다수성 통일형을 포함한 벼 품종이 쌀미음 품질특성에 미치는 영향

본 실험에서는 다수성 통일형 벼를 포함한 9 품종을 시험재료로 선택하였다. 품종은 아름, 남천, 한아름3호, 한아름4호, 운광, 대보, 고아미4호, 도담쌀, 화선찰(Table 1)이며 2016년 국립식량과학원에서 생산된 것을 시료로 사용하였다. 현미기(Model SY88-TH, Ssangyoung Ltd., Incheon, Korea)로 왕겨를 제거한 현미는 정미기(Model MC-250, Wakayama Co., Ltd., Wakayama, Japan)를 이용하여 백미로 도정하였고 분석방법에 따라 가루 시료가 필요한 실험에는 분쇄기 Cyclon mill(CyclotecTM 1093, FOSS Co., Hillerod, Denmark)로 분쇄하여 100 mesh 체로 걸러 시료로 사용하였다.

아밀로스 함량은 Juliano(12)의 비색정량법에 따라 분석하였다. 분쇄시료 100 mg에 95% ethanol과 1 N sodium hydroxide를 가하고, 100℃에서 호화시킨 후 냉각하였다. 이 호화액에 1 N acetic acid와 2% I₂-KI 용액을 첨가하여 정색반응을 시킨 다음, 분광광도계(Evolution 500, Thermo, Madison, WI, USA)를 이용한 620 nm의 파장에서 흡광도를 측정하였다.

품종별 쌀의 저항전분 함량은 Megazyme kit(K-TSTA, Megazyme International Ireland Ltd., Wicklow, Ireland)를 구입하여 분석하였다. 시료 100 mg에 pancreatin α-amylase로 37℃에서 16시간 반응 후 침전물에 2 M KOH 용액을 첨가하여 분산 및 용해시켰다. pH 3.8인 1.2 M sodium acetate buffer와 amyloglucosidase을 첨가하여 50℃에서 30분 반응시킨 후 가수분해된 glucose양에 따라 저항전분을 환산하여 계산하였다.

쌀의 조단백질은 Micro Kjeldahl법에 따라 Foss digester 2020와 자동분석장치(Foss Kjeltec 2400, Foss Tecator, Huddinge, Sweden)로 정량하였다.

쌀가루의 아밀로그램 특성 분석은 Rapid visco analyzer (RVA-4, Newport scientific, Warriewood, NSW, Australia)를 이용하여 쌀가루 3 g에 25 mL 증류수로 현탁액을 만들어 960 rpm으로 섞고 160 rpm의 plastic paddle 조건에서 50℃부터 호화를 시작하여 95℃까지 상승시킨 후 50℃로 다시 냉각시키면서 점도를 측정하였다(13).

세척한 쌀 20 g을 부피 2배 분량의 물에 30분간 수침하였다. 수침 후 15분 이상 물 빼기 한 쌀에 기존 쌀 무게 기준의 7배 물을 가하여 homogenizer로 2분 동안 균질화한 후 기타액체가열기기(RFM-1000, JoyoungOnondo Small Household Appliances Co., Hangzhou, China)로 10분 가열하여 제조 후 60℃ 또는 실온으로 식혀 품질특성을 분석하였다.

충분히 식힌 미음 10 g을 취하여 색도계(CR-300, Minolta, Tokyo, Japan)를 이용하여 3회 반복 측정하였고 그 평균값을 Hunter’s Lab scale에 의한 명도(L), 적색도(a), 황색도(b)값으로 나타내었다. 표준백판의 L 값은 97.38, a 값은 -0.02, b 값은 +1.66이었다. pH 측정은 시료 20 g을 취하여 pH meter(Metrohm 691, Metrohm, Herisau, Switzerland)를 이용하여 측정하였다.

미음의 점도를 측정하기 위해 점도계(RVDV-Ⅱ+, Brookfield Engineering Lab., Inc., Middleboro, MA, USA)를 이용하여 측정하였다. Spindle No.2,3,6을 사용하였고, 각 시료는 100 mL의 용기에 담아 20 또는 30 rpm으로 60℃ 온도를 유지하면서 측정하였다. 죽의 퍼짐성은 Line Spread Chart를 사용하여 60℃ 죽 35 g을 취하여 Polyethylene 원통에 가득 채워 넣고 1분이 지난 후 원통을 단번에 들어 올려 정확히 1분 간 시료가 흐르도록 한 후 4군데의 퍼진 거리를 측정하여 평균값을 구하였다(5).

