아로니아 착즙액 첨가 식초의 품질특성과 항산화 활성 황은선

아로니아 착즙액 첨가 식초의 품질특성과 항산화 활성

황은선․뉴안도티 한경대학교 영양조리과학과

Quality Characteristics and Antioxidant Activity of Vinegar by the Addition of Aronia Juice (Aronia melanocarpa)

Eun-Sun Hwang and Nhuan Do Thi

Department of Nutrition and Culinary Science, Hankyong National University

ABSTRACT This study investigated the physicochemical properties, antioxidant content, and antioxidant activity of vinegar prepared by mixing aronia juice with distilled water in the ratios 10, 25, and 50% (w/w). A steady increase of alcohol content was observed during the fermentation period, increasing from 8.8 to 9.9%, on the 7th day of alcohol fermentation. pH levels significantly decreased compared to the initial stage of fermentation, and were determined to be 3.72 to 4.03 at the end of alcohol fermentation. After acetic acid fermentation, vinegar supplemented with 10%

aronia juice had the minimum pH (2.35), whereas supplementation with 50% aronia juice imparted pH 4.36. On com- pletion of the 21st day of acetic acid fermentation, the acidity of vinegar increased to 4.94, 4.12, and 2.31 with 10, 25, and 50% aronia juice, respectively. The rate of acidity increase was faster in vinegar with 10% aronia juice.

The major free sugar of aronia vinegar was sorbitol, the main organic acid was acetic acid, and the major amino acids were alanine, valine, phenylalanine, arginine, and tyrosine. Chromaticity evaluation revealed decreasing L and b values and increasing a value, with increasing levels of aronia juice. Total polyphenols, flavonoids and total anthocya- nin contents were higher with increasing ratio of aronia juice. In addition, antioxidant activity assessed by 1,1-di- phenyl-2-picrylhydrazyl and 2,2′-azino-bis(3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid) diammonium salt assays revealed higher radical scavenging activity with increasing aronia juice content. In conclusion, we propose the possibility of commercialization of vinegar prepared by adding aronia juice would be lucrative.

Key words: aronia, vinegar, quality characteristics, antioxidant activity

Received 24 September 2019; Accepted 15 January 2020 Corresponding author: Eun-Sun Hwang, Department of Nutrition and Culinary Science, Hankyong National University, Anseong, Gyeonggi 17519, Korea

E-mail: [email protected], Phone: +82-31-670-5182

Author information: Eun-Sun Hwang (Professor), Nhuan Do Thi (Graduate student)

서 론

아로니아(Aronia melanocarpa)는 블랙 쵸크베리(Black Chokeberry)라고도 불리는 북아메리카가 원산지인 베리류 이다(Handeland 등, 2014). 아로니아는 20세기 초반 러시 아 및 스칸디나비아 국가들을 거쳐 폴란드, 오스트리아 등지 로 전파되었고, 국내에는 7~8년 전부터 아로니아 씨앗을 들여와 일부 농가에서 재배하기 시작하였다(Slimestad 등, 2005). 아로니아 재배 초기에는 희귀성 때문에 초고소득 작 물로 인식되었으나 현재는 많은 농가에서 재배하고 물량이 넘쳐나 가격이 급속도로 하락하고 있어 아로니아를 활용한 제품 개발 및 새로운 판로 개척이 절실히 필요한 상황이다.

아로니아에는 안토시아닌 색소가 다른 베리류에 비해 월등

히 높고, 페놀산과 플라보노이드 등의 생리활성 물질을 포함 하고 있다(Kähkönen 등, 1999; Slimestad 등, 2005). 아로 니아는 중량당 평균 1% 정도 되는 안토시아닌이 함유되어 있어 짙은 자줏빛을 나타내며, 이로 인해 식품 착색제나 천연 염료로 활용될 가능성이 높으며, 시력개선 효과, 항산화 작 용, 암 예방, 면역증진 등의 효과를 기대할 수 있다(Kulling 과 Rawel, 2008; Valcheva-Kuzmanova 등, 2005; Sos- nowska 등, 2016; Jurikova 등, 2017).

식초는 휘발성 및 비휘발성 유기산, 아미노산, 당류, 에스 테르 화합물을 함유하는 대표적인 발효식품으로 독특한 향 과 맛으로 음식의 맛을 돋워주기 때문에 오래전부터 일상에 서 중요한 비중을 차지하고 있는 조미료이다(Jeong과 Lee, 2000b). 일반적으로 식초는 곡류, 알코올성 음료 또는 과즙 을 발효시켜 만들어지는 발효식초, 빙초산이나 초산을 주재 료로 하는 합성 식초로 구분된다(Joo 등, 2009). 식품공전에 서는 식초를 발효식초, 희석 초산과 기타 식초로 분류하고, 총산(초산, w/v%) 함량이 4.0~20.0%, 감식초는 2.6% 이상 으로 규정하고 있다(MFDS, 2007). 식초는 대부분의 병원균 을 약 30분 이내에 사멸시킬 정도로 살균력이 강하기 때문

에 식품의 보존성을 높이는 데 주로 활용되고 있으며, 소금 의 짠맛을 부드럽게 해주는 작용이 있어 생선 소금구이 등 각종 요리에 적용된다(Jeong과 Lee, 2000a). 또한, 채소류 의 갈변을 일으키는 효소작용을 억제하기 때문에 채소의 전 처리나 각종 샐러드드레싱에 이용되기도 한다(Manzocco 등, 2000; Han과 Surh, 2017). 한편, 미생물 발효에 의해 만들어지는 발효식초의 주성분은 초산, 구연산, 사과산, 호 박산, 주석산 등 60여 종의 유기산으로 이루어지며(Chen 등, 2016), 이들 유기산은 수분이 있는 조직 속에 존재하면 서 인체에 유해한 활성산소를 파괴하는 작용을 하는 항산화 제의 기능을 수행함과 동시에 인체 내에 축적되는 젖산을 분해하여 배출시키는 기능을 수행함에 따라 피로회복에 탁 월한 효과가 있는 것으로 알려졌다(Johnston 등, 2000;

