The Korean Society For Biotechnology And Bioengineering
[ Research Paper ]
Korean Society for Biotechnology and Bioengineering Journal - Vol. 33, No. 2, pp.95-103
ISSN: 1225-7117 (Print) 2288-8268 (Online)
Print publication date 30 Jun 2018
Received 29 Mar 2018 Revised 05 May 2018 Accepted 08 May 2018
DOI: https://doi.org/10.7841/ksbbj.2018.33.2.95

저온 알코올 발효를 통한 고품질 복숭아 식초의 생산

정경미1, ; 이영석2, ; 김정원2, ; 설정만2 ; 정영훈2 ; 김수린2, 3, *
1경상북도 농업기술원 청도복숭아연구소
2경북대학교 식품공학부
3경북대학교 농업과학기술연구소
Low-Temperature Alcoholic Fermentation for the Production of High Quality Vinegar using Peach
Kyung-Mi Jung1, ; Youngsuk Lee2, ; Jeong-won Kim2, ; Jeongman Seol2 ; Young Hoon Jung2 ; Soo Rin Kim2, 3, *
1Cheongdo Peach Research Institute, GyeongSangBuk-Do Agricultural Research & Extension Services, Cheongdo 38315
2School of Food Science and Biotechnology, Kyungpook National University, Daegu 41566
3Institute of Agricultural Science & Technology, Kyungpook National University, Daegu 41566

Correspondence to: Institute of Agricultural Science & Technology, Kyungpook National University, Daegu 41566, Korea Tel: +82-53-950-7769, Fax: +82-53-950-7762 e-mail: soorinkim@knu.ac.kr
Contributed by footnote: These authors contributed equally to this work.


© 2018 The Korean Society for Biotechnology and Bioengineering

Abstract

As health benefits of traditional vinegar is newly recognized, vinegar products are being developed with new and enhanced functionalities to meet customers’ diverse demand. Meanwhile, peach is one of the crops with largest production in Korea but neither its preservation nor its processing is simply done. For the development of a new vinegar product using peach, the present study focused on improving an alcoholic fermentation process using a new cold-tolerant Saccharomyces cerevisiae strain isolated from peach. Specifically, alcoholic fermentation of peach concentrates was performed at a control (30oC) or a low (10oC) temperature, followed by conventional acetic acid fermentation at 25oC, to investigate the effect of low-temperature alcoholic fermentation (LTAF) on the final vinegar quality. We measured free amino acid contents and flavor compound profiles, and performed sensory evaluation of the vinegar products. As a result, the LTAF vinegar had higher free amino acid contents and lower off-flavor intensity than those in the control vinegar. Moreover, overall preference of the LTAF vinegar was significantly higher than the control vinegar. In conclusion, the present study demonstrated that a promising potential of using the LTAF process for the development of high quality vinegar products.

Keywords:

solid-phase microextraction gas chromatography/mass spectrometry, metabolite profiling, isovaleric acid, cold-tolerant yeast, gamma-aminobutyric acid

1. INTRODUCTION

최근 발효식초의 항비만, 항암 등의 건강 기능성이 새롭게 주목 받고 있다 [1,2]. 이에 따라 발효식초의 원료를 다르게 하여 기능성이 향상되고 다양한 소비자의 기호도를 충족시킬 수 있는 제품들이 개발되고 있다 [3-11]. 특히 기존에 주요 원료로 사용되어온 사과, 현미, 감 등에서 탈피하여 파인애플, 코코넛, 바나나 등의 원료로 제조된 발효식초가 최근 성공적으로 상품화되기도 하였다. 또한 양파 [11], 자색고구마 [8], 그라비올라 [5] 등의 새로운 원료를 이용한 발효식초도 개발 단계에 있다.

한편 새로운 발효식초의 제조 및 기능성 향상을 위한 초산 발효 공정 및 균주의 개발을 위한 연구도 꾸준히 진행되고 있다 [8,11-19]. 초산 발효는 ethanol이 acetic acid로 전환되는 호기적인 발효공정으로 초산 발효 효율을 높이기 위해서는 용존산소량, 온도, 초기 acetic acid 농도 및 초기 ethanol 농도 등의 발효조건이 최적화되어야 한다 [18-20]. 또한 초산 발효 균주는 그 대사물질이 식초의 구성성분이 되면서 식초 품질을 결정하는 직접적인 요인이므로, 균주의 접종 방법 및 균주의 종류를 알맞게 선정해야 한다 [19,21]. 구체적으로는 종초와 같이 이전 발효액의 일부인 적응된 혼합 균주를 접종해서 초산 발효를 수행하는 것이 가장 일반적이지만, 단일 균주를 접종해서 발효하는 것도 대량생산 및 품질관리 측면에서 장점이 있다 [19]. 단일 균주를 이용하는 경우 발효 성능이 좋은 균주를 종초 및 누룩 등에서 분리할 수도 있고 [17,22,23], 기존 균주를 UV mutagenesis 등을 통해 개량하는 방법도 있다 [16].

