유색미 품종별 전분 구조 및 이화학적 특성

Ji-Young Park; Sung-Hwan  Oh; Sang-Ik Han; Yu-Young Lee; Byung-Won Lee; Hyeonmi Ham; Yong Hwan Choi; Sea-Kwan Oh; Jun Hyeon Cho; You Chun Song

doi:10.7740/kjcs.2016.61.3.153

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Original Research Article

The Korean Journal of Crop Science. 30 September 2016. 153-162
https://doi.org/10.7740/kjcs.2016.61.3.153

Starch Structure and Physicochemical Properties of Colored Rice Varieties

유색미 품종별 전분 구조 및 이화학적 특성

Ji-Young Park¹^*

Sung-Hwan Oh²

Sang-Ik Han²

Yu-Young Lee¹

Byung-Won Lee¹

Hyeonmi Ham¹

Yong Hwan Choi¹

Sea-Kwan Oh¹

Jun Hyeon Cho²

You Chun Song²

박 지영¹^*

오 성환²

한 상익²

이 유영¹

이 병원¹

함 현미¹

최 용환¹

오 세관¹

조 준현²

송 유천²

¹Crop Post-harvest Technology Research Div. NICS, RDA, Suwon 16616, Republic of Korea

²Paddy Crop Research Div. NICS, RDA, Miryang 50424, Republic of Korea

¹국립식량과학원 수확후이용과

²국립식량과학원 논이용작물과

^{*Corresponding Author}

License (open-access, http://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0/):

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ABSTRACT

We investigated the physicochemical properties and starch structure of various rice varieties including 15 colored cultivars. NKHC showed the highest level of protein, lipid, and total dietary fiber levels. Reddish brown rice showed higher lipid content than that in black rice cultivars. Apparent amylose content of waxy and non-waxy colored rice varieties was within the range of 3~5% and 15~18%, respectively. IP exhibited the highest total starch (TS) content, whereas, NKHC and HJJ showed lower TS content than that in other cultivars. Pasting temperature of all colored rice cultivars, except IP, was about 68°C. Peak viscosity of IP, JJJ, Hong, and GGHM showed high values of 138, 130, 128, and 124, respectively. All the colored rice cultivars presented A-type X-ray diffraction pattern and polygonal shapes of starch granules were observed using scanning electron micrographs (SEM). Major groups of amylopectin chain lengths were B (12 < DP ≤ 24) and A (DP ≤ 12). SMHC showed the highest B chain content and the lowest A chain content (P < 0.05). These experimental results provided useful information for scientists and the food industry regarding colored rice starches.

Keywords

colored rice

physicochemical characteristics

starch

varieties

MAIN

전분(starch)은 식물체가 광합성을 통해 생합성하여 에너 지를 저장하는 다당류로서, 아밀로오스와 아밀로펙틴으로 구성되며, 식물의 종에 따라 전분의 크기와 형태가 다양하 다. 아밀로오스는 포도당 α-(1, 4)-glycosidic 결합으로 연결된 직쇄사슬의 중합체이며, 아밀로펙틴은 포도당(D-glucose) 분자들이 α-(1, 4)-glycosidic 결합으로 이루어진 주쇄(backbone)상 에 약 4~5%의 α-(1, 6)-glycosidic 결합을 분지점(branching point)으로 갖고 있는 생체고분자이다(Aberle et al., 1994; .Bello-Perez et al., 1998). 아밀로펙틴의 분지도와 사슬길 이는 전분의 결정성에 영향을 주며, 호화온도가 높은 쌀이 낮은 쌀보다 아밀로펙틴의 분자크기가 크다고 보고되어 있 다(Juliano, 1982). 아시아의 주요 식량작물인 쌀(Oryza sativa L.)의 식미의 특성은 단백질이나 지질 함량에 의하여 영향 을 받는다고 보고되었으나, 전분이 쌀의 주요구성성분이므 로, 쌀 품종간의 품질차이를 구명하기 위해 전분 호화 및 이화학적 특성 연구가 많이 시도되었다(Shin et al., 1986, Bhattacharya et al., 1978; Kalichevsxy et al., 1990).

최근 가공용 및 기능성 품종과 같은 다양한 쌀 품종개발 과 더불어 재배방법 개선 등 농업의 발전으로 작물 생산성 은 향상되었다(Kim, 2010; Kim et al., 2010). 그러나 식생 활이 고급화와 다양화되면서 우리나라 국민의 쌀 소비량은 80년대 120 kg에서 2015년 62.9 kg로, 매년 평균 3 kg씩 감소하는 추세이다(Choi et al., 2006; Statistics Korea, 2016). 이에 따라 쌀의 소비를 증가시키기 위해 밥쌀용뿐만 아니 라 가공제품개발 등 용도 다양화를 위한 노력이 이루어지 고 있다(Lee, 2013).

