KOREAN J. FOOD COOKERY SCI. Vol. 26, No. 1, pp. 95~103 (2010) 야콘뿌리를이용한발효초음료개발및발효중성분변화 이승연 유경미 문보경 1 황인경 서울대학교식품영양학과 생활과학연구소, 1 중앙대학교식품영양학과 A Study on the Development of Vinegar Beverage Using Yacon Roots(Smallanthus sonchifolius) and Analysis of Components Changes During the Fermentation Seung-Yeon Lee, Kyung-Mi Yoo, BoKyung Moon 1 and InKyeong Hwang Department of Food and Nutrition Research Institute of Human Ecology, Seoul National University 1 Department of Food and Nutrition Chung-Ang University Abstract The objective of this study was to develop a functional vinegar beverage using yacon roots, and examine the components' changes during fermentation. The alcohol fermentation was conducted by inoculation of Saccharomyces cerevisiae into yacon root juice with sugars. After 10 days of fermentation at 27, yacon wine contained 13% alcohol and 7.8 Brix sugar contents. The yacon wine at 5% alcohol was fermented by Acetobacter aceti(kctc1010) with 250 rpm agitation rate at 29 for 12 days. The acidity of yacon vinegar reached 4.4% after 12 days' fermentation. Statistically (p<0.05), the amount of Acetobacter aceti, ph, alcohol, with total polyphenol content of samples decreased with acidity, whereas individual sugar contents increased. Furthermore organic acids, total sugar, phenolic acids content, total antioxidant capacity, and color were not different among the five samples. The yacon vinegar beverage was prepared with high fructose syrup through the dilution of yacon vinegar. After making the yacon vinegar beverage, the ph, acidity, total sugar, and total microbial content were examined every week over 4 weeks' storage. There were no changes in the samples during that time. Key words: yacon root, alcohol fermentation, acetic acid fermentation, vinegar beverage, storage I. 서론 야콘은덩이뿌리를가진채소로고구마와비슷한크기와모양을가지고있으나고구마보다훨씬달고배처럼아삭한과육을가지고있다. 야콘뿌리에는주로 inulin type β(2 1) 의 fructan 축합체인 kestose(gf 2 ) 와 nystose (GF 3) 등프락토올리고당 (GF 2~GF 16) 등이다량함유되어있는데수확직후에는건물기준으로 60% 이상함유되어있다 (Itaya 등 2002, Goto 등 1995). 프락토올리고당은인체내에서거의소화를못하는반면장내유산균의성장을증대시킬수있기때문에 prebiotics 로서이용이가능하고열량이낮기때문에당뇨병환자나열량을조절 Corresponding author: InKyeong Hwang, Department of Food and Nutrition Research Institute of Human Ecology, Seoul National University Tel: 02-880-5708 Fax: 02-882-5708 E-mail: ikhwang@snu.ac.kr 해야하는사람들에게감미제로사용하기좋다 (Zardini 1991, Quemener 등 1994, Romina 등 2003). 