[Myths Breaker] 샴페인의 고소한 향이 마이야르(Maillard) 반응이라고? - Article Review : The Maillard Reaction in Traditional Method Sparkling Wine

 

논문개요

제목: The Maillard Reaction in Traditional Method Sparkling Wine
저자: Hannah M. Charnock, Gary J. Pickering, Belinda S. Kemp
출판: Frontiers in Microbiology (2022)
DOI: 10.3389/fmicb.2022.979866

 

 

주요 내용

서론 (Introduction)

Maillard 반응은 환원당(reducing sugars)과 아미노산(amino acids), 펩타이드(peptides), 단백질(proteins) 사이에서 발생하는 비효소적(non-enzymatic) 화학 반응으로, 다양한 향미 화합물을 생성하는 복잡한 다단계 과정이다. 주로 열처리된 식품에서 연구되어 왔으나, 최근에는 저온 환경에서도 Maillard 반응 산물이 형성된다는 연구가 보고되고 있다.

 

특히, 병 발효 방식(bottle-fermented traditional method, Méthode Champenoise)으로 제조된 스파클링 와인에서 thiazoles, furans, pyrazines 등의 Maillard 반응 유래 화합물이 확인되었으며, 이는 빵(crusty bread), 구운(roasted), 캐러멜(caramel) 등의 향미와 관련이 있다.

 

스파클링 와인의 생산과 숙성 과정에서는 상대적으로 낮은 온도(15±3°C)와 낮은 pH(3–4)의 조건이 유지되며, 이로 인해 Maillard 반응이 중간 단계에서 멈출 가능성이 높다. 본 논문에서는 이러한 Maillard 반응이 스파클링 와인에서 어떻게 진행되는지, 그리고 주요 영향 인자(온도, pH, 금속 이온 등)를 고려하여 반응 경로를 평가하였다

 

전통적인 스파클링 와인의 생산 과정 (Sparkling Wine Production)

스파클링 와인은 다양한 생산 방식에 따라 구분되는데, 대표적으로 다음과 같은 방법이 있다.

• 탄산 주입법 (Carbonation Method): 기체 CO₂를 주입하는 방식.
• Charmat 방식: 큰 압력 탱크에서 2차 발효 진행.
• 전통 방식 (Traditional Method/Méthode Champenoise): 병 내에서 2차 발효가 진행되며, 본 논문의 주요 연구 대상.

 

전통 방식에서는 다음과 같은 단계를 거친다. 

• 기본 와인(Base wine) 제조: 포도 압착 후 1차 발효(alcoholic fermentation) 진행.
• Tirage(티라주) 추가: 2차 발효를 유도하기 위해 당(sugar), 효모(yeast), 영양소(nutrients) 등을 첨가.
• 2차 발효: 병 내에서 CO₂가 생성되며, 와인에 탄산이 형성됨.
• Sur-lies aging(효모 찌꺼기 숙성): 효모 자가분해(yeast autolysis)에 의해 아미노산 및 단백질이 방출됨.
• Riddling & Disgorging: 병목에 효모 잔여물을 모아 제거.
• Dosage(도사주) 추가: 최종 당도를 조절하기 위해 당액 및 와인 혼합액 첨가.

Maillard 반응의 전구체(precursors)인 아미노산과 당은 위 과정에서 변형되며, 숙성과정에서 특정 향미 화합물의 형성에 기여할 수 있다.

 

 

Maillard 반응 경로 (Maillard Reaction Pathways)

Maillard 반응은 크게 세 단계로 나뉜다.

 

<Hodge’s Framework (1953)>

 

초기 단계 (Early Stage)

• 환원당의 카보닐기(carbonyl group)와 아미노산의 아민기(amine group)가 반응하여 Schiff base가 형성됨.
• Schiff base는 'Amadori 재배열(Amadori rearrangement)'을 거쳐 더욱 안정적인 중간체를 형성.

중간 단계 (Intermediate Stage)

• pH에 따라 반응 경로가 다르게 진행됨.
• '산성 조건(pH < 7)'에서 3-deoxyglucosone을 거쳐 5-Hydroxymethylfurfural (5-HMF) 같은 화합물이 생성됨
• Strecker degradation을 통해 α-아미노산이 α-케토산으로 변환된 후, Strecker 알데하이드(Strecker aldehyde) 생성
• Strecker 알데하이드는 빵(bready), 견과류(nutty), 구운(roasted) 등의 향미 형성에 기여

고급 단계 (Advanced Stage)

• 높은 온도에서 진행되는 Maillard 반응의 마지막 단계로 멜라노이딘(melanoidins) 형성
• 하지만 스파클링 와인의 낮은 온도에서는 이 단계까지 진행되지 않을 가능성이 높음.

