맥주 보리 “호품” 선별체 크기별 파일럿 스케일 제맥 및 맥아 품질 특성

본 연구에 사용된 맥주보리 품종은 “호품”으로 Fig. 1(a) 에 나타내었고, 2021년 전라남도 농업기술원에서 생산된 보리를 40 kg 단위로 구매하여 조사와 분석에 이용되었다. 종자 포대 당 4종(3.1 mm, 2.8 mm, 2.5 mm, 2.2 mm) 선별 체(Doori Innovarion Corp. Gimje, Korea)를 사용하였고, 본 연구에서 이용된 선별체는 Fig. 1b)에 나타내었다. 총 4 번의 반복으로 수행되었고, 3.1 mm 체를 통과시킨 후, 통 과한 시료들은 각각 순서대로 2.8, 2.5. 2.2 mm 선별체로 통과시켰다. 본 연구에서는 각 3.1, 2.8, 2.5, 2.2 mm 선별 체에 통과하지 않는 시료들은 각각 3.1, 2.8, 2.5, 2.2 mm 이상 및 2.2 mm 이하로 정의하여 총 5개의 크기로 분류하 였고, 이물은 따로 중량을 측정하였다.

Fig. 1. (a) “Hopum” barley, (b) Screen sieve used in this study for size classification and malting, (c) Pilot-scale malting manufacturer in the National Institute of Crop Science in Suwon.

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선별된 맥주 보리 “호품”의 제맥 공정은 Kim & Kang (2002) 방법을 일부 변형한 Park et al. (2021) 방법으로 Fig. 1(c)에 제시된 바와 같이 국립식량과학원에 설치되어 있는 맥아제조기를 이용하여 1회 20 kg씩 제맥 공정을 수 행하였다. 제맥은 침맥공정(steeping), 발아공정(germination) 건조공정(kilning) 순서대로 진행되었으며, 표준체 사이즈 별로 선별된 5종 맥주보리 중 부서지지 않은 선별된 보리 를 세척하였다. 종자 침맥도를 42%에 도달하기 위해 18°C 에서 약 50 시간을 침지한 후, 17°C에서 100시간 발아시 켰다. 맥아 건조는 45°C에서 14시간, 75°C에서 7시간 건조 후 80°C에서 curing하고 종료하였다. 건조가 다된 맥아를 35°C 이하가 되게 냉각하여 뿌리를 제거한 후 맥아 시료로 서 활용하였다.

맥주보리 “호품”의 선별체 크기별로 분류되어 제조된 맥 아는 Kim & Kang (2002) 및 Oh et al. (2003) 등의 방법을 일부 변형하여 초엽신장도와 맥아 수율을 측정하였다. 총 맥아종자 길이에 대한 신장된 초엽의 길이의 비율을 계산 하고, 초엽 신장도(%)로 나타내었다. 신장도 측정에는 디 지털 캘리퍼(CD-10APX, Mitutoyo Corporation, Kawasaki, Japan)를 사용하여 측정한 맥아 종자 100개의 평균값을 사 용하였다. 맥아 수율은 건조된 맥아를 제근 한 후, 다음과 같이 계산되었다.

맥주보리 “호품”의 선별체 크기별로 제조된 맥아는 분쇄 기(CT293 CyclotecTM, FOSS Analytical Co, Ltd. Suzhou. China)를 이용하여 분쇄 후 100 mesh 표준체를 통과시킨 가루를 AACC (2000)에 따라 분석에 이용하였다. 조단백 질은 kjeldahl법으로 자동 단백질 분석기(Kjeltec 2400 AUT, Foss Tecator, Mulgrave, Australia)로 측정하였다. 총 전분 함량과 α-amylase activity 분석은 Megazyme kit (Megazyme International, Ltd., Wicklow, Ireland)을 이용하 였다.