발효식초 원료의 다양화 및 초산 발효 공정 개선 연구가 진행되는 한편, 초산 발효의 선행단계로써의 알코올 발효 공정은 크게 주목받지 못하고 있다. Ethanol은 초산 발효의 기질이 될 뿐만 아니라, 초산균의 최적 생육 환경 및 오염균의 증식 억제 환경을 조성하여 초산 발효가 성공적으로 진행되는데 필수적인 요소이다 [20]. 그러므로 알코올 발효에 기여하는 효모의 종류와 그 효모가 생산하는 대사물질에 따라, 이어지는 초산 발효의 효율 및 식초의 품질이 달라질 수 있다.

본 연구에서는 최근 재배면적 및 생산량이 증가하는 반면 저장성이 낮고 가공식품으로의 활용이 제한적인 복숭아를 원료로 하여 [24,25], 잉여 복숭아의 활용 및 복숭아의 부가가치 향상을 위한 복숭아 식초를 개발하고자 하였다. 특히, 초산 발효 전 단계의 알코올 발효 공정을 개선하여 발효식초 제품의 차별화를 도모하고자 하였다. 구체적으로는 알코올 발효를 저온에서 수행하면 발효 속도는 느릴 수 있지만 부패 세균의 생육을 억제하고 향기 성분의 휘발을 막아 전체적으로 발효 제품의 품질을 향상시킬 수 있을 것이라고 가설을 세웠다. 이를 바탕으로 새롭게 분리된 저온 내성 효모 균주를 이용하여 복숭아 농축액을 저온에서 알코올 발효한 후 일반적인 방법으로 초산 발효를 진행하였으며, 제조된 식초의 유리아미노산 성분, 향기 성분 분석 및 관능검사를 수행하여 본 연구에서 개발한 새로운 식초 제조 방법의 활용 가능성을 검증하였다.


2. MATERIALS AND METHODS

2.1. 실험 재료

본 실험에서 사용된 복숭아 농축액은 경북농업기술원 청도복숭아 연구소에서 제공받아 사용하였다. 구체적으로는 세척한 복숭아를 유압기에 넣고 3.5 psi 압력으로 착즙하고, 착즙액을 진공농축기로 60oC, 1기압으로 65~70obrix가 될 때까지 농축하여 -20oC에서 보관하였다. 제공받은 복숭아 농축액은 63oC에서 30분간 살균하여 사용하였으며, 멸균된 증류수를 이용하여 17obrix로 희석하여 사용하였다.

2.2. 효모의 분리 및 동정

본 실험에서 사용된 알코올 발효 용 효모 중 Saccharomyces cerevisiae Cheongdo 균주는 경북농업기술원 청도복숭아 연구소에서 제공받은 복숭아 시료로부터 분리하였다. 멸균된 튜브에 5 g의 복숭아와 25 mL의 멸균수를 넣고 30분간 교반시킨 후 100 μL의 용액을 100 μg/mL ampicillin, 50 μg/mL kanamycin, 2% agar가 함유된 YPD (1% yeast extract, 2% peptone, 2% glucose) 고체배지에 도말하여 30oC에서 48시간 동안 배양한 후 생육한 효모들을 순수분리하였다. 분리된 효모들 중 저온에서 배양하여 가장 잘 자라는 효모를 선별하였다. 효모의 동정을 위해서는 ITS1 primer (5’-GTTTCCGTAGGTGAACTTGC-3’)와 ITS4 primer (5’-TCCTCCGCTTATTGATATGC-3’)를 이용해 rRNA 염기서열 분석을 수행하고 그 결과를 GenBank에 accession number MG948254로 등록하였다. 해당 염기서열을 이용해 National Center for Biotechnology Information (NCBI)의 Basic Logarithmic Alignment Search Tool (BLAST)을 통해 상동성 분석을 수행한 결과, S. cerevisiae와 99%의 상동성을 보였으므로 해당 균주를 S. cerevisiae Cheongdo로 명명하였다. S. cerevisiae Cheongdo 균주는 농촌진흥청 국립농업과학원 농업유전자원센터에 KACC 93277P번호로 기탁되었다.

