사과와인과 농축 사과와인의 제조 및 이들의 품질 특성 가동순

사과와인과 농축 사과와인의 제조 및 이들의 품질 특성

가동순¹․전현일¹․오현화¹․조승화²․정도연²․김영수¹․송근섭¹

1전북대학교 식품공학과

2(재)발효미생물산업진흥원

Production of Apple Wine and Concentrated Apple Wine Using Apple Juice and Its Quality Characteristics

Dong-Sun Ga¹, Hyun-Il Jun¹, HyeonHwa Oh¹, Seung-Wha Jo², Do-Youn Jeong², Young-Soo Kim¹, and Geun-Seoup Song¹

1Department of Food Science and Technology, Chonbuk National University

2Microbial Institute for Fermentation Industry (MIFI)

ABSTRACT This study examined the effects of the heat condensation manufacturing characteristics of apple wine (AW) and concentrated apple wine (CAW). Of the eighteen strains of yeast provided by the Microbial Institute for Fermentation Industry, the strain of yeast (Saccharomyces cerevisiae SRCM 100522, showing the highest ethanol con- tent) was selected for the production of AWs and CAWs. The soluble solids, reducing sugar content, ethanol content, total phenolic content, and browning intensity (280 nm) of the CAWs were 11.33°Brix, 2.35 mg/mL, 12.70%, 1.63 mg/mL, and 1.52, respectively. These results showed that the CAWs were 2.63, 2.70, 1.99, 2.14, and 2.08 times higher than the AWs, respectively. The major organic acids of AW and CAW were citric acid, malic acid, and succinic acid. The EC50 values of the CAWs for 2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl radical scavenging activity and reducing power were 1.70 and 1.65 times higher than the AWs, respectively. These results suggest that CAWs using concentrated apple juice and S. cerevisiae SRCM 100522, may be useful as a premium apple wine with enhanced health functionality.

Key words: concentrated apple wine, total phenolic content, antioxidant activities, organic acid

Received 8 July 2019; Accepted 30 August 2019

Corresponding author: Geun-Seoup Song, Department of Food Sci- ence and Technology, Chonbuk National University, Jeonju, Jeonbuk 54896, Korea

E-mail: [email protected], Phone: +82-63-270-2568

Author information: Dong-Sun Ga (Graduate student), Hyun-Il Jun (Researcher), HyeonHwa Oh (Researcher), Young-Soo Kim (Pro- fessor), Geun-Seoup Song (Professor)

서 론

사과는(Malus pumila var. dulcissima) 장미과로 분류된 다년생 목본식물로 과실의 관능특성이 우수한 것으로 알려 져 있다(Yun 등, 2007). 국내에 처음 들어온 사과의 품종은 능금이었지만, 현재는 후지, 홍옥, 부사, 아오리 등의 품종이 주로 재배되고 있다(Choi와 Lee, 2005; Park 등, 2008).

사과는 수용성 고형분, 유기산, 비타민 등이 풍부할 뿐만 아 니라 탄수화물과 같은 유기물과 caffeic acid, quercetin, chlorogenic acid, phlorizin, epicatechin 등과 같은 생리 활성을 갖는 폴리페놀 화합물을 함유하고 있어 산화작용으 로 일어나는 동맥경화, 당뇨 및 고혈압을 비롯한 퇴행성 질 환 예방에 도움이 되는 것으로 알려져 있다(Hyson, 2011;

Hyun과 Jang, 2016; Kailnowska 등, 2014).

국내 사과 소비 형태는 생과 중심이지만 저장 및 유통과정 에 후숙, 연화, 호흡 등과 같은 내부적인 요인과 곰팡이, 해 충, 온도 및 조직손상 등과 같은 외부적인 요인에 의한 품질 저하로 상품성 유지가 어렵기 때문에 사과를 이용한 주스, 잼, 와인, 젤리 등과 같은 가공제품으로 활용되고 있다 (Whang과 Kim, 1999; Chung 등, 2005; Huh, 2010). 국내 와인 수입은 2012년 1억 달러에서 2017년에 32%가 증가 한 1억 3천 2백 달러인 상황에서 항산화능이 강화된 사과와 인은 시장성을 가지고 있다고 판단되어 산업적 제조를 위한 체계적인 연구가 필요하다(Park 등, 2016; Kwak 등, 2016).

기능성 와인 제조는 생리활성을 높이기 위한 발효, 가열, 건조 등의 다양한 방법을 사용하고 있다(Jun 등, 2014; Jang 등, 2015). 과즙의 가열 농축을 통해서 농축 전보다 수용성 고형분, 유기산 및 향기 등의 유용성분이 증가하기 때문에 농축한 사과즙은 항산화능이 강화된 고품질 사과와인 제조 에 적합한 원료이다(Inglis 등, 2006; Pigeau 등, 2007). 현 재 국내의 와인 제조에 관한 연구는 포도 품종을 이용한 연 구(Park 등, 2017), 동결 농축을 이용한 참외 와인 연구 (Hwang 등, 2015), 효모 종류에 따른 참다래 와인 연구(Oh 와 Lim, 2017), 동결 농축 사과주스를 이용한 와인 연구 (Choi 등, 2011) 등이 있지만 가열 농축을 이용한 항산화능

이 강화된 사과와인 제조에 관한 연구는 미흡한 실정이다.

