KR950010988B1 - 맥주의 고속숙성방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

맥주의 고속숙성방법

제 1 도는 종래의 기술에 의한 맥주제조공정중에 발효공정의 과정도이다.

제 2 도는 본 발명에 따른 맥주의 고속숙성공정에서 발효하는 과정도이다.

본 발명은 맥주의 고속숙성방법에 관한 것으로, 좀더 구체적으로는 미숙성 맥주를 숙성전에 저온 열처리하여, 이를 같은 온도의 숙성용 고정화 효모 칼럼으로 통과시켜 숙성하는 맥주의 고속숙성방법에 관한 것이다.

일반적으로 맥주의 제조과정은 ①맥아의 제조, ②맥아즙의 제조, ③발효 및 숙성, 그리고 ④제품화의 4단계로 대별된다. 상기 제조과정중 발효는 맥아즙을 맥주(beer)로 전환시키는 과정이다. 맥주발효는 전발효(주발효)와 숙성의 단계로 구성된다. 전발효에서는 완성맥아즙에 맥주효모(brewer's yeast)를 접종하여 발효를 진행시켜 맥주성분인 에탄올, CO₂및 각종 향미물질을 발효부산물로 생성시킨다. 숙성에서는 발효가 끝난 맥주를 처녀맥주(green beer, young beer)라 하며 효모중 일부 침전부분을 분리하고 다음의 저장과정을 거쳐서 숙성시킨다.

상기 제품화 단계는 맥주를 소비자의 기대 수준에 맞추는 과정으로 여과와 안정화, 그리고 포장(pachaging)공정을 포함한다. 숙성과정은 약간의 발효를 수반하는 방법과 수반하지 않는 방법이 있다. 전통적인 저장방법은 발효를 수반하는 경우인데 이것을 후발효(secondary, post fermentation)라 하여 주발효(primary fermentation)와 구별하기도 한다. 처녀맥주를 일부 잔존하는 효모와 함께 저온(0~2℃)에서 장기간 저장하면 발효가 서서히 진핸되면서 Co₂가 포화되고 향미가 증진된다. 저장이 더 계속되면 효모와 단백질이 침전되고 보다 안정된 상태의 맥주가 된다.

숙성이 끝난 맥주는 여과를 하면 부유밀이 제거되어 맑고 투명한 맥주로 완성된다. 이것을 바로 포장한 것이 생맥주(draft beer)이고 살균과정(pasteurization)을 더 거쳐서 제품화한 것이 흔히 보는 병맥주(bottled beer)이다.

전통적인 맥주 발효공정에 이용되고 있는 회분식 공정은 그 생산성이 낮다. 보통 1배치(Batch) 당 약 1~2개월이 소요되는데, 대개 주발효에 1주, 숙성(후발효)에 2~6주가 필요하다. 이와같이 생산성이 낙후된 공정으로 맥주를 생산하는 데에는 많은 시설비와 운전비용이 소모된다. 따라서, 현재 세계각국의 맥주회사의 연구진들을 발효시간을 단축시키기 위한 연구를 광범위하게 수행하고 있다.

상기 단점을 극복하기 위하여 현재 부분적으로 공정조건을 바꾸는 경우가 있다. 주발효온도 및/또는 숙성온도를 높이거나, 효모접종농도(pitching rate, %V[효모슬러리]/V[맥주])를 높임으로써 주발효시간을 단축하기도 하였다. 그리고 맥즙 담금농도를 상대적으로 25~30% 증가시키고 (high gravity fermentation), 여과공정에서 농도비에 상응하는 양의 탄산수를 희석하는 공정기술이 도입되었다. 이 결과단위시설 단위 배치당 맥주생산량을 상기 히석비 만큼 증가시킬 수 있다. 전체적으로 볼때, 상기 희석비와 총발효시간 단축만큼 생산성을 향상시킬 수 있었다. 그 결과로써 맥주발효기간이 1개월 정도로 단축되었으나, 생산성 개선의 여지가 많은 상태이었다.

한편, 발효의 생산성 향상을 위한 연구로서 고정화 효모를 이용한 맥주생산기술은 1970년대 이후에 연구되었다. 1980년 이후, 세계 각 맥주사들이 본격적인 연구를 진행하였다. 핀란드의 코프(Koff)사, 일본의 기린(Kirin)사, 덴마크의 칼스버그(Carlsberg)사, 벨기에의 아르토이스(Artois)사 등이 많은 연구 결과를 발표하였다.