건강기능성에 대한 사회적인 관심 증가로 쌀을 현미 상 태로 섭취하는 것뿐만 아니라 현미 과피에 색소를 함유한 유색미 소비 또한 크게 증가하였다(Ryu et al., 2005). 품종 에 따라 과피의 색이 적갈색, 흑자색, 녹색 등에 이르는 다 양한 유색미들은 다양한 천연색소를 함유하고 있다(Kang et al., 2005). 유색미는 보통 일반백미에 비해 단백질, 비타 민, 미네랄 등 영양적 가치가 월등히 높다고 보고되어 있으 며 이화학적 특성과 가공적성을 평가하기 위해 식혜와 유 과 원료 및 혼용밥의 취반특성에 관한 연구들이 수행되었 다(Koh et al., 1996; Gu et al., 1992; Kim et al., 1999; Lee et al., 2002; Kimet al., 1998). 유색미 전분에 관련된 연구 는 진도지역 흑미, 신규 계통에 한정하여 수행되었지만, 유 색미의 가공용 소재 탐색 및 용도 다양화를 위한 품종별 전 분의 특성비교에 관해서는 미흡한 실정이다. 따라서 본 연 구에서는 국내에서 재배되고 있는 흑미 및 적미의 찰벼와 메벼 품종간 전분의 이화학적, 구조적 특성을 비교하여 유 색미 품종의 용도 다양화를 위한 기초자료로서 활용하고자 한다.

재료 및 방법

실험재료

본 실험에 사용된 유색미는 총15종으로서 Table 1에 나 타내었다. 종피에 색이 있는 유색미는 보통 현미 상태로 가 공하거나, 섭취하기 때문에 이러한 유색미 이용특성을 반 영하여 현미자체를 시험재료로 이용하였다. 유색미 전분특 성을 비교하기 위해 대조품종으로 일반 백미인 일품을 현 미상태로 분석하여 총 16품종을 시험재료로 이용하였다. 유 색미 15품종 중 메벼로는 신토흑미(STHM), 조은흑미(JEHM). 흑광(HG), 흑설(HS), 흑진주(HJJ), 흑향(HH)으로 흑미 6종, 적미는 건강홍미(GGHM), 적진주(JJJ), 홍진주(HJJ)로 3품 종을 분석하였다. 찰벼로는 눈큰흑찰(NKHC), 신농흑찰(SNHC), 신명흑찰(SMHC), 조생흑찰(JSHC), 청풍흑찰(CPHC) 등 흑 미 5종, 적미는 적진주찰(JJJC) 1종을 사용하였다. 적진주찰 은 종피가 적색인 국내 유일한 찰벼이다(Yang et al., 2012). 본 연구재료는 농촌진흥청 국립식량과학원 남부작물부에 서 2014년에 표준재배법에 의하여 생산되었다(Fig. 1). 조 생종은 각 품종 출수 후 45일에 수확하였고, 중만생종은 각 품종 출수 후 50일에 수확하였다. 품종별 생태형은 Table 1에 나타내었다. 분석시료 조제는 정조를 건조기에서 40°C 72시간 건조시킨 후, 왕겨를 제거한 현미를 분쇄하여 냉장 보관하며 분석에 사용하였다.

Table 1

Various colored rice cultivars used in this study.

	Type of pericarp color	Rice cultivars	Maturing type	The number

Non - waxy	White	Ilpum (IP)	mid-late	1

	Black	Shintoheugmi (STHM)	mid-late	6
		Joeunheugmi (JEHM)	early
		Heuggwang (HG)	medium
		Heugseol (HS)	medium
		Heugjinjubyeo (HJJ)	early
		Heughyang (HH)	mid-late

	Reddish - brown	Geonganghongmi (GGHM)	mid-late	3
		Jeogjinju (JJJ)	early
		Hongjinju (Hong)	medium

Waxy	Black	Nunkeunheugchal (NKHC)	early	5
		Shinongheugchal (SNHC)	mid-late
		Shinmyeongheugchal (SMHC)	mid-late
		Josaengheugchal (JSHC)	early
		Cheongpungheukchal (CPHC)	mid-late

	Reddish - brown	Jeogjinjuchal (JJJC)	early	1

Total				16

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Fig. 1

Grain shape and color of 16 rice varieties. a) IP, b) STHM, c) JEHM, d) HG, e) HS, f) HJJ, g) HH, h) NKHC, i) SNHC, j) SMHC, k) JSHC, l) CPHC, m) GGHM, n) JJJ, o) JJJC, and p) Hong.

일반성분 및 식이섬유 함량

유색미의 일반성분인 수분, 회분, 조단백질, 조지방을 AOAC 방법에 따라 분석하였다. 수분정량은 상압건조방법으로 105°C 에서 건조하여 정량하였고, 조회분은 600°C 직접회화법으 로 측정하였다. 조지방은 Soxhlet 추출기(Soxtec System HT 1043 extraction unit, Foss Tecator)를 사용하여 diethyl ether 로 추출하여 정량하였으며, 조단백질은 semimicro-Kjeldhl 법으로 자동 단백질 분석기(Kjeltec 2400 AUT, Foss Tecator) 로 분석하였다. 식이섬유 분석은 AOAC 방법에 의한 효소 중량법으로 불용성식이섬유(IDF), 수용성식이섬유(SDF)를 더하여 총식이섬유(TDF)로 나타내었다(AOAC, 2000).

