KR101770891B1 - 커피박 추출물을 이용한 커피박 막걸리 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 커피박을 냉풍 건조한 후 정제수를 이용하여 고형분 함량 2~4%(w/v)의 상압 열수 추출물 제조하는 1단계와, 쌀을 증자하고 신속히 냉각하여 고두밥을 준비하는 2단계와, 위의 증자 냉각된 고두밥에 당화 및 알코올 발효용 혼합물을 얻는 3단계와, 위의 3단계에서 얻은 혼합물에 첨가하는 물 대용으로 제조 1단계에서 추출한 열수 추출물을 0.05~0.50 %(w/v) 농도가 되게 희석하여 배합하는 4단계 및; 위의 4단계를 거쳐 준비된 배합물을 발효 적정온도 28~32℃로 7~10일 동안 알콜 발효시키는 5단계로 구성하여 제조되는 것을 특징으로 하는 커피박 추출물을 이용한 막걸리 제조방법 및 커피박 막걸리인 것을 특징으로 한다.

Description

커피박 추출물을 이용한 커피박 막걸리 제조방법{Makgeolli manufacturing method of using roasted coffee ground residue extracts}

본 발명은 커피박 막걸리 제조방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 커피박을 열수 추출한 후 막걸리 발효에 첨가하여 항산화성과 폴리페놀함량이 높고 소비자 기호도가 향상된 커피박 추출물을 이용한 커피박 막걸리 제조방법에 관한 것이다.

커피는 18세기 이후 전 세계로 확산되면서 세계적으로 사랑을 받는 쓴맛, 떫은맛과 신맛, 단맛 등이 조화되어 만들어지는 대표적인 음료로서 전 세계적으로 가장 널리 음용되고 있는 기호식품이다. 우리나라에서도 커피 전문점 확산과 자가소비 증가 등 커피시장이 지속적으로 성장하고 있다. 최근 소비자들의 기능성 식품에 대한 관심과 요구가 증가함에 따라 기호식품으로만 인식되어 오던 커피의 기능성에 대한 연구가 활발히 진행되어 커피의 항균, 항암 및 항산화 활성 효과 등이 보고되고 있다(Seo et al., 2003).

또한, 커피는 알츠하이머(Eskelinen et al., 2009), 파킨슨 병(Hu et al., 2007), 제2형 당뇨병(Chu et al., 2011), 콜레스테롤(Choi et al., 2010), 심장 질환 및 간경변(Chou, 1992; Klatsky et al., 2006; Lopez-Garcia et al., 2006) 등에도 우수한 보호효과를 갖는 것으로 알려지면서 기호식품을 넘어서 커피의 약리적인 효과에도 많은 연구가 이루어지고 있는 추세이다.

그러나 커피의 과다섭취는 정서불안, 신경과민, 수면장애 및 위장장애 등의 카페인 중독증(caffeinism)을 유발할 수 있다고 알려지고 있다(Mackay and Rollins, 1989).

한편, 커피는 다른 식품에 비해 폴리페놀 등의 항산화 성분 함량이 높아 산화에 의한 세포손상을 방지하는 것으로 알려지고 있으며(Brezova et al., 2009; Esquivel and Jimenez, 2012), 최근에는 신경세포 보호효과를 갖는 lipophilic antioxidant와 chlorogenic acid 등이 커피 생두보다 로스팅한 원두커피에서 높은 함량을 나타낸다는 결과도 보고되고 있다(Chu et al., 2009).

커피의 항산화 활성은 커피 원두에 함유된 토코페롤(Cros et al., 1985), chlorogenic acid(Moreira et al., 2005)나 커피를 볶는 과정에서 Maillard 반응으로 형성된 중합물에 의해 나타나는 것으로 보고되고 있고(Borrelli et al., 2002; Delgado-Andrade et al., 2005), 이 중 토코페롤은 물에 의해 추출되지 못하므로 커피박에 남게 되고(Rhi and Shin, 1993) chlorogenic acid는 원두의 볶음 과정 중에 거의 소실되는 것으로 알려져 있다(Trugo and Macrae, 1984).

따라서 음용되는 커피 원두 열수 추출물의 항산화 활성은 가열에 의해 형성된 수용성 갈색 물질에 의한 것으로 알려지고 있다(Delgado-Andrade et al., 2005; Borrelli et al., 2002).

이외에도 커피에는 다양한 생리활성 물질들을 포함하고 있는데 flavonoids (catechins, anthocyanins 등), caffeic acid 및 ferulic acid 등을 주로 하여 nicotinic acid, trigonelline, quinolinic acid, tannic acid, pyrogallic acid 및 caffeine 등이 밝혀져 있다(Minamisawa et al., 2004). 이들 성분 중 caffeine, chlorogenic acid, hydroxycinnamic acids 및 melanoidins는 대표적 항산화 물질로서(Vignoli et al., 2011) 만성질환(Alzheimer, Parkinson, 2형 당뇨, 심장질환, 암 등)의 예방이나 억제 또는 수명 연장 효능이 있다(Nkondjock et al., 2006).

볶은 커피콩에는 탄수화물(38～42%), melanoidins(23%), 지질(11～17%), 단백질(10%), 미네랄(4.5～4.7%), chlorogenic acid(2.7～3.1%), 지방산(2.4～2.5%), caffeine(1.3～2.4%) 등을 비롯하여 기타 850종 이상의 휘발성 성분이 포함되어 있는 것으로 밝혀져 있다(Esquivel and Jimenez, 2012).

