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서 론
막걸리는 쌀 또는 밀 등의 전분질 원료를 발효미생물인 효모가 이용할 수 있는 당으로 전환시키는 당화 과정을 거 치고 알코올 발효를 하는 방식으로 만들어진 술이다. 막걸 리의 발효제는 주세법 상 국과 밑술로 구분되며, 국은 전 분질 원료에 곰팡이류를 번식시킨 것으로, 전분을 당화시 킬 수 있는 효소를 포함한 물료를 말한다. 전분질 원료로 주류를 제조하는 경우에는 국 제조가 필요하다. 국은 우리나 라 고유의 전통적인 누룩, 전분질 원료에 곰팡이류를 번식시 킨 입국이 개발되어 사용되어 왔다(NTS Liquors Licence Aid Center, 2010).
막걸리는 우수한 발효 식품임에도 불구하고 대표적인 주 류로 자리 잡지 못하고 있는 실정인데 그 이유는 소비자들 의 고급화 성향, 저장 시 발생되는 이취, 마시기 불편함 등 으로 보고된 바 있다(Song et al., 2003).
지금까지 보고된 막걸리에 관한 연구보고는 1906년 한 국산 곡자의 당화력 및 곡자 관여균주에 관한 상야의 연구 를 시초로 하여 개량누룩 사용에 의한 탁주의 품질개선(So et al., 1999), 누룩 종류를 달리하여 담금한 탁주의 발효 과정 중 술덧의 품질특성(Han et al., 1997) 등의 누룩에 관련된 연구와, 각종 누룩균을 이용한 실험조건에서의 막 걸리 연구(Lee et al., 2002), 개량누룩에 의한 탁주 양조 중 미생물의 중요 성분 변화(So et al., 1999), 전통누룩 미 생물들로 제조한 개량누룩의 특성(So et al., 1999) 등 균 의 조건을 달리한 연구 및 누룩 막걸리에 대한 끊임없는 연구가 이루어졌으나 현재 누룩을 제조할 때 미생물을 인 위적으로 접종하는 것이 오래전부터 법으로 금지되어 있어 서 우량 미생물 접종을 통한 개량 누룩 등의 품질 개선은 실용화되지 못하고 있다. 또 일반 누룩 막걸리의 경우 주 질이 일정하지 못하다는 단점이 있어 앞서 서술한 바와 같 이 입국이 탁주 양조에 적용되고 있으며 입국의 연구 또한 활발히 진행되고 있다.
재래누룩에서 분리한 입국 균별 탁주의 성분분석과 향기 성분에 관한 연구(Park et al., 2001), Aspergillus kawachii 와 Aspergillus oryzae의 병용에 의한 탁주의 품질개선(So et al., 1991), 찹쌀 및 보리쌀 탁주 술덧의 발효 과정 중 휘발성 향기성분의 특성 등 입국의 조건을 달리하거나 전 분질 원료를 달리한 연구들이 진행되어 왔다.
현재 균주에 따른 입국 제조 막걸리의 품질 특성 또는 휘발성 향기 성분의 특성 연구가 주로 진행되어 왔으며 입 국을 제조할 때 전분질 원료를 다르게 하여 막걸리의 품질 을 향상시키기 위한 연구는 미약하다고 생각된다. 원료를 달리하여 담금한 탁주 발효 연구(Lee et al., 1996)를 보면 멥쌀 찹쌀 보리쌀을 원료로 하여 누룩을 첨가하여 발효한 막걸리의 품질특성에 대한 연구 결과가 있으나 밑술의 원 료로 밀 누룩을 사용하였으며 전분질 원료별로 입국을 제 조하고 담금을 하는 본 연구와는 차이가 있다.