Kwon 등, 2000; Yi 등, 2014; Chen 등, 2016). 발효식초가 인체에 매우 유용하다는 사실이 알려짐에 따라 최근에는 단 순히 조미료로서가 아니라 건강을 유지하고 증진하기 위한 기능성 음료로서 식초를 음용하는 사람들이 점점 많아지고 있다. 건강에 대한 소비자들의 관심이 증가함에 따라 기능성 을 함유한 부재료를 첨가하여 제조한 다양한 식초들이 개발 되고 있어 식초 시장의 고급화 및 다변화가 이루어지고 있 다. 현재까지 복분자, 오미자, 참외, 복숭아, 홍삼, 감귤, 무화 과 등을 첨가하여 제조한 식초의 품질특성에 관한 연구는 널리 진행되었으나(Cho 등, 2000; Mo 등, 2013; Kim 등, 2012; Park 등, 2012; Lee 등, 2005), 아로니아를 첨가한 식초에 대한 연구는 거의 이루어지지 않았다. 따라서 본 연 구에서는 건강 기능성 원료로 알려진 아로니아 착즙액을 첨 가하여 식초를 제조한 후 이화학적 품질특성, 항산화 물질의 함량 및 항산화 활성을 측정하였다.

재료 및 방법

실험재료 및 시약

본 연구에 사용한 아로니아는 경북 영천의 아로니아 농장 에서 생산된 것을 구입하여 냉동 보관하면서 사용하였다.

알코올 발효에 사용한 효모는 Fermivin(Lallemand Inc., Fredericia, Denmark)을 사용하였고, 초산균(Acetobacter sp. PA 97) 배양에 사용된 yeast extract, peptone, agar는 BD Difco(Paris, France)에서 구입하였다. 백설탕(CJ Che- ilJedang, Incheon, Korea)은 시판품을 구입하여 사용하였 다.

Folin-Ciocalteu’s phenol reagent, 1,1-diphenyl-2- picrylhydrazyl(DPPH), gallic acid, catechin, sulfosali- cylic acid는 Sigma-Aldrich Co.(St. Louis, MO, USA)로 부터 구입하였고, 2,2′-azino-bis(3-ethylbenzothiazoline- 6-sulfonic acid) diammonium salt(ABTS)는 Fluk(Heidel- berg, Germany)에서 구입하였다. 그 외 시약들은 Sigma- Aldrich Co.와 Junsei Chemical Co., Ltd.(Tokyo, Japan) 에서 구입하여 사용하였다.

아로니아 착즙액 제조

아로니아는 흐르는 물에 깨끗이 세척한 후 물기를 제거하 여 세척한 아로니아를 food processor(Phillips Electron- ics, Seoul, Korea)를 이용하여 고속에서 3분간 3회에 걸쳐 곱게 마쇄한 다음, 2겹의 cheese cloth로 여과하여 착즙액 을 얻었다.

사용균주 및 배지조성

알코올 발효에는 시판 건조 효모(Fermivin, Lallemand Inc.)를 사용하였고, 초산발효에는 초산균(Acetobacter sp.

PA 97)을 사용하였다. 초산균은 0.5% yeast extract, 0.5%

glucose, 1.0% glycerin, 0.02% MgSO₄･7H₂O, 5.0% etha- nol, 1.0% acetic acid의 배지조성으로 30°C에서 72시간 진탕 배양하여 사용하였다.

알코올 발효

아로니아 착즙액을 증류수와 10, 25, 50%의 비율(w/w) 로 혼합하여 균질화한 후, 16°Brix가 되도록 설탕을 첨가하 여 초기 당도를 조절하였다. 초기 당도를 맞춘 혼합액에 효 모(Saccharomyces cerevisiae) 5%(v/v)를 접종하여 25°C 항온 배양기(BF-150IN, BioFree, Seoul, Korea)에서 7일 간 알코올 발효를 진행하였다.

당도 및 알코올 함량

알코올 발효 기간에 시료의 pH, 당도 및 알코올 함량을 측정하였다. pH 측정은 pH meter(420 Benchtop, Orion Research Inc., Beverly, MA, USA)로 총 3회 측정하였다.

당도는 시료를 4,500 rpm에서 15분간 원심 분리한 다음 상등액을 취하여 syringe filter(Nylon, 0.45 μm 13 mm)를 이용하여 여과한 후 당도계(R-201α, Atago, Tokyo, Japan) 를 이용하여 측정하였다.

시료의 알코올 함량은 국세청 주류분석 규정(NTS, 2010) 에 따라 시료 100 mL를 메스실린더에 취하고 15 mL의 물 로 2회 씻은 액을 합쳐서 500 mL 플라스크에 옮긴 후 냉각 기에 연결하여 증류시키고, 증류액 80 mL를 메스실린더에 회수한 다음 100 mL까지 증류수로 채운 후 density meter (DMA 35 portable density meter, Anton Paar, Wun- dschuh, Austria)를 이용하여 20°C에서 측정하였다.

초산발효

알코올 발효가 끝난 후에 발효액을 여과하고 알코올 함량 이 5%가 되도록 물을 첨가한 후 종초 10%(v/v)를 접종하여 30°C에서 200 rpm으로 진탕배양기(BF-60SIRL, BioFree) 를 이용하여 21일간 배양하면서 초산발효를 진행하여 식초 를 제조하였다.

pH 및 총산 함량

초산발효 기간에 시료의 pH 및 산도를 측정하였다. pH

측정은 pH meter(420 Benchtop, Orion Research Inc.)로 총 3회 측정하였다. 총산 함량은 초산 발효액 1 mL를 취하 여 0.1% phenolphthalein을 지시약으로 하여 0.1 N NaOH 로 적정한 후 acetic acid(%)로 환산하여 나타내었다.

