KR101900305B1 - 우엉 발효식초의 제조방법 및 이를 활용한 음료 - Google Patents

우엉 발효식초의 제조방법 및 이를 활용한 음료 Download PDF

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Abstract

본 발명은 우엉 발효식초의 제조방법 및 이를 활용한 음료에 관한 것으로, 생우엉을 세절하여 50℃에서 22시간 동안 건조시킨 후 220℃의 볶음기에서 3분 동안 볶아서 전처리하는 제1단계; 상기 전처리된 우엉에 20배 부피의 물을 첨가하고 90℃에서 3시간 동안 가열하여 우엉 추출액을 얻는 제2단계; 상기 우엉 추출액에 바나나 농축액을 10부피%로 혼합하고 90℃에서 30분 동안 가열하여 살균처리하는 제3단계; 상기 살균처리된 우엉 추출액과 바나나 농축액의 혼합물에 전배양한 효모 사카로마이세스 세레비지에(Saccharomyces cerevisiae)를 상기 혼합물의 0.1 ~ 10부피%로 접종하는 제4단계; 상기 효모를 접종한 혼합물을 발효온도 20 ~ 45℃에서 6 ~ 150시간 동안 알코올 발효하여 알코올 함량 4 ~ 11%의 발효액을 얻는 제5단계; 상기 발효액에 분리 동정된 초산균 아세토박터 트로피칼리스(Acetobacter tropicalis DUIS-1701, 수탁번호: KCTC 13181BP)를 초산균 배양배지에 접종하여 30℃에서 200rpm으로 120시간 동안 진탕 배양한 전배양액을 1 ~ 30부피%로 접종하는 제6단계; 상기 초산균이 접종된 배양액을 20 ~ 40℃에서 5 ~ 20일 동안 200rpm으로 진탕 배양하여 초산 발효하는 제7단계로 이루어지는 것을 특징으로 하고 있다. 본 발명의 우엉 발효식초 음료는 상기 우엉 발효식초에 바나나 농축액, 프럭토올리고당, 구연산, 비타민 C, 식이섬유 및 정제수를 혼합하고 혼화하는 단계를 포함하여 제조된다.
본 발명의 우엉 발효식초의 제조방법은 생우엉을 전처리한 후에 열수에 추출시킴으로써 추출수율이 높으며, 또한 별도의 당을 첨가하지 않고 우엉 추출액과 바나나 농축액의 혼합물에 통상의 알코올 발효효모로서 사카로마이세스 세레비지에(Saccharomyces cerevisiae)를 배양하여 첨가하고 적절한 조건에서 알코올 발효를 행하여 생성된 알코올 함량 4% 이상의 발효액에 초산균 아세토박터 트로피칼리스(Acetobacter tropicalis DUIS-1701, KCTC 13181BP)를 전배양한 배양액을 접종하고 최적의 발효온도와 시간으로 발효시킴으로써 우엉의 유효성분을 최대한 발효시킬 수 있음은 물론 영양성, 기호성, 약리성이 뛰어난 발효식초를 얻을 수 있으며, 이로부터 제조된 음료는 색, 향, 맛 및 전체적인 기호도가 뛰어나고 인체에 유익한 우엉과 바나나 성분을 섭취하기 용이하게 되는 효과를 가진다.

Description

우엉 발효식초의 제조방법 및 이를 활용한 음료{Manufacturing method for fermentation vinegar of great burdock and its application to beverage}
본 발명은 우엉 발효식초의 제조방법 및 이를 활용한 음료에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 우엉 추출액과 바나나 농축액의 혼합물에 효모를 접종하여 알코올 발효에 의해 얻어진 발효액에 유효한 균주로서 분리 동정한 초산균 아세토박터 트로피칼리스(Acetobacter tropicalis DUIS-1701, 수탁번호: KCTC 13181BP)를 전배양한 종초를 접종하고 최적의 초산 발효조건에서 발효시킴으로써 우엉에 함유된 유익한 성분을 간편하게 섭취할 수 있도록 하여 소비자의 건강증진을 도모할 수 있는 우엉 발효식초의 제조방법 및 이를 활용한 음료에 관한 것이다.
우엉(학명: Arctium lappa L; 영어명: Great burdock; 일본명: Gobo; 속명;牛蒡)은 국화과의 두해살이풀로 길이는 30 ~ 60m인 긴 방추상이고 윗부분의 지름은 2 ~ 4㎝이며, 바깥면은 흑갈색으로 주름무늬가 있고 속은 황백색이고 맛이 쓰고 점성이 있다. 원산지는 지중해 연안에서 서아시아 일대이며, 국내에서는 영남지방을 중심으로 낙동강 유역 배수가 좋은 사질토 지역에서 많이 재배되고 있다. 일반적인 우엉의 성분은 100g을 기준으로 수분함량 70 ~ 80%, 단백질 1 ~ 3%, 지질 0.1%, 당질 14 ~ 18%, 조섬유 1 ~ 2%, 회분 0 ~ 0.3%로 구성되어 있다.
한의학적으로 「본초비요」에는 “우엉은 피를 깨끗하게 하고 열을 내리며 인후병과 기침 가래를 치료하고 모든 종기와 독을 제거시킨다.”고 기록되어 있고, 「본초강목」에서도 “우엉은 오장의 나쁜 사기를 제거하고 손발의 허약함을 치료하며, 중풍, 각기, 머리에 나는 종기, 가래를 치료하고 하복부 내장의 통증을 치료한다.”고 기록되어 있다. Chalcarz and Urbanowicz의 연구에서 우엉뿌리 추출물에는 33.5%(dry-wt)의 이눌린(inulin)과 제한 아미노산인 메치오닌(methionin)을 함유하고 있다고 밝힌바 있다. 또 기능성 성분으로는 주로 클로겐산(chlorogenic acid), 카페인산(caffeic acid)과 같은 카페오닐퀴닉산(caffeonylquinic acid) 유도체가 있으며, 시날린(cynarin)이나 악틴(arctin), 악티게닌(arctigenin), 쿼세틴(quercetin) 등의 페놀산화합물(phenolic compounds) 등이 존재하고 있다.
