농축사과주스의 효율적 활용을 위하여 반응표면분석으로 사과식초 발효조건을 알콜발효 및 초산발효 2단계로 구분하여 최적화 및 모니터링하였다. 알콜발효에서 최대 알콜함량을 나타내는 조건은 초기당도 $18.56\;^{\circ}Brix$, 교반속도 61.99 rpm 및 발효시간 67.32 hr으로 나타났으며, 초산발효에서 총산이 최대치를 나타내는 조건은 교반속도 201.53 rpm, 발효시간 179.42 hr으로 나타났다. 예측된 알콜발효 및 초산발효 최적 조건으로 발효를 행한 결과 총산 7.8%의 사고식초를 생산할 수 있었다. 알콜발효 과정에서 malic acid 함량이 가장 높았으며, 시간이 경과됨에 따라 lactic acid가 증가하였다. 초산발효 과정에서는 acetic acid가 급격히 증가하였으며, malic acid 함량은 거의 변화가 없었다.
참외의 부가가치 향상을 위한 일환으로 가공제품인 참외음료를 제조하였으며, 참외음료는 액상과당 $11\%$, 참외식초 $3\%$, 참외농축액 $1\%$ 및 정제수 $84\%$를 첨가하여 제조하였다. 참외 식초/농축액을 함유한 음료에 대한 저장온도 및 저장시간에 따른 관능적 품질 변화 및 이화학적 품질 변화를 모니터링한 결과 관능적인 품질과 이화학적 품질 모두 저장시간보다는 저장온도에 더 많은 영향을 받는 것으로 나타났다. 관능적인 품질은 낮은 온도에서 더 좋은 경향을 나타내었으며, 이화학적 품질에 있어 저장온도가 증가할수록 이화학적 품질의 변화가 크게 나타났다. 참외 음료의 관능적인 특성 및 이화학적 특성을 보존하면서 저장하기 위해서는 저장온도를 $60^{\circ}C$이하로 설정하는 것이 필요함을 알 수 있었다.
본 연구에서는 사과 농축액을 이용하여 일체의 영양원을 첨가하지 않고 알코올 및 초산 발효과정으로 고산도 식초의 제조 조건을 조사하였다. 초기 알코올 함량(6, 7, 8 및 9%)을 달리하여 고산도 초산 발효액의 품질특성을 비교 분석하였다. 그 결과 알코올 함량 6% 및 7%에서 적정산도 12%의 고산도 식초 제조가 가능하였으며, 초기 알코올 함량이 낮을수록 유도기가 단축되어 수율이 높은 경향이었다. 상기 고산도 사과식초의 품질특성은 pH 2.91~3.20이고 적정산도 12.0%이며 유기산은 acetic, malic, citric 및 oxalic acid가 검출되었다. 이상의 결과 사과 농축액을 이용하여 알코올 발효 후 2단계 발효과정으로 고산도 사과식초 제조가 가능하였으나 산업적으로 활용하기 위해서는 유가식 첨가에 의한 발효기간 단축에 관한 연구가 요구되었다.
배 농축액의 유가식 배양을 통해 영양원 없이 산도 12% 이상의 고산도 식초를 제조하면서 발효단계(Stage 1-4) 및 초기 알코올농도(6-9%)에 따른 품질특성 변화를 확인하였다. 환원당, 유리아미노산, 총 페놀 함량, 총 플라보노이드 함량 및 라디칼 소거능은 1차 초산발효한 일반산도 식초에 비해 2차 초산발효한 고산도 식초에서 증가하였고, 이는 유가식으로 첨가된 feeding 알코올의 영향으로 사료되었다. SPME/GC-MS 분석을 통한 20여종의 휘발성분은 식초의 산도에 따라 함량의 차이를 나타내었고, 초기 알코올농도의 증가에 따라 자극적인 향의 acid류 함량이 다소 증가하였다. 이상의 결과, 초기알코올 농도 6-7% 조건에서 유가식 배양으로 제조된 고산도 배식초는 일반산도 식초에 비해 우수한 품질을 나타내었고, 이에 관능특성 및 대규모 생산에 대한 연구가 필요한 것으로 사료되었다.