따라서 본 연구는 대표적인 사과 품종인 후지를 이용한 기능 성 와인 제조의 기초자료로 활용하고자 사과 착즙액(apple juice, AJ)과 사과즙을 가열 농축한 사과 농축액(concen- trated apple juice, CAJ)을 대상으로 사과와인(apple wine, AW)과 농축 사과와인(concentrated apple wine, CAW)을 제조한 후에 이들의 이화학적 특성 및 항산화 활성을 비교 분석하였다.

재료 및 방법

실험재료 및 기기

본 연구에서 AJ는 장수드림협동조합에서 제조한 장수드 림 생사과즙(13.33°Brix, pH 4.6, total acidity 0.16%, 후 지)을 2018년도 10월에 구입하여 사용하였다.

본 연구에서 사용된 glucose, oxalic acid, citric acid, malic acid, succinic acid, lactic acid, formic acid, fuma- ric acid, gallic acid, ascorbic acid, 2,2-diphenyl-1-pic- rylhydrazyl(DPPH), 2,2’-azino(bis-3-ethylbenzothiazo- line-6-sulfonic acid)(ABTS)는 Sigma-Aldrich Co.(St.

Louis, MO, USA)에서, 균주 선발을 위한 배양 배지 조성 성 분인 PDA(potato dextrose agar), PDB(potato dextrose broth) 등은 Difco Co.(Sparks, MD, USA)에서 구입하였으 며, 그 밖의 시약들은 analytical 및 HPLC grade를 사용하 였다.

본 연구에 사용된 균주는 에탄올 생성능이 우수한 효모 (Saccharomyces cerevisiae) 18종(SRCM 100518, SRCM 100519, SRCM 100520, SRCM 100521, SRCM 100522, SRCM 100523, SRCM 100525, SRCM 100526, SRCM 100527, SRCM 100528, SRCM 100530, SRCM 100531, SRCM 100532, SRCM 100533, SRCM 100534, SRCM 100535, SRCM 100536, SRCM 100537)을 (재)발효미생 물산업진흥원(Microbial Institute for Fermentation In- dustry(MIFI), Sunchang, Korea)에서 분양받아 사용하였다.

본 연구에서 사용된 기기로는 배양물의 균체를 제거하기 위해 소형 원심분리기(CT15RE, Hitachi Koki Co., Ltd., Tokyo, Japan)와 대형 원심분리기(CR21, Hitachi Koki Co., Ltd.), 균주 배양을 위하여 정치 배양기(VS-1203PI, Vision Scientific Co., Ltd., Daejeon, Korea)와 진탕 배양 기(SI-300R, JEIO TECH Co., Ltd., Daejeon, Korea)를 사 용하였다. 또한 pH 측정은 pH meter(SevenMulti, Mettler Toledo GmBH, Giessen, Germany), 수용성 고형분 함량 측정은 당도계(PAL-1, Atago Co., Ltd., Tokyo, Japan), 에탄올 함량은 주정계(PET-109, Atago Co., Ltd.), 색도는 색도계(Chroma meter CR 400, KONICA MINOLTA, To- kyo, Japan), 흡광도는 분광광도계(UV-2550, Shimadzu Co., Kyoto, Japan), 유기산은 UV-VIS detecter(SPD-10A, Shi- madzu Co.)를 장착한 HPLC system(Shimadzu Co.)을 이

용하여 측정하였다.

우수 효모 선정

효모(S. cerevisiae)는 1단계(전 배양, pre-culture)로 PDB 50 mL에 효모 1 백금이를 접종하여 진탕배양(28°C, 150 rpm, 2일) 및 정치배양(28°C, 3일) 하였다. 2단계(본 배양, main culture)로 전 배양액 1 mL를 AJ 100 mL에 접종 한 후 진탕배양(28°C, 150 rpm, 2일) 및 정치배양(28°C, 3 일) 하였다. 우수 효모는 각 발효물의 에탄올 함량을 기준으 로 선정하였다.

사과 농축액 제조

CAJ는 AJ의 당도가 25°Brix가 되도록 교반 가열(80°C, 150 rpm, 3시간)하여 제조하였다.

사과와인 및 농축 사과와인 제조

AW 및 CAW는 선정된 효모 전 배양액으로 제조한 pellet 희석액 1 mL를 AJ 100 mL 및 CAJ 100 mL에 각각 첨가한 후에 진탕배양(28°C, 150 rpm, 2일) 및 정치배양(28°C, 8 일) 하여 제조하였다. Pellet은 파장 600 nm에서 흡광도가 1.00(at 생균수 5.34 log CFU/mL)으로 조절한 전 배양액 (50 mL)을 원심분리(4°C, 3,000 rpm, 10분) 한 후에 0.1 M PBS buffer(pH 7.4)를 첨가하여 수세한 후에 이를 원심 분리(4°C, 3,000 rpm, 10분) 하여 buffer를 제거하였다. 또 한 pellet 희석액은 원심분리 한 pellet에 AJ(50 mL) 및 CAJ (50 mL)를 재첨가한 용액이다. 한편 AW 및 CAW의 발효 특성은 원 시료를, 항산화 활성은 원심분리(4°C, 13,000 rpm, 10분) 하여 얻은 상등액을 분석시료로 사용하였다.