우엉에 존재하는 이눌린은 혈당, 혈중 저밀도 콜레스테롤을 낮추는 효과가 있어 천연 인슐린으로 불리어지며, 이눌린은 수십개의 과당(fructose)이 β(2→1)결합을 하고 있어 소장에서 소화 흡수되지 못하기 때문에 다이어트에도 효과적이다. 또한, 리그난(lignan)의 한 종류인 악틴은 가수분해되어 악티게닌으로 변환되며, 이런 성분들의 약리작용으로는 항염증 작용, 혈소판 활성인자 억제효과, 항균효과, 간보호 효과, 요로결석 예방효과 및 항알러지 작용, 피부 항노화 작용, 고지혈증에 미치는 영향에 대한 연구결과가 보고되어 있다. 그리고 우엉의 주성분인 클로겐산은 감자나 사과, 커피 등의 식품에도 다량 함유되어 있고 돌연변이를 일으키는 물질로 알려진 엔-니트로소화합물(N-nitroso compounds)의 생성을 억제하는 효과를 지니고 있으며, 시험관내 시험(in vitro)상에서 자유라디칼(free radical) 소거 활성, 메탈이온의 착화합화, 라디칼 및 과산화물 형성에 관여하는 효소를 억제하고 생체내에서는 산화적 손상으로 유발되는 암이나 심혈관계 질병의 예방 및 건강증진의 효과를 가진다고 한다.
우엉이 갖는 효과에 관한 연구내용을 살펴보면, 우엉에탄올 추출물의 항산화 활성 및 항돌연변이 효과, 우엉뿌리 추출물이 ICAM-1과 산화질소(NO) 조절에 미치는 항염증 효과, 우엉의 지질과 산화에 미치는 영향 등이 있으며, Lee는 우엉의 에탄올 추출물의 DPPH 라디칼 소거율은 농도가 증가할수록 소거활성이 증가하였고 Fe2 +에 의해 유도된 리놀렌산(linoleic acid)의 과산화에 대한 우엉 에탄올 추출물의 억제활성과 지질 과산화물과 단백질의 결합 억제효과 또한 농도가 증가할수록 증가하였음을 확인하였다. 그러므로 우엉의 에탄올 추출물이 직접적으로 항돌연변이능을 나타내지 않았으나 높은 항산화 활성을 가지고 있으므로 간접적으로 항돌연변이 또는 항노화에 긍정적인 영향을 미칠 것이라고 하였다.
그리고 Kim 등은 인간 유래 폐상피세포 A549를 이용하여 염증반응을 유발하고 유지시키는데 중요한 역할을 하는 ICAM-1의 억제적 조절효과를 평가하였고 염증 매개인자로 알려진 산화질소(NO)와 이의 생성에 영향을 미치는 iNOS의 발현조절에서도 억제효과가 있음을 확인하였으며, 우엉 추출물이 인간 각질형성 세포주의 세포증식에 효과가 있음을 나타내었다. 또한, 우엉의 지질 과산화에 미치는 영향에 대한 연구를 통해 현재 약효가 많이 확인되어진 우방자뿐만 아니라 우엉의 경엽, 뿌리 모두 지질 과산화 억제작용을 나타내며, 시험관내 시험(in vitro)에서는 현재 약용으로 이용되고 있는 우방자, 그리고 생체내 시험(in vivo)에서는 식용으로 주로 이용되고 있는 우방근이 실리마린(silymarine)과 유사한 활성을 나타내어 새로운 약용자원으로서의 가치가 있음을 밝혔다.
한편, 발효식초는 초산을 주성분으로 하여 소량의 유기산류, 유기당류, 아미노산류 및 에스테르류 등을 함유한 발효식품으로 음식을 조리할 때 신맛을 내게 하는 조미료로 사용될 뿐만 아니라 짠맛, 단맛 등의 음식맛을 부드럽게 하고 특유의 방향을 가지고 있으며, 강한 산성 때문에 식품내 유해 미생물의 생육을 억제하는 효과가 있다. 또한, 생체내에서 호기적으로 쉽게 분해될 수 있고 생리적 상태에 따라서 필요한 물질로 쉽게 전환될 수 있으며, 필요한 미량금속이 염으로 흡수될 수 있어 최근에는 영양학적으로 다량 섭취가 권장되고 있다. 이에 따라 발효식초는 알코올성 간손상 예방, 혈압 강하, 항콜레스테롤 작용, 식후 혈당상승 억제, 피로회복, 식중독균의 살균효과 등 다양한 기능성이 밝혀지면서 다양한 건강음료로 이용되고 있다.
식초와 관련된 항비만에 대한 연구를 살펴보면, Yamashita 등은 아세트산은 지방산 신쎄이즈(fatty acid synthase)와 아세틸 코에이 카복실레이즈(acetyl-CoA carboxylase)와 같은 지방합성 유전자의 발현을 억제하여 비만 쥐의 체중을 감소시킨다고 보고한 바 있으며, Lee 등은 토마토로 제조한 식초가 3T3-L1 지방 세포의 분화를 억제하고 지방축적을 억제함으로써 체중 조절 효과가 있는 것으로 보고하였다. 또한, 식초를 이용한 임상시험 결과, 하루 15㎖의 식초(750㎎ 초산함량)를 12주간 섭취시 복부지방 감소, 허리둘레 감소 및 체중 감량 효과가 있었으며, 생화학적 분석 결과, 혈중중성지방과 저밀도(LDL) 콜레스테롤을 유의적으로 감소시키는 것으로 나타나 효과적인 체중조절 식품으로 주목받고 있다.
국내 식초산업은 1970년대 빙초산을 희석하여 만든 합성식초가 주를 이루었으나 80년대에는 주정을 희석하여 과즙, 무기염을 첨가한 양조식초의 소비가 증가하였다, 이후 90년대부터는 첨가물을 사용하지 않고 100% 과실을 원료로 하는 천연 양조식초의 생산이 시작되어 최근에는 단기간에 대량 생산이 가능한 2단계 발효 및 병행 발효법을 통해 참다래, 사과, 양파 등을 이용한 다양한 식초개발이 진행되고 있다. 게다가 건강측면에서 식초의 효능이 알려지면서 과실류를 이용한 발효식초의 수요가 급증하여 고급화, 다양화되려는 경향을 보이고 있으며, 곡류, 과실류 이외에 오이, 다시마, 함초, 죽순 등을 이용한 다양한 식초가 있고 근채류를 이용한 식초로는 천마, 생강 식초 등이 연구되고 있다.
