시판 효모의 종류를 달리한 약주의 품질특성

본 연구는 시판 건조효모의 종류에 따른 약주의 품질특성을 규명하기 위한 연구로서 효모 이외의 다른 요소에 의해 술에 미치는 영향을 최소화하기 위하여, 약주 제조에 사용된 전분질 원료는 고두밥대신 증자건조미를 이용하였다. 원료를 당화시키기 위한 발효제는 일반 누룩대신에 당화효소제로 Eoenzyme(3600sp, Yuhan Eoenzyme, Seoul, Korea)을 사용하였다. 약주 발효에 사용된 건조효모로는 S. I. Lesaffe 사(Marcq-en-Baroeul cedex, France)에서 제조한 La parisienne(red), La parisienne(black) 2종의 S. cerevisiae 효모와 Fermivin(DSM Food Specialties, Delft, Netherlands), Lalvin사(Lallemand Inc., Montreal, Canada)의 RC212, K1-V1116, D47, 및 EC1118(S. bayanus) 4종으로 총 7종류의 효모를 이용하였으며 효모 종류별 제조회사와 특징은 Table 1에서 자세하게 설명하였다.

약주는 단담금으로 하였다. 증자건조미 1 kg, 당화효소제 10 g, 물 2 L을 가한 후 각각 효모를 3 g 접종하여 20℃에서 10일 동안 발효하였다. 발효가 끝나면 60 mesh 체로 조여과하고 4℃에서 7,000 rpm(9,280 ×g)으로 30분간 원심분리(Hitachi CR22G III, Hitachi Co., Ltd., Tokyo, Japan)하여상등액을 약주로 사용하였다.

약주의 pH, 총산 및 아미노산도는 국세청 주류분석 규정을 따랐다(10). pH는 pH meter(Orion 3 Star Benchtop pH meter, Thermo Fisher Scientific Inc., Waltham, MA, USA)로 측정하였으며, 총산은 시료 10 mL를 취하여 100 mL용 삼각플라스크에 넣고 0.1 N 수산화나트륨(NaOH, Yakuri pure chemical Co., Ltd., Kyoto, Japan) 용액으로 pH 8.2가 될 때까지 적정하여 그 값을 초산(acetic acid)으로 환산하여 나타내었다. 국세청 주류분석 규정을 따라(10) 아미노산도는 시료 10 mL를 100 mL 삼각플라스크에 취한 다음, 페놀프탈레인 지시약 2-3방울을 가하여 0.1 N NaOH 용액으로 엷은 분홍색이 나올 때까지 적정하였다. 여기에 중성포르말린 용액(Yakuri pure chemical Co., Ltd.) 5 mL를 넣어 원래의 색이 나오게 한 후 다시 0.1 N NaOH 용액으로 엷은 분홍색이 나올 때까지 적정하여 소비된 용액의 양(mL)으로 표시하였다.

가용성 고형분(°Brix) 함량은 디지털 굴절계(PR-201, Atago Co., Tokyo, Japan)를 사용하여 측정하였으며, 환원당은 Dinitrosalicylic acid법을 변형하여 분석하였다(11). 즉, 희석된 여과액을 1 mL에 DNS시약 3 mL을 가하여 water bath(B-490, BUCHI, Flawil, Switzerland)에서 5분간 가열시킨 후 급냉하고 여기에 증류수 5 mL을 첨가하여 UV-visible spectrophotometer(JP/U-2000 spectrophotometer, Hitachi Co., Ltd.)를 이용하여 550 nm에서 흡광도를 측정하였다. 이때 당 정량은 glucose를 표준물질로 사용하여 상기의 방법으로 작성한 표준곡선으로부터 환산하였다.