유기산 및 유리당 분석

유기산과 유리당 분석을 위해 식초 시료 5 mL를 취하여 filter paper로 여과한 후 0.45 μm membrane filter로 다시 여과하여 HPLC-DAD(Agilent 1260 infinity, Agilent, San- ta Clara, CA, USA)로 분석하였다. Analytical column은 Sodex RSpak KC-811(300 mm×8.0 mm, Showa Denko America, Inc., New York, NY, USA)을 사용하였고, 3 mM perchloric acid 수용액을 이동상으로 하여 80°C에서 35분 간 분석하였다. 이동상의 속도는 0.7 mL/min, 시료 주입량 은 10 μL로 하였으며 Diode Array Detector로 440 nm에서 검출하였다. 총 7종의 유기산(phosphoric acid, citric acid, tartaric acid, malic acid, succinic acid, lactic acid, ace- tic acid) 표준물질을 시료와 동일한 조건에서 분석하여 머 무름 시간을 비교해 확인했으며, 각각의 검량곡선으로부터 그 함량을 산출하였다.

유리당은 HPLC-RI(Ultimate 3000, Thermo Scientific, Waltham, MA, USA)로 분석하였다. Analytical column은 Sugar-pak(300 mm×6.5 mm, Waters, Milford, MA, USA) 을 사용하였고, water를 이동상으로 하여 70°C에서 35분간 분석하였다. 이동상의 속도는 0.5 mL/min, 시료 주입량은 10 μL로 하였다.

유리아미노산 분석

식초 시료 10 mL에 25 mg sulfosalicylic acid를 첨가하 여 4°C에서 4시간 동안 방치시킨 후 원심 분리하여 단백질 을 제거하고, 상등액을 0.45 μm membrane filter(HVLP 04700, Millipore, Darmstadt, Germany)로 여과하여 얻은 여액은 아미노산 자동분석기(Ultimate 3000, Thermo Sci- entific)를 이용하여 분석하였다. Column은 VDSpher 100 C18-E(4.6 mm×150 mm, 3.5 μm, VDS Optilab, Berlin, Germany)를 사용하였고, column oven의 온도는 40°C, 이 동상의 유속은 분당 2.0 mL로 형광검출기(ex. 340 nm, em.

450 nm, Agilent)로 분석하였다. 이동상은 40 mM NaH₂PO₄ (pH 7.8, solvent A)와 water : acetonitrile : methanol(10:

45:45, solvent B)을 이용하여 linear gradient로 1~43.3%

solvent A를 18.11분 동안, 100% solvent B를 22.3분간, 100% solvent A를 26.0분 동안 주입하면서 분석하였다.

색도 측정

시료를 원심분리기를 이용하여 4,500 rpm에서 15분간 원심 분리한 후 상등액을 취해 실험에 이용하였다. 색도는 색차계(CR-400, Konica Minolta, Osaka, Japan)를 이용하

여 명도(L), 적색도(a), 황색도(b)를 측정하여 Hunter’s col- or value로 나타내었다.

총 폴리페놀 함량 분석

시료 3 mL와 증류수 12 mL를 혼합하여 40°C에서 5분간 sonication 한 후, 3,000 rpm에서 10분간 원심 분리하여 상층액을 얻어 식초 추출물로 하였다. 식초 추출물 0.5 mL 에 Folin 시약 0.5 mL를 혼합한 뒤 3분간 실온에서 반응시 켰다. 3분이 경과하면 2% Na2CO3 1.5 mL를 첨가한 뒤 2시 간 동안 암소에서 반응시킨 후 760 nm에서 microplate reader(Infinite M200 Pro, Tecan Group Ltd., San Jose, CA, USA)를 이용해 흡광도를 측정하였다. 시료에 함유된 총 폴리페놀 함량은 gallic acid의 표준곡선(6.25~100 μg/

mL)을 이용해 시료 g당 gallic acid equivalent(GAE)로 나 타내었다.

총 플라보노이드 함량 분석

식초 추출물 1 mL를 취하여 2% aluminium chloride methanolic solution 1 mL를 첨가하여 15분간 실온에서 반응시킨 후 430 nm에서 microplate reader를 이용해 흡 광도를 측정하였다. 시료에 함유된 총 플라보노이드 함량은 quercetin의 표준곡선(6.25~100 μg/mL)을 통해 시료 g당 quercetin equivalent(QE)로 나타내었다.

총 안토시아닌 함량 분석

식초 1 mL에 0.1% formic acid를 함유한 메탄올 50 mL 를 넣어 20분간 sonication 하여 상층액을 따로 모았다. 이 추출 과정을 3회 반복하여 모은 상층액을 rotary evaporator (EYELA N-1200A, EYELA Co., Tokyo, Japan)를 이용하 여 40°C에서 농축한 후 추출용매를 이용하여 적절한 농도로 희석하였다. 시료 100 μL에 pH 1 완충용액 1,900 μL와 pH 4.5 완충용액 1,900 μL를 각각 첨가하여 vortexing 한 후, microplate reader를 이용하여 520 nm와 700 nm에서 흡 광도를 측정하였다. 아래 식에 의해 총 안토시아닌 함량을 계산하였다.