겉보기 아밀로오스, 가용성전분, 저항전분, 총 전분 함량

겉보기 아밀로스 함량(apparent amylose)은 비색정량법에 따라 시료 100 mg에 95% 에탄올과 1N sodium hydroxide 를 가한 후 호화시킨 전분 호화액에 1N acetic acid와 0.2% I₂-KI 용액을 첨가하여 요오드 정색반응 후 분광광도계를 통한 620 nm파장에서의 흡광도를 측정하였다(Juliano, 1985). 가용성, 저항전분, 총전분 함량은 AOAC 방법에 의한 Megazyme kit을 Megazyme International Ireland Ltd. (Wicklow, Ireland) 에서 구입하여 측정하였다(McCleary et al., 2002). 시료 100 mg에 pancreatin α-amylase로 37°C에서 16시간 반응 하였고, 침전물에 2M KOH 용액을 첨가하여 분산 및 용해 시켰다. pH 3.8인 1.2 M sodium acetate buffer와 amyloglucosidase을 첨가하여 50°C에서 30분 반응시킨 후 가수분 해 된 glucose양에 따라 가용성 전분과 저항전분을 각각 환 산하여 구하였다. 총전분 함량은 가용성 전분과 저항전분 함량의 값을 더하여 계산하였다.

신속점도분석기(RVA)에 의한 호화 특성

유색미 쌀가루의 호화특성은 신속점도측정기(Rapid Viscosity Analyzer, Model RVA-4, Newport Scientific Pty, Ltd, Wariiewood, Australia)를 이용하여 현미가루 3 g에 증류수 25 mL 을 가하여 측정하였다. 시료 3 g을 25의 증류수에 분산시켜 처음 1분간은 50°C로 유지시킨 후, 95°C로 12°C/min의 가 열속도로 가열하고 95°C에서 2분 30초간 유지시킨 후 다 시 50°C로 12°C/min의 속도로 냉각시켜 2분간 유지시키면 서 점도를 측정하였다. RVA viscogram으로부터 최고(peak), 최저(trough), 최종(final), 강하(break down), 치반(setback) 점도, 호화시간(peak time) 및 호화온도(pasting temp)를 산 출하였으며, 점도 단위는 Rapid Viscosity Unit (RVU)로 표시하였다.

전분 입자 외형관찰

유색미의 전분 입자(granule)을 관찰하기 위해 종자를 절 단하고, 종자 단면을 금으로 도금하여 전도성을 갖게 한 후 주사전자현미경(Scanning electron microscope, SEM-3000, Hitachi, Japan)을 이용하여 진공상태에서 1000배 확대하여 전분 표면 및 입자 구조를 관찰하였다.

X선 회절기를 이용한 결정구조 특성

쌀 전분의 결정 구조는 X-선 회절기(X-ray diffractometer, D8 ADVANCE with DAVINCI, BRUKER, German)를 이 용하여 분석하였다. 기기분석 조건은 다음과 같다. 검출기 는 LYNXEYE XE를 이용하였고, generator: 40 kV, 40 mA 로 회절각도는 (2θ) 3-50° scanning speed: 5.0 sec/step, wavelength (λ): Cu kα1 – 1.5418Å로 회절각도의 피크위 치와 높이로부터 결정형을 비교하였다.

아밀로펙틴의 사슬길이 분석

아밀로펙틴사슬길이 분포는 HPAEC-PAD (high performance anion exchange chromatography-pulsed amperometric detection) 으로 분석하였다(Hanashiro et al., 1996). 시료 6 mg에 90% methanol 처리 후, 중탕 가열한 호화액에 sodium azide 용 액과 600 mM sodium acetate buffer (pH4.4), isoamylase를 첨가하여 37°C에서 24시간 반응 후 분석용으로 사용하였 다. 분석에 사용한 컬럼은 CarboPac TMPA-1 column (2.0 × 250 mm, Dionex, USA), 이동상 용매는 150 mM sodium hydroxide와 500 mM sodium acetate를 분당 1.0 ml의 유 속으로 흘려 분리하였고, 기체는 질소를 사용하였다.

통계처리

자료분석은 SAS 9.2 (SAS Institute Inc., Cary, NC, USA) PC package를 이용하였다. 실험결과는 2번 이상 반복값을 구하여 평균±표준편차로 나타내었으며, 각 변수에 대해 일 원배치분산분석(one-way ANOVA)을 실시하였고, 사후검 정으로는 Duncan’s multiple range test를 적용하였으며, α= 0.05 수준에서 유의성을 검정하였다.