알코올 함량은 시료 100 mL를 증류 및 냉각 장치에 연결하고 가열하여 증류액을 약 80 mL이상 받고 100 mL까지 증류수로 정용하였다. 증류액을 잘 혼합한 다음 주정계(Dongmyeong, Seoul, Korea)를 사용하여 눈금을 읽고 주정분 온도 환산표로서 15℃로 보정하여 알코올 농도(%, v/v)로 나타내었다. 또는 증류액을 15℃로 조정하여 알코올 분석기(AL-3, Riken Keiki, Tokyo, Japan)를 이용하여 측정하였다. 약주의 휘발산 함량은 알코올 분석용 증류액 30 mL를 취하여 삼각플라스크에 넣고 0.01 N NaOH로 pH 8.2가 될 때까지 적정하여 소비된 0.01 N NaOH를 초산(acetic acid)으로 환산하여 표시하였다.

유기산 분석에 사용한 모든 시료는 분석 전에 HLB-plus Sep-pak cartridge(Waters Corporation, Milford, MA, USA)를 통과시킨 후 0.45 μm membrane filter로 여과하였다. 각 시료의 유기산은 HPLC(LC-20series, Shimadzu Co., Tokyo, Japan)를 이용하여 분석하였다. 분석용 column은 Aminex HPX-87H(300×7.8 mm, Bio-Rad Co., Hercules, CA, USA)을 사용하였으며, 4 mM sulfuric acid를 이동상으로 하여 35℃ 에서 0.6 mL/min의 유속으로 분리하였다. 시료 주입량은 20 μL 이었으며 UV 검출기를 이용하여 210 nm에서 검출하였다.

향기성분 분석에 사용한 기기는 GC2010(Shimadzu Co.)이었으며, column은 HP-INNOWAX(60 m×0.25 mm×0.25 μm, Agilent, CA, USA)을 사용하였다(12). 분석조건은 column 온도 45℃에서 5분간 머무름, 100℃까지 분당 5℃로 승온, 5분간 머무름, 분당 10℃로 승온, 200℃에서 5분간 머무름, 분당 5℃로 승온, 최종 250℃까지 승온한 후 10분간 머무름 시간을 주었다. Carrier gas는 nitrogen gas을 2 mL/min 속도로 흘려주었으며, 샘플은 injection 온도 250℃에서 주입되도록 하였으며 split ratio 100:1, detecter는 FID로 250℃에서 검출하였다.

모든 데이터는 3회 반복 측정하였으며, 평균±표준편차로 표시하였다. 통계분석은 SPSS 프로그램 12.0 버전을 이용하여 처리구간의 유의적인 차이를 알아보기 위해 일원분산분석(One-way ANOVA)을 실시하였다. 시료간 유의적인 차이가 있을 경우, α=0.05 수준에서 Duncan의 다중범위 검정을 실시하였다.

발효 완료 후 각 효모별 pH 및 총산은 Table 2와 같다. 발효 완료 후 pH는 4.07-4.53 이었으며, 효모 La parisienne (red), La parisienne(black), K1-V1116은 높게 나타난 반면, EC1118, Fermivin, D47, RC 212는 비교적 낮은 pH를 보였다. 이러한 결과는 발효 중에 효모가 생산하는 유기산의 종류나 생성량에 있어서 서로 차이가 있기 때문인 것으로 생각된다. Woo 등(13)에 따르면 약주나 탁주 제조에서 산 함량은 주로 사용하는 누룩과 발효온도에 영향을 받는다고 하였는데, 본 연구에서는 누룩의 미생물적인 요소를 배제시키기 위하여 당화효소제를 이용하였고 일정한 온도에서 발효시켰기 때문에 발효액의 총산 함량은 효모 유래의 차이라고 할 수 있다. 총산은 pH의 값이 낮을수록 높은 경향을 보였는데, La parisienne(red)와 La parisienne(black) 처리 약주는 적은 반면 EC1118 효모로 발효시킨 약주는 비교적 많은 총산을 보여, EC1118 효모가 막걸리 제조에 있어서 유기산 함량을 높여 상큼한 맛을 높이는데 이용될 수 있을 것으로 생각된다.

