막걸리 종초를 이용한 토마토 식초의 제조특성 및 기능성
이혜빈1․오현화1․전현일1․정도연2․송근섭1․김영수1
1전북대학교 식품공학과
2(재)발효미생물산업진흥원
Functional Properties of Tomato Vinegar Manufactured Using Makgeolli Seed Culture
Hye-Bin Lee1, Hyeon Hwa Oh1, Hyun-Il Jun1, Do Youn Jeong2, Geun-Seoup Song1, and Young-Soo Kim1
1Department of Food Science and Technology, Chonbuk National University
2Microbial Institute for Fermentation Industry (MIFI)
ABSTRACT Tomato vinegar was manufactured by mixing different ratios of tomato wine and Makgeolli seed culture (SC) produced using Acetobacter pasteurianus JAC002. The total acidity of tomato vinegar according to the ratio of SC increased by more than 4% after 20 days of fermentation. In addition, the acetic acid content of the 20 day fermented product increased with increasing amounts of SC (from 10.08 to 5,173.82 mg%). The lycopene content, which was higher in tomato vinegars (1.38∼1.79 mg/kg) than that of tomato wine (1.38 mg/kg), decreased with increasing amounts of SC. However, the total phenolic content increased with increasing amounts of SC (23.07 to 31.01 mg/100 mL), while the antioxidant activity (DPPH and ABTS･+ radical scavenging activity) showed a decreasing tendency. These results showed that the antioxidant activity was more influenced by lycopene content. The antimicrobial activity was highest when the SC content was 40% and was dependent on the total acidity. The anti-obesity effects of tomato vinegar (with different ratio of SC) based on lipid accumulation in 3T3-L1 adipocytes was assessed using Oil Red O staining, which revealed that lipid accumulation in 3T3-L1 adipocytes was inhibited by increasing amounts of SC. However, there was no significant difference in 3T3-L1 adipocytes of samples containing less than 20% SC had and the control. Taken together, these results suggest that tomato vinegar manufactured with SC may be useful as a functional food for enhancing health.
Key words: Makgeolli seed culture, tomato vinegar, antioxidant, antimicrobial, anti-obesity
Received 27 June 2018; Accepted 3 September 2018
Corresponding author: Young-Soo Kim, Department of Food Sci- ence and Technology, Chonbuk National University, Jeonju, Jeonbuk 54896, Korea
E-mail: [email protected], Phone: +82-63-270-2569
서 론
식초는 원료에 따라 곡물식초와 과실식초로 구분되며, 곡 물식초는 주로 동양에서, 과실식초는 주로 서양에서 발달되 어 왔다(1). 우리나라에서는 예로부터 전통주 및 막걸리를 이용하여 식초를 제조해왔으며, 최근에는 기능성 효과를 증 진시키기 위하여 미나리, 복분자 등의 기능성 원료를 이용한 식초 제조에 대한 연구도 보고되고 있다(2,3). 막걸리는 비 타민 B군 및 다양한 아미노산이 풍부하게 함유되어 있다고 알려져 있으며(4), 지질 개선 및 항암 효과 등이 보고된 바 있다(5,6). 이를 기능성 원료와 함께 이용하여 식초를 제조 한다면 막걸리의 기능성뿐만 아니라 함께 이용된 원료의 기
능성까지 보강된 제품이 생산될 것으로 기대된다. 하지만 현재 식초 제조는 단일 원료만을 사용하는 방식이기 때문에 여러 원료를 병합한 연구는 미비한 실정이다.
토마토(Lycopersicon esculentum Mill)는 남미 안데스 산맥이 원산지로 세계적으로 널리 재배되고 있으며(7), 우리 나라에서도 전국적으로 재배되고 있는 작물이다. 토마토에 는 칼륨 및 비타민 등이 풍부하다고 알려져 있으며, 특히 lycopene 등의 carotenoids 성분이 함유되어 있어 심혈관 질환 예방, 항암 등의 효능이 있다고 보고되고 있다(8). 그러 나 토마토는 수확 후에 품질 저하가 발생하기 때문에 토마토 의 이용성 및 저장성을 증대시키기 위해서는 다양한 가공제 품의 개발이 요구된다(9). 토마토를 이용하여 제조한 식초의 기능성에 관한 연구로 Seo 등(10)은 토마토 식초를 고지방 식이 mice 모델에게 섭취시켰을 때 지방축적 감소와 인슐린 저항 등의 항비만 효과를 보고하였다. 또한 Lee 등(11)은 토 마토 식초의 섭취가 중성지방뿐만 아니라 총 콜레스테롤 함 량을 감소시켜 항고지혈 효과를 나타냄을 확인하였다.
