상이한 재료로 제조된 자연발효식초의 품질특성 비교
박 연 옥 송원대학교 식품영양학과
Quality Comparison of Natural Fermented Vinegars Manufactured with Different Raw Materials
Yeon-Ok Park
Department of Food and Nutrition, Songwon University
ABSTRACT This study was performed to evaluate the quality characteristics of four kinds of natural fermented vinegars manufactured with different raw materials (PBV, pear black rice vinegar; BRV, brown rice vinegar; CBV, curcuma root brown rice vinegar; SBV, sea grass brown rice vinegar), including pH, total acidity, color, contents of sugar, amino acids, total polyphenols, total flavonoids, polyphenolic compounds, and 2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl (DPPH) radical scavenging activity. The total acidity of vinegars was significantly different and ranged from 4.1∼5.1% (P<0.05).
L, a, and b values were the highest in BRV, PBV, and SBV, respectively. Among the four vinegars, essential amino acids were the highest in CBV in the order of valine, leucine, lysine, and threonine. Additionally, four kinds of natural fermented vinegars have many non-essential amino acids such as aspartic acid and glutamic acid. Aspartic acid content was highest in SBV while glutamic acid content was highest in CBV. The total polyphenol content was highest in CBV while total flavonoid content was highest in PBV. Polyphenolic compounds such as protocatechuic acid, caffeic acid, and coumaric acid were highest in SBV. DPPH radical scavenging activity (%) was the highest in CBV. These results show that CBV manufactured using two-stage fermentation would be desirable to prepare high-quality vinegars and functional foods.
Key words: brown rice, characteristic, curcuma root, functional food, two stages fermentation
Received 4 September 2017; Accepted 30 November 2017 Corresponding author: Yeon-Ok Park, Department of Food and Nutrition, Songwon University, Gwangju 61756, Korea
E-mail: [email protected], Phone: +82-62-360-5868
서 론
식초는 술과 함께 인류의 식생활에서 가장 오랜 역사를 갖 는 발효식품 중 하나로 예로부터 우리나라는 쌀로 빚은 탁주 나 그 밖의 재료를 사용하여 제조해 왔다(1). 최근 여러 가지 식초의 효능이 과학적으로 규명되면서 단순히 음식을 조리 할 때 산미를 내는 조미식초에서 다양한 음료용 식초로 식초 산업이 변화되고 있으며, 기능성 높은 자연발효식초 제품이 생산되면서 시장 규모가 확대되고 있다(2). 식초는 대표적인 알칼리성 식품으로 초산 이외에도 다양한 유기산류, 당류, 아미노산류, 폴리페놀 및 에스테르류를 함유하고 있어 독특 한 향과 맛으로 식욕을 자극하고(3,4), 식품의 보존효과와 동맥경화 및 고혈압 등 성인병 예방효과, 체지방 감소, 피로 회복 및 식품성분 내의 비타민 C 보호 작용, 체지방 감소, 면역기능 향상 등의 많은 생리활성이 보고되고 있다(5,6).
발효식초는 자연발효식초와 주정식초로 분류하고 자연발 효식초는 곡물식초와 과실식초로 분류된다. 현미, 백미 등을
원료로 한 곡물식초는 곡물술덧, 곡물 당화액, 알코올, 당류 등을 이용하여 초산발효과정을 거쳐 생산되며 이는 곡물 사 용량 4% 이상으로 규정되어 있다(7). 곡물식초에 주로 사용 되는 현미는 백미보다 소화율이 낮은 단점이 있으나 외피에 식이섬유, 식물성단백질, 지방질 등이 많이 함유되어 있고 인, 칼륨, 마그네슘, 나트륨, 철분 등의 무기질, 비타민 B, 비타민 E, 엽산 등의 비타민류 및 필수아미노산의 함량이 높다(8,9). 특히 현미의 γ-aminobutyric acid(GABA)는 비 단백태 아미노산으로 동물 중추신경계의 주된 억제성 신경 전달물질로 잘 알려져 있다. 또한, 뇌세포의 대사기능항진, 혈압강하 및 통증완화, prolactin 분비와 성장호르몬 분비조 절에도 관여하여 약리적으로 매우 관심이 높은 생리활성 물 질이며(10-12), 최근에는 이러한 현미를 활용한 다양한 가 공제품들이 개발되고 있다.
과즙을 이용한 과실식초의 제조방법은 주정을 희석하고 무기염 등을 혼합하여 초산 발효한 양조식초와 과즙을 30%
정도 첨가한 과실식초, 그리고 순수한 과실을 원료로 알코올 및 초산발효의 2단계 발효를 거쳐 생산되거나 병행복발효에 의해 생산되는 식초로 구분할 수 있다(1).
국내 식초 생산량은 조미식초 60%, 음료용 식초 40%를 차지하고 있다. 종류별 생산 비율은 주정식초 38.9%, 과실
Table 1. Formular of natural fermented vinegars manufactured with different raw materials
Contents PBV1) BRV CBV SBV Pear (kg)
Black rice (kg) Brown rice (kg) Curcuma root (g) Sea grass boiling water (L)2) Leaven (g) Malt (g)
Boiling water (L) Total (g)
4 4
－
－
－
－ 500 220 12 20,720
－
－ 4
－
－
－ 500 220 16 20,720
－
－ 4 200
－
－ 500 220 15.8 20,720
－
－ 4
－ 2
－ 500 220 14 20,720
1)PBV, pear black rice vinegar; BRV, brown rice vinegar; CBV, curcuma root brown rice vinegar; SBV, sea grass brown rice vinegar.
2)Sea grass boiling water; 2 kg of sea grass/10 L of water.
