서 론
재료 및 방법
시험 재료
도정 및 외관특성
이화학 특성
통계분석
결과 및 고찰
도정 및 외관특성
이화학특성(현미)
이화학 특성
이화학특성(백미)
제한점 및 향후 연구 방향
적 요
서 론
국내 쌀 생산량은 1970년대 통일벼 보급을 계기로 크게 증가하여, 1975년에는 10 a당 386 kg의 쌀 생산을 기록하며 최초로 쌀 자급률 100%를 달성하였고, 1990년에는 451 kg, 2024년 514 kg까지 증가하였다(Statistics Korea, 2025). 그러나 식생활 서구화와 인구구조 변화 등으로 쌀 소비량은 지속적으로 감소하여 1인당 연간 소비량이 1990년 119.6 kg에서 2024년 55.8 kg로 30여년 동안 절반 이상 감소하였다(Statistics Korea, 2025). 2000년 이후 쌀 생산량이 소비량을 초과하는 상황이 지속되면서 쌀 공급과잉 문제가 대두되었고, 이를 해결하기 위한 정책 중 하나로 ‘가루쌀 산업 활성화 정책’이 추진되었다. 이 정책은 가공용 쌀 수요 증가에 대응해 일반벼 재배면적을 줄이고 가루쌀 재배를 장려하는 것을 목표로 하며, 그 결과 가루쌀 재배면적은 2022년 100 ha에서 2024년 약 10,000 ha로 급격히 확대되었다. 가루쌀 품종 중 하나인 ‘바로미2’는 밥쌀용 벼와 달리 배유의 전분구조가 둥글고 밀도가 낮아 분쇄가 용이하며 손상전분이 적어 가공적성이 우수한 것으로 알려져 있다(Mo & Jeung, 2020).
그러나 가루쌀은 배유 내부에 공극이 많아 수분 흡수와 발아 속도가 빠르기 때문에 수발아 피해에 취약하다는 단점이 있다(Ha et al., 2022). 수발아란 벼의 종실이 수확 전에 발아가 가능한 상태로 성숙한 후, 발아에 유리한 환경조건에 노출되어 종실이 벼에 달린 채로 발아하는 현상을 뜻한다. 수발아 발생에는 종자의 휴면성, 종피 투수성, 호르몬 및 효소 활성 등 다양한 요인이 관여한다(Kim & Lee, 1996; Gubler et al., 2005; He & Yang, 2013). 수발아가 발생하면 수량뿐만 아니라 완전미율, 도정률, 전분 호화특성 등 품질 저하와 종자 활력 감소가 나타나며(Kim et al., 2008; Lee et al., 2020), 전분의 미세구조 변화로 가공적성도 저하된다(Han et al., 2021).
현재까지의 연구는 주로 인공적으로 발아를 유도하거나 포장에서 발생한 수발아 종자를 미발아 종실과 혼합해 시험하는 방식에 의존해왔으며(Ko et al., 2005; Lee et al., 2020; Han et al., 2021), 포장 시료를 활용한 경우에도 수발아 유무만 단순 비교하는 수준에 머물렀다(Zhu et al., 2019; Zhang et al., 2020). 이러한 접근법은 실제 포장 조건에서 나타나는 다양한 수발아 수준과 그에 따른 품질 변화를 충분히 반영하지 못할 가능성이 있다. 이는 포장 내에서 미발아 종실의 전분 분해 정도, 수발아 종실의 발아 진행 정도, 그리고 곰팡이 감염 등 여러 요인이 복합적으로 작용하기 때문이다. 특히 가루쌀은 수발아 피해 발생이 빈번하여 가공산업 활용 시 수발아 수준별 품질 저하의 임계점을 규명하는 것이 필요하다.
따라서 본 연구에서는 포장에서 수발아 수준별로 수집한 가루쌀 시료를 이용하여 수발아 발생률에 따른 가루쌀의 품질 변화를 평가하고, 실제 환경에서 수발아 수준별로 가루쌀 품질에 미치는 영향을 분석하고자 한다.