우리나라는 1890년에 고종황제가 ‘가배차’라 불리는 커피를 마시면서 커피역사가 시작된 이래 1950년대의 한국전쟁과 1990년대 원두커피의 수요가 확대되면서 우리나라의 커피문화가 급격히 확산되어 2009년 현재 우리나라가 전 세계 커피소비국 중 11위를 차지하였으며, 우리나라의 원두커피시장은 90년대 말부터 10%씩 성장하고 있다. 관세청 자료에 의하면 2014년 5월까지 커피 수입량은 약 54천 톤으로 2014년 12월 까지 추정치를 합산한다면 전년도(120천 톤)에 이어 올해도 지속적으로 상승할 것이라고 보고하고 있어 커피의 소비량이 증가하고 있음을 시사하고 있다. 실제로, 2014년 상반기 커피 조제품의 수입량은 감소하고 있으나, 생두와 원두의 수입량이 증가하고 있는 추세를 보이고 있다.

2013년 연간 커피수입량을 토대로 우리나라 국민 커피 소비량을 계산한 결과, 만 20세 이상 성인이 1년에 1인당 298잔의 커피를 마신 것과 같으며 전년도(288잔)에 비해 약 3.8% 정도 증가하였다고 보고하고 있다. 국내 커피 시장은 2007년부터 지난 5년간 꾸준히 성장해 4조 원 정도의 규모로 커졌다. 과거에는 커피믹스가 커피 시장을 장악하다시피 했지만 현재의 커피 시장은 커피 전문점이 2조 4000억원 규모로 ‘대세’를 이루고 있다.

커피 전문점도 2011년 말 기준으로 전국에 약 1만 2,381개로 2010년도의 8,038개에 비해 54% 증가하였으며 추정 매출액은 2010년도의 1조 5536억원 보다 59.7% 늘어난 2조 4819억원으로 지속적으로 증가하고 있는 추세이다.

이러한 커피 전문점의 급성장의 영향으로 인해 소비자들의 원두커피 제품의 구매 증가 현상도 지속되고 있는 것으로 보인다. 커피의 전성시대라고 할 만큼 커피는 우리 일상생활과 매우 친근한 식품이 되고 있으며, 커피 음료의 소비 성향도 에스프레소 형태로 고급화되고 있다(Kang and Na, 2004). 커피 원두의 소비량이 증가함에 따라 원두커피를 추출할 때 발생하는 커피박(폐원두박)의 발생도 증가하고 있으며, 이에 대한 처리 방법에 대한 문제점들이 대두되고 있다.

커피박은 커피 열수 추출물(에스프레소 및 드립 커피)의 제조 공정에서 생기는 추출잔사로, 1 kg의 커피 열수 추출물 당 약 0.91 kg이 생성된다(Silva et al., 1998). 커피박은 가정이나 커피 전문점 등에서 원두커피를 추출할 때 발생하고, 각종 인스턴트커피를 제조하는 과정에서 발생하는데 별다른 이용 없이 버려지고 있다. 커피박은 점차 많은 양이 배출되고 있어 폐기물 양의 증가라는 차원에서 뿐만 아니라 경제적으로도 커다란 손실로 그 처리 방법 및 효용성을 강구하여야 한다(McKendry, 2002).

최근 커피 열수 추출액의 수율을 증진시키기 위한 기술이 개발되면서 커피박의 생성량이 점차 감소하고 있기는 하지만, 원료의 약 46%를 차지하는 커피박은 여전히 그 처리 방법이 문제가 되고 있다(Silva et al., 1998).

산업체에서 생성되는 커피박은 일반적으로 커피 생산 공장의 보일러 연료원으로 공급되거나, 일부가 토양비료 및 동물의 사료로 이용되고 있으며 커피 전문점 및 가정에서 에스프레소나 원두커피를 추출한 후 발생되는 커피박(폐원두박)은 개별 커피 전문점에서 음식물 쓰레기로 분리하여 버리거나 일부는 하수구를 통해서 방출하고 있는 실정이다.

일부는 커피비누 제조, 방향제로 사용되고 있으나 그 사용량은 미비한 상태라 할 수 있다(Song et al., 2009). 원두커피를 추출한 후 발생되는 커피박에 대한 연구가 필요한 시점이라고 할 수 있으며(Yoo et al., 2011), 이러한 커피박의 이용 용도를 넓히기 위해 몇몇 연구자들에 의해 버섯 자실체 생산을 위한 기질로 커피박을 이용(Song et al., 1993)하거나 폐수 중의 중금속과 유기오염물질의 제거를 위한 흡착제로 개발하기 위한 연구가 국내에서 이루어졌다(Lee et al., 1998).

커피 제조 후의 폐기물인 커피박의 생성은 세계적으로 연간 6백만 톤 이상으로 추정됨으로써(Tokimoto et al., 2005) 재활용 연구가 국외에서도 한창이며 연료소재, 사료 또는 비료 첨가물(Silva et al., 1998; Saenger et al., 2001), 기능성 물질 소재원(Simoes et al., 2009), 바이오디젤 원료(Franca et al., 2009), 또는 버섯재배용 배양토 혼합물 (Machado et al., 2012)로의 이용이 연구되고 있다.

커피박에는 단백질 10%, 조섬유 23%, 조지방 6% 정도의 영양성분을 가지고 있으며(Ko et al., 2012), 최근 커피박에 커피 열수 추출물의 추출 공정에서 추출되지 못한 polyphenolic 또는 nonpolyphenolic compound와 커피의 볶음 과정에서 생성된 Maillard 반응 중합물이 남아 있어 항산화 활성을 가진다는 연구결과(Yen et al., 2005)가 보고되어 커피박의 새로운 천연 항산화제로서의 이용가능성이 거론되고 있다.