식초 32.5%, 곡물식초 21.4%, 희석식초 7.0%, 기타 6%로 나타났으나, 매년 현미식초와 과실식초 종류로 음료용 자연 발효식초의 소비가 증가하고 있는 추세이다(13,14). 최근 식생활의 다양화와 함께 품질이 우수하고 안전성이 확보된 양조식초에 대한 소비자의 요구가 크게 높아지고 있어 사과, 감, 배, 매실 등의 새로운 과일이나 채소 등을 이용하여 독특 한 풍미를 가진 발효식초를 개발하고자 하는 시도가 활발히 이루어지고 있다(15). 더욱이 건강에 대한 소비자의 인식이 날로 높아지면서 천연재료를 원료로 알코올 발효를 거친 술 덧을 재차 초산 발효하는 2단계 발효에 의해 제조된 제품들 이 다양하게 생산되고 있다(16).
현재까지 국내 식초에 대한 연구는 다양하게 진행되고 있 다. 발효 현미식초의 발효방법 및 원료 함량에 따른 품질 변화(14), 효모 종류 및 발효 방식에 따른 현미식초의 유기 산과 휘발성분 특성(17), 교반 및 정치발효에 따른 사과식초 의 품질특성(18), 누룩첨가량 및 배양방법을 달리한 현미식 초의 품질특성(19), 정치배양 및 시판 현미식초의 품질특성 비교(20), 전통정치배양에 의한 농가형 현미식초의 품질특 성(21), 2단계 발효에 의한 고산도 사과식초의 품질특성 (22) 등 현미식초와 사과식초에 관한 성분분석이나 품질 변 화에 관한 연구가 많으며 발효균주나 발효방법에 따른 품질 특성이나 휘발성분 분석 등 다양해지고 있다. 그러나 전통적 인 발효방법을 이용하면서 다양한 천연소재를 이용한 기능 성 자연발효식초에 대한 이화학적 특성이나 생리활성에 대 한 자료는 부족한 실정이다.
본 연구에서는 전통적인 식초제조 방법인 2단계 발효법 을 이용하여 현미, 울금, 해초, 배, 흑미 등 상이한 재료로 자연발효식초를 개발하였으며, 개발한 각 식초의 이화학적 특성과 항산화 활성을 비교 분석하여 발효식초의 품질향상 을 위한 식초연구의 기초자료를 제공하고자 한다.
재료 및 방법
실험재료
상이한 재료를 이용한 4종의 자연발효식초의 제조를 위 해 현미(Nonghyup, Jangheung, Korea), 미역(Nonghyup, Wando, Korea)과 다시마(Nonghyup, Wando, Korea), 배 (Nonghyup, Naju, Korea), 흑미(Nonghyup, Jangheung, Korea)는 마트에서 구입하여 사용하였고, 울금은 직접 재배 하였으며 누룩은 통밀 100%를 이용하여 조곡으로 만들어 사용하였다. 엿기름은 쌀보리를 이용하여 직접 제조하여 사 용하였다. 배는 한국에서 재배되는 주품종인 신고(Pyus pyrifolia Nakai cv. ‘Niitaka’)를 이용하였으며, 4종의 자연 발효식초는 Table 1과 같은 조성으로 제조하였다. 항산화 실험에 쓰인 2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl(DPPH), gal- lic acid, Folin-Ciocalteu’s reagent, catechin 등은 Sigma- Aldrich Co.(St. Louis, MO, USA)에서 구입하였다.
식초의 제조
상이한 재료를 이용한 4종의 자연발효식초는 Park과 Jeong (23)의 전통적인 식초제조 방법을 이용하였으며 그 과정은 Fig. 1과 같다. 과정을 요약하면 1단계는 고두밥, 누룩, 엿기 름 등을 이용한 알코올발효 과정(실온 22~24°C)이고, 2단 계는 알코올발효 후 내용물을 걸러 맑은 액을 2~3개월 실온 (25~30°C)에 보관하며 공기 중의 초산에 의한 초산발효 과 정으로 이뤄졌다. 식초제조 과정은 많은 요리 전문가들이 시행하고 있는 전통방법에 대한 과학적 근거를 남기기 위해 식초 제조 시 발효를 촉진하기 위한 효모나 산도를 올리기 위한 보산(산도 4~6% 정도의 자연식초를 첨가하여 초산발 효용 술의 산도를 초기에 조정해 주는 방법) 등은 없었으며 일체 자연발효과정으로 진행하였다. 또한, 여러 자연발효식 초 중 들어가는 재료가 비슷하면서 특정재료의 첨가에 의해 그 효과가 어떻게 차이가 나는지를 비교하고자 현미와 흑미 를 구별하였으며 곡류식초와 과실식초를 비교 분석하였다.
현미식초는 현미를 깨끗이 씻어 24시간 불린 후 고두밥을 지어 차게 식혔다. 고두밥, 누룩, 엿기름, 탕수를 넣어 잘 섞은 후 깨끗이 씻어 소독한 항아리에 담아 면포로 입구를 막고 고무줄로 잘 묶어 뚜껑을 덮고 이불을 씌워 일정한 온 도(실온 22~24°C)를 유지하도록 온도 변화가 가장 적은 곳 에 두어 알코올발효(7일)를 시켰다. 알코올발효가 끝나면 남 은 찌꺼기를 분리하여 알코올 함량을 6%로 희석한 현미주 를 항아리에 담고 면포로 입구를 막아 초산발효(80일, 30°C 내외)를 시켰다. 울금현미식초는 현미식초 재료에 울금 200 g을 추가하여 같은 과정으로 알코올발효(7일), 초산발효(80 일, 30°C 내외)를 시켰다. 해초현미식초는 해초 삶은 물(미 역과 다시마 각 1 kg, 물 10 L) 2 L와 탕수 14 L를 넣어 알코올발효(7일)를 시키고, 알코올발효가 끝나면 해초현미 주를 걸러 초산발효(80일, 30°C 내외)를 시켰다. 해초현미 식초는 여러 차례 반복 제조 후 맛과 색, 향, 영양 등을 고려 하여 해초탕수와 탕수의 비율을 1:7의 비율로 조정하였다.