또한야콘뿌리에는 chlorogenic acid 를비롯한 caffeic acid 등의 polyphenol 성분들이항산화활성등의생리활성을가지고있다 (Yan 등 1999, Simonovska 등 2003, Valentováa 등 2003). 반면야콘잎은대부분섭취되지않고폐기되었지만최근국외연구를통해야콘잎의물추출물이특징적인항당뇨활성을나타내는것으로보고되었고, 특히일본에서는차를만드는등의방법으로활용되고있다 (Aybar MJ 등 2001, Baroni 등 2008). 한편우리나라에서는야콘뿌리를냉면, 국수등의가공식품에사용하거나생식형태로섭취하는등제한적으로이용하고있는실정이다. 또한야콘에대한국내연구는유기용매별분획추출물의항산화및항암활성에관한연구와췌장염에미치는영향에대한연구 (Choi NH 등 2007, Min KJ 등 2008), 야콘잎을이용한기능성차제품개발및야콘뿌리를이용한잼의제조에관한 95
96 이승연 유경미 문보경 황인경 연구 (Kim YS 2005, Shin DY 등 2007) 등소수만이연구보고되어있다. 하지만점차야콘의생리활성에대한관심이증가되고있으며 diterpene 과 sesquiterpene 과같은물질에의한자체방어능력때문에곤충이나질병에의한문제가적고광범위한고도에서생장하고괴근을생산할수있는광지역적응성식물이기때문에기능성을가진친환경유기농산물로서의가치가높은것으로평가되고있다 (Zardini 1991). 식초는대표적휘발성유기산인 acetic acid 뿐만아니라 citric, succinic, tartaric, lactic acid 등당분해과정의 TCA cycle 에서볼수있는유기산들이다량함유되어있어생리적상태에따라필요한물질로쉽게전환되어체내대사를원활하게하고칼슘등미량성분들의체내흡수를향상시키는등의기능을가지고있다 (Son SM 1991). 또한간기능활성화및고혈압, 비만, 당뇨병등에치료효과가있는것으로보고되고있다 (Shin JH 등 2002, White 2007). 이러한식초의기능성이알려지면서국내시장에서도식초나초산발효음료가웰빙열풍을타고다양한재료로개발되며소비되고있으며소비계층도기존에는건강의식이강한층이구입의중심이되었으나최근에는구입층의폭이넓어지고있다. 따라서본연구에서는국내산야콘뿌리를이용하여식초발효를실시하고발효과정중기능성성분및항산화력변화를측정하며이를희석하여기능성성분을가진유기농발효음료를제조함으로써야콘의활용가능성을높이고자한다. 1. 재료 II. 재료및방법 본실험에사용한야콘뿌리는경기도양평군가을향기농장에서유기농으로재배된것을 2008 년 12 월 9 일제공받아사용하였다. 껍질을벗긴후녹즙기 (GPT-E1303, ( 주 ) 그린파워캠포 ) 로갈아알코올발효를실시하고나머지는껍질채 -80 에냉동보관하였다. 2. 주모및종초 알코올발효에사용될효모는동결건조분말효모 (Saccharomyces cerevisiae, DSM Food specialties, France) 를구입하여사용하고초산균은한국생명공학연구원생물자원센터에서 Acetobacter aceti(kctc1010) 를분양받아 shaking incubator 에서 29, 250 rpm 으로 1 일간격으로계대배양하여초산발효시종초로사용하였다. 균배양용배지는 YPM(yeast extract 0.5%, peptone 0.3%, mannitol 2.5%) 액체배지를사용하였다. 3. 알코올발효 녹즙기로간야콘뿌리에 100%(w/w) 가수한후설탕을첨가하여당도를 23 Brix 로맞추었다. 유해균번식억제및갈변방지를위한아황산염 (K 2 S 2 O 5 ) 을 150 mg/kg 넣고실온에 2 시간방치한후에건조효모를 500 mg/kg 농도로첨가하여발효를시작하였다. 발효는 27 incubator(jung Do Science SI-LINC-1008, Korea) 에서 10 일간정치발효하였다. 발효과정중약 3 일간격으로당도및알코올농도의변화를초산발효와같은방법으로측정하였다. 발효후거름망을이용하여걸러주고원심분리 (4,000 rpm 15 min) 한후상층액만 65 에서 30 분간멸균하여초산발효에사용하였다. 4. 초산발효 예비실험을통해실험에사용할초산균이자라기에적절한초기조건을찾은결과, 산도는 0%, 알코올농도는 5% 였다. 이조건이만족되도록야콘발효주를물로희석하고별도의초산첨가없이발효를시작하였다. 초산균은 5%(v/v) 접종하였으며 29, 250 rpm 으로 shaking incubator 에서 12 일간발효하였다. 발효중 3 일간격으로시료를채취하여균수를측정하였고일부는원심분리 (4,000 rpm 15 min) 하여 65 에서 30 분동안멸균한후영양성분, 항산화력, 색도등의변화를모두 3 반복측정하였다. 발효완료후식초도원심분리 멸균하여초음료제조용으로사용하였다. 1) 초산균수 3 일간격으로채취한시료액을희석하여 YPM(yeast extract 0.5%, peptone 0.3%, mannitol 2.5%, agar 1.5%) 고체배지에도말하고 2~3 일간 30 에서배양한후형성된 colony 수를확인하였다. 초산균수는 colony 수에희석배수를곱하고 log 를취하여 log CFU/mL 단위로표시하였다. 2) 알코올함량알코올함량은비중법을이용하여측정하였다. 채취한시료액 100 ml 를증류하여 70 ml 의액체가정도모아지면증류를멈추고증류수로가수하여 100 ml 을채운후비중계로알코올함량을측정하였다. 측정값은 Gay- Lussac 주정환산표를이용하여온도를보정하였다. 3) ph, 총산도및유기산함량 ph 는 ph meter(ph/ise/conductivity Meter 415P, Istec, Korea) 를이용하여측정하였고총산도는중화적정법을이용하였다. 채취한시료액 1 ml 를증류수로 10 배희석한후페놀프탈레인지시약을가한다음 0.1 N NaOH 용액으로 30 초동안엷은분홍색이사라지지않을때 (ph 8.3±0.1) 까지적정하였다. 사용된 0.1 N NaOH 용액의양 한국식품조리과학회지제 26 권제 1 호 (2010)