최근 식초에 대한 관심이 단순 조미료를 벗어나 건강기능 성 관련 영역으로 변화하면서 식초의 소비패턴도 변화 양상 을 보이고 있으며, 특히 고품질의 자연발효식초 소비가 증가 하는 추세이다(12). 그러나 대부분의 자연발효식초는 이전 발효초를 종초로 하여 첨가하는 방식으로 제조되기 때문에 (13), 기원이 알려지지 않은 초산균에 의해 발효되어 품질의 균일화 및 안전성을 확보하는 데 문제가 발생할 수 있다.
또한 현재까지 식초 제조에 미생물 원료로써 사용이 허가된 초산균은 Acetobacter pasteurianus로 이 균주는 곡류주 의 주 발효균으로 보고되었다(14,15). 따라서 발효특성이 우수하고 식품원료로 허가된 균주를 사용하여 종초를 제조 한다면 품질이 균일하고 안전성이 확보된 제품을 생산할 수 있을 것으로 기대된다.
본 연구팀은 앞선 연구를 통해 현미 식초에서 분리한 A. pasteurianus JAC002 균주가 막걸리 종초 제조 시 우수한 발효특성이 있는 것을 확인하여 초산발효 starter로서의 가 능성을 시사하였다(14). 따라서 본 연구에서는 A. pasteur- ianus JAC002 균주를 이용하여 막걸리 종초를 제조한 후 토마토 와인에 종초 첨가량을 달리하여 초산발효를 진행하 였을 때 제조된 토마토 식초의 이화학적 특성 및 항산화, 항균, 항비만 등의 기능성을 조사하였다.
재료 및 방법
실험재료 및 시약
막걸리 종초 제조에 이용한 막걸리는 쌀막걸리(Gurim, Sunchang, Korea)를 구입하여 사용하였으며, 제조특성 확 인을 위한 토마토는 찰토마토(Samdo Nonghyub, Gwang- ju, Korea)를 구입하여 사용하였다. 미생물 배양을 위한 배 지와 분석용 시약은 각각 Becton, Dickinson and Co.
(Franklin Lakes, NJ, USA)와 Sigma-Aldrich Co.(St.
Louis, MO, USA) 제품을 사용하였다. 또한 세포 실험용 시 약 및 배지는 Gibco BRL(Grand Island, NY, USA) 제품을 구입하여 사용하였으며, cell counting kit-8은 Dojindo Molecular Technologies, Inc.(Rockville, MD, USA)의 제 품을 구입하여 사용하였다. 이 밖의 시약들은 HPLC grade 를 사용하였다.
막걸리 종초 제조 및 토마토 와인 제조
막걸리 종초 제조를 위하여 막걸리를 원심분리(10,000×
g, 10분) 한 후에 상층액을 취해 80°C에서 30분간 열처리하 여 효모를 불활성화시켰다. A. pasteurianus JAC002 균주 는 GYE broth(1% yeast extract, 5% glucose, 6% etha- nol)에 접종하여 진탕배양(30°C, 120 rpm, 5일) 하였다. 배 양액의 균체는 막걸리 열처리액으로 현탁시켰고 열처리된 막걸리에 현탁액 1%(v/v)를 첨가하여 진탕배양(30°C, 120 rpm, 5일) 한 후 종초를 제조하였다.
생토마토는 믹서기(HHM-800, Hanil Electric, Seoul,
Korea)로 파쇄한 후 당도계(pal-1, Atago, Tokyo, Japan) 로 당도를 측정하였고, 최종 당도 25°Brix가 되도록 백설탕 (CJ, Incheon, Korea)을 첨가하여 heating plate에서 열교 반(70°C, 2시간)하여 혼합하였다. 효모 균주 Saccharomy- ces cerevisiae SRCM100523(MIFI, Sunchang, Korea)는 YPD broth에 접종하여 진탕배양(30°C, 120 rpm, 2일) 하 였고, 실온까지 식힌 토마토 보당액에 1%(v/v) 접종하여 진 탕배양(30°C, 120 rpm, 2일) 하였다. 동일 온도에서 5일간 정치배양 하여 토마토 와인을 제조하였다.
막걸리 종초 첨가량에 따른 토마토 식초 제조
제조된 토마토 와인은 Seo와 Lee(16)의 방법을 참고하여 열처리(80°C, 20분)를 통해 효모를 제어하였다. 이를 상온 에서 식힌 후 막걸리 종초를 각각 0~40 mL씩 첨가하여 총 부피가 100 mL가 되도록 조절하였다. 진탕배양(30°C, 120 rpm) 하면서 5일 간격으로 샘플링을 하였고 모든 종초 첨가 구에서 총산도가 4% 이상 증가했을 때 발효를 종결하였다.
세포를 이용한 항비만 활성 평가를 위해 발효 20일 차 토마 토 식초를 회수하여 원심분리(10,000×g, 4°C, 10분) 한 다 음 동결 건조하여 사용하였다.
