KR102062144B1 - 마를 포함하는 알코올 발효 촉진용 배지 조성물 및 이를 이용한 마 발효주 - Google Patents

Abstract

본 발명은 마(Yam)를 포함하는 알코올 발효 촉진용 배지 조성물, 상기 배지 조성물을 알코올 발효에 사용하는 알코올 발효 촉진 방법, 상기 배지 조성물에 효모를 접종한 후 알코올 발효시켜 제조되는 마 발효주 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명의 효모의 알코올 발효시 효모 생육 촉진 및 발효 촉진 활성을 나타내는 마는 발효 배지에 일정량의 마를 첨가하여 발효시키는 경우 발효 속도의 폭발적인 증가와 함깨 최종 발효 수율을 증대시키며 발효액 내의 당을 효율적으로 알코올로 발효시키는 효과가 강력하며, 이러한 마 첨가 발효법은 알코올의 효율적 발효로 인한 경제성 증대 및 발효 폐액 처리의 환경적 부담 감소를 기대할 수 있다. 또한, 일반적으로 사용되는 효모 추출물보다 더욱 강력한 생육촉진 및 발효촉진 효과가 있음에도 불구하고, 효모 추출물보다 매우 낮은 가격을 나타내며, 특히 마 지하부 껍질의 경우 별도 용도 없이 전량 폐기되고 있음을 고려할 때, 본 발명의 마 첨가 발효법은 발효공정 및 제품제조상에 부가적인 부담을 발생시키지 않는다. 또한, 마 첨가에 의해 발효된 마 발효주는 목넘김과 관능성이 우수하며, 특유의 알싸한 맛으로 기호성이 증대되어 발효 산업상 매우 유용한 발명인 것이다.

Description

마를 포함하는 알코올 발효 촉진용 배지 조성물 및 이를 이용한 마 발효주{MEDIUM COMPOSITION FOR ENHANCING ALCOHOL FERMENTATION COMPRISING YAM AND YAM FERMENTED ALCOHOLIC BEVERAGE USING THE SAME}

본 발명은 마(Yam)를 포함하는 알코올 발효 촉진용 배지 조성물, 상기 배지 조성물을 알코올 발효에 사용하는 알코올 발효 촉진 방법, 상기 배지 조성물에 효모를 접종한 후 알코올 발효시켜 제조되는 마 발효주 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

효모는 최종 전자수용체가 산소가 아닌 유기물을 이용하면서, 산소가 존재하지 않는 조건에서 당류를 발효시켜 최종적으로 알코올을 생산할 수 있는 진핵 미생물이다. 인류에게 효모는 주류 발효 미생물 또는 제빵 발효 미생물로서 잘 알려져 있으며, 고단백, 고지방의 식품원으로 이용되기도 하며, 아미노산, 비타민, 미네랄 공급원으로 이용되고 있다. 통상 알코올 발효 과정 중에 효모는 고농도의 당에 의한 삼투압 스트레스와 스스로가 만들어 놓은 알코올에 의한 알코올 스트레스를 동시에 받게 된다. 따라서, 영양조건이 양호한 경우에도 13% 이상의 고농도 알코올 발효는 용이하지 않다.

한편, 주류 발효 효모의 경우 고분자 다당류 분해 활성이 거의 없어, 효모 발효를 위해서는 고가의 당류를 제공하거나 전분을 효소처리하여 당류를 공급하여야 한다. 또한, 다양한 비타민, 미네랄을 공급하여 효모 내의 효소 시스템(해당경로 효소 및 Alcohol dehydrogenase, acetladehyde dehydrogenase)을 활성화시켜야 하며, 일반적으로 고가의 효모 추출물(Yeast extract), 맥아 추출물(Malt extract), 비프 추출물(Beef extract), 옥수수 전분 폐액(corn steep liquor) 등을 첨가하여 다양한 비타민, 미네랄 등의 생육인자, 발효촉진인자들을 공급하게 된다.

효모 중 인간에게 무해하다고 알려진 사카로마이세스 세레비시아(Saccharomyces cerevisiae)와 한국 전통식품에 일반적으로 발견되는 이사첸키아 오리엔탈리스(Issatchenkia orientalis)는 GRAS(Generally Recognized As Safe) 미생물로 알려져 있으며, 다양한 주류 및 발효 식품 제조에 사용되고 있다. 이러한 효모들의 발효속도가 낮은 경우, 발효조 유지 및 운전비용이 증가되어 경제성이 낮게 되며, 세균 오염 가능성이 증가되며, 또한 최종 발효 수율이 낮은 경우 고가의 당의 낭비는 물론 잔당이 남아 있는 발효폐액 처리에 많은 환경적 부담을 안게 된다. 따라서, 효모 발효시 발효 속도 증가와 최종 발효 수율의 증대는 발효산업에서 매우 중요하게 고려되고 있다.