우엉을 가공하는 기술에 관한 선행문헌을 살펴보면, 대한민국 공개특허 제10-2011-0075300호(한성욱)는 우엉뿌리와 우엉잎을 주원료로 하여 바실러스 서브틸리스균으로 발효, 숙성시킴으로써 발효전에 비해 각종 유용한 생리활성물질의 함량이 증가하고 충치균 생육을 억제하는 우엉발효물을 제안하였고, 동 공개특허 제10-2012-0022748호(구라시에제약 주식회사 외1, 일본국)에서는 우엉열매에 내재하는 효소인 β-글루코시다제에 의해, 악티인을 악티게닌으로 효소 변환하고 에탄올을 가하여 추출, 농축한 후, 동결건조 또는 분무 건조함으로써 악티게닌 고함유 우엉열매 엑기스 및 그 제조방법을 제안하였으며, 동 등록특허 제10-1298568호(주식회사 로제트)는 우엉추출물과 함께 항산화 효과 및 갈변 방지를 위하여 비타민 C를 더 포함하고 체중감량 효과증대를 위하여 가르시니아캄보지아껍질 추출물과 식이섬유를 더 포함하면서 보존성 향상을 위한 황금 추출물 등을 첨가하여 양산성을 가지는 항비만용 식품조성물을 제안하였다.
또한, 동 공개특허 제10-2014-0034645호(안동대학교 산학협력단)는 우엉의 에탄올 추출물의 에틸아세테이트 분획물을 유효성분으로 함유하는 혈전증 예방 또는 치료용 약학적 조성물 및 건강기능성 식품을 제안하였고, 동 공개특허 제10-2015-0071863호(대구가톨릭대학교 산학협력단 외1)는 스팀처리, 열풍건조 후 볶는 단계를 거쳐 제조된 항산화 활성이 증진된 우엉차의 제조방법 및 상기방법으로 제조된 우엉차에 관한 기술을 제안하였으며, 동 공개특허 제10-2015-0097173호(경희대학교 산학협력단)는 발효우엉 추출물 또는 우엉으로부터 분리된 1종 이상의 유효 화합물을 포함하는 비만 또는 비만 관련 질환의 예방, 개선 및 치료용 조성물을 제안하였다.
그러나 이러한 선행기술들은 주로 우엉을 그대로 혹은 물이나 용매 등으로 추출하여 기타의 물질을 조성하거나 유산균으로 발효하여 생성된 발효물과 그 추출물의 기능성에 관한 기술을 제안한 것으로, 현재까지 우엉 식초에 관한 연구는 초산 발효에 따르는 기술적 어려움으로 인하여 그 개발이 극히 미미한 실정이다. 이러한 이유로 본 발명과 같이 우엉을 전처리한 후에 열수로 추출하고 부원료인 바나나 농축액을 혼합하여 알코올 발효를 행하고 이 알코올 발효액에 초산균을 이용하여 최적화된 조건으로 초산 발효를 행하여 우엉 발효식초를 제조하는 기술은 전혀 개시된 바가 없는 것으로 조사되었으며, 이를 위해 본 발명에서는 우엉의 초산 발효에 적합화된 초산균을 직접 분리하기에 이르렀다.
대한민국 공개특허공보 제10-2011-0075300호(공개일자 : 2011. 07. 06) 대한민국 공개특허공보 제10-2012-0022748호(공개일자 : 2012. 03. 12) 대한민국 등록특허공보 제10-1298568호(등록일자 : 2013. 08. 14) 대한민국 공개특허공보 제10-2014-0034645호(공개일자 : 2014. 03. 20) 대한민국 공개특허공보 제10-2015-0071863호(공개일자 : 2015. 06. 29) 대한민국 공개특허공보 제10-2015-0097173호(공개일자 : 2015. 08. 26)
본 발명의 목적은 전처리된 우엉을 열수에서 추출한 우엉 추출액과 바나나 농축액을 혼합하여 통상의 알코올 발효효모인 사카로마이세스 세레비지에(Saccharomyces cerevisiae)로 알코올 발효를 행한 후 이 알코올 발효에 의해 생성된 발효액에 우엉의 초산 발효에 적합하게 분리하여 동정한 초산균 아세토박터 트로피칼리스(Acetobacter tropicalis DUIS-1701, 수탁번호: KCTC 13181BP)의 전배양한 종초를 접종하고 최적화된 조건으로 초산 발효를 실시하여 생산되는 우엉 발효식초의 제조방법 및 이를 활용한 음료를 제공하는 것이다.
본 발명의 우엉 발효식초의 제조방법은 생우엉을 세절하여 50℃에서 22시간 동안 건조시킨 후 220℃의 볶음기에서 3분 동안 볶아서 전처리하는 제1단계; 상기 전처리된 우엉에 20배 부피의 물을 첨가하고 90℃에서 3시간 동안 가열하여 우엉 추출액을 얻는 제2단계; 상기 우엉 추출액에 바나나 농축액을 10부피%로 혼합하고 90℃에서 30분 동안 가열하여 살균처리하는 제3단계; 상기 살균처리된 우엉 추출액과 바나나 농축액의 혼합물에 전배양한 효모 사카로마이세스 세레비지에(Saccharomyces cerevisiae)를 상기 혼합물의 0.1 ~ 10부피%로 접종하는 제4단계; 상기 효모를 접종한 혼합물을 발효온도 20 ~ 45℃에서 6 ~ 150시간 동안 알코올 발효하여 알코올 함량 4 ~ 11%의 발효액을 얻는 제5단계; 상기 발효액에 분리 동정된 초산균 아세토박터 트로피칼리스(Acetobacter tropicalis DUIS-1701, 수탁번호: KCTC 13181BP)를 초산균 배양배지에 접종하여 30℃에서 200rpm으로 120시간 동안 진탕 배양한 전배양액을 1 ~ 30부피%로 접종하는 제6단계; 상기 초산균이 접종된 배양액을 20 ~ 40℃에서 5 ~ 20일 동안 200rpm으로 진탕 배양하여 초산 발효하는 제7단계로 이루어지는 것을 특징으로 하고 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 제2단계에서의 우엉 추출액은 농도가 3 ~ 5브릭스(Brix)이고, 상기 3단계에서의 바나나 농축액은 바나나 과즙 또는 바나나 파쇄 착즙액 중에서 선택되는 어느 하나 이상을 혼합하여 농도가 60 ~ 70브릭스(Brix)이며, 상기 7단계에서 얻어진 우엉 발효식초는 60 ~ 100℃의 온도로 10 ~ 60분간 가열하여 살균처리한 후 필터여과기를 통과시켜 여과하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 우엉 발효식초 음료는 상기 우엉 발효식초에 바나나 농축액, 프럭토올리고당, 구연산, 비타민 C, 식이섬유 및 정제수를 혼합하고 혼화하는 단계를 포함하여 제조되며, 음료 총중량을 기준으로 우엉 발효식초 14 ~ 18%, 바나나 농축액 6 ~ 8%, 프럭토올리고당 3 ~ 5%, 구연산 0.5%, 비타민 C 0.1%, 식이섬유 1%, 정제수 잔량으로 배합하는 것이 바람직하며, 상기 우엉 발효식초 음료는 60 ~ 120℃의 온도에서 10 ~ 60분간 가열하여 살균처리하는 단계를 포함하여 제조된다.