Table 3의 유기산 분석 결과와 비교해볼 때, 총산함량이 높은 EC1118은 젖산(lactic acid)을 많이 생성하였으며, 상대적으로 총산 함량이 적은 La parisienne(red)는 젖산 함량이 적었다. 즉 발효 중 생성되는 젖산의 함량이 발효액의 총산에 큰 영향을 미치며 또한 pH에도 영향을 미친다는 것을 알 수 있었다.

가용성 고형분과 환원당 함량은 Table 2와 같다. 가용성 고형분 함량은 발효완료 후 6.8-7.5 °Brix로 La parisienne (black)이 가장 높았고 Fermivin 처리구에서 가장 낮았다. 환원당의 함량은 발효 완료 후 0.19-0.22%로 효모의 종류에 따라 큰 차이가 없었으며 본 실험에 사용한 효모는 당을 약 0.2% 까지 분해하는 것으로 나타났다. 알코올 농도나 환원당 함량에는 큰 차이가 없는데도 불구하고 가용성 고형분에 차이가 있다는 것은 알코올이나 환원당 이외 가용성 고형분 함량에 차이가 있다는 것을 의미한다. Seo 등(14)의 연구에 의하면 가용성고형분 함량이 높을수록 강한 단맛을 느낀다고 보고한 바 있다. 본 실험에서 단맛에 대한 관능적 특성결과 La parisienne(black)과 Fermivin의 가용성고형물 함량이 0.7 °Brix 차이가 있음에도 불구하고 단맛에 대한 기호성 평가에서는 유의적인 차이는 없었다(data not shown).

효모 종류를 달리한 약주 발효 완료 후 알코올 함량은 Table 2와 같이 10.1-12.1% 정도로 처리 간에 차이가 있는 것을 확인하였다. Fermivin, K1-V1116, D47은 10.1-11.2%로 다른 효모에 비해 비교적 낮은 알코올 함량을 보인 반면 RC212과 EC1118 효모 처리는 높은 특징을 보였다. Shin 등(5)의 실험 결과에서도 효모마다 알코올 생성능이 다름을 볼 수 있었고, 본 실험에서도 효모 종류에 따라 약주의 알코올 농도에 차이가 있다는 결과를 볼 수 있었다. 발효 완료 후 총당과 환원당 함량 대비 알코올 함량을 비교해 보았을 때, EC1118이 환원당과 총당이 각각 0.19%, 7.2 °Brix로 평균적으로 적은 함유량을 보인 데 반해 알코올 함량은 12.1%로 다른 효모보다 비교적 높은 것으로 보아 알코올 발효효율이 좋은 것으로 판단된다. 반대로 D47은 발효완료 후 환원당 0.22%, 총당 7.4 °Brix 대비 알코올 함량 11.2%를 보여 다른 효모들에 비해 알코올 발효효율이 떨어지는 것으로 보인다. Lee 등(4)의 실험 결과에서도 주모 제조용 효모 종류를 달리하여 담금 한 탁주 술덧의 발효과정 중 알코올 함량과 성분에 차이를 나타냈고, Jeong 등(15)의 결과를 본 실험 결과와 비교해 볼 때도, EC1118이 다른 효모에 비해 알코올 발효능력이 높다는 결과와 비슷한 경향을 나타내었다. 따라서 본 실험에서 알코올 발효능력이 우수했던 EC1118 효모는 주류 판매에 있어 발효 완료 후 규정된 알코올 농도로 맞추어 출시하는 경우, 발효 효율이 좋기 때문에 원료대비 발효주의 수율이 높을 것으로 예상된다.