맥주보리 “호품”의 선별체 크기별로 선별되어 제조된 맥 아의 가용성 고형분을 측정하기 위해 Park et al. (2019)의 방법으로 국립식량과학원에서 자체적으로 수립한 양조 공 정을 변형하여 활용하였다. 분쇄된 맥아 50 g과 200mL 증 류수를 첨가하여 가온하였다. 물의 온도가 65°C에 도달한 후 1시간 뒤, 72°C 승온 시킨 후, 1시간 뒤 78°C까지 승온 하여 당화과정을 종료한 후 당화액(wort)을 얻었다. 이 때 각 온도별(65°C, 72°C, 78°C) 당도를 3번 측정하였다. 당화 액의 가용성 고형분은 여과를 거친 당화액을 20°C로 냉각 을 시켜 일정하게 온도를 유지시키고 1시료에 1mL 가량 을 취하여 당도계(PAL-1, ATAGO, Tokyo, Japan)를 이용 하여 측정하였다.

자료 분석은 SAS 9.3 (SAS Institute Inc., Cary, NC, USA) PC package를 이용하였다. 실험결과는 3번 반복 값 을 구하여 평균±표준편차로 나타내었으며, 각 변수에 대해 일원배치분산분석(one-way ANOVA)을 실시하였고, 사후검 정으로는 Duncan’s multiple range test를 적용하였으며, α = 0.05 수준에서 유의성을 검정하였다.

맥주보리 “호품”의 선별체 크기별로 분류 결과를 Fig. 2 에 나타내었다. 맥주보리 40 kg 포대별로 3.1 mm 이상, 2.8 mm 이상, 2.5 mm 이상, 2.2 mm 이상, 2.2 mm 이하 및 이물로 나누어서 시료 종류를 분류하였고, Fig. 2a)에서는 비율을 2b)에서 수치로 표기하였다. 가장 많은 비중을 차 지한 순서는 각각 2.8 mm, 2.5 mm, 3.1 mm 이상이었고, 각각 49±5, 23±1, 18±5% 비율을 나타내었다. 2.2 mm 이 상은 6%, 세립인 2.2 mm 이하는 1%, 이물은 2% 함량을 나타내었다. RDA (2012)의 농업과학기술 연구조사 분석기 준에 따르면 2.5 mm 이상을 정립이라고 규정하는데, 본 연 구에서 2.5, 2.8, 3.1 mm 이상이 90%의 정립률을 나타내어, 국내 대기업에서 요구하는 기준인 88% 이상으로 품질이 양호하다고 판단된다.

Fig. 2. Size-related composition of a sack of barley. The standard deviations of 3.1, 2.8, 2.5, ≥2.2, ≤2.2 mm, and foreign substances) are 5.7%, 5.1%, 1.2%, 1.3%, 0.8%, and 0.9%, respectively. *All values indicate the mean of four replicates (4 sacks of barley). a-e Different letters indicate significant differences (p<0.05).

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맥주보리 “호품”의 선별체 크기별로 분류하여 맥아를 제 조한 후, 발아단계가 끝난 직후 시료 채취를 한 결과를 Fig. 3과, 각 시료의 초엽 신장도를 측정하여 평균한 결과 값을 Table 1에 나타내었다. 세립인 2.2 mm 이하의 초엽신 장도가 92.0±9.5%로 가장 높았으며, 3.1 mm 이상이 79.7± 4.5%로 가장 낮은 유의성을 나타내었다. 2.2 mm 이상부터, 2.8 mm 이상까지 중간 크기의 세 가지 시료는 85-89%의 범위를 보였고 통계적으로는 차이가 없었다. 중앙유럽 맥 주위원회(MEBAK, 2013)의 공인된 양조기술 분석방법에 따르면 초엽 신장도는 발아의 균질도를 판정한다고 하고, 보통 독일 맥아의 경우 0.7-0.8 범위여야 한다고 하였는데, 본 연구에서는 세립인 2.2 mm 이하는 제시된 범위보다 과 발아 되었으며, 표준편차가 커서 균일하지 않게 발아되었 고, 이를 제외한 시료는 적절하게 제조가 되었다고 판단된 다. 하지만 다른 품질 항목등을 추가적으로 조사하여 종합 적인 평가가 필요하다.