한편, 마(산약: Dioscorea batatas)는 백합목 마과의 덩굴성 여러해살이풀로 높이는 1m 정도이며, 그 지상부는 덩굴이며, 지하부 뿌리는 약용 및 식용으로 사용된다. 전 세계적으로 마는 장마, 단마, 환마, 마, 산마, 부채마, 단풍마 등 600 여종이 알려져 있으며, 그 중 10 여종이 식용 및 약용으로 사용되어 왔다. 마는 그 원산지는 중국이며, 한국, 중국, 타이완, 일본 등지의 산지에서 자생하기도 하며, 국내에서는 식약청이 식품원료로 지정한 한약제로, 특히 마의 뿌리를 건조시켜 말린 것을 한방에서는 산약 또는 서예라고 부르며, 당뇨, 설사, 대하증 등에 이용된다.

국내에서 식용하는 마는 디오스코레아 바타타스(Dioscorea batatas)로 분류되는 재배종이며, 일반적으로 줄기는 가늘고 길며 성기게 가지가 갈라지며, 잎은 마주나거나 돌려나는데 삼각형으로서 잎 밑은 심장형이며 끝이 날카롭다. 잎자루는 길고 잎겨드랑이에 둥근 싹이 있으며, 꽃은 6∼7월에 백색으로 피며, 암수딴꽃으로서 수상 꽃차례이다. 수꽃 꽃차례는 곧추서고 백색꽃이 많이 달리며 암꽃 꽃차례는 밑으로 처지고 몇 개의 암꽃이 달린다. 열매는 삭과로 3개의 날개가 있고 둥근 날개가 달린 종자가 들어 있다. 수확은 10월 말에서 11월에 하게 된다.

마의 성분으로는 수분함량 74~76%, 전분 15~20%, 단백질 1~1.5%, 총지질 ~1%, 회분 ~1.25%, 총질소함량 ~0.4%, 수분함량 ~74%이며, 점질다당류(acetylated glucomannan), 비타민, 미네랄, 기타 다양한 생리활성물질 등을 포함하고 있으며, 보고된 약용성분으로는 Amylose, Cholin, Saponin, Mucin, Araginine, Yonogenin, Kryptogenin, Diosgenin 등이 있다. 최근에는 마의 성분과 기능성 등에 대한 연구로 콜레스테롤 저하, 항산화작용, 당뇨병, 대장암 예방 등의 생리효능이 있는 것으로 밝혀지고, 또한 알칼리성 식품으로 여러 가지 소화효소가 함유되어 있어서 생으로 먹어도 소화가 잘 되어 건강기능식으로 소비가 지속적으로 증가되고 있는 추세이다. 한편, 마의 주정 추출물은 2011년 11월 1일 건강기능식품의 개별인정원료로 등록(2011-38호, 동아제약㈜)되어 혈당조절에 도움이 될 수 있음이 알려져 있으며, 또한 의약산업에서는 먹는 피임약과 성호르몬 생산에 이용되며, 관절염 치료제의 원료로도 사용되고 있다.

마의 경우, 대부분이 생식(주로 마즙)으로 소비되고 있으며, 국내에서는 11월 이후 수확한 거피하지 않은 생마 상태로 대부분 유통되며, 일부는 수세, 선별, 거피, 건조, 분쇄 과정을 거쳐 분말 상태의 제품으로 판매된다. 이때 거피가공시의 제거되는 마 지하부의 껍질은 전체 중량의 25~30%에 달해 이의 효율적인 이용이 필요한 상태이다.

현재까지 마를 이용한 발효의 경우, 마 자체를 발효원료로 하여 유산균을 접종시켜 만든 발효액(고록, 2014. 서울대학교 석사논문; 송봉준, 2011. 원광대학교 박사논문; 임성원 외, 2011. 약학회지 55: 404-410; 현미선 외 2011, J. Appl. Biol. Chem. 54: 51-55)이 가장 일반적이며, 최근에는 Monascus sp. 또는 Aspergillus sp.의 곰팡이를 마에 접종하여 제조하는 고체 발효마가 보고되어 있다(전춘표 외, 2012, Korean Journal of Microbiology. 48: 29-36; 전춘표, 2014. Korean Journal of Microbiology 50: 46-52; 이준걸 2014. Korean Journal of Microbiology 50: 53-59). 또한 마를 장수상황버섯으로 고체 발효시켜 기능성과 관능성을 강화하려는 연구도 보고되어 있다(손호용 외, 2010, Journal of Life Science 20: 1268~1275). 이러한 마 발효산물은 대식세포 활성화 효능, 항비만 효능, GABA 생성 증대, 항산화 활성 증대 효과 및 배변 촉진활성이 있음이 확인되어 있다. 그러나, 현재까지 마 마쇄액, 마 분말, 마 거피껍질 분말 등의 마 첨가가 효모의 알코올 발효시 발효 촉진을 나타낸다는 보고는 없다.

