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양조주 | 발효화학과 포도주의 성분조성(2)

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작성자 관리자 작성일18-07-11 14:15 조회18회 댓글0건

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발효화학과 포도주의 조성

 

     에너지 전환과 온도상승

 Adenosine triphosphate(ATP)는 발효에 의해 생성되어 효모의 정상적인 에너지원으로 쓰인다. 1몰의 포도당 발효로 인해 변화되는 전체 자유에너지는 234joule(56kcal) 이다.

 만약 포도당이 호기적으로 탄산가스와 물로 대사되면 2876joule(688 kcal)의 에너지가 방출된다.  

포도당으로부터 생성된 에타놀은 산화되면 2642 joule(632 kcal)을 생성한다. 방출된 에너지의 같은 비율을 효모가 혐기적 발효 대신 호기적 효모생장에 사용한다면  일정량의 설탕으로부터  2876 ÷234 = 12.8배 만큼 많은 효모세포가 생산될 것이다.

 발효되는 포도당 몰당 두개의 ATP 생성은 - ATP가 ADP로 가수분해될때의 표준 자유에너지- 61 J

(14.6 kcal) 인데 이것은 효모가 생명을 유지하고 증식할 수 있도록 한다. pH나 기질의 농도 등의 효과로 인해

실제값은 훨씬 높아 105 J(24 kcal) 정도이다. 따라서 1 몰의 포도당 발효로 234 - 105 = 129 J(31 kcal)의 폐기열이 방출된다. 포도주 발효시 실험실 열량계 측정값은 발효된 포도당 1몰당 100 J(24 kcal)이었다. 이론치보다 실험실적 폐열발생이 적었던 것은 모든 포도당이 에타놀과 탄산가스로 전환된 것이 아니고 일부는 효모세포질이나 기타 부산물로 전환됐기 때문이다.

 알콜발효에 의해 생성된 열은 사용가능한 형태로 있지 않고 발효과즙의 온도상승으로 나타난다. 적은 발효용기에서는 열은 주위로 방사되고 탄산가스에 포함된 물의 휘발로 심각한 온도상승은 방지된다. 그러나 대형의

단열된 발효조에서는 온도상승폭이 커져 발효관리나 마무리를 어렵게 하여 포도주 품질을 떨어뜨린다. 특히 기온이 높거나 더운 날씨에서의 포도수확에서는 시판포도주의 좋은 품질 유지와 발효이상을 방지하기 위해서는 냉동은 필수적이다. 탱크 크기, 열손실, 온도 변화도 등의 여러가지 효과들로 인해 고려해야 할 특수한 환경에 대해서는 다음에 논하기로 한다.

방출열의 실험치에 따르면 10 g/liter 설탕발효될 때 상승하는 온도는 1.3℃(2.3F)이다. 이것은 실제 엄지 손가락의 법칙으로 사용되는데 열손실(대형 또는 단열된)이 없는 발효조에서는 발효중 1 브릭스 감소시 1.3℃

온도가 상승한다. 초기 온도와 탱크 크기의 상세 등에 보태지는 이 값은 발효가 정지되는가 얼마나 냉각이 필요한가를 계산할 수 있게 한다. 크기의 증가, 표준화, 현대 양조장의 설비 개조에 대한 연구가 진행되어 이러한 원리들이 경제적인 품질개발에 적용되게 되었다.

 

     수율(yield)

 알콜의 수율은 포도주 제조자들에게는 실제적으로 매우 중요하다. Gay-Lussac 방정식에 따르면 이론적인 수율은 발효된 포도당 중량의 51.1%가 알콜이고 49.9%가 탄산가스이다. 이것은 생물학적으로 불가능하고 실제로는 여러 가지 요인들에 의해 변할 수 있다 - 부산물의 양, 효모가 사용한 설탕량, 다른 미생물이 사용한 설탕량, 휘발에 의한 알콜의 손실(부분적으로 온도나 발효속도에 따라 다르다.), 공기의 유입,

교반이나 발효액의 이송 기타 요인 등이다. 수율에 대한 가장 실제적이고 좋은 척도는 주의깊게 조절된

조건에서의 경험에 의한 연구이다.

 유럽에서의 다양한 실제적 실험들에 의하면 1%(V/V)알콜은 16 -17g의 설탕에서 얻어지는데 화학양론적 수율은 15.65g에서 1%이다.  Gvaladze는 알콜의 수율은 발효된 설탄중량의 47.86에서 48.12% 사이이며

탄산가스는 47.02에서 47.68% 사이였다. 다시 말하면 실제수율은 이론치의 90에서 95% 사이였다.  

 Warkentin은 발효기간중 알콜손실에 관한 보고문헌들을 검토하였다. Banolas에 의해 보고된 높은 손실율은

그들이 측정시 순수 성분들의 증기압을 사용했기 때문이라고 하였다. Stradelli의 낮은 손실은 그들이 알콜-물-설탕 씨스템은 Raoult의 법칙에 따른다고 가정했기 때문이라고 하였다. Marsh는 쥬스의 당함량과 알콜수율에 관해 측정한 것을 다음 <표>에 요약하였다.

