맥주의 거품단백질 분석법 및 거품안정성 개선 연구 = Studies on the analytical method for foam protein and improvement of foam stability in beer
저자
발행사항
춘천 : 강원대학교 대학원, 2021
학위논문사항
학위논문(박사)-- 강원대학교 대학원 : 식품생명공학과 2021. 2
발행연도
2021
작성언어
한국어
주제어
KDC
573.42 판사항(6)
발행국(도시)
강원특별자치도
형태사항
XIV, 76 L. : 삽도 ; 30 cm
일반주기명
강원대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다
지도교수:이옥환
참고문헌 : L.64-73
UCI식별코드
I804:42002-000000031927
소장기관
맥주의 품질 척도 중 하나인 거품은 소비자에게 관능적 특성(외관, 촉감, 바디감)을 부여할 뿐만 아니라 맥주의 산화 및 탄산의 손실을 저감하는 중요한 역할을 한다. 최근 FTA로 인해 수입맥주의 국내 점유율이 점차 증가하고 있는 실정에서 국내 맥주의 품질 개선을 위한 거품안정성의 개선 및 거품 관련 단백질 분석법에 관한 연구는 매우 필요한 실정이나, 이에 대한 연구는 아직 초기단계에 머물러 있다. 따라서 본 연구에서는 국내 맥주 제품의 거품안정성 개선을 위한 거품 관련 단백질인 protein Z4 와 LTP1(lipid transfer protein 1)을 분석하는 방법을 고안하였으며 국내외 맥주 제품의 거품안정성 및 품질특성을 비교 분석한 후, 국내 맥주의 거품안정성 개선을 위한 제조공정의 효율적 개선방안을 제시하였다.
첫째, 맥주 거품 관련 단백질(protein Z4 및 LTP1)을 GFC(gel filtration chromatography)을 이용하여 분석하였다. 맥주에 잔존하는 간섭성분을 제거하고 단백질만을 분리하기 위하여 ammonium sulfate를 처리하여 단백질만을 염석(salting out)한 후 분리된 단백질은 GFC 컬럼을 통해 분자량별로 분리하였다. Protein Z4와 LTP1 단백질은 표준물질(aprotinin 6.5 kDa, cytochrome c 12.4 kDa, carbonic anhydrase 29 kDa, albumin 66 kDa)을 이용하여 작성한 표준곡선에 의해 머무름 시간(protein Z4 16.59 min 및 LTP1 18.65 min)을 확인하였다. 또한 확인된 머무름 시간을 기준으로 컬럼스위칭법을 통해 단백질을 분획하여 정량한 결과, protein Z4와 LTP1은 일반 맥주에서 각각 39.1±2.0 µg/mL 및 4.9±0.2 µg/mL로 나타났다.
둘째, 국내외 맥주 제품의 거품안정성 및 이와 연관된 주요 품질특성의 비교를 위해 시판되는 국내맥주 2종, 미국제품 1종, 일본제품 2종, 유럽제품 4종에 대하여 맥주의 거품안정성, 고미가, 저온살균여부 및 Pr-A(proteinase A) 활성 및 테트라 호프의 사용여부를 분석하였다. 국내외 맥주의 고미가는 유럽과 일본 맥주에서 17.1±0.5 IBU (international bitterness unit)에서 31.1±1.0 IBU 수준을 나타내었고, 미국과 국내 제품에서는 8.4±0.5 IBU에서 10.5 IBU 로 유럽과 일본 맥주보다 낮는 수준을 나타내었다. Invertase test 결과 유럽과 미국 맥주는 저온살균 처리된 맥주였고. Pr-A 활성은 trace 수준으로 효모유래 단백질 분해효소는 실활된 것으로 분석되었다. 거품안정성은 미국맥주는 280±6 sec로 가장 우수하였고 유럽 맥주는 242±1 sec에서 271±2 sec, 일본 맥주는 244±2 sec에서 255±2 sec로 분석되었으며 국내 맥주는 각각 189±5 sec와 225±4 sec로 가장 낮은 수준을 나타났다. 이는 국내 맥주의 protein Z4 및 LTP1 함량이 유럽맥주와 일본맥주에 비해 낮은 것에 기인된 것으로 분석되었다.
셋째, 국내 맥주의 거품 안정성 개선을 위한 제조 공정 개선연구로서 당화개시온도, 자비증발율, 자비온도의 변화가 거품안정성에 미치는 영향을 분석한 결과, 당화개시온도의 상향조정, 자비증발율 및 자비온도 감소가 효과적으로 거품안정성을 증진시키는 것으로 나타났다. 즉, 당화개시온도를 55℃에서 62℃로 상승시켰을 때 거품안정성은 225±2 sec에서 243±1 sec로 8.0% 증가하였다. 자비증발율을 7%에서 4%로 감소시켰을 때는 225±2 sec에서 251±5 sec로 거품안정성이 11.6% 향상되었으며 자비온도를 104℃에서 102℃ 감소하였을 때 거품안정성은 225±2 sec에서 232±3 sec로 3.1% 향상되었다. Protein Z4의 경우 당화개시온도 상승 시 8.8%, 자비증발율 감소 시 9.0%, 자비온도 감소 시 4.9%의 증가하였다. LTP1은 당화개시온도 상승 시 4.7%, 자비증발율 감소 시 2.4%, 자비온도 감소 시 0.6%의 증가하는 경향을 보였다. 위의 조건을 복합하여 적용하였을 때의 거품안정성은 266±5 sec, protein Z4는 42.4±0.1 µg/mL, LTP1은 5.10±0.0 µg/mL로 가장 우수한 결과를 나타내었다.