야콘뿌리를이용한발효초음료개발및발효중성분변화 97 을초산의양으로환산하여나타내었다. 유기산의분석을위해사용할시료는 0.2 µm membrane filter 에통과시켜불순물을제거한후 Ion-chromatography (Dionex-500, Dionex, USA) 로분석하였다. 측정시 Electro conductivity detector 를사용하였고 column 은 ICE-AS6 (9 250 mm) 를, suppressor 는 Anion-ICE micromembrane suppressor 를사용하였다. 용매는 0.4 mm heptafluorobutyric acid 를 1 ml/min 속도로흘려주었으며시료의 injection volume 은 20 µl 이었다. 4) 총당분량및당류함량총당분함량을간접적으로측정하기위하여굴절당도계 (H74137, Kikuchi, Japan) 를사용하였다. 당류각각의함량은채취한시료를 0.2 µm membrane filter 로여과한다음시료 20 µl 를 HPLC 에주입하여측정하였다. 컬럼은 carbohydrate column(4 µm, 4.6 250 mm, Water, Ireland) 을사용하였으며, tube temp. 50, column temp. 30, N 2 gas flow 2.0 L/min 으로하고 Water(A) 와 Acetonitrile (B) 을이동상으로하여 Table 1 과같은조건으로 HPLC- ELSD (PL-ELS 2100, Dionex, USA) 를이용하여측정하였다. 5) 총폴리페놀및페놀산함량총폴리페놀은 Folin-Ciocalteu 방법을이용하였다. 시료액 200 µl 에 200 µl 95% ethanol, 1 ml 의증류수를가한후 50 µl 의 2N Folin-Ciocalteu 시약을넣고실온에서 10 분간방치하였다. 이후 200 µl 의 5% Na 2 CO 3 용액을넣고빛을차단한후 1 시간반응시켜 725 nm 에서흡광도를측정하였다. Chlorogenic acid 도동일한방법으로실험하여검량선을작성한후시료의결과를 chlorogenic acid 의양으로환산하여표시하였다. 또한야콘뿌리에함유된특징적인페놀산인 caffeic acid 와 chlorogenic acid, ferulic acid 의양을 HPLC-UVD (UVD-170S, Dionex, USA) 로측정하였다. 컬럼은 Symmetry C 18 (5 µm, 4.6 250 mm, Water, Ireland) 으로이동상은 0.05% acetic acid in water(a), 0.05% acetic acid in acetonitrile(b) 으로 Table 2 와같은조건으로정량하였으며시료는 20 µl 주입하였고 325 nm 파장에서측정하였다. Table 1. HPLC elution gradient profile for analysis of sugars Flow rate 1.4mL/min Time (min) 0 8 10 30 32 33 % of A 1) 15 15 35 35 15 15 % of B 2) 85 85 65 65 85 85 1) Solvent A, Water 2) Solvent B, Acetonitrile Table 2. HPLC elution gradient profile for analysis of phenolic acids Flow rate 1.0mL/min Time (min) 0 40 60 80 85 86 % of A 1) 95 75 0 0 95 95 % of B 2) 5 25 100 100 5 5 1) Solvent A, 0.05% acetic acid in Water 2) Solvent B, 0.05% acetic acid in Acetonitrile 6) 총항산화력총항산화력은 Berg 등 (2000) 의방법을참고하여각시료의 ABTS 라디칼소거활성을측정한후, ascorbic acid 당량 (µg ascorbic acid/ml) 으로환산하여표현하였다. 각각 20 µl 씩채취한시료액과농도별 ascorbic acid 용액에 ABTS solution 980 µl 첨가하여 37 에서 10 분간반응시킨후 734 nm 에서흡광도를측정하였다. 7) 색도시료액을분광색차계 (CM-3500d, Minolta co., Ltd., Japan) 로광원 D65-10 에서측정하여 Hunter Lab value 로표시하였다. 5. 