 

               <표> Yield of alcohol from must

Must Brix 

Must

sp gr 20/20 

Brix -3.0

sp.gr  20/20 

Brix -3.0

Sugar g/100ml 

Brix -3.0

Alcohol

 %/vol 

g/liter -30

Sugar

  g/100ml 

g/liter -30

Alcohol

  %/vol 

15

20

25

30 

1.061

1.083

1.106

1.126 

1.048

1.070

1.092

1.115 

12.56

18.15

23.98

30.05 

7.4

10.7

14.1

17.8 

12.89

18.62

24.59

30.81 

 7.6

11.0

14.5

18.2

     (Brix - 3.0) x sp.gr = g/100ml of sugar.   The 3.0 is average ; it may be as low as 2.5 or as high

     as 3.5.

      g/100ml of sugar  x 0.59 = %/vol of alcohol.

      (Brix of must  x sp gr of must) - 3.0 = g/100ml of sugar

 

 Marsh는 포도 톤당 얻어지는 프루프 갤론은 (Brix - 3.0) x 284.5 x (100 - % 찌꺼기). 테이블 와인에서의

알콜의 프루프 갤론수치는 단지 15.6℃에서의 알콜 % x 2 x 포도주의 양(vol) 이다. 감미 포도주에서의

같은 의미의 알콜 프루프 갤론 + 잔당에 대해서는 <표>에서 구할 수 있는데 이 <표>는 원본을 축소시킨 것이다.

 

               <표> Proof gallon equivalents per gallon of wine

 

   % Alc.

by vol.

 14.0

 15.0 %

 16.0% 

17.0% 

18.0% 

19.0% 

20.0% 

21.0% 

21.5% 

Brix of 

 wine 

 -1.0

 0.29964

0.32298 

0.34624 

0.36952 

0.39272 

0.41580 

0.43892 

0.46212 

0.47472 

 0.0

0.31132 

0.33464 

0.35796 

0.38120 

0.40440 

0.42746 

0.45058 

0.47374 

0.48534 

 1.0

0.32314 

0.34644 

0.36974 

0.39296 

0.41612 

0.43922 

0.46232 

0.48548 

0.49706 

 2.0

0.33494 

0.35824 

0.38154 

0.40472 

0.42790 

0.45100 

0.47408 

0.49722 

0.50880 

 3.0

0.34686 

0.37106 

0.39344 

0.41622 

0.43976 

0.46824 

0.48594 

0.50906 

0.52064 

 4.0

0.35886 

0.38214 

0.40544 

0.42862 

0.45178 

0.47482 

0.49790 

0.52102 

0.53200 

 

 이러한 수치들은 포도주 제조장에서 전체적인 발효효율과 정확한 손실을 예측할 수 있게 해준다.

비발효성 물질들의 %는 품종에 따라 다르다. 같은 품종이라도 계절중에 줄기의 탈수정도와 펄프에 대한

껍질의 비율(과일의 크기에 따라 변함), 건조포도의 비율, 기타 요인들에 의해 달라진다. 21에서 23 Brix

의 포도는 포도 톤당 20 -25 갤론의 수율이 예측된다. 포도주 제조자늕 최대의 수율을 바라지만 여러 가지

변수들이 영향을 미치므로 대규모 작업을 제외하고는 컨트롤이 쉬운 것은 없다.   이것은 시즌사이에 포도성분의 차이가 컸을 때 더욱 심하다. 특히 강조되어야 할 것은 운송이나 탱크 Brix 가 수율을 예측하는데 믿을만하지 않다는 것이다. 거기에는 축소된(주름진) 포도나 건포도로 만든 쥬스의 함량이 거의 포함되어 있지 않다.

발효중 그러한 과일의 성탕은 용해되어 발효성당을 크게 증가시킨다. 그 때는 최초의 수량이나 탱크 Brix에 기초한 것보다 믿을 수 없는(예측하지 못한) 높은 알콜수율이 얻어진다.

 Berti는 이것을 캘리포니아 조건에 대해 연구하였다. Berti의 서로 다른 Brix에 대한 포도주의 이론적인 수율은

<표>와 같다.

 

               <표>Theoretical alcohol yield

Alcohol % 

Sugar brix 

Must brix 

 18 

20 

20 

20 

22 

24 

 

 

 % loss 10

10 

12 

10 

10 

20

20

20

21 

no sugar

6

7

98 Gal/ton

76

74

72 

112 Gal/ton

87

85

83 

110 Gal/ton

86

83

81 

108 Gal/ton

83

81

79 

123 Gal/ton

96

93

91 

136 Gal/ton

105

103

101 

 

 효모종이 알콜수율에 미치는 효과에 대해서도 광범위하게 연구가 이루어졌다. Amerine 이 주목한 바와 같이

용해성 고형물이나 비발효성당이 대부분의 연구에 포함되었기 때문에 문제는 복잡해졌다. 실제의 환원당이 측정되지 않으면 당과 알콜수율의 정확한 관계를 설정하는 것은 무의미하다. 한정된 지역과 제한된 포도 품종들의 조건에서는 유용한 요인들을 찾을 수 있지만 그러한 요인들도 시즌에 따라서는 변할 수 있다.  

알콜수율이  

            

         

         

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