Fig. 3. Germinated barley produced and classified based on the size of the sorting body: (a) ≥3.1, (b) ≥2.8, (c) ≥2.5, (d) ≥2.2, and (e) ≤2.2 mm.

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Table 1. Coleoptiles elongation, malt yields, protein, starch contents, and enzyme activity classified based on the size of the sorting body

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침지, 발아, 건조 단계까지 모두 끝난 후 제근을 마친 맥 아의 수율을 계산한 결과 또한 Table 1에 나타내었다. 맥 아 수율은 종실 크기가 클수록 높은 경향을 나타내었고, 정립인 2.5 mm, 2.8 mm, 3.1 mm 이상에서 86% 이상의 수 율을 보여 2.2 mm 이상과 이하 크기의 맥아보다 높은 유 의성이 인정되었다. 특히 2.2mm 이하의 시료는 72.8%로 크게 낮은 결과를 보였다. 보리에서 맥아가 만들어진 비율 을 제맥 수율(malting yield)라 하고, 제맥 수율은 가능한 높은 것이 좋다. Jung et al. (2015)에 따르면, 일반적으로 보리 100 kg를 제맥 하였을 때 75-85%의 맥아를 생산할 수 있다고 하였고, 그 중 맥주보리와 맥아의 수분함량의 차이로 인한 수분의 감소로 약 10%의 손실이 기본적으로 발생한다고 하였다. 본 연구에서는 “호품” 맥아의 수율이 2.2 mm 이상의 경우 82% 범위를 보여 일반적인 수준이었 고, 2.5, 2.8, 3.1 mm 이상의 정립에서는 일반적인 수준 보 다 높아 맥아 가공에 적합한 품질을 나타낸다고 판단된다.

맥주보리 “호품”의 선별체 크기별로 분류하여 가공한 맥 아의 조단백, 총전분, α-amylase activity 분석결과를 Table 1에 나타내었다. 단백질과 전분 함량, 당화에 큰 영향을 미 치는 효소활성은 맥주의 원료인 맥아의 품질 중 가장 중요 한 지표를 나타내는 것이라고 할 수 있다. 조단백질 함량 의 경우, 2.5, 2.8, 3.1 mm 이상의 크기 맥아 모두에서 11.0-11.7% 범위를 보여 그 외 시료에 비해 통계적으로 낮 은 결과가 인정되었다. 2.2 mm 이상과 이하의 시료에서 종 자 크기가 작을수록 단백질 함량이 증가하였다. 양조용 맥 주보리 품종은 일반적으로 8-12%의 단백질 함량 범위에서 선발되는데, 이와 같이 단백질 함량이 너무 높거나, 너무 낮을 경우 맥주 품질에 저하의 큰 요인이 되기도 한다 (Celus et al., 2006). 따라서 본 연구에서 2.2mm 이상의 경우 12.8%, 특히 2.2mm 이하의 세립에서 가장 높은 14.5%의 결과를 보여 맥주보리용 원료로서 단백질 함량이 높다고 판단되며, 특히 2.2mm 이하의 세립은 양조로 사용 될 때 맥주 품질 저하의 기준이 될 수 있다고 생각된다.

총전분 함량은 맥아 크기 클수록 높은 경향을 보였고, 2.5 mm, 2.8 mm, 3.1 mm 이상의 시료에서 유의적 차이는 보이지 않았다. 하지만, 2.2 mm 이상 및 이하의 시료에서 는 총전분 함량이 낮았으며, 통계적인 차이도 나타났다. 전 분은 보리의 주요 구성성분(51%-77%)으로서 발효를 위한 당으로 가수분해 된다. 따라서 맥주 품질을 결정하는 가장 중요한 것 중에 하나이다(Gupta et al., 2010). 전분은 제맥 공정동안 분해되기 시작하고, 소실이 일어난다(Wenwen et al., 2019). 따라서 전분함량이 상대적으로 낮은 2.2 mm 이 상 및 이하의 시료보다, 2.5, 2.8, 3.1 mm 이상의 정립이 양호한 맥주 품질의 원료로서 적합할 것이라 판단된다.

