파뿌리 열수추출물을 이용한 요구르트의 발효 및 품질특성

하양 재래시장에서 구입한 대파(Allium fistulosum L.)의 흰 뿌리부분을 절단하여 흐르는 물로 세척한 후 상온에서 12시간동안 자연 건조시켜 물기를 제거한 대파 뿌리 300 g에 대해 5배의 물을 가한 후 100℃에서 3시간동안 추출하 여 여과지(Whatman No. 2, Maidstone, England)를 이용 여과 하여 제조하였다.

파 뿌리 열수 추출물 원액(WR100)과 증류수로 2배 희석 한 추출액(WR50), 그리고 증류수(control)를 이용하여 제조 한 Brain Heart Infusion(BHI, Difco Co., Sparks, MD, USA) 배지에 요구르트 제조용 starter YC-380(CHR. Hansens Lab, Horsholm, Denmark)을 접종하여 37℃에서 24시간 배양하 면서 성장을 비교하였다.

WY100, WY50, control에 탈지분유 12%(v/v)를 첨가하 여 용해시킨 후 autoclave(JSAC-100, JS Research Inc., Gongju, Korea)를 이용 121℃ 15분간 멸균하였다. 멸균환원 탈지유를 적정 냉각시킨 후 24시간 배양한 상기 starter를 3%(v/v)접종하여 37℃에서 24시간 동안 발효시키면서 발효 특성을 비교 하였다.

발효 과정 중 적정 시간별로 시료 10 mL를 취하여 pH는 pH meter(Corning, pH meter 445, Medfield, MA, USA)를 사용하여, 적정산도는 동일량의 시료에 0.1 N NaOH (Factor=1.001)를 pH가 8.3이 될 때까지 적정하여 NaOH 용액의 소비량을 젖산으로 환산하여 측정하였다.

가용성 고형분은 digital refractometer(PR 100, N-1E, Atago, Tokyo, Japan)를 사용하여 측정하였으며, 환원당 함 량은 Miller(15)의 방법에 시료 0.5 mL에 3,5-dinitro -salicylic acid(DNS) 2 mL를 가하여 100℃에서 10분간 발색 시킨 후 570 nm에서 흡광도를 측정하여 glucose를 표준물질 로 한 표준곡선에 의하여 산출하였다.

배양 중 적정 시간별로 시료 1 mL를 무균적으로 취한 후 0.1% 펩톤수를 사용 적정 희석하여 MRS agar(Difco, Detroit, MI, USA) 배지에 접종하여 37℃에서 24시간 배양 후 나타난 콜로니 수를 계측하여 mL당 colony forming unit(CFU)로 나타내었다.

요구르트 배양 중 각 시간별로 시료 10 g을 취하여 Brookfield viscometer(DV-Ⅱ, brookfield, USA)의 18번 spindle을 이용하여 1.5 rpm에서 5분경과 후 1분 간격으로 측정하였다.

Folin-Denis 법(16)에 따라 시료 1 mL에 0.2 N Folinciocalteu's phenol reagent(Sigma-Aldrich Co., St. Louis, MO, USA) 1 mL를 가하여 실온에서 3분간 반응시킨 후, 7.5% Na₂CO₃ 1 mL를 가하여 암소에서 1시간 동안 방치한 후 765 nm에서 흡광도를 측정하였다. 총 폴리페놀 함량은 gallic acid를 표준물질로 한 표준곡선에 의하여 산출하였 다.

Blois의 방법(17)을 변형하여 발효가 완료된 요구르트와 95% ethanol를 1:1로 혼합 2배 희석하여 24시간 추출한 후 4℃, 3,500 rpm에서 10분간 원심분리(Supra 21k, Hanil science industrial Co., Ltd., Incheon, Korea)하여 얻은 상등 액을 여과지(Whatman No. 2, Maidstone, England)로 여과하 여 사용하였다. 시료 0.4 mL에 0.4 mM DPPH ethanol 용액 0.8 mL를 가하여 진탕 혼합하고 상온에서 10분간 방치한 후, 525 nm에서 흡광도를 측정하였으며, 계산식, DPPH radical scavenging activity(%)=100-[(OD of sample/OD of control)×100]에 의하여 활성을 산출하였다.