커피박을 이용한 식품학적 연구로는 커피박 추출물을 이용한 간고등어의 저장성 연장에 관한 연구(Song et al., 2009), 커피 박을 이용한 초콜릿(Yoo et al., 2011), 쿠키(Jung and Kang, 2011)에 관한 연구가 있을 뿐, 다양한 식품에의 적용 연구는 매우 드문 실정이다. 따라서 원두커피를 추출(에스프레소)한 후 발생되는 커피박에 대한 다양한 연구가 필요한 시점이라고 할 수 있다(Yoo et al., 2011).

커피 생두 및 원두의 수입량이 매년 증가하고 있으며, 커피의 소비량도 지속적으로 증가할 것으로 예상하고 있는 가운데 커피 폐원두박 발생량에 비해 소비되는 양이 한정되어 있어 이것에 대한 이용성을 제고할 필요성이 있다(Kim, 2008). 현재 식품으로 거의 재활용되고 있지 않은 부산물인 커피박은 커피 분말보다 카페인량이 월등히 적고 다양한 생리활성 물질이 잔존하고 있어 식품 개발을 위한 소재로서 충분한 가치가 있을 것(Jung and Kang, 2011)으로 사료되며, 식품으로 상품화하기 위한 다양한 연구가 필요하다.

한편, 막걸리는 조선시대 이규보의 저서 "동국 이상국집"에도 소개된 바 있는 우리나라 고유의 전통 발효주로서 전분을 누룩이나 효모를 이용하여 액화 당화 시킨 후 yeast 등이나 사카로마이세스 속의 각종 알콜 발효균주를 이용하여 알코올(에탄올) 등을 함유한 발효주이면서도 알코올 외에 다양한 영양성분도 함유되어 있는 널리 알려지고 음용되는 기호성 식품이면서 양조 발효식품(주류)의 일종이다.

이에 관련한 특허로는 대한민국 등록특허 제101276896호 (2013.06.13) 콩 발효 막걸리가 있고, 국내 공개특허 공보 제10-2001-0038233호 (2001.05.15)의 커피가 가미된 막걸리가 있으나 본 발명의 구성 및 이용성에는 큰 차이가 있다.

이에 본 연구는 폐기물로 간주되고 있는 커피박을 식품자원화 하여 부가가치를 향상시키고 식품 소재로 활용 가능성을 검토하기 위한 기초 연구로, 커피박을 이용하여 식초 희석 음료의 베이스를 개발하고자 국산 쌀과 커피박 추출물을 이용한 알콜 발효를 통해 새로운 기호와 트랜드를 제공하는 신규한 커피박 막걸리를 제조 방법과 커피박 막걸리를 연구하고 바람직한 결과를 얻게 되었다.

1. 대한민국 등록특허 101276896 (2013.06.13) 콩 발효 막걸리 2. 국내 공개특허 공보 제10-2001-0038233호 (2001.05.15) 커피가 가미된 막걸리

1. 정 사무엘, 강우원: 식품저장 유통학회지, 18-1, 33~38(2011)

본 발명은 위와 같은 목적으로 안출 된 것으로, 대부분 폐기되는 커피박의 재활용율을 높이고 자원 재생의 부가가치를 향상시키는데 그 목적이 있다.

또한, 폐기되는 커피박 속의 각종 잔류 유기산과 폴리페놀 성분을 알콜 발효에 이용함으로써 기능성 가지며 유효 성분을 다량 함유한 커피박과 쌀을 발효시킨 막걸리를 제공하는데 그 목적이 있다.

그리고 일정 농도로 첨가 한 커피박 추출물의 알콜 발효 및 효모균의 성장과 활성에 긍정적인 영향 주는 커피박 추출물의 배합량을 도출 및 분석하여 그 최적 배합량에 대한 연구결과를 제시하고자 한다.

위와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 커피박 추출물을 이용한 막걸리 제조방법은 도 1과 같이 5단계를 과정으로 제조된다.

먼저, 커피박을 냉풍 건조한 후 정제수를 이용하여 고형분 함량 2~4%(w/v)의 열수 추출물 제조하는 1단계와,

쌀을 증자하고 신속히 냉각하여 고두밥을 준비하는 2단계와,

위의 증자 냉각된 고두밥에 당화 및 알코올 발효용 혼합물을 얻는 3단계와,

위의 3단계에서 얻은 혼합물에 첨가하는 물 대용으로 제조 1단계에서 추출한 열수 추출물을 0.05~0.50 %(w/v) 농도가 되게 희석하여 배합하는 4단계 및;

위의 4단계를 거쳐 준비된 배합물을 발효 적정온도 28~32℃로 7~10일 동안 알콜 발효시키는 5단계로 구성하여 제조되는 것을 특징으로 하는 커피박 추출물을 이용한 막걸리 제조방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 위의 방법으로 제조된 커피박 추출물을 이용한 커피박 막걸리를 제공한다.

위의 실시 예에서 설명된 바와 같이 본 발명은 커피박 추출물을 이용하여 플라보노이드와 폴리페놀 함량이 풍부하고 커피의 향이 소비자에 기호성에 부합되는 커피박 막걸리와 그 제조 방법을 제공함으로써 그동안 대부분 폐기되어 버려지던 커피박의 활용도를 높이고 신세대에 어울리는 다양한 맛과 향을 제공할 뿐만아니라 자원 재활용 산업에 미치는 영향도 크다 할 것이다.