쌀 입자와 호화된 미음의 형태는 쌀 낟알과 동결건조 시킨 미음을 절단하여 탄소 테이프 위에 고정시킨 후 scanning electron microscope(SEM; TM3000, Hitachi, Tokyo, Japan)을 이용하여 각각 2,000배, 1,800배 확대하여 관찰하였다.

모든 데이터는 3회 반복 측정하였으며, mean±SD로 표현하였다. 얻어진 결과를 SPSS package(version 12.0, SPSS Inc., Chicago, IL, USA)를 이용하여 다범위검정(Duncan’s multiple range test)을 통하여 p<0.05 수준에서 유의성 있는 그룹간의 차이를 검정하였으며, 상관관계는 Pearson의 상관계수로 나타내었다.

쌀로 밥을 지을 때나 가공식품을 제조할 때 맛이나 조리, 가공 상의 특성에 영향을 미치는 요인으로 전분, 단백질, 지방 등이 있다(14). 이 중에서도 전분의 아밀로오스 함량은 쌀의 조리특성과 밥의 조직감, 광택 등 식미를 결정하는 가장 중요한 요인으로서 품종들의 아밀로오스와 단백질 함량은 Table 1과 같았다(육성년도 기준). 찰벼인 화선찰이 5.0%로 가장 낮았고, 다른 메벼 품종들은 18.2-19.9% 범위를 보였으며, 고아밀로오스 벼인 고아미4호와 도담쌀이 각각 31.8, 42.8%를 나타내었다. 단백질은 전분 입자표면에 달라붙어 있으면서 전분입자를 감싸고 있다가, 수분을 흡수하면 깨지게 되어 단백질과 전분 사이의 결합이 약하게 된다고 보고된 바 있다(15). 본 실험에 사용한 품종들은 단백질 함량이 5.5(대보)-7.3%(한아름3호)의 범위를 나타냈다. Juliano(12)는 이들에 의한 전분의 팽윤억제로 전분의 호화특성에 직접적으로 영향을 주어 밥의 식감과 부의 상관을 가진다고 하였는데 미음은 수침, 마쇄, 가수 및 호화 처리를 거치므로 취반에 미치는 단백질의 영향과는 다를 수 있을 것이라 생각된다.