본 연구에서는 우엉을 이용한 식초의 제조 가능성을 검토하였으며, 반응표면분석법을 통하여 우엉식초의 발효조건에 대한 영향을 모니터링하여 발효조건을 최적화하였다. 그리고 제조된 우엉 발효식초의 기능성 성분과 유효성분을 확인하였다. 식초 제조를 위해 우엉 추출액에 사과 농축액을 15% 첨가하여 알코올 발효시킨 결과, 5일 후 6.4%의 알코올이 생성되었다. 초산 발효조건을 확립하기 위해 중심합성계획법에 따라 발효시간, 발효온도를 독립변수로 하여 실험을 계획하였고, 발효액의 특성을 반응변수로 하여 실험한 후 발효조건을 최적화하였다. 17일간의 초산 발효 후 13개 실험구의 acetic acid 함량은 3.85~4.73%였으며, $R^2$ 값은 0.9850으로 1% 이내 유의수준에서 유의성이 인정되었다. Arctiin 함량의 범위는 0.37~0.50 mg%였으며, $R^2$ 값은 0.8380으로 5% 이내 유의수준에서 유의성이 인정되었다. 각 변수에 대한 회귀식을 도출하여 우엉식초 제조를 위한 최적 발효조건을 superimposing 한 결과 발효시간은 16일, 발효온도는 $30^{\circ}C$로 예측되었다.
전통발효식초에 속하는 사과식초로부터 에탄올 및 증류수를 이용, 다당체를 분리하여 새로운 면역활성 물질을 확인하고자 하였다. 사과식초를 농축하고, 80% 에탄올을 가하여 침전물을 얻었으며 소량에 물에 용해하여 투석 및 동결건조를 거쳐 조다당 KAV-0를 얻었다. 구성당 분석 결과, KAV-0는 주로 mannose 38.2%, galactose 19.1% 및 glucose 14.3%로 구성되어있음을 확인하였고, 정상세포주(RAW 264.7 세포 및 대식세포) 및 종양세포주(B16-BL6 melanoma 세포)에 대해 세포독성 측정 결과, 직접적인 세포독성을 나타내지 않았다. 대식세포 유래 세포주인 RAW 264.7 세포 자극에 대한 사이토카인 및 산화질소 생산능을 측정한 결과, IL-6, $TNF-{\alpha}$ 및 산화질소 모두 농도 의존적으로 분비능이 증가하고 저농도에서도 우수한 활성을 나타냈으며, 마우스 복강유래 대식세포 자극에 대한 사이토카인 및 산화질소 생산능에서도 동일한 양상의 결과를 보여 사과식초 유래 조다당 KAV-0가 높은 대식세포 활성능을 소유함을 확인할 수 있었다. 한편, KAV-0의 정맥투여에 따른 NK 세포 활성화를 측정한 결과(ex vivo), 시료에 의해 활성화된 NK 세포는 Yac-1 종양 세포주에 대한 치사활성을 농도 의존적으로 증진시켰으며, $1,000{\mu}g/mouse$에서 월등히 우수한 NK 세포 활성능을 유도하였다. 또한, B16-BL6 melanoma를 이용한 폐암전이모델에서 KAV-0를 정맥투여한 뒤 항전이 활성을 측정한 결과, 농도 의존적으로 암 저해 효과가 나타났으며, 특히 $1,000{\mu}g/mouse$에서는 약 53%의 우수한 암전이 억제 활성을 나타냈다. 이상의 결과로부터 사과식초 유래 조다당 KAV-0는 인체의 면역계를 자극하여 우수한 면역활성 및 항전이 효과를 나타낼 수 있음이 확인되었고 건강 기능성 소재로의 활용 가능성이 충분할 것으로 최종 판단되었다.
양파식초는 양파특유의 냄새로 인한 관능적인 저하를 가지므로 양파의 불쾌치를 차폐할 수 있는 감미조향제의 선택이 요구된다. 이에 본 연구는 중심합성계획에 따른 반응표면분석을 통하여 감미조향제(유자착즙액, 사과농축액 및 황설탕)의 첨가량을 결정하였다. 즉 독립변수를 달리한 각 실험조건을 다섯 단계로 부호화 하고 실험설계 18조건(8개 요인실험점, 6개의 축점, 4개의 중심점)에 따라 기호도검사(9점 평점법)를 실시하여 중심합성법의 종속 변수로 선정하여 유자 첨가 양파발효음료(양파식초 : 용수 : 황설탕 : 사과농축액 : 유자착즙액 = 6.0 : 77.6 : 4.9 : 9.2 : 2.3(w/w비율))를 제조하였다. 최적 배합조건에서 제조된 유자 양파발효음료의 phenolic compound, total flavonoid, quercetin 및 생리활성(항균성, 항항산화성, 항혈전용해능) 분석결과 총 phenol함량은 14.8 mg/100 g, total flavonoids의 함량 2.6 mg/100 g, quercetin 함량은 1.4 mg/100 g으로 측정되었다. 유자 첨가 양파발효음료는 Staphylococcus aureus, Salmonella typhimurium, Escherichia coli 및 Enterobacter aerogenes 4종의 균에서 항균성을 가졌고 DPPH 라디칼 소거능에서는 18.2%, SOD 유사활성에서는 11.5%의 활성을 나타내었다. 따라서 본 연구로 개발된 유자 양파발효음료는 원료인 양파로부터 기인되는 영양성분 및 발효과정에서 생성되는 각종 유기산으로부터 복합적인 생리활성이 기대되는 제품으로 사료된다.