벨기에의 아르토이스사에서는 알긴산 고정화효모 칼럼에서 8시간에 약 80%정도 발효하는 기술을 [D.S. Ryder, and C.A. Masschelein, ASBC Journal, 66-75(1985)]에 발표하였다. 그러나 맥주의 아미노산(free aminoacids, FAN) 함량이 증가하는 문제점이 있었다.

덴마아크의 칼스버그사는 알파-아세토락테이트 디카르복실라제(α-Acetolactate decarboxylase)를 발효중 첨가하는 기술을 중점적으로 연구하여 [S.E. Godtfradsen, and M. Ottessen, Carlsberg, Res, Commun., 47, 93-102(1982)]에 발표하였다. 그리고, 시험공장(pilot palnt)에서 상기 효소를 넣고 6일간 발효한 후, -1℃에서 2일간 숙성하는 공정을 운전하여, 그 결과를 [S. E. Godtfredsen, M. Ottassen, P. Sigegeard, K. Erdal, T. Mathiasen and B. Ahrenst-Laraen EBC Congress, 1983, 161-198(1983)]에서 보고하였다. 그러나, 상기 기술은 별도의 효소를 추가로 가해야 하므로 비경제적이고, 발효 초기부터 알파-아세토락테이트디카복실라제를 사용하므로 맥주제품중의 고가알코올과 같은 향성분이나 아미노산 등의 맞성분의 농도가 변하므로 품질유지가 곤란하였다.

일본의 기린사는 24시간 내에 생산이 가능한 맥주의 제조공정을 연구, 보고하였다. 상기 공정에 의하면, 주발효는 맥즙(13˚P)에 효모 슬러리를 가한 후 전발효(주발효)를 수행하였다. 발효공정은 온도 13℃, 공기조건(aeration) 0.02vvm에서 10시간 동안 회분식으로 운전하였다.

이렇게 얻어진 발효맥즙을 탄산화공정(Carbonation Process)을 거친 다음, 고정화 효모칼럼(packedbed reactor system)에서 10시간 동안 숙성(연속식)하였다[K. Nakanishi, H. Murayama, H, Sato, A. Nagara, t. Yasui, and S. Mitsui, Hakkokogaku(醱酵工學會誌), 67(6), 509-514(1989)]. 그리고 효모 세포 내에서의 아세토락테이트 디카르복실라제에 관련된 유전자 클로닝(gene cloning)[M. -L. Suihko, M. Penttila, H Sone, S.Home, K. Biomqvist, J. Tanaka, T. Inoue, and J. Knowles, EBC Congress 1989, 483-490(1989)]과 맥주숙성 열처리 기술은 1991. 1. 15. 자에 공개된 대한민국 공개특허 제91-700052호, 1990. 11.29.자에 공개된 국제공개특허 제90-14413호(WO/90/14413), 및 1990. 5. 15.자에 출원한 국제특허 제JP90-00610호 등에 공개하였다.

상기 방법으로 제조된 맥주는 기린사의 연구진에 의해 보고된 자료에 의하면 종래의 맥주와 별차이는 없지만, 맥주의 향미가 떨어지는 문제점이 있었다[Kirin Brewary, Nippon Chemtec Consultion Inc., (X-76-2), "Beer Production by jsing Immobilized Yeast(II)"].

핀란드의 코프사에서는 주발효 후의 처녀 맥주(young berr)에서 효모를 제거한 후 열처리(60℃, 20분)한후 2~3시간 동안 고정화 효모칼럼을 통과시켜 숙성하는 기술을 개발했다(E. Pajunen, V. Makinen, and R. Gisler, DBC Congress 1987, 441-448(1987)], 미합중국 특허출원 제249,898호(1988. 9.27.), 유럽특허출원 제0,361,165,A1호(1989. 7.9.)및 대한민국 특허출원 제89-13214호(1989. 9. 12.).

상기 기술로 코프사에서는 시험공장에서 맥주를 생산중이며 앞으로 기술과 병행하여 공장에 도입할 것이다. 그러나 맥주 숙성 전처리에서 60℃로 처리하기 때문에 쓴맛이 강해지고 탄내가 나는 단점이 있었고, 별도의 연료비가 소모되었다.

따라서, 본 발명은 종래의 회분식 발효의 생산성이 낮은 단점을 극복하고, 특히 고속 숙성에 문제시되는 디아세틸(diactyl)을 제거할 수 있는 맥주의 고속숙성공정을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 맥주발효중 숙성공정에서 미숙성맥주에서 효모를 제거한 후, 저온열처리한 다음, 고정화 효모로 숙성하는 것으로 구성된다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구성을 좀 더 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.