총 안토시아닌 함량

(mg/100 g) ＝A×449.2×DF×12×500 26,900×1 ×100

A: (OD520 nm－OD700 nm) of pH 1.0－(OD520 nm－OD700 nm) of pH 4.5

449.2: cyanidin-3-glucoside의 1 mol당 분자량 (g) DF: 희석배수=20

12: 총 부피

500: 시료 100 g당으로 환산하기 위해 12 mL 추출액의 시료 무게인 0.2 g으로 나눈 값

26,900: cyanidin-3-glucoside의 molar absorptivity

Table 1. Changes in pH, sugar and alcohol contents during alcohol fermentation of aronia juice Measurement Fermentation day Aronia juice (%)

10 25 50

pH

0 1 3 5 7

4.67±0.04^aE 4.25±0.06^aD 4.15±0.02^aC 3.94±0.02^aB 3.72±0.03^aA

4.70±0.07^aE 4.27±0.05^aD 4.18±0.06^aC 4.02±0.03^aB 3.85±0.02^bA

4.68±0.06^aE 4.35±0.05^abD 4.26±0.04^abC 4.18±0.05^bB 4.03±0.03^cA

Sugar content (°Brix)

0 1 3 5 7

16.0±0.04^aC 6.30±0.02^aB 5.40±0.00^aA 5.40±0.00^aA 5.40±0.00^aA

16.0±0.05^aD 7.60±0.04^bC 6.20±0.00^bB 6.20±0.00^bB 6.10±0.00^bA

16.0±0.05^aC 7.40±0.03^bB 7.30±0.00^cA 7.30±0.00^cA 7.20±0.00^cA

Alcohol content (%)

0 1 3 5 7

0.00±0.00^aA 6.80±0.01^aB 8.70±0.03^bC 9.10±0.03^cD 9.90±0.03^cE

0.00±0.00^aA 6.70±0.01^aB 8.50±0.02^bC 8.90±0.02^bD 9.40±0.03^bE

0.00±0.00^aA 6.40±0.01^aB 7.10±0.01^aC 7.90±0.02^aD 8.80±0.02^aE Data were the mean±SD of triplicate experiment.

Means with different small letters (a-c) within the same row are significantly different at P<0.05.

Means with different capital letters (A-E) within the same column are significantly different at P<0.05.

DPPH 라디칼에 대한 전자공여능 측정

아로니아 착즙액 함유 식초 추출물을 농도별로 희석하여 96-well plate에 100 μL를 넣고 0.2 mM DPPH 용액 100 μL를 첨가하여 37°C에서 30분간 반응시켰다. 반응이 끝난 혼합물의 흡광도를 515 nm에서 microplate reader로 측정 하였다. 시료의 DPPH 라디칼에 대한 전자공여능은 아래 식 에 측정된 흡광도 값을 대입하여 산출하였다.

전자공여능(%)＝

(

)

시료 무첨가구의 흡광도 ABTS 라디칼에 대한 전자공여능 측정

아로니아 착즙액 함유 식초 추출물을 농도별로 희석하여 96-well plate에 100 μL를 넣고 0.2 mM ABTS 용액 100 μL를 첨가하여 37°C에서 30분간 반응시켰다. 반응이 끝난 혼합물의 흡광도를 732 nm에서 microplate reader로 측정 하였다. 시료의 ABTS 라디칼에 대한 전자공여능은 아래 식 에 측정된 흡광도 값을 대입하여 산출하였다.

전자공여능(%)＝

(

)

시료 무첨가구의 흡광도

통계분석

모든 결과는 3회 반복 실험에 대한 평균(mean)±표준편 차(standard deviation)로 나타내었다. 실험 결과에 대한 통 계처리는 SPSS software package(Version 17.0, SPSS Inc., Chicago, IL, USA)를 이용하여 평균과 표준편차로 나 타내었고, 각 처리군 간의 유의성에 대한 검증은 ANOVA를 이용하여 유의성을 확인한 후, P<0.05 수준에서 Duncan’s multiple range test를 이용하여 분석하였다.

결과 및 고찰

아로니아 식초의 제조

본 연구에 사용된 아로니아 착즙액의 환원당 함량은 2.73 mg/mL, 산도는 0.66%, pH는 4.03으로 나타났다. 아로니아 의 총 안토시아닌 함량은 5,368 mg/kg이었으며, 개별 안토 시아닌으로는 cyanidin-3-glucoside, cyanidin-3-gal- actoside, cyanidin-3-arabinoside, cyanidin-3-xyloside 총 4가지를 확인하였고, 이들의 함량은 중량 kg당 각각 187.9, 3,677.1, 1,277.5, 226.1 mg으로 나타났다.

아로니아 식초 제조과정에서 알코올 발효과정 7일 동안 의 pH, 당도와 알코올 함량을 측정한 결과는 Table 1과 같 다. 알코올 발효 기간의 pH를 측정한 결과, 아로니아 착즙액 함량을 10, 25 및 50% 첨가하여 제조한 식초의 발효 초기의 pH는 각각 4.67, 4.70 및 4.68을 나타냈고 실험군별로 통계 적인 유의적인 차이는 없었다. 알코올 발효가 진행됨에 따라 아로니아 착즙액을 10, 25 및 50% 첨가한 모든 실험군에서 pH는 감소하여 발효 3일째에 4.15, 4.18 및 4.26까지 낮아 졌고, 알코올 발효가 종료된 발효 7일째의 pH는 각각 3.72, 3.85 및 4.03으로 초기 pH에 비해 현저히 감소하였다.

알코올 발효 시작 전의 초기 당도는 아로니아 착즙액을 10, 25 및 50% 첨가한 모든 실험군에서 설탕을 첨가하여 16.0°Brix가 되도록 보정하였다. 아로니아 착즙액 첨가량에 상관없이 발효가 시작되면서 당도는 급격하게 감소하여 발 효 1일째는 아로니아 착즙액을 10, 25 및 50% 첨가한 실험 군의 당도가 각각 6.30, 7.60 및 7.40°Brix로 급격히 낮아졌 다. 아로니아 착즙액을 10 및 25% 첨가하여 제조한 알코올 발효에서 발효 3일째의 당도는 각각 5.40 및 6.20°Brix였으 며, 알코올 발효 3일째 이후로는 당도의 감소가 거의 나타나

Fig. 1. Changes in pH and total acidity during acetic acid fermentation at 30°C for 21 days.

지 않았다. 아로니아 착즙액 50% 첨가군에서는 발효 2일째 부터 당도가 매우 완만히 감소하여 알코올 발효가 끝나는 7일째에는 7.20°Brix로 유지되었다. 알코올 발효가 종결된 7일째의 당도는 아로니아 착즙액 함량에 비례하여 5.40, 6.10 및 7.20°Brix로 나타났다.

