타가토스의 첨가가 요구르트의 품질 및 관능 특성에 미치는 영향

요구르트의 제조에 사용된 주재료인 우유(Seoul milk Co., Seoul, Korea), 타가토스(tagatose, CJ Cheiljedang, Incheon, Korea), 백설탕(sucrose, CJ Cheiljedang, Incheon, Korea) 은 시판품을 구입하여 사용하였다. 요구르트 제조에 사용 된 균주는 Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus (이 하 L. bulgaricus)와 Streptococcus thermophilus (이하 S. thermophilus) 2종의 균주를 중앙대학교(Ansung, Korea)에 서 분양 받아 사용하였으며, 보존용 배지로는 Lactobacilli MRS broth 배지(Difco Laboratories, Becton, Dickinson and Company, Sparks, MD, USA)를 사용하여 37±1°C, 24 시간 동안 2회 계대 배양하여 종균으로 사용하였다. 1차 균주 배양은 5.2% MRS 배지에 0.2% 접종하여 37°C에서 24시간 배양하였으며, 같은 조건에서 2차 계대 배양한 균 주를 요구르트 제조의 스타터로 사용하였다.

우유 60 mL에 7%의 타가토스(tagatose), 설탕(sucrose), 또는 타가토스와 설탕의 혼합물(1:1)을 첨가하여 마그네틱 교반기(Hot Plate & Magnetic Stirrer, Misung Scientific Co., Yangju, Korea)를 사용하여 교반 후 90°C에서 30분간 살균한다. 살균된 믹스가 40-45°C 정도로 냉각되었을 때 유산균(S. thermophilus or L. bulgaricus)을 접종한 뒤 37°C incubator에서 24시간 발효한 후 starter culture로 사 용하였다. 요구르트 제조를 위하여 우유 500 mL에 7%의 타가토스(tagatose), 설탕(sucrose), 또는 타가토스와 설탕의 혼합물(1:1)을 첨가한 후 마그네틱 교반기에서 교반 후 살 균하였다(90°C, 30 min). 살균이 끝나면 40-45°C 사이로 냉각시킨 샘플에 앞서 제조한 starter culture 50 mL를 혼 합하였다. 같은 방법으로 타가토스 첨가 유무와 접종 균 주에 따라 6가지 샘플(SST: sucrose with S. thermophilus, SLB: sucrose with L. bulgaricus, TST: tagatose with S. thermophilus, TLB: tagatose with L. bulgaricus, STST: sucrose + tagatose with S. thermophilus, STLB: sucrose + tagatose with L. bulgaricus)을 37°C incubator에서 24시간 동안 발효시키면서 6시간마다 샘플을 채취하여 pH, 적정 산도, 당도, 생균수를 측정하였고, 색의 변화를 알아보기 위하여 발효 전과 후에 색도를 측정하였으며 발효가 끝난 후에는 4±2°C 냉장고에서 48시간 동안 보관 후 관능검사 를 실시하여 비교하였다.

요구르트의 pH는 pH meter (Orion 3 star, Thermo Scientific Inc., Beverly, MA, USA)로 24시간 발효시키는 동안 6시간 간격으로 측정하였으며, 적정산도는 Jeon et al. (2005)의 방법에 따라 요구르트 10 mL를 100 mL 메스플라 스크에 정용한 후 그 중 20 mL를 취하여 페놀프탈레인 지 시약 2-3방울을 넣고 0.1 N NaOH로 적정하여 측정하였으 며 적정에 사용된 0.1 N NaOH의 소비 mL수를 다음의 계 산식을 이용하여 젖산으로 환산하였다.