 

<Yaylayan’s Alternative Scheme (1997)>

 

Yaylayan(1997)은 Hodge의 모델을 보완하여 Maillard 반응을 화학적 풀(chemical pools) 개념으로 설명했다

• 부모 풀(Parent Pool): 반응의 주요 전구체(precursors)인 당, 아미노산, 초기 반응 산물 포함. 
• 상호작용 풀(Interaction Pools): 전구체가 분해된 후 새로운 반응 중간체 형성. 
• 고급 반응 풀(Advanced Pools): 여러 중간체가 상호 작용하여 다환성 화합물(polymers)과 멜라노이딘 생성.

Yaylayan의 모델은 Maillard 반응이 단순한 선형 반응이 아니라 복잡한 상호작용이 일어나는 시스템임을 강조한다.

 

Maillard 반응에 영향을 미치는 요인 (Factors Affecting the Maillard Reaction)

온도와 시간 (Temperature & Time)

• 낮은 온도에서는 Strecker degradation 속도가 느려짐.
• 하지만 와인의 장기 숙성 중에서도 Maillard 반응이 서서히 진행될 수 있음.

pH의 영향 (Role of pH)

• Maillard 반응은 '알칼리성 조건(pH > 7)'에서 활발하지만, 스파클링 와인의 낮은 pH(3–4)에서는 반응 속도가 느려질 수 있음.
• 하지만 일부 Maillard 생성물(예: furans, thiophenes 등)은 저온·산성 환경에서도 생성될 수 있음.

전구체의 조성 (Reactant Composition)

• 포도 품종(Grape variety), 발효 과정(Fermentation), 효모 자가분해(Yeast autolysis) 등에 따라 아미노산 및 당의 조성이 달라짐.
• 특정 아미노산(예: proline, lysine, cysteine 등)은 Maillard 반응에서 중요한 역할을 함.

 

금속 이온(Metal Ion Content)

• 구리(Cu), 철(Fe), 크롬(Cr) 등의 금속 이온은 Maillard 반응 속도를 가속할 수 있음.
• 스파클링 와인의 금속 조성은 지역, 포도 재배 방식, 양조 과정에 따라 다를 수 있음.

 

스파클링 와인의 Maillard 반응 생성물 (Maillard Reaction-Associated Products in Sparkling Wine)

• Furans, pyrazines, thiophenes 등이 주요 생성물로 보고됨.
• 이들은 빵(bready), 견과류(nutty), 캐러멜(caramel) 등의 향미와 연관이 있음.
• 스파클링 와인의 숙성 과정에서 이러한 화합물의 농도가 증가할 수 있음.

 

Maillard 반응 생성물 분석 방법 (Analytical Methods for Maillard Product Determination)

 

• LC-MS/MS (Liquid Chromatography-Mass Spectrometry): 휘발성 Maillard 반응 생성물 정량 분석.
• GC-MS (Gas Chromatography-Mass Spectrometry): Maillard 반응으로 생성된 휘발성 화합물 동정.
• NMR (Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy): Maillard 반응의 구조적 변화를 연구.

이러한 분석 기술을 통해 Maillard 반응이 스파클링 와인의 향미 및 품질에 미치는 영향을 정량적으로 평가할 수 있다.

 

 

향후 연구 과제 (Future Research Directions)

• Maillard 반응 산물의 정량 및 정성 분석을 위한 고도화된 분석 기술 개발 (예: LC-MS/MS, NMR 등).
• Maillard 반응 전구체(precursors)인 아미노산 및 당 조성 연구.
• 금속 이온이 Maillard 반응에 미치는 영향.
• Dosage 조성이 Maillard 반응 및 와인 향미에 미치는 영향.

 

결론 (Conclusion)

• 전통적인 병 발효 방식으로 생산된 스파클링 와인에서는 Maillard 반응이 일부 진행될 수 있으며, 숙성 기간 동안 특정 Maillard 반응 생성물이 축적될 가능성이 있음.
• 낮은 온도와 산성 환경에서는 Maillard 반응이 제한될 수 있으나, Strecker degradation 및 특정 furans, thiophenes 등의 화합물은 생성될 수 있음.
• 효모 자가분해, 금속 이온, 당 및 아미노산 조성 등의 다양한 요인이 Maillard 반응에 영향을 줄 수 있음.
• 향후 연구에서는 Maillard 반응 산물의 정확한 기작과 감각적 영향을 보다 면밀히 연구할 필요가 있음.