Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society Vol. 12, No. 7 pp. 3103-3108, 2011 DOI : 10.5762/KAIS.2011.12.7.3103 버찌와꿀을함께발효한버찌 - 꿀술의발효특성 장기효 1* 1 강원대학교식품영양학과 Characteristics of Wine Fermented with Fruit of Flowering Cherry and Honey Ki-Hyo Jang 1* 1 Department of Food and Nutrition, Kangwon National University 요약탄소원으로꿀을사용하여제조한버찌- 꿀술의이화학적특성을분석하였다. 버찌-꿀술의발효는 Saccharomyces bayanus (EC-118) 를스타터균으로하여발효액 2 L를사용하여 30일동안진행하였다. 발효전발효액에서가장많은탄수화물은과당이었으며, 포도당과설탕순으로나타났다. 발효기간동안포도당은효모균에의하여과당보다빠르게이용되어사라졌으며, 발효기간이진행됨에따라과당 / 포도당비는증가함을보였다. 발효액의 ph와효모생균수는발효초기 5일동안급격하게변화하였으나발효액의 Brix(%) 는 30일기간동안점진적으로감소하였다. 최종적으로완성된버찌-꿀술은산가 0.43%, ph 3.5, 9.7 Brix(%), 에탄올농도 14% 였다. 버찌-꿀술의양조특성을규명하였으므로추가적인버찌의기능성이확보된다면버찌-꿀술의개발가능성이충분히있다. Abstract This work was aimed to evaluate supplementation of honey as sole carbon source on the fermentation characteristics of wine fermented with fruit of flowering cherry and honey(flowering cherry-honey wine). Physiochemical changes of flowering cherry-honey wine(2 L) were investigated during 30 days in fermentation by strain of Saccharomyces bayanus (EC-118). At the beginning of fermentation, fructose was most abundant sugar then glucose and sucrose were followed. As fermentation proceeded, utilization of glucose by S. bayanus (EC-118) was faster than fructose, so that the ratio of fructose/glucose was increased. During fermentation for 30 days, ph and viable yeast count was changed rapidly between 0 to 5 days, while Brix(%) decreased gradually for 30 days. Final total titratable acidity, ph, Brix(%) and ethanol content of flowering cherry-honey wine were 0.43%, ph 3.5, 9.7 Brix(%) and 14%, respectively. Our finding demonstrate that flowering cherry-honey could be benefical supplements for wine production. Key Words : Ethanol, Fermentation, Honey, Mead, Fruit of flowering Cherry 1. 서론 벌꿀은천연감미료로오랜기간동안건강식품, 의약품과화장품분야에서널리사용되는향기롭고점성이높은감미물질이다 [1]. 벌꿀에는각종비타민, 무기질, 아미노산, 지방산등을포함하고있어서, 피로회복, 숙취해소등의효능이알려져있다 [1]. 벌꿀성분중에서가장많은성분은탄수화물이며이중대부분은단당류인 fructose와 glucose이며, fructose/glucose의비율은 2~28으로 fructose 의비율이월등히높아서감미도가뛰어나다 [1,2]. 이외에도, 이당류인 sucrose, 그리고소량의 oligosaccharides를포함한다. 