$\begin{array}{l}\text{Titratable acidity (\%)}\\ \text{=}\frac{\text{mL of 0.1 N NaOH}\hspace{0.17em}\text{×}\hspace{0.17em}\text{Factor}\hspace{0.17em}\text{×Dilution rate}\hspace{0.17em}\text{×0.009}}{\text{Weight of sample (mL)}}\text{×100}\end{array}$

당도는 굴절당도계(Master-M Series, ATAGO Co. Ltd., Tokyo, Japan)의 프리즘에 샘플 2-3 방울을 떨어뜨려 프리 즘 덮개를 닫은 후 접안렌즈를 통해 눈금을 읽어 측정하였 으며 유산균 접종 후 6시간 간격으로 24시간 동안 측정하 였다. 색도는 유산균 접종 직후와 24시간 동안 발효 후 각 각의 시료를 색차계(CM-5, Konica Minolta, Tokyo, Japan) 를 사용하여 L값(lightness), a값(+red/-green), b값(+yellow/- blue)으로 나타내었다. 모든 실험은 3회 반복 측정하여 평 균값과 표준편차로 나타내었다.

배양 중 유산균수의 변화에 대한 측정을 위하여 24시간 동안 배양하면서 각 6시간마다 채취한 시료를 멸균 생리식 염수에 넣고 균질화 한 후 십진 희석법으로 희석하여 희석 배수 별로 petri dish에 분주하고, MRS agar 배지를 이용 하여 37±1°C에서 48±1시간동안 배양 후 균수를 계측하여 30-300 colony가 나타나는 평판을 선택하여 산출하였다.

관능평가는 50명의 일반 패널을 대상으로 본 실험의 목 적과 평가 방법 및 측정 항목에 대해 충분히 설명한 후 실시하였다. 냉장 온도(4±2°C)에서 2일간 보관한 요구르트 를 50명의 패널들에게 강도 및 기호도에 대해 평가하였다. 강도에 대한 평가항목으로는 색(color), 풍미(flavor), 신맛 (sourness), 단맛(sweetness), 후미(aftertaste), 걸쭉한 정도 (thickness)에 대하여 1점으로 갈수록 약하게 표현하고 9점 으로 갈수록 강하게 느끼는 것으로 표시하도록 하는 9점 척도법으로 평가하도록 하였다. 또한 기호도에 대한 평가 항목으로 외관(apparence), 풍미(flavor) 맛(taste), 조직감 (texture) 및 전반적인 기호도(overall acceptability)에 대해 좋아하는 정도를 9점 척도를 이용하여 평가하였다.

실험 결과는 통계분석 SAS Ver. 9.2 프로그램(SAS Institute Inc., Cary, NC, USA)을 사용하여 분산분석을 수 행하였고 평균±표준편차로 나타내었다. 각 시료 분석 결과 에 대한 비교를 위하여 Duncan의 다중검정법(Duncan’s multiple range test)을 실시하여 시료 간의 유의적인 차이 를 검증하였으며, 통계적 유의수준은 one-way ANOVA를 이용하여 5% (p<0.05)로 설정하였다.

요구르트의 발효 중 pH는 발효 진행 상황, 성분 변화 및 산미 정도를 알 수 있는 중요한 품질 지표로서 활용되 고 있다(Yang et al., 2010). 우유에 타가토스 또는 설탕을 첨가한 시료에 S. thermophilus나 L. bulgaricus를 접종한 후 24시간 동안 발효시키면서 6시간 간격으로 pH의 변화 에 대하여 측정한 결과를 Fig. 1에 나타내었다. 모든 요구 르트는 배양시간이 증가함에 따라 pH가 감소하는 경향을 보였지만 타가토스 첨가량 및 균주에 따라 그 감소 정도에 차이가 있었다. Chamber (1979)는 양질의 요구르트를 생산 하기 위한 적정 pH가 3.27-4.53이라고 하였는데, 설탕을 첨가하여 발효시킨 경우 모두 발효 24시간 후에는 pH 4.5 근처에 도달하였지만, 타가토스만을 첨가하여 발효시킨 경 우 균주에 상관없이 모두 배양 24시간 후 pH가 5.6 이상 에 머무르는 결과가 나타났다. 설탕과 타가토스를 혼합 첨 가하여 발효시킨 경우 S. thermophilus는 설탕 첨가구(대조 구)와 유사하게 배양 18시간 이후부터 적정 pH에 근접할 수 있었지만 L. bulgaricus를 접종한 요구르트는 타가토스 첨가구와 마찬가지로 24시간 내에 적정 pH에 도달하지 못 하였다.