이화학적 특성

pH는 pH meter를 사용하여 측정하였으며, 총산도는 시 료 1 mL에 0.1 N NaOH를 첨가하여 pH 8.3에 도달할 때까 지 소모된 양을 acetic acid 함량으로 산출하였다. 당도는 당 도계로 측정하였고, 에탄올은 시료 50 mL를 수증기로 증류 하여 얻은 증류액 50 mL를 주정계를 이용하여 측정하였다.

색도는 시료를 일정량 취해 색도계를 이용하여 Y=85.6, x=

0.3172, y=0.3241인 표준 백색판(standard white plate)으 로 보정하여 사용하였고, Hunter값 L*, a* 및 b*값을 이용하 여 측정하였다. 총 페놀성 화합물 함량(total phenolic con- tent, TPC)은 ISO 14502-1(2005)의 방법을 이용하여 측 정하였다. 시료 1 mL에 10% Folin-Ciocalteu’s phenol reagent 5 mL를 첨가하여 3분간 반응시킨 후에 7.5%

Na2CO3 4 mL를 첨가하였다. 이 반응액을 암소에서 반응 (23°C, 1시간)시킨 후에 765 nm에서 흡광도를 측정하였으 며, 총 페놀성 화합물 함량은 gallic acid를 표준물질로 하여 시료 mL당 mg gallic acid로 나타내었다. 정량 분석에 사용 된 검량 회귀식은 Y=0.0101X+0.0234(R2=0.99)로 gallic acid 농도별 흡광도 값의 결과에서 산출하여 나타내었다.

갈변도는 DuBois 등(1956)의 방법을 변형하여 측정하였다.

시료를 석영 cell에 넣은 후에 분광광도계를 사용하여 280 nm와 420 nm에서 흡광도를 측정하였고 대조구로는 증류수 를 사용하였다.

HPLC를 이용한 유기산 및 에탄올 측정

유기산 및 에탄올은 Kim과 Song(2002)의 방법으로 측정 하였다. 분석을 위해 시료를 희석하여 Sep-pak C18 car- tridge(Waters, Milford, MA, USA)에 통과시킨 다음, 0.22 μm membrane filter(Futecs Co., Ltd.)로 여과하여 HPLC system으로 측정하였다. 분리된 유기산 및 에탄올의 각 peak는 동일조건에서 분석한 표준물질 mixture의 peak 면 적비율과 retention time을 비교하여 함량을 산출하였다.

HPLC system의 분석조건은 Aminex HPX87H Ion Exclu- sion column(300×7.8 mm, 9 μm, Bio-Rad Labs., Rich- mond, CA, USA), 이동상은 0.008 M H₂SO₄, 유속은 0.6 mL/min, column oven 온도는 35°C 및 검출 파장은 210 nm였다.

항산화 활성

DPPH radical assay는 Kano 등(2005)의 방법을 변형하 여 측정하였다. 시료 100 μL에 100 μM DPPH 용액 2 mL를 첨가하여 암소에서 20분간 반응시킨 후에 515 nm에서 흡광 도를 측정하였으며 대조구로는 ascorbic acid를 사용하였 다. DPPH 라디칼의 흡광도를 50% 감소시키는 데 필요한 시료의 희석배율(the half maximal effective concentra- tion, EC₅₀, dilution factor)은 다음의 식에 의하여 얻어진 결과에서 산출하여 나타내었다.

DPPH radical scavenging activity (%)＝

Absorbance_control－Absorbance_sample Absorbance_control ×100

ABTS radical assay는 Re 등(1999)의 방법을 이용하여 측정하였다. 시료 30 μL에 ABTS 라디칼 용액 3 mL를 첨가 하여 암소에서 6분간 반응시킨 후에 734 nm에서 흡광도를 측정하였으며, 대조구로는 ascorbic acid를 사용하였다.

ABTS 라디칼의 흡광도를 50% 감소시키는 데 필요한 시료 의 희석배율(EC50, dilution factor)은 다음의 식에 의하여 얻어진 결과에서 산출하여 나타내었다.

ABTS radical cation scavenging activity (%)＝

Absorbancecontrol－Absorbancesample

Absorbancecontrol ×100

Reducing power는 Oyaizu(1986)의 방법을 이용하였다.