본 발명의 우엉 발효식초의 제조방법은 생우엉을 전처리한 후에 열수에 추출시킴으로써 추출수율이 높으며, 또한 별도의 당을 첨가하지 않고 우엉 추출액과 바나나 농축액의 혼합물에 통상의 알코올 발효효모로서 사카로마이세스 세레비지에(Saccharomyces cerevisiae)를 배양하여 첨가하고 적절한 조건에서 알코올 발효를 행하여 생성된 알코올 함량 4% 이상의 발효액에 초산균 아세토박터 트로피칼리스(Acetobacter tropicalis DUIS-1701, KCTC 13181BP)를 전배양한 배양액을 접종하고 최적의 발효온도와 시간으로 발효시킴으로써 우엉의 유효성분을 최대한 발효시킬 수 있음은 물론 영양성, 기호성, 약리성이 뛰어난 발효식초를 얻을 수 있으며, 이로부터 제조된 음료는 색, 향, 맛 및 전체적인 기호도가 뛰어나고 인체에 유익한 우엉과 바나나 성분을 섭취하기 용이하게 되는 효과를 가진다.
도 1은 최종 분리된 초산균주가 우엉이 첨가된 초산균 분리 배지에서 배양된 사진이다.
도 2는 본 발명에 의해 제조된 초산균 아세토박터 트로피칼리스(Acetobacter tropicalis DUIS-1701, 수탁번호: KCTC 13181BP)의 균주기탁증명서이다.
이하에서는 본 발명에 의한 우엉 발효식초의 제조방법 및 이를 활용한 음료에 대하여 설명하기로 하되, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 사람(이하 ‘당업자’라 함)이 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 예시하기 위한 것이지, 이로 인해 본 발명의 기술적인 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하지는 않는다.
본 발명의 우엉 발효식초의 제조방법은 생우엉을 세절하여 50℃에서 22시간 동안 건조시킨 후 220℃의 볶음기에서 3분 동안 볶아서 전처리하는 제1단계; 상기 전처리된 우엉에 20배 부피의 물을 첨가하고 90℃에서 3시간 동안 가열하여 우엉 추출액을 얻는 제2단계; 상기 우엉 추출액에 바나나 농축액을 10부피%로 혼합하고 90℃에서 30분 동안 가열하여 살균처리하는 제3단계; 상기 살균처리된 우엉 추출액과 바나나 농축액의 혼합물에 전배양한 효모 사카로마이세스 세레비지에(Saccharomyces cerevisiae)를 상기 혼합물의 0.1 ~ 10부피%로 접종하는 제4단계; 상기 효모를 접종한 혼합물을 발효온도 20 ~ 45℃에서 6 ~ 150시간 동안 알코올 발효하여 알코올 함량 4 ~ 11%의 발효액을 얻는 제5단계; 상기 발효액에 분리 동정된 초산균 아세토박터 트로피칼리스(Acetobacter tropicalis DUIS-1701, 수탁번호: KCTC 13181BP)를 초산균 배양배지에 접종하여 30℃에서 200rpm으로 120시간 동안 진탕 배양한 전배양액을 1 ~ 30부피%로 접종하는 제6단계; 상기 초산균이 접종된 배양액을 20 ~ 40℃에서 5 ~ 20일 동안 200rpm으로 진탕 배양하여 초산 발효하는 제7단계로 이루어진다.
본 발명에서 사용된 우엉은 경북 안동에서 재배된 우엉을 채취하여 사용하였는데, 제1단계는 우엉을 전처리하는 과정으로 생우엉을 수세하고 약 0.5㎝ 내외의 크기로 세절하여 50℃에서 22시간 동안 건조처리를 실시한 후 220℃의 볶음기에서 3분 동안 볶음처리하였으며, 볶음이 완료되면 즉시 실온에서 냉각시켰다. 이로 인하여 우엉에 함유되어 있는 유효성분이 증발되지 않고 열수에 잘 녹아서 추출수율이 향상된다.
제2단계는 상기 전처리된 우엉에 20배 부피의 물을 첨가하고 90℃에서 3시간 동안 가열하여 우엉 추출액을 얻는 과정으로, 볶음처리 우엉에 20배의 정제수 또는 증류수를 넣고 90℃에서 3시간 동안 추출 및 여과하고 잔류물은 동일한 방법으로 반복 추출한 후 추출액을 합쳐 우엉 추출액을 획득하였다. 이때, 상기 우엉 추출액은 농도가 3 ~ 5브릭스(Brix)로 유지되도록 하는 것이 알코올 발효에 적합한 것으로 조사되었고 그 미만의 농도에서는 알코올 발효가 원활하게 이루어지지 않기 때문이다.