재료 및 방법
시험 재료
본 시험에서는 2023년도 전북 완주군의 국립식량과학원 포장에서 재배된 가루쌀 ‘바로미2’의 자연적으로 발생한 수발아 종자를 수집하여 이용하였다. 수집한 종자는 총 10점으로, 각각 이앙시기가 5월 중순부터 6월 하순까지로 다양하고 재식밀도나 질소시비량 등 재배방법이 상이하여 수발아 발생률은 0~50.9%로 다양하였다. 수집한 시료를 배합하여 수발아율이 0, 4, 7, 10, 15, 20, 25, 30, 40, 50%가 되도록 맞추었다. 수발아 수준은 현재 가루쌀 매입규격(특등 피해립 4% 미만, 1등 7% 미만, 2등 10% 미만)을 기준으로 설정하였다.
도정 및 외관특성
정조 1 kg를 제현한 후 얻어진 현미의 중량으로 제현율을 계산하고, 현미 중 250 g를 도정하여 얻은 백미의 중량을 통해 현백률을 산출하였다. 도정 균일도를 확보하기 위하여 일본 등에서 쌀의 도정도 기준으로 사용되고 있는 백도(whiteness)를 측정하였다(Kim et al., 2005). 현미와 백미의 품위 조사는 ‘농업과학기술 조사분석기준(RDA, 2012)’과 ‘곡류 검사기준 도감(2021)’에 따르되, 가루쌀 품종에서는 현미상태의 ‘사미’와 ‘미숙립’, 백미의 ‘분상질립’은 구분이 어려워 완전립에 포함하였다.
이화학 특성
현미와 백미는 위의 품위조사에서 완전미로 분류된 종자만을 FOSS CyclotecTM mill을 이용해 가루로 제분하여 전분호화특성, Falling number, 색도를 분석하였다. 전분호화특성은 신속점도측정기(RVA-4500, PerkinElmer)를 이용하여 쌀가루 3 g(수분 14% 기준)에 25 ml 증류수로 현탁액을 만들어 50℃부터 호화를 시작하여 95℃까지 상승시킨 후 50℃로 다시 냉각시키면서 호화 및 노화특성을 측정하였다. Falling number는 AACC법(2000)에 준하여 Falling Number System (FN 1900, Perten Instruments, Sweden)을 이용하여 측정하였다. 현미와 백미 가루의 색도는 Colorimeter (Chromometer CM-3500D, Minolta Co., Japan)를 사용하여 측정하였다. 일정량의 시료를 측정용 셀(35 × 20 × 50 mm)에 담아 수발아율별로 Hunter’s value인 명도(L*), 적색도(a*), 황색도(b*) 값을 측정하였다.
통계분석
실험 결과에 대한 통계분석은 R studio (v.4.2.1)를 사용하여 수행하였으며, 분산분석(ANOVA)을 통해 유의성을 검정하였다. 유의성이 인정된 항목에 대해서는 Duncan’s multiple range test (DMRT)을 실시하여 P<0.05 수준에서 사후검정을 실시하였다.
결과 및 고찰
도정 및 외관특성
수발아율이 높아질수록 제현율(Brown rice recovery)과 현백률(Polished rice yield)은 전반적으로 감소하는 경향을 나타냈다(Table 1, Fig. 1). Fig. 1에서 나타난 바와 같이 제현율은 수발아율 증가에 따라 제현 과정 중 손실이 커지면서 대체로 선형적으로 감소하였다. 수발아가 발생하지 않은 시료의 제현율은 82.7%였으나, 수발아율 25% 이상은 제현율이 80% 이하로 급격히 감소하였다.
현백률의 변화는 제현율보다 더욱 뚜렷하게 나타났다. 수발아율 15% 시료의 현백률은 84.2%였으나, 수발아율이 20%로 증가하자 78.3%로 급격히 감소하였고, 이후 수발아율이 50%까지 증가함에 따라 65.1%로 크게 낮아졌다. 현백률은 85.8%에서 65.1%로 20.7%p 감소하였으며 이러한 변화 폭은 제현율이 7.4%p 감소한 것보다 훨씬 컸다.