시료 1 mL에 0.2 M phosphate buffer(pH 6.6) 2.5 mL와 1% K₃Fe(CN)₆ 2.5 mL를 첨가하여 50°C에서 20분간 반응 시켰다. 이 반응액에 10% trichloroacetic acid 2.5 mL를 첨가하여 원심분리(3,000 rpm, 10분) 한 후에 상등액을 취

하였다. 이 상등액 5 mL에 증류수 5 mL와 0.1% FeCl₃ 1 mL를 첨가하여 700 nm에서 흡광도를 측정하였으며, 대조 구로는 ascorbic acid를 사용하였다. Reducing power는 시 료액 첨가구와 무첨가구의 흡광도의 차이로 나타내었으며 반응액의 흡광도가 0.5가 되는 데 필요한 시료의 희석배율 (EC₅₀, dilution factor)은 얻어진 결과에서 산출하여 나타내 었다.

통계분석

각 실험은 3회 반복 실험하여 얻은 결과를 SPSS package program(Version 12.0K, SPSS Inc., Chicago, IL, USA) 을 이용하여 평균과 표준편차로 나타내었다. 각 시료 간의 유의성은 P<0.05 수준에서 one-way ANOVA로 분산분석 한 후에 Duncan’s multiple range test로 각 군 간의 유의성 은 P<0.05 수준에서 Student’s t-test로 비교하였다.

결과 및 고찰

우수 효모 선정

에탄올 발효에 우수한 효모를 선정하고자 AJ 및 CAJ에 효모 18종을 5일간 발효하여 분석한 이화학 특성에 관한 결과는 Table 1과 같다. AJ의 이화학적 특성(수용성 고형 분, pH, 총산도 및 에탄올)은 효모 무첨가구(control)가 각 각 12.35°Brix, 3.91, 0.14% 및 0.00%였으나 효모 첨가구 는 각각 8.05~10.05°Brix, 3.78~3.85, 0.14~0.29% 및 4.95~6.15%로 나타났다. 발효과정 중에 효모의 종류에 따 라서 차이가 있을지라도 수용성 고형분과 pH는 감소함에 따라 총산도와 에탄올 함량은 증가하는 것으로 나타났는데 이는 발효가 진행되면서 효모가 수용성 고형분과 환원당을 소모하여 에탄올을 생성하기 때문이다(Hwang 등, 2015;

Lee 등, 2017). 또한 와인의 이상발효 판단기준인 pH와 총 산도는 효모 첨가구가 control보다 pH에서 0.06~0.13가 감 소, 총산도에서 0.00~0.15%가 증가하는 등 그 변화가 미미 하여 이상발효가 발생하지 않은 것으로 판단된다(Park 등, 2004).

CAJ의 이화학적 특성은 효모 첨가구가 control보다 수용 성 고형분은 감소하고 에탄올 함량은 증가하여 AJ와 유사한 경향을 나타내었다. CAJ는 AJ보다 수용성 고형분 함량이 2.90~3.00°Brix, 에탄올 함량이 6.50~6.55% 높게 나타났 는데 이는 AJ보다 수용성 고형분이 2.04배가 높기 때문으로 판단된다(Kim 등, 2009). AJ와 CAJ의 에탄올 함량은 18종 의 효모 중에서 S. cerevisiae SRCM 100537이 각각 4.95%

와 11.45%로 가장 낮았으나 S. cerevisiae SRCM 100522 가 6.15%와 12.70%로 가장 높게 나타났다. 사과와인은 효 모가 혐기적 상태에서 사과에 함유된 수용성 고형분의 주성 분인 당류를 이용하여 에스테르, 저급 지방산, 에틸아세테이 트 등과 같은 향기 성분과 5.5~12%의 다양한 에탄올을 생 성하는 해당과정이다(Choi 등, 2012). 상업적으로 우수한

Table 1. Comparison of physicochemical properties in apple juice and concentrated apple juice on ethanol fermentation with various yeast

Component Saccharomyces cerevisiae

Physicochemical property

Soluble solids (°Brix) pH Total acidity (%) Ethanol content (%)

Apple juice

Control SRCM 100518 SRCM 100519 SRCM 100520 SRCM 100521 SRCM 100522 SRCM 100523 SRCM 100525 SRCM 100526 SRCM 100527 SRCM 100528 SRCM 100530 SRCM 100531 SRCM 100532 SRCM 100533 SRCM 100534 SRCM 100535 SRCM 100536 SRCM 100537

12.35±0.07^k1)2) 9.40±0.00ⁱ 8.25±0.07^bc 8.35±0.07^cde 8.55±0.07^fg 8.05±0.07^a 8.55±0.07^fg 8.30±0.00^cd 8.70±0.00^h 8.45±0.07^ef 10.05±0.07^j 8.45±0.07^ef 8.45±0.07^ef 8.65±0.07^gh 8.40±0.00^de 8.40±0.00^de 8.45±0.07^ef 8.45±0.07^ef 8.15±0.07^ab

3.91±0.01^e 3.81±0.00^abc 3.80±0.00^ab 3.81±0.01^abc 3.82±0.00^bcd 3.84±0.00^cd 3.81±0.01^abc 3.80±0.00^ab 3.81±0.00^abc 3.85±0.01^d 3.78±0.00^a 3.82±0.01^bcd 3.81±0.00^abc 3.81±0.01^abc 3.81±0.01^abc 3.82±0.02^bcd 3.82±0.01^bcd 3.81±0.04^abc 3.80±0.02^ab

