습식분쇄 시간에 따른 통메밀 분말의 품질특성

본 실험에 사용된 메밀은 경상북도 봉화군에서 2011년에 수확된 것을 구입하여 사용하였다. 메밀 가수분해에 사용 된 효소제는 α-amylase(14,500 unit/g, Daiwa Kasei, Osaka, Japan)를 이용하였다. Rutin, quercetin, 페놀 및 플라보노이 드 분석에 사용된 표준품은 Sigma사(St. Louis, MO, USA)에 서 구입하여 사용하였으며 그 외의 분석시약은 특급시약을 사용하였다.

메밀을 정제수에 3회 세척한 후 150%(v/w)의 물을 가하 여 압력솥(SJ-IA1030, Samsung, Seoul, Korea)을 이용하여 약 30분간 증자하였다. 이 후 효소처리를 위하여 200%(v/w) 의 물을 가수하여 분쇄한 뒤 α-amylase를 0.04%(v/w)첨가하 여 shaking water bath(HB205SWM, Hanbeak Scientific Co., Bucheon, Korea)에서 95℃, 1시간동안 효소처리하였다. 이 후 가수분해 된 메밀을 습식분쇄기를 이용하여 분쇄 시간에 따른 특성을 비교하였다.

효소처리 된 메밀을 습식분쇄기(LSI, NETZSCH, Selb Bavaria, Germany)를 이용하여 bead size 0.4 mm, rotor speed 3,000 rpm의 조건으로 분쇄하였다. 습식분쇄시간 10, 30, 60, 90 및 120분 동안 분쇄된 시료를 동결건조기(PVTFD20R, Ilshinbio, Yangju, Korea)를 이용하여 72시간 동안 건조한 분말을 시료로 활용하였다. 대조구는 메밀을 분쇄한 뒤 100 mesh체에 내려 탈피한 메밀쌀을 이용하였다.

통메밀 분말 및 메밀쌀의 색도는 색차계(CR-10, Minolta, Osaka, Japan)를 사용하였으며 명도(L), 적색도(a) 황색도 (b)값을 측정하여 Hunter’s color value로 나타내었다. 입도 분석은 통메밀 분말 및 메밀쌀에 증류수를 가하여 5%(w/v) 의 농도로 분산하여 입도분석기(LS 13320C, Beckman Coulter, Inc., Fullerton, CA, USA)를 이용하여 입도분석하 였다.

총 페놀성 화합물 및 총 플라보노이드 함량 분석을 위하 여 통메밀 분말 및 메밀쌀 각 1 g에 methanol을 20 mL 첨가 한 뒤 80℃에서 1시간 환류추출하여 전처리하였다. 총 페놀 성 화합물 함량은 Folin-Denis법(16)에 따라 시료 2 mL에 50% phenol reagent(Folin-Ciocalteau's reagent) 2 mL를 가하 여 혼합하고 3분 동안 반응시켰다. 이 후 10% Na₂CO₃ 2 mL를 첨가해 진탕한 다음 실온에서 1시간 방치한 후 UV-visible spectrophotometer(UV-1601, Shimadzu, Kyoto, Japan)를 이용하여 700 nm에서 흡광도를 측정하였다. 이때 표준물질은 tannic acid을 이용하였다. 총 플라보노이드 함 량은 Baek 등(17)의 방법을 변형하여 측정하였다. 즉, 전처 리 시료 1 mL에 90% diethylene glycol l0 mL를 넣고 혼합한 후 1 N NaOH용액을 0.75 mL 첨가한 다음, 30℃ 항온수조에 서 30분 동안 반응하여 UV-visible spectrophotometer를 이 용 420 nm에서 흡광도를 측정하였다. 이때 표준물질은 rutin을 이용하였다.