또한, 기존 막걸리에서 얻을 수 없는 항산화성 물질 및 폴리페놀과 같은 유효 성분이 함유된 신규한 알콜 음료를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 커피박 막걸리 제조 공정 흐름도이다.
도 2는 실시예의 pH 변화와 적정 산도 변화도이다.
도 3은 실시예의 알코올 함량 변화도이다.
도 4는 실시예의 열수 추출물 첨가 후 막걸리 외관(색) 변화도이다.
도 5는 실시예의 총 당 함량 변화도이다.
도 6은 실시예의 환원당 함량 변화도이다.
도 7은 실시예의 막걸리 발효 중 총 박테리아 및 젖산균 변화도이다.
도 8은 실시예의 막걸리 발효 중 효모 및 곰팡이 변화도이다.
도 9는 실시예의 막걸리 발효 후 DPPH Radical 소거능 변화도이다.
도 10은 실시예의 막걸리 발효 후 총 폴리페놀 및 플라보노이드 함량 변화도이다.

본 발명의 기술에 앞서, 본 실시예는 본 발명의 구성요소와 각 요소의 기능에 대한 이해를 돕기 위해 제공된 것일 뿐 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니며, 본 발명은 본원에 기재된 청구범위에 의해서만 한정되는 것임을 명확히 한다.

위와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 커피박 추출물을 이용한 막걸리 제조방법은 도 1과 같이 다음 5단계를 통해 제조된다.

먼저 커피박을 냉풍 건조한 후 정제수를 이용하여 고형분 함량 2~4%(w/v)의 상압 열수 추출물 제조하는 1단계와,

쌀을 증자하고 신속히 냉각하여 고두밥을 준비하는 2단계와,

위의 증자 냉각된 고두밥에 당화 및 알코올 발효용 혼합물을 얻는 3단계와,

위의 3단계에서 얻은 혼합물에 첨가하는 물 대용으로 제조 1단계에서 추출한 열수 추출물을 0.05~0.50 %(w/v) 농도가 되게 희석하여 배합하는 4단계 및;

위의 4단계를 거쳐 준비된 배합물을 발효 적정온도 28~32℃로 7~10일 동안 알콜 발효시키는 5단계로 구성하여 제조되는 것으로 이루어진다.

위의 1단계의 열수 추출물은 커피박과 정제수를 1:10 (w/v) 비율로 혼합한 다음 가압증자기를 이용하여 121℃에서 15~30분간 가압 추출하고, 여과 농축하여 제조하는 것을 포함하여 제조할 수 있다.

또한, 위의 2단계의 고두밥은 쌀 2kg을 상온의 물에서 4~8시간 침지한 후, 채에 받쳐 60분간 물기를 제거하고, 증자 솥에 넣고 98~100℃로 50~60분간 증자한 다음 10분간 뜸을 들여 제조하며,

위의 3단계의 당화 및 알코올 발효용 혼합물은 고두밥 2kg에 건조효모 10~20g, 건조누룩 400~500g, 물 5리터를 골고루 혼합하여 제조하는 4단계를 포함하여 제조된다.

여기서 위의 건조 효모와 건조누룩 대용으로 당화력이 강한 사카로마이세스 속 효모나 아스페르질러스 오리제 속의 곰팡이등을 이용하여 미생물 발효(당화 및 발효)하는 것도 가능하다.

한편, 위의 1단계의 커피 추출물은 커피박에 정제수를 1:8~12(w/v) 비율로 첨가하여 110~130℃에서 15~30분간 추출한 후 여과 농축할 수 있으나, 바람직하게는 1:10(w/v)로 비율로 정제수를 가수하여 121℃에서 15분간 추출한 다음 제조할 수 있다.

또 위의 조건에서 제조되는 커피 추출물은 최종 고형분 함량이 2~4%(w/v) 이나, 커피박 막걸리를 제조하기 위한 가장 바람직하게는 고형분 함량은 2%(w/v) 이다.

위와 같은 조건으로 추출할 때 커피박에 포함된 각종 인체에 유익한 효과를 나타내는 폴리페놀과 플라보노이드 성분 등의 다양한 기능성 물질을 수득하게 되고 덧붙여서 열수 추출시 추출 효율성과 경제성을 가질수 있다.

향후 연속 공정 적용시에 소비자 기호도에도 적합한 농도의 커피박 열수 추출물을 제조할 수 있는 것이다.

한편, 알콜 발효가 완성된 커피박 막걸리는 저온에서 1~2일 정도 후숙시킨 뒤 저장하거나, H.T.S.T 고온 순간 살균기로 78~82℃로 살균처리하여 보관하는 것이 바람직하다.

아래와 같이 본 발명의 실시 예를 들어 상세히 설명한다.

1. 재료 및 제조방법

(1) 재료

막걸리 제조 원료로 여주 이천 쌀, 효모는 건조효모(Saf-Instant, Lille, France), 발효 균주는 시중에서 판매되고 있는 누룩(Natural Food Soyulgok, Gwangju, Korea)을 구매하여 사용하였다. 커피박 열수 추출물은 커피분말과 물을 1:10의 비율로 혼합한 후 autoclave(JSAC-100, JS Research Inc., Gongju, Korea)를 이용하여 121℃에서 15분 동안 추출하여 여과한 후 농축하여 최종 고형분 함량 2%의 추출물을 희석하여 실험에 사용하였다. 항산화 활성 및 폴리페놀 함량 측정 등의 실험에 사용된 모든 시약 및 용매는 모두 Sigma-Aldrich (St. Louis, MO, USA)사에서 구입한 분석급 시약을 사용하였다.