알코올 발효 시작 전의 알코올 함량은 아로니아 착즙액을 증류수 대비하여 10, 25 및 50% 첨가한 실험군에서 모두 0%로 나타났다. 아로니아 착즙액 첨가량에 상관없이 발효 가 시작되어 알코올이 생성되면서 알코올 함량이 급격하게 증가하여 발효 1일째는 아로니아 착즙액을 10, 25 및 50%

첨가한 실험군의 알코올 함량이 각각 6.80, 6.70 및 6.40%

까지 증가하였다. 알코올 발효 기간에 알코올 함량은 꾸준히 증가하였는데, 아로니아 착즙액을 10% 첨가한 시료에서 9.90%로 가장 높았고 아로니아 착즙액을 50% 첨가한 시료 에서는 8.80%로 가장 낮게 나타나 아로니아 착즙액 첨가량 에 반비례함을 알 수 있었다. 효모의 발효가 진행됨에 따라 당 함량은 감소했지만 알코올 함량은 급격하게 증가함을 확 인하였다.

7일 동안의 1단계 알코올 발효가 끝난 후, 그 여액을 기질 로 2단계 초산발효를 진행하였다. 초산발효 과정 중의 알코 올 함량과 산도의 변화를 측정한 결과는 Fig. 1과 같다. 아로 니아 착즙액 함량이 10, 25 및 50%까지 증가함에 따라 초기 pH는 각각 4.86, 4.78 및 4.65로 나타났으며, 초산발효가 진행됨에 따라 pH가 점차로 감소하여 발효 15일째에서는 아로니아 착즙액 함량이 10, 25 및 50% 함유 식초의 pH가 각각 2.51, 3.62 및 4.41로 나타났다. 초산발효를 종료한 21일째에서는 아로니아 착즙액 함량이 10, 25 및 50% 함유 식초의 pH가 2.35, 3.64 및 4.36까지 감소하였다. 아로니아 착즙액 함량이 10%인 식초에서의 pH 감소가 더 빠르게 나 타났고, 아로니아 착즙액 함량이 50%인 식초에서는 pH가 감소하는 폭이 10% 및 25% 식초에 비해 낮았다.

아로니아 착즙액 함량이 10, 25 및 50%까지 증가함에 따라 초기 산도는 각각 0.24, 0.37 및 0.39%로 측정되었고, 초산발효가 진행됨에 따라 아로니아 착즙액을 함유한 식초

의 산도는 증가하였다. 초산발효 12일째까지는 산도의 증가 폭이 컸으나, 발효 12일 이후에는 산도의 증가폭이 완만하 게 나타났다. 초산발효를 종료한 21일째에서는 아로니아 착 즙에 함량이 10, 25 및 50% 함유 식초의 산도가 4.94, 4.12 및 2.31%까지 증가하였다. 아로니아 착즙액 함량이 10%인 식초에서의 산도의 증가가 더 빠르게 나타났고, 아로니아 착즙액 함량이 50%인 식초에서는 산도의 증가폭이 10% 및 25% 식초에 비해 낮았다. 아로니아에는 미생물의 성장을 억 제하는 항균물질을 포함하는 것으로 알려져 있으며(Liepiņa 등, 2013; Denev 등, 2019), 이러한 항균물질에 의해 아로 니아 착즙액 함량이 높을수록 초산균의 성장이 다소 억제되 어 산도의 증가폭이 낮았던 것으로 사료된다.

알코올 함량이 적정농도 이하나 이상에서는 정상적인 초 산발효가 진행되지 않으며, 특히 고농도의 기질이 존재할 때에는 알코올에 대한 내성의 약화로 초산균의 증식 및 발효 가 유도되지 않는다고 보고(Kang 등, 2011)되어 있어, 본 실험에서는 초산발효 전에 알코올 농도가 5%가 되도록 물 로 희석하여 초산발효를 진행하였다. 초산발효를 위한 적정 알코올 농도는 첨가하는 배, 매실, 참다래, 무화과 등의 부재 료에 따라 차이가 있는 것으로 알려져 있다(Kim 등, 1996;

Oh, 1992; Kim, 1999).

아로니아 식초의 유리당 함량

아로니아 식초의 유리당 함량을 측정한 결과는 Table 2 와 같다. 아로니아 착즙액을 첨가하여 알코올 발효와 초산발 효를 통해 제조한 식초에서 glucose, mannitol 및 sorbitol 총 3종의 유리당을 확인하였다. 아로니아 착즙액 10%를 포 함하는 식초의 총 유리당 함량은 8,146.9 mg/L였는데, 이중 sorbitol의 함량이 5,793.1 mg으로 가장 높았고 이어서 mannitol이 2,024.5 mg/L, glucose가 329.3 mg/L로 나타 났다. 아로니아 착즙액을 25% 및 50%까지 첨가하여 제조한 식초에서는 총 유리당이 각각 11,923.4 및 14,764.9 mg/L 까지 증가하여 아로니아 착즙액 함량이 높을수록 생성되는 유리당 함량도 높음을 확인하였다.

Table 2. Free sugar contents of vinegar prepared with different amount of aronia juice (mg/L)

Free sugars Aronia juice (%)

10 25 50

Glucose Mannitol

Sorbitol Total

329.3±17.4^a 2,024.5±72.2^a 5,793.1±145.6^a 8,146.9±187.3^a

472.5±23.1^b 2,955.6±84.1^b 8,495.3±238.6^b 11,923.4±296.2^b

582.1±24.5^c 3,314.0±94.2^c 10,868.8±259.4^c 14,764.9±285.7^c Data were the mean±SD of triplicate experiment.

Means with different small letters (a-c) within the same row are significantly different at P<0.05.