2.3. 균주 및 전배양방법

본 연구에서 분리동정한 S. cerevisiae Cheongdo (KACC 93277P), 상업적 와인 효모 균주인 S. cerevisiae EC-1118 (LALVIN, Canada), S. cerevisiae type strain (KCCM 50757)은 5 mL YPD 액체배지에 접종하여 30oC, 250 rpm에서 24시간 동안 배양하였다. 초산균 Acetobacter pasteurianus subsp. Pasteurianus ATCC 33445는 5 mL YPDE (1% yeast extract, 2% peptone, 2% glucose, 1% ethanol) 액체배지에 접종하여 30oC, 250 rpm에서 24시간동안 배양하였다.

2.4. 알코올 발효 및 초산 발효

멸균수를 이용하여 17obrix로 희석한 복숭아 농축액 50 mL이 담긴 250 mL 플라스크에 효모세포 2×108을 접종하여 10oC 또는 30oC에서 80 rpm으로 약 2일간 배양하였다. Ethanol 농도가 60 g/L 이상 되면 알코올 발효를 종료하고 전배양된 초산균 세포 5×109을 접종하여 25oC, 80 rpm에서 약 14일 동안 배양하였다. Ethanol이 1 g/L 미만으로 검출되는 초산 발효 종료 시점에 발효액을 4000 rpm에서 20분 동안 원심분리하고 그 상등액을 0.45 μm의 syringe filter로 여과하여 분석 전까지 -20oC에서 보관하였다. 이와 같은 복숭아 식초 제조 단계 및 본 연구에서 수행한 분석 종류를 Fig. 1에 요약하였다.

Fig. 1.

The scheme of two-step fermentation process for the production of Low-Temperature Alcoholic Fermentation (LTAF) peach vinegar, and its quality analysis performed in this study.

2.5. HPLC 분석

시료의 glucose, ethanol, acetic acid의 농도는 고성능 액체 크로마토그래피 (HPLC, Agilent Technologies 1260 Series, USA)를 이용하여 분석하였다. Rezex ROA-Organic Acid H+(8%) 컬럼 (Phenomenex Inc., Torrance, CA) 및 RI detector를 사용하였고, 50oC에서 0.005 N H2SO4의 이동상을 0.6 mL/min로 흘려주었다.

2.6. 휘발 성분 분석

복숭아 알코올 발효액 및 복숭아 식초의 휘발 성분은 headspace SPME-GC/MS (7890A-5975C, Agilent, USA)를 이용하여 DB-WAX (250oC, 60 m, 250 um, 0.25 um) 컬럼으로 분석하였다. GC oven 온도 프로그램은 40oC에서 2 min, 2oC/min의 속도로 220oC까지 0 min, 20oC/min의 속도로 240oC까지 5 min으로 총 98 min으로 구성되었다. Carrier gas로는 헬륨이 사용되었고, heater 온도는 240oC, split ratio는 20:1, flow rate는 1 mL/min이었다.

2.7. 유리 아미노산 분석

복숭아 알코올 발효액 및 복숭아 식초 내의 유리 아미노산 분석은 아미노산 자동 분석기 (L-8900, Hitachi, Japan)를 사용하였고, 이동상 용액은 PF-1,2,3,4,6, PF-RG, R-3, C-1을 사용하였고, 발색 용액은 Ninhydrin 용액 (Wako, Japan)을 사용하여 컬럼 온도 50oC, 리엑터 온도 135oC에서 이온교환컬럼으로 아미노산을 분리하였다. 유리 아미노산 표준용액은 Type AN II와 Type B (Wako)를 혼합하여 사용하였다.

2.8. 관능검사

관능검사는 경북대학교 식품공학부에서 식품에 대해 2년이상 전공한 학생 및 대학원생 45명을 대상으로 진행하였으며, 매우 좋다 9점, 보통이다 5점, 매우 싫다 1점 (또는 매우 진하다 9점, 보통이다 5점, 매우 연하다 1점)으로 복숭아 식초의 색, 향, 단맛, 신맛, 이취미, 종합적 기호도를 평가하였다. 시료의 향과 색은 원액을 제공하였으며, 다른 항목에 대해서는 10배 희석한 후 식용 설탕으로 5% 가당하여 제공하였다. 각 시료는 세자리 난수표로 코드화하여 종이컵으로 1회 분량을 제공하였다. 본 관능검사는 경북대학교 생명윤리심의위원회 (IRB)에 심의를 신청하여 심의 면제 승인 (승인번호: KNU 2017-09)을 받은 후 진행하였다.