본 연구에서는 입국 제조 및 막걸리 발효에 필요한 전분 질 원료를 달리한 막걸리를 제조하여 막걸리의 품질 향상 을 유도하고자 연구를 진행하였다. 곡류에 해당하는 밀, 멥 쌀, 찹쌀. 현미와 보리는 각각 단백질이나 당질 함량이 다 르기 때문에 막걸리를 제조함에 있어 당 및 에탄올 생성 등 품질에 차이를 보일 수 있다. 때문에 이를 이용하여 각 각의 입국 및 막걸리를 제조하여 막걸리의 품질향상을 유 도하고자 하였다. 일반적으로 누룩의 원료로 사용되는 밀 과 나머지 원료를 1 : 1로 혼합한 입국을 제조하여 당화력 값을 비교하였으며. 또 이들 각각의 입국을 이용하여 막걸 리를 제조 이화학적 특성(에탄올 함량, pH, 총산, 환원당, 총당량), 효모수 및 일반 세균수의 차이를 비교분석 하였 다. 또한 저장온도에 따른 막걸리의 산패를 보기위해 산도 의 변화를 분석하여 저장성을 비교 검토하였다.
실험 재료 및 방법
본 실험에 사용한 균주는 시중의 누룩으로부터 분리한 균주를 사용하였다. 누룩은 시중에서 판매되고 있는 산성 누룩과 충남 지역 재래시장에서 판매하는 재래 누룩 2종 을 구입하여 사용하였다. 누룩들로부터 분류된 20여종의 곰팡이 및 효모로 부터 당화력이 높은 곰팡이 2종과 알콜 발효력이 우수한 효모 1종을 직접 분리하였다. 곰팡이 2종은 각각 곰팡이 1506, 1061로 명명하였으며 효모는 효 모 51286으로 명명하여 실험에 사용하였다. 전분질원료로 는 통밀, 맵쌀, 찹쌀, 현미, 보리를 천안지역에서 구입하여 사용하였으며 이중 통밀은 미국산 수입 품종이었으며 나머 지 원료는 국내산이었다. 멥쌀 및 현미는 추청, 찹쌀은 동 진찰벼, 보리는 두산8호 품종 이었다.
누룩의 원료로 사용되는 밀과 나머지 원료를 1 : 1 로 혼 합한 입국을 사용하였으며 그 종류는 Table 1과 같다. 입 국 제조를 위한 원료 100 g을 흐르는 물에 깨끗이 씻어 3시 간 동안 수분 침지 후 물을 뺀 다음 바로 121°C autoclave 에서 10분 동안 증자하였다. 증자된 원료를 clean bench에 서 상온 상태로 30분간 식혀 준 후 1508 균주와 1061 균주 를 접종하여 26°C incubator(WiseCube, Daihan Ltd., Wonju, Korea)에서 3일 동안 배양해 주었다.
본 실험에서 막걸리는 26°C incubator(WiseCube, Daihan Ltd., Wonju, Korea)에서 밑술제조 4일, 1단 담금 2일, 2 단 단금 5일에 거쳐 제조하였으며 각 단계의 배합비는 Table 2와 같다.
| Crude liquor | Fermentation | Gross weight | ||
|---|---|---|---|---|
| 1st | 2nd | |||
| Steamed material (g) | 2,400 | 2,400 | ||
| Koji(g) | 100 | 800 | 900 | |
| Water (g) | 200 | 1,350 | 4,100 | 5,650 |
| Yeast (g) | 1 | 1 | ||
| Gross weight (g) | 301 | 2150 | 6,500 | 8,951 |
기질은 soluble starch 4.6 g에 증류수 160 mL를 가한 후 가열 용해하여 200 mL로 정용한 후 0.1 M acetate buffer (pH 5.0) 120 mL를 첨가하여 제조하였다. 효소액은 각각의 입국 1 g에 증류수 20 mL을 첨가한 후 30°C shaking water bath에서 180 rpm으로 3시간 동안 추출한 후 Whatman paper No. 3로 여과하여 제조하였다. 효소반응은 기질 20 mL를 시험관에 넣고 55°C의 water bath에서 10분간 예 열한 후 효소액(각각의 입국 1 g에 증류수 20 ml 을 첨가 하고 30°C shaking water bath에서 180 rpm으로 3시간 동 안 추출한 후 Watman paper No. 3로 여과하여 사용) 2.5 mL를 첨가하여 55°C에서 1시간 동안 반응시켰다. 0.5 N NaOH 2.5 mL를 첨가하여 반응을 중지시킨 후 냉각 하여 1% methylene blue 지시약을 2-3방울 가하고 포도당 표준 용액으로 적정하여 당화력(saccharogenic power, SP)을 다음과 같은 식을 이용하여 계산하였다. 1 saccharogenic power(SP)는 상기실험조건하에서 1시간에 효소 1 g이 10mg 의 포도당을 생성하는 양으로 정의하였다.