발효 완료 후 아미노산도는 Table 2에서 보여주는 바와 같다. 아미노산도는 2.49-5.59로 큰 차이를 보였다. K1-V1116, La parisienne(black), La parisienne(red)는 아미노산도가 5.59-5.34로 비교적 높았으며, Fermivin은 2.49로 낮은 수치를 보였다. 단백질 그 자체는 맛이 없으나 그 분해 생산물인 아미노산은 각각 특유한 맛을 나타낸다. L-leucine, L-isoleucine, L-phenylalanine, L-tryptophan 등 소수성 아미노산은 쓴맛을 갖고, glycine, L-alanine, D,L-serine, L-hydroxyproline, L-lysine 등은 단맛을 가진다고 알려져 있다(16). Kim 등(17)은 아미노산도가 1.5정도일 때 적당한 맛을 내어 술맛을 상승시키는 효과가 있다고 하였다. 본 연구에서는 아미노산도가 효모의 종류에 따라 2.49-5.59로 비교적 넓은 범위를 보임을 알 수 있었다. 이러한 정보는 막걸리나 약주 제조에 있어서 유용한 자료로 활용할 수 있는데, 발효완료 후 일반적으로 일정비율 물로 희석하는 막걸리는 La parisinne(red), La parisinne(black), K1-V1116과 같이 아미노산도가 높은 효모가 적합할 것으로 생각되며, 약주에서는 깔끔한 맛을 주기 위해서는 Fermivin과 같이 아미노산도가 낮은 효모가 유용하게 사용될 수 있을 것으로 생각된다.

발효 완료 후 휘발산 함량을 측정해본 결과, 60.3-130.5 ppm정도의 함량을 보였는데, EC1118은 130.5 ppm으로 비교적 높은 수치를 보였고, La parisienne(red)와 K1-V1116은 60.3 ppm과 73.9 ppm으로 비교적 낮게 나왔다. 약주에 있어서 휘발산은 주로 초산(acetic acid) 등으로 휘발산이 높다는 것은 그 만큼 발효 중에 이들 휘발산을 생성하는 미생물에 오염이 되었다는 것을 의미하며(18), 발효주에는 Acetobacter aceti나 Gluconobacter oxydans 등의 초산 생성균이 발견되며, 이들 세균이 발효주 표면에 생기면 반투명의 점착성이 있는 막을 형성하여 발효주가 혼탁해진다(19). 따라서 휘발산이 많은 약주는 기호성에 있어서도 바람직하지 않다. 본 연구에서는 약 60-130 ppm 정도의 휘발산이 검출되어 일반적으로 약주에 함유되어 있는 50-100 ppm과 큰 차이를 나타내지 않아 제품의 품질에 영향을 미치지 않은 것으로 판단된다(20).

약주 발효 완료 후 유기산의 종류를 HPLC를 이용해 분석한 결과는 Table 3에서 보는 바와 같다. 유기산 종류별 함량은 각 효모마다 다르게 나타났고, 공통적으로 비교적 많은 양을 함유한 유기산으로는 호박산(succinic acid) 이었으며, 1,331.73 mg/L로 Fermivin이 가장 많았고 1,079.47-1,331.73 mg/L로 함유량 차이를 나타냈다. 구연산(citric acid)은 RC212효모가 404.31 mg/L로 가장 많았고, 사과산(malic acid)은 La parisienne(red) 가 585.29 mg/L로 가장 많이 함유한 것으로 나타났다. 다음으로 Fermivin 효모는 젖산(lactic acid)과 호박산을 많이 함유한 것으로 나타났는데, 특히 젖산이 다른 효모에 비해 월등히 높게 나왔다. 주로 약주에서의 젖산은 발효제로 누룩을 사용 시 초기에 생성되는 lactic acid bacteria에 의하여 생성되지만, 본 실험에서는 누룩을 사용하지 않았기 때문에 Fermivin은 본 실험에 사용된 다른 효모들에 비해 젖산을 비교적 많이 생성하는 것으로 판단된다. Hwang 등(21)의 결과에서도 원료는 다르지만 Fermivin의 유기산 분석 결과 젖산의 함량이 여러 효모군 중에 비교적 높은 수치를 나타내었고 Fermivin에서 검출된 유기산 종류 중에 젖산의 함량이 가장 높아, 본 실험 결과와 어느 정도 부합하는 면이 있어 이 효모가 생성하는 유기산 중 주요 유기산은 젖산인 것으로 보인다.