제3단계는 상기 우엉 추출액에 바나나 농축액을 10부피%로 혼합하고 90℃에서 30분 동안 가열하여 살균처리하는 과정이고, 제4단계는 상기 살균처리된 우엉 추출액과 바나나 농축액의 혼합물에 전배양한 효모 사카로마이세스 세레비지에(Saccharomyces cerevisiae)를 상기 혼합물의 0.1 ~ 10부피%로 접종하는 과정으로서, 상기 알코올 발효 효모는 사카로마이세스 세레비지에(Saccharomyces cerevisiae KCTC 12702BP)를 사용하였는데, 보관용 효모를 YM액체배지에 접종한 후 30℃에서 48시간 동안 배양하여 알코올 발효시의 전배양액으로 사용하였다.
본 발명은 우엉 추출액만으로 알코올 발효를 유도하기 위해서는 당의 농도가 부족하여 우엉 자체로는 한계가 있기 때문에 발효도와 발효후의 맛 등을 종합적으로 고려하여 우엉 추출액 대비 바나나 농축액을 10부피%로 첨가하여 발효를 행하였으며, 상기 바나나 농축액은 바나나 과즙 또는 바나나 파쇄 착즙액 중에서 선택되는 어느 하나 이상을 혼합하여 농도가 60 ~ 70브릭스(Brix)인 것을 사용하는 것이 가장 적합한 것으로 조사되었다.
다음으로, 제5단계는 상기 효모를 접종한 혼합물을 발효온도 20 ~ 45℃에서 6 ~ 150시간 동안 알코올 발효하여 알코올 함량 4 ~ 11%의 발효액을 얻는 과정으로, 실제로 본 발명에서는 우엉 추출액에 바나나 농축액(65브릭스)을 각각 10, 15, 20 및 25%의 부피비로 첨가한 것을 알코올 발효를 위하여 사용하였다. 이들 혼합물을 90℃에서 30분간 살균시킨 후 효모 전배양액을 2%의 부피비를 접종하여 30℃에서 5일 동안 정치 배양시키면서 알코올 발효 중의 당도, 알코올 함량 등을 측정하였다. 상기 알코올 발효액은 원심분리하여 균체를 제거한 후 상징액 100㎖를 증류장치에서 증류하여 유액이 70㎖가 되면 증류를 중지하고 물을 가하여 100㎖로 채우고 15℃로 보정한 다음, 주정계(alcohol hydrometer)로 알코올 비중을 측정하고 Gay-Luccac표를 이용하여 알코올 함량으로 환산하였다.
제6단계는 상기 발효액에 분리 동정된 초산균 아세토박터 트로피칼리스(Acetobacter tropicalis DUIS-1701, 수탁번호: KCTC 13181BP)를 초산균 배양배지에 접종하여 30℃에서 200rpm으로 120시간 동안 진탕 배양한 전배양액을 1 ~ 30부피%로 접종하는 과정으로, 본 발명에서는 우엉의 식초산 발효에 적합한 초산균의 분리를 위하여 쌀밥, 누룩과 우엉 추출액을 첨가하여 직접 막걸리를 제조하고 이 막걸리를 일정 농도로 희석하여 이를 7 ~ 15일 동안 식초냄새가 날 때까지 진탕 배양한 후 초산균 분리용 시료로 사용하였다. 이들 시료를 각각 GYCEA(3% glucose, 0.5% yeast extract, 1% CaCO3, 3% ethanol, 2% agar)에 우엉 추출액(0.2 ~ 1%)을 첨가하여 만든 고체배지에 도말하고 30℃에서 120시간 동안 배양한 후 순수 분리된 균주 중 콜로니 주위에 투명환이 생긴 콜로니를 선발하였고, 상기 분리 동정된 초산균 전배양액은 알코올 발효액을 기준으로 1 ~ 30부피%로 접종하였다.
본 발명에서는 상기와 같이 분리된 초산균을 초산균용 배양배지(D-glucose 1%, glycerol 1%, polypeptone 0.2%, yeast extract 0.2%, potato extract 10 mg%, acetic acid 1%, ethanol 4%)에 접종하여 30℃에 10일간 진탕 배양하면서 2일 간격으로 발효특성을 측정하여 우수한 발효력을 가지는 초산균을 선별하였으며, 최종 선발된 초산균을 동정하기 위하여 16S rRNA 유전자 시퀸싱을 통하여 분석하였으며, 표준균주의 nucleotide collection 및 16s microbial sequences data base를 이용하여 분리된 균주와 유사도(%)를 확인하였다.
상기와 같이 분리 동정된 초산균 아세토박터 트로피칼리스(Acetobacter tropicalis DUIS-1701)는 종래의 초산 발효에 사용되는 아세토박터 아세티(Acetobacter aceti), 아세토박터 옥시단스(Acetobater oxydans), 아세토박터 비니아세티(Acetobater viniaceti), 아세토박터 슈첸바치이(Acetobater schutzenbachii), 아세토박터 자일리노이데스(Acetobater xylinoides), 아세토박터 올레아넨스(Acetobater orleanense) 등과 같은 초산균보다 발효효율이 현저히 향상되는 까닭에 생산성이 증대되고 대장균 또는 포도상 구균 등과 같은 미생물을 효과적으로 사멸하여 음식의 부패를 최대한 방지할 수 있으며, 또한 알코올에 대한 내성이 강할 뿐만 아니라 변성이 잘 되지 않고 균체 제거가 용이하다.
마지막으로, 제7단계는 상기 초산균이 접종된 배양액을 20 ~ 40℃에서 5 ~ 20일 동안 200rpm으로 진탕 배양하여 초산 발효하는 과정으로, 우엉식초의 제조를 위한 발효조건 최적화는 중심합성계획법에 따라 아래 [표 1]과 같은 발효시간(X1)과 발효 온도(X2)를 독립변수로 설정하고, 반응표면 분석을 위하여 아래 [표 2]와 같이 13가지의 발효조건으로 우엉식초를 발효하였으며, 각 종속변수에 대한 회귀방정식을 얻어 발효조건에서 독립변수의 상호영향 및 최적 발효조건을 구하였다.