(2) 막걸리의 제조

알콜 발효를 위해 먼저 쌀 2kg을 세척하여 5시간 동안 물에 침지한 후, 채에 받쳐 60분 동안 물기를 제거한 후 찜솥에 넣고 100℃에서 50분 동안 증자하고 10분 뜸을 들여 고두밥을 만들었다. 대조군 막걸리는 고두밥을 빠르게 식히고 10 L의 유리병에 고두밥 2 kg, 효모 14 g, 누룩 400 g, 물 5 L를 넣고 골고루 섞었다. 커피박 열수 추출물을 이용한 막걸리를 제조하기 위해 커피박 상압 열수 추출물(고형분 함량 2%)을 최종적으로 0.05, 0.10, 0.15, 0.20, 0.40%의 농도가 되도록 희석한 후 물 대용으로 사용하였다. 발효온도 30±2℃에서 8일간 발효시키며 2일 간격으로 시료를 채취하여 실험하였다. 이후 논문의 내용에서는 커피박 열수 추출물과 쌀을 이용하여 알콜 발효한 것을 편의상 커피박 막걸리로 명칭화 하였다.

2. 실험방법

(1) 시료의 채취

발효 과정 중 이화학적 특성을 조사하기 위한 시료 채취는 Yang과 Eun(2011)의 방법에 준하여 다음과 같이 실시하였다. 발효 과정 중 발효액을 40 mesh의 체로 불용물질을 제거한 다음 얻어진 여액으로 알코올 함량을 측정하였고, 여액을 4,000 rpm으로 10분간 원심분리기(Centrifuge 5810R, eppendorf, Germany)를 이용, 원심분리 한 후 상등액을 취하여 pH와 총산, 환원당, 총당, 항산화 활성 및 총 폴리페놀 함량을 측정하였다.

(2) pH 및 산도

pH는 pH meter(Orion 410A, Orion Research In., LA, USA)로 측정하였고, 원심 분리한 시료의 상층액 10 mL를 취하여 0.1 N 수산화나트륨 용액으로 pH 8.3이 될 때까지 중화 적정한 후 초산 함량(%)으로 나타내었다.

(3) 알코올 함량 측정

알코올 함량 측정은 국세청의 주류분석규정(NTS, 2009)에 따라 실시하였다. 시료 100 mL을 채취하여 증류 장치의 수기에 취한 후 증류수 10mL를 3회 나누어 시료를 담았던 100 mL 메스실린더를 씻은 후 그 액을 수기에 합친 후 알코올을 증류하였다. 증류액이 70mL가 되면 증류를 중지하고 증류수를 30mL를 보충하여 메스실린더 눈금이 100mL까지 정용한 후 주정계로 알코올 함량(v/v%)을 측정하고 온도 보정표를 이용하여 환산하여 계산하였다(NTSTSI, 2008).

(4) 당도 및 환원당 함량

당도는 당도계(PR-201α, Atago, Tokyo, Japan)를 이용하여 측정하였고, 환원당 함량 측정은 DNS(dinitrosalicylic acid)법으로 측정하였으며, glucose를 표준물질로 사용하여 표준 곡선으로 환산하였다.

(5) 미생물 수 측정

미생물 수 측정은 막걸리 시료를 균일하게 섞어 1mL를 멸균한 생리 식염수를 이용하여 10배 희석법으로 적정 희석한 후 pour plate method로 측정하였다. 총균수는 plate count agar (Difco Co, Detroit, MI, USA), 유산균수는 0.02% sodium azide를 포함한 MRS agar (Difco Co, Detroit, MI, USA), 효모 및 곰팡이 수는 potato dextrose agar (Difco Co, Detroit, MI, USA)를 이용하였다. 총균수와 유산균수는 37℃에서 24～48시간, 효모 및 곰팡이 수는 25℃에서 5일 동안 배양한 후 colony 수를 측정하여 colony forming unit(CFU/mL)으로 나타내었다(KFDA, 2012).

(6) 항산화 활성

항산화 활성 측정은 DPPH 라디칼 소거능 측정 방법(Blois, 1958)으로 측정하였다. 시료 용액 0.4 mL에 0.4 mM DPPH(α-α-diphenyl-β-picrylhydrazyl) 에탄올 용액 0.8 mL를 가하여 진탕 혼합하고 상온에서 10분간 방치 후 525nm에서 흡광도를 측정하였으며 계산식, DPPH radical scavenging activity (%)＝[1-(O.D. of sample/O.D. of control)]×100에 의하여 활성을 산출하였다.

(7) 총 폴리페놀 및 총 플라보노이드 함량 측정

총 폴리페놀 함량 측정은 Folin-Denis법(1912)에 따라 시료 1mL에 0.2 N Folin-ciocalteau's phenol reagent 1mL를 가하여 실온에서 3분간 반응시킨 후, 7.5% Na₂CO₃ 1mL를 가한 후 암소에서 1시간 동안 방치한 후 765nm에서 흡광도를 측정하였다. 총 폴리페놀 함량은 garlic acid를 표준물질로 한 표준곡선에 의하여 산출하였다.

총 플라보노이드 함량은 Abdel-Hameed의 방법(2008)에 따라 시료 1 mL에 5% sodium nitrite 0.15 mL를 가하여 25℃에서 6분간 방치한 후 10% aluminium chloride 0.3 mL를 가하여 25℃에서 5분간 방치하였다. 다음 1 N NaOH 1 mL를 가하고 교반한 후 510 nm 에서 흡광도를 측정하였으며, rutin hydrate(Sigma-Aldrich Co.)의 검량선에 의하여 함량을 산출하였다.