에탄올 함량은 국세청 주류 분석 교본에 나와 있는 증류 법(NTS Liquors Licence Aid Center, 2010)을 사용하여 측 정하였다. 15°C에서 100 mL의 메스플라스크의 눈금까지 각각의 검정한 막걸리 100 mL를 취하고 이것을 500 mL의 플라스크에 옮긴 후 메스플라스크를 15 mL의 증류수로 2회 씻은 액을 플라스크에 합한 후 냉각기를 연결하고 다 음 메스플라스크에 70 mL 증류액을 받은 후 증류수를 가 하여 100mL까지 채운 후 주정계를 이용하여 ethanol함량 을 측정하였다.
pH는 상온에서 pH meter(Corning Inc., Corning, NY, USA)을 사용하여 측정하였다. 총산은 국세청 주류 분석 교본에 나와 있는 총산 측정법(NTS Liquors Licence Aid Center, 2010)을 사용하였다. 검체 10 mL을 취하여 B.T.B (bromothymol blue)와 N.R(neutral red) 혼합 지시약을 2~3 방울 가하여 0.1 N NaOH 용액으로 담록색이 될 때까지 적정 mL 수를 구하여 총산을 측정 하였다.
V : 0.01 N-NaOH 적정량
F : 0.01 N-NaOH factor(1.000±0.005)
S : 검체 채취량(mL)
총당은 굴절당도계(Master-10T/Master-20T, Atago, Tokyo, Japan)를 사용하여 당분의 함량을 측정하였다. 환원당은 국 세청 주류 분석 교본에 명시된 Lane-Yenonoe법 및 Betrand 법의 변법(NTS Liquors Licence Aid Center, 2010)으로 그 실험 방법은 당화력 측정방법과 동일하다. 아래 식을 이용 하여 환원당 함량을 측정하였다.
시료 중의 효모는 potato dextrose agar(potato infusion 200 g, dextrose 20 g, agar 15, distilled water 100 mL, pH 3.5 with tartaric acid) 배지에 멸균 생리식염수로 십진 희석 한 시료 100 μL를 분주 도말하여 26°C incubator에서 2일 동안 배양한 후 생성된 colony를 평판계수법으로 계수하였 다. 일반세균은 plate count agar 배지를 사용하여 각 시료 를 멸균 생리식염수로 십진 희석하여 배지에 도말하고 37°C에서 2일 동안 배양하여 생성된 colony를 평판 계수법 으로 계수하였다.
결과 및 고찰
전분질 원료를 달리하여 1508 균주와 1061 균주를 접종 하여 제조한 입국의 당화력은 Table 3과 같다. 1508 균주 를 접종한 입국에서는 No. 1(밀+찹쌀)에서 90, No. 6(찹쌀) 에서 87로 당화력이 가장 높게 측정되었으며, 1061 균주를 접종한 입국에서는 No. 12(밀+맵쌀)에서 77.6, No. 16(맵쌀) 에서 69로 당화력이 가장 높게 나타났다. Lee(1994)는 제 조한 입국의 당화력이 pH 조건에 따라 28.8-90.1로 나타난 다고 보고하였는데, 본 연구에서는 당화력이 최고 90에서 최소 41.6으로 pH 3.2-5.0 조건에서의 결과와 유사하게 나 타났다, 당화력이 높은 군일수록 막걸리 발효에 있어서 당 생성이 많이 이루어지므로 알코올 발효에 유용할 것으로 판단되며, 막걸리 생성에 있어 감미료의 첨가를 낮춰 경제 적인 측면에서도 유리할 것으로 예상된다.