백도(Whiteness)는 도정시 얼마만큼 깎였는지 판단하기 위한 지표로, 완전한 어둠을 0, 마그네슘 리본을 태울 때 발생하는 흰 연기를 100으로 하여 그 사이를 100등분한 빛 반사지수이다(Kim et al., 2005). 본 연구에서는 백도를 51~52 수준으로 유지하려 하였으나, 수발아율이 20% 이상인 시료에서는 백도 조절이 쉽지 않았다. 특히 수발아율이 증가함에 따라 백도가 점차 상승하는 경향을 보였으며(Fig. 1), 급격히 변화하는 구간(수발아율 20%)과 현백률이 크게 감소하는 구간이 일치하였다. 이는 수발아가 심하게 발생할 경우 도정이 불균일해져 도정수율에 부정적인 영향을 줄 가능성이 있음을 시사한다.
Table 1
Milling characteristics-related differences by the pre- harvest sprouting rates of floury rice (PHS; Pre-harvest Sprouting).
현미와 백미의 외관 특성도 수발아율에 따라 뚜렷한 차이를 보였다(Fig. 2). 수발아율이 높아질수록 배의 돌출과 변색이 심화되었으며, 특히 수발아율 20% 이상에서는 종실의 배 부위에 팽창 후 수축된 흔적과 갈변이 다수 관찰되었다.
품위 조사 결과에서도 수발아율 증가에 따라 완전미율(Head rice ratio)이 감소하는 경향이 확인되었다(Table 2). 현미의 경우, 수발아율이 10% 이하인 시료에서는 완전미율이 80% 이상으로 상대적으로 높고 피해립(Damaged kernels) 비율도 낮았으나, 미숙립(Immature kernels) 비율도 8~11%로 나타나 완전미율에 영향을 미쳤다. 반면, 수발아율이 25% 이상으로 증가하면 완전미율은 급격히 감소하여 70% 이하로 하락하였다. 백미 역시 수발아율 증가에 따른 품질 저하가 뚜렷하게 나타났다. 수발아율 4% 시료의 완전미율은 72.3%였으나, 7%에서 68.2%로 감소하였고, 30%와 40% 시료에서는 각각 59.1%에서 55.8%로 급격히 하락했다. 이러한 완전미율 감소는 싸라기(Broken kernels) 비율의 증가와 밀접하게 연관된 것으로 판단된다. 싸라기 비율은 수발아율이 4%에서 7%로 증가할 때 13.8%에서 16.1%로 크게 상승하였으며, 30%에서 40%로 증가할 때도 17.5%에서 21.5%로 상승하였다. 특히, 수발아율 50% 시료에서는 싸라기 비율이 22.3%로 가장 높게 나타났다.
이러한 결과는 벼의 수발아가 심할수록 싸라기 비율이 높아지고 완전미율이 낮아진다고 보고한 기존 연구 결과와 일치하였다(Oh et al., 1987; Lee et al., 2020).
Table 2
Appearance quality-related changes by the pre-harvest sprouting levels in floury brown and white rice.
이화학특성(현미)
수발아 발생률에 따른 현미의 전분 호화특성은 Table 3과 Fig. 3에 나타낸 바와 같다. 호화특성은 쌀과 같은 전분 식품의 가공 적성을 평가하는 중요한 지표로 활용된다(Nunez-Santiago et al., 2004).
수발아율이 증가할수록 최고점도(Peak viscosity), 최저점도(Trough viscosity), 최종점도(Final viscosity) 등 대부분의 점도 특성이 전반적으로 감소하는 경향을 보였으며, 특히 수발아율 20% 이상 시료에서 이러한 감소가 두드러지게 나타났다. 반면, 강하점도(Breakdown viscosity)는 수발아율에 따른 뚜렷한 변화가 나타나지 않았다. 또한 호화개시온도(Pasting onset temperature)는 수발아율 증가에 따라 완만히 상승하는 경향을 보였다(Table 3). Fig. 3의 점도 곡선에서도 수발아율이 증가할수록 전체 곡선의 높이가 낮아지며, 20% 이상 시료에서는 점도 곡선의 최고점이 크게 낮아지고 냉각 후 점도의 회복도 저하되는 양상이 관찰되었다.
Table 3
Changes in pasting viscosity properties of brown rice according to the pre-harvest sprouting rate.