Table 3. Organic acid contents of vinegar prepared with different amount of aronia juice (mg/L)

Organic acids Aronia juice (%)

10 25 50

Acetic acid Malic acid Succinic acid

Citric acid Tartaric acid Phosphoric acid

Total

41,415.3±103.4^c 1,470.6±194.3^c 574.1±85.2^c 233.4±21.5^c 199.4±12.7^c 115.6±15.2^c 44,008.4±185.2^c

36,210.5±114.6^b 1,052.4±126.7^b 492.3±71.4^b 186.5±32.1^b 120.6±20.3^b 84.5±18.2^b 38,146.8±161.3^b

26,025.3±108.1^a 750.7±122.4^a 386.1±69.3^a 104.6±20.4^a 73.5±11.8^a 53.8±10.5^a 27,394.0±125.7^a Data were the mean±SD of triplicate experiment.

Means with different small letters (a-c) within the same row are significantly different at P<0.05.

식초의 감미에 영향을 주는 유리당 함량은 사용된 원료에 함유된 당의 함량 및 종류에 영향을 받으며, 일반적으로 glu- cose 함량이 가장 높고 fructose, sucrose, maltose 등을 포함하고 있는 것으로 알려져 있다(Jo 등, 2012). 시판 사과 식초에서는 fructose와 glucose 함량이 가장 높았고, 오이 식초에서는 glucose, fructose가 주요 유리당인 것으로 보 고(Hong 등, 2012)하여 식초에 함유된 부재료, 제조 방법, 산도에 따라 유리당 함량에 차이가 있는 것으로 확인되었다 (Jo 등, 2012).

아로니아 식초의 유기산 함량

아로니아 식초의 유기산 함량을 분석한 결과는 Table 3 과 같다. 아로니아 착즙액을 10, 25 및 50% 첨가하여 제조 한 식초에서는 총 6종의 유기산이 검출되었고, acetic, mal- ic, succinic, citric, tartaric, phosphoric acid 순으로 높게 나타났다. 아로니아 착즙액을 10, 25 및 50% 첨가하여 제조 한 식초의 총 유기산 함량은 식초 1 L당 각각 44,008.4, 38,146.8 및 27,394.0 mg으로 식초 제조 시 첨가했던 아로 니아 착즙액 함량이 증가함에 따라 총 유기산 함량은 감소함 을 확인하였다. 이는 아로니아는 항균작용(Lee 등, 2014;

Hwang과 Hwang, 2015)이 있어서 아로니아 착즙액을 10%

또는 25% 첨가하여 제조한 식초에 비해 착즙액을 50%까지 첨가한 경우에는 초산균의 활발한 성장을 방해받은 것으로 사료된다. 아로니아 착즙액의 첨가량과 관계없이 다른 유기 산에 비해 acetic acid가 26,025.3~41,415.3 mg/L로 가장 많이 검출되었고, phosphoric acid 함량이 53.8~115.6 mg/

L로 가장 적었다.

식초의 발효과정 중에 다양한 유기산이 생성되며, 이들은

식초의 신맛과 감칠맛에 영향을 준다. 식초의 유기산은 함유 된 곡물 및 부재료의 함량, 발효 방법 등에 따라 차이가 있는 것으로 알려져 있다(Shin과 Jeong, 2003). 특히, acetic acid는 식초의 초산발효 중에 초산균이 알코올을 발효 기질 로 하여 생성되며(Baek 등, 2014), 식초의 향기에 기여하는 등(Jeong과 Lee, 2000b), 식초의 발효 공정 관리 및 품질에 있어 중요한 지표이다(Moon 등, 1997).

아로니아 식초의 유리아미노산 함량

아로니아 식초의 유리아미노산을 분석한 결과는 Table 4와 같다. 아로니아 착즙액을 50% 첨가하여 제조한 식초에 서는 총 21종의 유리아미노산이 검출되었고, 총 아미노산 함량은 302.94 mg/L로 나타났다. 주요 아미노산은 alanine, valine, phenylalanine, arginine 및 tyrosine 등이었으며, 그 외에도 미량으로 histidine, taurine, tryptophan 등이 나 타났다. 아로니아 착즙액을 10% 및 25% 첨가하여 제조한 식초의 총 아미노산 함량은 각각 138.11 mg/L 및 231.60 mg/L로 식초 제조 시 첨가했던 아로니아 착즙액 함량이 감 소함에 따라 총 아미노산 함량도 감소함을 확인하였다. 아로 니아 착즙액 함량이 10% 및 25%인 식초에서는 aspartic acid, histidine, taurine, tryptophan 및 proline은 검출되 지 않았다.

식초에 함유된 유리아미노산은 부재료의 종류에 따라 아 미노산의 함량, 구성성분, 초산균의 종류, 발효 방법, 재료 배 합비 등에 차이가 있는 것으로 알려져 있다(Hong 등, 2012).

아로니아 식초의 색도

아로니아 추출액 첨가 식초의 색도 측정 결과는 Table

Table 4. Amino acid contents of vinegar prepared with different amount of aronia juice (mg/L)

Free amino acids Aronia juice (%)

10 25 50

Aspartic acid Glutamic acid Asparagine

Serine Glutamine

Histidine Glycine Threonine

Arginine Alanine Taurine GABA Tyrosine

Valine Methionine Tryptophan Phenylalanine

Isoleucine Leucine

Lysine Proline Total

ND 12.85±0.48^a 3.21±0.31^a 4.62±0.67^a 2.18±0.05^a

ND 5.93±0.57^a 15.42±0.76^a 16.76±0.37^a 14.29±0.83^a

ND ND 11.48±0.68^a 15.32±0.79^a

ND ND 12.82±0.65^a 4.91±0.08^a 12.41±0.19^a 3.91±0.04^a

ND 138.11±0.53^a

ND 19.42±0.54^b 8.29±0.65^b 5.19±0.86^a 4.91±0.31^b

ND 9.10±0.72^b 18.23±0.26^b 21.21±0.72^b 28.13±0.95^b

ND 3.29±0.21^a 18.82±0.73^b 21.48±0.92^b 1.49±0.04^a

ND 21.39±0.69^b 13.41±0.26^b 29.10±0.19^b 8.14±0.05^b

ND 231.60±0.59^b

4.10±0.12^a 20.18±0.64^b 9.57±0.75^b 9.20±0.54^b 5.12±0.25^b 2.12±0.06^a 9.92±0.09^b 20.29±0.14^b 25.85±0.42^c 30.16±0.15^c 0.21±0.03^a 7.88±0.61^a 23.39±0.93^c 29.01±0.82^c 4.29±0.21^b 0.76±0.02^a 28.08±0.84^c 14.87±0.19^b 37.35±0.62^c 10.75±0.18^c 3.84±0.05^a 302.94±0.94^c Data were the mean±SD of triplicate experiment.