(8) 관능검사

관능검사는 알코올 함량이 최초 7% 부근에 도달하는 발효 4일째의 술을 40 mesh 체에 거른 후 100 mL의 투명한 용기에 담아 제시하였으며, 물과 함께 실온에서 동시에 제공하였다. 관능검사를 위해 대학교 식품공학과 학부생과 대학원생 30명을 대상으로 검사 방법과 평가 특성을 교육 시킨 후 실시하였다.

막걸리의 알코올 맛, 쓴맛, 커피 풍미, 커피색에 대해서는 강도를 측정하였고, 막걸리의 맛, 색, 풍미, 종합적 기호도에 대해서는 기호도를 7점 척도법으로 평가하였다. 1점은 ‘매우 약하다’또는 ‘매우 나쁘다’, 4점은 ‘보통이다’, 7점은 ‘매우 강하다’ 또는 ‘매우 좋다’로 하였다.

실시 예1. 커피박 막걸리의 pH와 총산의 변화

pH와 총산의 변화는 알콜 발효 진행 상황과 알코올 생성 정도를 짐작할 수 있는 중요한 지표성분으로 커피박 열수 추출물을 이용하여 제조한 알콜 발효 과정(막걸 리가 되어가는 과정) 동안 pH와 산도의 변화를 측정한 결과는 Fig. 2에 나타내었다. 발효초기의 pH는 대조구가 4.52이고, 커피박 열수 추출물로 제조한 막걸리는 4.29～4.46였으며 발효 8일에는 pH 3.95～4.20으로 대조구(4.04)보다는 커피박 열수 추출물 첨가구의 pH가 낮았다. 주세법상 막걸리의 pH 범위는 3.8～4.7(Lee et al., 2001)로 본 연구에서 4일 동안 발효 시킨 막걸리의 pH는 주세법상 적합한 pH 규격 범위에 속하였다

산도는 발효 4일 까지는 0.37%이하를 나타내었으나 발효 8일째는 모든 처리구 공히 0.4% 이상의 산도를 나타내어 Park 등(2011)이 보고한 시판 막걸리의 적성 산도 범위에 도달하였다. 주세법에 의한 막걸리의 적성 산도는 0.5%이하로 규정되어 있으나, Park(2011) 등이 8종의 시판 막걸리의 적정 산도를 조사한 결과, 0.28～0.57%라 보고하고 있어, 커피박 추출물은 알콜 발효에 뚜렷한 악영향을 미치지 않는 것으로 판단된다.

실시예 2. 알코올 함량

커피박 열수 추출물로 제조한 막걸리를 30℃에서 8일간 발효시키면서 알코올 함량의 변화를 조사한 결과는 Fig. 3에 나타내었다. 발효 2일에 대조구와 커피박 열수 추출물 0.05% 첨가구 및 0.10% 첨가구는 알코올 함량이 6.3%로 발효 초기에 비해 급격하게 증가하였고, 0.10% 이하의 농도구에서는 커피박 열수 추출물 첨가에 따른 알코올 함량의 차이는 나타나지 않았다.

커피박 열수 추출물 0.15～0.40% 첨가구는 알코올 함량이 6.6～7.0%로 다른 처리구에 비해 높았다. 이는 커피박 열수 추출물에 함유된 영양성분의 영향으로 발효의 주체인 누룩과 주모의 알코올 발효가 왕성하게 일어났기 때문으로 판단된다.

Fig. 4는 커피박 열수 추출물 첨가 막걸리의 외관 사진이다. 누룩에 의해서 당화된 당을 효모가 분해시키는 과정에서 에탄올이 만들어져 알코올 함량이 높아지게 된다. 따라서 발효가 많이 진행될수록 알코올 함량이 증가하게 되며, 발효과정 중 생성되는 탄산으로 인해 생성되는 기포로 발효 정도를 육안으로 확인할 수 있다(Kim et al., 2011).

실시예 3. 당도와 환원당 함량

발효 기간 동안 당도의 변화를 조사한 결과는 Fig. 5에 나타내었다. 발효 전 대조구의 당도는 2.50 °Brix였고, 커피박 열수 추출물 첨가구는 2.30～2.43 °Brix의 범위를 나타내었다. 발효 2일째 당도는 대조구가 4.97 °Brix, 커피박 열수 추출물 0.05%, 0.10%, 0.15%, 0.20% 및 0.40% 농도로 제조한 막걸리는 각각 4.87, 5.00, 5.20, 5.27, 5.27 °Brix의 당도를 나타내어 담금 직후의 당도에 비해 급격하게 증가하였으며, 처리구별 뚜렷한 차이는 나타나지 않았지만 커피박 열수 추출물의 농도가 높을수록 당도도 미미하게 높았다. 발효 2일 이후, 발효 시간이 경과할수록 당도는 서서히 증가하는 경향을 나타내었고, 발효 8일에는 대조구가 6.07 °Brix, 커피박 열수 추출물 첨가 막걸리는 6.00～6.93 °Brix를 나타내어 커피박 열수 추출물의 농도가 높을수록 당도가 높은 경향을 나타내었다.