α-Amylase activities는 종자 크기가 작을수록 높은 결과 를 보였으며, 2.2 mm 이하와 이상에서 가장 높았으며, 각 각의 시료에서 유의적인 차이를 보였다. 3.1 mm 이상과 2.8 mm 이상에서 가장 낮은 효소활성 결과를 보였지만 두 가지 시료에서 유의적인 차이는 없었다. 효소활성은 양조 에 있어서 아주 중요한 요인 중 하나이며, 제맥 공정에서 전분의 분해를 야기하며, 담금 공정에서 알코올생성을 위 한 당을 생성하게 한다(Yu et al., 2020).

Kim & Kang (2002)은 맥주보리의 높은 단백질 함량이 일반적으로 맥아의 높은 가용성 단백질과 관계하여 맥아의 효소활성을 촉진시켜 효소역가를 증가시킨다고 하였고, 단 백질 함량이 높은 맥아의 효소활성이 높은 결과를 보였는 데, 본 연구에서도 일치하는 결과를 보였다. 한편, α- amylase는 전분의 α-1,4 결합을 무작위로 가수분해 시키는 효소로, 보리 원맥에는 거의 존재하지 않으나 곡립이 발아할 때 충분히 합성되어진다(Muralikrishna & Nirmala,. 2005). 효소 활성은 단백질 함량이외에도 보리 품종에 따라 차이 가 나며, 높은 효소활성이 요구되는 엿기름의 경우 초엽 신장도를 더 길게 키운다고 하였다(Cho, 1990;Ryu et al., 2008). 본 연구에서 3.1 mm 이상의 종자의 경우 다른 크기 의 시료에 비해 신장도가 가장 낮아 제맥 조건 등을 조절 하여 효소활성을 더 높일 수 있다고 판단되며, 높은 효소 활성이 요구되는 맥아 생산의 경우에는 이에 대한 추가 연 구가 필요하다.

맥주보리 “호품”의 선별체 크기별로 분류하여 가공한 맥 아의 당화액을 제조하고, 가용성 고형분을 측정한 결과를 Fig. 4에 나타내었다. 가용성 고형분은 각 3단계 온도(65, 72, 78°C)에서 당화시킨 후 3번씩 측정되었고, 3번째 측정 된 것이 최종 당도(°BX)이다. 가용성 고형분의 경우 2.2 mm 이하의 맥아의 경우 15.1-15.3°BX로 당도 변화가 거의 없었고, 다른 크기의 맥아 시료에 의해 모두 통계적으로 낮은 결과를 나타내었다. 2.2 mm 이하 맥아 시료를 제외하 고는 최초 측정 시 16.9°BX 범위를 나타내었으며, 최종 측 정시 17.4-17.5°BX 결과를 보여 증가하였고, 각 시료별 차 이는 없었다.

Fig. 4. Soluble solid content of malts classified based on the size of the sorting body. *Measurements were made three times. The first was 1 h from 65°C, the second was 1 h after raising the temperature to 72°C, and the third was 10 min after the final saccharification temperature of 78°C. All values indicate the mean of three replications. Each error bar, standard deviations, is shown on the graph. a-c Different letters indicate significant differences (p<0.05).

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맥주보리는 제맥 공정을 통해 전분 분해가 일어나고, 가 수분해 효소가 활성화 되는데, 이것이 담금 공정인 전분 분해 과정에서 전분이 양조를 위한 환원당이 생성된다 (Fangel et al., 2018). 따라서 전분 가수분해효소인 α- amylase activities는 가장 높았지만 총 전분의 함량이 가장 낮았던 2.2mm 이하의 맥주보리 당화액의 가용성 고형분 함량이 유의하게 낮았으며, 낮은 총 전분 함량은 당화액의 당도에 영향을 미쳤다고 판단된다.