Fig. 1. The change of pH on yogurt incorporating tagatose during fermentation period by Streptococcus thermophilus and Lactobacillus bulgaricus at 37±1°C for 24 h. SST (●): sucrose with S. thermophilus, TST (○): tagatose with S. thermophilus, STST (▲): sucrose + tagatose (1:1) with S. thermophilus, SLB (■): sucrose with L. bulgaricus, TLB (□): tagatose with L. bulgaricus, STLB (△): sucrose + tagatose (1:1) with L. bulgaricus.

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적정산도로 나타내어지는 젖산 생성량의 변화 역시 pH 변화와 유사한 경향을 보였는데(Fig. 2), 일반적으로 발효 유의 산도가 1.0-1.1%일 때 가장 좋은 품질을 나타내며, 한국인의 기호에 맞는 발효유의 적정산도는 0.85-1.20%라 는 보고된 바 있다(Shin et al., 1993;Lee et al., 2006). 설 탕만을 이용하여 발효시킨 요구르트는 S. thermophilus와 L. bulgaricus 접종 직후 0.44%였던 산도가 배양 6시간 후 부터 급격히 증가하여 발효 12-18시간 사이에 한국인의 기 호에 부합하는 0.85% 이상을 나타내었으며, 24시간 후에 1.51%의 산도를 나타낸 것과 달리, 타가토스만을 첨가하여 발효를 진행한 요구르트는 산도가 증가하지 않았으며 (0.59%), 양질의 요구르트를 생산할 수 있는 산도에 도달 하지 못하였다. L. bulgaricus로 발효시킨 타가토스와 설탕 혼합 첨가구는 24시간 내에 적절한 산도에 도달하지 못하 였으며, S. thermophilus로 발효시킨 경우 대조구와 유사하 게 적절한 산도에 도달할 수 있었다.

Fig. 2. The change of titratable acidity on yogurt incorporating tagatose during fermentation period by Streptococcus thermophilus and Lactobacillus bulgaricus at 37±1°C for 24 h. SST (●): sucrose with S. thermophilus, TST (○): tagatose with S. thermophilus, STST (▲): sucrose + tagatose (1:1) with S. thermophilus, SLB (■): sucrose with L. bulgaricus, TLB (□): tagatose with L. bulgaricus, STLB (△): sucrose + tagatose (1:1) with L. bulgaricus.

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굴절당도계를 이용하여 측정한 요구르트의 발효 중 당도 변화의 결과를 Fig. 3에 나타내었다. 양질의 요구르트를 생 산하기에 적절한 pH 및 산도에 24시간 내에 도달하지 못 하였던 타가토스 첨가구(TST, TLB) 및 L. bulgaricus로 발 효시킨 설탕과 타가토스 혼합 첨가구(STLB)는 당도의 감 소 정도 역시 미미하였다(8.6 °Brix) 반면에, S. thermophilus 로 발효시킨 대조구(SST)의 당도는 6-12시간 사이에 급격 하게 감소하였으며, 설탕과 타가토스 혼합 첨가구(STST) 의 경우 6시간 이후부터 감소가 이루어지기 시작하여 18 시간까지 지속적인 감소가 나타났다. L. bulgaricus로 발 효시킨 설탕 첨가 요구르트(SLB)의 경우에 12시간까지는 변화가 거의 없다가 12-18시간 사이에 급격히 감소하였으 며, 접종 전 9.5 °Brix 이었던 당도가 배양 18시간에는 4.2 °Brix로 감소하였다. 요구르트의 발효 중 pH, 적정산도, 당도 변화에 대한 결과를 종합해 보았을 때, 유산균의 경 우 S. thermophilus가 L. bulgaricus보다 발효속도가 빨랐으 며, 두 유산균 모두 타가토스만을 이용해서는 정상적인 젖 산 발효가 일어나지 않은 것으로 보인다. 전체 유산균 중 약 5-10% 정도만이 타가토스를 이용할 수 있으며, Lactobacillus casei, Lactobacillus rhamnosus, Lactobacillus paracase는 타가토스를 이용할 수 있는 주요 유산균주로, Bifidobacterium 속은 타가토스를 이용할 수 없는 유산균주 로 보고되었다(Bertelsen et al., 2001;Kim, 2012b). 하지만 Bertelsen et al. (2001)은 S. thermophilus와 L. bulgaricus 의 경우에는 같은 균주라도 유래된 곳에 따라 타가토스를 이용할 수 없는 균주도 존재한다고 보고하였다.

