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양조주 | 발효화학과 포도주의 성분조성(3)

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작성자 관리자 작성일18-07-11 14:18 조회18회 댓글0건

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발효화학과 포도주의 성분조성

 

          발효에 영향을 미치는 요인들

 여기에서는 포도의 알콜발효과정에 영향을 미치는 가장 중요한 요인(인자)들에 대해 검토하고자 한다. 더욱 자세한 것은 Cook이나 Rose의 효모생리학을 참고하기 바란다. 대부분의 포도주 효모들은(S.cerevisiae 종)

이용가능한 에너지원과 탄소, 질소, 그리고 몇종의 무기염류를 제공하는 배지에서 생장할 수 있다,. 포도주용 포도과즙은 포도주 효모에게는 매우 좋은 배양배지로 포도주 발효시 특별히 보충되어야 할 것은 없다. 다른 과일의 쥬스나 재발효, 특히 잘못 관리된 포도 과즙이나 포도주에서는 이것은 맞지 않는다.

 

     탄소와 에너지원

 어떠한 설탕, 특히 포도당, 과당, 설탕 그리고 말토스는 포도주 효모에게는 정상적인  효모들은 lactose, 

pentose, dextrin 과 전분은 발효시키지 못한다. 또한 효모들은 호기조건에서 여러 종류의 탄소원으로 생장할 수 있다. 예를 들면 초산은 효모들이 이용할 수 있는데 발효 초기에 상당량의 초산이 감소된다. 대부분의 효모들은 fructofuranose가 hexokinase에 대한 친화성이 크더라도 과당보다는 포도당을 더 빨리 발효한다.

Gottschalk는 이것은 이러한 효모종의 세포벽이 과당에 침투성이 강하기 때문이라고 믿었다. Szabo는

과즙의 환원당이 17 -20% 일때 포도당이 더 빨리 발효되는 것을 발견하였다. 20 -25%에서는 포도당, 과당이

같은 비율로 발효되었고 더 높은 당함량에서는 과당이 더 빨리 발효되었다.

 과당은 포도당보다 단맛이 세다. Koch에 따르면 포도당/과당 비율은 일부 발효된 포도주나 설탕, 포도 쥬스로 가당(보당)하면 증가된다. 이러한 방법으로 정해진 총당 함량내에서 단맛을 감소시킬 수 있다. 포도당을 보다 선호하는 효모를 사용하여 같은 총당 함량에서 보다 감미가 강한 포도주를 만들 수 있다.  

    

25% 이상에서는 설탕은 발효를 지연시키고 그 이상 농도(70%)에서는 대부분의 효모는 발효를 하지 못한다. 이것은 부분적으로 삼투압 때문이다. Schanderl에 따르면 40 -67% 설탕을 함유한 독일 Trockenbeerenauslese의 발효는 매우 속도가 늦고 최종 알콜농도도 5 -9% 정도이다. 그는 알콜에 강한 효모는 Auslese 포도주를 알콜 16%까지 발효하는 것으로 알려진 것을 주목하였다. 높은 설탕농도에서는 휘발산의 생성도 증가하였다.(<그림>)

 

<그림> Effect of sugar concentration on alcohol

and volatile acid production

 

발효속도가 가장 빠른 설탕의 농도는 매우 낮아 1-2% 정도이다. 발효된 설탕 g 당 최고의

알콜수율은 설탕농도가 높을 때인데 포도쥬스에 대해서는 확실하지 않다. 그것은 쥬스의 다른 성분들과 온도, 효모종에 따라 다르다. Grey는 증류주 효모가 포도당 5%이상에서는 발효된 설탕 g당 알콜수율이 감소된다고 보고하였다. 정상적인 포도주 공장에서 실제로 쥬스로부터 얻을 수 있는 최대 알콜함량은 25 -35% 설탕의 쥬스로부터 18% 알콜이다. 그렇지만 이것은

효모종, 온도, 통기 조건, 발효 방법에 따라 다르다. 시럽의 발효에서는 이 보다 높다.

높은 당농도 발효에 순응된 효모들은 알콜에 대한 적응력(허용한도)은 감소된다.