제조된 토마토 식초의 품질특성 측정
pH는 pH meter(PP-15, Sartorius, Goettingen, Ger- many)를 사용하여 측정하였고, 당도는 당도계를 사용하여 측정하였다. 총산도는 시료 1 mL에 0.1 N NaOH를 첨가하 여 pH 8.3으로 도달할 때까지 소모된 양을 초산 함량으로 산출하였다. 유기산 및 에탄올 함량은 Kim과 Song(17)의 방법으로 측정하였다. 분석을 위해 시료를 20배 희석하여 Sep-pak C18 cartridge(Waters, Milford, MA, USA)에 통 과시킨 다음, 0.22 μm membrane filter(Futecs Co., Ltd., Daejeon, Korea)로 여과하여 HPLC system(Shimadzu Co., Kyoto, Japan)으로 측정하였다. 분리된 유기산 및 에탄올의 각 peak는 동일조건에서 분석한 표준물질의 peak 면적비율 과 retention time을 비교하여 함량을 산출하였다. HPLC system의 분석조건은 Aminex HPX-87H Ion Exclusion column(300×7.8 mm, 9 μm, Bio-Rad Labs., Richmond, CA, USA), 이동상은 0.008 M H2SO4, 유속은 0.6 mL/min, column oven 온도는 35°C, 검출기는 UV-VIS detecter (SPD-10A, Shimadzu Co.), 검출 파장은 210 nm였다.
제조된 토마토 식초의 항산화 활성 성분 함량 측정 토마토 식초의 라이코펜 함량은 Fish 등(18)의 방법을 이 용하여 측정하였다. Test tube에 시료 0.5 g, n-hexane 10 mL, 0.05% BHT가 포함된 acetone 5 mL, ethanol 5 mL를 넣어 혼합하였다. 이를 진탕(4°C, 180 rpm)하여 15분간 반 응시킨 후 3 mL의 증류수를 첨가하고 진탕(4°C, 180 rpm) 하여 5분간 반응시켰다. 실온에 5분간 정치시킨 후 상층액을 분리하였고, 이를 분광광도계(UV-1601, Shimadzu Co.)를
이용하여 503 nm에서 흡광도를 측정하였다. 라이코펜 분자 량인 536.9 g/mole과 분자흡광계수인 17.2×104 cm-1M-1 를 이용하여 라이코펜 함량을 계산한 식은 다음과 같다.
라이코펜(mg/kg)＝ Absorbancesample
× 536.9 g 17.2×104/M×cm mole
× 1 L
× 103 mg
× 10.0 mL 103 mL 1 g kg
＝ Absorbancesample×0.0312 kg
토마토 식초의 총 페놀성 화합물 함량은 ISO 14502-1 (19)의 방법을 이용하여 측정하였다. 식초 시료는 원심분리 (10,000×g, 10분) 하여 상층액을 증류수로 희석하였다. 이 를 1 mL 취해 10% Folin Ciocalteu’s reagent 5 mL와 실온 에서 3분간 정치시킨 후에 7.5% Na2CO3 4 mL를 첨가하여 상온의 암실에서 1시간 동안 반응시켰다. 이를 분광광도계 를 이용하여 765 nm에서 흡광도를 측정하였으며, gallic acid를 표준물질로 하여 시료당 mg gallic acid/100 mL로 나타내었다.
제조된 토마토 식초의 항산화 활성 측정
DPPH 라디칼 소거능은 Kano 등(20)의 방법을 변형하여 측정하였다. 식초 시료는 원심분리(10,000×g, 10분)를 진 행하여 실험에 사용하였다. 시료 100 μL에 100 μM DPPH 라디칼 용액 2 mL를 첨가하여 암실에서 20분간 반응시킨 후에 분광광도계를 이용하여 515 nm에서 흡광도를 측정하 였다.
ABTS･+ 라디칼 소거능은 Re 등(21)의 방법을 이용하여 측정하였다. 식초 시료는 원심분리(10,000×g, 10분)를 진 행하여 실험에 사용하였다. 시료 30 μL에 ABTS･+ 용액 3 mL를 첨가하여 암실에서 6분간 반응시킨 후에 분광광도계 를 이용하여 734 nm에서 흡광도를 측정하였다. DPPH 및 ABTS･+ 라디칼 소거능의 control은 시료 대신 증류수를 첨 가하였으며 다음의 식을 이용하여 소거능을 확인하였다.