한편, 발효 마와 관련된 특허로는, 대한민국 등록특허 제10-1534387호에 "발효 산약 분말을 첨가한 항산화, 항고혈압 활성을 나타내는 GABA 고 함유 기능성 요구르트 및 이의 제조방법", 등록특허 제10-1405827호에 "아토피 예방을 위한 발효추출물 및 이를 이용한 화장료 조성물", 등록특허 제10-1377405호에 "장 기능 및 변비 개선 효과를 나타내는 유산균을 이용한 산약 발효물의 제조방법", 등록특허 제10-1284187호에 "유산균 발효를 이용한 항염 효과가 증대된 산약 발효물의 제조방법"이 알려져 있고, 등록특허 제10-1280852호에 "마(산약) 발효물 및 이의 제조 방법", 등록특허 제10-1234855호에 "산약을 이용한 식품 조성물 및 이의 제조 방법", 등록특허 제10-0716123호에 "마 또는 산약의 유산 발효액을 함유하는 변비 및 비만의 예방 및 개선용 식품 조성물", 등록특허 제10-1145426호에 "혈류 개선용 조성물, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 건강기능식품"이 개시되어 있다.

또한, 누룩, 현미, 마를 혼합하여 발효시켜 제조하는 마 발효주와 관련된 특허로는 등록특허 제10-1317218호에 "한약재를 이용한 발효주의 제조방법"이 알려져 있고, 등록특허 제10-0990669호에 "산약 발효주 및 그의 제조방법", 등록특허 제10-0586801호에 "산마를 이용한 탁주의 제조방법", 등록특허 제10-0254594호에 "산약(마)를 이용한 약주의 제조방법"이 개시되어 있다. 상기의 모든 발효주의 경우 마를 포함하는 한약재를 열수 추출하여 추출물을 조제하고 이를 누룩과 전처리된 찹쌀에 첨가하여 발효하는 것을 특징으로 하고 있으며, 마를 발효 주재료로 이용하고 있다. 그러나, 현재까지 마 마쇄액, 마 분말, 마 거피껍질 분말 등의 마를 발효촉진제로 이용하는 발효법 또는 마 발효주에 대한 특허는 알려진 바 없다.

KR 10-0586801 B KR 10-0990669 B

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 효모의 알코올 발효시 발효 속도를 획기적으로 증대시키며, 발효 수율을 증대시켜 배지 내의 당을 효율적으로 모두 사용할 수 있게 하며, 최종 발효 알코올 농도를 증대시키는 마 첨가 알코올 발효 배지 조성물, 이를 이용한 알코올 발효 방법 및 이에 의해 제조된 마 첨가 발효주와 그 제조 방법을 제공하고자 하는 것이다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 마를 포함하는 알코올 발효 촉진용 배지 조성물을 제공한다.

상기 마는 마 마쇄액, 마 분말, 마껍질 분말, 마 열수 추출물의 건조 분말 및 마껍질 열수 추출물의 건조 분말로 이루어지는 군으로부터 선택되는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명은 상기 기재된 알코올 발효 촉진용 배지 조성물을 알코올 발효 배지로서 사용하는 알코올 발효 촉진 방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 기재된 배지 조성물에 효모를 접종하여 발효시키는 마 발효주의 제조 방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 기재된 마 발효주의 제조 방법에 의하여 제조되는 마 발효주를 제공한다.

본 발명의 효모의 알코올 발효시 효모 생육 촉진 및 발효 촉진 활성을 나타내는 마는 발효 배지에 일정량의 마를 첨가하여 발효시키는 경우 발효 속도의 폭발적인 증가와 함께 최종 발효 수율을 증대시키며 발효액 내의 당을 효율적으로 알코올로 발효시키는 효과가 강력하며, 이러한 마 첨가 발효법은 알코올의 효율적 발효로 인한 경제성 증대 및 발효 폐액 처리의 환경적 부담 감소를 기대할 수 있다. 또한, 일반적으로 사용되는 효모 추출물보다 더욱 강력한 생육촉진 및 발효촉진 효과가 있음에도 불구하고, 효모 추출물보다 매우 낮은 가격을 나타내며, 특히 마 지하부 껍질의 경우 별도 용도 없이 전량 폐기되고 있음을 고려할 때, 본 발명의 마 첨가 발효법은 발효공정 및 제품제조상에 부가적인 부담을 발생시키지 않는다. 또한, 마 첨가에 의해 발효된 마 발효주는 목넘김과 관능성이 우수하며, 특유의 알싸한 맛으로 기호성이 증대되어 발효 산업상 매우 유용한 발명인 것이다.