배흑미식초는 흑미를 깨끗이 씻어 24시간 이상 불린 후 고
Fig. 1. Natural fermented vinegars manufactured with different raw materials of production process.
두밥을 지어 차게 식혔다. 배는 잘게 다져놓고 식힌 고두밥 과 다진 배, 누룩, 엿기름, 탕수를 한데 섞어 잘 버무려 항아 리에 담아 따뜻한 곳에서 알코올발효(7일, 22~24°C)를 시 켰다. 알코올발효가 끝나면 면보에 걸러 찌꺼기를 분리했고 맑은 주액을 표면이 넓은 용기에 넣어 초산발효(80일, 30°C 내외)를 시켰다.
식초는 2~3일 간격으로 저어주는 교반배양을 하였다. 공 기 중에 있는 초산균이 식초 표면에 엷은 막을 형성하는데, 이것을 흔들어 주는 것은 초산의 침투를 용이하게 하고 발효 를 촉진하기 위해서이다. 식초를 안치고 약 2개월 후 산도 측정을 통해 예정산도에 가까워져 발효가 거의 종료되면 초 막을 떨어뜨리고 발효 온도를 낮춰 숙성에 들어갔다. 숙성 시에는 온도를 낮추고 새로운 초막을 펼치는 것을 막기 위해 윗면을 매일 1~2회 교반하면서 2~3개월 숙성･저장하여 앙 금을 가라앉힌 후 여과하여 입구가 좁은 병에 식초를 가득 담아 공기층을 최소화하여 뚜껑을 밀봉하였다. 저장은 햇볕 이 들지 않는 어두운 곳에 넣어 실온에 보관하며 분석시료로 사용하였다.
pH, 당도, 총산도, 색도 측정
pH는 pH meter(Orion 3 star, Thermoelectron Co., Beverly, MA, USA)를 사용하였고, 당도는 굴절당도계(GMK- 703AC, G-Won. Co., Seoul, Korea)를 사용하였다. 총산 도는 식초 약 10 mL를 100 mL 정용 플라스크에 넣고 증류 수를 가하여 100 mL로 정용 및 혼합하였다. 혼합액 20 mL 를 삼각플라스크에 취한 후 1% 페놀프탈레인 시액을 지시 약으로 하여 서서히 교반시켰다. 0.1 N NaOH로 중화적정하 여 분홍빛으로 발색하는 점까지 적정하였으며 그 소비 mL 양을 초산 함량(%)으로 환산하여 총산도를 측정하였다. 색 도는 색차계(CM-3600d, Konica Minolta, Osaka, Japan)
를 이용하여 L(명도), a(적색도) 및 b(황색도) 값을 측정하였 으며 증류수(L=100, a=0.00, b=0.00)를 대조구로 하였다.
유리아미노산 함량 측정
시료의 유리아미노산 분석은 Jeong 등(24)의 방법을 이 용하여 분석하였다. 시료 10 mL와 에탄올 30 mL를 혼합하 고 실온에서 24시간 방치한 후 원심분리(8,000 rpm, 15 min) 하여 단백질을 제거하였다. 상등액을 농축하고 lithium citrate loading buffer(pH 2.2) 10 mL로 용해한 후 0.45 μm membrane filter로 여과하여 amino acid analyzer(L- 8800, Hitachi Co., Tokyo, Japan)로 분석하였다.
총 폴리페놀 함량 측정
시료의 총 폴리페놀 함량 측정은 Singleton과 Rossi(25) 의 방법을 이용하였으며, 시료용액은 원액 0.2 mL에 증류수 1.8 mL를 시험관에 취하고 여기에 Folin-Ciocalteu’s re- agent 0.2 mL를 가한 후 혼합하여 실온에 방치한 다음, 7%
Na2CO3 2 mL를 가하여 혼합한다. 그 후에 실온 및 암조건에 서 1시간 방치한 다음 원심분리 하여 상등액만을 취하여 750 nm에서 UV spectrophotometer(SpectraMax M2e, Molecular Devices, Orleans, CA, USA)로 흡광도를 측정 하여 정량하였다. 정량을 위한 검량선은 gallic acid 1 mg을 70% 메탄올 1 mL에 용해시켜 20, 30, 40, 50 μg/mL가 되도 록 조제한 후 시료용액과 같은 방법으로 처리하여 750 nm 에서 흡광도를 측정하여 작성하였다. 시료의 총 페놀 함량은 100 mL 중의 mg gallic acid equivalents(GAE)로 나타내 었다.
플라보노이드 함량 측정
시료의 총 플라보노이드 함량 측정은 Zhishen 등(26)의
Table 2. Comparison of physicochemical properties of natural fermented vinegars manufactured with different raw materials
Contents PBV BRV CBV SBV
pH
Total acidity (%) Sugar content (°Brix) Hunter’s color L1)
a b
3.3±0.02) 5.1±0.1a3) 6.8±0.1b 72.1±2.3d 9.0±0.8a 2.2±0.5c
3.4±0.0 4.2±0.0c 5.3±0.0d 78.6±2.4a 0.3±0.1c 0.5±0.3d
3.3±0.0 4.1±0.0c 6.3±0.0c 77.1±1.1b 0.9±0.0b 3.3±0.3b
3.4±0.0 4.7±0.1b 7.1±0.0a 75.6±1.3c 0.8±0.0b 4.0±0.5a
1)L: degree of lightness, a: degree of redness, b: degree of yellowness.