이러한 점도특성의 변화는 수발아 과정 중 단백질 및 전분 분해효소의 활성화로 인해 전분과 단백질이 저분자화되면서 전분구조의 파괴가 촉진되고, 아밀로스의 용출이 용이해진 결과로 해석된다(Zhang et al., 2020). 이러한 현상은 밀에서도 보고된 것으로, 수발아 발생 시 아밀로펙틴의 분지사슬이 짧아지고 α-amylase 활성이 증가하여 최고 및 최종점도가 크게 감소했다는 기존 연구결과와 일치한다(Simsek et al., 2014).
수발아 증가에 따라 치반점도(Setback viscosity) 역시 감소하는 경향을 보였다. 치반점도는 전분의 노화와 양의 상관관계를 가지며, 치반점도가 감소하면 전분의 노화가 지연되어 조리 후 식감이 굳어지는 현상이 줄어든다는 보고도 있다(Kim et al., 2011; Choi et al., 2015). 그러나 본 연구에서 나타난 치반점도의 감소는 단순히 노화 지연으로 해석하기에는 무리가 있다. 치반점도는 최종점도와 최저점도의 차이를 나타내는데, 수발아가 진행된 시료에서는 최종점도가 최저점도보다 더 크게 감소하면서 치반점도 역시 낮아진 결과로 볼 수 있다. 최종점도는 냉각 과정에서 아밀로펙틴과 같은 전분분자가 재결합하여 점도가 상승한 상태를 반영하는데, 수발아 시료에서는 아밀로스와 아밀로펙틴 함량이 감소하여(Zhang et al., 2020) 재결합이 가능한 전분 분자가 줄어든 결과로 보인다.
Falling number는 호화시킨 곡물가루 반죽에 금속구를 떨어뜨려 통과하는 데 걸리는 시간을 측정한 값이다. 밀에서는 Falling number에 대한 연구가 활발히 진행되어왔으며, 품종이나 질소 시비량 등 다양한 요인과 연관되지만 특히 수발아와 밀접한 관계가 있는 것으로 보고되었다(Perten, 1964; Huang & Varriano-Marston, 1980; Detje, 2008; Kim et al., 2013). 일반적으로 수발아가 발생한 종자는 α-amylase 활성 증가로 인해 전분이 분해되면서 반죽의 점도가 낮아지고, 그에 따라 Falling number 값도 감소하게 된다. 벼에서는 상대적으로 관련 연구가 적으나, 수발아 처리 기간이 길어질수록 Falling number가 낮아지는 경향을 보였다는 보고가 있다(Imabayashi, 1998).
본 연구에서도 수발아율이 증가함에 따라 Falling number는 전반적으로 감소하였으며(Fig. 4), 특히 현미 수발아율이 10%에서 15%로 증가할 때 343 sec에서 295 sec로 크게 감소하는 양상이 나타났다. 이후 수발아율 50% 시료에서는 Falling number가 172 sec로 최저치를 기록하여, α-amylase 활성 증가로 인한 전분 분해의 영향이 매우 뚜렷한 것으로 나타났다.
한편, Hunter’s 색차계를 이용하여 측정한 색도의 경우, 수발아율 증가에 따라 황색도(b*)는 다소 감소하는 경향을 보였으며(Table 4), 명도(L*)와 적색도(a*)의 경우 일정한 경향성이 나타나지 않았다. 색도 측정 결과, 수발아율 간 유의차는 있었으나 차이가 크지 않아 제분 후 가루의 색도에는 영향이 미미할 것으로 판단된다.
Fig. 4.
Changes in the falling number† of brown rice according to pre-harvest sprouting rate †Falling number is the time (in seconds) a metal plunger takes to fall through a gelatinized cereal flour suspension. *Values with different letters in the same column are significantly different (p < 0.05) according to Duncan’s multiple range test.