Fig. 3. The change of sugar content on yogurt incorporating tagatose during fermentation period by Streptococcus thermophilus and Lactobacillus bulgaricus at 37±1°C for 24 h. SST (●): sucrose with S. thermophilus, TST (○): tagatose with S. thermophilus, STST (▲): sucrose + tagatose (1:1) with S. thermophilus, SLB (■): sucrose with L. bulgaricus, TLB (□): tagatose with L. bulgaricus, STLB (△): sucrose + tagatose (1:1) with L. bulgaricus.

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타가토스 또는 설탕을 첨가한 요구르트의 색 차이를 알 아보기 위하여 명도(L^*: lightness), 적색도(a^*: redness), 황 색도(b^*: yellowness)를 색차계를 이용하여 3회 반복 측정 하여 평균값과 표준편차를 Table 1에 나타내었다. 색도는 요구르트의 선택과 품질에 큰 영향을 미치는 것으로 중요 한 특성 중에 하나인데(Han, 2005) 타가토스 또는 설탕을 첨가한 요구르트의 발효 전후의 색도 측정 결과를 비교해 봤을 때 명도(L^*값)와 적색도(a^*값)에서는 거의 차이를 보 이지 않았으나 황색도(b^*값)의 경우 발효 후 모든 시료에서 증가하는 것으로 나타났다. 또한 요구르트의 발효 전후에 타가토스 첨가구와 대조구 사이에는 L^*값, a^*값, b^*값 모두 유의적인 차이가 나타나지 않았다. Lee et al.(2017)의 연구 에 따르면, 다쿠아즈 제조 시 설탕을 대체한 타가토스 첨 가량이 증가할수록 적색도는 증가하였으며, 메일라드 반응 에 의한 갈변이 그 원인이었는데, 본 연구에서 사용한 요 구르트는 상대적으로 수분함량이 높고 메일라드 반응의 영 향을 적게 받는 낮은 온도에서 발효가 진행되었기에 타가 토스 유무에 따른 요구르트의 색상 변화가 없는 것으로 생 각된다. 따라서 타가토스의 첨가로 인한 색의 변화가 없어 요구르트 품질의 결정과 소비자들의 선택에 있어 색의 영 향은 없을 것으로 판단된다.

Table 1. The change of color value in yogurt including tagatose before and after fermentation by Streptococcus thermophilus and Lactobacillus bulgaricus

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요구르트의 발효 과정 중 유산균수는 0, 6, 12, 18, 24시 간 배양할 때의 유산균수를 측정하여 Table 2에 나타내었 다. 배양 6시간에는 S. thermophilus를 접종한 경우에는 유 의적 차이가 나타나지 않았지만 L. bulgaricus의 경우에는 타가토스 첨가구가 1.03×10⁵CFU/mL로 6.13×10⁵CFU/mL 인 대조구의 경우보다 생균수가 유의적으로 적게 나타났다. 배양 12시간에서는 타가토스 첨가구가 대조구인 설탕 첨가 구와는 유의적인 차이가 없었지만 S. thermophilus를 접종 한 경우에는 4.63×10⁸CFU/mL로 2.57×10⁹CFU/mL인 타 가토스와 설탕을 혼합하여 첨가한 요구르트에 비해 생균수 가 유의적으로 적게 나타났다. 배양 18시간에는 6시간에서 와 같이 L. bulgaricus를 접종한 경우에만 타가토스 첨가구 가 5.33×10⁹CFU/mL로 1.87×10¹⁰CFU/mL인 대조구의 경 우보다 생균수가 유의적으로 적게 나타났으나 24시간에 도 달하였을 때는 모든 요구르트 샘플에서 유의적 차이가 나 타나지 않았다. 타가토스 첨가구의 경우 발효 24시간 후에 pH, 적정산도 및 당도의 결과가 유산균수와 유사한 경향을 보이지 않았는데 이는 Bae et al. (2004)이 보고한 바에 따 르면 유산균의 종류별 생장 양상이 다르기 때문에 유산균 수나 산도, pH의 경향이 다르게 나타난다고 하였다. 또한 Bae et al. (2004)와 Lee et al. (2013)의 연구 결과에서도 대조군의 경우에 발효 후 pH 및 적정산도는 요구르트 생 산 기준에는 미흡하였지만 유산균 수는 정상적인 발효가 진행된 요구르트와 큰 차이가 나타나지 않아 본 연구에서 tagatose를 첨가한 요구르트의 결과와 유사하였다.