꿀에풍부한단당류와이당류등의탄수화물은단발효로효모에의하여벌꿀주의 ethanol으로변환된다 [3,4]. 벌꿀주는원료의가격이비싸고, 발효기간이길어서잡균에의한오염가능성등이벌꿀주보편화의걸림돌로작용하고있다 [4,5]. 이러한문제점들을해결하기위하여발효시효모영양원의첨가로발효기간을단축하고, 발효된벌꿀주를청징과여과처리함으로써부분적으로 본연구는 2011 년도학사경비보조금재원으로강원대학교의연구비를지원받아수행되었습니다. * 교신저자 : 장기효 (kihyojang@kangwon.ac.kr) 접수일 11 년 05 월 17 일수정일 (1 차 11 년 06 월 13 일, 2 차 11 년 06 월 21 일 ) 게재확정일 11 년 07 월 07 일 3103
한국산학기술학회논문지제 12 권제 7 호, 2011 문제해결이가능하다 [4]. 벚나무 (Prunus serrulata L. var. spontanea Max. wils.) 는낙엽교목으로, 흰색또는홍색의꽃을만들며우리나라에서는가로수등으로널리보급되어있다. Kim 등 [6] 의연구에의하면, 버찌 ( 벚나무열매 ) 의 anthocyanin 색소는광선에안정하여색소잔존율이높아서식용적색색소자원이라고알려졌다. Lee 등 [7] 의버찌의영양성분연구에서는, 수분함량이 77~84% 로매우낮고, 조단백 0.2~1.5%, 조지방은 1.0~2.7%, 당질은 13.4~19.3% 를함유하고있으며, 무기질성분으로는칼륨의함량 (220~329 mg%) 이가장높으며 Ca>P>Na>Mg>Fe의순으로높았다. 버찌에함유된당질로는 glucose, fructose, sucrose의순으로나타나고, 유기산함량은 3.4~4.2% 이며, 사과산이대부분을차지하였다. 버찌의안토시아닌함량은 3.4~3.6%, 총 polyphenol 함량은 3.1~4.4% 였다. 벚나무는국내가로수 4개당 1개꼴로흔함에도불구하고, 버찌를이용한식품연구는버찌분말첨가젤리 [8], 버찌분말첨가쿠키 [9] 등으로연구수준에머무르고있는실정이다. 최근 DPPH hydroxy radical scavenging activity, reducing power capacity, SDD like activity 등의실험등에서, 버찌의항산화와항바이러스신규효능이밝혀지고있으므로, 버찌를식품가공에적용시의미있는버찌가공식품개발이가능하리라예상된다 [10]. 가정에서는벚나무의꽃이나버찌에설탕이나소주를부어서침출주로음용하지만, 미생물의발효에의한버찌발효주에대한연구는전무한실정이다. 이에본연구에서는꿀로버찌의유효성분을우려내고여기에효모를사용하여발효주를개발하여이화학적특성을분석하였다. 2. 재료및방법 2.1 재료 꿀은 2006년도강원원주에서수확한아카시아꿀을사용하였으며, 버찌는 2006년 5월에강원도삼척에서수확하여간단한수세와건조후에 -80 o C에서보관하면서사용하였다. 와인효모 EC-1118 (Saccharomyces bayanus) 는 Lallemand사 (Mountreal, ON, Canada) 에서구매하였다. Sucrose와 potassium metabisulfite(k 2S 2O 5) 은각각제일제당 (Seoul, Korea) 과 Sigma사 (St. Louis, MO., USA) 제품을사용하였다. 2.2 발효주제조버찌 1 kg에꿀원액 2,000 ml를혼합하여상온에서 30일간보관하였다. 살균한광목천을사용하여여과한꿀에물 4,500 ml를첨가하여당도 24.3 Brix(%) 의버찌당즙액 6,500 ml를제조하였다. 버찌당즙액 (1,000 ml) 을 2 L 발효조에가하고여기에효모생육촉진제인 diammonium hydrogen phosphate 1 g과 K 2S 2O 5 를 0.1 g를첨가한후상온에서 16시간방치하여내용물을살균하였다. 살균후효모를 0.25 g를접종하였다 ( 표 1). 발효조상단에에어락을장치하였으며, 30일동안의발효기간중의발효액온도는 20~21 o C 였다. 발효기간중에약 50 ml의시료를채취하여 -20 o C에서냉동보관하였으며, 해동후분석에사용하였다. [ 표 1] 버찌 - 꿀술발효액조성 [Table 1] Proportion of flowering cherry-honey wine Honey extracts of cherry (ml) 1) (NH 4) 2HPO 4 (gram) K 2S 2O 5 (gram) Yeast (gram) 1) Fruit of flowering cherry -honey 1,000 1 0.1 0.25 Honey extracts of cherry were prepared by mixing of honey(2 L) and fruit of flowering cherry (1 kg) at room temperature for 30 days and followed by dilution with 4.5 L of water. 