초음료개발 발효후원심분리하여멸균한야콘발효식초를산도에따라 3~11 배희석하고고과당시럽 (High Fructose corn syrup, 대상, 한국 ) 을첨가하여초음료를제조하였다. 초음료는산도 0.4%, 0.8%, 1.2% 와당도 6 Brix, 8 Brix, 10 Brix 의조합으로 9 개의음료를제조하여관능검사를실시하였다. 1) 관능검사관능검사는서울대학교식품영양학과대학원생 18 명을패널로하여 11 점선척도법으로신맛, 단맛강도를평가하고전체적인기호도를측정하였다. 기호도에서가장점수가높은음료를선택하여저장성실험을수행하였다. 2) 저장성실험초음료는입구를잘밀봉하고 30 incubator 에서보관하며일주일에한번씩시료를채취하여 ph, 산도, 당도, 색도및총균수를측정하였다. ph, 산도및당도, 색도는초산발효와같은방법으로수행하였고총균수는 PCA (casein 0.5%, dextrose 0.1%, yeast extract 0.25%, agar 1.5%) 고체배지를사용하여측정하였다. 6. 통계처리본연구의자료정리및분석은 SPSS 12.0K for Windows 프로그램을이용하였다. 시료간평균차이를알아 Korean J. Food Cookery Sci. Vol. 26, No. 1 (2010)
98 이승연 유경미 문보경 황인경 보기위해일원분산분석 (one-way analysis of variance) 을하였고유의적인차이가있을경우 Duncan 의다중검정법을 p<0.05 수준에서실시하여유의적인차이를검정하였다. III. 결과및고찰 1. 알코올발효 알콜발효 10 일후당도의변화는 Fig. 1 에서와같다. 초기당도 23 Brix 에서발효 10 일후 7.8 Brix 로감소하였고알코올농도는 0% 에서 12.9% 로증가하였다. Kim DH(1999) 의연구에서와같이무화과를이용한식초제조를위해발효초기 24 Brix 가되도록보당한후, 27 에서알코올발효를수행하였을때최종알코올생성량이약 13.5% 까지증가한것과비슷한경향이었다. 2. 초산발효 1) 초산균수발효첫날 7.0 log CFU/mL 이었던균수는발효후 3 일째되던날 7.2 log CFU/mL, 6 일째 7.3 log CFU/mL 까지높은수를유지하다가 9 일째 4.4 log CFU/mL, 12 일째 0 log CFU/mL 으로감소하였다 (Fig. 3). 초산발효중알코올함량, 산도, 유기산함량등의변화도이와비슷한추이로발효후 6 일까지급격한변화를보이다가그이후유지되거나적은변화를보였다. 2) 알코올함량알코올발효직후알코올농도 13%(v/v) 인야콘발효액을 5.4% 로희석하여초산발효배지로사용하였다. 3 일후알코올농도는 3.5% 로, 6 일후 0.2% 로감소하였으며 9 일후에는 0% 가되었다 (Fig. 2). Fig. 2. Changes in alcohol, sugar contents of yacon vinegar during fermentation. 3) ph, 총산도및유기산함량총산도는 0%(v/v) 로시작하여 6 일까지 4.2% 로급격히증가하였고그이후조금씩증가하여 12 일최종산도는 4.4% 가되었다. 총산도와반비례하여 ph 는 ph 3.2 에서 ph 2.1 까지감소하는추이를보였다 (Fig. 3). Park KS 등 (1994) 의연구에따르면초산발효는정치배양보다진탕배양시발효속도가빨랐으며교반속도가빠를수록산생성속도증가하는데가장빠른 180 rpm 일때 6 일에최고산도에다다랐다. 이는매실식초발효시초기산도를달리하여초산발효하였을때모든처리군에서발효 6 일째까지산도가증가한것과일치하는결과이며 (Kim MH 등 2006) 감귤식초의발효에서도발효후 6 일까지산도가급격히증가하고알코올함량은감소하다가그이후유지되거나감소하는결과를보였다 (Kim ML 등 2005). 반면, 양파를이용한초산발효시 100 rpm 의교반속도로발효 8 일에 (Shin JS 등 2002), 유자를이용한식초는 150 rpm 속도로발효 10 일에최고산도에이르렀다 (Kang SK 등 2006). 여러식초발효연구논문에서발효추이는비슷했으나초산균의종류, 온도, 초기알코올및산도함량등발효조건에따라발효속도 Fig. 1. Changes in alcohol and sugar contents of yacon alcoholic beverage during fermentation. (a) (b) Fig. 3. Changes in ph, acidity (a), and the number of Acetobater aceti (b) of yacon vinegar during fermentation. 한국식품조리과학회지제 26 권제 1 호 (2010)