반대로 La parisienne(red)와 La parisienne(black) 효모는 젖산이 비교적 적은 양이 함유되어 있거나, 전혀 함유되지 않고 호박산이 다른 유기산에 비해 비교적 많은 양이 함유된 것으로 보았을 때 La parisienne(red), La parisienne(black) 효모로 제조한 약주에서 측정되는 산도는 주로 호박산에 의한 것으로 보인다. 특히, 호박산은 신맛뿐만 아니라 감칠맛이 높기 때문에(22) 호박산이 많이 함유된 La parisienne (red), La parisienne(black) 효모로 발효하여 희석 비율이 높은 막걸리 제조에 적합할 것으로 사료된다. 마지막으로 막걸리 풍미에 좋지 않은 영향을 미치는 acetic acid는 다른 유기산에 비해 많은 양을 보이진 않았지만 비교적 D47 효모에서 388.26 mg/L로 높은 함량을 나타냈다.

약·탁주의 주요 유기산으로 젖산, 호박산, 초산으로 보고되어 있으며(23), 약주나 막걸리의 유기산 함량은 사용하는 발효제의 종류에 따라 크게 영향을 미치는 것으로 알려져 있다(4). 본 실험은 막걸리용 입국을 사용하지 않았는데도 전 실험들과 같이 주된 유기산의 종류가 비슷한 것으로 보아, 효모에 의해서도 다양한 유기산이 생성됨을 알 수 있었으며, 효모의 종류에 따라 생성되는 주된 유기산 종류가 다르다는 것을 확인하였다. 이러한 정보들은 약주나 막걸리 양조에 있어서 효모의 선택이 맛에 크게 영향을 미칠 수 있다는 것을 나타낸다.

발효 완료 후 효모별 향기 성분 분석 결과는 Table 4 와 같다. 효모의 종류를 달리하여 제조한 약주의 향기성분은 약주마다 서로 다르게 향기성분이 검출되었다. Kim(24)의 보고에 의하면, 일반적으로 약주에 들어 있는 주요 향미 성분들은 아세트알데히드, 에틸아세테이트, 에탄올, 프로필알코올, 이소부틸알코올, 이소아밀알코올, 초산이라 하였고, 본 실험 결과에서도 위와 같이 동일하게 성분들이 검출되었다. 효모의 종류를 달리하여 제조한 약주의 에탄올 함량이 대부분을 차지했으며, 에탄올 함량을 제외하고, 다음으로 많은 함량을 차지하는 약주의 향기성분으로는 아세트알데히드, 초산, 이소아밀알코올 등으로 이루었다. 아세트알데히드는 Fermivin과 RC212를 제외한 나머지 약주에서의 함유량은 313.2-971.4 ppm으로 비교적 큰 차이를 나타냈고, 아세트산은 모든 효모에서 나타내고 함유량은 239.8-1,087.0 ppm으로 큰 차이를 나타냈다. 이소부탄올은 83.1-117.4 ppm의 양이 검출되었고 Fermivin이 83.1 ppm, D47이 117.4 ppm로 최저와 최고 함량의 차이가 비교적 큰 차이를 보이지 않았다. 이소아밀알코올은 234.4-335.2 ppm이 검출되었다. 이소아밀알코올은 80-350 ppm 사이에서 쾌감을 주는 범위이고, 이소부탄올은 220 ppm이 초과하면 불쾌감을 준다는 보고(25)를 비춰볼 때 각각의 효모로 제조된 약주가 불쾌감을 주는 범위에 속하지 않는다는 것을 알 수 있었다.