2)Mean±SD. 3)Different letters in the same row are significantly different (P<0.05) by Duncan’s multiple range test.
방법을 이용하였으며, 시료용액 원액 0.5 mL에 증류수 2 mL를 첨가하고 5% NaNO2 0.15 mL를 첨가하여 5분간 반 응하고, 10% NaOH 1 mL를 첨가하여 1분간 반응한 후 1 N NaOH 1 mL를 첨가하여 510 nm에서 흡광도를 측정하였 다. 정량을 위한 검량선은 catechin 1 mg을 70% 메탄올 1 mL에 용해시켜 20, 40, 60, 100 μg/mL가 되도록 조제한 후 시료용액과 같은 방법으로 처리하여 510 nm에서 흡광도 를 측정하여 작성하였다. 시료의 총 플라보노이드 함량은 100 mL 중의 mg catechin equivalents(CE)로 나타내었다.
폴리페놀 화합물 분석
본 실험에서는 식초의 폴리페놀 화합물을 HPLC(JASCO HPLC 900series, JASCO, Osaka, Japan)를 통하여 분석하 고 정량하였다. Column은 YMC ODS-AM(250 mm×4.6 mm, I.D. 5 μm)을 사용하였고, 이동상은 A(0.1% acetic acid in water), B(0.1% acetic acid in ACN : water=75:25)로 A를 0 min-88%, 18 min-78%, 28 min-72%, 35 min-62%, 48 min-52%, 54 min-32%, 58 min-0%로 2분 정도 흘러 준 뒤에 다시 처음 상태로 복귀하였다. 이동상의 유속은 1.0 mL/min이었고, 시료주입량은 20 μL, column의 온도는 35
°C로 사용하였으며 285 nm에서 분석하였다. 표준물질 gal- lic acid(Sigma G7384), protocatechuic acid(LKT P6857), chlorogenic acid(Sigma C3878), vanillic acid(Sigma 94770), caffeic acid(TCI C0002), coumaric acid(Sigma C9008), rutin(TCI R0035), quercetin-d-glucoside(Sigma 17793), quercetin(Sigma Q4951)을 사용하여 정량하였다.
DPPH 라디칼 소거 활성 측정
시료의 항산화 활성은 DPPH 라디칼 소거 활성으로 측정 하였다. DPPH 라디칼 소거 활성은 Blois(27)의 방법을 약 간 변형하여 0.1 mM DPPH 용액 950 μL와 시료 50 μL를 혼합하고 실온에서 30분간 방치한 후 분광광도계(Optizen- Pop, Mecasys Co., Ltd., Daejeon, Korea)를 이용하여 517 nm에서 흡광도를 측정하였다. DPPH 라디칼 소거 활성 은 시료 첨가구와 비첨가구의 흡광도 차이를 아래와 같이 계산하여 백분율로 나타내었다.
DPPH radical
scavenging (%)＝
(
1－ 대조구의 흡광도시료의 흡광도)
×100통계처리
실험 결과의 통계분석은 SPSS 17.0(Statistical Package for Social Sciences, SPSS Inc., Chicago, IL, USA) soft- ware를 이용하여 통계처리 하였고, 결과를 평균±표준편차 로 나타내었다. 각 군 간의 유의성은 ANOVA를 이용하여 검증한 후 Duncan’s multiple range test로 변인 간의 차이 를 검증하였다. 모든 통계적인 유의성은 P<0.05 수준에서 검증하였다.
결과 및 고찰
pH, 당도, 총산도, 색도
상이한 재료를 이용한 4종의 자연발효식초의 pH와 총산 도, 당도 및 색도 등 이화학적 특성 분석 결과는 Table 2와 같다. pH는 3.3~3.4 범위로 일관된 경향을 보였고 총산도는 유의적으로 4.1~5.1%로 차이를 보였으며 그중 배흑미식초 의 산도가 가장 높았다(P<0.05). 4종의 식초 모두 전반적으 로 총산의 함량이 4.1~5.1%인 저산도 식초였다. 식초는 양 조과정 중 초산균의 작용으로 생성되는 초산이 주성분이며 발효 관리의 지침이 된다(28). 식초는 산도에 따라 4~5%의 저산도, 6~7%의 일반산도, 12~14%의 2배 산도 및 18~19
%의 3배 식초로 나눌 수 있는데, 저산도 식초는 산도가 낮고 신맛이 부드러워 음식 고유의 맛과 풍미를 살려주는 특징을 지니고 있고, 고산도 식초(적정산도 10% 이상)는 이미･개선 및 식초를 대량으로 사용하는 공장이나 요식업소에서 운송 비와 저장 공간 절감 등의 이점을 가지고 있어 많이 소비되 고 있다(29). 따라서 본 연구의 4종 식초는 가정이나 업소에 서 새콤한 음식을 만들 때 주로 사용하면 그 맛과 향을 증가 시키는 데 효과가 있을 것으로 생각된다.