DPPH & ABTS･+ 라디칼 소거능(%)＝
Absorbancecontrol－Absorbancesample Absorbancecontrol ×100
제조된 토마토 식초의 항균 활성 측정
식품 유해균에 대한 항균 활성은 paper disc(Φ6 mm, Toyo Roshi Kaisha, Ltd., Tokyo, Japan)를 이용한 agar diffusion 방법을 사용하였다. 본 실험에 사용된 유해균주는 Staphylococcus aureus(KACC1927)와 Escherichia coli (KACC10115)로 각각의 균주는 NB에 진탕배양(37°C, 200 rpm, 18시간) 하여 활성화시킨 후 멸균된 면봉으로 NA에 도말하였다. 균이 도말된 NA의 표면에 6 mm paper disc를 올려놓고, 그 위에 시료를 20 µL 점적하여 37°C에서 18시 간 동안 정치배양 하였다. Paper disc 주위에 형성된 clear
zone을 측정하여 항균력을 확인하였고, 항균 활성은 paper disc의 직경에 대한 clear zone의 직경 비율로 나타내었다.
제조된 토마토 식초의 항비만 활성 측정(in vitro) 항비만 활성 확인은 Zebisch 등(22)의 방법을 이용하여 mouse 유래 3T3-L1 preadipocyte의 지방분화 시 생성되 는 지방축적 억제능을 비교하였다. 3T3-L1 지방전구세포 를 10% BCS와 1% antibiotics(penicillin/streptomycin)가 첨가된 DMEM 배지에 배양시킨 후 회수하였다. 세포 현탁 액을 2×105 cells/mL 농도로 조제하여 24-well plate의 각 well에 seeding 하였고, 37°C, 5% CO2 조건에서 con- fluency가 될 때까지 배양하였다. 세포에 MDI를 포함한 10% FBS DMEM 배지를 첨가하여 분화를 유도하였고, 2일 후 10 μg/mL 인슐린만 첨가된 DMEM 배지로 교체하여 2일 간 배양하였다. 시료는 세포독성 평가 결과 80% 이상 생존 율을 유지한 최대농도의 시료를 배지에 첨가하여 2일 간격 으로 교체하여 배양하였고 최종분화는 유도 8일 후에 확인 하였다.
Oil Red O의 염색 방법은 Hsu와 Yen(23)의 방법을 변형 하여 진행하였다. 기존 배지를 제거한 다음 PBS(pH 7.4)를 이용해 세척하고 4% para-formaldehyde 용액으로 30분 고정한 후 60% isopropanol로 세척하였다. 완전히 건조시 킨 후 60% Oil Red O 염색액을 처리하여 20분간 상온에서 염색하고, 염색약을 제거한 다음 증류수로 여러 번 세척하였 다. 현미경(TCM400, Labo America, Inc., Fremont, CA, USA)으로 관찰한 후 camera(EyeCam, Bimeince Co., Suwon, Korea)로 기록하였다. 100% isopropanol 첨가 후 30분 동안 반응시켜 염색된 지방구를 용출시킨 다음 micro- plate reader(US/Eon, BioTek Instruments, Inc., Win- ooski, VT, USA)를 이용하여 500 nm에서 흡광도를 측정하 였다. 항비만 활성은 control(differential media, DM)의 흡 광도에 대한 각 시료 첨가구의 흡광도 백분율을 지방축적률 로 환산하여 평가하였다.
통계분석
각 실험은 3회 반복하여 얻은 결과를 SPSS package program(Ver. 12.0K, SPSS Inc., Chicago, IL, USA)을 이 용하여 평균과 표준편차로 나타내었다. 각 시료 간의 유의성 은 P<0.05 수준에서 one-way ANOVA로 분산 분석한 후에 Duncan’s multiple range test로 비교하였다.
결과 및 고찰
종초 첨가량에 따른 토마토 식초의 품질특성
제조된 토마토 와인에 막걸리 종초를 각각 0~40%씩 첨 가한 후 이를 진탕배양(30°C, 120 rpm) 하면서 5일마다 샘 플링하여 이화학적 특성을 분석한 결과는 Table 1과 같다.
총산도는 control을 제외한 종초 첨가 실험구 모두에서 발효
Table 2. Organic acid and ethanol contents of tomato vinegar manufactured with Makgeolli seed culture (Unit: mg%) Organic acid Con.1) 10% SC+TV2) 20% SC+TV 30% SC+TV 40% SC+TV Oxalic acid
Citric acid Tartaric acid Malic acid Succinic acid Lactic acid Acetic acid
6.03±0.50c3)4) 920.89±18.09d 0.00±0.00a 150.70±1.98d 222.20±0.66ab 15.49±0.31d 10.08±0.51a
6.44±0.93c 990.03±10.41e 18.89±0.85b 172.40±10.76e 225.23±9.64ab 4.66±0.48c 3,963.49±234.43b
4.47±0.08b 838.93±2.29c 24.08±1.69c 138.56±5.92c 218.09±11.84a 3.78±0.18ab 4,098.68±324.10b
3.83±0.04ab 727.92±11.52b 20.86±1.73bc 127.37±1.54b 234.40±5.88b 4.12±0.17b 4,915.21±600.17c
3.21±0.08a 644.27±3.64a 22.01±5.01bc 98.12±4.87a 224.66±0.65ab 3.57±0.03a 5,173.82±487.32c Total organic acids 1,325.40±16.73a 5,381.15±223.29b 5,326.59±4,346.08b 6,033.71±582.77bc 6,169.65±473.29c Ethanol 6,209.00±531.96c 2,592.75±104.14b 2,629.62±264.42b 1,633.26±525.73a 1,303.19±397.18a
1)Con. is control of non-inoculated tomato wine.