이상의 결과로 볼 때, 본 연구에서 거품 단백질 분석을 위해 제안한 GFC 및 컬럼스위칭법을 통해 맥주 거품 관련 단백질(protein Z4 및 LTP1) 함량 분석에 적용 가능하였고, 국내 맥주의 거품 안정성의 향상을 위한 공정 조건 개선을 통해 맥주 관련 단백질의 함량을 증가시킬 수 있었다. 국내 맥주 제품의 거품안정성 개선은 세계 맥주에 비해 부족한 품질특성을 향상시킬 수 있어 다양한 맥주 제품개발에 있어서 연구자료로 활용될 수 있을 것으로 사료된다.
Long-lasting creamy foam plays an important role in preventing oxidation and carbon dioxide loss of beer, as well as its organoleptic properties (appearance, softness, mouthfeel). As sales of imported beer are increasing due to the recent FTA, improvement of foam quality of domestic beer and development of method for analyzing foam-related proteins are urgent. In this study, analyzing method of foam-related proteins (protein Z4 and LTP1) was devised. By comparing and analyzing the foam stability and quality characteristics of domestic and imported beers, an efficient brewing process improvement was suggested to improve the foam stability of domestic beer.
First, foam-related proteins were analyzed using GFC. Salting-out with ammonium sulfate was performed to remove the interfering substances remaining in the beer to separate only the protein. The separated proteins were separated by molecular weight through GFC column. The retention times of protein Z4 (16.59 min) and LTP1 (18.65 min) were confirmed by calibration curves using standards (aprotinin 6.5 kDa, cytochrome c 12.4 kDa, carbonic anhydrase 29 kDa, albumin 66 kDa). In addition, proteins were fractionated and quantified through the column switching method based on the confirmed retention time. In the analysis using this method, the protein Z4 contents was 39.1±2.0 µg/mL and LTP1 was 4.9±0.2 µg/mL in normal beer.
Second, in order to compare the foam stability and quality characteristics of domestic and imported beer, two domestic beers, one American beer, two Japanese beers, and four European beers were purchased. In addition, the foam stability, bitterness, Pr-A activity and tetra hop content of these beers were analyzed. The bitter taste of European and Japanese beers was from 17.1±0.5 IBU to 31.1±1.0 IBU, and American and Korean beers were from 8.4±0.5 IBU to 10.5±0.2 IBU, which was lower than that of European and Japanese beers. Invertase test showed that European and American beers were pasteurized, and Japanese and domestic beers were non-pasteurized. The Pr-A activity of pasteurized beer was almost inactivated and measured at trace levels. Foam stability was highest for American beer at 280±6 sec, European beers were from 242±1 sec to 271±2 sec, Japanese beers were 255±2 sec and 244±2 sec, and domestic beers were the lowest at 189±5 sec and 225±4 sec. This was analyzed to be due to the lower protein Z4 and LTP1 content of domestic beer compared to European and Japanese beer.
Third, as a result of optimizing the brewing process, it was found that increasing the mashing-in temperature, decreasing the evaporation rate and boiling temperature effectively improved the foam stability. That is, when the mashing-in temperature was increased from 55 ℃ to 62 ℃, the foam stability increased by 8.0% from 225±2 sec to 243±1 sec. When the evaporation rate was reduced from 7% to 4%, the foam stability improved by 11.6% from 225±2 sec to 251±5 seconds. When the boiling temperature was lowered from 104 ℃ to 102 ℃, the foam stability increased 3.1% from 225±2 seconds to 232±3 seconds. Protein Z4 increased by 8.8% when the mashing-in temperature increased, 9.0% evaporation rate decreased, and 4.9% boiling temperature decreased. LTP1 tended to increase by 4.7% when the mashing-in temperature increases, 2.4% evaporation rate decreases, and 0.6% boiling temperature decreases. When the above conditions were combined, foam stability was 266±5 sec, protein Z4 was 42.4±0.1 µg/mL, and LTP1 was 5.10±0.0 µg/mL.
From the above results, the GFC and column switching method proposed as a foam protein analysis method in this study could be applied to the process conditions for analysis and improvement of the content of beer foam-related proteins. It was possible to increase the content of foam-related proteins through process improvement to improve the foam stability of domestic beer. It is believed that the improvement of foam stability of domestic beer can improve quality characteristics, which are insufficient compared to imported beer, and thus can be utilized as research data for various beer product development.
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