2.3 총당분석 발효액의전체당함량은당도계 (HAND-HELD REFACTOMETER (model N-1α, ATAGO, Japan) 로측정하였다. 당성분의정량분석을위하여시료를 0.45 μm의필터를통과시킨후, gel filteration column(300 8 mm, Shodex Ionpack KS-802, Japan) 이장착된 HPLC를이용하여정량분석하였으며, 이때유동상으로 deionized water 를 0.4 ml/min의유속으로흘러주었고, 검출기는 Refractive Index Detector를사용하였다 [11]. 2.4 ph 와산도측정 발효액의 ph 측정을위하여 ph meter(istek사, model 725p, Seoul, Korea) 를사용하였다. 발효액의 total titratable acidity (TTA) 측정을위하여, 발효용액 10 ml 을비이커에담고페놀프탈레인 1-2방울을떨어뜨렸다. 시료를혼합한후, 혼합물의색깔이핑크색으로변할때까지 0.1N NaOH로천천히적정하였다. 혼합물의핑크색이 30초간유지되는점을 end point로하고, TTA 측정값은핑크색이유지되는지점까지소비된 0.1N NaOH ml 를측정한후, 아래의관계식에서계산하였다. Total titratable acidity(%) = 소요된 0.1 N NaOH의 ml 3104
버찌와꿀을함께발효한버찌 - 꿀술의발효특성 N NaOH의 factor 주석산 (0.075) 지수 100 / 시료채취량 (ml). 2.5 Ethanol 함량분석발효액중 ethanol의정량분석을위하여발효액을 0.45 μm의필터로여과한후, 여과액을 gas chromatography (6890, Agilent Technologies Inc., Santa Clara, CA, USA) 로정량하였다 [12]. HP-INNOWax column (0.25 μm, 30 m 0.25 mm, Agilent Technologies Inc.) 을사용하여, 칼럼온도는 35 o C에서 5분, 그리고 150 o C까지 5 o C/min 속도로증가시킨후, 250 o C까지 20 o C/min 속도로증가시킨후, 250 o C에서 2분간유지되도록프로그래밍하였다. HPLC 분석조건은 Injection volume: 10 μl, Injection port temperature: 225 o C, Detector port temperature: 260 o C, Detector: flame ionization detector, Split ratio: 10:1로하였다. 2.6 효모생균수측정효모균의생균수측정을위하여 YPD agar(difco, St. Louis, MO, USA) 를사용하였다 [12]. 시료를적절한농도로희석한후, 고체배지의표면에평판배양법으로도포하였으며, 30 o C에서호기적인조건으로 2일배양후, 콜로니의수를측정하였다. 각수치는오차를줄이기위하여 3회의독립적인실험결과에서평균값을취하였다. 2.7 색도검사시료를 spectrophotometer (UV-visible spectrophotometer UV-1650 PC, Shimadzu, Japan) 로분석하였다 [12]. 흡광도는파장 280, 320, 420, 520 nm에서 10 mm 석영 cuvette을사용하였으며, 증류수를 blank로사용하였다. A 280 는총 phenol양을, A 320 는 hydroxycinnamate량을, A 420 는갈색도를, A 520 는 anthocyanin으로, A 420+A 520 은색도로, A 420/A 520 는명도로표시하였다. 2.8 통계처리자료는 1-way analysis of variance (ANOVA) 방법으로통계처리하였다 [13]. 통계결과는 4회분석결과를평균값 ± 표준편차로나타내었다. 3. 결과및고찰 3.1 발효에따른탄소원의함량변화 버찌성분을꿀의삼투압작용으로추출하고여기에아 황산 (K 2S 2O 5) 을과즙액의산화방지, 적색색소의안정, 버찌당즙액살균등의목적으로 [14] 100 ppm 수준으로사용하여버찌당즙액을제조하였다. 버찌당즙액의탄수화물조성을발효기간이경과함에따라분석하였다. 