커피박 열수 추출물로 제조한 막걸리의 발효 기간 동안 환원당의 변화를 조사한 결과는 Fig. 6에 나타내었다. 담금 직후 환원당 함량은 대조구가 2.22 mg/mL를 나타내었고 발효 2일경과 후 22.69 mg/mL, 4일째는 4.58 mg/mL, 8일째는 0.88 mg/mL으로 급격히 증가하였다가 감소하는 경향을 나타내었다. 커피박 열수 추출물을 첨가한 것은 2.18～2.63 mg/mL의 범위로 커피박 열수 추출물의 농도에 따른 환원당 함량의 뚜렷한 차이는 나타나지 않았다. 발효 기간이 경과함에 따라 환원당은 큰 폭으로 증가하였다가 감소하였다. 발효 2일째의 환원당은 커피박 열수 추출물 0.40% 농도구가 37.81 mg/mL로 가장 높았으며, 다음은 0.20%(33.24 mg/mL) 농도구 순으로, 커피박 열수 추출물의 농도가 증가할수록 환원당은 다소 낮게 나타났다. 이는 커피박 열수 추출물이 당화를 담당하는 누룩의 활성을 촉진시켜 발효 2일까지 당 및 환원당이 축적되었으며, 발효 2일째 최대로 생성된 환원당은 효모 및 유산균의 영양원 및 알코올 발효 기질로 왕성하게 사용됨으로써 2일 이후부터는 급격하게 감소하기 시작하고 발효 8일째는 0.79～0.99 mg/mL 범위로 잔존하는 것으로 나타났다.

실시 예 4. 미생물 변화

Fig. 7은 커피박 열수 추출물의 농도를 달리하여 제조한 막걸리의 발효 과정 중 총균수와 유산균수의 변화를 나타낸 결과이다. 담금 직후 막걸리의 총균수는 6～7 log CFU/mL으로 모든 처리구가 유사하였다. 발효 2일째 대조구는 7.89 log CFU/mL을 나타내었고 커피박 열수 추출물 0.05%, 0.10%, 0.15%, 0.20% 및 0.40% 농도구 각각 8.51, 8.31, 8.70, 8.30 및 8.45 log CFU/mL로 대조구보다 높은 총균수를 나타내었다. 이후 발효 기간 경과에 따라 총균수는 다소 감소하였으나, 담금 직후와 유사한 균수를 유지하였다.

유산균수는 총균수의 변화와는 다르게 발효 2일째 유산균수가 담금 직후(3 log CFU/mL)에 비해 약 2 log cycle 이상 급격하게 증가하였으며, 그 이후에도 발효기간이 경과함에 따라 지속적으로 양호한 성장 양상을 나타내었다. 발효 2일째 커피박 열수 추출물로 제조한 막걸리의 유산균수는 5 log CFU/mL 이상을 나타내었다. 대조구는 4 log CFU/mL을 나타내어 대조구가 다소 더딘 성장을 나타내었으나 발효 8일째는 모든 막걸리에서 8 log CFU/mL을 나타내어 처리구별 뚜렷한 유산균수의 차이는 나타나지 않았다.

Fig. 8은 커피박 열수 추출물의 농도를 달리하여 제조한 막걸리의 발효 과정 중 효모와 곰팡이 수의 변화를 나타낸 결과이다. 대조구의 경우, 발효 2일째 7 log CFU/ mL을 나타내어 담금 초기(6 log CFU/mL)에 비해 약 1 log cycle 정도 증가하였다가 발효 2일 이후부터 서서히 감소하여 발효 8일째 6 log CFU/mL을 나타내었다.

커피박 열수 추출물 첨가 막걸리도 담금 초기에는 대조구와 같이 약 담금초기 6 log CFU/mL 수준이었으며, 발효 2일째 7-8 log CFU/mL로 최고의 성장률을 보였다가 그 이후 다소 감소하는 경향을 나타내었으나, 발효 8일째까지 7 log CFU/mL의 효모와 곰팡이수를 유지하는 것으로 나타나 대조구보다 성장 및 생존률이 높은 것으로 나타났다.

실시 예 5. 총 항산화 활성(DPPH 라디칼 소거능), 총 폴리페놀 함량 및 총 플라보노이드 함량 변화

우리나라 주세법 시행령의 막걸리의 알코올 함량은 6% 이상 8% 이하로 규정되어 있다(Kim et al., 1990). 본 실험에서 항산화 활성 측정은 알코올 함량이 약 7%에 도달했을 때의 막걸리를 시료로 정하여 각각의 DPPH 라디칼 소거능을 측정함으로써 항산화 활성을 대조구와 비교하였다(Fig. 9).

담금 직후 대조구의 DPPH 라디칼 소거능은 28.37%로 6가지 시료 중에서 가장 낮았다. 커피박 열수 추출물을 첨가한 막걸리는 68.14～96.65%의 DPPH 라디칼 소거능을 나타내었으며, 커피박 열수 추출물 0.15% 이상의 농도에서는 95% 이상의 DPPH 라디칼 소거능을 가지고 있었다.

이는 커피박 열수 추출물의 고유 항산화 활성에 기인한 것으로 판단된다. 30℃에서 4일 동안 발효시킨 후 DPPH 라디칼 소거능을 조사한 결과, 대조구, 0.05%, 0.10% 첨가구는 각각 59.64%, 78.29%, 93.83%로 DPPH 라디칼 소거능이 증가하였으나, 커피박 열수 추출물 0.15% 이상 첨가구의 경우, 95% 이상의 DPPH 라디칼 소거능을 나타내어 발효전과 유사한 경향을 나타내었다.

발효기간 동안 총 폴리페놀 및 플라보노이드 함량 변화는 Fig.10에 나타내었다. 담금 직후의 총 폴리페놀 함량은 대조구가 49.06 ㎍/mL, 커피박 열수 추출물로 제조한 막걸리는 77.28～397.84 ㎍/mL으로 커피박 열수 추출물로 제조한 막걸리가 대조구에 비해서 월등히 높았으며, 커피박 열수 추출물의 농도가 증가할수록 유의적으로 높았다(p<0.05).