결과 및 고찰

일반성분 및 식이섬유 함량

국내에서 재배되는 유색미 품종별 일반성분 함량은 Table 2와 같다. 일품과 유색미 15종 현미가루의 수분함량은 10.35~ 11.84%의 범위를 보였다. 조단백질 함량은 흑진주, 흑광, 눈 큰흑찰. 건강홍미 순으로 높았고, 각각 8.58, 8.53, 8.27, 8.08% 의 함량을 나타내었다. Fitzgerald et al. (2006)에 의하면 쌀 단백질의 함량이 높은 쌀이 낮은 쌀에 비해 경도가 높다고 하였고, 이는 유색미 품종별 물리적 특성 및 가공적성에 영향 을 줄 것으로 판단된다. 조지방 함량은 1.52~2.88%의 분포 를 나타내었으며, 적진주찰, 조생흑찰, 눈큰흑찰 순으로 높 은 함량을 보였다. 지방함량이 높은 쌀은 모두 찰벼로서 적 미품종인 건강홍미, 적진주, 홍진주가 전체적으로 일품과 흑미 메벼인 신토흑미, 조은흑미, 흑광, 흑설, 흑진주, 흑광 에 비해 지방함량이 높은 경향을 나타내었다. 흑미의 미강 에 대한 연구는 많이 되어있으나. 적미의 성분 구명에 대한 연구는 미흡하여 향후 적미의 영양성분규명에 대한 추가 연구가 필요하다. 회분은 일품과 모든 유색미 품종에서 1% 대의 함량을 나타내었다. 쌀가루의 총 식이섬유 조성은 불 용성 식이섬유(IDF)가 거의 대부분을 차지하고, 수용성 식 이섬유(SDF)는 1%미만 함유를 보였다. 보통 백미가루는 3% 이하를 함유한다고 보고되었지만, Table 2의 결과에 의하면 백미품종인 일품 현미가 4.29%로 가장 낮았고, 유색미 품 종들은 6~9% 식이섬유를 함유하였다. 이는 Lee et al. (1988)이 현미가 백미에 비해 2배 가량의 식이섬유를 함유 한다고 하였기 때문에 백미가루에 비해 백미 품종이라 하 더라도 일품 현미의 식이섬유 함량이 더 높은 것을 확인할 수 있었다. 또한 Lee et al. (2006)이 녹색과 흑자색의 유색 미가 흰색에 비해 높은 식이섬유 함량을 나타난 것과 같이 본 연구에서도 유색미가 일품에 비해 높은 식이섬유 함량 을 나타내었고, 그 중 눈큰흑찰이 9.65%로 가장 높았다. Hinton et al. (1948)에 의하면 씨눈이 종자의 2~3%만 차지 하지만 지질, 단백질, 비타민, 무기성분 함량이 배유보다 높 다고 보고가 되어있으므로 거대배 품종인 눈큰흑찰의 지방 함량이 다른 품종에 높다고 생각되며, 식이섬유와의 관계 에 대해서는 좀 더 세밀한 연구가 필요하다(Juliano, 1985).

Table 2

General analysis (%) of colored rice varieties.

	Moisture	Crude protein	Crude fat	Ash	Diatery fiber2)

					IDF	SDF	TDF

IP	11.33^bc	6.20±0.01^h	2.09±0.03^ef	1.17±0.00ⁱ	3.78^g	0.51^b	4.29^f
STHM	10.66^fg	7.43±0.00^e	2.14±0.04^def	1.24±0.00^h	5.66^f	0.53^b	6.19^e
JEHM	10.66^fg	7.45±0.01^e	2.27±0.14^cde	1.23±0.01^h	5.71^f	0.47^c	6.19^e
HG	10.98^de	8.53±0.08^a	1.52±0.27^g	1.27±0.01^fg	6.57^d	0.31^d	6.89^d
HS	11.10^cde	8.23±0.12^b	1.70±0.21^g	1.59±0.00^a	7.56^b	0.12^f	7.68^c
HJJ	10.35^h	8.58±0.00^a	1.65±0.06^g	1.37±0.01^d	6.87^c	0.17	7.04^c
HH	11.27^bcd	7.16±0.04^f	1.98±0.04^f	1.27±0.02^fg	7.08^bc	0.11^f	7.19^c
NKHC	11.80^a	8.27±0.03^b	2.83±0.08^a	1.46±0.00^b	9.53^a	0.12^f	9.65^a
SNHC	11.84^a	6.79±0.01^g	2.41±0.02^bcd	1.33±0.00^e	7.98^b	0.44^c	8.42^b
SMHC	11.72^a	8.00±0.04^c	2.65±0.07^ab	1.41±0.00^c	7.07^bc	0.67^a	7.74^c
JSHC	11.24^cde	7.21±0.04^f	2.84±0.03^a	1.29±0.00^fg	7.85^b	0.63^a	8.48^b
CPHC	11.58^ab	7.14±0.06^f	2.40±0.05^bcd	1.30±0.01^ef	7.22^b	0.17^ef	7.38^cd
GGHM	11.76^a	8.08±0.08^c	2.30±0.02^cde	1.18±0.01ⁱ	6.83^c	0.12^f	6.95^d
JJJ	10.43^gh	7.41±0.09^e	2.51±0.16^bc	1.27±0.00^g	6.59^d	0.14^f	6.73^d
JJJC	11.33^bc	7.44±0.06^e	2.88±0.06^a	1.29±0.05^fg	6.59^d	0.14^f	6.73^d
Hong	10.93^ef	7.79±0.03^d	2.41±0.23^bcd	1.29±0.02^fg	6.08^e	0.21^e	6.29^e

1)Means with different letters (a-k) within a column are significantly different (p < 0.05) by using Duncan 's multiple range test.
2)Insoluble dietary fiber (IDF), soluble dietary fiber (SDF), and total dietary fiber (TDF) content were analyzed using the AOAC method 991.43 (2000).