0.14±0.02^a 0.26±0.02^de 0.20±0.02^bc 0.23±0.02^bcd 0.21±0.00^bcd 0.26±0.02^de 0.21±0.04^bcd 0.24±0.00^cde 0.29±0.02^e 0.14±0.02^a 0.18±0.00^ab 0.21±0.04^bcd 0.21±0.00^bcd 0.26±0.02^de 0.24±0.00^cde 0.20±0.02^bc 0.24±0.00^cde 0.23±0.02^bcd 0.26±0.02^de

0.00±0.00^a 5.05±0.07^bc 5.90±0.00^hi 5.85±0.07^gh 5.80±0.00^fgh 6.15±0.07^k 5.60±0.00^e 6.05±0.07^jk 5.75±0.07^fg 5.80±0.00^fgh 5.35±0.07^d 5.70±0.00^ef 5.70±0.00^ef 5.35±0.07^d 6.10±0.00^jk 5.10±0.00^c 6.00±0.00^ij 5.75±0.07^fg 4.95±0.07^b

Concentrated apple juice

Control SRCM 100518 SRCM 100519 SRCM 100520 SRCM 100521 SRCM 100522 SRCM 100523 SRCM 100525 SRCM 100526 SRCM 100527 SRCM 100528 SRCM 100530 SRCM 100531 SRCM 100532 SRCM 100533 SRCM 100534 SRCM 100535 SRCM 100536 SRCM 100537

25.20±0.28^d 12.20±0.28^b 11.10±0.28^a 11.05±0.49^a 11.50±0.14^a 11.25±0.49^a 11.20±0.14^a 11.20±0.28^a 11.50±0.28^a 11.30±0.28^a 12.95±0.21^c 11.30±0.28^a 11.20±0.28^a 11.60±0.14^ab 11.20±0.28^a 11.10±0.42^a 11.20±0.42^a 11.30±0.28^a 11.10±0.14^a

4.03±0.03^ab 4.09±0.04^cde 4.06±0.04^abc 4.11±0.01^de 4.09±0.01^cde 4.13±0.01^e 4.09±0.01^cde 4.07±0.01^bcd 4.11±0.01^de 4.10±0.01^cde 4.03±0.02^a 4.11±0.02^de 4.08±0.01^cd 4.08±0.00^cd 4.10±0.03^cde 4.11±0.01^de 4.09±0.01^cde 4.08±0.01^cd 4.07±0.01^bcd

0.31±0.02^a 0.74±0.03^ef 0.69±0.03^cde 0.70±0.04^cde 0.70±0.01^cde 0.74±0.01^ef 0.70±0.03^cde 0.71±0.01^cde 0.77±0.02^f 0.63±0.01^b 0.67±0.01^bc 0.69±0.04^cde 0.70±0.01^cde 0.73±0.01^ef 0.72±0.00^def 0.68±0.02^bcd 0.73±0.01^def 0.71±0.02^cde 0.74±0.02^ef

0.00±0.00^a 11.55±0.21^b 12.45±0.21^ef 12.45±0.07^ef 12.45±0.21^ef 12.70±0.14^f 12.15±0.07^d 12.65±0.21^f 12.10±0.14^cd 12.35±0.07^de 11.85±0.07^c 12.25±0.07^de 12.20±0.00^de 11.85±0.07^c 12.70±0.14^f 11.55±0.07^b 12.45±0.07^ef 12.25±0.07^de 11.45±0.07^b

1)Values are mean±SD (n=3).

2)Different letters (a-l) within a same column indicate a significant difference according to Duncan’s multiple range test (P<0.05).

효모는 당류를 활용하여 에탄올을 많이 생산하는 균주이기 에 과실주에서 에탄올 함량은 제품의 중요한 품질 특성이다 (Choi 등, 2013). 결과적으로 발효 소재로는 AJ보다 고형분 함량이 많은 CAJ가, 우수 효모로는 에탄올 생성능이 높은 S. cerevisiae SRCM 100522가 선정되었다.

이화학적 특성

AJ와 CAJ를 선정된 우수 효모(S. cerevisiae SRCM 100522)로 10일간 발효한 AW 및 CAW의 이화학적 특성 중 수용성 고형분, 환원당, pH, 총산도, 에탄올 함량 및 TPC 에 관한 결과는 Table 2와 같다. CAW는 발효 말기가 발효 초기보다 수용성 고형분이 14.87°Brix, 환원당이 254.36

mg/mL가 감소하였으나, 에탄올이 12.70%가 증가하여 에 탄올 발효 특성을 잘 반영하였다. 즉 이론적으로 효모는 glu- cose(몰질량 180 g/mol) 1분자를 소모하여 2개의 에탄올 (몰질량 46 g/mol)을 생성하므로 수용성 고형분(26.20°Brix) 의 97.98%에 해당하는 환원당(256.71 mg/mL)이 약 13.12

