누룩별 약주의 품질특성

1. 시험재료

쌀은 아산둔포농협에서 도정된 삼광쌀 백미(Asan Agricultural Cooperative, Asan, Korea)을 사용하였고, 발효제로서 쌀누룩은 백국 종균(Aspergillus luchuensis, CF1005, Chungmu Fermentation Co., Ulsan, Korea), 황국 종균(Aspergillus oryzae, CF 1003, Chungmu Fermentation Co.)을 사용하여 제조하였다. 재래누룩은 송학곡자(Gwangju, Korea), 진주곡자(Jinju, Korea), 산성누룩(Busan, Korea)에서 판매하는 재래누룩을 구입하여 사용하였다. 효모는 ㈜비전바이오켐(Seongnam, Korea)에서 구매한 라빠리장(S.I. Lesaffre Co., Marcq-en-Barœul, France), 정제효소는 충무발효(Chungmu Fermentation Co., Ulsan, Korea) 제품을 사용하였다.

2. 약주 제조

5 L 유리병에 쌀누룩 15.1 g, 효모 0.05 g, 물 21.1 mL을 담아 밑술을 제조한 후, 2일 뒤 쌀누룩 120.8 g과 물 196.3 mL를 추가하였다. 다음날 쌀을 깨끗하게 씻어서 1시간 수침한 다음, 1시간 동안 물빼기를 하였다. 쌀을 증자기(MS-30, Yaegaki Food & System Inc., Himeji, Japan)에 넣고 김이 올라오기 시작한 후부터 40분간 수증기를 더 가해 고두밥을 제조하였다. 유리병에 고두밥 407.7 g, 재래누룩 15.1 g, 정제효소 0.02 g을 넣은 다음 물 679.5 mL를 더했다. 발효는 25℃ 수욕조(Fermenter, Dasol Scientific Co., Hwaseong, Korea)에서 진행하였다. 매일 1회 유사한 시간에 잘 저어주며 총 무게 편차가 2 g 미만일 때까지 발효하였다(13일). 발효가 완료된 술덧을 원심분리(7,000 rpm, 4℃, 30 min)한 다음 상등액을 여과(filter pater No. 2, Advantec Co., Tokyo, Japan)하여 약주를 제조하였다(Choi et al. 2017b).

3. 일반성분

알코올 함량은 주류분석규정(National Tax Service Liquor License Support Center 2017)에 의하여 측정하였다. 각 시료 100 mL에 증류수 100 mL를 혼합하여 증류하였다. 증류액 약 80 mL를 받고 증류수로 100 mL로 정용한 후 증류액을 15℃로 조정하여 알코올 분석기(AL-3, RIKEN KEIKI, Tokyo, Japan)를 이용하여 측정하였다. pH는 pH 미터기(Metrohm 691, Metrohm, Herisau, Switzerland)로 상온에서 측정하였고, 산도는 시료 10 mL를 중화시키는데 필요한 0.1 N NaOH(Yakuri pure chemicals Co., LTD, Kyoto, Japan) 용액이 소비된 mL수로, 아미노산도는 산도를 측정한 시료에 formalin(Yakuri pure chemicals Co., LTD, Kyoto, Japan) 용액 5 mL를 첨가한 다음 0.1 N NaOH로 적정한 값으로 나타내었다(National Tax Service Liquor License Support Center 2017). 환원당은 somogii 변법으로 분석하였다(Chae et al. 2000). Somogyi A액 10 mL와 시료와 증류수를 더해 20 mL되게 첨가하였다. 3분간 끓이고 즉시 냉각한 다음 B액 10 mL, C액 10 mL를 가하여 잘 혼합한 다음 즉시 D액으로 적정하였다. 갈색이 없어지고 녹색이 될 때 1% 전분용액 (지시약)을 넣어 코발트색이 될 때를 종말점으로 하였다. 휘발산은 알코올 증류액 30 mL을 이용해 phenolphthalein (Showa chemicals Inc., Tokyo, Japan) 용액 2-3방울을 첨가한 후 0.01 N NaOH를 이용하여 자홍빛이 날 때까지 측정한 후 초산 함량으로 환산하였다. 색도는 Color meter(Ultra Scan PRO, Hunter Lab Inc., Reston, Virginia, USA)를 사용하여 Hunter값 L(lightness), a(redness), b(yellowness) 값을 측정하였다.