겉보기 아밀로오스, 가용성전분, 저항전분, 총 전분 함량

국내 재배되는 품종별 겉보기 아밀로오스 및 가용성전 분, 저항전분, 총 전분 함량을 분석한 결과는 Table 3과 같 다. 일반적으로 대부분 아밀로펙틴으로 이루어져있는 것을 찹쌀이라고 하고, 일반 멥쌀은 약 20% 아밀로오스를 함유 하고 있다(Kim et al., 1992; Lee et al., 2011). 본 연구결과 에서도 찰벼는 3~5%, 메벼는 10%대의 아밀로오스 함량을 나타내었다. Lee et al. (2013)이 국내 쌀 품종별 아밀로스 함량을 보고한 연구결과에서 일품은 21%로 나타내었는데, 이는 Kim et al. (2004)의 지역별 유통 쌀의 품질비교를 검 토 한 논문보다 2%가량 높게 나타났다. 본 연구결과에서는 일품의 아밀로스 함량은 17.48%였고, Lee et al. (2013)의 선행 결과보다 일품아밀로스 함량이 약 3% 정도 낮게 측정 되었다. 이는 본 실험에서는 유색미 품종과 비교하기 위해 일품을 현미상태로 분석하였기 때문에 백미로 분석한 선행 연구결과보다 낮게 나타났다고 판단되며, 선행 연구에서 조사된 유색미 품종결과와는 비슷하거나 1~2%가량 낮은 결과를 나타내었다.

Table 3

Apparent amylose, soluble starch, resistant starch and total starch content of colored rice varieties.

	Amylose	Soluble starch	Resistant starch	Total starch2)

IP	17.48±0.98^ab1)	79.9±1.52^a	0.1±0.01^defg	80.00±1.53^a
STHM	17.84±0.55^a	74.24±0.71^bcde	0.12±0.02^bcde	74.36±0.73^bcde
JEHM	14.67±1.55^c	73.65±0.89^bcde	0.14±0.02^abcd	73.79±0.91^bcde
HG	15.95±1.70^bc	72.37±0.19^cde	0.16±0.01^ab	72.53±0.20^cde
HS	15.15±1.13^c	73.67±0.07^bcde	0.11±0.01^cdef	73.78±0.07^bcde
HJJ	15.41±0.75^c	71.56±1.16^de	0.12±0.03^bcde	71.68±1.18^de
HH	18.07±1.43^a	72.96±0.03^cde	0.14±0.04^abcd	73.10±0.07^cde
NKHC	4.29±0.70^de	70.81±0.6^e	0.12±0.02^bcde	70.93±0.62^e
SNHC	4.20±0.08^de	77.55±2.49^ab	0.07±0.02^fgh	77.62±2.51^ab
SMHC	5.74±1.31^d	74.46±2.67^bcde	0.06±0.02^gh	74.52±2.69^bcde
JSHC	3.96±0.38^e	72.79±0.44^cde	0.09±0.02^efgh	72.88±0.46^cde
CPHC	4.23±0.19^de	76.08±2.67^bc	0.05±0.02^h	76.13±2.69^bc
GGHM	18.98±0.83^a	75.46±4.04^bcd	0.13±0.01^bcde	75.59±4.05^bcd
JJJ	17.82±0.44^a	73.59±0.47^bcde	0.15±0.01^abc	73.74±0.47^bcde
JJJC	3.96±0.11^e	73.26±1.42^cde	0.1±0.01^defg	73.36±1.43^cde
Hong	18.22±0.35^a	72.89±0.46^cde	0.18±0.01^a	73.07±0.46^cde

1)Means with different letters (a-k) within a column are significantly different (p < 0.05) by using Duncan 's multiple range test.
2)Soluble starch, resistant starch, and total starch contents were determined using a Megazyme kit

유색미의 유용소재 탐색을 위한 전분조성을 분석하였는 데, 가용성 전분(비저항전분), 저항전분, 이 2가지를 더한 것을 총 전분 함량으로 나타내었다. 저항전분(Resistant starch, RS)은 건강한 사람의 소장에서 흡수되지 못하는 전분과 전 분분해산물이라고 1990년 정의되었다(EUREST, 1992). 일 품과 유색미 전체 품종이 1%미만의 저항전분을 함유하였 고, 전분 함량의 거의 대부분이 산이나 효소에 의해 가수분해 가 잘되는 가용성 전분이었다. 일품은 가용성 전분이 79.9%로 가장 높은 함량을 나타내었으며 가장 낮은 눈큰흑찰 보다 9.09% 높았다. 총 전분 함량이 일품, 신농흑찰, 청풍흑찰 순으로 높았고, 각각 80.00, 77.62, 76.13%를 함유하였다. 적미에서는 건강홍미가 75.59%로 가장 높았고, 그 외 3품 종은 73%를 함유하였다. 총 전분함량이 가장 낮은 품종은 눈큰흑찰과 흑진주로 각각 70.93, 71.68%를 나타내었다. 눈큰흑찰은 눈이 다른 품종에 비해 커서 단백질, 지질, 식 이섬유의 조성이 높은 경향이었기 때문에 상대적으로 전분 함량이 낮게 나타났으며, Park et al. (2015)에 따르면 흑진 주는 출수 후 수확시기 35, 40, 45, 50, 55일에 안토시아닌 함량 및 항산화 활성의 변화에 있어 유의성이 없는 것으로 보아 등숙기에 전분의 축적이 다른 품종에 비해 적다고 판 단했었는데, 본 실험에서도 흑진주가 다른 품종에 비해 전 분함량이 낮았으며, 흑진주의 영양성분 조성 및 수량성에 관한 종합적인 연구 필요성이 있다고 생각된다.