발효가 완료된 요구르트에 10%(w/v) 액상과당을 첨가하 여 균질화한 다음 4℃의 냉장고에서 24시간 동안 보관한 시료를 사용하여 호상 요구르트를 음용한 경험이 있는 식품 전공 학생 23명을 선발하여 실험목적과 방법에 관해 교육 시킨 후 각각 색(color), 향미(flavor), 맛(taste), 조직감 (texture), 종합적기호도(overall acceptability)에 대하여 5점 채점법으로 측정하였다.

발효가 완료된 요구르트를 4℃의 냉장고에서 보관하며 5일 간격으로 10일 동안 상기와 같은 방법으로 pH 및 유산 균 수의 변화를 비교하였다.

모든 실험은 3회 반복으로 행하였으며, 평균치 간의 유의 성은 SPSS system(Statistical package for social sciences, SPSS Inc., Chicago, IL, USA) software package(version 19.0) 를 이용 p<0.05 수준으로 Duncan's multiple range test에 의하여 검정하였다.

파 뿌리 열수 추출물 원액의 이화학적 특성은 Table 1에 서 보는 바와 같이 pH 5.69, 고형분 햠량 10%, 환원당함량 1.12 mg/g이었으며, 총 폴리페놀 함은 135.09 mg/g, DPPH 라디칼 소거능 45.24%를 나타내었다. 파 뿌리 부분을 19.5% 알코올을 함유한 포도주로 추출한 추출물의 총 폴리 페놀 함량과 DPPH 라디칼 소거능은 각각 56.4 mg/g과 52.1%로 보고한 Chang 등(18)의 결과와는 상이하였으나, 이는 추출방법에 기인된 것으로 판단되며 파 뿌리 열수 추출물을 이용할 경우 항산화력 증진 효과가 있을 것으로 판단된다.

파 뿌리 열수추출물 원액과 증류수로 2배 희석한 추출액 그리고 증류수를 이용하여 제조한 BHI에 각각 starter를 접 종하여 24시간 배양하면서 pH, 환원당, 유산균수의 변화를 관찰한 결과 Table 2와 같이 배양 중 pH는 배양 24시간 동안 파 뿌리 열수추출물 원액으로 제조한 배지(WR100)와 증류수로 2배 희석한 추출액으로 제조한 배지(WR50)에서 증류수로 제조한 배지(control)에 비해 유의적으로 낮았으 며, 추출물의 농도가 증가할수록 낮아지는 경향을 나타내 었다. 배지의 환원당 함량은 파 뿌리 추출물의 환원당(Table 1)에 기인하여 WR100(9.77%)과 WR50(9.12%)에서 대조구 (8.57%)보다 높았다. 배양 24시간 이후 환원당 함량은 각각 0.54%(control), 0.52%(WR50), 0.51%(WR100) 이었다. 이 는 WR50과 WR100에서 대조구에 비해 유산균 성장이 양호 한 결과에 기인된 것으로 사료되며, 배양 24시간 이후 대조 구에 비해 WR100에서 약 1 log cycle 성장이 촉진되는 경향 을 나타내었으며, 파 뿌리에 풍부한 비타민 A, C, E와 K, 탄수화물, 단백질, 지방, 뿐만 아니라 Mg, Ca, Fe, K 등(19)이 성장에 영향을 미친것으로 판단된다.