2단계 발효를 이용한 3종 현미식초의 당도는 5.3~7.1
oBrix로 유의적인 차이를 보였으며(P<0.05), 특히 해초현미 식초는 갈조류인 미역과 다시마 속 알긴산, 푸코이단, 라미 나린, 만니톨 등 복합다당류 성분이 풍부하고 마른 다시마 표면의 흰 분말은 만니톨인데 이로 인해 단맛이 높아져 다른 식초보다 당도가 유의적으로 높게 나온 것으로 사료된다 (30). 그러나 본 연구의 4종 식초의 당도는 전반적으로 높지 않았다. 이는 Moon 등(28)의 보고에서 말한 식초 제조 시 원료의 당분은 발효과정 중 초산균의 작용으로 대부분 산으 로 변화되어 식초 중 당 함량은 미량이지만 식초의 감미와
Table 3. Comparison of amino acid contents (mg/100 mL) of natural fermented vinegars manufactured with different raw materials
Contents Amino acids PBV BRV CBV SBV
Essential amino acid
Threonine Valine Methionine Isoleucine Leucine Phenylalanine Lysine
13.9±0.0d1) 20.2±0.2d 1.9±0.1d 12.2±0.2d 20.5±0.1d 7.4±0.0c 14.2±0.1d
25.0±0.1c 30.6±0.1c 5.0±0.0c 20.3±0.0c 23.9±0.0c 11.0±0.0b 30.8±0.0c
34.0±0.1a 41.1±0.2a 6.0±0.1b 29.6±0.3a 40.5±0.1a 11.5±0.0b 39.2±0.1a
26.5±0.0b 32.0±0.1b 6.3±0.0a 22.9±0.2b 38.3±0.1b 15.3±0.0a 35.5±0.2b
Total 90.3d 146.6c 201.9a 176.8b
Nonessential amino acid
Aspartic acid Glutamic acid Proline Tyrosine Histidine Arginine
18.8±0.0c 95.0±0.0c 27.8±0.0c 7.3±0.3d 9.1±0.0c 2.2±0.0c
31.4±0.0b 116.2±0.1b 35.6±0.0a 13.9±0.0c 15.0±0.0b 6.2±0.1a
38.3±0.1a 128.1±0.5a 33.9±0.1b 19.7±0.0b 27.1±0.0a 1.1±0.0d
38.7±0.2a 112.4±0.4b 33.3±0.1b 22.3±0.1a 15.2±0.0b 3.9±0.0b
Total 160.2d 218.3c 248.2a 225.8b
Amino acid derivative
Glycine Alanine Serine
22.3±0.1c 46.8±0.3d 16.0±0.0d
32.8±0.1b 70.5±0.0b 20.0±0.0c
37.8±0.1a 99.3±0.4a 31.1±0.0a
31.9±0.1b 65.6±0.2c 26.1±0.0b
Total 85.1c 123.3b 168.2a 123.6b
Total 335.6d 488.2c 619.0a 526.2b
1)Mean±SD. Different letters in the same row are significantly different (P<0.05) by Duncan’s multiple range test.
산미 조화에 관여하기 때문으로 생각된다. 배흑미식초는 식 초 제조 시 설탕을 첨가하지는 않았지만 배를 일정량 첨가하 여 식초의 당도를 증가시킨 것으로 생각된다.
4종의 자연발효식초의 색도를 측정한 결과 명도 72.1~
78.6, 적색도 0.3~9.0 및 황색도 0.5~4.0으로 현미식초의 명도가 유의적으로 가장 높았으며, 적색도는 흑미의 안토시 아닌 색소의 영향으로 배흑미식초가 유의적으로 가장 높았 다(P<0.05). 황색도는 해초현미식초가 가장 높았고 현미식 초가 가장 낮았다(P<0.05). 특히 황색도는 미역이나 다시마 와 같은 갈조류 해초에 카로티노이드 색소인 β-카로틴과 푸코잔틴이 다량 함유되어 가열 중 생성되는 갈색물질의 영 향으로 황색도가 높아져 차이를 보이는 것으로 생각된다 (30). 또한, 이러한 결과는 Jo 등(31)의 시판 고산도 사과식 초의 색도측정 결과인 명도 90.41~99.01, 적색도 -2.21~
-0.78 및 황색도 7.71~28.46과 비교하면 명도는 더 낮고 적색도는 더 높고 황색도는 더 낮은 결과로 식재료에 따른 차이로 보인다. Jang 등(18)의 배양방법에 따른 결과와 비교 하면 명도는 교반배양(86.5)보다는 낮았고 정치배양법(76.1) 과는 전체적으로 유사한 명도를 보였으나 적색도(-6.8, -2.0) 는 더 높았으며, 황색도(12.8, 15.2)는 유의적인 차이를 보 이며 더 낮았다. 이와 같이 식초의 색은 발효방법이나 미생 물 배양방법 및 식재료에 따라 차이를 보이는 것으로 생각된 다.
유리아미노산 함량
상이한 재료를 이용한 4종의 자연발효식초의 아미노산 함량 분석 결과는 Table 3과 같다. 4종 식초의 총 유리아미
노산 함량은 울금현미식초 619.0 mg/100 mL로 가장 높은 결과를 보였으며 해초현미식초(526.2 mg/100 mL), 현미식 초(488.2 mg/100 mL), 배흑미식초(335.6 mg/100 mL) 순 으로 나타났다. 식초의 아미노산은 원료에서 유래되는 것으 로 대체로 약 20여 종의 유리아미노산이 검출되는 것으로 보고되고 있으며, 그 종류에 따라 맛에 영향을 주는 것으로 알려져 있다. 본 연구 결과는 7종의 시판 발효식초의 원료에 따른 유리아미노산 함량 분석 결과(32)인 양조식초 521.05 mg/100 g, 무화과식초 358.89 mg/100 g, 감식초 353.02 mg/100 g, 쌀식초 122.31 mg/100 g, 매실식초 103.52 mg/
100 g, 사과식초 56.85 mg/100 g과 비교하면 울금현미식 초나 해초현미식초는 양조식초보다 많이 함유하였고 무화 과식초, 감식초는 같은 과실식초인 배흑미식초와 유사하였 다. 이러한 차이는 식초 원재료와 발효방법의 차이라고 생각 된다.