발효초기인 0일에는주요당성분으로과당, 포도당, 설탕순으로나타났으며, 과당 / 포도당의비율은 2.0으로나타났다 [ 표 2]. 발효가진행될수록 fructose/glucose의비율은증가하여, 발효초기, 14일, 30일에는 fructose/glucose의비율이각각 2.0, 14.9, 15.9였다 [ 표 2]. 따라서, 사용효모인 S. bayanus (EC-1118) 는탄소원으로과당보다포도당을유의적으로선호하였다 (p<0.0001). 발효액의당도를당도계로측정시, 발효초기에 24.3 Brix(%) 에서발효기간동안꾸준히감소하였으며, 30일후에는 9.7 Brix(%) 로유의적으로감소하였다 (p<0.0001)[ 그림 1A]. [ 표 2] 버찌 - 꿀술발효중상대적당조성 [Table 2] Relative sugar composition of flowering cherry-honey wine during fermentation Sucrose Glucose Fructose Fermentation period Days 0 Days 14 Days 30 21.2 ba 26.0 ba 53.0 aa 44.2 aa 3.5 ab 52.3 aa 61.1 aa 2.3 ab 36.6 aa Fructose/Glucose 2.0 14.9 15.9 abc Means in the same column with different alphabets are significantly different for a particular day of fermentation for each carbohydrate. ABC Means in the same row with different alphabets are significantly different within a particular carbohydrate for each day of fermentation. 포도주나복분자주등거의대부분의국내산과일을이용한발효시에는재료에당농도가부족하여인위적으로당을첨가하는공정이필수적으로요구되는데반하여 [12] 벌꿀은당농도가높아서추가적인당첨가공정이필요하지않다. 다른연구자들의분석에서도벌꿀의탄수화물조성은과당, 포도당, 설탕순으로발견되었으므로본연구결과는같은경향으로나타났다 [1,3]. 버찌의당조성은포도당, 과당, 설탕순으로높지만, 버찌와꿀의혼합량에서꿀의사용량이절대적으로높아서꿀의당조성이버찌당즙액조성을결정한것으로판단된다. S. bayanus (EC-1118) 을이용하여발효한발효액을분석시, 단맛은설탕 > 과당 > 포도당의순으로나타나최종버찌-꿀술의단맛에기여도가높은탄소원은설탕과과당이었다. 선행연구자들은벌꿀발효주제조시질소원의첨가가 3105
한국산학기술학회논문지제 12 권제 7 호, 2011 중요하다고지적하고있으므로, (NH 4) 2HPO 4 를 0.1% 수준으로사용하였다. Hwang 등 [14] 은수박발효주최적발효조건규명연구에서, Saccharomyces 17종을 7종의다른질소원에서배양시, (NH 4) 2HPO 4 을 0.2%(w/v) 수준에서, ethanol 농도로 12.4%(v/v) 를보고하였다. o Brix (%) ph Viable cells(cfu/ml) 24 A 16 8 3.5 3.0 0 5 10 15 20 25 30 4.0 B 2.5 0 5 10 15 20 25 30 10 8 C 10 7 10 6 10 5 0 5 10 15 20 25 30 Fermentation time (days) [ 그림 1] 발효중버찌 - 꿀술의당도 (A), ph (B), 효모생균수 (colony forming unit/ml) (C) 변화. [Fig. 1] o Brix(A), ph(b), and viable yeast cells(colony forming unit/ml)(c) of flowering cherry-honey wine during fermentation 한편, Jung 등 [3] 은 0.1% (NH 4) 2SO 4, 0.05% K 3PO 4, MgCl 2, 0.005% NaHSO 4, 0.002% peptone, 0.144% tartaric acid, 0.233% malic acid, 0.0005% thiamine, 0.00025% Ca-pantothenate, 0.0002% inositol, 0.000025% pyridoxine, 0.000002% biotine 등을추가로첨가하여발효하였을때 13.7%(v/v) 의 ethanol 농도를보고하여질소원의추가적인공급이필수적임을보였다. 