입국의 종류를 달리하여 제조한 각 막걸리의 에탄올 함량 은 Fig. 1과 같다. 본 연구에서 막걸리 발효에 밑술, 1단, 2 단 담금에 총 11일이 소요되었으며, 이 중 1508 입국으로 제조한 막걸리 No. 5(현미) 군에서 에탄올 함량이 13%로 가장 높게 측정되었다. 누룩 종류를 달리한 연구(Han et al., 1997)와 비교하면 발효 11일 차의 결과와 유사하게 나타났으며 국세청 주류 분석 교본을 보면 에탄올은 막걸 리의 보존과 향미에 영향을 주는 중요한 성분으로 술덧의 에탄올 함량 10-14% 정도가 수율 및 품질 면에서 적당하 다고 보기 때문에 에탄올 함량이 10% 이하의 막걸리군은 상업적인 제조에 다소 불리한 것으로 사료된다. 본 연구에 서 나온 결과로 분석하면 에탄올 함량이 11% 이상인 5(현 미), 6(찹쌀), 12(밀+맵쌀), 14(현미) 군이 막걸리를 생산함 에 있어서 적합할 것으로 예상하였다. 본 실험에서는 효모 가 에탄올을 생성하는데 사용되는 당 함량이 높았던 찹쌀 군에서 에탄올 함량 또한 높을 것으로 예상하였으나 현미 군이 에탄올 함량이 가장 높게 측정되었다. 이는 당 함량 과 에탄올 생성의 상관관계에서 비롯된 결과로 사료된다.
pH 및 총산의 값은 Fig. 2 및 Fig. 3와 같다. No. 4(밀+ 현미) 군에서 pH가 가장 높게 측정되었으며 전 실험 군이 막걸리의 평균 pH 범위 3.4-4.2에서 벗어나지 않았다(Kim et al., 1996; Park et al., 2001). 총산의 경우 모든 실험군 의 총산이 6.0 이상을 나타내었으며 No. 2(밀+보리) 군에 서 총산이 9.1로 가장 높게 측정되었다. 막걸리의 산패가 일어나지 않는 적정 총산은 8.3±1(0.5%)로 보고되고 있으 며(Kim et al., 1996), 본 실험에서 나타난 결과와 유사한 값을 보여 총산이 높은 군이 저장성에 유리할 것으로 예상 되나 산도는 맛에 또한 영향을 미치기 때문에 막걸리의 적 정산도를 찾는 연구가 필요할 것으로 사료된다.
입국의 종류를 달리하여 제조한 각 막걸리의 총당(%) 및 환원당(%) 함량은 Fig. 4와 Fig. 5에 나타내었다. 총당 의 경우 No. 1(밀+찹쌀), 6(찹쌀) 군이 11.3%로 가장 높게 측정되었다. 본 연구 결과는 누룩의 종류에 따른 현미 탁 주의 품질 특성에 관한 보고(Woo et al., 2010)와 비교하였 을 때 결과가 낮은 값을 나타내었으나 그 차이는 크지 않 았으며 이는 누룩과 입국의 당화력 차이에서 나타난 결과 로 사료된다.
환원당(%) 또한 총당 함량과 연관성이 있는 결과가 나 타났으며 환원당(%)의 경우 마찬가지로 No. 1(밀+찹쌀), 6(찹쌀)에서 각각 4.95, 4.75로 가장 높게 측정되었다. 총당 (%) 및 환원당(%) 모두 찹쌀 군들에서 높게 측정되었으며 이는 전분질이 amylopectin 만으로 구성된 찹쌀의 전분 분 해과정에서 생성되는 dextrin의 함량이 영향을 미친 것으로 사료된다.