Table 4
Hunter’s color chacteristics of brown rice flour by the pre-harvest sprouing rate.
| PHS (%) | L*(Lightness) | a*(Red/green) | b*(Yellow/blue) |
| 0 | 75.3h | 2.9a | 20.5a |
| 4 | 75.2i | 2.5bc | 19.3bc |
| 7 | 75.9g | 3.0a | 19.5b |
| 10 | 76.0f | 2.8abc | 19.4b |
| 15 | 76.1e | 2.7abc | 18.9cd |
| 20 | 77.6b | 2.4c | 19.4b |
| 25 | 77.9a | 2.4c | 18.5de |
| 30 | 76.5d | 2.8ab | 18.9c |
| 40 | 76.6c | 2.7abc | 18.9cd |
| 50 | 76.5cd | 2.7abc | 18.3e |
이화학특성(백미)
백미의 전분 호화특성은 현미와는 달리, 수발아율이 증가할수록 대체로 점도 특성이 증가하는 경향을 보였다(Table 5, Fig. 5). 수발아율이 높아짐에 따라 최고점도(Peak viscosity), 최저점도(Trough viscosity), 강하점도(Breakdown viscosity) 및 호화개시온도(Pasting onset temperature)가 전반적으로 증가하였고, 치반점도(Setback viscosity)는 감소하였다. 특히 수발아율 20% 이상의 시료에서는 최고점도와 최저점도의 상승 폭이 크게 나타나 Fig. 5의 점도 곡선에서도 곡선 최고점이 더욱 높아지는 양상이 확인되었다. 이러한 점도 특성의 변화는 앞서 관찰된 Table 1의 백도 증가와 연관될 가능성이 있다. 수발아율 20% 이상에서는 도정 과정에서 표층 제거가 크게 이루어지며 백도가 증가하였는데(Table 2), 이로 인해 표층부의 단백질·지질 등이 제거되고 전분 비율이 상대적으로 높아져 점도가 상승한 것으로 보인다. 이러한 현상은 Lim et al. (1999)이 보고한 바와 같이, 쌀 전분에서 잔류 단백질 함량이 낮을수록 전분의 pasting viscosity가 증가하는 경향과도 일치한다. 따라서 수발아로 인한 도정 손실 및 표층부 박리로 전분의 집중도가 높아진 결과일 가능성이 크다.
Table 5
Changes in pasting viscosity properties of white rice according to the pre-harvest sprouting rate.
백미의 Falling number는 명확한 경향성은 관찰되지 않았으나, 수발아율 30% 이상 시료에서 유의하게 감소하는 경향이 확인되었다(Fig. 6). 이는 α-amylase 활성 증가로 인한 전분 분해 영향이 30% 이상 고수발아 시료에서 두드러지게 작용한 것으로 보인다.
Hunter’s 색차계로 측정한 백미 가루의 색도는 수발아율이 증가할수록 황색도(b*)가 감소하고 명도(L*)는 증가하는 경향을 보였다(Table 6). 이러한 색도 변화 역시 표층부 제거가 크게 이루어진 것과 관련된 것으로, 백도의 증가와 함께 가루의 외관이 밝아졌기 때문으로 해석된다. 적색도(a*)는 수발아율과 뚜렷한 상관성을 보이지 않았다.
백미의 경우, 수발아로 인한 도정 불균일 및 도정 중 시료 손실 발생으로 인해 수발아 수준에 따른 이화학적 품질 특성이 현미에 비해 뚜렷하게 반영되지 못한 것으로 판단된다.
Table 6
Hunter’s color chacteristics of white rice flour by pre-harvest sprouing rate.
