포도과즙을 이용하여 제조한 고산도 식초의 품질특성

본 연구에 사용된 포도 농축액(72°Brix)은 (주)롯데쇼핑 식품사업본부에서 제공받아 냉장 보관하여 실험에 사용하 였다. 선행연구(18)에서 발효성이 우수한 알코올발효 효모 Saccharomyces cerevisiae Fermivin(DSM Food Specialties, Seclin, France)은 와인킷 코리아(Wine Kit Korea Co., LTD., Seoul, Korea)에서구입하였다. 초산균은Acetobacter pomorum KJY 8(KCTC 10173BP)을 고체배지에서 30°C, 48시간 계대 배양한 후 4°C에서 냉장보관하면서 사용하였다.

주모는 포도농축액을 10°Brix로 희석하여 121°C에서 15 분간 살균시킨 다음 효모 0.02%(w/v)를 접종하여 항온배양 기(HB-103-2H, Hanbaek Scientific Co., Bucheon, Korea)에 서 30°C, 24시간동안 정치배양 시켜 원료량의 5%(v/v)를 사용하였고, 초산발효에 사용된 종초는 포도 알코올 발효 액을 알코올 함량 5%로 희석한 후 A. pomorum KJY 8을 접종하여 30°C에서 250 rpm으로 교반하여 5일간 배양시켜 원료량의 10%(v/v)를 사용하였다.

1 단계 초산발효에 사용된 알코올 발효액은 20°Brix로 희석한 포도 농축액에 주모를 5%(v/v)접종하여 항온배양기 (HB-103-2H, Hanbaek Scientific Co., Bucheon, Korea)에서 30°C, 5일 동안 정치배양 시켰으며, 고산도 포도식초 제조를 위한 유가식 첨가용 알코올 발효액은 30°Brix로 희석한 포 도 농축액에 주모를 5%(v/v)접종하여 상기와 같은 방법으 로 정치배양 시켜 발효 종료 후 10,000 rpm으로 5분 동안 원심분리 시킨 상등액에 주정을 사용하여 알코올 함량 20% 가 되도록 보정하여 사용하였다.

전보(19)와 같은 방법으로 2단계 발효에 의한 고산도 포 도식초를 제조하였다. 1단계 초산발효는 포도 알코올 발효 액의 알코올 농도를 각각 6, 7, 8 및 9%로 희석한 후 종초를 10%(v/v) 접종하여 Jar-fermentor(KF-5 L, Kobiotech Co., Seoul, Korea)에서 30°C, 500 rpm, 공기 투입량 0.5 L/min로 실시하였다. 2단계 초산발효는 1단계 초산발효액의 적정산 도가 6시간 동안 변화가 없는 시점부터 고농도 알코올 발효 액을 유가식으로 첨가하면서 적정산도가 12%에 도달하는 시점까지 진행되었으며 이때 첨가량은 1단계 발효액 대비 계산 수치적으로 알코올 함량 0.2%가 첨가되도록 일정한 속도로 주입하였다. 발효단계에 따른 품질특성은 알코올발 효액(W), 초기 초산발효액(IAAF), 1단계 초산발효액(1st AAF), 2단계 초산발효액(2nd AAF)으로 구분하여 분석하 였다.

당도는 digital refractometer(PR-101, Atago Co., LTD., Tokyo, Japan)를 사용하여 측정하였다. 알코올 함량은 시료 100 mL을 증류한 다음 주정계를 이용하여 측정한 값을 Gay Lussac table로 환산하여 산출하였다.

적정산도는 시료 l mL에 1% phenolphthalein 지시약을 2~3방울 떨어뜨린 다음 0.1 N NaOH로 중화 적정하여 포도 농축액 및 당도에 따른 알코올 발효액은 tartaric acid로 환산 하였고, 고산도 초산발효과정 중 발효단계별 알코올 및 초 산발효액은 acetic acid(%)로 환산하였다. pH는 pH meter(Metrohm 691, Metrohm UK Ltd., Herisau, Switzerland) 로 실온에서 측정하였다.

초산 발효수율은 총 알코올 농도에 따른 이론적인 초산 생산량에 대한 초산 생성량을 백분율로 나타내었다.

색도는 UV-visible spectrophotometer(UV-1601, Shimazu Co., Kyoto, Japan)를 이용하여 Hunter scale에 의한 명도 (L), 적색도(a) 및 황색도(b)로 나타내었으며, 이때 대조구 는 증류수(L=100.00, a=0.02, b=-0.10)를 사용하였다.