2)10% SC+TV is tomato vinegar with 10% seed culture; 20% SC+TV is tomato vinegar with 20% seed culture; 30% SC+TV is tomato vinegar with 30% seed culture; 40% SC+TV is tomato vinegar with 40% seed culture.
3)Values are mean±SD (n=3).
4)Different letters (a-e) in the same row indicate a significant difference according to Duncan’s multiple range test (P<0.05).
Table 1. Physicochemical properties of tomato vinegar manufactured with Makgeolli seed culture Properties Sample1) Incubation time (day)
0 5 10 15 20
Total acidity (%)
Con.
10% SC+TV 20% SC+TV 30% SC+TV 40% SC+TV
0.73±0.00aA2)-4) 0.75±0.01abA 0.77±0.01bA 0.82±0.03cA 0.83±0.01cA
0.73±0.00aA 1.38±0.00bB 1.43±0.12bcA 1.64±0.16bcA 1.71±0.14cA
0.74±0.01aA 2.55±0.01bC 2.69±0.47bB 3.35±0.68bB 3.36±0.40bB
0.74±0.01aA 3.77±0.09bD 3.74±0.61bBC 4.64±0.75bBC 4.55±0.48bC
0.73±0.00aA 4.83±0.17bE 4.75±0.50bC 5.66±0.90bC 5.83±0.58bD
pH
Con.
10% SC+TV 20% SC+TV 30% SC+TV 40% SC+TV
3.69±0.00dA 3.68±0.00cE 3.68±0.01bcD 3.67±0.00bD 3.66±0.00aD
3.69±0.00cA 3.53±0.00bD 3.52±0.02bC 3.43±0.04aC 3.43±0.02aC
3.69±0.00bA 3.31±0.00aC 3.29±0.06aB 3.20±0.06aB 3.20±0.06aB
3.69±0.00bA 3.02±0.00aB 3.03±0.06aA 2.94±0.08aA 2.93±0.06aA
3.69±0.00cA 3.00±0.01bA 3.00±0.04bA 2.96±0.04abA 2.90±0.05aA
°Brix
Con.
10% SC+TV 20% SC+TV 30% SC+TV 40% SC+TV
11.3±0.0eA 10.6±0.1dA 9.9±0.1cA 9.2±0.1bAB 8.4±0.1aAB
11.4±0.1dA 10.2±0.5cA 9.7±0.3cA 8.3±0.0bA 8.3±0.1aA
11.3±0.1eA 10.3±0.0dA 9.9±0.0cA 9.2±0.1bAB 8.5±0.1aAB
11.5±0.0eA 10.3±0.4dA 9.8±0.1cA 9.2±0.1bAB 8.4±0.0aAB
11.4±0.2eA 10.6±0.0dA 9.9±0.0cA 9.3±0.1bB 8.5±0.1aB
1)Con. is control of non-inoculated tomato wine; 10% SC+TV is tomato vinegar with 10% seed culture; 20% SC+TV is tomato vinegar with 20% seed culture; 30% SC+TV is tomato vinegar with 30% seed culture; 40% SC+TV is tomato vinegar with 40%
seed culture.
2)Values are mean±SD (n=3).
3)Different lower-case letters (a-e) in the same column indicate a significant difference according to Duncan’s multiple range test (P<0.05).
4)Different upper-case letters (A-E) in the same row indicate a significant difference according to Duncan’s multiple range test (P<0.05).
20일 차에 4% 이상을 나타내었다. 특히 발효 초기에는 종초 첨가량이 증가함에 따라 총산도가 증가하였으나, 발효 10일 차부터는 첨가량별로 유의적인 차이를 나타내지 않았다. pH 와 당도는 종초 첨가량이 증가함에 따라 감소하는 경향을 나타내었는데, 이는 막걸리 종초의 pH와 당도가 토마토 와 인보다 낮았기 때문으로 판단된다. 또한 발효기간이 증가함 에 따라 pH는 감소하였으나 당도는 큰 변화 없이 일정하게 유지되었는데, 이는 발효기간이 증가함에 따라 총산도가 증 가함으로써 토마토 식초의 pH가 낮아졌지만 초산균 증식에 의한 알코올 산화가 당의 소비보다 높아 당도는 일정 수준 유지된 것으로 추정된다. 이와 같은 결과는 선행연구(14)에
서 A. pasteurianus JAC002 균주가 당을 소모하는 것보다 에탄올을 소모하여 acetic acid를 생성하는 기작이 더 유리 하게 작용하였을 것이라는 결과와 동일한 것으로 판단된다.