신속점도분석기(RVA)에 의한 호화 특성

일품과 유색미 15품종의 쌀가루 호화특성을 조사하였으 며 그 결과는 Table 4와 같다. 호화개시온도는 일품이 가장 낮았고, 67.95°C였으며, 그 외 유색미 모든 품종은 68°C대 를 보였다. 이는 Song et al. (2008)이 보고한 일품의 호화 개시온도의 68.5°C에 비하면 약 0.5°C낮은 수치이다. 최고 점도는 일품이 가장 높았으며, 적진주, 홍진주, 건강홍미 순 으로 메벼 품종이 높았고, 그중에서도 흑미 품종에 비해 적 미 품종이 유의하게 높은 최고점도를 나타내었다. 찰벼 품 종은 메벼품종에 비해 최고점도가 낮았지만, 적진주찰은 흑미 찰벼 5개 품종보다 최고점도가 높게 확인되었다. 노화 정도를 나타내는 치반(Setback)점도의 경우 찰벼품종인 눈 큰흑찰, 신농흑찰, 신명흑찰, 조생흑찰, 청풍흑찰, 적진주찰 은 36.63~-55.09RVU로 메벼품종에 비해 월등히 낮았으며, 조은흑미의 경우 –3.88RVU의 값을 나타내어 찰벼가 아닌 다른 유색미 품종에 비해 냉각과정에서 전분구조형성이 낮 고, 점도변화가 적다고 할 수 있다. 유색미 가루의 호화특 성을 조사한 결과 Lee et al. (2013)이 보고한 최고점도 보 다 전체적으로 낮은 경향이었는데, 이는 본 실험에서는 백 미가루가 아닌 현미가루를 분석하였기 때문이라 생각되며, 전분층 외의 호분층에 존재하는 다른 영양성분들이 호화특 성에 영향을 준 것으로 판단된다. 현미에 포함된 단백질과 지방, 식이섬유 등 전분 외 성분들이 백미에 비해 풍부하여 호화에 영향을 준다고 하였다(Fitzgerald et al., 2003). Yoon et al. (2015)이 보고한 결과에서도 쌀가루와 전분가루의 호 화특성 차이를 비교한 결과 지방, 단백질 등 다른 성분과 혼합되어 있는 쌀가루의 호화점도가 낮은 것을 확인할 수 있었다.

Table 4

Pasting properties of colored rice varieties by using a Rapid Visco Analyzer.

Cultivar	Viscosity (RVU)					Peak Time (min)	Pasting Temp (°C)

	Peak viscosity	Trough	Break down	Final viscosity	Setback

IP	138.63±1.35^a1)	87.63±2.65^a	51.00±4.00^de	176.50±2.01^a	37.88±3.36^a	6.20±0.10^a	67.95±0.07^b
STHM	91.84±0.12^f	43.00±0.95^e	48.84±0.83^ef	106.13±1.35^f	14.30±1.24^d	5.50±0.04^f	68.10±0.07^a
JEHM	102.63±1.24^d	40.92±0.47^f	61.71±1.71^ab	98.75±0.47^g	-3.88±0.77^g	5.40±0.00^g	68.08±0.04^ab
HG	84.59±1.89^g	38.00±0.47^g	46.58±1.41^fg	92.17±1.18^h	7.58±0.71^e	5.37±0.05	68.15±0.07^a
HS	69.88±0.88ⁱ	31.17±0.35^h	38.71±0.53ⁱ	82.75±0.35ⁱ	12.88±0.53^d	5.53±0.00^ef	68.18±0.11^a
HJJ	99.96±1.24^e	44.30±0.88^e	55.67±0.35^c	104.59±1.18^f	4.63±0.06^f	5.60±0.00^de	68.10±0.07^a
HH	90.71±1.12^f	46.79±0.06^d	43.92±1.06^gh	116.71±0.88^e	26.00±0.24^c	5.67±0.00^cd	68.10±0.00^a
NKHC	54.46±0.88^j	12.38±0.18^l	42.08±0.71^h	17.84±0.47ⁿ	-36.63±0.42^h	3.20±0.00ⁱ	68.15±0.14^a
SNHC	79.00±1.17^h	17.67±0.00^jk	61.34±1.18^ab	24.46±0.30^l	-54.54±1.47^kl	3.17±0.05ⁱ	68.10±0.00^a
SMHC	78.50±0.71^h	19.34±0.83^j	59.17±0.12^b	26.34±1.29^kl	-52.17±0.59^jk	3.30±0.04^h	68.10±0.00^a
JSHC	78.21±1.47^h	19.46±0.53^j	58.75±0.95^b	27.09±0.94^k	-51.13±0.53^j	3.30±0.04^h	68.05±0.00^ab
CPHC	70.05±0.53ⁱ	15.67±0.37^k	54.38±0.18^c	21.79±0.6^m	-48.25±0.11ⁱ	3.13±0.00ⁱ	68.18±0.04^a
GGHM	124.71±1.71^c	71.67±1.18^b	53.05±0.53^cd	157.71±1.12^b	33.00±0.59^b	5.84±0.05^b	68.15±0.00^a
JJJ	130.75±0.00^b	66.71±1.00^c	64.04±1.00^a	146.29±0.41^c	15.54±0.41^d	5.73±0.00^c	68.10±0.00^a
JJJC	86.46±1.82^g	23.21±0.06ⁱ	63.25±1.77^a	31.38±0.18^j	-55.09±2.00^l	3.13±0.00ⁱ	68.13±0.04^a
Hong	128.59±0.23^b	65.17±1.06^c	63.42±1.29^a	143.92±1.29^d	15.34±1.53^d	5.73±0.00^c	68.08±0.04^ab