제 2 도에 도시한 바와 같이, 본 발명의 기본 공정은 크게 효모분리 공정, 저온 열처리 공정 및 맥주숙성 공정으로 구성되어 있다. 상기 효모분리 공정에서 미숙성 맥주의 효모는 열처리시에 파괴되어 맥주의 향과 맛을 변하게 할 수 있으므로 이를 방지하기 위하여 열처리 전에 모두 제거해야 한다. 상기 효모는 원심분리(3,000 g(force), 20분이상) 또는 막분리(막 기공크기 1미크론 이하)등을 이용하여 제거한다. 이때 상기 공정의 미숙성 맥주상징액에는 잔류효모의 분해에 의한 품질변화를 막기 위하여 잔류 효모농도가 10⁴cell/ml 이하이어야 한다.

본 발명에 있어서, 저온열처리는 맥주의 풍미 변화우려없이 디아세틸의 전구체인 아세토락틱산(α-acetolactic acid, α-AL)를 디아세틸(DA)로 전환(conversion)시키는데 있다. 특히 이 반응은 열화학적 반응으로 온도 하강에 따라 반응속도가 크게 느려지는 특징이 있다. 그럼에도 불구하고 종래의 발효공정에서 저온 -5 내지 10℃에서 숙성함으로써 반응이 지연되어 숙성이 지연되었다. 따라서, 중간열처리 방법을 도입하여 반응을 촉진함으로써 숙성공정의 처리시간을 단축하는 것이다. 숙성 이전의 전온열처리기 온도는 5~35℃, 바람직하게는 15~20℃로 운전하는데, 회분식일 경우는 처리시간을 5~24시간으로, 연속식으로 운전할 경우는 10~36시간으로 운전한다. 이는 상기 조건 이상으로 운전해야 아세토락틱산이 95%이상 디아세틸로 전환되기 때문이다.

상기 맥주숙성 공정에서 숙성탱크(칼럼)의 온도는 발효에 적합하고 앞의 전처리 조건과 같은 5~35℃, 바람직하게 15~20℃로 운전하고, 회분식과 연속식의 구분없이 처리시간을 2~8시간으로 운전한다.

본 발명에 있어서, 맥주 숙성탱크는 본 출원인중 두산기술원과 쌍용양회(주)가 공동으로 본 발명과 동일자에 출원된 "맥주효모 고정화용 다공성 알루미나 담체, 이의 구조 및 제조방법. 및 맥주효모의 고정화 방법"이란 발명의 명치의 출원서에 기재된 알루미나 담체에 효모를 고정화한 후 컬럼형태로 패킹(이하, 고정화 효모 칼럼이라 함)하여 사용한다. 맥주 숙성공정은 상기 저온 열처리에서 생성된 디아세틸을 효모를 이용하여 제거하는 공정이다. 효모가 디아세틸을 제거하는 반응은 효모의 농도와 활성에 의해 촉진된다. 맥주 숙성 반응중 디아세틸 제거반응은 전통적인 저온숙성의 디아세틸 생성반응에 비해 100~200배 빠르다. 본 발명의 칼럼에서는 2~8시간 내에 숙성이 완료됨에 따라 숙성의 생산성은 크게 향상된다.

본 발명에 따르면, 맥주 숙성탱크는 회분식 운전에서 외부순환 및 냉각 시스템을 도입할 수 있다. 상기 장치의 설치로 냉각효율 향상과 탄산가스를 배출할 수 있다. 즉, 순환과정에서 발효중 발생하는 탄산가스를 배출하고 열을 냉각한다. 그리고, 숙성칼럼은 고농도로 효모를 고정화함으로써 본 발명에 따른 공정의 생산성 향상에 기여한다.

이하 실시예를 통하는 본 발명의 효과를 좀더 구체적으로 살펴보지만, 하기 예에 본 발명이 한정되는 것은 아니다.

[실시예 1]

맥주 발효에서 알코올이나 향의 생성은 종래의 주발효에서 수행되었으며, 숙성과정은 본 발명의 방법으로 수행하였다.

주발효 공정은 맥즙(온도 10℃, 당도 12플레토(Palto)) 2000kg에 효모(Saccharonyces uvarumE2)를 0.5%접종하고, 1주일 동안 발효하여, 당을 소모하고 알코올 및 향을 생성한다. 이 상태의 맥주는 미숙취가 강해서 음료용으로 곤란하다.