파 뿌리 열수추출물은 유산균의 성장을 촉진시키고 항산 화 활성이 있는 것으로 판단되어 환원탈지유를 고형분 함량 12%가 되도록 각각 파 뿌리 열수 추출물 원액(WY100) 증 류수로 2배 희석한 추출액(WY50)과 그리고 증류수 (control)에 용해시켜 제조한 요구르트의 발효 중 pH, 적정 산도, 점도 그리고 유산균수의 변화는 Table 3에서 보는 바와 같다.

pH는 발효 동안 WY50과 WY100에서 대조구 보다 낮았 으며 배양 8시간째부터 급격히 감소하여 발효 24시간째 각 처리구별 pH는 4.50(control), 4.21(WY50), 4.10 (WY100) 이었으며 추출물의 농도가 증가함에 따라 pH는 더 낮아지 는 경향을 나타내었다. 산도 역시 pH 변화와 유사하였으며, 발효 8시간 이후 급격히 증가하여 배양 24시간째 각 처리구 별 산도는 1.25(control), 1.36(WY50), 1.48(WY100)를 나타 내어 파 뿌리 추출물의 농도의 증가와 배양시간이 경과함에 따라 유의적으로 증가하였다. 이는 파 뿌리 열수 추출물 첨가에 따른 유산균의 성장이 촉진(Table 2)되어 산생성이 증가하고 pH가 낮아진 것으로 판단된다. Rasic과 Kurmann(9)은 요구르트 적정산도의 범위를 0.95-1.20%로 제시하였고, 고구마와 단호박 첨가 요구르트는 발효 24시 간 이후 1.205%(20), 매실 첨가의 경우 1.23%(21)라 하였으 나, 파 뿌리추출물 첨가의 경우 이들보다 산생성을 촉진시 켜 산도가 높은 것으로 판단된다.

추출물을 첨가한 요구르트의 점도의 변화는 대조구를 제외하고 발효 8시간 이후부터 급격히 증가하였으며, 발효 기간과 추출물의 농도가 증가함에 따라 유의적으로 증가하 였다. 배양 24시간 이후 각 처리구별 점도는 각각 385.9(control), 439.90(WY50), 502.50(WY100) cps를 나타 내 추출물 첨가구가 대조구에 비해 점도가 높았다. 이는 요구르트의 점도는 총 고형분 함량, 단백질의 가수분해 정 도, 염의 함량, 산생성력, 사용균주의 단백질 분해력 등에 영향을 받으며(22), 파 뿌리 추출물에는 대파에서 유래된 A, D, E, K 와 탄수화물, 단백질, 지방 그리고 Mg, Ca, Fe, K 등(8)에 기인한 것으로 판단되었다. 국내에서 시판되는 농후 발효유의 점도는 대략 256-3,164 cps인 것으로 알려져 (23) 본 연구와 유사한 경향을 나타내었다.

요구르트 발효 중 유산균수의 변화는 발효시간이 경과함 에 따라 첨가구가 대조구에 비해 높은 생균수를 나타내어 발효 24시간까지 지속되었으며, 각 처리구별 생균수는 8.03(control), 8.26(WY50). 8.34(WY100) log CFU/mL이었 다. 대조구에 비해 추출물 첨가 요구르트의 유산균수가 유 의적으로 높았으며, 추출물의 농도에 따른 뚜렷한 차이를 관찰되지 않았다. YW100은 배양 기간 동안 대조구에 비해 약 l log cycle 높은 생균수를 유지하였으며, 이는 파 뿌리 추출물 첨가에 기인된 것으로 판단된다. Lactobiacilli나 Bifidobacteria 등과 같은 장내 유익균의 공생은 fructo-oligo saccharide나 galacto-oligosaccharide와 같은 prebiotics에 의 해 성장이나 활동이 증진된다(24). 파(Welsh onion)의 점질 물에는 fructose-based 탄수화물이 다량 함유되어 있어 장내 유익균의 성장을 돕는 결과를 보여 prebiotic 식품으로 가능 성을 보고한 바 있다(8). 이러한 결과로 미루어 보아 파 뿌리 열수 추출물의 첨가는 요구르트 발효 중 유산균의 성장은 물론 섭취 시 장 건강에 긍정적인 영향을 미칠 수 있을 것으로 판단된다.

