서 론
재료 및 방법
시험재료 및 재배지역의 괴근과 토양시료 수집
토양이화학적 분석 및 기상자료 수집
섬유질 함량 분석 및 식감 시각적 섬유질정도 평가
통계분석
결과 및 고찰
재배지역과 품종의 섬유질 발생량
재배지역의 품종별 섬유질의 시각적 평가
‘호감미’ 품종의 재배지역간 섬유질 함량 비교
시료 채취 포장의 토양 이화학적 특성과 섬유질 함량과의 상관
재배지역의 기상과 섬유질 함량과의 상관
적 요
서 론
2021년도 국내 고구마 재배면적은 23.2천 ha로 생산량은 33만 톤 수준이며 생산량 70% 이상을 찌거나 구워서 먹는 생과 중심으로 소비되고 있다(AFRASY, 2022). 고구마에는 비타민, 무기질, 식이섬유, 양질의 영양성분과 유색고구마의 베타카로틴, 안토시아닌 등 기능성분이 함유되어 있다(Panda et al., 2006; Buri, 1997; Suda et al., 2003; Teow et al., 2007). 고구마 일부 품종에서는 섬유질 함량이 많아 직접 먹기가 곤란하여 산업 가공용으로 사용되고 있다(Woolfe, 1992). 섬유질은 관다발 조직을 가진 식물 종 사이에 널리 퍼져 있으며 뿌리, 줄기, 잎 등에 존재한다(Gorshkova et al., 2012). 고구마 괴근의 섬유질은 1차 체관부와 1차 목부를 구성하는 형성층에 의해 생성된다(Singh et al., 2021). 고구마 육질의 유형은 부드럽고 시럽 같이 촉촉한 점질형과 단단하고 퍽퍽한 질감의 건조한 분질형으로 구분된다(Rao et al., 1974). Truong et al. (1997) 등은 삶은 고구마를 씹을 때 느끼는 실모양의 뻣뻣한 섬유질과 삼킬 때 잔류하는 섬유질은 육질의 접착력, 응집력, 탄력, 끈적임 등과는 상관관계가 없어 보인다고 하였다. 고구마 육색이 주황색 4품종과 흰색 1품종을 대상으로 전문 패널들에 의해 입안에서 감지되는 섬유질의 양을 평가한 결과 백색 품종(Blesbok)이 5.2로 주황색 품종 4.3보다 섬유질 함량이 많아 유의성이 있었다(Leighton et al., 2010). 육색이 주황색, 보라색, 노란색 등으로 다양한 12품종에 대해 입안에서 느끼는 섬유질과 삼킬 때 잔류 섬유질은 육색이 주황색인 품종과 자색인 품종에서 잔류 섬유질이 많아 다른 품종과 차이가 있었다(Leksrisompong et al., 2012). 고구마 전분 분리 후 잔류물을 가지고 체질 방법을 사용하여 식이 섬유를 추출한 결과 품종 간에 차이가 있었고(Mei et al., 2010), 수확시기 및 재식간격에 따른 섬유질 함량은 품종 및 재식간격 간에 유의성이 있었다고 하였다(Ndah et al., 2019). 조섬유 함량은 질소 무시비에서 높고 질소시비량이 증가할수록 감소하였으며(Ukom et al., 2009), 관행 화학비료 투입 재배작형에 비해 화학비료 감소 및 유기농 재배작형 경우는 조섬유 함량 및 건물량을 증가시킨다고 하였다(Patrick et al., 2006). 재배토양, 기상조건 등 재배환경 등에 따른 섬유질 발생에 관한 보고는 없는 실정이다. 따라서 본 연구는 국내 육성 고구마 품종 및 재배지역의 토양특성, 기상 등 재배환경에 따른 섬유질 함량을 조사하고자 수행하였다.