2.9. 통계처리

결과에 대한 통계처리는 SPSS 23 for windows (Statistical Package for Social Science, IL, USA)를 이용하여 평균±표준편차로 표시하였고 95%의 유의수준에서 분산분석 (Duncan's multiple range test, one-way ANOVA)를 실시하였다. Principal component analysis (PCA)를 이용한 통계분석은 STATISTICA software (ver. 7.0, Stat Soft, USA)를 이용하였다. 관능검사 결과에 대해서는 95%, 99%, 99.9%의 유의수준에서 t-test를 수행하였다.


3. RESULTS AND DISCUSSION

3.1. 저온 내성 효모의 알코올 발효 특성

본 연구에서 분리 동정한 S. cerevisiae Cheongdo 효모 균주의 저온 내성을 검증하기 위해, 상업적 와인 효모 균주인 S. cerevisiae EC-1118 (LALVIN, Canada) 과 S. cerevisiae type strain을 대조군으로 하여 실험을 수행하였다. 20 g/L의 glucose를 기질로 한 복합배지 (YPD)에서 일반적인 알코올 발효 조건인 30oC와 저온 조건인 10oC에서 성장 속도를 비교하였다 (Fig. 2). 30oC에서 type strain은 EC-1118과 Cheongdo 균주보다 느린 세포 성장을 하였고, Cheongdo와 EC-1118 균주는 큰 차이 없이 유사한 생장 속도를 보였다 (Fig. 2A). 10oC에서도 type strain은 EC-1118과 Cheongdo 균주 보다 느린 세포 성장을 하였고, Chengdo와 EC-1118 균주는 72시간 동안 유사하게 성장하였다. 그러나 Cheongdo 균주는 배양 96시간 시점에 EC-1118 균주보다 약 1.5배, 그리고 type strain보다 3.04배 높게 성장하였다 (Fig. 2B). 전체적으로 10oC에서는 30oC에 비해 세포 생장 속도가 느려졌지만, Cheongdo 균주의 최대 세포 농도는 30oC보다 10oC에서 더 높았다. 이처럼 본 연구에서 분리한 Cheongdo 균주는 상업적으로 사용되는 EC-1118 균주보다 10oC의 저온 조건에서 유리한 생장을 보였다.

Fig. 2.

Effect of temperature (A, 30 oC; B, 10 oC) on the growth of the S. cerevisiae type strain, S. cerevisiae EC-1118, and S. cerevisiae Cheongdo. Complex medium with 20 g/L glucose (YPD) was used.

효모의 세포막은 ethanol, acetic acid 등과 같은 세포 성장을 방해하는 대사 물질의 세포 내·외부 수송 및 내성에 중요한 역할을 하기 때문에 세포막의 작은 변화가 세포 대사에 영향을 줄 수 있다 [26]. 그런데 세포막의 지방산 구성성분은 온도, 산소 요구량, 최소영양 등과 같은 환경적인 요소에 의해서 영향을 받게 되는데 [27], 저온에서 알코올 발효가 진행될수록 세포막은 불포화 지방-아실 성분으로 구성된다는 연구가 알려져 있다. Cheongdo 균주가 저온에서 알코올 발효를 수행하면서 효과적으로 세포 생장하는 것도 이러한 세포막 구성성분의 차이에서 기인한 것일 수 있다.

3.2. 저온 알코올 발효를 통한 복숭아 알코올 발효액과 복숭아 식초의 제조

본 연구를 통해 분리한 저온 내성 효모 Cheongdo 균주를 이용하여 고품질 복숭아 식초 제조에 활용할 수 있을지를 다음과 같이 검증하였다. 먼저 Cheongdo 균주를 이용하여 17oBrix 복숭아 농축액의 알코올 발효를 30oC와 10oC의 두 조건에서 각각 수행하여, 일반 (control) 복숭아 알코올 발효액과 저온 알코올 발효 공정 (Low-Temperature Alcoholic Fermentation, LTAF)으로 제조된 LTAF 복숭아 알코올 발효액을 제조하였다. 30oC의 발효 조건에서 Cheongdo 균주는 24시간 안에 당 10.5oBrix를 소비하여 ethanol 60.8 g/L를 생산하였다 (Fig. 3A). 반면에, 10oC의 발효 조건에서는 10.9oBrix의 당을 소비하여 66.14 g/L의 ethanol을 생산하는 데에 144시간이 걸렸다 (Fig. 3B). 10oC에서는 30oC에서 보다 발효 속도가 느렸지만, 발효가 완료된 시점에서는 30oC에서 생산된 농도와 유사한 양의 ethanol을 생산하였음을 확인할 수 있었다. 이러한 결과는 glucose를 기질로 효모의 생장속도를 측정했을 때, 30oC에서 보다 10oC에서 약 3~4배 느리게 자랐던 것과 일치한다 (Fig. 2).

Fig. 3.