도 1a 내지 도 1h는 다양한 효모의 알콜 발효속도에 미치는 마 분말 첨가 효과도이다. ●: 20% 포도당 + 0.1% 효모추출물 기본배지에서의 발효, ○: 1% 마분말 + 20% 포도당 + 0.1% 효모추출물 배지에서의 발효.
도 2는 다양한 농도의 포도당 배지에 마 분말(1%)을 첨가하여 발효한 S. cerevisiae IFO-0233의 발효 사진도이다.
도 3은 15% 포도당 배지에서 S. cerevisiae IFO-0233의 발효시 마 분말(1%) 첨가에 의한 발효속도 및 최종 발효율의 증가를 나타낸 도이다. ●: 15% 포도당 + 0.2% 효모추출물 기본배지에서의 발효, ○: 1% 마분말 + 15% 포도당 + 0.2% 효모추출물 배지에서의 발효.
도 4는 20% 포도당 배지에서 S. cerevisiae IFO-0233의 발효시 마 분말(1%) 첨가에 의한 발효속도 및 최종 발효율의 증가를 나타낸 도이다. ●: 20% 포도당 + 0.2% 효모추출물 기본배지에서의 발효, ○: 1% 마분말 + 20% 포도당 + 0.2% 효모추출물 배지에서의 발효.
도 5는 25% 포도당 배지에서 S. cerevisiae IFO-0233의 발효시 마 분말(1%) 첨가에 의한 발효속도 및 최종 발효율의 증가를 나타낸 도이다. ●: 25% 포도당 + 0.2% 효모추출물 기본배지에서의 발효, ○: 1% 마분말 + 25% 포도당 + 0.2% 효모추출물 배지에서의 발효.
도 6은 30% 포도당 배지에서 S. cerevisiae IFO-0233의 발효시 마 분말(1%) 첨가에 의한 발효속도 및 최종 발효율의 증가를 나타낸 도이다. ●: 30% 포도당 + 0.2% 효모추출물 기본배지에서의 발효, ○: 1% 마분말 + 30% 포도당 + 0.2% 효모추출물 배지에서의 발효.
도 7은 35% 포도당 배지에서 S. cerevisiae IFO-0233의 발효시 마 분말(1%) 첨가에 의한 발효속도 및 최종 발효율의 증가를 나타낸 도이다. ●: 30% 포도당 + 0.2% 효모추출물 기본배지에서의 발효, ○: 1% 마분말 + 30% 포도당 + 0.2% 효모추출물 배지에서의 발효.
도 8은 15% 포도당 배지에서 S. cerevisiae IFO-0233의 발효시의 마 분말 첨가 농도별 발효속도 및 최종 발효율의 증가를 나타낸 도이다. ●: 15% 포도당 + 0.2% 효모추출물 + 무첨가, ○: 15% 포도당 + 0.2% 효모추출물 + 0.5% 마분말, ▼: 15% 포도당 + 0.2% 효모추출물 + 1.0% 마분말, ▽: 15% 포도당 + 0.2% 효모추출물 + 1.5% 마분말, ■: 15% 포도당 + 0.2% 효모추출물 + 2.0% 마분말.
도 9는 15% 포도당 배지에서 S. cerevisiae IFO-0233의 발효시의 마 분말 첨가 농도별 발효액의 사진도이다.

이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.

본 발명의 발명자들은 마에 포함된 디오스게닌(diosgenin) 등의 유용 스테로이드성 사포닌을 포함하는 마 발효주를 개발하는 과정에서, 마가 가진 아미노산, 비타민, 미네랄을 이용한 알코올 발효 촉진제를 개발하고자 생마 마쇄액, 마 분말, 마 지하부 껍질 및 이의 분말 또는 마 열수 추출액 분말 등을 일정량 발효 배지에 첨가하여 효모 생육 촉진 및 발효 촉진 활성을 평가한 결과, 일정량의 마 첨가가 알코올 발효에 있어 획기적인 발효 촉진 및 발효 수율 증대 효과를 나타냄을 확인하였다. 이러한 효과는 특정 효모 균주에 국한되지 않고 다양한 효모 균주에 동일하게 나타났다. 마의 효모 생육 촉진 및 발효 촉진 활성은 기질로 사용되는 포도당 농도가 15~20%일때 가장 효율적이며, 마의 첨가농도는 생마 마쇄액 5~10%, 마 분말 0.5~1.5%, 마 지하부 껍질 분말 5~10% 또는 마 또는 마 지하부 껍질의 열수 추출물의 건조분말 0.1~0.2%가 가장 바람직함을 확인하였다.