특별히 제작한 영동장치를 써서 고전압 전기영동법에 의하여 24시간 중성자 조사하고 150일 냉각한 90% 농축질산우라닐 수용액의 핵분열 생성물을 분리하였다. 핵분열생성물부터 Zr-95, Nb-95의 분리는 0.1M-$HClO_4$(pH=0.85), 0.05M-HCl+0.09M-KCl(pH=0.9), 0.1M-HCl(pH=1.1), 0.01M-HCl(pH=2.0)의 이동조건에서 가능하며 Zr-95, Nb-95는 원점부터 +1cm의 거리에서 분리된다. Zr-95와 Nb-95의 상호분리는 2% 수산암모늄을 첨가하는 경우 가능하다. 즉 0.1M-$HClO_4$, 0.05M-HCl+0.09M-KCl, 0.1M-HCl, 0.1M-식초산+0.1M- 식초산나트륨(pH=4.68)의 이동조건에서 원점부터 $-6{\sim}-7cm$ 거리에서 Nb-95, $+1{\sim}-1cm$ 거리에서 Zr-95가 각각 분리된다. 핵분열생성물부터 Ru-103의 분리는 0.025M-$Na_2CO_3+0.025M-NaHCO_3(pH=10.0)$, $0.01M-Na_3PO_4(pH=11.7)$, 0.1M-NaOH(pH=13.2)의 이동조건에서 가능하며 Ru-103는 각각 원점부터 -6cm, -4cm, -3cm거리 이동한다.
초산발효조건에 따른 사과주스의 발효특성을 알아보기 위하여 flask scale에서 초기 알코올 농도, 당농도, 초산농도 및 종초접종량 조건에 따른 초산발효를 실시하였다. 초기 알코올농도 3, 5, 7, 9%를 달리하여 사과주스의 초산발효를 12일간 실시한 결과 알코올 함량 5% 일때 발효 10일 째 산도가 최대치 5.88%로 측정되었으며, 알코올 함량이 9%일 경우 초산발효가 정상적으로 진행되지 않았다. 초기 당 농도 1, 5, 10, 14 $^{\circ}Brix$로 달리하여 초산발효를 실시한 결과 1 $^{\circ}Brix$의 경우 산도가 다른 조건에 비해 서서히 증가하여 발효 12일차에 산도 4.48%로 측정되었으며, 5, 10 $^{\circ}Brix$가 상대적으로 빠른 시간 내에 산도 4% 이상 생성됨을 알수 있었다. 초기 산도를 0.3, 0.5, 1, 1.5 및 2%로 달리하여 초산발효를 실시한 결과 초기 산도가 1% 이상일 때는 발효가 원활히 진행되는 것으로 나타났다. 종초 접종량은 10%, 15% 이상일 때 초산발효가 정상적으로 진행되어 발효 8일차에 산도가 각각 5.60, 6.05%에 도달하였다. 따라서, 사과주스를 이용한 초산발효시에는 알코올농도 5%, 초기 당농도 5 $^{\circ}Brix$ 이상, 초기 산도 1.0% 이상 및 종초 접종량 10% 이상이 적절할 것으로 생각된다. 산업적 규모의 초산발효 전단계로서 Mini-jar fermentor를 이용하여 초산발효를 실시한 결과 14 $^{\circ}Brix$ 사과농축액 2L에 알코올 7%와 $30^{\circ}C$, 300 rpm에서 활성화 된 종초 10%(총산함량: 4.03%)를 접종하여 초기산도를 약 1.0%로 조정한 후 $30^{\circ}C$, 300 rpm, 1.0 vvm으로 통기하여 초산발효를 실시한 후 시간대별로 분취하여 분석한 결과 Flask scale에서 보다 시간이 많이 단축되어 48 hr 발효하였을 때 산도 5% 이상의 식초를 생산할 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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