4. 전자코 분석

약주의 다중향기성분 분석을 위해 시료 0.5 mL을 10 mL vial(Ls-Phs-Psck GmbH, Langerwehe, Germany)에 넣고, 40℃에서 30분간 500 rpm으로 교반하고 전자코(Fast GC based HERACLES flash electronic nose, Alpha Mos, Toulouse, France)를 이용하여 측정하였다. 시료분석에는 두 개의 column이 부착된 Heracles E-nose(DB-5 polar and DB-1701 Slightly polar)가 사용되었으며, FID로 검출하였다. Injection은 syringe type으로 column 온도가 25℃로 유지된 상태에서 column head pressure 1.0 psi로 주입하였다. 분석 시 injector의 온도는 200℃, detector 200℃로 하고 injector pressure는 1.0 psi, detector pressure는 39.0 psi로 하였다. 데이터 통계처리는 Alpha MOS Software를 사용하여 판별분석법(Discriminant Function Analysis)으로 나타내었다(Park 2016).

5. 전자혀 분석

맛 분석은 전자혀(Astree, Alpha Mos, Toulouse, France)를 이용하였다. 채취한 시료를 알코올 4%로 희석한 후, 여과지(Whatman No. 6, Kent, UK)로 여과한 다음 유리용기에 25 mL을 취해 자동시료 측정기에 놓았다. 모든 샘플은 단일 샘플 분석 후 sensor 헹굼 과정을 설정해 주었다. 표준물질은 standard kit(ASTREE II, Alpha Mos, Toulouse, France)를 사용하여 diagnostics procedure으로 sensor 상태를 확인하고 실험을 진행하였다. 액체 matrix에 용출된 성분을 분석하여 시료의 맛 패턴을 분석하는데 각 5가지 센서(SRS는 신맛, 떫은맛, 쓴맛, STS는 짠맛, 매운맛, 금속맛, UMS는 감칠맛, 짠맛, 떫은맛, SWS는 단맛, 신맛, BRS는 쓴맛, 떫은맛)는 5가지 맛 중 하나에 주로 관여하는 것으로 각 센서의 감응도를 맛 스코어로 변환하였다. 센서마다 모든 데이터의 평균값(m)과 표준편차(σ)를 산출하고 각 시료별 반복데이터 센서값의 평균값(X)을 토대로 X' = ｜(X-m)｜/σ을 산출하였다. 이 값으로 맛의 상대적인 스코어를 나타내었다. 데이터 통계처리는 Alpha Mos Software를 사용하여 판별분석법(Discriminant Function Analysis)으로 분석하였다(Kim et al. 2016).

6. 관능평가

관능평가는 Choi의 방법(Choi et al. 2013)을 일부 변형하여 실시하였다. 먼저 본 실험에 앞서 기본 맛 물질(단맛, 신맛. 쓴맛, 감칠맛, 알코올맛)에 대한 예민도와 알코올에 거부감이 없는 19세 이상으로 총 10명(남자 4명, 여자 6명)의 패널을 선정하였고 기존의 주류 관련 관능평가 경험이 있는 국립농업과학원 연구원으로 구성하였다. 평가는 약주 색의 조화, 향의 조화, 맛의 조화, 단맛의 조화, 질감의 조화 등 5가지 항목에 대해 10점 척도로 1점 “조화롭지 않다”, 5점 “보통이다”, 10점 “매우 조화롭다”로 표시하였다. 시료는 난수표로 표시되어 와인잔에 냉장온도(0-4℃)로 제시되었으며, 제시순서는 williams latin square방식(Jeong et al. 2011)에 의해 랜덤화되어 오차를 최소화하였다. 시료 평가 시 한 개의 시료를 평가하고 난 뒤에는 다음 시료를 평가하는데 있어서 영향을 미치지 않도록 따뜻한 물과 가래떡을 입가심 물질로 제공하여 시료와 시료 사이의 쉬는 시간에 활용하도록 하게 하였다. 시료의 평가에 소요된 시간은 약 5분 정도이며, 시료와 시료 사이의 쉬는 시간은 3분으로 하였다(Kim et al. 2017).