유기산은 시료를 Sep-pak C₁₈ cartridge에 통과시킨 다음, 0.45 μm membrane filter로 여과하여 high performance liquid chromatography(Waters 1515, Waters Co., Ltd., Milford, MA, USA)로 분석하였다(19). 유기산 분석 column은 Atlantis^TM dC₁₈(3.9×150 mm, Waters Co.), mobile phase는 20 mM NaH₂PO₄(pH 2.7)를 사용하였고 flow rate는 1.0 mL/min, injection volume은 20 μL, detector는 UV(Waters 2487, 210 nm)를 사용하였다.

미량 알코올은 초산 발효액을 membrane filter(pore size 0.45 μm, Advantec MFS, Japan)로 여과한 후, 여과액을 gas chromatography(Hewlett packard 5980, Palo Alto, CA, USA) 를 이용하여 분석하였다. 분석 column은 HP-INNOWAX capillary column(30 m×0.25 mm×0.5 μm, Agilent, MA, USA) 를 사용하였고, oven의 온도프로그램은 40°C에서 2분간 유 지한 다음 분당 2°C씩 130°C까지 승온시킨 후 1분간 머물렀 다. Injection 및 detector 온도는 각각 250 및 260°C, split ratio는 10:1, flow rate는 1.0 mL/min, carrier gas는 N₂, detector는 flame ionization detector(FID)를 사용하였다.

모든 실험은 3회 반복하여 측정한 평균과 표준편차로 나타내었으며 각 실험결과에 대한 통계분석은 SPSS(18.0, SPSS Inc., Chicago, IL, USA) 통계 프로그램을 이용하였다 (p<0.05). 수준에서 일원배치 분산분석법을 시행하고 Duncan’s multiple range test로 각 실험군의 평균치 간의 유의적 차이를 검증하였다.

포도 함량이 높은 고산도 식초를 제조하기 위하여 포도 농축액을 20 및 30°Brix로 각각 희석하여 주모를 5%(v/v) 접종한 후 알코올 발효시킨 발효액 및 포도농축액(20°Brix) 의 품질특성을 분석한 결과는 Table 1과 같다. 20°Brix로 희석한 포도농축액은 적정산도 0.7%, pH 3.9였으며 Park 등(20)의 국내재배 Campbell’s Early 포도 품종의 적포도주 제조 적합성에서 일반적으로 발효 전 포도즙의 적정산도는 0.6~0.8%가 적당하고 pH는 3.2~3.6이 적당하다고 보고되 어 적정산도는 일치하였으나 pH는 본 연구와 다소 차이가 있었다. 유리당은 fructose 8,582 mg%, glucose 7,749 mg%, sucrose 및 maltose는 불검출로 나타났다(data not shown). 알코올발효액의 당도는 초기당도 20°Brix 구간은 6.4°Brix, 30°Brix 구간은 12.6°Brix로 낮아졌고 알코올 함량은 당도 와 반비례하여 20°Brix 구간이 10.8%, 30°Brix 구간이 16.6%로 나타났다. 적정산도는 각각 0.9 및 1.1%였고, pH는 각각 3.5 및 4.1로 나타났다. 이는 Moon 등(21)의 활성건조 효모를 이용한 포도주의 발효 특성에서 Saccharomyces uvarum Lalvin W15균주로 발효한 포도주의 적정산도가 0.99%로 나타나 유사한 결과를 보였으나 Saccharomyces cerevisiae Epernay Ⅱ균주로 발효한 포도주의 적정산도는 0.74%로 나타나 사용균주에 따라 포도주의 적정산도에 영 향을 미치는 것으로 나타났다. 또한 Iverson(22)의 와인 발 효 가이드에서 포도주 적정산도는 0.60~0.65%가 적당하 고 pH는 3.2~3.3가 되어야한다는 내용과 비교해 볼 때 다소 높은 편이나 연속적으로 초산발효가 진행되기 때문에 잡균 오염에 대한 가능성은 없을 것으로 판단된다.

상기 결과에 준하여 1단계 초산발효는 초기당도 20°Brix 포도 농축액으로 알코올 발효를 실시하여 각 알코올 함량을 6, 7, 8 및 9%로 희석하여 사용하였으며 2단계 초산발효에 사용된 유가액은 30°Brix 포도 농축액으로 알코올 발효한 후 주정으로 알코올 함량 20%로 보정한 후 사용하였다.