Rutin 및 quercetin함량 분석을 위하여 시료를 총 페놀성 화합물 및 총 플라보노이드 함량 분석과 동일한 조건으로 전처리하였다. 이 후 시료를 0.45 μm membrane filter(pore size 0.45 μm, Advantec MFS, Tokyo, Japan)로 여과하여 HPLC(Waters 1515, Waters Co., Milford, MA, USA)로 분석 하였다. 분석 column은 Symmetry C₁₈ Column(3.9×150 mm, Waters Co.)를 이용하였으며 mobile phase는 2.5% acetic acid와 methanol 및 acetonitrile을 40:5:10의 비율로 혼합하 여 사용하였고 flow rate는 0.8 mL/min, injection volume은 20 μL였다. Detector는 UV(Waters 2487, Waters Co.)를 사용 하여 350 nm에서 분석하였다.

통메밀 분말 및 메밀쌀의 무기질 함량은 Kim 등(18)의 방법으로 측정하였다. 즉, 일정량의 시료를 취하여 microwave digestion system(Ethos1, Milestone, Milan, Italy) 에 넣은 뒤 염산을 가하여 microwave로 산분해하였다. 이 후 산분해된 시료를 10배 희석한 뒤 ICP-AES(JY 38 PLUS, Jobin Yvon, Longjumeau, France)로 분석하였다. 분석에서 유속은 plasma 12 L/min, nebulizer 0.8 L/min(3.2 bar), carrier 은 0.2 L/min으로 설정하였다. 유리아미노산 함량은 각 시 료 5 g을 10배(v/w)의 증류수와 함께 마쇄한 후 4℃, 8,000 rpm에서 20분 동안 원심분리(Supra-21K, Hanil, Seoul, Korea)하여 상등액을 50 mL로 정용하였고, 이를 0.45 μm membrane filter(Millipore, Billerica, MA, USA)로 여과하였 다. 이 후 amino acid analyzer(L-8800, Hitachi, Tokyo, Japan) 로 분석하였다. Buffer change는 5 citrate lithium citrate buffer＋hydroxide solution이었으며 buffer flow는 0.35 mL/min, Ninhydrin flow rate는 0.3 mL/min이었다. Detector 의 파장은 hydroxyl proline과 proline의 경우 440 nm, 이를 제외한 나머지 아미노산의 경우 570 nm에서 측정하였다 (19).

메밀쌀 및 통메밀 분말의 입도, 색도 및 총 페놀성 화합물, 총 플라보노이드 함량, rutin, quercetin 및 무기질 함량은 실험 군당 3회 반복하여 평균값과 표준편차로 나타내었으 며 유리아미노산 함량은 1회 분석하여 나타내었다.

습식분쇄 시간에 따른 통메밀 분말 및 메밀쌀의 색도를 비교 분석한 결과 Table 1과 같다. 메밀쌀의 경우 L값 82.6, a값 –5.0 및 b값 12.7로 나타나 Kim 등(20)의 연구에서 사용한 일반 메밀 및 쓴메밀과 유사하게 나타났다. 습식분 쇄에 따른 통메밀과 메밀쌀의 색도는 L값의 경우 메밀쌀에 비하여 통메밀 분말이 약 20가량 감소하는 경향으로 나왔 으며 습식분쇄 시간에 따른 차이는 거의 없는 것으로 나타 났다. a값 및 b값의 경우 메밀쌀에 비하여 통메밀 분말에서 약간 높았으나 L값과 비슷하게 습식분쇄 시간에 따른 차이 는 없었다. 일반 메밀에 비하여 rutin 등의 플라보노이드의 색소의 함량이 높은 쓴메밀의 경우 L값은 약간 낮은 경향이 고 b값은 높은 경향이다(20). 따라서 본 연구에서 메밀껍질 이 함유된 통메밀 분말은 메밀쌀에 비하여 플라보노이드의 함량이 많은 것으로 여겨진다.