필수아미노산은 울금현미식초의 valine, leucine, lysine, threonine, isoleucine, phenylalanine 등의 순으로 유의적 으로 함량이 많았고 전반적으로 곡물식초가 과실식초인 배 흑미식초보다 더 많이 함유하였다. Phenylalanine은 해초 현미초의 함량이 가장 많았다(P<0.05). 이는 미역이나 다시 마가 대부분의 필수아미노산이 많아 단백가가 높은 편이며 유리아미노산 함량도 높아 나타난 결과로 생각된다(30).
비필수아미노산은 전체적으로 glutamic acid와 aspartic acid의 함량이 많았으며 glutamic acid는 유의적으로 울금 현미식초가 128.1 mg/100 mL로 가장 많았고 현미식초와 해초현미식초의 함량은 유사하였고 다음 순으로 배흑미식 초였다. Aspartic acid는 해초현미식초와 울금현미식초가
c c
a
b
a
c
b b
Fig. 2. Total polyphenol and total flavonoids contents of natural fermented vinegars manufactured with different raw materials.
Mean±SD. Different letters (a-c) above the bars are significantly different (P<0.05) by Duncan’s multiple range test.
유의적으로 많았으며 배흑미식초의 함량이 가장 적었다 (P<0.05). 그 외 아미노산은 전반적으로 울금현미식초가 많 이 함유하였고, 특히 alanine은 4종 모두 46.8~99.3 mg/
100 mL로 많이 함유하였음을 알 수 있었다.
현미식초는 현미에 많이 함유된 아미노산이 현미식초 제 조과정 중 용출되어 그 함량이 많고, 특히 glutamic acid나 proline 함량은 배보다 많아 유의적 차이를 보이는 것으로 판단된다(33). 본 연구에서 배를 기본으로 하여 제조한 배흑 미식초는 Jo 등(34)의 고산도 배식초 연구와 비교하면 배식 초 제조를 위한 초산발효 과정에서 필수아미노산 중 iso- leucine, 비필수아미노산 중 aspartic acid, glutamic acid 의 함량이 높아 식초의 주요 성분이라 보고한 결과와 유사하 였다. 이러한 결과는 Kim(35)의 우리 배 이야기에서 제시한 배의 주요 아미노산은 aspartic acid로 전체의 37%를 차지 하고 기타 글루탐산, 세린, 알라닌, 발린 등이 포함되었다고 한 자료와 같이 배나 사과 등 과일 속에 많이 함유한 아미노 산의 종류가 각각 과일을 이용하여 식초를 제조하는 과정에 서 용출되어 나온 결과라고 생각된다.
총 폴리페놀과 플라보노이드 함량
폴리페놀 화합물은 활성산소에 노출되어 손상되는 DNA 의 보호나 세포구성 단백질 및 효소를 보호하는 역할을 하여 항산화능에 크게 기여하는 물질이라고 보고된 바 있다(36).
과일이나 채소에서의 폴리페놀은 강하게 결합된 상태로 존 재하여 쉽게 흡수될 수 없는데, 알코올에서는 수용성 상태로 존재하여 생물학적 이용성이 증진되는 장점이 있고, 알코올 에서 유래된 제품 역시 폴리페놀 화합물로 인한 항산화 작용 을 기대할 수 있다(37). 총 페놀 및 플라보노이드 함량 분석 은 생체 중 지질, 단백질, 핵산의 산화를 방지할 수 있는 페놀 산, 단순페놀, 플라보노이드와 같은 관련 성분의 함량을 간 단하고 신속하게 측정하는 방법으로, 한국과 외국에서 과일, 채소 및 그 가공품의 건강 기능적 품질 성분을 검정하는 방 법으로 널리 이용되고 있다(38).
상이한 재료를 이용한 4종의 자연발효식초의 총 폴리페
놀 및 플라보노이드 함량 분석 결과는 Fig. 2와 같다. 총 폴리 페놀 함량은 유의적으로 울금현미식초가 54.7 mg GAE/
100 mL로 가장 많았으며 해초현미식초가 48.4 mg GAE/
100 mL로 다음 순이었다. 총 플라보노이드 함량은 배흑미 식초가 9.09 mg CE/100 mL로 가장 많았고 현미식초가 0.62 mg CE/100 mL로 현저하게 낮았다. 울금에는 뿌리, 줄기의 주성분으로 항산화와 세포보호 역할을 하는 curcu- min 이외에 demethoxycurcumin, bisdemethoxycurcu- min, cyclocurcumin, calebin 등이 존재하며, 식물성 ster- ols 및 정유 성분인 β-sitosterol, zingiberene, campes- terol, stigmasterol, α-phellandrene 등이 전체 4.2~5.5%
내외로 포함되어 있고, 이담효과를 내는 p-tolymethyl car- binol과 기타 지방유, 전분, 과당을 많이 함유하고 있어 나타 난 결과라고 보인다(39). 또한, 배에는 많은 연구에서 밝혀 진 chlorogenic acid, rutin, procyanidins, catechin, epi- catechin, arbutin(4-hydroxyphenyl-β-D-glucopyrano- side) 등 폴리페놀, 플라보노이드 등의 성분이 많이 함유되 어 있어 배흑미식초의 플라보노이드 함량이 높게 나온 것으 로 생각된다(40).
Chung 등(41)의 연구보고에서는 4종의 한국산 시판 천 연발효 쌀식초의 총 폴리페놀 함량은 20.0~85.1 mg GAE/
100 mL 수준으로 한 제품만 본 연구의 4종 식초보다 높고 나머지는 더 낮은 함량을 보였다. 또한, 중국산 3종류, 일본 산 3종류 시판 천연발효 쌀식초는 약 14.5~30.0 mg GAE/
100 mL로 본 연구의 4종 식초보다 낮아 차이를 보였는데, 이는 본 연구에서 흑미나 배, 현미, 울금, 해초 등의 재료를 더 추가한 차이라고 보인다. 과실식초 중 복분자 식초의 항 산화 활성을 연구한 Park 등(42)의 연구 보고에서는 복분자 식초의 총 폴리페놀 함량 38.01 mg/g이었고 플라보노이드 함량은 17.9 mg/g으로 본 연구의 4종 식초보다 총 폴리페놀 함량은 적었지만 플라보노이드 함량이 높은 것을 확인하였 다. 이러한 각 식초에서의 총 폴리페놀과 플라보노이드 함량 의 차이는 자연발효식초 제조 원료와 발효과정 중 성분 변화 로 인한 결과라고 생각된다.