이상의 결과를 바탕으로 식초의 품질규격에 의한 총산 함량 4% 이상에 해당하는 20일 차 발효물들을 최종산물로 정하 였으며 차후 실험을 진행하였다.
종초 첨가량에 따른 토마토 식초의 유기산 및 에탄올 함량 분석 결과는 Table 2와 같다. 유기산은 control을 비롯한 종초 첨가량별 발효물에서 oxalic acid, citric acid, tartaric acid, malic acid, succinic acid, lactic acid, acetic acid 등 7종이 검출되었다. 총 유기산 함량은 40% 종초 첨가 실
Table 3. Lycopene and total phenolic content of tomato vinegar manufactured with Makgeolli seed culture
Sample1) Lycopene content
(mg/kg) Total phenolic content (mg/100 mL) Con.
10% SC+TV 20% SC+TV 30% SC+TV 40% SC+TV
1.38±0.03a2)3) 1.79±0.02b 1.76±0.02b 1.49±0.07a 1.38±0.07a
23.07±0.04a 26.46±0.07b 28.15±0.43c 29.65±0.04d 31.01±0.07e
1)Con. is control of non-inoculated tomato wine; 10% SC+TV is tomato vinegar with 10% seed culture; 20% SC+TV is toma- to vinegar with 20% seed culture; 30% SC+TV is tomato vine- gar with 30% seed culture; 40% SC+TV is tomato vinegar with 40% seed culture.
2)Values are mean±SD (n=3).
3)Different letters (a-e) in the same column indicate a significant difference according to Duncan’s multiple range test (P<0.05).
Table 4. DPPH and ABTS･+ radical scavenging activity of toma- to vinegar manufactured with Makgeolli seed culture
(Unit: %) Sample1) DPPH radical
scavenging activity ABTS･+ radical scavenging activity Con.
10% SC+TV 20% SC+TV 30% SC+TV 40% SC+TV Comparison
19.25±0.20a2)3) 26.66±0.40d 26.00±0.93d 24.30±0.80c 21.90±0.33b 43.46±0.27e
23.48±0.42ab 25.73±0.64bc 26.11±1.17c 23.93±1.70abc 23.11±0.32a 42.31±0.11d
1)Con. is control of non-inoculated tomato wine; 10% SC+TV is tomato vinegar with 10% seed culture; 20% SC+TV is toma- to vinegar with 20% seed culture; 30% SC+TV is tomato vine- gar with 30% seed culture; 40% SC+TV is tomato vinegar with 40% seed culture; Comparison is ascorbic acid (100 μg/
mL, 200 μg/mL, respectively).
2)Values are mean±SD (n=3).
3)Different letters (a-e) in the same column indicate a significant difference according to Duncan’s multiple range test (P<0.05).
험구(6,169.65 mg%)에서 가장 높았으며, 이는 대조구 (1,325.40 mg%)에 비해 4.6배 이상 증가한 것으로 나타났 다. Control인 토마토 와인에서 검출되지 않았던 tartaric acid는 종초 첨가구 토마토 식초에서 18.89~24.08 mg%가 검출되었고, 20% 종초 첨가구에서 24.08 mg%로 가장 높았 으나 종초 첨가량에 대해 유의적인 차이를 보이진 않았다.
또한 oxalic acid, citric acid, malic acid의 함량은 10%
종초 첨가구에서는 증가하였으나 20~40% 종초 첨가구에 서는 감소하였다. Control에 비해 종초 첨가구(10~40%)의 총 유기산 함량은 4배 이상 증가하였고, acetic acid의 함량 이 3,963.49~5,173.82 mg%로 주요 유기산으로 확인되었 다.
종초 첨가량에 따른 토마토 식초의 항산화 활성 성분 함량 종초 첨가량에 따른 토마토 식초의 라이코펜 함량 및 총 페놀 함량 측정 결과는 Table 3과 같다. 라이코펜 함량은 막걸리 종초 첨가량이 증가함에 따라 감소하였으나, 발효 20일 경과 후 control인 토마토 와인(1.38 mg/kg)에 비해 30% 이하 종초 첨가 토마토 식초(1.49~1.79 mg/kg)에서 증가하는 경향을 보였다. 이는 초산발효를 통하여 라이코펜 성분이 용출됨으로써 그 함량이 증가하는 것으로 추정된다.
종초 함량이 증가함에 따라 상대적으로 토마토 와인 함량이 감소하기 때문에 라이코펜 함량은 30~40% 막걸리 종초 첨 가구의 경우 control과 유의적인 차이가 없는 것으로 나타났 으나, 토마토 와인의 원료량에 비해서는 상대적으로 증가하 였다. 따라서 제조된 토마토 식초의 라이코펜 함량 증가에 의한 기능성 효과(8)가 증진될 것으로 기대된다.