Effect of the temperature of alcoholic fermentation of peach concentrates (17oBrix) on the alcoholic fermentation profiles (A and B) and acetic acid profiles (C and D). Alcoholic fermentation was performed by the Saccharomyces cerevisiae Cheongdo strain at 30oC and 10oC, yielding the control peach alcohol (A) and the LTAF peach alcohol (B), respectively. The alcohol samples were subjected to acetic acid fermentation by Acetobacter pasteurianus, at 25oC, yielding the control peach vinegar (C) and the LTAF peach vinegar (D), respectively.

이어서, 알코올 발효를 통해 제조한 control 발효액과 LTAF 발효액을 이용해 각각 초산 발효를 수행하였다. 식초 제조에 상업적으로 이용되는 초산균인 Acetobacter pasteurianus를 이용하였고, 두 종류의 와인 모두 25oC의 동일한 조건에서 초산 발효를 진행하여 control 복숭아 식초 (Fig. 3C)와 LTAF 복숭아 식초 (Fig. 3D)를 제조하였다. 이렇게 제조한 두 종류 식초의 초산 발효 특성은 발효 시간, ethanol 소비 및 acetic acid 생산 경향성에서 매우 유사했다. 그러므로 서로 다른 온도에서 제조한 두 종류의 와인에는 초산 발효 효율 (g/g consumed sugars)에 영향을 줄 수 있는 요인은 없었다.

3.3. 복숭아 알코올 발효액과 복숭아 식초의 유리 아미노산 분석

본 연구에서는 일반적인 30oC의 알코올 발효 조건과는 다르게 10oC의 저온에서 알코올 발효를 수행하여 발효 시간이 길어졌으므로, Cheongdo 효모 균주가 생산하는 대사물질, 즉 와인의 화학조성 또한 영향을 받을 수 있다 [26]. 또한 달라진 와인의 화학조성은 초산균의 대사에도 영향을 미칠 수 있다고 가설을 세우고, 먼저 와인 및 식초 시료의 유리 아미노산 프로파일을 분석하였다. 구체적으로는 control 알코올 발효액, LTAF 알코올 발효액, control 복숭아 식초, 그리고 LTAF 복숭아 식초로부터 총 유리 아미노산의 함량 및 25개 유리 아미노산의 함량을 정량 분석하였다. 그 결과, LTAF 알코올 발효액의 총 유리 아미노산의 함량은 447.3 μg/mL로 202.0 μg/mL의 control 알코올 발효액보다 약 2.2배 유의적으로 많이 함유되어 있었다 (Fig. 4). 게다가 control 복숭아 식초의 총 유리 아미노산 (1290.7 μg/mL)과 LTAF 복숭아 식초의 총 유리 아미노산 (1575.5 μg/mL) 함량 또한 유의적인 차이가 있었다 (p<0.05). 주목할만한 점은 초산 발효 효율은 control 복숭아 식초와 LTAF 복숭아 식초 간에 차이가 없었지만, 총 유리 아미노산 함량의 경우 LTAF 복숭아 식초가 높았다는 것이다.

Fig. 4.

Comparison of total free amino acid content of the controland LTAF-type peach alcohol and peach vinegar samples. Values are the means±standard deviations from two biological replicates. Asterisks indicate significant difference (p<0.05) between the control and LTAF samples.

유리 아미노산 각각의 함량을 보면 (Table 1), LTAF 알코올 발효액의 유리 아미노산은 특정 유리 아미노산에 국한되지 않고 17개의 유리 아미노산에서 유의적인 수준으로 control 알코올 발효액의 유리 아미노산보다 많았다 (p<0.05). 그리고 LTAF 복숭아 식초의 총 유리 아미노산 함량 역시 control 복숭아 식초보다 높았다. 생리활성 기능이 많은 것으로 알려진 [28,29] γ-amino-n-butyric acid (GABA)의 함량이 control 알코올 발효액보다 8.5배 높게 함유되어 있었다. 또한, 감칠맛을 나타내는 glutamic acid, 단맛을 나타내는 glycine, 그리고 GABA의 함량은 LTAF 복숭아 식초에 각각 control 복숭아 식초의 1.68배, 1.3배, 그리고 1.2배 높게 함유되었다. 이러한 결과는 저온 알코올 발효가 유리 아미노산 함량을 높이는데 기여할 뿐만 아니라, 그 차이가 초산 발효 중에도 유지되어 최종적으로 생산된 식초의 품질을 향상시키는 요인이 될 수 있다는 것을 시사한다.