Table 2. The change of viable cell counts on yogurt incorporating tagatose during fermentation period by Streptococcus thermophilus and Lactobacillus bulgaricus at 37±1°C for 24 h

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이상의 결과에서 나타났듯이 타가토스의 첨가가 S. thermophilus의 성장 속도에는 거의 영향을 미치지 않는 것 으로 나타났지만 L. bulgaricus의 경우에는 성장 속도를 저 해시키는 결과가 초래되었는데 이는 요구르트의 발효 속도 를 저해시키는 결과로 나타났다. 요구르트의 발효 과정 중 생균수는 모든 처리구에서 24시간 동안 지속적으로 증가함 을 볼 수 있으며, 처음 접종 후 6시간까지는 미미하게 증 가함을 보였으나 6-12시간 사이에는 급속히 성장하였다가 그 이후에는 완만하게 증가하여 24시간 후에는 모든 요구 르트가 1.33(±0.58) × 10¹¹ 이상의 생균수를 나타내었다. Kim et al. (2015)의 연구에 의하면 시중에서 판매되고 있 는 요구르트 제품의 유산균수를 측정하였을 때 평균값으로 6.3(±0.4) × 10⁶에서 8.3(±1.4) × 10⁹CFU/mL까지의 값을 나 타내었고, 요구르트 1병을 기준으로 하였을 때는 8.1(±0.4) × 10⁸에서 1.4(±0.9) × 10¹¹CFU/mL까지의 값을 나타내었다 고 보고하여 본 연구에서 제조된 타가토스 첨가 요구르트 의 유산균의 양이 시판되는 요구르트와 유사한 범위를 나 타내고 있는 것을 확인할 수 있었다. 또한 현행 우리나라 식품 공전 상 축산물 가공기준 및 성분 규격(MFDS, 2013)에 정해진 농후 발효유의 총 유산균수는 1×10⁸CFU/ mL 이상으로 본 실험의 결과 제조된 요구르트의 유산균수 는 모두 적정치 범위 이상인 것으로 확인되었다. 유산균 접종 후 12시간 이후에 생균수가 완만하게 증가하는 이유 는 산의 생성으로 인한 pH 저하 등의 원인으로 인하여 균 의 생육이 어느 정도 억제되는 시기에 도달하는 것으로 판 단된다(Kim, 2012a). Kang et al. (2013)의 연구에 의하면 L. casei의 경우 타가토스를 탄소원으로 이용하여 유산균의 생육이 촉진되고 요구르트 제조 시 타가토스의 첨가가 L. casei를 선택적으로 증식시켜 유산균의 생육 및 산 생성을 촉진시키는 것으로 보고되고 있으나 본 연구에서 사용된 균주인 S. thermophilus와 L. bulgaricus의 경우에는 pH 및 적정산도의 결과를 종합해 볼 때 타가토스의 첨가가 오히 려 유산균의 성장 속도를 저해하여 요구르트 제조 시 발효 속도를 늦추는 것으로 사료된다. 하지만 설탕과 타가토스 를 혼합 첨가하였을 경우에는 대조구와 유의적인 차이가 나타나지 않아 유용한 생리 효과를 가진 타가토스를 단독 사용하는 것보다는 요구르트 제조 시 설탕과 혼합 첨가하 게 된다면 좋은 천연 소재로서의 활용이 가능할 것으로 판 단된다. 하지만 이를 위해서는 설탕을 대체하여 단독으로 사용하였을 경우에도 요구르트의 발효 속도를 향상시킬 수 있는 더 많은 연구가 필요할 것으로 생각된다.