재료 및 방법
시험재료 및 재배지역의 괴근과 토양시료 수집
본 시험은 국립식량과학원 바이오에너지작물연구소 시험연구포장과 고구마 재배 주산지 농가포장에서 재배된 고구마 괴근 및 토양시료를 수집하여 분석하는 방법으로 2021년에 수행하였다. 재배지역 및 품종에 따른 섬유질 발생량 차이는 전남 해남과 전북 남원 운봉지역의 농가포장, 그리고 무안 연구소에서 생산된 괴근의 시료를 채취하여 비교 분석하였다. 수집한 품종은 육색이 담주황색인 점질형의 ‘호감미’, ‘소담미’, ‘풍원미’와 담황색인 분질형의 ‘진율미’, 그리고 자색인 ‘단자미’ 등 5품종의 시료를 수집하였다. ‘호감미’ 품종의 재배지역에 따른 섬유질 발생량 차이는 고구마 수확기인 2021년 10월 6일부터 22일까지 13개 시․군 19지점의 농가 포장에서 ‘호감미’ 괴근과 토양시료를 채취하였다. 시료 채취지역은 함양 1, 해남 2, 무안 1, 정읍 1, 고창 1, 김제 1, 부안 1, 논산 2, 보령 2, 당진 1, 예산 1, 홍성 1, 여주 4 지점이었다(Table 1). 섬유질 함량은 채취한 시료 중 괴근 무게가 150~300 g 수준의 시료를 각각 10개씩 무작의 추출하여 섬유질 함량을 조사하였다.
Table 1.
Location information of the sweet potato storage roots and soil sample collection sites.
토양이화학적 분석 및 기상자료 수집
재배지역별로 수집한 토양시료는 토성, pH, 유기물, 질소, 수용성인산 함량 등 이화학적 특성 분석을 위해 전문 분석기관인 ‘한국농업기술진흥원 종합분석검정센터’에 의뢰하여 검정하였다. 토성은 비중계를 이용하여 분석하였다(Hydrometer법). pH는 토양을 증류수와 1:5 (w/v)로 혼합 후 1시간 동안 진탕하여 pH meter (Docu-pH meter, Sartorius)로 측정하였다. 토양유기물과 총질소 함량은 원소분석기(varioMAX CUBE CN, Elementar사, Germany)를 이용하여 분석하였으며, 유효인산은 토양 5 g에 Lancaster 침출액 25 ml를 넣어서 10분간 진탕한 다음 여과하여 몰리브덴 청법으로 발색하여 측정하였다. 치환성양이온(K, Ca, Mg)은 5 g의 토양시료에 50 ml의 1N-NH4OAc (pH 7.0)를 넣어서 30분간 진탕한 후, 여과지(Whatman No. 2)로 여과시킨 액을 ICP (VISTA-MPX, Varian, Australia)로 측정하였다. 전기전도도는 토양과 증류수를 1:5 (w/v)로 혼합하여 EC meter로 측정하였다(Lee et al., 2015). 시료 채취지역의 기상자료는 농촌진흥청에서 운영하고 있는 기상정보서비스 농업기상분석에서 제공한 자료로 고구마 괴근 형성 및 비대기인 6월부터 9월까지의 재배지역별 강수량, 1일 5 mm이상 강수일수, 일조시간 등에 대한 데이터를 이용하였다.
섬유질 함량 분석 및 식감 시각적 섬유질정도 평가
섬유질 함량은 Association Official Analytical Chemists (AOAC)방법(Brunt & Sanders, 2013)을 응용하여 고구마 육질에 존재하는 섬유질 정량 방법으로 사용하였다(Lee, 2022). 지역에서 수집한 고구마 150~300 g 범위의 괴근을 세척한 뒤 105°C에서 50분간 찐 후에 괴근의 꼬리 부분 끝 1 cm를 제거한 뒤 껍질을 벗긴 후 막자사발을 이용하여 2분간 으깬 다음 30 mesh 체(체눈의 크기 : 600 µm) 위에 으깬 고구마를 올려 수돗물 45~50°C의 온수를 2L씩 사용하여 3회 세척하였다. 세척 시에는 탄력 있는 고무주걱을 이용하여 고구마 육질을 제거하고 섬유질만 남도록 헹궈주었다. 이후 MES/TRIS buffer (MES 0.05 M과 Tris 0.05 M을 증류수 1 L에 용해하여 6 N NaOH로 pH 8.2로 조정함)를 만들어 사용하였다. 분리된 섬유질에 MES/TRIS buffer 100 mL와 Total Dietary Fiber kit (Megazyme)의 효소 3종류(아밀레이스, 프로테아스, 아밀로글루코시데이스)를 각 용량에 맞게 동시에 넣은 뒤 항온수조에서 95°C에서 30분간 100 RPM으로 30분간 혼합한 후 30 mesh 체(체눈의 크기 : 600 µm)를 사용하여 흐르는 물에 세척한 다음 건조기(DE/VF 160, Memmert)를 사용하여 105°C에 12시간 건조한 뒤 최종 산물의 건물중을 측정하였다. 섬유질 함량은 측정한 값을 생고구마 100 g 당 mg으로 환산하였다. 시각적 섬유질 정도 평가는 Truong et al. (1997)과 Leighton et al. (2010)의 방법을 응용하여 섬유질 함량 정량에 사용한 동일 시료의 고구마를 찐 다음 으깨어 뭉친 후 무작위로 5회 이상 쪼개면서 섬유질이 관찰되는 형태에 따라 5등급(1; 섬유질이 거의 없음, 2; 얇고 짧은 실 섬유질이 보임, 3; 굵은 섬유질이 약간 있음, 4; 굵은 섬유질이 많음, 5; 굵고 질긴 섬유질이 매우 많음)으로 구분하여 육안으로 평가하였다.