야콘뿌리를이용한발효초음료개발및발효중성분변화 99 Table 3. Changes the individual organic acid contents of yacon vinegar during fermentation (µg/ml) Oxalic acid Tartaric acid Citric acid Malic acid Lactic acid Acetic acid Succinic acid 0 days 189.0±23.7 a,1) 202.8±26.2 a 49.3±2.8 a 712.7±71.6 a 287.7±31.3 a 33.4±4.3 a 660.6±68.4 a 3 days 189.0±5.3 a 186.7±4.9 a 61.2±4.0 b 615.1±8.8 b 128.5±4.0 b 9732.1±190.9 b 218.7±3.9 b 6 days 152.9±2.0 b 91.6±0.0 b 62.7±2.4 b 492.7±11.4 c 121.4±3.3 b 31141.4±1066.1 c 87.6±24.4 c 9 days 151.2±0.7 b 78.9±45.0 b 64.6±1.9 b 540.8±42.5 bc 123.7±6.5 b 32838.5 ±2086.0 c 134.3±23.4 c 12 days 173.0±3.2 a 161.5±35.1 a 75.7±2.7 c 601.2±23.0 b 124.7±3.0 b 35400.7±1389.3 d 96.1±20.7 c F-value 8.463** 12.139** 33.453** 13.550** 75.466** 509.824** 139.132** 1) Data are expressed as the mean±sd. *significant at p<0.05, **significant at p<0.05 a,b,c,d Means in each column with different superscripts are significantly different at p<0.05 by Duncan's multiple range test 및최종생산된총산의함량에차이를보였다. 본연구에서는 250 rpm 로비교적빠른속도로교반하며발효하였기때문에 6 일까지빠르게총산함량이증가하여최고산도에도달한것으로생각된다. Table 3 에서각각의유기산함량을측정한결과를보면 acetic acid 가대부분을차지하고있었으며그다음으로 malic acid 가많이함유되어있었다. Acetic acid 의경우총산도와비슷하게 6 일까지급격히증가했다가낮은증가폭으로유지된반면, 다른유기산들은매우적은양함유되어있었고변화폭도크지않았다. 추이를살펴보면 Citric acid 는증가하였으며 lactic acid 와 succinic acid 는감소하였다. 그리고 malic acid 와 oxalic acid, tartaric acid 는발효후 6 일까지감소하였다가다시증가하는등뚜렷한추이를보이지않았다. 이는 Seo JH 등 (2001) 의연구에서초산발효시 acetic acid 의함량이급격히증가한것에비해 malic acid 등의유기산은증가하긴했으나거의변화가없었던것과유사한경향이다. 시판되는양 조, 사과, 현미식초에서유기산을측정하였을때식초간에 malic acid, succinic acid, lactic acid 의함량의차이는큰반면, citric acid, oxalic acid, tartaric acid 의함량은식초종류에관계없이함량이비슷하다는연구가있었다 (Yoon HN 1999). 그리고초산균의종류에따라 malic acid 및 succinic acid 의함량에차이가있으며이들은식품조리시풍미를향상시키는역할을한다고알려져있다 (Shin JS 등 2002). 4) 총당분량및당류함량굴절당도계로측정한간접적인총당분량은 3 Brix 정도로 p<0.05 에서유의적인변화를보이지않았다 (Fig. 2). 각각의당류를측정한결과로는 fructose, glucose, sucrose 와야콘뿌리에특징적으로함유되어있는프락토올리고당인 1-kestose, nystose 가측정되었다. Fig. 4 의크로마토그램을보면분자량이더큰당류도측정되었고특히그안에는 1-kestose, nystose 와더불어대표적인프락토 Fig. 4. HPLC profile of individual sugars in yacon vinegar(12days). 1 : Fructose, 2 : Glucose, 3 : Sucrose, 4 : 1-Kestose, 5 : Nystose Korean J. Food Cookery Sci. Vol. 26, No. 1 (2010)
100 이승연 유경미 문보경 황인경 Table 4. Changes in individual sugar contents of yacon vinegar during fermentation Fructose Glucose Sucrose 1-Kestose Nystose 0 days 0.0±0.0 a 0.0±0.0 a 0.0±0.0 a 47.8±21.8 66.5±12.9 a 3 days 1349.7±107.0 b 542.1±73.4 b 160.1±6.3 b 161.0±33.1 149.3±34.8 b 6 days 1565.6±157.4 bc 445.5±49.5 b 188.7±8.4 c 238.1±90.3 131.9±22.1 b 9 days 1936.6±277.2 bd 470.9±50.5 b 229.2±17.7 d 245.5±76.1 137.45±21.8 b 12 days 2236.3±371.6 d 494.6±70.3 b 223.9±18.5 d 160.7±113.2 116.1±35.7 b F-value 44.437** 47.916** 172.658** 3.367 