%의 에탄올을 생성한다고 산출되는데, 이는 CAW의 발효 초기 환원당의 99.1%를 소모하여 에탄올 12.70%를 생산했 다는 본 결과와 유사하였다. 한편 와인의 관능성과 기능성의 판단기준인 TPC는 발효 말기가 발효 초기보다 0.08 mg/

mL가 감소하였는데, 이는 발효 10일간의 진탕배양 중에서 TPC가 일부 산화되어 감소한 것으로 판단된다(Oh와 Lim, 2017). 반면에 pH와 총산도는 발효 말기가 발효 초기보다

Table 2. Comparison of physicochemical properties in apple wine and concentrated apple wine during fermentation Component Fermentation

time (day) Soluble solids

(°Brix) Reducing sugar

content (mg/mL) pH Total acidity

(%) Ethanol

content (%) TPC (mg/mL)

AW¹⁾ 0

10

13.33±0.06²⁾ 4.30±0.10^**

94.14±0.39 0.87±0.00^**

4.06±0.01 3.96±0.01^**

0.16±0.03^**

0.42±0.06

0.00±0.00^**

6.37±0.12

0.84±0.01 0.76±0.00^**

CAW 0

10

26.20±0.10 11.33±0.06^**

256.71±1.57 2.35±0.02^**

4.01±0.01^**

4.19±0.02

0.32±0.03^**

0.72±0.06

0.00±0.00^**

12.70±0.17

1.68±0.01 1.63±0.02^**

1)AW and CAW are an abbreviation for apple wine and concentrated apple wine.

2)Values are mean±SD (n=3).

Significant differences were compared with the control at ^*P<0.05 and ^**P<0.01 in the same column by Student’s t-test.

Table 3. Comparison of color and browning intensity in apple wine and concentrated apple wine during fermentation Component Fermentation

time (day)

Color²⁾ Browning intensity

L* a* b* 280 nm 420 nm

AW¹⁾ 0

10

21.65±0.01^**3) 22.06±0.06

−0.44±0.03^**

−0.09±0.02

4.44±0.01 2.56±0.03^**

0.93±0.00 0.73±0.00^**

0.01±0.00 0.01±0.00

CAW 0

10

21.20±0.01^**

21.39±0.01

0.26±0.03

−0.12±0.02^**

5.42±0.01^**

6.11±0.01

1.68±0.00 1.52±0.00^**

0.04±0.00 0.02±0.00^**

1)AW and CAW are an abbreviation for apple wine and concentrated apple wine.

2)L*, a*, and b* mean the degrees of lightness, redness, and yellowness, respectively.

3)Values are mean±SD (n=3).

Significant differences were compared with the control at ^*P<0.05 and ^**P<0.01 in the same column by Student’s t-test.

0.18과 0.40%가 증가하였으나 변화된 정도가 미비하였다.

발효 소재로 선정된 CAW의 비교군인 AW는 발효 말기에 pH 3.96, 총산도 0.42%, 에탄올 6.37%로 상업적 와인의 품질에 준하는 이화학적 특성을 나타내었다(Park 등, 2017;

Park 등, 2018). CAW는 발효 말기에 AW보다 수용성 고형 분이 2.63배, 환원당이 2.70배, 총산도가 1.71배, 에탄올이 1.99배, TPC가 2.14배가 증가하였는데 이는 AJ를 가열 농 축하여 수용성 고형분을 1.67배 증가시킨 CAJ를 발효소재 로 활용했기 때문으로 판단된다. 결과적으로 CAW는 보당 하지 않아도 에탄올 함량이 12% 이상의 고품질 사과와인의 제조 가능성을 확인하였다.

AJ 및 CAJ를 선정된 우수 효모(S. cerevisiae SRCM 100522)로 10일간 발효한 AW와 CAW의 이화학적 특성 중 색도 및 갈변도에 관한 결과는 Table 3과 같다. CAW의 L*(명도)과 b*(황색도)는 발효 말기가 발효 초기보다 0.19 와 0.69가 증가, a*(적색도)는 0.38이 감소하였으나 그 변화 는 미비하였고 AW에서도 색도의 변화는 유사한 경향이었 다. 반면에 CAW는 발효 말기에 AW보다 L*과 a*는 소폭 감소하였으나 b* 값이 2.39배 증가하여 반대되는 경향이었 다. 결과적으로 CAW의 b* 증가 현상은 효모에 의한 발효과 정보다는 AJ의 가열 농축과정 중 나타나는 변화로 판단된다.