Delle에 따르면 알콜발효에서 4.8%의 설탕은 1%(V/V)알콜과 같은 알콜발효에 대한 억제효과가 있었다. Amerine은 설탕의 억제효과는 발효초기에 보당이 발효말기에 비해 큰 것을

보여주었다. 포도품종이나 효모종도 어느 정도 영향이 있었다. 실제적인 과제는 저알콜 포도주가 높은 당농도에서 안전하게 판매될 수 있는가이다.

 

알콜(Alcohol)

알콜은 그 자체로 발효에 대한 억제효과가 있는데 온도가 높을수록 커진다. 물론 이 효과는

여러 가지 당농도에서 얻어질 수 있는 최대의 알콜수율과 관계가 있다. 알콜의 직접적인

효과와 온도에 대한 상관관계는 Schanderl 이 간단한 실험을 통해 설명하였다. 포도주의

알콜을 제거하여 여러 가지 농도로 만든 후 효모를 접종시켜 50에서 1 -5분간 방치하였다.

0% 알콜에서 생존한 효모는 1분에는 15%, 5분에는 0.22% 였고, 3%에서 생존한 효모는

1분에는 1.5%, 5분에는 0.04%였고 9% 알콜에서 생존한 효모는 1분에는 0.2%, 5분에는

0.002% 였다.

 

탄산가스와 압력

알콜발효에서 탄산가스의 효과(영향)는 자주 무시되는 경향이 있다. Schmitthenner

농도 15g/liter(7.2atm)의 탄산가스는 효모생장을 멈추게 한다는 것을 보여 주었다.

효모생장에 대한 탄산가스의 효과는 알콜발효를 저해시키지는 않는다. 알콜발효를 정지시키기

위해서는 탄산가스의 압력이 30atm 정도가 되어야 한다. 그가 관찰한 것 중 중요한 것은

Lactobacillus는 높은 탄산가스 압력에서도 생장한다는 것이다. 이것은 여러 실험자들에 의해 행해진 가압발효에서 생존하는 미세식물의 성질이나 양, 그들이 제품의 특성과 품질에 미치는 여러 가지 효과에 대한 몇 가지의 차이점을 설명해준다. Schanderl은 가압탱크의

LactobacillusMucor racemosus에 대해 보고하였다. 또한 Torulopsis.spKloeckera sp.가 존재하여 탄산가스 압력하에서 초산을 생성하는 것을 보고하였다. 특히 탄산가스 압력은 낮은 pH나 높은 알콜농도에서 효모활동을 저해하였다.

발효속도 조절을 위한 가압탱크는 독일, 남아프리카, 오스트렐리아 등에서 사용되었다.

가압발효의 방법에 대한 교재는 Geiss가 제작하였다. 발효는 가압탱크에서 행해졌는데 발효는 발효속도를 일정하게 하기 위해 발효단계에 따라 2 -4 atm으로 조절되었다. 이 방법의 중요한 이점은 발효된 설탕 g당 알콜수율이 높다는 것이다.(효모가 덜 설장하기 때문이다. 또한

가압발효는 자주 발효가 종료되지 않는데 이것은 높은 산도의 독일산 쥬스에서는 장점이라고 생각된다. 에스테르의 함량도 높은 것으로 보고되었다. 이 공정은 보당된 독일산 쥬스에서는

유용하나 결과가 모두 좋은 것은 아니다. Amerine은 휘발산 생성이 많은 캘리포니아 조건에는 이 방법을 권장하지 않았다. 실제 이 방법은 대부분이 사용을 포기하였는데 저온발효보다 비용이 높고 이익이 확실하지 않았기 때문이다. 오스트렐리아에 설치된 10,000-gal 의 가압탱크를 <그림>에서 보여준다.

 

<그림>Refrigerated pressure tanks(10,000 gals) in Australia

 

(. acids)

쥬스의 알콜발효에서 결합유기산의 효과에 대해서는 거의 관심이 없었다. 만약 pH가 매우 낮아 3.0 또는 그 이하라면 발효는 어느 정도 감소된다. 그렇지만 효모는 정상정인 쥬스에 함유되는 결합 유기산의 양에 대해서는 민감하지 않다. 알콜발효의 부산물에 대해서는 유기산은

어느 정도 영향을 미친다. 은 좋지 않은 박테리아의 생장을 억제하는데 필요한 낮은 pH

유지하는데 중요하며 그 결과는 포도주 효모 생장을 돕는다.