한편, 마 이외의 다른 천연물의 분말을 첨가하여, 알코올 발효시 효모 생육 촉진 및 발효 촉진 활성이 나타나는지를 평가하였으며, 그 결과 마 분말에서 무첨가구에 비해 1.34배 이상의 월등한 알코올 수율 증대 효과를 나타낸 반면, 천궁 분말, 자색고구마 분말, 당귀 분말, 고추 분말에서는 1.1~1.2배의 알코올 수율 증대를 나타내었으며, 마가목 분말, 산수유 분말은 거의 효과가 나타나지 않았으며, 오미자 분말은 오히려 효모 생육 억제와 발효율 감소를 나타내었다.

따라서, 본 발명은 마를 포함하는 알코올 발효 촉진용 배지 조성물을 제공한다.

상기 마는 산약으로도 명명되며, 학명은 디오스코레아 바타타스(Dioscorea batatas)이다. 아래 표 1의 영양 성분 분석 및 표 2의 아미노산 성분 분석에 나타난 바와 같이, 마는 다양한 영양성분 및 아미노산 조성을 갖고 있는 것으로 알려져 있다.

[표 1] 마의 영양 성분 분석

[표 2] 마의 아미노산 함량 분석

본 발명에서 사용되는 마는 장마, 단마, 환마, 마, 산마, 부채마, 단풍마 또는 참마일 수 있으나, 여기에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 마는, 예를 들어, 생마 마쇄액, 마 분말, 마껍질 분말, 마 열수 추출물의 건조 분말 또는 마껍질 열수 추출물의 건조 분말의 형태로 제공될 수 있다. 바람직한 구체예로서, 본 발명의 마는, 배지 성분 중 생마 마쇄액으로서 5~10중량%, 마 분말로서 0.5~1.5중량%, 마 지하부 껍질 분말으로서 5~10중량% 또는 마 열수 추출물의 건조 분말 또는 마껍질 열수 추출물의 건조 분말으로서 0.1~0.2%로 첨가될 수 있다.

본 발명의 배지 조성물에는 상기 마 성분 이외에도 탄소원, 질소원, 각종 미네랄, 비타민 및 미량원소가 포함될 수 있다. 바람직한 구체예로서, 탄소원으로서 포도당이 사용될 수 있고, 질소원, 미네랄, 비타민 및 미량원소로서 효모 추출물을 사용할 수 있다. 포도당은 배지 중 15~20중량%일 수 있고, 효모 추출물은 배지 중 0.1~0.2중량%일 수 있다. 본 발명의 배지 조성물에는 상기 마 성분, 탄소원, 질소원, 각종 미네랄, 비타민 및 미량원소 이외에도 소포제가 더 포함될 수 있다. 바람직한 구체예로서 상기 소포제는 배지 중 0.01~0.05중량%일 수 있다.

본 발명의 발명자들은 상기 설명된 알코올 발효 촉진용 배지 조성물을 이용하는 경우 효모 생육 촉진, 알코올 발효 수율 향상 등의 알코올 발효 촉진 효과를 확인하였다.

따라서, 본 발명은 상기 기재된 알코올 발효 촉진용 배지 조성물을 알코올 발효 배지로서 사용하는 알코올 발효 촉진 방법을 제공한다.

본 발명의 알코올 발효 촉진 방법은, 상기 설명된 본 발명의 마를 포함하는 알코올 발효 촉진용 배지 조성물을 사용하는 것을 제외하고는, 통상의 알코올 발효 방법을 그대로 사용할 수 있다. 바람직한 구체예로서, 본 발명의 알코올 발효 촉진용 배지 조성물을 121℃에서 10분 동안 고압멸균한 후 방냉하고, 여기에 발효 균주로서 상업적으로 이용 가능한 효모를 전배양하여 일정량 접종하고, 30℃에서 100~350시간 동안 발효할 수 있다. 상기 전배양은 YPD 액체배지(효모 추출물 0.5중량%, 폴리펩톤 0.5중량%, 포도당 1중량%)에서 12시간 동안 수행할 수 있다.