총 페놀성 화합물 함량은 23.07~31.01 mg/100 mL로 종초 첨가량이 증가함에 따라 총 페놀성 화합물 함량이 증가 하는 것으로 나타났다. 이는 초산발효를 시킨 토마토 식초에 서 토마토 와인보다 총 페놀 함량이 증가한 Hong(24)의 결 과와 유사하였으며, 이러한 증가는 초산발효를 통해 폴리페 놀 성분이 용출된 것으로 판단된다. 폴리페놀성 화합물은
항산화 등의 효능이 보고되어 있어(25) 막걸리 종초를 첨가 하여 토마토 식초를 제조하면 기능성 효과가 증진될 것으로 기대된다.
종초 첨가량에 따른 토마토 식초의 항산화 활성
종초 첨가량에 따른 토마토 식초의 DPPH 및 ABTS･+ 라 디칼 소거능 측정 결과는 Table 4와 같다. DPPH 라디칼 소거능은 control인 토마토 와인(19.25%)보다 최종산물인 토마토 식초(21.90~26.66%)에서 더 높았고, 막걸리 종초 첨가량이 증가함에 따라 감소하는 경향을 보였으나, 10~20
% 첨가량에서는 유의적인 차이가 없었다. 한편 ABTS･+ 라 디칼 소거능은 20% 종초 첨가구에서 26.11%로 control 23.48%보다 유의적으로 높았으나, 종초 첨가량이 30% 이 상 증가하였을 경우 활성이 감소하는 것으로 나타났다. 막걸 리 종초의 항산화 활성과 이를 이용해 발효된 토마토 식초의 항산화 활성은 막걸리와 토마토 와인의 항산화 성분 조성 변화와 초산발효에 의해 용출되는 라이코펜 함량 변화의 영 향으로 추정된다. Hong 등(3)은 총 폴리페놀 등의 함량 증가 에 의해 DPPH 라디칼 소거 활성이 우수해진다고 보고하였 으나, 본 실험 결과 막걸리 종초 첨가량 증가에 따라 총 폴리 페놀 함량은 증가하지만 라이코펜의 함량은 감소하여 제조 된 토마토 식초의 항산화 활성이 라이코펜 함량에 더 의존적 인 것으로 추정된다. 이와 같은 결과를 바탕으로 토마토 식 초의 항산화 활성이 가장 높은 막걸리 종초 첨가량은 20%
이내가 적절한 것으로 판단된다.
종초 첨가량에 따른 토마토 식초의 항균 활성
종초 첨가량에 따른 토마토 식초의 항균 활성 측정 결과는 Table 5와 같다. Budak 등(26)은 식초 내의 acetic acid가 세포벽과 세포막의 손상을 유발시켜 유해균 증식을 억제한 다고 보고하였다. 따라서 식품 유해미생물인 S. aureus
A B
Fig. 1. Inhibitory effect of tomato vinegar manufactured with Makgeolli seed culture on the lipid accumulation in 3T3-L1 preadipocyte.
Error bar indicates the standard deviation of the mean, and means with the same letter are not significantly different according to Duncan’s multiple range test (P<0.05). DMEM is undifferential media. DM is differential media. EGCG is positive control and was analyzed at a concentration of 0.1 mM. Con. is control of non-inoculated tomato wine. 10% SC+TV is tomato vinegar with 10% seed culture. 20% SC+TV is tomato vinegar with 20% seed culture. 30% SC+TV is tomato vinegar with 30% seed culture.
40% SC+TV is tomato vinegar with 40% seed culture.
Table 5. Antimicrobial activity of tomato vinegar manufactured with Makgeolli seed culture Strain Clear zone diameter ratio1) value
Con.2) 10% SC+TV3) 20% SC+TV 30% SC+TV 40% SC+TV Staphylococcus aureus (KACC1927)
Escherichia coli (KACC10115)
1.95±0.37a4)5) ND6)
4.11±0.17b 4.10±0.13a
4.90±0.25c 4.80±0.16b
4.87±0.26c 5.17±0.10c
4.94±0.11c 5.17±0.09c
1)Clear zone diameter ratio value is expressed as clear zone diameter (mm)/ paper disc diameter (mm).
2)Con. is control of non-inoculated tomato wine.
3)10% SC+TV is tomato vinegar with 10% seed culture; 20% SC+TV is tomato vinegar with 20% seed culture; 30% SC+TV is tomato vinegar with 30% seed culture; 40% SC+TV is tomato vinegar with 40% seed culture.
4)Values are mean±SD (n=3).
5)Different letters (a-c) in the same row indicate a significant difference according to Duncan’s multiple range test (P<0.05).
6)ND is not detected.