발효조건 -2 -1 0 1 2
발효시간(일) : X1 5 8 11 14 17
발효온도(℃) : X2 26 28 30 32 34
실험번호 발효조건
발효시간(일) : X1 발효온도(℃) : X2
1 14 (1) 32 (1)
2 14 (1) 28 (-1)
3 8 (-1) 32 (1)
4 8 (-1) 28 (-1)
5 11 (0) 30 (0)
6 11 (0) 30 (0)
7 11 (0) 30 (0)
8 11 (0) 30 (0)
9 11 (0) 30 (0)
10 17 (2) 30 (0)
11 5 (-2) 30 (0)
12 11 (0) 34 (2)
13 11 (0) 26 (-2)
상기 제7단계에서 얻어진 우엉 발효식초는 60 ~ 100℃의 온도로 10 ~ 60분간 가열하여 살균처리한 후 필터여과기를 통과시켜 여과하는 단계를 포함할 수도 있으며, 이러한 열처리 살균공정 및 1.0마이크로(㎛) 이하의 필터여과기에 의한 여과공정으로 인하여 인체에 유해한 보존제를 첨가하지 않더라도 장기간 보존이 가능하게 될 뿐만 아니라 식초의 농도를 적절하게 조절할 수 있음은 물론이다.
한편, 본 발명에서 얻어진 우엉 발효식초는 바나나 농축액, 프럭토올리고당, 구연산, 비타민 C, 식이섬유 및 정제수를 혼합하고 혼화하는 단계를 포함함으로써 우엉 발효식초 음료로 제조될 수 있는바, 대체로 상기 우엉 발효식초와 바나나 농축액을 1 : 0.4 ~ 0.5의 부피비로 혼합하는 것이 바람직하며, 상기 우엉 발효식초 음료 총중량을 기준으로 우엉 발효식초 14 ~ 18%, 바나나 농축액 6 ~ 8%, 프럭토올리고당 3 ~ 5%, 구연산 0.5%, 비타민 C 0.1%, 식이섬유 1%, 정제수 잔량을 배합하는 것이 관능검사에서 가장 우수하다는 결과를 도출하였고 이화학적 특성도 양호한 것으로 조사되었다.
이와 같이 배합되는 우엉 발효식초 음료는 60 ~ 120℃의 온도에서 10 ~ 60분간 가열하여 살균처리하는 단계를 거쳐 우수한 기능성 음료가 얻어지는 것이다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 수많은 실험을 거쳐 완성되었으나, 이하에서는 당업자가 용이하게 이해하고 실시할 수 있을 정도의 바람직한 실시예를 통하여 본 발명을 설명한다.
[실시예 1] 초산균의 분리
우엉의 식초산 발효에 적합한 초산균의 분리를 위하여 쌀밥, 누룩과 우엉 추출액을 첨가하여 직접 막걸리를 제조하고 이 막걸리를 일정 농도로 희석하여 이를 7 ~ 15일 동안 식초냄새가 날 때까지 진탕 배양한 후 초산균 분리용 시료로 사용하였다. 이들 시료를 각각 GYCEA(3% glucose, 0.5% yeast extract, 1% CaCO3, 3% ethanol, 2% agar)에 우엉 추출액(0.2 ~ 1%)을 첨가하여 만든 고체배지에 도말하고 30℃에서 120시간 동안 배양한 다음, 순수 분리된 균주 중 콜로니 주위에 투명환이 생긴 콜로니를 선발한 뒤 우엉의 농도를 순차적으로 증대시켜 첨가된 초산균 분리용 배지에서 이를 순수 분리하여 5종의 초산균을 최종 선별하였다(도 1 참조). 이들 5종(A1 ~ A5)의 초산균주를 배양하여 발효특성을 분석하여 발효력이 뛰어난 균주를 최종균주로 분리하였다.
[실시예 2] 분리된 초산균의 발효특성 분석
분리된 초산균의 산도 생성력은 아래 [표 3]과 같이 초산균 배양용 배지에서 배양하여 산도를 측정한 결과와 같다. 발효 0일째에는 5종 모두 산도가 1.3 이상이었고, 발효가 진행됨에 따라 증가하는 경향을 나타내었다. 6일째에는 A3을 제외한 4가지 초산균에서 산도 4 이상을 나타내었고 8일째에서는 A3을 제외한 4가지 초산균에서 산도가 4.2 이상을 나타내었다. 8일째에서는 A1이 가장 산도가 높은 값을 나타내었으나 나머지 균들과의 차이가 크지 않았다. 10일째에서 A1의 산도가 4.70, A5의 산도가 4.69로 다른 균주들 보다 산도가 많이 증가하였다.
구분 A1(%) A2(%) A3(%) A4(%) A5(%)
0 일 1.41 1.52 1.32 1.43 1.54
2 일 3.32 2.17 2.23 2.65 2.76
4 일 3.39 3.94 2.41 3.44 3.00
6 일 4.08 4.09 2.90 4.04 4.07
8 일 4.31 4.27 4.13 4.20 4.25
10 일 4.70 4.39 4.24 4.25 4.69
[실시예 3] 분리된 초산균주의 동정
실시예 2 중 가장 발효력이 뛰어난 A1을 최종 분리균주로 선정하여 16s rRNA 유전자 시퀸싱을 통하여 분석하여 NCBI blast DB와 비교하였다. 아래 [표 4]의 분리된 A1균주의 16s rRNA 부분시퀸싱 결과와 표준균주와의 유사도 결과와 같이, Acetobacter tropicalis strain NBRC 16470 균주와 99%의 유사성과 근연관계를 보여서 이들의 결과를 근거로 최종 분리된 균주를 Acetobacter tropicalis로 동정하고 Acetobacter tropicalis DUIS-1701로 최종 명명하였으며, 본 균주를 한국생명공학연구원 생물자원센터에 기탁하여 수탁번호 KCTC 13181BP를 부여받았다(도 2 참조).