본 실험에서 제조된 막걸리에서의 효모와 일반 세균의 생균수는 Table 4와 같다. Hur(1998)는 술덧이 안전하게 발효하여 잡균에 의한 산패가 일어나지 않으려면 효모수가 108 CFU/mL이 되어야한다고 보고하였는데 본 실험 또한 7.4×107 −1.3×108 CFU/mL로 유사한 값을 나타내었으며 이는 기존에 보고된 연구와 큰 차이를 보이지 않았다(Kim et al., 1968; Kim et al., 2011). 일반 세균수는 1.7×106 −5.2×106으로 측정되었으며 이는 Seo(2005)가 보고한 12일 발효된 막걸 리의 일반 세균수 107 CFU/mL과 비슷하거나 낮은 값을 나타내었다. Hong(1991)은 일반 세균수가 증가할수록 발효 율이 저하된다고 보고하였는데 본 실험에서 측정된 세균수 는 위 연구에서 보고된 기본 막걸리의 일반 세균수와 큰 차이를 보이지 않아 발효율 저하에 큰 영향을 미치지 않을 것으로 예상된다.
제조된 막걸리의 저장성을 평가하기 위하여 각 막걸리를 입구를 랩으로 감싸 밀폐하여 5°C와 28°C에서 15일 동안 저장하고 3일 간격으로 시료를 채취하여 총산, 함량을 측 정하였으며 그 결과는 Fig. 6, 7, 8 및 9와 같다.
총산 결과를 관찰하면 5°C에서 15일 저장하는 동안에는 저장기간 동안 차이가 없거나 약간의 불규칙한 변화를 보 였으며 15일 후의 결과 대체적으로 0.1-0.4 정도 상승하는 현상을 보였다. 이는 낮은 온도로 인하여 효모 및 당화효 소의 활성이 낮아져 유기산을 적게 생성하기 때문인 것으 로 보이며 본 실험에서 유산균은 따로 첨가하지 않아 유산 균의 영향은 크게 미치지 않은 것으로 사료된다(Hong et al., 1991; Kim et al., 1999).
28°C에서는 저장 15일 차에 총산이 20.1 까지 증가하였 다. 이는 초산 발효가 나타나 이 같은 결과가 나온 것으로 보이며 용기 입구를 랩으로 밀폐하여 3일씩 정치배양하면 서 품온이 상승되고 밀폐 상태에서의 에탄올 생성 반응으 로 용기내 산소량이 감소하며 혐기적 조건하에 초산발효가 일어나 총산이 급격히 상승한 것으로 예상된다. 또한 Yang et al.(1996)는 25°C에서 저장하였을 때 저장 4일째 까지 산도가 빠르게 증가한다고 보고하였는데 이는 본 실험에서 28°C에서 초기 3일간 저장기간 동안의 산 생성량과 유사하 였다. Yang et al.(1996)는 저장 4일 이후부터 산도가 유 지되면서 떨어지는 결과를 보였으나 본 연구는 꾸준하게 증가하여 차이를 보였다. 이는 저장조건의 차이로 28°C 저 장의 경우 좀 더 온도가 높아 산패가 더욱 활발하게 이루 어진 것으로 예상된다.
요 약
본 연구에서는 전분질 원료를 달리한 18종류의 입국을 제조하고 당화력을 측정, 각각의 입국과 동일한 원료를 첨 가하여 제조한 막걸리의 품질 특성과 관능검사 및 저장성 실험 결과를 분석하였다. 각각의 입국으로 제조한 막걸리 의 에탄올 함량은 9-13%까지 고루 분포되었으며 제조한 막걸리 No. 5(현미) 군에서 13%로 가장 높게 측정되어 막 걸리의 에탄올 생성에 있어 현미군이 유리할 것으로 사료 된다. 막걸리의 총 당량은 막걸리 No. 6(찹쌀) 군이 11.3%, 환원당 또한 마찬가지로 4.8의 가장 높은 수치를 보여 막걸 리의 당 생성에 있어 찹쌀군이 유리할 것으로 사료된다. pH는 막걸리 No. 2(밀+보리) 군이 3.6으로 가장 낮게 측정 되었으며 총산은 6.0-9.1 사이로 고루 분포하였으며, 막걸리 를 5°C에 보관 하였을 때 산도의 증가는 크지 않았으며 28°C에서 보관 하였을 때 3일 동안 총산이 급격하게 증가 하였지만 전분질 원료간의 특징적인 차이는 보이지 않았다.