1)Means with different letters (a-k) within a column are significantly different (p < 0.05)by using Duncan 's multiple range test.

주사전자현미경을 이용한 유색미 전분 입자 형태

유색미 전분의 외형을 관찰한 결과를 Fig. 2와 같이 나타 내었다. 쌀 종자 단면을 촬영하였으며 일품을 포함한 전체 유색미의 전분이 단단하고 매끄러운 결정성을 갖고 치밀하 게 조직을 구성하고 있는 것을 볼 수 있다. 쌀 전분 입자의 크기는 1~10 μm 범위 내에서 보통 2~5 μm가 대부분인 것 으로 관찰되지만 다양한 크기의 다각형인 전분 입자가 불 규칙적으로 배열되어 있었다.

http://static.apub.kr/journalsite/sites/kjcs/2016-061-03/A0350610302/images/KJCS-61-153_F2.jpg

Fig. 2

Grain shape and color of colored rice varieties. a) IP, b) STHM, c) JEHM, d) HG, e) HS, f) HJJ, g) HH, h) NKHC, i) SNHC, j) SMHC, k) JSHC, l) CPHC, m) GGHM, n) JJJ, o) JJJC, and p) Hong.

X선 회절기를 이용한 결정구조특성

유색미 가루의 X선 회절도를 측정하여 전분의 결정형태 를 Fig. 3에 나타내었다. 일품을 포함한 유색미 16품종은 회절각이 17-18°에서 분리되지 않은 두 개의 피크와 15, 23°에서의 각각의 피크를 보이는 A형의 회절 양상을 보였 다. 본 연구에서 분석한 모든 품종의 회절양상은 비슷하였 으나 상대적 결정성은 차이를 보였다. 결정성은 일품에서 43%로 가장 낮았고, 상대적으로 유색미 품종은 높게 측정 되어 청풍흑찰, 적진주찰, 조생흑찰 순으로 각각 53.7, 53.1, 52%를 나타내었다(Cheetham et al., 1998). 결정성에 영향 을 주는 요인은 아밀로펙틴 중합도의 차이인 것으로 알려 져 있으며, 아밀로오스는 결정구조를 약화시키는 것으로 보고되어있다. 따라서 아밀로오스 함량이 높은 메벼 품종 이 찰벼 품종에 비해 결정성이 낮은 본 연구결과와 부합하 였다. 하지만 찰벼 품종 중 조생흑찰과 신농흑찰, 신명흑찰 은 각각 49.7, 46.3%로 유색미 메벼 품종의 결정성 범위인 43.7~49.7%와 비슷하였다.

http://static.apub.kr/journalsite/sites/kjcs/2016-061-03/A0350610302/images/KJCS-61-153_F3.jpg

Fig. 3

X-ray diffractograms of sixteen colored rice varieties.

아밀로펙틴의 사슬길이 분포

일품과 유색미 아밀로펙틴 사슬 길이 분포도는 HPAECPAD를 이용하여 분석하여 그 결과를 Table 5에 나타내었 다. Hanashiro et al. (1996)에 의하면 아밀로펙틴의 사슬 길이 즉, 중합도(degree of polymerization)에 따라 A (DP 6-12), B1 (DP 13-24), B2 (DP 25-36), B3+ (DP≥37)사슬 로 나눌 수 있다고 보고하였는데 본 연구에서도 이에 근거 하여 A~D까지로 나누어 정리하였다. 일품과 유색미 15개 의 품종에서 12<DP≤24인 B사슬 함량이 50%이상을 차지하 였고, 다음으로 가장 짧은 사슬인 A 함량이 대부분 33~35%함 량을 나타내었다. 한편, 신명흑찰이 유일하게 A사슬함량이 31.51로 가장 낮았으며, B사슬함량이 모든 품종 중에서 가 장 높은 것으로 나타났다. 한편, 아밀로펙틴의 짧은 사슬인 DP 10-13의 함량이 높을수록 낮은 결정성을 나타낸다고 보고되었는데 앞에서 기술한 눈큰흑찰과 신농흑찰의 경우 본 결과에서는 A사슬함량이 다른 품종과 비슷하기 때문에 결정성과 아밀로펙틴길이와의 상관성은 크지 않다고 판단 된다(Cheetham et al., 1998). 하지만 청풍흑찰과 적진주찰 은 A사슬함량이 유의하게 높았고, 결정성도 가장 높았는데 이는 짧은 사슬함량이 높을수록 낮은 결정성을 나타낸다는 선행연구결과와는 상반된다고 할 수 있고, 이에 대해 세밀 한 연구가 필요하다. 아밀로펙틴 가지의 길이가 가장 긴 D 사슬의 함량은 적미품종들이 일품과 흑미 품종에 비해 낮 은 경향이었다.