표준균주 차이도/비교된 염기수 유사도
Acetobacter tropicalis
strain NBRC 16470		 2/1360 99%
Acetobacter tropicalis
strain Ni-6b		 4/1362 99%
Acetobacter tropicalis
strain Ni-6b		 3/1360 99%
Acetobacter cerevisiae
strain JCM 17273		 2/1359 99%
Acetobacter cerevisiae
strain LMG 1625		 2/1359 99%
Acetobacter indonesiensis strain NBRC 2/1359 99%
[실시예 4] 우엉 추출액의 특성
전처리 조건별 우엉에 각각 20배 부피의 증류수를 넣고 90℃에서 3시간 동안 추출한 우엉 추출액의 농도, pH 및 산도를 측정한 결과는 아래 [표 5]와 같다. 우엉 추출액의 농도는 건조 볶음우엉 추출액이 생우엉 추출액에 비해 높은 브릭스도를 나타내었으며, 가용성 고형분 함량이 우엉을 볶았을 때 증가하였고 pH는 생우엉 추출액보다 낮은 pH를 보였으며, 산도는 생우엉 추출액보다 높게 나타났다.
우엉 추출액 농도(브릭스) pH 산도(%)
건조 볶음우엉 4.30±0.00 5.47±0.02 0.09±0.00
생우엉 2.30±0.00 6.23±0.00 0.01±0.00
또한, 전처리 조건별 우엉 추출액의 총당, 환원당 및 이눌린 함량을 측정한 결과는 아래 [표 6]과 같다. 총당 함량은 건조 볶음우엉 추출액이 생우엉 추출액에 비해 월등히 높은 함량을 보였고 환원당 함량과 이눌린 함량 역시 건조 볶음우엉 추출액은 생우엉 추출물의 3배 이상의 함량 증가를 보였다.
우엉 추출액 총당 함량
(㎎/100㎖)		 환원당 함량
(㎎/100㎖)		 이눌린 함량
(㎎/100㎖)
건조 볶음우엉 1942.84±3.84 366.60±1.53 700.23±2.93
생우엉 439.55±12.07 118.47±1.23 273.40±5.93
또한, 조사포닌 함량과 추출수율에 대한 측정결과는 아래 [표 7]과 같다. 조사포닌 함량은 건조 볶음우엉의 추출액은 생우엉 추출액보다 3배 이상 많았고 추출수율 역시 건조 볶음처리에 따라 추출수율이 4배 이상 증가하는 것으로 나타났다.
우엉 추출액 조사포닌(%) 추출수율(%)
건조 볶음우엉 0.35±0.03 62.99±0.23
생우엉 0.10±0.01 15.69±0.05
또한, 우엉 추출액의 악틴(arctin), 악티게닌(arctigenin) 및 클로겐산(chlorogenic acid) 함량을 측정한 결과는 아래 [표 8]과 같다. 악틴은 생우엉 추출액에서 검출되지 않았고 건조 볶음우엉 추출액은 0.14㎎/100㎖의 함량을 보였으며, 악티게닌은 모든 샘플에서 검출되지 않았다. 클로겐산은 생우엉 추출액보다 건조 볶음우엉 추출액이 11배 이상의 함량 증가를 보였다.
우엉 추출액 악틴
(㎎/100㎖)		 악티게닌
(㎎/100㎖)		 클로겐산
(㎎/100㎖)
건조 볶음우엉 0.14±0.03 - 11.45±0.04
생우엉 0.00±0.00 - 0.58±0.02
[실시예 5] 우엉 추출액의 알코올 발효 및 초산 발효에 미치는 바나나 농축액의 영향
본 발명에서 알코올 발효 및 초산 발효를 유도하기 위하여서는 우엉 추출액의 경우 당농도가 부족하여 자체로는 한계가 있으므로 우엉 추출액에 부원료로서 발효도와 발효후의 맛 등을 고려하여 바나나 농축액을 사용하여 발효를 행하였다. 바나나 농축액을 우엉 추출액에 농도별로 첨가하여 알코올 발효를 한 결과는 아래 [표 9]와 같다. 바나나 농축액(65Brix)을 10% 첨가하였을 때 알코올 함량이 4%였고, 첨가량이 많아질수록 알코올 함량이 높아지는 경향을 나타냈다. 발효 후 브릭스도 역시 마찬가지로 바나나 농축액 첨가량이 많을수록 높아지는 경향을 나타내었다.
또한, 알코올 발효 후 초산 발효를 진행한 후 발효 특성의 결과는 아래 [표 10]과 같다. 바나나 농축액을 첨가한 경우 발효 전보다 발효 후의 산도는 증가하였고 초산 발효 후의 pH는 발효 전보다 감소하는 것으로 나타났다. 발효 후의 산도는 바나나 10% 첨가구가 가장 높아 4.76%이었고 산도 증가량 역시 높았다. 오히려 농축액의 첨가량이 많아질수록 산도는 감소하였다. 발효 후 pH는 10%에서 3.44였고 첨가량이 증가할수록 pH는 증가하여 25%에서는 3.86을 나타냈다. 따라서 부원료로서 바나나 농축액을 10% 정도 첨가하여 알코올 발효를 진행하고 이후 초산 발효를 진행하는 것이 가장 바람직한 것으로 연구되었다.
바나나 농축액
(65Brix)		 알코올함량
(%)		 초기 당도
(Brix)		 발효후 당도
(Brix)		 효모생균수
(CFU/ml)
10% 4 9.8 5.4 6.00×10
15% 6.1 13.1 6.6 6.00×10
20% 8.2 16.3 7.8 6.25×10
25% 10.4 19.3 8.8 6.00×10
바나나 농축액
(65Brix)		 초산 발효전 초산 발효후
산도(%) pH 산도(%) pH
10% 0.35±0.00 4.50±0.01 4.76±0.06 3.44±0.00
15% 0.37±0.01 4.46±0.01 4.28±0.06 3.54±0.00
20% 0.53±0.01 4.47±0.00 3.50±0.02 3.72±0.00
25% 0.63±0.01 4.32±0.01 2.49±0.01 3.86±0.01
[실시예 6] 우엉 발효식초 음료의 관능검사
우엉 발효식초를 이용한 음료의 제조는 예비실험을 통해 아래 [표 11]과 같은 배합비로 조제하여 30명의 일반인을 대상으로 관능검사요원으로 활용하였으며, 평가항목으로는 색, 향, 단맛, 신맛, 맛 및 전반적인 기호도에 대하여 조사하였다. 각 음료 시료는 9점 채점법에 따라 1 ~ 9의 범위를 매우 약함(1점)부터 매우 강함(9점)으로 설정하여 평가하였으며, 점수는 순차 감소 평가법으로 하여 평균값을 소수 둘째자리에서 반올림한 값으로 표시하였다. 관능검사시 모든 시료는 상온에서 준비하여 각 시험시료 10㎖를 입안에 넣고 구강내부를 자극하고 뱉어내도록 하여 평가하고 다음 시료를 평가하기 전에 물로 헹구어 내고 5분 후 다음 시료를 평가하였으며, 그 결과에 대한 평균치를 아래 [표 12]에 나타내었다.