결론적으로, 버찌-꿀술은버찌의빈약한탄소원과꿀의부족한질소원을상호보완해주는특성을보여서, 설탕등의인공적인당분의추가적인첨가없이발효가완성되는장점이있다. 3.2 발효중 ph 와효모생균수변화 버찌-꿀술생산을위하여, 버찌의벌꿀삼투압추출액을사용하여발효한 ph 결과는그림 1B와같다. 발효초기 ph는 4.0에서발효 5일에 ph 3.3로급격히감소후에발효 30일에는 ph 3.5으로나타나유의적으로감소하였다 (p<0.05). 초기효모수는 5.3 10 5 colony forming unit(cfu)/ml였으며, 4일째가장높은생균수를보이다가연장된발효기간에서는 5.5 10 6 CFU/mL로나타나발효초기와발효 30일시료간에는유의적인차이를보였다 (p<0.05)[ 그림 1C], [ 표 3]. [ 표 3] 버찌-꿀술의이화학적특성비교 [Table 3] Characteristics of flowering cherry-honey wine Fruit of flowering cherry Component -honey wine Day=0 Day=30 p-value TTA(%) 0.14±0.05 0.43±0.04 * 0.0013 ph 4.0±0.1 3.5±0.1 * 0.0026 Brix(%) 24.3±0.3 9.7±1.1 *** 0.0000 Yeast 5.3 10 5 5.5 10 6 (CFU/mL) ±2.3 10 5 ±3.5 10 6* 0.0015 A 280 A 420 A 520 A 320 (A 420+A 520) 5.40±1.02 0.32±0.10 0.22±0.09 3.73±0.83 0.54 1.45 (A 420/A 520) Methanol(ppm) Ethanol(%) TTA; Total titratable acidity Color intensity = (A 420+A 520) Shade = (A 420/A 520) *, <0.05, **, <0.001, ***, <0.0001 166.5±122.3 14.0±1.2 한편, 벌꿀을단독으로사용한 Jung 등 [3] 의경우에는, 사용한벌꿀의종류에차이없이발효초기의 ph 3.9에서 21일동안발효후 ph 4.0으로거의변화가없는반면, 감귤과매실의벌꿀삼투압추출액을이용한감귤-벌꿀주에서는초기 ph 4.4에서발효 13일후 ph 2.9로감소하고매실-벌꿀주에서는초기 ph 3.1에서발효 13일후 ph 3.0으로매우낮은산성 ph에서도발효가진행됨을보였다. 이러한결과를바탕으로, 저자들은영양원을첨가한벌꿀희석액의초기 ph는 2.8으로술발효에적당하지않아서 NaOH를첨가하여초기 ph를조절하여야한다고지적하였다 [3]. 본연구에서는질소원으로첨가한 (NH 4) 2HPO 4 이외에는다른영양원과 NaOH를첨가하지않았기때문에 Jung 등 [9] 의연구결과와비교시개선된발효특성을보이는데이러한결과의차이는사용한효 3106
버찌와꿀을함께발효한버찌 - 꿀술의발효특성 모균주의차이, 버찌추출액의첨가등에서기인한다고판단한다. 벌꿀발효주에서미네랄농도는발효속도에영향을주는데, Schramm[15] 는벌꿀주발효과정에서 potassium의함량이 300 ppm 이하로감소하게되면, 발효액의 ph는 2.7 이하로감소하고그결과발효가중지된다고지적하였다. Lee 등 [7] 의버찌의미네랄함량분석연구에서, potassium 함량이 220~329 mg% 으로버찌에는 potassium 함량이매우높았다. 본연구에서는버찌를장시간꿀로추출하였으므로버찌의미네랄성분이꿀로전이되어서벌꿀주발효에필요한 potassium을보충하는효과를보였을것으로판단된다. Jung 등 [9] 은벌꿀발효에서다수의효모균들을비교시 S. bayanus에서발효 17일에 13.8% ethanol 생성을나타내어가장우수한균주로보고하여본연구와유사한결과를보였다. 열매인버찌의활용성을높이기위하여꿀로버찌의성분을추출한후버찌-꿀술을제조하고, 발효중에일어나는이화학적특성을분석하였다. 발효전발효액의탄수화물조성은과당 > 포도당 > 설탕의순서였으나, 발효중에는포도당이빠르게소진되어완성된발효주의단맛은설탕과과당에의하여영향을받았다. 효모생균수와 ph 감소로판단할때 5일내에발효가왕성하게진행됨을보여주었으나, Brix(%) 감소는완만하게 30일동안진행되었으며, 30일의발효종료후에는 ph 3.5, 산도 0.43%, ethanol 함량 14.0% 였다. 기존의꿀술에서단점으로지적되었던낮은발효속도는버찌의첨가에의하여개선되는결과를보였다. 버찌의첨가에따른추가적인기능성연구가담보된다면, 폐기처분되는버찌의재활용이라는측면에서긍정적인효과가있다고판단된다. 