본 발명에서 사용되는 알코올 발효 균주는 상업적으로 이용 가능한 효모일 수 있다. 상기 효모는, 예를 들어, 사카로마이세스 세레비시아(Saccharomyces cerevisiae) 또는 이사첸키아 오리엔탈리스(Issatchenkia orientalis)일 수 있으나, 여기에 한정되는 것은 아니다.

본 발명에서는, 상기 설명된 바와 같이, 알코올 발효 촉진용 배지 조성물의 성분으로서 마를 사용함으로써 알코올 발효를 촉진시키는 효과를 얻을 수 있으며, 여기에 추가하여, 마를 발효 기질로 이용함으로써 관능성이 우수한 마 발효주를 제조할 수 있는 효과도 얻을 수 있다.

따라서, 본 발명은 상기 기재된 배지 조성물에 효모를 접종하여 발효시키는 마 발효주의 제조 방법 및 상기 마 발효주의 제조 방법으로 제조되는 마 발효주를 제공한다.

본 발명의 마 발효주의 제조 방법은 상기 설명된 바와 같은 알코올 발효 방법에 따라 수행될 수 있으며, 상기 발효 방법에 의하여 발효주의 제조 효율이 향상될 뿐만 아니라, 관능성 측면에서 특유의 알싸한 맛을 나타내게 되며 목넘김이 우수한 특징을 나타낸다.

이하에서는 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 하기 실시예는 본 발명의 바람직한 일 구체예일 뿐이며, 본 발명의 권리범위가 하기 실시예의 범위로 한정되는 것은 아니다.

[실시예]

실시예 1: 효모 알코올 발효속도 및 발효수율에 미치는 마의 효과 분석

마(Yam)가 효모 알코올 발효에 미치는 영향을 확인하기 위해, 발효용 기본배지(20% 포도당, 0.1% 효모추출물, 0.01% 소포제)에 시판 마 분말(북후농협 가공공장, 안동, 한국)을 1%, 생마 마쇄액 5% 및 10%, 마 지하부 껍질 분말 5% 및 10%를 각각 첨가하고, 121℃에서 10분간 고압멸균한 후 방냉하고, 상업용 알코올 발효 효모 S. cerevisiae IFO-0233를 2% 접종하여 발효를 시작하였다. 이때, 생마 마쇄액은 수세한 생마의 물기를 제거한 후 가정용 마쇄기로 마쇄한 후 별도 전처리 없이 사용하였으며, 지하부 껍질 분말은 지하부의 껍질을 칼로 벗긴 후 105℃에서 항량건조한 후 이를 50~80메쉬로 마쇄하여 사용하였다. 접종용 S. cerevisiae IFO-0233는 YPD 액체배지(효모 추출물 0.5%, 폴리펩톤 0.5%, 포도당 1%)에서 12시간 전 배양한 신선종균을 사용하였다. 포도당은 규원 함수결정포도당[(주)삼양제넥스, 한국]을, 효모 추출물과 폴리펩톤은 디프코사(Difco Co., USA), 소포제는 다우코닝 LDC-120A 소포제(한국다우코닝(주), 한국)을 사용하였다. 발효는 30℃에서 120시간 진행하였으며, 경시적으로 알코올 농도를 측정하여 발효속도 및 발효율을 계산하였다. 알코올 농도는 발효관이 장착된 발효용기의 무게감소를 측정하여 계산하였으며, 최종적으로는 발효액을 증류하여 알코올 농도를 주정계로 측정하고 온도 보정하여 %(v/w)로 나타내었다. 최종 발효액의 산도는 초산을 표준품으로 하여 정량하였다.

[표 3] S. cerevisiae IFO-0233의 알코올 발효율 및 발효속도에 미치는 생마 마쇄액, 마 분말, 마 지하부의 껍질분말 첨가 효과

표 3에 나타낸 바와 같이, 기본배지에 효모를 접종하여 120시간 발효시킨 결과, 생산 알코올 농도는 7.05%이었으며, 산도는 0.19%를 나타내었다. 이 경우 발효율은 55.3%로 많은 잔당이 남아 있으므로 알코올 발효를 효율적으로 진행하기 위해서서는 발효기간의 연장이 필요하였다. 그러나, 생마 마쇄액, 마 분말, 마 지하부 껍질 분말을 일정량 첨가한 경우 최종 알코올 농도는 10.5~11.7%로 증가되었으며, 이 경우 발효율은 82~91%로 증대되었다. 가장 높은 발효율 증대는 11.7% 알코올 생산을 나타낸 마 분말 1%를 첨가한 경우였으며, 마 분말 1%에 해당하는 생마 분쇄액 10% 및 마 지하부 껍질 분말 10%도 10.8~11.1%의 알코올 생산을 나타내었다. 이러한 결과는 일정량의 마 첨가로 인해 알코올 발효속도와 발효수율을 획기적으로 증대시킬 수 있음을 제시한다.