4.343* *significant at p<0.05, **significant at p<0.05 a,b,c,d Means in each column with different superscripts are significantly different at p<0.05 by Duncan's multiple range test (µg/ml) 올리고당으로알려진 1-F-fructofuranosylnystose 도존재할것으로추정되나순수물질을구하기어려워정성및정량할수없었다. Fructose, glucose, sucrose 의함량은전체적으로증가하는추이를보였고 1-kestose, nystose 는증가하다가감소하였으며그중 fructose 의함량이가장큰폭으로증가하였다 (Table 4). 기존의연구에따르면프락토올리고당은 25 에서 15 일간저장하였을때 20% 이상감소할정도로쉽게분해되고반대로환원당이증가하는것으로알려져있다.(Lachman 등 2003) 이에비추어보았을때본연구에서도 29 에서 12 일간발효하였으므로저장및발효과정을거치면서길게연결된 fructan 들이분리되면서단당류인 fructose 와 glucose, 이당류 sucrose 및짧은올리고당들의함량이증가한것으로생각된다. Moon SY 등 (1997) 의연구에따르면야콘식초에는 fructose 함량이가장많은반면국내시판식초에는 glucose 가가장많이함유되어있고다음으로 fructose 가많이함유되어있어야콘식초의당류구성과는차이가있었다. 5) 총폴리페놀, 페놀산함량초산발효과정중총폴리페놀의함량은발효시작시 148.6 µg/ml 이었다가발효종료후 89.7 µg/ml 로유의적으로감소하였다. 반면, 페놀산중 ferulic acid 는측정되지않았고 caffeic acid 와 chlorogenic acid 의함량은발 효과정중 p<0.05 수준에서유의적인변화를보이지않았다 (Table 5). 이는페놀산의 ph 에따른변화때문일것으로사료된다. Friedman 등 (2000) 의연구결과를보면페놀산중 caffeic acid, chlorogenic acid, gallic acids 는 ph 가 7 이상으로증가할때변형이일어나감소하며다시복원되지않았고 (-)-Catechin, (-)-epigalloca -techin, ferulic acid, rutin 과 trans-cinnamic acid 가주로 ph 에의해분해되는페놀산이었다. 반면 chlorogenic acid 은열을가하거나낮은 ph 인사과주스에첨가하여 2 주간냉장보관하여도안정하였다. 6) 총항산화력총항산화력은 ABTS 라디칼소거활성능으로측정하였을때발효시작시 148.5±10.8 µg ascorbic acid/ml 에서발효완료후 132.5±8.9 µg ascorbic acid/ml 로감소하는추세를보였지만감소정도가크지않아 Duncan 의사후검정결과 p<0.05 수준에서발효전 후유의적인차이는없었다 (Fig. 5). 한편페놀산화합물의주된역할중하나가자유라디칼소거활성이라는것은기존의연구들을통해많이밝혀져있다 (Mùller 등 1999). 하지만본실험에서는식초발효과정중총폴리페놀의양이유의 Table 5. Changes in caffeic acid and chlorogenic acid contents of yacon vinegar during fermentation (µg/ml) Caffeic acid Chlorogenic acid 0 days 10.0±0.1 9.5±0.0 3 days 10.3±0.4 9.4±0.1 6 days 10.4±0.6 9.5±0.1 9 days 10.8±0.2 9.5±0.1 12 days 10.7±0.2 9.6±0.0 F-value 1.727 0.766 In each column(caffeic acid, chlorogenic acid) there were not significantly different at p<0.05 by ANOVA analysis Fig. 5. Changes in total polyphenol contents, Vitamin C equivalent antioxidant capacity of yacon vinegar during fermentation. 한국식품조리과학회지제 26 권제 1 호 (2010)
야콘뿌리를이용한발효초음료개발및발효중성분변화 101 Table 6. Sensory evaluation of yacon vinegar beverage Acidity 0.4% 0.8% 1.2% Sugar contents 6 Brix 8 Brix 10 Brix 6 Brix 8 Brix 10 Brix 6 Brix 8 Brix 10 Brix F-value Sour taste 4.8±1.8 A)ab 5.0±2.3 ab 4.4±2.2 a 8.8±2.9 cd 7.7±1.2 ce 6.5±2.4 be 10.1±1.2 d 9.1±1.1 cd 8.5±1.5 cd 12.077** Sweet taste 5.1±2.5 ab 6.6±2.0 bc 8.8±2.7 d 3.2±1.9 a 6.9±2.0 bc 7.2±2.7 cd 3.6±2.8 a 4.7±2.3 