Means with different small letters (a-c) within the same row are significantly different at P<0.05.

Table 5. Hunter’s color values of vinegar prepared with different amount of aronia juice

Color value Aronia juice (%)

10 25 50

L a b

53.91±4.81^c 2.19±0.14^a 1.91±0.03^c

46.21±4.29^b 3.75±0.37^b 1.84±0.05^b

39.88±2.84^a 5.40±0.61^c 1.75±0.02^a Data were the mean±SD of triplicate experiment.

Means with different small letters (a-c) within the same row are significantly different at P<0.05.

5와 같다. 식초의 밝은 정도를 나타내는 L값은 아로니아 착 즙액 첨가량이 증가함에 따라 감소하는 경향을 보였는데, 아로니아 착즙액을 10% 첨가한 식초에서는 53.91로 가장 높게 나타났고 아로니아 착즙액을 50% 첨가한 식초에서는 39.88로 가장 낮은 값을 보였다(P<0.05). 아로니아 착즙액 에 함유된 색소 물질로 인하여 첨가량이 증가할수록 명도가 감소한 것으로 사료된다. 적색도를 나타내는 a값은 아로니 아 착즙액을 10% 첨가한 식초에서 2.19로 가장 낮은 값을 나타냈다. 아로니아 착즙액 첨가량이 25%에서 50%로 증가 함에 따라 a값도 3.75에서 5.40으로 증가하여 아로니아 착 즙액 함량에 비례하여 적색도가 증가함을 확인하였다. 이는 아로니아에는 자줏빛을 나타내는 안토시아닌 색소에 의한 것으로 식초의 발효가 진행됨에 따라 pH는 낮아지고 초산 함량이 증가함에 의해 안토시아닌 색소가 안정화되었기 때 문으로 사료된다(Wahyuningsih 등, 2017). Mo 등(2013)

도 오미자 추출물의 함량이 증가함에 따라 식초의 적색도가 증가하였다고 보고하고 있어 본 연구와 유사한 결과를 나타 냈다. 아로니아나 오미자와 같이 안토시아닌이 함유된 부재 료를 pH가 낮은 식품 제조에 활용하면 산성 pH가 안토시아 닌을 안정화해 천연색을 유지함으로써 인공색소를 첨가하 지 않고도 독특한 빛깔을 유지할 수 있을 것으로 사료된다.

황색도를 나타내는 b값은 아로니아 착즙액을 10% 첨가하여 제조한 식초에서 1.91로 가장 높았고, 아로니아 착즙액 첨가 량이 증가함에 따라 다소 감소하는 경향을 나타냈다.

총 폴리페놀, 총 플라보노이드 및 총 안토시아닌 함량 분석 아로니아 추출액 첨가 식초의 총 폴리페놀, 총 플라보노 이드 및 총 안토시아닌 함량 분석 결과는 Table 6과 같다.

아로니아 착즙액의 첨가량에 비례하여 식초에 함유된 총 폴 리페놀 함량이 증가하였다. 즉, 아로니아 착즙액을 10, 25 및 50% 첨가한 식초에서 총 폴리페놀 함량은 각각 192.27, 281.12 및 369.91 mg GAE/g으로 이는 아로니아 착즙액을 25%와 50% 첨가한 식초가 착즙액 함량이 10%인 식초에 비해 총 폴리페놀 함량이 각각 1.4배 및 1.9배까지 증가하였 다. 총 플라보노이드 함량도 아로니아 착즙액의 첨가량에 비례하여 식초에 함유된 총 플라보노이드 함량이 증가함을 확인하였다. 즉, 아로니아 착즙액을 10, 25 및 50% 첨가하 여 제조한 식초에서 총 플라보노이드 함량은 각각 94.67, 122.05 및 172.12 mg QE/g으로 나타났다. 아로니아 함유 식초의 총 안토시아닌 함량은 중량 100 g당 cyanidin-3-

Fig. 2. DPPH and ABTS radical scavenging activity of vinegar prepared with different amount of aronia juice. Bars with differ- ent letters (a-c) are significantly different at P<0.05 by Duncan’s multiple range test.

Table 6. Total polyphenol, flavonoid, and anthocyanin contents of vinegar prepared with different amount of aronia juice Aronia juice (%)

10 25 50

Total polyphenols (mg GAE¹⁾/g) Total flavonoids (mg QE²⁾/g) Total anthocyanins (mg C3G³⁾/100 g)

192.27±5.11^a 94.67±3.19^a 6.19±0.03^a

281.12±3.94^b 122.05±5.72^b 10.49±0.06^b

369.91±4.05^c 172.12±6.85^c 14.82±0.07^c

1)GAE: gallic acid equivalent.

2)QE: quercetin equivalent.

3)C3G: cyanidin-3-glucoside equivalent.

Data were the mean±SD of triplicate experiment.

Means with different small letters (a-c) within the same row are significantly different at P<0.05.

glucoside를 기준으로 아로니아 착즙액을 10, 25 및 50%

첨가한 식초에서 각각 6.19, 10.49 및 14.82 mg cyani- din-3-glucoside/g으로 나타났다.