DPPH 라디칼 소거능은 free radical에 전자를 공여하여 산화를 억제시키는 척도로 사용되어왔다. DPPH는 항산화 성 물질로부터 전자, 수소를 받아 불가역적으로 안정한 분 자를 형성하므로, 전자공여능으로 항산화 활성을 측정할 수 있다(25). 발효 24시간 후 파 뿌리 추출물 첨가 요구르트 의 DPPH 라디칼 소거능을 대조구와 비교한 결과 각각 24.50%(control), 35.96%(WY50), 46.07%(WY100)로 파 뿌 리 열수 추출물의 농도가 증가할수록 증가하는 경향을 나타 내었다(Fig. 1). 이는 Lee 등(26)의 유자 첨가 요구르트에서 유자의 polyphenol 화합물에 의하여 항산화활성이 증가한 다고 보고한 바와 같이 파 뿌리 열수 추출물에 함유된 폴리 페놀화합물(Table 1)에 기인된 것으로 판단된다. 즉 파 뿌리 열수추출물을 사용하여 요구르트를 제조할 경우 요구르트 의 항산화 활성이 증진될 수 있을 것으로 판단된다.

Fig. 1. Changes in DPPH free radical scavenging (%) of yogurt added with hot water extracts of Welsh onion root during fermentation at 37℃. Control, 2% skim milk prepared with distilled water; WR50, 50% Welsh onion root water extracts; WR100, 100% hot water extract of Welsh onion root. Value are means±SD (n=3). The means not sharing common letter are significantly different among samples (p<0.05).

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배양 24시간 이후 요구르트의 기호성 검사 결과는 Table 4와 같다. 색은 추출물 첨가구와 대조구간의 차이는 나타나 지 않았으며, 풍미와 맛의 경우 첨가구가 대조구에 비해 높았다. 조직감은 처리구간 뚜렷한 차이가 없었다. 종합적 기호도는 첨가구가 유의적으로 높았으며(p<0.05), 각각 3.00(control), 3.50(WY50), 3.17와(WY100)으로 50% 파 뿌 리 열수 추출물로 제조한 요구르트의 기호성이 가장 양호 하였다. 이는 100% 파 뿌리 열수 추출물로 제조한 요구르트 의 경우 추출물의 농도가 증가할수록 파 특유의 맛과 향이 점차 강해져서 기호도 감소의 원인된 것으로 판단된다. 요 구르트의 품질을 결정하는 중요한 관능적 요소로는 일반적 으로 외관(색상), 향미, 맛, 조직감을 들 수 있으며(27), 증류 수로 2배 희석한 추출액으로 제조할 경우 요구르트의 항산 화성 향상은 물론 파 뿌리에 있는 생리활성의 보강과 요구 르트의 기호성이 증진될 수 있을 것으로 판단된다.

요구르트는 상당기간 저온에서 유통되므로, 24시간 발효 시킨 파 뿌리 열수 추출물로 제조한 요구르트를 4℃에서 10일간 냉장 저장 중 유산균수와 pH의 변화를 대조구와 비교한 결과는 Table 5와 같다. 저장기간 동안 대조구와 첨가구 모두 pH는 낮아지는 경향을 나타내었으며, 유산균 수 역시 저장기간 동안 각 처리구 공히 감소하는 경향을 나타내었다. 그러나 저장 10일 이후 각 처리구별 유산균수 는 7.86(control), 8.01(WY50), 8.09(WY100) log CFU/mL를 나타내어 축산물의 가공기준 및 성분규격(28)인 1.0×10⁷- 1.0×10⁸ log CFU/mL 범위를 유지하였다. 이상의 결과로 미루어 보아 파 뿌리 열수 추출물을 요구르트 제조에 사용 할 경우 유산균의 성장, 기호성, 항산화활성 향상과 생리활 성 보강에 긍정적인 영향을 미칠 것으로 판단되며, 상업적 활용에 앞서 추출물제조 방법의 정립과 발효조건 등에 관한 보다 광범한 연구가 필요할 것으로 판단된다.