입도 분석결과 Table 2와 같다. 대조구인 메밀쌀의 평균 입자크기는 74.84 μm로 습식분쇄한 통메밀 분말에 비하여 약 4배에서 5배 이상 큰 것으로 나타났다. 습식분쇄 시간에 따른 통메밀 분말의 입자크기는 약간 감소하는 경향이었으 며 습식분쇄 120분에서 10.60 μm로 나타났다. Cho 등(21)의 연구에서 메밀전분의 평균 입자크기는 17.04 μm로 본 연구 의 통메밀 분말과 큰 차이가 없는 것으로 나타났다. 메밀쌀 및 통메밀 분말의 중심입경 분석결과 평균 입자와 비슷하게 메밀쌀이 습식분쇄 된 통메밀 분말에 비하여 매우 높은 경향이었으며 습식분쇄 시간이 길어질수록 약간 감소하였 으나 분쇄시간 90분 이후로는 차이가 없었다. 입자크기 하 위 10% 및 상위 90%의 평균 입자크기도 메밀쌀에 비하여 통메밀 분말이 매우 작은 것으로 나타났으며 특히 90% 이상의 입자크기는 메밀쌀에 비하여 통메밀 분말이 약 100 μm이상 작은 것으로 나타났다. 습식분쇄 시간에 따라서 모든 입자크기는 약간 감소하는 경향으로 나타났으나 습식 분쇄 90분 이후로 큰 차이가 없는 것으로 나타났다. 식품 원료의 입자크기는 미세할수록 반응 표면적이 커져 수분을 더 빠르게 흡수하여 점도가 상승하여 호화를 촉진시켜 소화 력을 높일 뿐만 아니라 전분의 amylose 함량의 감소로 인한 환원당 함량 증가로 인하여 관능적 특성이 개선될 수 있다 (22). 따라서 통메밀 분말의 제조를 위한 습식분쇄 시간은 90분이 적절한 것으로 판단된다.

습식분쇄 시간에 따른 통메밀 분말 및 메밀쌀의 총 페놀 성 화합물 및 총 플라보노이드 함량 분석 결과 Fig. 1과 같다. 통메밀 분말은 메밀쌀의 페놀성 화합물 함량 174.60 mg% 및 총 플라보노이드 함량 83.11 mg%에 비하여 모두 증가하였다. 습식시간에 따른 통메밀의 총 페놀성 화합물 함량은 분쇄 시간이 증가함에 따라 조금씩 증가하는 경향으 로 나타나 분쇄시간 120분 통메밀 분말에서 대조구에 비하 여 62.00 mg%증가하였다. 총 플라보노이드 함량의 경우 총 페놀성 화합물 함량에 비하여 분쇄 시간에 따라 함량이 더욱 높게 증가하였으며 대조구에 비하여 분쇄시간 120분 에서 약 2.16배 증가하는 것으로 나타났다. 이상의 결과 메밀쌀에 비하여 메밀껍질이 함유된 통메밀 분말의 총 페놀 성 화합물 및 총 플라보노이드 함량이 높은 것으로 여겨진 다. 또한 습식분쇄가 진행될수록 통메밀 분말 내 메밀껍질 의 함량이 증가하면서 페놀성 화합물 및 플라보노이드의 함량이 높아지는 것으로 판단된다. Park 등(5)의 연구에서 단메밀에서 메밀껍질이 메밀쌀에 비하여 플라보노이드 등 의 함량이 높다고 보고하여 껍질이 함유된 통메밀 분말의 플라보노이드 함량과 유사한 경향이었으나 총 페놀 화합물 의 경우 메밀 종자에서 약간 높은 경향으로 보고하여 본 결과와 상이하게 나타났다.

Fig. 1. Total phenol compound and total flavonoid contents of whole buckwheat powder by wet grinding time. Values are mean±SD (n=3).

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습식분쇄 시간에 따른 통메밀 분말 및 메밀쌀의 rutin 및 quercetin의 함량은 Fig. 2와 같다. Rutin함량의 경우 대조 구인 메밀쌀 44.10 ppm에 비하여 습식분쇄 10분 약 2배 증가한 뒤 습식분쇄 90분 152.90 ppm까지 증가하여 이후에 는 큰 변화가 없는 것으로 나타났다. Quercetin함량은 대조 구 14.80 ppm에 비하여 습식 10분 19.34 ppm으로 약간 증가 한 뒤 습식 시간에 따른 큰 함량 변화가 없는 것으로 나타났 다. 이상의 결과 rutin 함량이 높은 통메밀 분말 제조를 위한 습식분쇄 시간은 90분이 적절한 것으로 판단된다. Maeng 등(12)의 연구에서 메밀쌀에 비하여 메밀껍질의 rutin함량 이 품종에 따른 차이는 있으나 약 2∼9배 매우 높게 나타났 다. 따라서 습식분쇄 과정에서 플라보노이드 성분을 다량 함유한 메밀껍질이 포함된 통메밀 분말의 rutin 및 quercetin 의 함량이 높은 것이라 여겨진다.