초산, butyric, propionic과 같은 지방산들은 효모에 치명적인 저해작용을 한다. 다행히

정상적인 발효쥬스에 함유되는 양이 치명적인 농도보다 훨씬 낮다. 그렇지만 초산화 된 과즙은 발효를 종종 멈추므로 주의하여야 한다.

 

질소(Nitrogen)

정상적인 효모들은 그들이 필요로 하는 아미노산들을 암모니아 이온들이나 기타 단순한 질소원, 설탕의 탄소로부터 합성할 수 있다. 아미노산들이 절대적으로 필요한 것은 아니지만

과즙의 아미노산들은 질소원으로 중요하고 효모생장속도를 촉진시킨다. 대부분의 포도 쥬스들은 4 -5회 발효에 필요한 질소를 함유한다. 특수한 경우 외에는 포도 쥬스의 발효에는 질소를

첨가할 필요가 없다. Schanderl에 따르면 발포성 포도주의 2차 발효에서는 특수한 경우에 질소첨가로 효모생육을 좋게 할 수 있다. 그는 그와 같은 경우에 암모니움 염의 첨가를 권장하였다. 과일 쥬스들은 이 따금씩 질소가 결핍되는데 이 경우 요소나 암모니움 인산을 첨가한다. 또한 효모들은 과즙에 함유되어 있는 암모니아중 소량을 이용하는데 상대적인 암모니아

함량은 발효속도에 중요한 인자가 된다.

과즙에서의 질소 감소와 효모에서의 질소 증가를 <그림>에서 볼 수 있다.

 

<그림> Changes in total nitrogen during and after fermentation

in musts and in yeasts fermenting them.

- sugar fermented percent

- days after end of fermentation

--- total nitrogen per liter( in must and wine, in yeast)

 

Nilov는 공기가 없는 조건에서는 용액에서의 질소 감소가 적었고(효모들과 결합), 공기중에서는 효모세포생성이 증가되었다. 이것은 또한 총 질소, 아미노 질소, 단백태 질소에서도 마찬가지였다. 통기는 낮은 온도에서 보다 많은 질소결합을 유발하는 것으로 보인다. 그렇지만

본래의 단백질들은 백포도주에 포도 단백질들이 존재하는 것을 보면 쉽게 가수분해되거나

포도주 효모세포들에 흡수되지 않는다.

효모의 각 세대는 쥬스의 질소함량을 감소시키므로 안정한 감미포도주를 만들기 위해서는

쥬스에서 성장과정에 있는 효모들을 사용하고 알콜발효 초기에 효모들을 여과하여 제거시켜야 한다. 이러한 방법은 실제로 이탈리아에서 매우 감미가 강하고 알콜도수가 낮은 발포성 포도주 moscato spumante 제조에 사용되었다. Schanderl에 따르면 암모니아가 없는 총질소는

30 -50mg/liter 까지 감소되어 포도주는 더 이상 알콜발효가 일어나지 않는 한 안정하였다.

그렇지만 캘리포니아에서는 안정성에 대한 결과는 예측한 것보다 좋지 않았다. 보다 합리적인 접근방법은 최대로 아미노산들을 요구하는 변이 효모종을 개발하는 것이다. 필요로 하는

아미노산들이 고갈되었을 때 효모생장은 크게 저해를 받을 것이다.

 

생장 요소(growth factors)

효모는 부생장요소들에 반응을 나타낸다. 이것들중 몇몇 효모들에 유용하거나 필요한 것들은

biotin, inositol, nicotinic acid, pantothenic acid, p-aminobenzoic acid, pyridoxine

그리고 thiamin이다. 그렇지만 양조장 조건에서는 생장요소들 첨가의 가치에 대해

결정적인 결과는 얻지 못하였다. 이것은 이것들 중 몇몇은 과즙에 충분한 양이 함유되어

있고 나머지들은 효모 스스로 생산하기 때문일 것이다.

 

         

         

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