실시예 2: 다양한 효모에 마 분말 첨가시 알코올 발효속도 및 최종 발효수율의 증가 분석

효모 알코올 발효에 있어 마의 발효속도 및 발효수율 증대효과가 다른 효모에도 나타나는 지를 확인하기 위해, 마 분말 1%를 실시예 1의 기본배지에 첨가한 후, 다양한 효모 배양액 2%를 배양한 후 120시간 발효하였다. 이때 대조구로는 마 분말 1%를 제외한 기본배지를 사용하였으며, 마 분말 1% 자체가 당으로 전환되어 발효에 영향을 미치는지 확인하기 위해 1% 마 분말과 0.1% 효모 추출물을 포함하는 배지에도 각각의 효모를 동일하게 접종하여 발효시켰다.

[표 4] 마 분말 첨가가 다양한 효모의 알코올 발효 및 최종 발효수율의 증가에 미치는 영향

그 결과, 표 4 및 도 1a 내지 도 1h에 나타낸 바와 같이, 1% 마 분말만으로 발효시킨 경우알코올 발효는 전혀 나타나지 않아 첨가된 마 분말이 발효당 공급원으로 사용되지는 않음을 확인하였으며, 기본 발효배지에 1% 마 분말을 첨가하지 않은 경우 S. cerevisiae에서의 알코올 생성은 3.0~6.0%, Issatchenkia orientalis에서의 알코올 생성은 1.0~1.3%를 나타내었다. 반면, 기본배지에 1% 마 분말을 첨가하여 발효시킨 경우 S. cerevisiae 균주에서는 알코올 생성 9.3~11.8%로, Issatchenkia orientalis에서의 알코올 생성은 4.0~7.3%로 증가되어, S. cerevisiae IFO-0233 균주에서뿐만 아니라 상업적으로 알코올 발효에 사용되는 S. cerevisiae IFO S-07, IFO M-07, IFO I-84, KCCM 12233, KCCM 50549 및 Issatchenkia orientalis MS-1 (Issatchenkia orientalis KCTC 12141BP, 대한민국 등록특허 제10-1422248호 이사첸키아 오리엔탈리스 ＭＳ-１및 그 용도)의 경우에도 마 분말 첨가는 알코올 생산 증가와 함께 최종 발효수율을 획기적으로 증대시킴을 확인하였다. 가장 높은 알코올 발효 증가는 S. cerevisiae KCCM 50549 및 S-07에서 나타났으나, 제조된 마 첨가 발효주의 관능성은 S. cerevisiae IFO-0233균주가 우수하여, 향후 평가에는 S. cerevisiae IFO-0233를 사용하였다. Issatchenkia orientalis 균주는 마 첨가 발효효율 증가 효과는 우수하나 최종 알코올 농도가 낮아 향후 평가에는 제외하였다. 상기 결과는 마 첨가에 의한 알코올 발효 증대는 다양한 효모에 공통적으로 나타남을 의미하고 있다.

실시예 3: 마 분말을 첨가한 효모 알코올 발효에 최적 당농도 평가

알코올 발효를 촉진시키는 마 첨가 효과의 최적 조건을 확인하기 위해, 다양한 농도의 포도당(15, 20, 25, 30 및 35%)을 포함하는 발효배지에 마 분말 1%를 첨가한 후, 실시예 1과 동일하게 발효를 진행하였으며, 320시간 발효한 결과는 표 5 및 도 2 내지 도 7에 나타내었다.

[표 5] 마 분말(1%)을 첨가한 S. cerevisiae IFO-0233의 발효시의 최적발효 당 농도 평가

표 5에 나타낸 바와 같이, 마 분말을 무첨가한 경우 배지 내의 포도당 농도가 증가할수록 최종 알코올 생성 농도는 비례적으로 증가하였으며, 35% 포도당 배지에서는 오히려 발효는 억제되었다. 이는 고삼투 조건에서 발효가 원활하지 못한 이유로 판단된다. 반면, 최종 발효율은 당 농도가 증가할수록 감소하였으며, 15% 포도당 배지의 89.3% 발효율에서 35% 포도당 배지에서는 38.1%로 감소하였다. 이는 마 분말 무첨가에서의 발효 최적조건이 포도당 농도 15~20% 임을 의미하고 있다.