초기 알코올 함량(6, 7, 8 및 9%)에 따른 고산도 초산발효 의 단계별 품질특성 중 적정산도 변화 및 초산 발효수율을 조사한 결과는 Fig. 1 및 Table 2와 같다. 1단계 초산발효기 간 동안 적정산도는 꾸준히 증가하여 1단계 초산발효(1st AAF)에서 초기 알코올 6% 첨가구는 6.0%, 초기 알코올 7, 8% 첨가구는 각각 6.4% 및 7.4%, 초기 알코올 9% 첨가구 는 5.4%로 나타났다. 초산변환수율은 각각 63.9, 59.2, 61.3 및 37.5%로, 초기 알코올 6% 첨가구에서 가장 높았으며 9% 첨가구에서는 발효가 저해되는 것으로 생각된다. Kim 등(23)은 매실을 이용한 식초를 발효할 때 알코올 6% 첨가 구에서 배양 7일째 6.5%로서 가장 높은 산도를 나타내었으 며, 8 및 10% 첨가구에서는 산도가 오히려 낮게 나타나 초기알코올 농도가 6%일 때 초산발효가 가장 효과적으로 진행되며, 적정농도 범위를 벗어나면 정상적인 발효가 유 도되지 않는다고 보고한 것과 유사한 경향을 나타내어 1차 발효의 알코올 농도를 6~8%로 설정하여 2단계 초산발효 를 진행하였다. 2단계 초산발효(2nd AAF) 단계에서 초기 알코올 6, 7 및 8% 첨가구는 꾸준히 증가하여 각각 적정산 도 12, 11.59 및 11.57%까지 도달하였다. 초기 알코올 9% 첨가구는 IAAF부터 정상발효가 진행되지 못했기 때문에 2단계 초산발효도 비정상적으로 진행될 것으로 판단되어 실험구간에서 제외시켰다. 고산도 포도식초의 초산수율은 초기 알코올 6% 첨가구가 70.3%로 가장 높았고 초기 알코 올 7 및 8% 첨가구는 약 67%로 나타났으며, 전보(19)의 고산도 사과식초 제조에서 초기 알코올 6% 첨가구가 초산 수율 70.3%로 가장 높게 나타났다는 결과와 일치하였다. 따라서 본 연구의 고산도 포도식초에서는 초기 알코올 함량 6%로 설정하는 것이 적당할 것으로 판단된다.

Fig. 1. Changes in titratable acidity of grape vinegar fermentation by initial alcohol content and fermentation stage. W, grape wine; IAAF, initial acetic acid fermentation broth; 1st AAF, 1st stage acetic acid fermentation broth; 2nd AAF, 2nd stage acetic acid fermentation broth. Values are means±SD (n=3). Means with different letters (a-d) above the bars of each fermentation day are significantly different (p<0.05) by Duncan's multiple range test. NS, not significantly different.

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초기 알코올 함량(6, 7, 8 및 9%)에 따른 고산도 초산발효 의 단계별 품질특성 중 pH 및 당도의 변화를 조사한 결과는 Fig. 2 및 3과 같다. pH는 알코올 발효기간 동안에는 큰 변화가 없었으나 1st AAF 이후부터 조금씩 감소하였고 초 기 알코올 함량에 따른 pH는 비슷한 수치를 나타내었다. 시판 과실식초의 이화학적 품질특성을 조사한 Kim 등(24) 은 사과식초의 pH가 2.75~3.30, 배식초의 pH가 3.49~3.77, 포도식초의 pH가 2.69~2.97로 나타나 산미가 높은 포도가 다른 과일에 비하여 전체적으로 pH가 낮았으며 본 연구의 포도식초와 비슷한 수치를 나타내었다. 당도는 발효기간 중 1st AAF까지는 큰 변화가 없었으나 그 후 급격히 증가하 였다. 또한 알코올발효(W)에서 1st AAF까지 초기 알코올 함량이 높을수록 높게 나타났으며 2nd AAF기간 동안에는 초기 알코올 6% 첨가구에서 가장 증가율이 높았다. 이는 초기 알코올 함량이 낮을수록 유가식 배양을 통해 첨가된 알코올 발효액의 첨가량이 많기 때문에 당 증가율에 영향을 준 것으로 생각되며, 전보(19)의 고산도 사과식초 제조과정 중 2단계 초산발효에서 당도가 급격히 증가하였다는 결과 와도 일치하였다.

