126.08 | 103.13 | |
F11 | 2-Methyl-1-butanol | 9.714 | 129.66 | 73.97 | 62.33 | |
F12 | Benzeneethanol | 18.068 | nd | 3.3 | 4.01 | |
Aldehydes | F13 | Butanal | 6.006 | 1.93 | 3.48 | 4.12 |
F14 | 3-Methylbutanal | 7.309 | 2.43 | 1.71 | nd | |
F15 | 2-Methylbutyraldehyde | 7.511 | 1.14 | nd | nd | |
F16 | Benzaldehyde | 14.924 | nd | nd | 1.02 | |
F17 | Phenylacetaldehyde | 16.61 | nd | nd | 0.59 |
Relative contents of volatile compounds were determined as peak areas of an internal standard (10 ppm of 2-methyl-3-heptanone* in methanol) from purge-and-trap injection-GC-MS..
1)EC-1118: A commercial
2)nd: not detected..
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