한편, 마 분말을 1% 첨가하여 발효시킨 경우 알코올 발효는 1.09(15% 포도당 배지)~1.559배(35% 포도당 배지) 증가되었으며, 최종 발효율도 97.4(15% 포도당 배지)~59.4%(35% 포도당 배지)로 증가되었다(도 3 내지 도 7). 도 2에 나타낸 바와 같이, 마 분말 첨가 후 발효시에는 알코올 발효가 폭발적으로 증가되어 대량의 이산화탄소가 일시에 생성됨을 알 수 있다.

이러한 결과는 마 첨가가 알코올 발효 중의 고당 조건, 고알코올 조건에서도 지속적으로 알코올 발효를 유지하게 하는 효과를 나타냄을 의미하며, 일정량의 마 첨가는 매우 효율적으로, 빠르고 경제적으로 알코올 발효를 진행할 수 있음을 제시하고 있다. 마 분말 첨가시 고가의 당을 가장 효과적으로 알코올로 전환할 수 있는 포도당 농도는 15~20% 임을 확인하였다.

실시예 4: 효모 알코올 발효에서 최적 마 분말 첨가 농도 평가

알코올 발효를 촉진시키는 마 첨가 효과의 최적 조건을 확인하기 위해, 15% 포도당과 0.2% 효모 추출물을 포함하는 발효배지에 다양한 농도의 마 분말(0.5, 1.0, 1,5, 및 2.0%)을 첨가한 후, 실시예 1과 동일하게 발효를 진행하였으며, 72시간 동안 발효한 결과는 표 6 및 도 8에 나타내었다.

[표 6] 15% 포도당 배지에서 S. cerevisiae IFO-0233를 대상으로 한 알코올 발효에서 최적 마 분말 첨가농도 평가

표 6 및 도 8에 나타낸 바와 같이, 마 분말 무첨가에 비해 마 분말 첨가는 효모 발효에 있어서 알코올 생성과 발효율, 발효속도의 증가를 나타내었다. 그러나, 마 분말 1% 첨가 이후 1.5% 및 2% 첨가의 효과는 1% 첨가시와 거의 동일하였다. 따라서, 알코올 발효시 마 분말 첨가는 1%가 최적임을 확인하였다. 또한, 제조된 마 첨가 발효주의 관능성 평가 결과, 맛, 향, 색감 및 전체적 선호도에서 마 분말 1% 첨가의 경우 가장 우수한 관능성을 나타내었다(표 7, 도 9). 이때 관능 평가는 7점 척도법으로 진행하였으며, 안동대학교 식품영양학과 전문연구원 5명에 의해 평가하였다.

[표 7] 15% 포도당 배지에서 S. cerevisiae IFO-0233를 대상으로 한 알코올 발효에서 다양한 마 분말 첨가 발효주의 관능평가

실시예 5: 다양한 천연물 분말 첨가에 의한 S. cerevisiae IFO-0233의 알코올 발효 영향

마 이외의 다른 천연물에서도 유사한 효모 생육촉진, 발효촉진, 최종 발효율 증진 효과가 나타나는지를 확인하기 위하여, 다양한 천연물의 건조분말을 발효용 기본배지(15% 포도당, 0.2% 효모 추출물)에 각각 1% 첨가한 후 72시간 동안 발효를 진행하였다. 이때 천연물 분말은 마, 오미자, 마가목, 산수유, 천궁, 당귀, 고추, 자색고구마 분말을 사용하였다.

[표 8] 다양한 천연물 분말 첨가에 의한 S. cerevisiae IFO-0233의 알코올 발효 영향

그 결과 표 8에 나타낸 바와 같이, 무첨가에 비해 알코올 발효를 증대시키는 천연물이 확인되었으며, 마 > 천궁 > 자색고구마> 당귀, 고추 분말 순으로 나타났다. 반면, 마가목 및 산수유 분말은 거의 발효에 영향을 미치지 않았으며, 오미자 분말은 오히려 발효를 저해하였다. 이러한 결과는 알코올 발효시 다양한 천연물 중 마 첨가가 가장 효율적임을 의미한다.

Claims (5)

1. 미당화(未糖化) 마를 포함하는 이사첸키아 오리엔탈리스(Issatchenkia orientalis) 균주의 알코올 발효 촉진제.
2. 제 1항에 있어서, 상기 미당화 마는 생마 마쇄액, 마 분말 및 마껍질 분말로 이루어지는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 이사첸키아 오리엔탈리스(Issatchenkia orientalis) 균주의 알코올 발효 촉진제.
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