Table 5

Amylopectin chain length distribution in sixteen colored rice varieties.

	DP≤12 (A, %)	12<DP≤24 (B, %)	24<DP≤36 (C, %)	36<DP (D, %)

IP	34.27±0.05^a1)	53.79±0.08^cd	9.28±0.04^bcd	2.65±0.04^a
STHM	34.37±0.06^a	53.90±0.10^cd	9.21±0.02^bcd	2.51±0.04^b
JEHM	33.64±0.12^a	54.97±0.09^abcd	8.87±0.03^cdef	2.52±0.00^b
HG	33.32±0.07^ab	55.07±0.03^abc	9.18±0.05^bcde	2.45±0.06^bc
HS	34.00±0.17^a	54.78±0.03^abcs	8.87±0.10^cdef	2.36±0.05^cde
HJJ	34.28±0.48^a	54.22±0.42^bcd	9.17±0.05^bcde	2.32±0.01^de
HH	34.21±0.10^a	54.57±0.15^bcd	8.90±0.04^cdef	2.32±0.07^de
NKHC	34.66±0.04^a	53.53±0.08^d	9.51±0.07^ab	2.32±0.03^de
SNHC	34.49±0.05^a	53.82±0.04^cd	9.42±0.03^bc	2.27±0.03^e
SMHC	31.51±4.33^b	56.12±3.05^a	9.98±1.12^a	2.39±0.16^cd
JSHC	34.52±0.27^a	54.51±0.21^bcd	8.82±0.06^def	2.15±0.02^f
CPHC	35.17±0.07^a	54.04±0.10^cd	8.81±0.04^def	1.97±0.03^g
GGHM	34.36±0.01^a	55.26±0.09^abc	8.43±0.06^f	1.97±0.03^g
JJJ	34.55±0.04^a	54.98±0.02^abcd	8.52±0.02^f	1.93±0.03^g
JJJC	35.00±0.06^a	54.59±0.02^bcd	8.62±0.04^ef	1.79±0.01^g
Hong	34.01±0.09^a	55.68±0.06^ab	8.38±0.01^f	1.93±0.02^g

1)Means with different letters (a-k) within a column are significantly different (p < 0.05)by using Duncan 's multiple range test.

적 요

유색미 가공소재 탐색 및 용도 다양화를 위해 일품을 포 함하여 흑미 메벼 6품종, 적미 메벼 3품종, 흑미 찰벼 5품 종, 적미 찰벼 1품종으로 일품과 유색미 15개의 품종의 전 분 이화학적·구조적 특성을 분석하여 가공용도 다양화를 위한 기초자료로 활용하고자 한다.

1. 유색미의 일반성분을 분석한 결과, 눈큰흑찰이 조단 백, 조지방, 식이섬유이 함량이 다른 품종에 비해 높 은 경향이었고, 적미의 모든 품종은 조지방이 흑미에 비해 높은 함량을 나타내었다.
2. 유색미 가루를 이용한 찰벼 품종의 아밀로스 함량은 3~5%, 메벼 품종의 아밀로스 함량은 15~18%를 나타 내었고, 메벼 품종 중 조은흑미는 14%대로 다소 낮은 함량을 나타내었다. 또한 일품이 80%로 가장 높은 총 전분 함유량을 보였고, 눈큰흑찰과 흑진주가 70, 71% 로 가장 낮은 총 전분 함량을 나타내었다.
3. 유색미 가루의 호화특성을 분석한 결과, 모든 유색미 의 호화개시온도는 68°C였으며, 일품의 호화개시온도 인 67.95°C와 비슷하였다. 최고점도는 일품이 가장 높았으며, 적진주, 홍진주, 건강홍미 순으로 적미 메 벼 품종이 흑미 품종과 적진주 찰에 비해 높은 것으로 나타났다. 치반점도 값으로 본 노화정도 찰벼 품종에 서 느린 것으로 확인되었고, 조은흑미는 메벼품종 중 에서 노화정도가 느린 것으로 분석되었다.
4. 유색미의 전분외형은 대부분 2~5 μm 크기의 다각형 의 치밀한 입자로 이루어져있으며, 결정성 분석에서 는 모두 A type의 전분구조를 이루고 있었지만 결정 성은 품종마다 다소 차이를 보였다.
5. 아밀로펙틴의 체인 길이 분석에서는 16개의 품종에서 12<DP≤24인 B사슬 함량이 50%이상을 차지하였고, 다음으로 DP<12 함량이 대부분 33~35%함량을 나타 내었다. 중합도 36개 이상의 장쇄사슬은 흑미가 적미 에 비해 함량이 높은 경향이었다.

사 사

본 연구는 농촌진흥청 국립식량과학원 농업과학기술사 업(과제번호: PJ01125302)의 지원에 의해 이루어진 것임.

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