Fig. 2. Rutin and quercetin contents of whole buckwheat powder by wet gr inding time. Values are mean±SD (n=3).

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습식분쇄 시간에 따른 통메밀 분말 및 메밀쌀의 무기질 함량 분석 결과 Table 3과 같다. 대조구인 메밀쌀에 비하여 통메밀 분말의 모든 무기질 함량이 증가하는 경향으로 나타 났다. Ca의 경우 대조구에 비하여 습식분쇄 10분에서 312.74 ppm증가하였으며 분쇄가 진행될수록 함량이 조금 씩 증가하였다. K 및 Mg의 경우 대조구에 비하여 습식분쇄 10분에서 함량이 각각 2.8배 및 3.2배로 매우 높게 증가하였 으며 Ca와 마찬가지로 분쇄가 진행될수록 함량이 증가하였 으나 분쇄 60분 이후 큰 차이가 없는 것으로 나타났다. Zn 및 Mn의 경우 대조구인 메밀쌀에서 검출되지 않았으나 습식분쇄 10분에서 각각 30.87 및 34.40 ppm으로 나타났으 며 분쇄가 진행될수록 약간 상승하는 경향이었다. 이는 메 밀쌀에 함유되지 않은 Zn 및 Mn 등이 메밀껍질이 첨가되면 서 검출되는 것이라 판단된다. Fe의 경우 대조구 43.62 ppm 에 비하여 습식분쇄 10분 98.46 ppm으로 증가한 뒤 분쇄가 진행될수록 함량이 증가하였으나 90분 이후로는 차이가 없는 것으로 나타났다. 따라서 통메밀 분말 제조를 위한 습식분쇄 시간은 90분이 무기질 함량에 가장 적합 한 것으 로 생각된다. 통메밀 분말 및 메밀쌀 모두 Shim 등(23)의 연구에서 사용된 메밀의 무기질 조성과 약간 다른 경향으로 나타났는데 이는 품종 및 지역적 차이에 의한 것이라 여겨 진다. Lee 등(1)은 메밀의 종피에 Ca, Fe, Mn 및 Zn의 무기질 함량이 많은 것으로 보고하여 본 연구결과 껍질이 제거된 메밀쌀에 비하여 통메밀 분말의 무기질 함량이 높은 것이라 생각된다.

입자크기, rutin 및 Fe 등 무기질 함량 등을 고려하여 습식 분쇄 90분 처리하여 제조한 통메밀 분말(A)과 메밀쌀(B)의 유리아미노산 함량 분석 결과 Table 4와 같다. 비필수 아미 노산의 함량은 (B)에 비하여 (A)에서 33.27 mg%증가하였 으나 필수아미노산의 함량은 10.33 mg%감소하는 것으로 나타났다. 필수 아미노산 성분 중 methionine 및 isoleucine 은 (A)에서 검출되지 않는 것으로 나타났으며 valine 및 lysine은 약간 감소하는 것으로 나타났다. (A)는 (B)에 비하 여 비 필수 아미노산 성분 중 glutamic acid는 14.58 mg%에 서 30.45 mg%로 두 배 이상 증가하였으며 aspartic acid 및 arginine의 함량이 각각 5.51 mg% 및 6.64 mg%증가하였 다. Shim 등(23)은 메밀의 주요 아미노산은 glutamin acid > argine = aspartic acid 등을 보고하여 본 결과와 유사한 경향으로 나타났으나 함량에는 차이를 보였는데 이는 품종 및 재배지역 등의 원인이라 여겨진다. 이상의 결과 통메밀 분말의 제조를 위한 습식분쇄 90분이 적절한 것으로 판단 되며 통메밀 분말의 경우 껍질의 rutin, quercetin, 무기질 및 유리아미노산 등의 기능성 성분의 활용이 가능하며 식감 개선이 가능한 것으로 나타나 향후 다양한 가공식품의 소재 로 활용이 기대된다.