호화는 전분의 아밀로오스와 아밀로펙틴의 구성 비율, 전분의 구조 차이, 전분 입자의 팽윤 정도, 단백질과 지방 함량 차이 등 다양한 요인에 의해 영향을 받는 것으로 알려져 있다(16-17). 9개 벼 품종(통일형 4개, 자포니카형 5개)의 호화특성을 신속점도 분석기(rapid viscosity analyzer; RVA)를 이용하여 분석한 결과는 Table 2와 같았다. 쌀가루를 물과 함께 가열하면 전분입자는 물을 흡수하여 팽윤하고 부피 증가로 인해 점성이 증가하는데(18-19), 최고점도(peak viscosity)는 한아름4호가 213.9 RVU로 높았고, 도담쌀이 38.63 RVU로 가장 낮았다. 최저점도(trough viscosity)는, 고아미4호가 173.08 RVU로 가장 높았고 도담쌀이 32.21 RVU로 가장 낮았으며, 화선찰도 89.67 RVU로 낮았다. 강하점도(breakdown)는 호화중의 열, 전단에 대한 저항을 나타내는 값으로, 아밀로오스 함량과 부의 상관관계가 있다고 알려져 있는데, 고아밀로오스 품종인 도담쌀과 고아미4호가 각각 6.42, 17.50 RVU로 낮았고, 한아름4호가 98.7 RVU로 높았다. 최종점도(final viscosity)는 고아미4호가 254.38 RVU를 나타내어 고아미4호로 만든 죽의 노화가 가장 빠를 수 있을 것으로 생각되었으며, 화선찰(109.00 RVU)과 한아름4호(200.80 RVU)는 다른 품종들에 비하여 노화가 느릴 것으로 판단되었다. Juliano BO(15)에 의하면 아밀로오스 함량이 높을수록 전분분자들이 재결합 속도가 빨라 점도가 상대적으로 빨리 증가한다고 하였다. 또한 노화경향을 나타내는 치반점도(setback)에서는 한아름4호, 화선찰이 각각 -13.2, -27.50 RVU로 노화가 느릴 것으로 예상되며, 한아름3호가 74.17 RVU로 노화가 가장 빨리 진행될 것으로 판단된다. 치반점도(setback)와 최종점도(final viscosity)가 낮은 한아름4호, 화선찰 등이 노화가 느린 특성을 필요로 하는 제품 원료로 적합할 것으로 사료되며 도담쌀은 전분체 고유의 물리적 구조와 그로 인한 영향으로 호화가 잘 되지 않는 것으로 판단되어 호화 점도 고찰에서는 일부 제외하였다. 호화개시온도(Pasting temperature)는 도담쌀 79.5, 고아미4호 78.0, 그 외 품종들은 68.1-68.3 범위를 나타내었다. 통일형 멥쌀 4개 품종과 일반형 멥쌀 3개 품종 간에는 차이가 없었으며, 고아밀로오스 품종인 ‘고아미4호’와 ‘도담쌀’은 멥쌀과 찹쌀에 비해서 높았다. Peak time은 화선찰벼, 한아름4호가 각각 4.2, 5.9분을 나타내었고 그 외 품종들은 6.0-6.44분을 나타내었다. 찰벼 품종들이 최고점도에 이르는 시간이 짧았고, 고아밀로오스 벼 품종들이 다른 품종들에 비해 호화를 위한 에너지가 큰 것을 확인하였다. 호화액의 점도 변화는 호화과정 중에 용출된 아밀로오스, 전분입자, 팽윤된 입자로부터 용출된 직선상의 고분자에 의해 기인되는 것으로 판단하였다. 6개 멥쌀(찹쌀, 고아밀로오스 제외) 품종 중에서 한아름4호가 최고점도 및 강하점도가 다른 품종들보다 높았고, 치반점도는 낮았다. 찹쌀(화선찰)은 멥쌀에 비하여 최고, 최저, 최종 및 치반점도가 낮았는데, 이는 선행연구 결과와 유사하였다(20). 찹쌀 호화액의 최고점도는 호화된 아밀로펙틴의 수화정도와 탈 분지정도에 의해 영향을 받는데 이는 아밀로오스가 용출될 수 없기 때문으로 생각된다. 반면, 쌀가루의 호화점도는 아밀로오스 함량이 높을수록 최고, 최저 및 최종점도가 낮고, 치반점도가 높은 것으로 알려져 있으나(20-21), 본 시험에서 이용한 고아밀로오스 품종인 ‘고아미 4호’와 ‘도담쌀’의 호화점도 특성 차이가 크게 나타났다. 이는 전분의 구성 비율뿐만 아니라 전분의 구조적 차이, 기타 요인 등 요인 구명을 위한 추가적인 연구가 이루어져야 할 것으로 사료되었다. 이러한 품종별 쌀가루의 호화점도 특성 차이가 쌀미음의 주요 가공특성인 퍼짐성과 점도에 영향을 미칠 것으로 예상되었다.

Fig. 1. . Varietal difference in spreadability of the rice porridge made from (A) Dodamssal, (B) Hanareum4 and (C) Hwaseonchal.

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벼 품종에 따른 미음을 제조한 후 색도와 pH를 분석한 결과 Table 3과 같이 품종간의 유의적인 차이가 나타났다. 색도 측정은 확산 조명이 시료 표면에 조사되고 표면에서 반사된 빛을 센서로 감지하는데 품종에 따른 쌀알의 구조적 인 특징, 공극의 양 등이 다르므로 이와 같은 차이가 나는 것으로 판단되었다. 명도값에서는 아밀로오스 함량(찰벼, 일반메벼, 고아밀로오스벼 등)에 따른 유의적인 차이가 보였으나, 시료수를 고려했을 때, 더 많은 품종에 대한 실험이 필요하다고 생각되었다. 고아밀로오스 품종인 ‘도담쌀’과 ‘고아미4호’의 L 값이 각각 71.12, 67.09로 높았고, ‘화선찰’이 52.90으로 가장 낮았다. a 값은 ‘고아미4호’ -2.06에서 ‘화선찰’ -1.01의 범위였고, b 값은 ‘화선찰’ -5.59에서 일반형 멥쌀인 ‘운광’ -2.62의 범위였다. 쌀미음의 pH를 측정한 결과 pH 6.61(화선찰)에서 7.16(운광)의 범위를 나타내었는데 이는 Hwang 등(22)의 일반쌀죽의 pH가 6.51이었다는 연구결과와 유사하였다.