CAW의 갈변도 변화는 280 nm에서는 발효 말기가 1.52 로 발효 초기보다 0.16이 감소하였으나 AW의 발효 말기보 다는 0.79가 증가한 값으로 가열 농축과정 중 갈변이 발생되 는 것으로 나타났다. 420 nm에서도 발효 말기가 0.02로 발 효 초기보다 0.02가 감소하였으나 AW의 발효 말기보다는 0.01이 증가하여 유사한 경향이었다. 한편 각 파장별 민감도 는 단백질, TPC, 유기산 등을 검출하는 280 nm(자외선 측

정 영역)가 환원당, 색소 등을 검출하는 420 nm(가시광선 측정 영역)보다 높게 나타났는데 이는 농축 블루베리식초의 갈변도에 관한 파장별 민감도와 유사한 경향이었다(Oh 등, 2017). 이는 교반 가열(80°C, 150 rpm, 3시간)하여 15°Brix 를 25°Brix까지 올리는 과정에서 AJ에 존재하는 당, 아미노 산, 유기산, 페놀성 화합물 등이 Maillard 반응, Carameli- zation 반응, 페놀성 화합물 자동산화반응 등과 같은 비효소 적 갈변반응으로 인하여 melanoidin(갈변물질 또는 갈색소) 으로 생성되는 것으로 알려져 있다(Jang, 2018).

HPLC를 이용한 유기산 및 에탄올 함량

AJ와 CAJ를 선정된 우수 효모(S. cerevisiae SRCM 100522)로 발효한 AW 및 CAW의 유기산 및 에탄올 함량에 관한 결과는 Table 4와 같다. AW와 CAW의 유기산은 ox- alic acid, citric acid, malic acid, succinic acid, lactic acid, formic acid, fumaric acid 등 7종이 검출되었으나 주된 유기산은 citric acid, malic acid, succinic acid 등 3종이며 발효과정 중에 그 외 유기산은 불검출되거나 40 mg% 미만의 소량만이 검출되었는데 이와 같은 결과는 사과 와인의 주요 유기산이 citric acid, malic acid, succinic acid라는 결과와 유사하였다(Bang 등, 2017). 과일과 과실 주에 함유된 다양한 유기산들은 식품의 기본적인 네 가지 맛 중에서 신맛 부여 및 색상 유지에 영향을 주는 등 과일과 과실주의 품질 특성에 영향을 주는 요인이다(Lee 등, 2004).

특히 citric acid 및 malic acid는 풍미를 결정하는 중요한 요인 중 하나로 사과와인에 부드러운 신맛을 부여해준다 (Hwang 등, 2015). 총 유기산 함량이 CAW에서는 발효 말 기가 발효 초기보다 1.31배가 감소했지만, AW에서는 발효

Fig. 1. Comparison of antioxidant activity of apple wine and con- centrated apple wine during fermentation. The vertical bars rep- resent mean±SD (n=3). EC50 value is expressed as the effective concentration at which antioxidant activity using DPPH radicals, ABTS radicals were scavenged by 50%; absorbance was 0.5 for reducing power. EC50 value of ascorbic acid is 0.08 mg/mL, 0.34 mg/mL, and 0.07 mg/mL for DPPH radical assay, ABTS radical assay, and reducing power, respectively. AW and CAW are an abbreviation for apple wine and concentrated apple wine. The symbol (**) indicates a significant difference compared with 0 day according to Student’s t-test (P<0.01).

Table 4. Comparison of organic acid and ethanol contents in apple wine and concentrated apple wine during fermentation

Component Fermentation time (day) AW¹⁾ CAW

Organic acid (mg%)

Oxalic acid 0

10

1.24±0.28^*2) 2.98±1.00

ND³⁾ ND

Citric acid 0

10

55.14±0.61^**

70.41±3.80

186.54±14.34 129.08±5.96^**

Malic acid 0

10

429.38±78.86 345.52±4.83

1,638.81±152.36 934.86±44.20^**

Succinic acid 0

10

26.07±5.64^**

153.89±1.03

101.11±16.69^**

352.09±41.22

Lactic acid 0

10

ND ND

ND 14.86±7.11

Formic acid 0

10

ND 5.20±0.38

ND 37.94±5.67

Fumaric acid 0

10

ND 0.41±0.00

ND 3.31±0.03 Total organic acids 0

10

511.83±85.27 578.41±10.00

1,927.00±181.97 1,472.69±92.20^*

Ethanol (%) 0

10

ND 4.88±0.03

ND 11.64±0.07

1)AW and CAW are an abbreviation for apple wine and concentrated apple wine.

2)Values are mean±SD (n=3).

3)ND is an abbreviation for not detected.

Significant differences were compared with the control at ^*P<0.05 and ^**P<0.01 in the same column by Student’s t-test.

과정 중에 유의적 차이가 없었다. CAW의 총 유기산의 함량 은 발효 말기에 1,472.69 mg%로 AW보다 2.55배가 높게 나타났는데 이는 CAW의 총산도가 AW보다 1.71배가 증가 하였다는 경향과 유사하였다. 이와 같은 결과는 사과를 동결 농축하여 발효시키면 수용성 고형분 함량의 증가로 인해 사 과와인의 유기산도 증가한다는 결과와도 유사하였다(Choi 등, 2012). 또한 CAW의 주요 유기산 함량은 총 유기산 함량 의 96.15%를 함유하고 있었으며 malic acid가 63.48%, succinic acid가 23.91%, citric acid가 8.76%의 순이었다.

주요 유기산 중에서 citric acid와 malic acid는 발효 말기가 발효 초기보다 1.45배와 1.75배가 감소하였으나 succinic acid는 발효과정 중에 3.48배 증가하여 다른 경향이었다.