Effect of the Low-Temperature Alcoholic Fermentation (LTAF) process on free amino acid concentrations (μg/mL) of peach alcohol and peach vinegar1)

3.4. 복숭아 알코올 발효액과 복숭아 식초의 향기 성분 분석

식초의 향기 성분은 발효 조건 및 원료의 종류 등에 의해 달라질 수가 있으며, 식초의 품질을 결정하는 주요 요인이다 [26,29,30]. 본 연구에서는 알코올 발효 온도에 따라 와인 및 식초의 총 유리 아미노산 함량이 향상될 뿐만 아니라 향기 성분에도 차이가 있을 수 있다고 가설을 세우고 다음 실험을 수행하였다. 초산 발효 중 향기 성분 변화를 분석하기 위해서 control 알코올 발효액, LTAF 알코올 발효액, control 복숭아 식초, LTAF 복숭아 식초 시료의 향기 성분을 SPME-GC/MS를 이용하여 검출하고, 독립적인 3반복의 결과를 Principal Component Analysis (PCA)를 통해 통계분석하였다. 그 결과 복숭아 알코올 발효액과 복숭아 식초에서 각각 20개, 30개의 향기 성분이 검출되어 총 34개의 서로 다른 향기 성분을 동정할 수 있었고, 그 통계분석 결과는 Fig. 5와 같다. 먼저 복숭아 식초와 복숭아 알코올 발효액이 principal component (PC)1에 의해서 완전히 분리되는 것을 통해 식초와 복숭아 알코올 발효액의 향기 성분 프로파일은 서로 다르다는 것을 확인하였다 (Fig. 5A). 그러나 알코올 발효 온도에 따른 두 종류의 알코올 발효액은 거의 분리되지 않았는데, 이는 알코올 발효 온도가 향기 성분 프로파일의 변화에는 큰 영향을 미치지 않았음을 의미한다. 주목할만한 점은 알코올 발효 온도가 서로 다른 두 종류의 복숭아 식초 시료들이 PC2에 의해 완전히 나뉘어졌다는 것이다. 이는 control 복숭아 식초와 LTAF 복숭아 식초의 향기 성분의 종류 및 함량에 명백한 차이가 있음을 의미한다.

Fig. 5.

Comparison of the volatile compound profiles of the control-and LTAF-type peach alcohol and peach vinegar. The relative abundance of total volatile compounds was analyzed by principal component analysis, and its score plot was presented (A). The most responsible compound for the differentiated volatile compound profiles between the control peach vinegar and LTAF peach vinegar was identified as isovaleric acid, of which content was significantly low in the LTAF peach vinegar (B). △, Control peach alcohol; ▲, LTAF peach alcohol; □, Control peach vinegar; ■, LTAF peach vinegar

일반적으로 저온에서 알코올 발효를 하면 저온에 의한 휘발 성분의 높아진 안정성, 세포막의 변화에 의한 달라진 대사경로, 증발에 의한 휘발 성분의 손실 감소 등과 같은 이유로 휘발 성분의 농도가 상대적으로 높아진다고 알려져 있다 [30, 31]. 그러나 본 연구에서는 저온 알코올 발효가 그 결과물인 LTAF 알코올 발효액의 향기성분을 유의적으로 변화시키지는 않았다. 한편 LTAF 알코올 발효액을 초산 발효한 경우, 그 결과물인 LTAF 복숭아 식초의 향기성분은 control 복숭아 식초와 유의적으로 달랐는데, 이는 저온 알코올 발효를 통해 생성된 대사물질이 초산균의 물질대사 및 향기 성분의 프로파일에 영향을 주었음을 의미한다.

구체적으로 어떠한 성분에 의해 LTAF 복숭아 식초의 향기성분 프로파일이 변화했는지 추적하기 위해, control 복숭아 식초 대비 LTAF 복숭아 식초의 향기 성분의 상대적인 양을 비교하여 나타내었다 (Fig. 5B). 그 결과, LTAF 복숭아 식초의 isovaleric acid의 함량이 control에 비해 약 10% 미만으로 낮은 수준으로 검출되었다는 것을 알 수 있었다. 특히 isovaleric acid는 와인 시료에서는 전혀 검출되지 않았는데, 이는 효모의 대사산물이 초산균의 isovaleric acid 생산량에 영향을 미칠 수 있다는 직접적인 근거가 된다.

Isovaleric acid는 미생물의 대사에 의해 생성되는 대사물질로서 “foot odor”라고 알려진 이취를 나타내는 성분들 중 하나이다 [32-34]. 이러한 이취를 내는 isovaleric acid의 함량이 LTAF 복숭아 식초에서 낮다는 것은 저온 알코올 발효 (LTAF) 공정이 복숭아 식초의 향미를 향상시키는데 기여할 수 있음을 시사한다.