|
PHS (%) | L*(Lightness) | a*(Red/green) | b*(Yellow/blue) |
| 0 | 84.1 ± 0.0h | 0.5 ± 0.0bc | 14.7 ± 0.2a |
| 4 | 86.3 ± 0.1d | 0.2 ± 0.0f | 13.2 ± 0.1de |
| 7 | 85.6 ± 0.0f | 0.3 ± 0.0de | 14.0 ± 0.4b |
| 10 | 85.8 ± 0.0e | 0.4 ± 0.1cd | 13.7 ± 0.3bc |
| 15 | 85.4 ± 0.0g | 0.5 ± 0.0b | 13.5 ± 0.0bcd |
| 20 | 87.1 ± 0.0b | 0.2 ± 0.1ef | 12.7 ± 0.2fg |
| 25 | 85.9 ± 0.0e | 0.6 ± 0.1a | 13.5 ± 0.2cd |
| 30 | 87.1 ± 0.1b | 0.3 ± 0.1def | 12.9 ± 0.2ef |
| 40 | 86.8 ± 0.0c | 0.4 ± 0.1bcd | 12.4 ± 0.2g |
| 50 | 87.3 ± 0.0a | 0.3 ± 0.1de | 12.7 ± 0.1fg |
제한점 및 향후 연구 방향
일반 벼에서도 수발아가 수량과 품질, 종자 활력에 부정적인 영향을 미친다는 연구가 다수 보고되어 왔다. 구체적으로 수발아는 완전미율, 도정률, 현미 천립중 등을 감소시키고(Kim et al., 2008; Lee et al., 2020), 전분 호화특성 및 Apparent amylose content(AAC)와 같은 전분의 물리화학적 성질을 저하시킨다고 연구된 바 있다(Li et al., 2016; Li et al., 2017). 본 연구는 가루쌀 품종에 한정하여 수행되었으므로 일반 밥쌀용벼와의 직접적인 비교는 이루어지지 않았으나, 본 연구 결과 역시 일반 벼에서 보고된 품질 저하 경향과 유사하였다. 다만 일반 벼는 다각형 전분 구조와 치밀한 배유조직을 가지는 반면, 가루쌀은 전분입자가 둥글고 공극이 많다는 특성이 있어(Mo & Jeung, 2020), 이러한 구조적 차이는 수발아 발생 시 전분 분해 효소의 작용, 아밀로스 용출, 전분 호화특성 변화 등에 서로 다른 영향을 미칠 가능성이 있다.
본 연구는 자연상태에서 수발아가 발생한 다수의 가루쌀 시료를 수집하여 품질 특성의 변화를 정량적으로 분석했다는 점에서 기존 연구보다 현장 적용성이 높은 자료를 제공한다. 그러나 본 실험은 단년차 및 단일 지역 시료에 국한되어 수행되었기 때문에, 기상조건이나 재배환경이 상이한 경우 수발아율이 동일하더라도 품질 경향이 달라질 가능성이 있다. 또한 본 실험에서 수발아율에 따른 간접적인 이화학적 특성 변화는 분석하였으나, 이러한 변화가 실제 가공적성에 미치는 직접적인 영향은 평가하지 못하였다. 따라서, 추후 다양한 환경조건의 시료를 대상으로 실제 가공시험을 수행한다면 보다 실용적인 기준을 정립할 수 있을 것으로 기대된다.
적 요
본 연구에서는 포장에서 수집한 가루쌀 ‘바로미2’의 수발아 발생률에 따른 도정, 외관 및 이화학적 특성을 분석하였다.
1.도정 수율 측면에서, 수발아율 25% 이상 시료에서는 제현율이, 20% 이상에서는 현백률이 현저히 감소하였다. 특히 백미 도정 시에는 수발아로 인한 손실이 제현할 때보다 더 크게 나타났다.
2.외관 및 물리적 품질 특성은 수발아율 15% 이상부터 현미의 완전미율이 급격히 감소하였고, 백미는 수발아율 30% 이상에서 완전미율이 감소하면서 외관품질의 저하가 뚜렷하게 나타났다.
3.전분 호화특성은 현미에서 수발아율 25%부터 급격한 호화점도 감소가 발생하였다. 수발아에 의한 전분 분해를 간접적으로 확인하는 지표인 Falling Number는 현미는 수발아율 15% 이상에서, 백미는 30% 이상에서 급격히 감소하여 품질 저하를 나타냈다.
4.색도 측면에서는, 수발아율 증가에 따라 현미는 황색도(b*)와 명도(L*)가 감소하였고, 백미는 명도가 증가하는 경향을 보였다. 그러나 색도 변화는 전반적으로 미미하여, 가공 후 제품 품질에 미치는 영향은 크지 않을 것으로 판단된다.
5.이상의 결과를 종합하면, 수발아율이 15% 이상에서는 외관특성과 Falling number, 20% 이상에서는 도정수율, 25% 이상에서는 전분 호화특성의 저하가 관찰되었다. 따라서 제분하여 활용하는 가루쌀 품종의 특성상, 도정수율 및 가공적성 유지를 위한 수발아율 관리 기준은 15% 이하로 설정하는 것이 적절하다고 판단된다.