배합비(중량%) 시험예 1 시험예 2 시험예 3 시험예 4 시험예5
우엉 발효식초 10 12 14 16 18
바나나 농축액(65°) 10 9 8 7 6
프럭토올리고당 1 2 3 4 5
구연산 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5
비타민 C 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1
식이섬유 1 1 1 1 1
정제수 77.4 75.4 73.4 71.4 69.4
Total 100 100 100 100 100
구분 시험예 1 시험예 2 시험예 3 시험예 4 시험예 5
색 5.5 6.7 7.3 7.5 7.0
향 5.6 5.8 6.9 7.0 6.5
단맛 5.8 6.0 6.3 6.8 7.1
신맛 5.8 6.4 6.0 6.4 6.8
맛 6.3 6.4 7.8 7.9 7.8
전반적인 기호도 6.1 7.1 7.9 8.0 7.4
이상과 같이, 본 발명에 따라 제조된 우엉 발효식초를 이용한 음료는 색과 향에서는 시험예 4와 같이 우엉 발효식초 16%와 바나나 농축액 7%를 혼합하였을 때 7.5로 가장 높게 나타났고 단맛 또한 높았으며, 단맛과 신맛은 시험예 5와 같이 우엉 발효식초 18%와 바나나 농축액 6%를 혼합하였을 때 가장 높게 나타났고 맛에서는 우엉 발효식초 16%와 바나나 농축액 7%를 혼합한 시험예 4가 가장 높았고 시험예 3과 5도 유사한 값을 보였다. 전반적인 기호도에서는 우엉 발효식초 16%와 바나나 농축액 7%를 혼합한 시험예 4가 가장 높게 나타났으나, 대체적으로 시험액 3 내지 5가 향, 맛, 기호도면에서 좋은 것으로 볼 수 있었다. 따라서 우엉 발효식초 음료는 시험예 4의 조성으로 조성하는 것이 가장 바람직한 것으로 조사되었다.
[실시예 7] 우엉 발효식초 음료의 이화학적 특성 검사
상기 시험예 4의 배합비에 따라 제조된 우엉 발효식초 음료의 이화학적 특성을 조사한 결과는 이래 [표 13]과 같다.
이화학적 특성 우엉 발효식초 음료
pH 3.89
산도(%) 3.05
당도(°브릭스) 12.5
갈변도 1.054
훈트의
기계적 색도		 L (명도) 50.66
a (적색도) 29.62
b (황색도) 79.72
따라서 상기와 같이 제조된 우엉 발효식초 및 이를 활용한 음료는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당업자에 의해 여러 가지로 치환, 변형 및 변경이 가능한 것으로, 폭넓은 연령대의 소비자에게 기호도가 높고 위생적인 기능성 식품으로서 다양한 형태로 제조될 수 있다.

Claims (7)

  1. 생우엉을 세절하여 50℃에서 22시간 동안 건조시킨 후 220℃의 볶음기에서 3분 동안 볶아서 전처리하는 제1단계;
    상기 전처리된 우엉에 20배 부피의 물을 첨가하고 90℃에서 3시간 동안 가열하여 농도가 3 ~ 5브릭스(Brix)인 우엉 추출액을 얻는 제2단계;
    상기 우엉 추출액에 바나나 과즙 또는 바나나 파쇄 착즙액 중에서 선택되는 어느 하나 이상으로 구성되는 농도가 60 ~ 70브릭스(Brix)인 바나나 농축액을 10부피%로 혼합하고 90℃에서 30분 동안 가열하여 살균처리하는 제3단계;
    상기 살균처리된 우엉 추출액과 바나나 농축액의 혼합물에 전배양한 효모 사카로마이세스 세레비지에(Saccharomyces cerevisiae)를 상기 혼합물의 0.1 ~ 10부피%로 접종하는 제4단계;
    상기 효모를 접종한 혼합물을 발효온도 20 ~ 45℃에서 6 ~ 150시간 동안 알코올 발효하여 알코올 함량 4 ~ 11%의 발효액을 얻는 제5단계;
    상기 발효액에 분리 동정된 초산균 아세토박터 트로피칼리스(Acetobacter tropicalis DUIS-1701-KCTC 13181BP)를 초산균 배양배지에 접종하여 30℃에서 200rpm으로 120시간 동안 진탕 배양한 전배양액을 1 ~ 30부피%로 접종하는 제6단계;
    상기 초산균이 접종된 배양액을 20 ~ 40℃에서 5 ~ 20일 동안 200rpm으로 진탕 배양하여 초산 발효하는 제7단계;
    로 이루어지는 것을 특징으로 하는 우엉 발효식초의 제조방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제7단계에서 얻어진 우엉 발효식초는 60 ~ 100℃의 온도로 10 ~ 60분간 가열하여 살균처리한 후 필터여과기를 통과시켜 여과하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 우엉 발효식초의 제조방법.
  5. 제1항 및 제4항 중 어느 한 항의 제조방법으로 얻어지는 우엉 발효식초를 함유하는 우엉 발효식초 음료 총중량을 기준으로, 우엉 발효식초 14 ~ 18%, 바나나 농축액 6 ~ 8%, 프럭토올리고당 3 ~ 5%, 구연산 0.5%, 비타민 C 0.1%, 식이섬유 1% 및 정제수 잔량을 배합하여 혼화하는 단계를 포함하여 제조되는 것을 특징으로 하는 우엉 발효식초 음료.
  6. 삭제
  7. 제5항에 있어서,
    상기 우엉 발효식초 음료는 60 ~ 120℃의 온도에서 10 ~ 60분간 가열하여 살균처리하는 단계를 포함하여 제조되는 것을 특징으로 하는 우엉 발효식초 음료.
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