3.5. 복숭아 식초의 관능적 특성 평가

위의 유리 아미노산 및 향기 성분 프로파일링 결과를 바탕으로, 저온 알코올 발효 (LTAF)가 복숭아 식초의 풍미에 긍정적인 영향을 주었을 것이라고 가설을 세우고 이를 검증하기 위해 관능검사를 수행하였다. 제조된 control 복숭아 식초와 LTAF 복숭아 식초의 색, 향, 단맛, 신맛, 이취미, 그리고 종합적 기호도를 평가한 결과를 Fig. 6에 요약하였다. LTAF 복숭아 식초는 색, 향에서 control 복숭아 식초와 유의적인 차이를 보였다 (p<0.05). 특히 이취미는 LTAF 복숭아 식초에서 control에 비해 유의적으로 감소하였다 (p<0.01). 이러한 결과는 이취의 원인이 되는 isovaleric acid의 함량이 LTAF 복숭아 식초에서 상대적으로 낮았다는 결과와 일치한다. 마지막으로 LTAF 복숭아 식초의 종합적 기호도 또한 control 복숭아 식초에 비해 유의적으로 높았으며 (p<0.001), 이는 낮은 이취미와 연관이 있을 것으로 추정되었다.

Fig. 6.

Sensory evaluation of the control peach vinegar and LTAF peach vinegar. Significant differences (*p<0.05; **p<0.01; ***p<0.001) were highlighted.

요약하자면 저온(10oC)에서 알코올 발효 (LTAF) 후 초산 발효를 수행하면, 일반적인 온도 (30oC)에서 알코올 발효하여 초산 발효를 수행하는 것보다 풍부한 아미노산 함량으로 영양학적으로 우수하고 이취미의 감소에 의한 풍미가 향상된 고품질 복숭아 식초를 제조할 수 있다.


4. CONCLUSION

본 연구에서는 복숭아로부터 분리한 Saccharomyces cerevisiae Cheongdo 효모 균주로 봉숙아 농축액을 일반적인 온도 (30oC) 또는 저온 (10oC)에서 알코올 발효한 후 초산 발효를 진행하여 각각 control 복숭아 식초와 LTAF (Low-Temperature Alcoholic Fermentation) 복숭아 식초를 제조하였다. 저온에서의 알코올 발효 속도는 일반 알코올 발효 속도보다 약 3배 정도 느렸지만, 최종 ethanol 농도는 유사했고, 초산 발효는 동일한 조건에서 수행되어 발효 효율 (g/g consumed sugars) 측면에서 차이가 없었다. 그러나 총 유리 아미노산 함량 및 향기 성분 프로파일에서 control 복숭아 식초와 LTAF 복숭아 식초는 유의적으로 달랐고, 관능검사 결과 LTAF 복숭아 식초의 종합적 기호도가 높았다. 이는 LTAF 복숭아 식초의 경우 유리 아미노산 함량이 높고, 이취를 발생하는 isovaleric acid 함량이 낮아 전반적인 식초의 풍미가 향상되었기 때문으로 추정되었다. 이러한 결과는 복숭아로부터 분리한 저온 내성 효모 Cheongdo 균주가 저온 알코올 발효 (LTAF) 공정을 통해 고품질의 식초를 개발하는데 활용될 수 있음을 제시하였다.

Acknowledgments

본 논문은 2017년 경상북도농업기술원 현장실용 공동연구과제 지원사업 및 농촌진흥청 연구사업 (세부과제번호: PJ0127982017)의 지원에 의해 수행되었으며 이에 감사드립니다.

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Fig. 1.

Fig. 1.
The scheme of two-step fermentation process for the production of Low-Temperature Alcoholic Fermentation (LTAF) peach vinegar, and its quality analysis performed in this study.

Fig. 2.

Fig. 2.
Effect of temperature (A, 30 oC; B, 10 oC) on the growth of the S. cerevisiae type strain, S. cerevisiae EC-1118, and S. cerevisiae Cheongdo. Complex medium with 20 g/L glucose (YPD) was used.

Fig. 3.

Fig. 3.
Effect of the temperature of alcoholic fermentation of peach concentrates (17oBrix) on the alcoholic fermentation profiles (A and B) and acetic acid profiles (C and D). Alcoholic fermentation was performed by the Saccharomyces cerevisiae Cheongdo strain at 30oC and 10oC, yielding the control peach alcohol (A) and the LTAF peach alcohol (B), respectively. The alcohol samples were subjected to acetic acid fermentation by Acetobacter pasteurianus, at 25oC, yielding the control peach vinegar (C) and the LTAF peach vinegar (D), respectively.