Fig. 2. Changes in pH of grape vinegar fermentation by initial alcohol content and fermentation stage. W, grape wine; IAAF, initial acetic acid fermentation broth; 1st AAF, 1st stage acetic acid fermentation broth; 2nd AAF, 2nd stage acetic acid fermentation broth. Values are means±SD (n=3). Means with different letters (a-b) above the bars of each fermentation day are significantly different (p<0.05) by Duncan's multiple range test. NS, not significantly different.

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Fig. 3. Changes in sugar content of grape vinegar fermentation by initial alcohol content and fermentation stage. W, grape wine; IAAF, initial acetic acid fermentation broth; 1st AAF, 1st stage acetic acid fermentation broth; 2nd AAF, 2nd stage acetic acid fermentation broth. Values are means±SD (n=3). Means with different letters (a-d) above the bars of each fermentation day are significantly different (p<0.05) by Duncan's multiple range test. NS: not significantly different

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초기 알코올 함량(6, 7, 8 및 9%)에 따른 고산도 초산발효 의 단계별 품질특성 중 색도의 변화를 조사한 결과는 Table 3과 같다. 명도(L)는 발효기간 중 W에서 30~37, 1st AAF에 서 37~47로 증가하였으나 2nd AAF에서는 23~27로 급격 히 감소하였다. 초기 알코올 함량에 따른 영향에서도 W에 서 1st AAF까지는 초기 알코올 함량이 높을수록 명도가 감소하였으나 2nd AAF에서는 반대의 경향으로 나타났다. 이는 초기 알코올 함량이 낮을수록 유가식 배양을 통해 첨가된 알코올 발효액의 첨가량이 많으며 유가식 배양액의 명도가 낮기 때문인 것으로 판단되었다. 적색도(a)는 종초 를 첨가하는 초기 초산발효(IAAF)구간을 제외하고는 꾸준 히 증가하였고, 황색도(b)는 명도와 같은 경향이었다. 초기 알코올 함량에 따른 적색도 및 황색도는 큰 차이가 없었다. 적포도주의 발효 특성을 조사한 Kim 등(25)은 Muscat Bailey A 품종의 명도가 14.70~17.27, 적색도가 40.28~ 43.53, 황색도가 21.45~24.93으로 나타났고, Bae 등(26)은 적포도주 명도가 20.04~19.14, 적색도가 42.45~49.15, 황 색도가 12.57~15.60으로 나타나 본 연구의 W구간과 비교 해 볼 때 적색도의 수치가 비슷하게 나타났으며, 포도 농축 액은 과피의 안토시안 함량이 높아 다른 과일에 비하여 적색도 수치가 높았다.

초기 알코올 함량(6, 7, 8 및 9%)에 따른 고산도 초산발효 의 단계별 품질특성 중 유기산 함량 변화를 조사한 결과는 Table 4와 같다. 주요 유기산은 acetic acid, tartaric acid, malic acid 및 citric acid로 검출되었다. W단계에서는 초기 알코올 함량이 높아짐에 따라 유기산 함량이 높게 나타났으 나 2nd AFF에서는 유가식 첨가량 및 초산 발효수율 차이로 인하여 초기 알코올 함량이 낮을수록 높게 검출되었다. 특 히, acetic acid의 경우 1st AFF에서는 초기 알코올 9% 첨가 구만 4,837 mg%로 비정상 발효가 진행되어 2nd AFF를 제외시켰다. 2nd AFF에서는 초기 알코올 6, 7 및 8% 첨가구 모두 10,000 mg% 이상 검출되었다. Oxalic acid는 모든 구간 에서 발효 단계가 진행될수록 높아지는 경향을 보였고 초기 알코올 함량에 따른 큰 차이는 없었다. 2단계 발효에 의한 과실식초 품질특성을 조사한 Kwon 등(27)은 포도식초의 주요 유기산 성분으로 acetic acid, tartaric acid, citric acid 및 lactic acid를 보고하였으며 본 연구에서 불검출된 lactic acid가 검출되어 다소 차이를 보였다. 이는 포도에서 이행된 유기산 함량, 원료 농축액의 희석방법 및 알코올·초산발효 과정에 따른 차이로 생각된다.

고산도 포도식초(초기 알코올 함량 6, 7 및 8%)의 미량 알코올 성분을 조사한 결과는 Table 5와 같다. 포도식초의 주요 알코올 성분은 methyl alcohol, 2-methyl-1-propanol 및 ethyl alcohol 3종이 검출되었다. Ethyl alcohol을 제외한 검 출 성분들은 극소량으로 초기 알코올 함량에 따른 큰 차이 가 없었고, ethyl alcohol은 364~581 ppm으로 나타났다.