ab 6.4±1.5 bc 6.346** Overall acceptance 7.0±1.8 ab 7.6±2.4 ab 8.5±2.1 ab 4.0±2.7 cd 6.8±3.3 ab 7.2±2.6 ab 2.7±2.0 c 5.5±3.0 d 6.8±3.1 ab 5.030** A) 11 cm line scale(0: not at all, 5.5: moderate, 11: strong) *significant at p<0.05, **significant at p<0.05 a,b,c,d,e Means in each row with different superscripts are significantly different at p<0.05 by Duncan's multiple range test 적으로감소한것에비하여총항산화력은큰변화를보이지않았는데이는총폴리페놀의양은감소하였으나 caffeic acid, chlorogenic acid 함량은유지된것으로보아페놀산마다함량변화에차이가있으며페놀산의종류에따라항산화능력에차이가있는것 (Kim DO 등 2002) 이하나의이유가될수있을것이다. 또한페놀산이강력한항산화물질이지만그외의성분들, 특히유기산의다량증가에의한영향이있을수있을것이라고사료된다. 7) 색도초산발효시증가한균체를원심분리하여제거한후측정한것이기때문에거의물과같은투명한색을띄었으며발효중유의적인변화는보이지않았다 (Fig. 6). 무화과를이용한식초로관능평가를실시한연구결과색상은투명도가높은구에서높은기호도를나타내었다 (Kim DH 1999) 따라서향후식초나식초음료를상용화할경우적절한청징화과정을거쳐야할것으로생각된다. 한편시판되고있는식초의경우제조사및재료에따라다양한색을가지고있다 (Moon SY 등 1997). 3. 초음료개발 1) 관능검사관능검사결과 (Table 5) 신맛의경우같은당도일때 Fig. 6. Changes in color of yacon vinegar during fermentation. 산도가증가할수록유의적으로신맛강도가커졌고같은산도일때는당도가증가할수록단맛과의상호작용으로인해신맛강도가약해지는소멸현상을보였다. 단맛의경우도마찬가지로같은산도일때당도가증가할수록강하게단맛느낀것으로나타난반면, 같은당도일때산도증가에따른단맛의소멸현상은뚜렷하게나타나지않았다. 기호도는단맛이강하고신맛이약할수록높게나타났고특히 0.4% 의산도, 10 Brix 의당도 ( 당산비 : 25) 인음료가가장높은기호도를보였다. 따라서이배합비의음료를이용하여저장성실험을수행하였다. 한편국내시판식초에대한관능평가를실시하였을때맛전 (a) (b) (c) Fig. 7. Changes in ph, Acidity(a), sugar contents(b), and color(c) of yacon vinegar beverage(0.4% acidity, 10 Brix Sugar content) during storage(30 C, 4 weeks). Korean J. Food Cookery Sci. Vol. 26, No. 1 (2010)
102 이승연 유경미 문보경 황인경 체의기호도와 lactic acid 는음의상관관계를보였고 acetic acid 는양의상관관계를보여 Acetobacter 의정상발효생성물이많이함유된식초가좋게평가된다는연구결과도있었다 (Moon SY 등 1997). 2) 저장성실험 30 에서 4 주간저장성실험을수행한결과, ph, 산도및당도, 색도에유의적인변화가없었고총균도 10 2 CFU/ ml 희석농도에서발견되지않았다 (Fig. 7). Lee GD 등 (2005) 의연구에서참외식초를이용하여온도와기간을달리하여저장중 ph, 당도, 색도등변화를측정하였을때저장시간보다는저장온도에영향을많이받았으며 30 에서큰변화를보이지않았던것과비슷한결과다. IV. 요약및결론 본연구에서는야콘뿌리를이용하여초산발효를실시하고발효과정중기능성성분및항산화력변화를측정하며이를희석하여기능성성분을가진유기농발효음료를제조함으로써야콘의활용가능성을높이고자하였다. 초산발효를실시하기위해먼저알코올발효를 10 일간실시하였다. 발효과정중당도가감소하는것과반비례하여알코올의함량이 13% 까지증가하였다. 야콘알코올액을원심분리하고희석하여초산균을접종하고 12 일간초산발효를실시한결과 6 일까지급격한변화를보였다. 초산균수는 6 일까지높게유지되다가감소하였고알코올함량은 6 일째거의 0% 가되었고 ph 도감소하였으며산도는반비례하여 6 일까지급격히증가하다가이후 4.4% 정도로유지되는경향을보였다. 유기산의함량은발효중전체적으로크게증가하였는데특히 acetic acid 의함량과증가폭이컸고다음으로 malic acid 의함량이많았으며 succinic acid, lactic acid, tartaric acid 등이측정되었으나그양이적고뚜렷한경향성이없었다. 또한당류로는 fructose, glucose, sucrose, 1-kestose, nystose 가측정되었는데단당류와이당류는전체적으로증가하였으나 1-kestose 와 nystose 는증가하다감소하였으며 fructose 의함량과증가폭이컸다. 