상기 미숙성맥주의 숙성전에 10℃에 24시간 저온열처리를 하여 아세로락테이트를 디아세틸로 산화하는데, 이때 열처리전에 효모세포를 4000rpm으로 원심분리하여 완전히 제거하였다. 그 결과를 가스크레마토그래피(시마쭈사의 GC-14A)로 측정하여 하기 표 1에 기재하였다.

이와 같이, 산화된 디아세틸틸 고정화 효모 칼럼(담체에 대한 명세서가 완성되면 구체적으로 표현될 수 있음)에서 환원하에 제거하였다. 상기 담체는 직경 5밀리미터의 구형담체를 사용하였다. 효모의 고정화는 상기 주발효에서 이용한 효모를 10℃에서 배양·흡착시킴으로써 수행하였다. 10℃에서 체류시간을 8시간으로 숙성하여 그 결과를 하기 표 2에 기재하였다.

[실시예 2]

주발효와 세포제거는 상기 실시예 1과 동일하게 수행하였다. 본 실시예에서는 저온열처리를 20℃에서, 12시간 동안 가열하였다. 그 결과를 하기 표 1에 기재하였다. 실시예 1과 동일한 고정화 효모 칼럼에서 8시간 동안 20℃에서 숙성하여 그 결과를 하기 표 2에 기재하였다.

[표 1]

(주) 반응조건 : 총디아세틸(TDA) : 0.25ppm, 정체상태

약호설명 : α-DA : 알파-아세토락틱산, DA : 디아세틸산

[표 2]

(주) 담체 : 알루미나(직경 5mm)

* : 연속식으로 8시간 숙성후의 DA농도

숙성기준반응 : (DA→아세토인(actoin))

소요시간 산정기준

숙성초기 DA : 실험치 0.245ppm

숙성말기 DA : 0.1ppm이하(0.04~0.08ppm)

[비교예 1]

주발효는 실시예 1과 동일하게 수행하였고, 미숙성 맥주에서 효모를 포함한 채, 저온(-3 내지 5℃)에서 1, 8, 16, 26일간 숙성하여 그 결과를 하기 표 3에 기재하였다. 이때 효모의 농도는 3~5 *10⁷cell/ml이었다. 이 과정에서 미숙취의 주원인 물질인 디아세틸이 산화 및 환원의 과정을 거쳐 제거된다.

[표 3]

전술한 바와 같이, 본 발명은 종래의 회분식 발효의 생산성이 낮은 단점을 극복하고, 특히 고속숙성에 문제시 되는 디아세틸을 제거하여 발효시키는 것으로, 종래의 회분식 맥주 발효공정과 본 발명의 생산성을 비교하면, 하기 표 4와 같다.

[표 4 맥주의 발효시간 비교]

상기 표 4에서 알 수 있는 바와 같이, 종래의 맥주공정이 숙성에만 2~7주를 소요함으로서 맥주발효의 총 발효시간이 3~8주가 걸리는데 반하여, 본 발명에서는 1주 이내로 단축하는 효과가 있다.

Claims (8)

1. 맥주발효중 숙성공정에서 미숙성맥주에서 효모를 제거한 후, 저온 열처리한 다음, 고정화 효모로 숙성하는 것을 특징으로 하는 맥주의 고속숙성방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 저온열처리 공정이 5~35℃의 범위에서 운전되는 것을 특징으로 하는 맥주의 고속숙성방법.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 저온열처리 공정이 15~20℃의 범위에서 운전되는 것을 특징으로 하는 맥주의 고속숙성방법.
4. 제 2 항에 있어서, 상기 저온열처리 공정이 회분식으로 운전될 경우, 처리시간을 5~24시간으로 운전하는 것을 특징으로 하는 맥주의 고속숙성방법.
5. 제 2 항에 있어서, 상기 저온열처리 공정이 연속식으로 운전할 경우, 체류시간을 10~36시간으로 운전하는 것을 특징으로 하는 맥주의 고속숙성방법.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 숙성공정에서 숙성탱크의 온도가 5~35℃의 범위에서 운전하는 것을 특징으로 하는 맥주의 고속숙성방법.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 숙성탱크를 회분식 또는 연속식으로 운전할 경우, 맥주의 처리시간을 2~8시간으로 운전하는 것을 특징으로 하는 맥주의 고속숙성방법.
8. 제 1 항 또는 제 6 항에 있어서, 상기 숙성공정에서 효모를 알루미나 담체에 고정화 후, 칼럼형태로 패킹하여 사용됨을 특징으로 하는 맥주의 고속숙성방법.