7. 통계처리

각 처리구 사이의 성분변화 및 관능평가 결과는 Minitab 16(Minitab Inc., State college, Pennsylvania, USA) 프로그램을 이용하였다. 성분의 함량은 유의수준 5%(p<0.05)로 설정하여 일원분산분석을 수행하였다.

1. 이화학 성분

누룩별 약주의 일반성분 분석결과는 Table 1과 같다. 누룩별 약주의 알코올 함량(%)은 백국(Aspergillus luchuensis)을 활용한 약주는 17.10(산성)~17.60(진주), 황국(Aspergillus oryzae)을 활용한 약주는 17.40(진주)~18.00(송학)로 황국약주에서 알코올 함량이 높은 함량을 나타냈으며(p<0.05), 이는 모두 13%로 보정한 후 분석하였다. pH는 황국 약주(4.66~4.73)가 백국 약주(3.92~ 3.98)보다 유의적으로 높게 나타났으며(p<0.001), 이는 백국의 산 함량에 영향을 받은 것으로 사료된다. Aspergillus luchuensis(또는 A. luchuensis mut. kawachii)는 A. niger의 변종으로 동아시아에 많이 분포하고 있고 산 생성능력이 높아 한국과 일본에서 증류식 소주나 막걸리 제조에 사용되어 왔다(Hong et al. 2013). 발효제에 분포하는 균의 특성에 따라 효소활성에 영향을 받아 pH, 산도 및 아미노산도의 함량이 달라진다고 볼 수 있다(Choi et al. 2017a). 산도(mL/10 mL)는 백국 약주의 경우 5.94(산성)~9.78(송학)로, 황국 약주의 경우 3.50(송학)~4.14(산성)로 백국 약주에서 유의적으로 높게 나타났다(p<0.001). 주류의 산은 술덧의 pH를 낮추어 발효공정 중 유해세균의 번식을 억제시키고 야생효모의 증식을 제어하기 때문에 발효초기 lactic acid를 첨가하여 발효하기도 한다(Bae 2008). 이외에 알코올류와 반응하여 방향성을 가진 에스테르 화합물을 생성하게 된다(Ryu & Kim 2002).

Table 1.

Physicochemical characteristics of Yakju with variety Nuruk

아미노산도(mL/10 mL)는 백국 약주에서 2.55(산성)~3.70(진주)으로, 황국 약주의 경우 4.03(송학)~4.75(산성)으로 황국 약주에서 높은 함량을 나타내었다(p<0.001). 주류에 있어 아미노산은 원료 쌀에 함유된 protein body-Ⅱ(PB-Ⅱ)의 분해와 발효 후반 효모의 자가분해에 의해서 주로 생성된다(Brewing Society of Japan 1999). 아미노산은 주류의 맛, 색, 향 등에 관여하기 때문에 중요한 성분이다. 주류에 아미노산이 적으면 맛이 가볍고, 많으면 잡미가 증가하여 품질을 저하시키기 때문에 적정한 함량을 유지하는 것이 중요하나 최적 함량에 대해서는 아직 밝혀진 바는 없다. 아미노산은 발효과정 중 효모의 대사에 의하여 고급알코올(fusel oil)로 변환되어 주류의 향기를 부여하기도 하며, 아미노산 산화효소 및 아미노산 탈수효소에 의하여 옥소산(oxo acid)으로 변하여 맛의 변화를 주기도 한다(Erasmus 2005).