발효가 완료된 요구르트를 4°C에서 48시간동안 냉장 보 관한 후 관능적 강도 평가와 기호도 평가를 50명의 패널을 대상으로 실시하였다. 관능적 특성의 강도를 알아보기 위하 여 색(color), 향(flavor), 신맛(sourness), 단맛(sweetness), 후 미(aftertaste), 점도(thickness)에 대한 평가를 9점 척도법으 로 실시하여 강도가 클수록 높은 점수를 주도록 관능평가 를 실시한 결과는 Table 3과 같다. 요구르트의 관능적 강 도 평가 결과 색상(color)에 있어서는 설탕만 첨가한 대조 구에 비해 타가토스가 첨가된 요구르트에서 약간 진한색이 나타나는 것으로 평가되었고, S. thermophilus로 발효시킨 대조구가 가장 강한 신맛(sourness)을 나타냈으며 그에 비 해 타가토스 첨가구는 신맛의 강도가 유의적으로 약한 것 으로 평가되었다. 향(flavor)과 단맛(sweetness)의 경우에는 설탕과 타가토스의 첨가에 따른 유의적인 차이가 거의 나 타나지 않았으며 후미(aftertaste)는 설탕 첨가구가 타가토스 첨가구에 비해 높게 평가되었다. S. thermophilus로 발효시 킨 대조구의 점도(thickness)가 가장 높게 평가되었고 타가 토스 첨가구에 비해서도 유의적으로 높게 평가되었다. 또 한 외관(appearance), 향(flavor), 맛(taste), 조직감(texture), 종합적인 기호도(overall acceptability)에 대하여 9점 척도 법으로 기호도 평가를 실시한 결과는 Table 4에 나타내었 다. 외관(appearance)의 경우 대조구의 선호도가 타가토스 첨가구에 비해 약간 좋게 평가되었으나 향(flavor)의 경우 L. bulgaricus로 발효시킨 타가토스 첨가 요구르트의 선호 도가 유의적으로 가장 높게 평가되었고 S. thermophilus로 발효시킨 대조구가 가장 낮은 선호도를 보였다. 맛(taste)과 조직감(texture)에서는 대조구가 타가토스 첨가구에 비해 약 간 높은 선호도를 나타내었으나 설탕과 타가토스를 혼합하 여 첨가한 요구르트와는 유의적인 차이가 나타나지 않았다 (p<0.05). 종합적인 기호도(overall acceptability)에 대해서는 설탕과 타가토스 혼합 첨가구가 타가토스 첨가구에 비해 유의적으로 높은 점수를 받았고 대조구와는 유의적인 차이 가 나타나진 않았지만 평균값에서 더 높은 점수를 얻었다. 요구르트의 품질을 결정하는 중요한 관능적 요소로는 일반 적으로 외관(색상), 향미, 맛, 조직감을 들 수 있는데(Cho et al., 2008) 본 연구에서의 관능 평가 결과를 종합해 볼 때 외관(appearance)의 경우 설탕 첨가구의 선호도가 향 (flavor)의 경우 타가토스 첨가구의 선호도가 높은 평가를 받았으나 맛(taste), 조직감(texture), 종합적인 기호도(overall acceptability)에 대한 선호도에서는 전반적으로 설탕과 타 가토스 혼합 첨가구가 타가토스 첨가구에 비해 높은 점수 를 받았으며 대조구와는 유의적인 차이가 나타나지 않아 타가토스를 설탕과 혼합하여 사용한다면 설탕을 첨가한 요 구르트와는 관능적인 차이를 나타내지는 않으면서 칼로리 와 혈당지수(GI) 값을 낮춘 요구르트 제조에 이용할 수 있 을 것으로 판단된다.

Table 3. Sensory intensities of yogurt including tagatose fermented with Streptococcus thermophilus and Lactobacillus bulgaricus

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Table 4. Sensory preference of yogurt including tagatose fermented with Streptococcus thermophilus and Lactobacillus bulgaricus

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