Table 4. Comparison of polyphenolic compounds (mg/100 mL) of natural fermented vinegars manufactured with different raw materials
Contents Compound PBV BRV CBV SBV
Phenolic compounds
Gallic acid Protocatechuic acid Chlorogenic acid Vanillic acid Caffeic acid Coumaric acid
0.50±0.08b1) 0.43±0.12c 0.14±0.01d 0.28±0.02a 0.18±0.04c 0.14±0.06c
0.33±0.01d 1.00±0.36b 0.81±0.06a 0.05±0.00c 0.09±0.00d 0.28±0.01b
0.59±0.14a 1.03±0.26b 0.28±0.05c 0.08±0.01c 0.55±0.01b 0.36±0.04a
0.42±0.04c 1.39±0.48a 0.48±0.20b 0.11±0.02b 0.80±0.05a 0.38±0.00a Flavonoids Rutin
Quercetin-d-glucoside Quercetin
1.47±0.13b 0.42±0.22a 0.05±0.00
1.98±0.32a NDc ND
0.44±0.05d NDc ND
1.08±0.04c 0.04±0.00b
ND
1)Mean±SD. Different letters in the same row are significantly different (P<0.05) by Duncan’s multiple range test.
a
b b
c
Fig. 3. DPPH radical scavenging activity (%) of natural fer- mented vinegars manufactured with different raw materials. Mean
±SD. Different letters (a-c) above the bars are significantly dif- ferent (P<0.05) by Duncan’s multiple range test.
폴리페놀 화합물 분석
폴리페놀이란 녹색식물이 광합성을 할 때 생성된 탄수화 물의 일부가 변화된 2차대사 화합물로 주로 식물체 내에서 색과 쓴맛, 떫은맛을 나타낸다. 폴리페놀은 단일성분을 칭하 는 것이 아니라 식물 내 존재하는 여러 페놀화합물을 총칭하 며, 한 가지 식물에 여러 가지 종류의 폴리페놀이 함유되어 있다. 폴리페놀이 인체 내에 들어오면 강력한 항산화제로 작용해 세포 DNA와 세포막의 산화를 억제한다. 활성산소에 의한 단백질, 지질의 손상, 혈관손상 등을 막고 생체 내 면역 기능을 강화하여 암세포의 증식을 억제하는 작용을 한다.
또한, 소화기관 내에서 콜레스테롤의 흡수를 억제하여 혈중 콜레스테롤의 농도를 감소시켜 동맥경화를 예방한다. 혈압 상승을 유도하는 효소의 활성을 저해하여 고혈압 예방에도 효과가 있다(43). 상이한 재료를 이용한 4종의 자연발효식 초의 폴리페놀 화합물 분석 결과는 Table 4와 같다. 해초현 미식초가 protocatechuic acid, caffeic acid, coumaric acid의 함량이 유의적으로 가장 많았고, 울금현미식초는 gallic acid, coumaric acid가 많았다. 현미식초는 chloro- genic acid, rutin, 배흑미식초는 vanillic acid, quercetin- d-glucoside의 함량이 가장 많았다. 이러한 식초마다 폴리 페놀 화합물의 함량이 다르게 나오는 것은 각 재료가 가지고 있는 기능성 성분 함량의 차이 때문으로 각 재료 속에 많이 함유된 성분에 따라 그 함량도 차이를 보이는 것으로 생각된 다. 또한, 천연물에서 얻어지는 항산화성 물질은 주로 폴리페 놀 및 플라보노이드 화합물로서, 특히 caffeic acid, chloro- genic acid, gentisic acid 등이 강한 항산화 효과가 있는 것으로 알려져 본 연구에서 검증된 폴리페놀 화합물과 일치 하였다. 따라서 폴리페놀 성분이 다량 함유된 자연발효식초 를 조미 혹은 음료로 지속해서 섭취하면 인체 내 강력한 항 산화제로 작용해 만성퇴행성질환을 예방하는 데 도움이 될 것이라 판단된다(43).