발효 기간이 경과함에 따라 총 폴리페놀 함량도 증가하여 대조구가 320.84 ㎍/mL를 나타내었고, 커피박 열수 추출물 0.05%, 0.10%, 0.15%, 0.20% 및 0.40% 농도구 각각 375.89, 387.74, 421.18, 434.77 및 497.49 ㎍/mL로 본 실험의 모든 시료의 폴리페놀 함량이 발효 과정 동안 증가되는 경향이었다.

또한, 대조군에 비해 커피박 열수 추출물로 제조한 막걸리의 폴리페놀 함량이 높은 것으로 나타나 항산화 및 항당뇨 등과 같은 다양한 기능성을 기대할 수 있을 것으로 생각된다.

총 플라보노이드 함량은 발효 전 대조구가 21.30 ㎍/mL로 가장 낮았으며, 커피박 열수추출물 첨가구는 26.5 ∼ 77.99 ㎍/mL였으며, 발효 4일후에는 대조구가 24.89 ㎍/mL, 커피 열수 추출물을 첨가한 막걸리는 31.08～95.13 ㎍/mL으로 발효가 진행됨에 따라 총 플라보노이드 함량도 증가하는 경향을 나타내었다.

실시예 6. 관능검사

커피박을 첨가한 막걸리의 관능검사 결과는 표 1에 나타내었다. 색은 커피박 열수 추출물의 농도가 증가함에 따라 강도도 증가하였는데 이는 커피박 열수 추출물의 고유색에 의한 것으로 커피박 열수 추출물이 많이 함유될수록 탁한 갈색을 띄었다.

색에 대한 기호도는 대조구가 4.80으로 가장 높았으며, 커피박 막걸리는 커피박 열수 추출물의 농도가 증가할수록 기호도는 감소하는 경향을 나타내었는데, 이는 커피박 막걸리가 커피박 열수 추출물과 술덧이 일부 혼합된 상태로 커피의 고유색이 탁해지는 경향을 나타내어 기호도에 영향을 미친 것으로 사료된다.

본 실험에서 관능검사 결과, 커피박 막걸리의 탁한 갈색보다는 순백색의 탁한 일반 막걸리 색택이 기호도에 양호한 영향을 미치는 것으로 보인다.

알코올 맛에 대한 강도를 조사한 결과 커피박 열수 추출물의 농도가 증가할수록 증가하였으나, 시료별 유의적인 차이는 나타나지 않았다(p<0.05).

쓴맛에 대한 강도는 대조구가 3.90으로 가장 높았으며, 커피박 막걸리는 3.70～3.00으로 대조구에 비해서 쓴맛이 약하다고 평가되었다. 이는 커피박 열수 추출물의 맛 성분이 막걸리의 맛 성분과 융화되어 막걸리 자체의 쓴맛을 다소 약화시켰기 때문인 것으로 판단된다. 커피향에 대한 강도는 커피박 열수 추출물의 첨가량이 증가함에 따라 증가하였다.

풍미에 대한 기호도는 커피 향의 강도에 비례하여 증가하였으며, 커피박 열수 추출물의 첨가량이 증가할수록 기호도도 증가하였다. 맛은 커피박 열수 추출물을 0.20% 첨가한 것이 4.70으로 가장 기호도가 높았으며, 종합적 기호도도 0.20% 농도구가 5.30으로 가장 높았으며 다음은 0.40%(5.20), 0.15%(4.60) 순으로 나타났다.

일반적으로 소비자는 커피향에 대해 매우 친밀감을 느끼고 있을 것으로 판단되며, 커피향이 풍기는 막걸리는 소비자들의 기호에 잘 맞을 것으로 사료된다.

[커피박 추출물의 희석 농도 차이에 따른 커피박 막걸리의 관능 특성]

결론적으로 0.10~0.40(w/v) 농도의 커피박 열수추출물을 첨가하여 막걸리를 제조함으로써 항산화성이 높고 플라보노이드와 같은 유효성분이 다량 함유된 커피박 막걸리를 제조할 수 있으며 더불어 최근 소비자 기호도에 적합한 종래 막걸리보다 그 풍미와 맛을 향상된 제품이 될 수 있다고 할 것이다.

Claims (5)

1. 커피박을 냉풍 건조한 후 정제수를 이용하여 고형분 함량 2~4%(w/v)의 열수 추출물 제조하되, 위 열수 추출물은 커피박과 정제수를 1:10 (w/v) 비율로 혼합한 다음 가압증자기를 이용하여 121℃에서 15~30분간 가압 추출하고, 여과 농축하여 제조된 것을 포함하는 1단계;
   쌀 2kg을 4~8시간 물에 침지한 후 채에 받쳐 60분간 물기를 제거하고, 증자솥에 넣어 98~100℃로 50~60분간 증자한 다음 10분간 뜸 들인 후 냉각하여 고두밥을 제조하는 2단계;
   위의 증자 냉각된 고두밥 2kg에 건조효모 10~20g, 건조누룩 400~500g, 물 5리터를 혼합하여 당화 및 알코올 발효제 혼합물을 제조하는 3단계;
   위의 3단계에서 얻은 당화 및 알코올 발효제 혼합물에 첨가하는 물 대용으로 1단계에서 추출한 열수 추출물을 0.05~0.50 %(w/v) 농도가 되게 각각 희석하여 배합하는 4단계;
   위의 4단계를 거쳐 준비된 배합물을 발효 적정온도 28~32℃로 7~10일 동안 알콜 발효시키는 5단계;
   저온에서 1~2일 정도 후숙시킨 뒤 저장하거나 고온 순간 살균기를 통해 78~82℃로 살균처리하여 보관하는 6단계;
   로 구성하여 제조되는 것을 특징으로 하는 커피박 추출물을 이용한 커피박 막걸리 제조방법.
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