통계분석
본 시험에서 실시된 모든 통계 분석은 R 프로그램(v.3.6.1.)을 이용하였다(R Core Team, 2019). 3개 재배지역에서 채취한 5품종의 섬유질 함량과 19개 지점의 호감미 품종 섬유질 함량의 평균에 대한 차이는 ANOVA 분석 후, Duncan 다중 검정을 실시하였다. 또한 처리 요인간의 상관관계는 Pearson 상관 계수로 확인하였으며, 상호작용 효과는 이원배치 분산분석(Two-way ANOVA)으로 확인하였다.
결과 및 고찰
재배지역과 품종의 섬유질 발생량
고구마 재배 3개 지역에서 수확 한 5품종의 괴근에 대해 섬유질 함량을 분석한 결과 무안 연구소 포장에서 수확한 품종은 생체중 100 g당 ‘호감미’ 99.95, ‘소담미’ 75.05, ‘풍원미’ 49.25, ‘단자미’ 46.68, ‘진율미’ 34.38 mg순으로 ‘호감미’ 와 ‘소담미’ 품종에서 발생량이 많아 다른 품종과 통계적 유의성이 있었다. 해남 농가 포장에서 수확한 품종 중에 ‘호감미’가 발생량이 생체중 100 g당 100.15 mg으로 많고 자색 고구마인 ‘단자미’ 품종이 25.80 mg으로 적은 경향이었으며, 전북 남원 운봉지역 농가 포장의 경우도 ‘호감미’ 95.71, ‘소담미’ 65.34 mg으로 많고 다른 품종은 비슷하였다. 3개 지역의 품종별 평균 섬유질 함량은 생체중 100 g당 ‘호감미’ 95.71, ‘소담미’ 66.73 mg으로 ‘풍원미’ 44.55, ‘단자미’ 40.55, 그리고 ‘진율미’ 38.53 mg과 차이가 있어(Table 2, Fig. 1), Woolfe (1992)와 Mei et al. (2010) 보고와 같은 경향이었다. 품종들의 재배지역간 차이는 섬유질 발생량이 많은 ‘호감미’와 ‘소담미’ 품종은 유의성이 없었으나 해남 농가 포장에서 수확한 ‘진율미’ ‘풍원미’ 그리고 ‘단자미’ 품종이 무안, 운봉에서 수확한 고구마 보다 섬유질 함량이 적어 유의성이 있었으나 재배지역과 품종 간에 상호 유의성은 없었다(Table 2). 재배지역과 품종간의 섬유질 함량은 품종 간에는 차이가 있으나 재배환경의 차이는 없는 경향이며(Jones et al., 1980), 지역과 품종 상호간에 영향을 받지 않는다고 Azevedo et al. (2014)이 보고한 내용과 유사하였다.
Table 2.
Comparison of fiber content (mean ± standard deviation) from the storage roots of sweet potato varieties by site in 2021. And the analysis of variance (ANOVA) for the respective fiber content by cultivation sites and varieties.
재배지역의 품종별 섬유질의 시각적 평가
3개 지역에서 수확한 5품종의 괴근에 형성된 섬유질의 눈에 보이는 정도를 평가하기 위해 섬유질 함량 정량에 사용한 동일 시료의 고구마를 찐 다음 으깨어 뭉친 후 무작위로 5회 이상 쪼개면서 육안 관찰한 결과 무안, 해남, 운봉 등 재배지역에 관계없이 ‘호감미’ 품종에서 실 모양의 섬유질이 굵고 길게 존재하여 3.6~4.0 정도로 평가 되어 다른 품종과 차이가 있었다(Table 3). 모든 고구마 품종에는 섬유질이 존재하여 찐 고구마를 먹을 때 입안에서 느끼는 섬유질과 삼킬 때 잔류하는 섬유질의 정도에 따라 식감을 저해하는 정도가 달라지는데(Leighton et al., 2010) 실 모양이 굵은 섬유질이 많은 4.0이상에서는 먹을 때 입안에 남게 되어 식감을 떨어뜨릴 가능성이 높다고 판단되었다.