DPPH 라디칼 소거 활성
DPPH는 아스코르브산 및 토코페롤, polyhydroxy 방향 족화합물, 방향족 아민류에 의해 전자나 수소를 받아 불가역 적으로 안정한 분자를 형성하여 환원됨에 따라 짙은 자색이
탈색되는 원리를 이용하여 다양한 천연소재로부터 항산화 물질을 탐색하기 위해 많이 이용되고 있다(44). 4종 자연발 효식초의 DPPH 라디칼 소거 활성을 분석한 결과는 Fig. 3 과 같다. 4종 식초의 DPPH 라디칼 소거 활성은 총 폴리페놀 함량과 비례하여 울금현미식초의 소거 활성이 76%로 유의 적으로 가장 높았으며 배흑미식초, 해초현미식초, 현미식초 순이었다(P<0.05). 즉 각 식초에 함유한 총 폴리페놀 함량 에 따라 DPPH 라디칼 소거 활성이 차이를 보였다. 또한, Jo 등(31)의 연구 결과에서는 총산도 4~5%의 저산도 사과식 초가 고산도 식초보다 총 폴리페놀 및 플라보노이드 함량도 높게 나와 DPPH(57.67%) 라디칼 소거 활성이 우수한 결과 와 유사하였다. Sakanaka와 Ishihara(45)는 시판 식초에 대 한 DPPH 라디칼 소거 활성에서 감식초 및 현미식초의 경우 사과 및 쌀식초에 비해 비교적 높은 활성을 지니고, 이들이 유리라디칼, 특히 과산화라디칼의 소거제로 작용하여 지질 산화의 연쇄반응을 종결시킨다고 보고하였다. 그리고 Hong 등(46)의 복분자를 이용한 식초의 DPPH(65%) 라디칼 소거 능보다 4종 식초의 라디칼 소거 활성이 전체적으로 높은 것 으로 확인되어 본 연구의 식초가 다른 자연발효식초보다 기 능성이 우수한 식초임을 알 수 있었다. Kim과 Park(47)은 식초의 항산화 활성에 관여하는 주요 물질은 폴리페놀 및 플라보노이드 성분이고 그 양에 비례해서 항산화 활성이 높
게 나온다고 보고하였는데, 본 연구 결과 역시 저산도 식초 이면서 총 폴리페놀 및 플라보노이드 화합물 함량이 많은 화합물이 강한 항산화 활성을 가지고 있다는 기존의 사실과 일치하였다. 천연물에서 얻어지는 항산화성 물질은 주로 폴 리페놀 및 플라보노이드 화합물로서, 특히 caffeic acid, chlorogenic acid, gentisic acid 등이 강한 항산화 효과가 있는 것으로 알려져 있다. 따라서 본 연구의 4종 식초 내 항산화 물질의 함량에 따라 유리라디칼 소거 활성이 차이를 보이는 것으로 판단된다.
결론적으로 상이한 재료를 사용하여 2단계 발효를 실시 한 4종의 자연발효식초 중 울금현미식초의 이화학적 특성이 가장 우수하게 나왔으며 저산도 식초로서 필수아미노산과 비필수아미노산의 함량이 높아 영양적으로 우수하였다. 또 한, 총 폴리페놀 및 플라보노이드 성분과 함량이 높아 DPPH 라디칼 소거능과 같은 항산화 활성도 우수하여 조미용뿐 아 니라 음료용 식초산업으로 폭넓게 개발하여 시장의 규모를 확대한다면 국민건강 향상을 위한 기능성 발효식초로서 활 용도가 높아지고 우리 농산물의 가공산업 발전에도 기여할 것으로 생각된다.
요 약
본 연구는 상이한 재료를 이용한 4종의 자연발효식초를 2단 계 발효법으로 제조하여 각 식초의 이화학적 품질특성과 항 산화 활성을 비교하여 기능성 발효식초의 품질향상을 위한 기초자료를 제공하고자 실시하였다. 각 식초의 pH, 총산도, 당도, 색도, 아미노산 함량, 총 폴리페놀 및 플라보노이드 함량, 폴리페놀 성분, DPPH 라디칼 소거능 등을 분석하였 다. 3종의 현미식초는 pH 3.3~3.4, 총산도 4.1~5.1%로 유 의적으로 차이를 보였으며 전체적으로 저산도 식초였다. 당 도는 해초현미식초가 유의적으로 가장 높았으며(P<0.05), 현미식초의 명도가 가장 높았고 적색도는 배흑미식초, 황색 도는 해초현미식초가 높아 식초 제조 시 첨가한 재료에 따라 유의적인 차이(P<0.05)를 보였다. 필수아미노산 함량은 울 금현미식초의 valine, leucine, lysine, threonine 등이 유의 적인 차이를 보이며 가장 많았고 전반적으로 현미식초가 배 흑미식초보다 더 많이 함유하였다. 비필수아미노산은 전체 적으로 aspartic acid와 glutamic acid의 함량이 많았으며, aspartic acid는 해초현미식초가 38.7 mg/100 mL로 유의 적으로 가장 많았고 glutamic acid는 울금현미식초가 128.1 mg/100 mL로 가장 많았다(P<0.05). 총 폴리페놀 함량은 유의적으로 울금현미식초가 54.7 mg GAE/100 mL로 가장 많았으며 해초현미식초가 48.4 mg GAE/100 mL로 다음 순이었다. 총 플라보노이드 함량은 배흑미식초가 9.09 mg CE/100 mL로 가장 많았고 현미식초가 0.62 mg CE/100 mL로 현저하게 낮았다. 폴리페놀 성분은 해초현미식초의 protocatechuic acid, caffeic acid, coumaric acid 등이 유 의적으로 가장 많았고 재료에 따라 성분의 함량은 차이를
보였다. DPPH 라디칼 소거 활성은 총 폴리페놀 함량과 비례 하여 울금현미식초의 소거 활성이 76%로 유의적으로 가장 높았으며 배흑미식초, 해초현미식초, 현미식초 순이었다(P<
0.05). 즉 각 식초에 함유한 총 폴리페놀 함량에 따라 DPPH 라디칼 소거 활성이 차이를 보였다. 결론적으로 상이한 재료 를 이용하고 전통적인 2단계 발효법으로 제조한 4종의 자연 발효식초 모두 품질특성이 우수하지만, 특히 울금현미식초 는 저산도 식초로서 아미노산 함량도 풍부하고 총 폴리페놀 및 플라보노이드 성분과 함량이 많아서 DPPH 라디칼 소거 활성 등 항산화 활성이 우수하여 조미용뿐만 아니라 음료용 으로 폭넓게 산업화로 개발한다면 국민건강 향상을 위한 새 로운 기능성 식초로서 활용도가 높을 것으로 생각된다.
감사의 글
본 논문은 2017년도 송원대학교 학술연구비(과제번호:
B201702) 지원에 의하여 수행되었으며, 이에 감사드립니다.
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