환원당 함량(%)은 백국 약주 9.58(산성)~12.02(송학), 황국 약주 8.78(산성)~9.10(진주)로 나타나 누룩별 유의적인 차이는 나타나지 않았다. 휘발산 함량(mg/L)은 황국 약주(20.53-32.13 mg/L)가 백국 약주(11.20-17.33 mg/L)보다 높게 나타났다(p<0.001). 약주의 색도는 L값은 백국과 진주곡자를 사용한 약주, a값은 백국과 산성누룩을 사용한 약주, b값과 δE값은 황국과 송학곡자를 사용한 경우 유의적으로 가장 높게 나타났다(p<0.001). 누룩별 약주 중 황국과 송학곡자를 사용한 경우 색도가 가장 높게 나타났다. 주류의 색은 누룩 자체의 색이 발효 중 용출된 것으로 사료되는데(Kwon et al. 2010), 주류의 색도가 높을수록 갈변되었다고 볼 수 있다. 주류의 색에 영향을 미치는 요소는 다양하나 아미노산 중 tyrosine과 tryptophan은 일광조건에서 Mn²⁺의 촉매작용 또는 촉매작용 없이 phenol 화합물과 반응하여 착색물질을 형성하는 반응계가 있으며, 환원당과 amino carbonyl reaction에 의해서 melanoidine계의 착색물질인 3-deoxyglucosone 및 3-deoxy-D-pentosone을 생성시킨다(Brewing society of Japan 1999). 따라서 주류의 아미노산 함량이 높으면 색이 진하게 변하는 것이 일반적이다. 본 연구에서도 아미노산도와 색도의 결과가 유의적이지 않지만 쌀누룩으로 황국균을 사용한 약주에서 다소 높게 나타나 아미노산 함량에 의한 갈변을 확인할 수 있다.

2. 전자코 분석

누룩별 약주의 전자코 분석결과는 Fig. 1과 같다. 제1주성분 값의 기여율은 92.364%, 제2주성분 값의 기여율은 7.545%로 나타났다. 따라서 제1주성분의 값만으로도 향기패턴구분에 필요한 충분한 정보가 됨을 알 수 있다(Chung et al. 2008). 원료 곡물양의 3.7%를 사용한 재래누룩보다는 33.3%를 사용한 쌀누룩 종류에 따라 향기성분패턴이 구분되었다. 백국을 사용한 약주는 제1주성분 값이 –20,000에서 40,000사이에 분포되어 있으며, 진주곡자와 산성누룩 약주가 중앙값에 비슷하게 분포한 것과 달리 송학곡자 약주는 제1주성분 값이 양의 방향으로 크게 이동하는 것을 알 수 있다. 한편 황국을 사용한 약주의 경우 제1주성분 값이 –30,000에서 10,000까지 분포하였고 여기서도 송학곡자를 사용한 경우 제1주성분 값이 음의 방향으로 크게 이동하였다. 이로서 전자코 분석결과 백국약주와 황국약주를 구분할 수 있으며, 재래누룩 중 송학곡자를 사용한 경우 다른 재래누룩과는 다른 향기패턴을 보인다는 것을 알 수 있다(Shin & Lee 2003).

Fig. 1.

Discriminant function analysis of an electronic nose in Yakju.