Table 3.
The degree of visual fibrousness in the storage roots of five different sweet potato varieties in 2021.
1) Different letters within each column indicate a 5% level of significance by Ducan’s multiple range test. The degree of visual fibrousness was classified into 1 to 5 grades amount of stringy fibers perceived. 1; few stringy fibers, 2; some thin and short stringy fibers, 3; few thick stringy fibers, 4; many thick stringy fibers, 5; many thick and tough stringy fibers.
‘호감미’ 품종의 재배지역간 섬유질 함량 비교
고구마 품종들 중에서 섬유질 발생량이 많은 ‘호감미’ 품종에 대해 13개 시․군 19지점의 농가 포장에서 수확기(10.6~10.22)에 수집한 고구마를 무작위로 추출하여 섬유질 발생량을 조사한 결과 해남 2와 보령 1 농가포장에서 수집한 고구마가 각 각 115.82, 114.6 mg/100g 정도로 섬유질 발생량이 많았으며 함양 1 농가포장은 87.46 mg/100g으로 발생량이 차이가 있었다. 그러나 3개 지역 이외 16지점의 섬유질 함량은 94.63~108.52 mg/100g 범위로 유의성은 없었다(Fig. 2). 이 결과는 같은 고구마 품종에서 섬유질 함량은 재배지역에 따라 영향을 덜 받는 것으로 판단되었다.
시료 채취 포장의 토양 이화학적 특성과 섬유질 함량과의 상관
재배지역 농가 포장의 토양특성과 고구마 섬유질 발생량과의 관계를 구명하고자 ‘호감미’ 시료 채취 포장 지점의 토양 특성을 분석한 결과는 Table 4와 같다. 재배 포장의 토성은 함양1, 해남2, 무안1, 정읍1, 고창1, 김제1, 홍성1 등 7지점은 양토였으며, 사양토는 해남1, 김제1, 논산1, 2, 당진1, 예산1, 여주1, 2, 3, 4 등 10지점, 그리고 미사질양토 보령1, 2, 미사질식양토는 부안 1지점으로 분석되어 대부분 고구마 재배에 적합한 양토 및 사양토(Maniyam & Ray, 2010)로 나타났다. 고구마 재배 토양의 pH는 5.0~6.0 범위로 약산성 토양이 좋다고 알려져 있는데 조사 포장의 pH는 김제 4.78, 홍성 4.86으로 낮았으며 논산2 등 10개 지점은 5.06~5.90 범위로 적절하였다. 그러나 여주 3등 6개 지점은 6.24~7.23 범위로 높은 경향이었다. 유기물 함량은 부안 23.34, 보령1 22.98, 고창 18.79, 무안 16.90 그리고 해남2 지점이 11.59 g/kg으로 높은 수준이었으며, 해남1, 정읍, 논산1, 보령2 지점의 유기물함량은 1.9 g/kg 수준으로 낮았다. 토양 중에 인산함량은 보령1 987, 무안 861, 부안 671 mg/kg 수준으로 높았으며 정읍 5.68, 보령2 13.28, 홍성 32.24 김제 53,40 mg/kg 낮은 경향이었다. 포장의 토양 특성과 섬유질 발생량과의 상관계수를 분석한 결과 양토, 사양토 등 토성과 섬유질 함량과는 관계가 없었다. 섬유질 함량과 토양 중의 인산 함량은 R2= 0.58**, 유기물은 0.52* 그리고 pH는 0.51*로 각각 1%와 5% 수준에서 정의 상관을 보여 토양 중에 인산과 유기물 함량이 많고 pH가 높은 토양에서 섬유질이 많이 생성된다는 결과를 얻었다(Table 5). 고구마 재배 시 질소비료 시비량이 많을수록 토양 중에 유기물 함량이 증가하는 것으로 보고되었으며(Constantin et al., 1984), 토양 중에 인산함량이 8 mg/kg 이상에서 는 괴근 수량이 감소한다고 하였다(Kareem et al., 2018). 또한 Constantin et al. (1975)은 토양의 pH가 4.4에서 7.2로 높아질수록 괴근의 섬유질 함량 증가에 영향을 주며 건물율을 감소시킨다고 하였다. 이러한 결과를 비추어 볼 때 섬유질이 많은 포장의 경우 산 흙의 객토 또는 흙 뒤집기 등을 통해 인산, 유기물과 pH를 6.0 이하로 낮춰주는 포장 관리가 필요할 것으로 생각된다.
Table 4.