또한총페놀산함량의경우 12 일발효종료후, 발효전과비교하여 148.6±3.2 µg chlorogenic acid/ml 에서 89.7±2.2 µg chlorogenic acid/ml 로유의적으로감소하였으나총항산화력은 140 µg ascorbic acid/ml 전후로유의적인차이가없었다. 야콘뿌리에특징적으로함유된페놀산인 caffeic acid, chlorogenic acid 의함량도 10 µg/ml 전후로유의적인변화는보이지않았다. 마지막으로색도는 Hunter Lab 으로측정하였는데마찬가지로유의적인변화는없었다. 이와같은발효속도나유기산의증가및총페놀함량의 감소나당류의변화등을고려하였을때기능성초음료를제조하기위한초산발효기간은 6 일로단축하는것이바람직할것으로사료된다. 초산발효종료후원심분리하고멸균한후희석과고과당첨가로산도와당도의배합을달리하여관능평가를실시한결과 0.4% 산도, 10 Brix 의음료가가장기호도가높았다. 이를이용하여 4 주간저장성실험을실시한결과 ph, 산도, 당도및색도에큰변화가없었다. 따라서본연구에서제조한식초음료는야콘뿌리의프락토올리고당과페놀성분, 유기산이함유된기능성음료로서활용이가능할것으로사료된다. 참고문헌 Andrea Marie White. The efficacy of vinegar as Adjust therapy in glucose management in adult with type 2 diabetes. Doctorate thesis. pp. 1-95 Aybar M.J., Riera A.N.S., Grau A., Sanchez S.S. 2001. Hypoglycemic effect of the water of Smallanthus sonchifolius (yacon) leaves in normal and diabetic rats. J. Ethnopharmacol 74:125-132 Breda Simonovska, Irena Vovk, Samo Andrenššek, Katerina Valentová, Jitka Ulrichová. 2003. Investigation of phenolic acids in yacon (Smallanthus sonchifolius) leaves and tubers.. J. Chromatography A 1016:89-98 Choi Nan-Hee, Choi Seong-Hun, Lim Seong-Wo, Park In-Sik. 2007. The Effect of Yacon (Smallanthus sonchifolius) Extract against Dibutyltin Dichloride-induced Pancreatitis. Korean J. anatomy 40(3):259-266 Dae-Ok Kim, Ki Won Lee, Hyong Joo Lee, and Chang Yong Lee. 2002. Vitamin C Equivalent Antioxidant Capacity (VCEAC) of Phenolic Phytochemicals. J. Agric. Food Chem. 50:3713-3717 Dong Han Kim. 1999. Studies on the Production of Vinegar from fig. J. Korean soc. Food Sci Nutr. 28(1):53-60 Dong-Young Shin, Gab-Lim Choi, Yun-Suk Cho, Byung-Sun Kwon, Hak-Jin Kim, Kyu-Hwan Hyun, June-Taeg Lim. 2007. Development of Functional Tea made by Yacon Leaf (Polymina sonchifolia PEOPP.). The Plant Resources Society of Korea symposium (2007.5):144-144 Elsa Zardini. 1991. Ethnobotanical notes on yacon, Polymnia sonchifolia (Asteraceae). Econ. Bot. 45:72-76 Hee Nam Yoon. 1999. Chemistry / Analysis : Chemical Characterization of Commercial Vinegars. Korean J. Food Sci. Technol. 31(6):1440-1446 Gee Dong Lee, Suk Kyung Kim, Myung Hee Lee. 2005. Quality Change of Beverage Containing Muskmelon Vinegar and Concentrated Muskmelon Juice during Storage. Korean J. Food Preserv. 12(3):223-229 Goto K., Fukai K., Hikida J., Nanjo F., Hara Y. 1995. Isolation and structural analysis of oligosaccharides from yacon (Poly- 한국식품조리과학회지제 26 권제 1 호 (2010)
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