3. 전자혀 분석

누룩별 약주 맛의 차이를 알아보기 위해, 각각의 맛 센서 5종과 해당 물질의 센서 감응도 값(Table 2)을 분석한 뒤 Alpha mos를 이용하여 스크리닝하여 맛 스코어를 갖는 레이더(Fig. 2)로 나타내었다. 누룩 종류에 따라 상대적으로 강한 맛을 나타내는 맛이 다른데 쌀누룩별로 맛패턴이 상이한 것을 알 수 있다. SRS(신맛, 떫은맛, 쓴맛)의 경우 백국 약주에서 7.80(진주)~8.20(송학), 황국 약주에서 3.90(진주)~4.10(송학)으로, UMS(감칠맛, 짠맛, 떫은맛)의 경우 백국 약주에서 5.90(산성)~8.50(송학), 황국 약주에서 2.80(진주)~6.60(송학)으로 백국 약주에서 다소 높게 나타났다. 반면 STS(짠맛, 매운맛, 금속맛)의 경우 백국 약주에서 4.00(송학)~5.10(산성), 황국 약주에서 6.30(송학)~8.70(진주)로, SWS(단맛, 신맛)의 경우 백국 약주에서 3.40(송학)~6.70(진주), 황국 약주에서 6.40(송학)~7.30(진주), BRS(쓴맛, 떫은맛)에서 백국 약주는 3.30(송학)~7.40(산성), 황국 약주는 4.50(송학)~8.20(산성)으로 황국 약주에서 다소 높게 나타났다. 따라서 백국 약주의 경우 주로 신맛(7.80~8.20)과 감칠맛(5.90~8.50)이, 황국 약주의 경우 짠맛(6.30~8.70), 단맛(6.40~7.30), 쓴맛(4.50~8.20)이 강하게 발현되었다. 재래누룩에 의한 맛패턴 차이는 크지 않으나 진주곡자와 산성누룩 약주의 경우 유사한 맛패턴을 보이며, 송학곡자 약주는 백국의 신맛(8.20)과 감칠맛(8.50)은 더욱 부각시키고, 황국의 짠맛(6.30)과 쓴맛(4.50)은 오히려 상쇄해 주는 효과를 준 것으로 사료된다. 전자혀 분석 시 각각의 센서들은 특정한 맛을 결정짓는 유기물과 무기물을 측정하여 그 수치값을 통계처리를 위한 데이터로 활용하게 된다. 단맛은 당, 감칠맛은 글루탐산나트륨, 짠맛은 염화나트륨, 쓴맛은 퀴닌, 탄닌, 염화마그네슘 등에 의해 측정되는 전위차 값을 각각의 맛으로 인식하게 된다. 신맛은 염산, 초산, 구연산 등에서 유래하는 수소이온의 전위차 값으로 측정된다(Dong et al. 2017). 따라서 백국과 황국제조에 사용되는 곰팡이균(A. luchuensis, A. oryzae)의 효소에 따라 생성되는 총당, 유리당, 유기산, 아미노산 함량이 다르게 나타나기 때문에 맛 패턴이 구분되어지는 것으로 볼 수 있다(Bae SM, 2008). 누룩별 약주의 센서 감응도 값을 분석한 뒤 Alpha mos를 이용하여 PCA 통계처리를 한 결과는 Fig. 3과 같다. 제1주성분 값은 73.876%, 제2주성분 값은 16.423%로 나타나 주로 제1주성분 값에 의해 맛패턴이 구분되어지는 것을 알 수 있다(Jo et al. 2016). 제1주성분의 양의 방향 100에서 200 사이에 황국 약주가, 음의 방향 -100에서 -200 사이에 백국 약주가 분포되어 맛패턴 또한 쌀누룩 종류에 따라 구분되어 전자혀 분석을 이용한 쌀누룩 판별이 가능하였다. 제2주성분 값이 약 16%로 낮지만 재래누룩에 의한 구분도 가능하였다. 산성누룩과 진주곡자 약주는 제2주성분 양의 값에 위치하나, 송학곡자 약주는 모두 음의 값에 위치하여 다른 누룩보다 송학곡자 사용 시 맛패턴이 독립적으로 상이한 것으로 사료된다.

Table 2.

Taste score of electronic tongue in Yakju

Fig. 2.

Radar plot of each sensor of E-tongue in Yakju.

Fig. 3.

Discriminant function analysis of the electronic tongue in Yakju.

4. 관능적 특성

누룩별 약주 6종 시료에 대한 관능적 특성 평가 결과는 Table 3과 같다. 각각의 항목은 10점 척도로 평가되었으며, 대한민국 우리술 품평회 평가항목를 인용하여 관능평가를 실시하였다(Kim et al. 2017). 그 결과 색의 조화, 향의 조화, 단맛의 정도, 질감의 조화 항목에 대해서는 유의적인 차이가 나타나지 않았으나, 맛의 조화 항목에 대해서 높은 유의적인 차이가 나타났다(p<0.001). 맛의 조화의 경우 크게 백국과 황국, 즉 쌀누룩의 차이로 구분되었고, 맛의 조화로운 정도는 백국 약주가 황국 약주에 비해 유의적으로 높은 점수로 평가되었다(p<0.05). 그 외 색의 조화, 향의 조화의 경우 쌀누룩 간 차이를 보이지 않았으나, 단맛의 정도는 백국 약주에서 유의적이지 않으나 다소 높게 나타났다. 실제 단맛은 신맛과 함께 존재할 때 주된 맛 성분이 증가하는 것(Jo et al. 2010)으로 보아 백국의 산 함량에 의한 신맛이 약주의 단맛을 더 상승시켜 주는 것으로 사료된다. 따라서 관능평가 결과 쌀누룩은 백국을, 재래누룩은 진주곡자 또는 송학곡자를 활용한 약주에서 맛의 조화가 다소 우수한 것으로 나타났다.

Table 3.

Sensory evaluation of Yakju with the variety Nuruk