(KACC1927)와 E. coli(KACC10115)에 대한 항균 활성을 확인한 결과, 종초 첨가량이 증가함에 따라 두 유해균에 대 한 항균 활성 모두 증가함을 확인하였다. S. aureus(KACC 1927)의 경우 control인 토마토 와인(1.95)보다 종초 첨가 실험구에서 활성이 크게 증가하였다(4.11~4.94). 또한 E. coli(KACC10115)에서도 control인 토마토 와인은 활성을 나타내지 않았지만, 종초 첨가 실험구에서 활성이 크게 증가 함을 확인하였다(4.10~5.17). 결과적으로 종초 첨가량의 증가에 따라 S. aureus(KACC1927)와 E. coli(KACC10115) 에 대한 항균 활성이 증가하였으며, 이는 총산도의 증가에 따른 결과로 판단된다. 따라서 막걸리 종초를 이용하여 토마 토 식초를 제조할 경우 유해균 증식과 잡균의 오염을 제어하 여 이상발효를 억제할 수 있을 것으로 기대된다.
종초 첨가량에 따른 토마토 식초의 항비만 활성
3T3-L1 preadipocyte cell에 대한 토마토 식초의 세포
독성을 확인한 결과 0.5 mg/mL 농도까지 80% 이상의 생존 율을 유지하였다(data not shown). 따라서 0.5 mg/mL의 농도에서 3T3-L1 preadipocyte의 분화 억제실험을 진행 하였다. 3T3-L1 preadipocyte cell 분화 유도 8일 경과 후 Oil Red O 시약으로 lipid droplet만을 염색하고 이를 현미 경으로 관찰한 결과(Fig. 1A), 분화 유도 시에 lipid droplet 의 형성이 활발하게 이루어진 것으로 확인되었으나 시료를 처리하였을 때 모든 실험구에서 lipid droplet 형성이 억제 되었다. 염색된 세포를 isopropanol로 용출시켜 흡광도로 측정한 결과(Fig. 1B), 모든 토마토 식초 실험구에서 지방축 적이 71.94~87.70%를 나타내어 모두 lipid droplet 형성 억제효과가 있음을 확인하였다. 그러나 막걸리 종초 첨가량 이 증가함에 따라 지방축적은 오히려 증가하는 것으로 나타 났다. 이는 막걸리 종초 첨가량이 증가할수록 상대적으로 토마토 와인의 함량이 줄어들기 때문에 나타난 결과로 추정 된다. Park 등(2)의 연구 결과에서는 미나리 식초 0.5 mg/
mL의 지방 축적률이 약 70% 정도로 본 연구 결과와 비슷한 수치를 나타내었다.
결과적으로 본 연구에서 토마토 식초 제조를 위해 사용된 막걸리 종초 첨가량을 20% 이내로 하였을 때 지방축적이 유의적으로 감소함을 확인하였다. 또한 라이코펜 함량, DPPH 및 ABTS･+ 라디칼 소거능도 20% 첨가구에서 우수 하였다. 따라서 항산화 성분 및 활성은 20% 막걸리 종초 첨가 토마토 식초가 우수하여 항산화 및 항비만 효과를 보강 한 토마토 식초 제조에 유용할 것으로 판단된다.
요 약
Acetobacter pasteurianus JAC002 균주로 제조한 막걸리 종초를 토마토 와인에 첨가량을 달리하여 접종하였고, 이를 진탕배양 하여 토마토 식초를 제조하였다. 막걸리 종초 첨가 량에 따른 토마토 식초의 총산도는 발효 20일 경과 시에 모 두 4% 이상에 도달하였다. 20일 차 발효물의 acetic acid 함량 은 control(10.08 mg%)보다 40% 종초 첨가구(5,173.82 mg%)가 500배 이상 증가하여 첨가량에 의존적 경향을 보 였다. 라이코펜 함량은 control인 토마토 와인(1.38 mg/kg) 보다 토마토 식초(1.38~1.79 mg/kg)가 높았으나 막걸리 종 초 첨가량이 증가할수록 감소하였고, 총페놀성 화합물은 막 걸리 종초 첨가량이 증가함에 따라 23.07에서 31.01 mg/
100 mL로 증가하였다. 항산화 활성(DPPH와 ABTS･+ 라디 칼 소거능)은 종초 첨가량이 증가할수록 감소하는 경향을 보였으나, 항균 활성은 총산도 농도에 의존적으로 40% 종초 첨가구에서 가장 우수하였다. 항비만 효과는 control인 토 마토 와인의 활성과 막걸리 종초를 20% 이내 첨가한 시료구 의 활성이 유사하였다. 결과적으로 토마토 식초의 기능성을 증대시키기 위하여 스타터 초산균으로 제조한 막걸리 종초 를 활용할 수 있을 것으로 기대된다.
감사의 글
본 연구는 2017년 산업통상자원부 산업기술거점기관지원 (한국형 유용균주, 과제번호: R0004073) 사업의 지원에 의 해 수행되었습니다.
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