아로니아 추출물에는 chlorogenic acid, vanillic acid, rutin hydrate와 같은 폴리페놀 화합물과 cyanidin-3-O- galactoside, cyanidin-3-O-glucoside, cyanidin-3-O- arabinoside, cyanidin-3-O-xylose 등과 같은 안토시아닌 화합물을 함유하고 있다(Lee 등, 2014; Hwang과 Yeom, 2019). 식초 제조를 위해 첨가한 아로니아 착즙액 함량에 비례하여 총 폴리페놀, 총 플라보노이드 및 총 안토시아닌 함량이 증가하는 것으로 사료된다.

항산화 활성 측정

아로니아 착즙액을 첨가하여 제조한 식초의 항산화 활성 을 DPPH 및 ABTS 라디칼 소거능으로 측정하였고 그 결과 는 Fig. 2에 나타내었다. DPPH 라디칼 소거 활성은 아로니 아 착즙액을 10% 첨가하여 제조한 식초에서 36.42%로 나 타났고, 아로니아 착즙액을 25% 및 50%까지 첨가한 식초에 서는 각각 48.29% 및 68.01%로 증가하였다.

ABTS 라디칼 소거 활성도 아로니아 착즙액 첨가량이 증 가함에 따라 높게 나타났으며, DPPH 라디칼 소거 활성과 비슷한 양상을 보였다. 아로니아 착즙액을 10%와 25%로 첨가하여 제조한 식초에서는 각각 31.42%와 42.81%의 ABTS 라디칼 억제 활성을 나타냈다. 아로니아 착즙액 함량

이 50%인 식초에서는 65.10%의 ABTS 라디칼 소거 활성을 보여 아로니아 착즙액의 첨가량에 비례하여 ABTS 라디칼 소거 활성이 증가함을 확인하였다.

아로니아 식초의 항산화 활성은 아로니아 착즙액 함량에 비례하여 증가하였고, 이는 아로니아에 함유된 항산화 물질 인 총 폴리페놀, 총 플라보노이드 및 총 안토시아닌에 기인 한 것으로 사료된다. 아로니아에 함유된 각종 생리활성 물질 들은 산화반응과 암세포의 전이를 억제하고, 면역력을 증진 하고 시력개선에 효과가 있다(Kulling과 Rawel, 2008; Val- cheva-Kuzmanova 등, 2005; Sosnowska 등, 2016; Juri- kova 등, 2017). 최근 들어 식초에 홍삼, 복분자, 오미자, 사과 등 항산화 물질이 함유된 부재료를 첨가하여 건강 기능 성을 높이는 연구가 활발히 진행되고 있다. 오미자를 첨가하 여 제조한 식초에서도 DPPH 라디칼, 아질산염의 소거 활성 이 증가하였고, 복분자 착즙액을 첨가하여 제조한 식초에서 도 DPPH 라디칼 소거능과 환원력이 높아짐을 확인하였다 (Park 등, 2012; Mo 등, 2013). 특히 식초와 같이 낮은 pH 조건에서는 안토시아닌이 안정화되어 항산화 활성이 높아 지는 것으로 알려져 있어(Rice-Evans 등, 1996; Mo 등, 2013), 아로니아를 식초 제조에 활용하는 것은 매우 바람직 한 것으로 사료된다.

요 약

본 연구에서는 아로니아 착즙액을 증류수와 10, 25 및 50%

의 비율(w/w)로 혼합하여 식초를 제조하고 이화학적 품질 특성, 항산화 물질의 함량 및 항산화 활성을 측정하여 아로 니아 착즙액 첨가 식초의 최적 배합비를 선정하고 제품화 가능성을 탐색하였다. 알코올 발효 기간에 알코올 함량은 꾸준히 증가하여 알코올 발효가 종결된 7일째에는 8.80~

9.90%까지 증가하였는데, 알코올 함량은 아로니아 착즙액 을 10% 첨가한 시료에서 가장 높았고, 아로니아 착즙액을 50% 첨가한 시료에서 가장 낮게 나타났다. 알코올 발효 중 의 pH는 발효 초기에 비해 현저히 감소하여 알코올 발효가 종료된 시점에서는 3.72~4.03으로 나타났고, 아로니아 착 즙액 첨가량이 적을수록 pH의 감소폭이 크게 나타났다. 초 산발효 후의 pH는 아로니아 착즙액 함량이 10%인 식초에서 2.35로 가장 많이 감소하였고, 아로니아 착즙액 함량이 50%

인 식초에서는 4.36으로 감소폭이 다른 실험군에 비해 낮았 다. 초산발효를 종료한 21일째에서는 아로니아 착즙에 함량 이 10, 25 및 50% 함유 식초의 산도가 4.94, 4.12 및 2.31까 지 증가하였다. 아로니아 착즙액 함량이 10%인 식초에서 산도의 증가가 더 빠르게 나타났고, 아로니아 착즙액 함량이 50%인 식초에서는 산도의 증가폭이 10% 및 25% 식초에 비해 낮았다. 아로니아 식초의 주요 유리당은 sorbitol이었 고, 주요 유기산은 acetic acid, 주요 아미노산은 alanine, valine, phenylalanine, arginine 및 tyrosine 등이었다. 아 로니아 착즙액 첨가 식초의 색도는 아로니아 첨가량이 증가 할수록 L값과 b값이 감소하고 a값은 증가하였다. 총 폴리페 놀, 총 플라보노이드 및 총 안토시아닌 함량은 아로니아를 첨가하지 않고 제조한 식초에 비해 아로니아 착즙액 첨가량 이 증가할수록 높게 나타났다. 또한 DPPH와 ABTS 라디칼 소거능으로 측정한 항산화 활성도 아로니아 분말 함량이 증 가할수록 높게 나타났다. 이상의 결과로 볼 때 아로니아 착 즙액을 첨가하여 제조한 식초의 제품화 가능성은 긍정적이 라 사료된다.

감사의 글

본 연구는 한국연구재단 기본연구지원사업(과제번호 2019 R1F1A1058764)의 지원에 의해 이루어진 것이며, 그 지원 에 감사드립니다.

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