CAW와 AW의 에탄올 함량은 발효 초기에는 불검출되었 으나 발효 말기에는 11.64%와 4.88%로 CAW가 AW보다 2.39배가 높게 나타나서 주정계로 측정한 에탄올 함량이 증 가하였다는 결과와 유사하였다. 효모가 환원당을 빠르게 에 탄올로 전환시키지 않으면 발효 초기에 이상발효가 발생하 므로 효모는 에탄올 생성능이 높아야 하며 과실주의 에탄올 농도는 함유된 환원당의 함량과 깊은 관련성이 있다는 결과 와 유사하였다(Lee 등, 2017).

항산화 활성

AJ와 CAJ를 선정된 우수 효모(S. cerevisiae SRCM 100522)로 10일간 발효한 사과와인(apple wine, AW) 및 농축 사과와인(concentrated apple wine, CAW)의 항산화

활성(DPPH radical scavenging activity, ABTS radical scavenging activity, reducing power)에 관한 결과는 Fig.

1과 같다. AW와 CAW 원액을 20배까지 희석하여 DPPH

라디칼 검정, ABTS 라디칼 검정 및 reducing power에 관 한 항산화 활성을 EC₅₀ 값으로 산출하였으며 이때 EC₅₀ 값 은 희석배율이 증가할수록 항산화 활성이 강함을 나타낸다.

CAW의 항산화 활성은 ABTS 라디칼 검정에서는 발효 말기 와 발효 초기가 유의적 차이를 보이지 않았으나 DPPH 라디 칼과 reducing power 검정에서는 발효 말기가 발효 초기보 다 희석배율이 1.04배와 1.38배가 감소하여 항산화 활성 물 질인 TPC의 변화와 유사하였다. 이는 효모 증식을 위한 진 탕 배양 과정 중 발생하는 산화작용으로 라디칼과 과산화물 을 제거하는 특성을 가진 TPC의 phenolic hydroxyl group 일부가 환원성이 감소하였기 때문이다(Kang 등, 2009).

발효 말기에 CAW의 항산화 활성은 DPPH 라디칼과 re- ducing power 검정에서는 AW보다 희석배율이 1.70배와 1.65배가 증가하여 TPC의 변화와 유사하였는데 이는 CAW 가 AW보다 TPC의 함량이 증가하여 항산화 활성이 강해진 것으로 판단된다. 이와 같은 결과는 사과에 함유되어 있는 TPC 함량이 증가할수록 항산화 활성도 강해졌다는 결과와 유사하였다(Yun 등, 2007). 반면에 AW는 발효과정 중에 ABTS 라디칼 검정에서 EC₅₀ 값이 산출되지 않아서 항산화 활성에 따라 다소 차이를 보였다. 결과적으로 CAW의 항산 화 활성은 발효과정 중에 일부의 항산화 활성이 감소할지라 도 가열 농축과정으로 인한 TPC의 증가로 항산화 활성이 증가하였기에 가열 농축과정은 사과와인의 기능성을 강화 시킬 수 있는 가공방법으로 판단된다.

요 약

본 연구에서는 다양한 생리활성을 가진 것으로 알려진 사과 의 식품산업적 이용률을 높이고자 사과와인(AW) 및 농축 사과와인(CAW)을 제조하였으며, 그에 따른 이화학적 특성 및 항산화 활성을 조사하였다. 18종의 효모 중에서 에탄올 발효에 적합한 효모(S. cerevisiae)로 에탄올 생성능이 가장 우수한 SRCM 100522를 선정하였으며 이를 이용하여 제조 한 AW와 CAW의 발효 말기의 이화학적 특성 및 항산화 활 성의 결과는 다음과 같다. AW의 이화학적 특성(수용성 고형 분, 환원당, 에탄올 함량, 총 페놀성 화합물 및 280 nm의 갈변도)은 각각 4.30°Brix, 0.87 mg/mL, 6.37%, 0.76 mg/

mL 및 0.73이었으며, CAW의 이화학적 특성은 AW보다 각 각 2.63, 2.70, 1.99, 2.14 및 2.08배가 증가하였다. AW와 CAW의 주요 유기산은 citric acid, malic acid 및 succinic acid였다. AW의 항산화 활성(DPPH 라디칼과 reducing power)의 EC₅₀ 값은 6.85와 8.84였으나, CAW의 항산화 활성은 AW보다 1.70배와 1.65배 증가하였다. 결과적으로 CAJ를 활용하여 제조한 CAW는 에탄올 함량 및 항산화 활 성이 증가하였기 때문에 고품질 건강기능성 와인으로써의 가능성이 있다고 판단된다.

감사의 글

본 논문은 농림축산식품부 지역 전략 식품산업 육성사업(과 제명: 동부권 고기능 토종발효미생물과 향토자원을 이용한 발효제품 개발 및 기능성 분석, MIFI 2018-1)의 연구비 지 원으로 이루어졌으며, 이에 감사드립니다.

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