Fig. 4.

Fig. 4.
Comparison of total free amino acid content of the controland LTAF-type peach alcohol and peach vinegar samples. Values are the means±standard deviations from two biological replicates. Asterisks indicate significant difference (p<0.05) between the control and LTAF samples.

Fig. 5.

Fig. 5.
Comparison of the volatile compound profiles of the control-and LTAF-type peach alcohol and peach vinegar. The relative abundance of total volatile compounds was analyzed by principal component analysis, and its score plot was presented (A). The most responsible compound for the differentiated volatile compound profiles between the control peach vinegar and LTAF peach vinegar was identified as isovaleric acid, of which content was significantly low in the LTAF peach vinegar (B). △, Control peach alcohol; ▲, LTAF peach alcohol; □, Control peach vinegar; ■, LTAF peach vinegar

Fig. 6.

Fig. 6.
Sensory evaluation of the control peach vinegar and LTAF peach vinegar. Significant differences (*p<0.05; **p<0.01; ***p<0.001) were highlighted.

Table 1.

Effect of the Low-Temperature Alcoholic Fermentation (LTAF) process on free amino acid concentrations (μg/mL) of peach alcohol and peach vinegar1)

Peach alcohol Peach vinegar
Control LTAF Control LTAF
1)Values are the mean±standard deviations from two biological replicates.
2)Not Detected.
*Significant difference (p<0.05) between the control and LTAF samples.
Alanine 12.2 ± 0.04 26.7 ± 0.08* 130.4 ± 8.68 181.4 ± 11.13*
Arginine 2.5 ± 0.03 11.5 ± 0.17* 85.2 ± 1.74 101.7 ± 15.26
Aspartic acid 27.9 ± 0.22 28.0 ± 014 58.5 ± 3.10 48.0 ± 2.68
Cystathionine N.D.2) 2.0 ± 0.20* 3.3 ± 0.56 2.3 ± 3.29
Cystine 71.8 ± 0.16 96.7 ± 0.41 120.0 ± 18.33 132.5 ± 20.44
Ethanol amine N.D. N.D. 0.3 ± 0.05 0.4 ± 0.004
Glutamic acid 14.4 ± 0.01 44.3 ± 0.16* 32.9 ± 6.03 55.4 ± 11.50
Glycine 5.2 ± 0.07 11.9 ± 0.03* 56.4 ± 4.53 73.3 ± 9.43
Histidine 1.6 ± 0.06 4.6 ± 0.01* 9.7 ± 1.14 13.2 ± 0.12*
Hydroxy proline 4.6 ± 0.60 2.5 ± 0.29* 15.8 ± 0.93 12.0 ± 1.00
Isoleucine N.D. 19.5 ± 0.35* 62.2 ± 5.08 91.7 ± 6.94*
Leucine 0.8 ± 0.13 25.1 ± 0.47* 103.7 ± 8.74 146.8 ± 16.39
Lysine 10.7 ± 0.11 31.4 ± 2.26* 173.7 ± 16.35 209.5 ± 8.325
Methionine 1.2 ± 0.17 7.2 ± 0.25* 14.5 ± 3.50 19.9 ± 1.98
Ornithine 18.3 ± 0.19 11.1 ± 8.74 56.2 ± 7.50 29.6 ± 4.12*
Phenylalanine 9.5 ± 0.21 19.5 ± 0.59* 102.7 ± 9.99 132.8 ± 1.82
Proline 0.3 ± 0.48 6.0 ± 0.80* N.D. N.D.
Serine 7.5 ± 0.02 13.2 ± 0.07* 16.2 ± 2.60 26.3 ± 1.00*
Threonine 2.4 ± 0.01 12.3 ± 0.09* 72.5 ± 2.04 92.8 ± 2.57*
Tyrosine 1.8 ± 0.24 13.4 ± 0.31* 51.9 ± 0.37 68.8 ± 0.27*
Valine 2.6 ± 0.001 19.9 ± 0.003* 74.6 ± 0.26 112.1 ± 5.80*
α-Amino-n-butyric acid N.D. N.D. 1.6 ± 0.21 1.7 ± 0.08
β-Alanine 2.1 ± 0.01 1.6±0.25 12.6 ± 2.47 7.4 ± 1.29
β-Amino isobutyric acid N.D. 0.6±0.85 8.9 ± 4.43 7.3 ± 10.33
γ-Amino-n-butyric acid 4.5 ± 0.18 38.3±0.33* 6.8 ± 0.25 8.6 ± 2.00
Total free amino acid 202.0 ± 1.3 447.3 ± 10.5* 1270.9 ± 33.0 1575.5 ± 51.6*