Physicochemical soilcharacteristics of selected cultivation sites where the sweet potato ‘Hogammi’ variety was planted in 2021.
Table 5.
Correlation of soil characteristics with the fiber content of the ‘Hogammi’ cultivar across sweet potato cultivation regions.
| Sand content | Clay content | O.M | pH | Av. P2O5 |
| -0.10ns | -0.01ns1) | 0.52*2) | 0.51* | 0.58** |
| -0.74** | -0.56* | -0.32ns | -0.29ns | |
| 0.41ns | 0.28ns | 0.15ns | ||
| 0.75** | 0.86** | |||
| 0.72** |
재배지역의 기상과 섬유질 함량과의 상관
고구마 재배기간 동안의 괴근 형성기인 6월부터 비대 후기인 9월까지의 재배지역별 강수량, 강수 횟수 그리고 일조시간 등과 고구마 육질 내 섬유질 함량과의 관계를 알아보기 위해 농촌진흥청에서 운영하고 있는 기상정보서비스 농업기상분석 데이터를 이용하여 분석한 결과, 1일 강수량이 5 mm 이상인 강수 횟수는 20~31일로 강수량은 여주지역이 499 mm로 적었으나 토양 수분 부족에 의한 가뭄 피해는 없었으며, 정읍 지역의 972.5 mm 등 대부분 지역에서 강수량이 충분하였다. 또한 누적 일조시간은 지역별 다소 차이는 있으나 597~843시간으로 나타나 재배지역별 기상 조건은 고구마 생육, 괴근 형성 및 비대에 나쁘지 않은 조건이었다. 이를 종합해보면, 강수량, 강수일수, 그리고 일조시간 등과 고구마 섬유질 함량과는 유의성이 없는 것으로 나타났다(Fig. 3). 금후에는 고구마 재배기간 동안의 토양 수분이 섬유질 함량에 미치는 영향과 섬유질 함량 증가 억제를 위한 재배관리 기술에 대한 검토가 필요하다고 본다.
Fig. 3.
Scatter plot analysis of the amount of precipitation, days of precipitation and hours of sunshine for each growing region from June (storage root formation stage) to September (storage root development stage) during the sweet potato growing period in 2021. Days of precipitation refers to rainy days more than 5 mm per day.
적 요
고구마 품종 중에는 찌거나 구웠을 때 육질 부분에 질긴 섬유질이 많아 섭취 시 식감을 떨어뜨리는 요인이 되고 있다. 최근 육성된 고구마 품종의 재배지역 간 섬유질의 발생량 차이 및 재배지역의 재배환경과 괴근의 섬유질 발생량과의 관계를 조사하고자 수행하였다.
1. 해남, 무안, 그리고 운봉 농가 포장 등 3개 지역의 품종별 평균 섬유질 함량은 ‘호감미’ 95.71, ‘소담미’ 66.73 mg/100g FW으로 많았고, ‘풍원미’ 44.55, ‘단자미’ 40.55, 그리고 ‘진율미’ 38.53 mg/100g FW와 품종 간에는 차이가 있었으며 재배지역과 품종 간에 상호 유의성은 없었다.
2. 해남 등 3개 지역에서 수확한 5품종에서 분리한 섬유질의 식감저해 정도는 재배지역에 관계없이 ‘호감미’ 품종에서 실 모양의 섬유질이 굵고 길게 존재하여 3.6~4.0 정도로 평가되어 ‘진율미’, ‘풍원미’, ‘소담미’, ‘단자미’ 품종과 차이가 있었다.
3. 고구마 재배지역 13개 시․군 19지점의 농가 포장에서 수집한 ‘호감미’ 품종의 섬유질 발생량은 해남2와 보령1 포장에서 수집한 고구마가 115.82, 114.6 mg/100g으로 발생량이 많았으며 함양은 87.46 mg/100g으로 발생량이 적어 차이가 있었다. 그러나 3개 지역 이외 16지점의 섬유질 함량은 지역별 94.63~108.52 mg/100g 범위로 유의성은 없었다.
4. 고구마의 섬유질 함량과 토양 중의 인산 함량은 R2= 0.58**, 유기물은 0.52* 그리고 pH는 0.51*로 각각 1%와 5% 수준에서 정의 상관을 보여 토양 중에 인산과 유기물 함량이 많고 pH가 높을수록 섬유질이 많음을 알 수 있었다.
5.재배지역의 강수량, 강수일수, 그리고 일조시간 등 기상여건과 고구마 섬유질 함량과의 유의성은 없는 것으로 나타났다.