3.3 숙성후의성분분석발효시작 30일후, 발효주의 ph, TTA, 당농도는각각 ph 3.5, 0.43%, 9.7 Brix(%) 였다 [ 표 3]. 버찌-꿀술의총 phenol량과색도 (A 420+A 520) 를나타내는흡광도는각각 5.4와 0.55로나타났다 [ 표 3]. Phenolic 화합물들은항산화력을가지고있으며, 식물에서널리분포하고있다. Kahoun 등 [16] 은 46종의벌꿀주를 HPLC로분석하여 19 종의 phenolic compounds를확인하였으며, 발효에사용한꿀의종류, 벌꿀주발효공정, 열처리및제품의보관방법등에따라달라짐을지적하였다. 술에존재하는 phenolic 화합물들의함량은 HPLC법이외에도특정파장에서의흡광도를측정하여간접적으로판단할수있다 [17]. A 280 는총 phenol 양을결정하는데사용되며 [17], 과일주의색도를 520 nm와 420 nm에서의흡광도수치의합으로표시하고있다 [18]. Kim[19] 은머루주의색도를 8.2-20.9로보고하였다. 버찌-벌꿀주의명도는 1.45으로나타났다. 다른연구자들의결과에서는머루주의명도의값으로 0.8[18] 으로보고하였다. 최근, 평균수명의연장과소득증대, 건강에대한인식변화등으로건강과아름다움, 안전한식생활에대한관심은고조되고있는실정이다 [20-22]. 그러므로, 국산버찌의항산화력과항균력효능이추가로밝혀지고있으므로 [10] 후속연구에서는버찌-꿀술의항산화력과항균력연구가필요하며, 이들물질의구조규명에대한후속연구또한필요하다고사료된다. 4. 요약및결론본연구는국내가로수의다수를차지하는벚꽂나무 References [1] Lee DC, Lee SY, Cha SH, Choi YS, Rhee HI Characteristics of native-bee honey harvested in Kangwon-area. Korean J. Food Sci. Technol. 29: 1082-1088. 1997. [2] Kim ES, Rhee CO. Analysis and quantitation of di- and trisaccharides in native-bee honeys using capillary gas chromatography. Korean J. Food Sci. Technol. 27: 605-611. 1995. [3] Jung ST, Rhim JW, Kim DH. Fermentation characteristics of honey wine by Saccharomyces bayanus. Korean J. Food Sci. Technol. 31: 1044-1049. 1999. [4] Kim DH, Rhim JW, Jung ST. Clarification and aging of fermented honey wine. Korean J. Food Sci. Technol. 31: 1330-1336. 1999. [5] Lee HJ, Park CH, Son HU, Nam DY, Lee SR, Park KH, Heo JC, Lee SH. Preliminary quality analysis between native bee honeys produced from Jukjang area. Korean J. Food Preserv. 17: 307-310. 2010. [6] Kim, YW. The characterization of anthocyanin pigments prepared from cherry (Prunus serrulata L. var. spontanea Max. wils.) for the potential sources of red colorant. J. Korean Soc. Agric. Chem. Biotechnol. 42: 134-139. 1999. [7] Lee SA, Kim KH, Lee SY, Joung KH, Cho SH, Yook HS. Physicochemical properties of flowering cherry (Prunus serrulata L.) fruits according to cultivars. J. Korean Soc. Food Sci. Nutr. 38: 574-579. 2009. [8] Kim KH, Lee KH, Kim SH, Kim NY, Yook HS. 3107
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