품종별 미음 제조 후 점도와 퍼짐성은 각각 Table 4, Fig. 2와 같았다. 점도는 품종별로 spindle No.를 달리하여 측정하였는데 도담쌀(고아밀로오스)은 No.6, 20 rpm, 고아미4호(고아밀로오스)는 No.3, 20 rpm 조건에서 측정하였으며 나머지 품종(멥쌀, 찹쌀)들은 No.2, 30 rpm 조건으로 측정하였다. 도담쌀은 31,150 cP, 고아미4호는 2,555 cP, 화선찰은 561.35 cP를 나타내었으며 나머지 품종들은 561.4-758.7 cP 범위를 보였다. 먼저, 도담쌀로 만든 미음의 점도가 현저히 높은 것은 아밀로오스들이 치밀하게 밀집된 구조인 고아밀로오스 품종의 전분체 특성으로 인해 물리적으로 수화 및 호화가 잘 되지 않기 때문에 전분립들이 잘 풀어지지 않는다고 판단되었다. 다만, 고아미4호도 고아밀로오스 품종인 점을 감안하면 도담쌀 품종 고유의 특성인 전분체의 구성물질의 조성과 함량, 결합강도가 다른 고아밀로오스 품종과는 다소 다를 것으로 예상되었다. 화선찰과 같은 아밀로펙틴 함량이 높은 품종(점도를 증가시키는 아밀로오스 함량이 낮음)은 전분의 수화 및 호화가 용이하여 금새 풀어져 낮은 점도를 나타내었는데, 일반 메벼(대보)의 점도도 다소 낮은 것으로 보아 미음의 점도에 아밀로펙틴뿐만 아니라 단백질, 지질, 식이섬유 등 다른 성분들이 영향을 주는 것으로 생각되었다. 쌀의 아밀로오스 함량 증가에 따라 미음의 점성이 증가하는 경향을 보였는데 이는 주로 용출 아밀로오스에 인한 것으로 판단되었고 세포벽 등의 파괴로 용해성 물질인 저분자 물질, 단백질, 회분 등 용출물도 점도에 영향을 주었다고 판단되었다. Lee 등(23)은 타락죽 선행연구에서 가열과정 중 amylose-lipid 복합체 형성은 amylose의 용출을 방해하고 전분입자의 팽윤을 저해, 전분의 수분결합 능력을 감소시켜 죽의 점도에 영향을 미칠 수 있다고 하였다. 따라서 미음과 같은 흰쌀로 만든 죽에서 참기름과 같은 지방질 부 원료의 첨가에 따른 점도 변화가 가능할 것으로 생각되었다. 한편, 퍼짐성은 점도와는 반대로 도담쌀이 94.43 mm로 가장 낮았으며, 고아미4호가 123.55 mm를 나타내었고, 그 외 품종들은 134.10-140.66 mm 범위를 나타내었고, 화선찰이 146.03 mm로 가장 높았다.

Fig. 2. . Varietal difference in spreadability of the rice porridge made from 4 tongil-type and 5 japonica-type varieties. Bars with the different letters are significantly different at the 5% level.

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주사전자현미경(SEM)으로 쌀 낟알의 단면 및 호화 형태를 관찰한 결과는 Fig. 3과 같았다. 일반적으로 쌀의 전분 직경은 2-10 μm로 곡류전분 중 가장 작은 입자로 알려져 있다. 본 연구의 쌀 낟앋 단면 관찰에서, 다각형의 전분립들이 모여 찌그러진 구나 타원형 등 불규칙한 모양의 전분체를 이루고 있었으며 전분체의 크기는 같은 품종 내에서도 다양하였다. 고아밀로오스 품종들의 경우에는 각각의 전분체의 물리적인 구조(전분체를 이루는 전분립들의 강한 결합)로 인해 전분립들의 분리가 어려운 특성을 나타내었고, 이와 같은 특성이 쌀의 수화나 호화, 가공과정에서 영향을 줄 것으로 판단되었다. 또한 쌀의 전분입자는 호화가 진행되면서 다면체의 표면이 부드러워지며 전분입자들이 분해되는 양상을 확인하였다. 품종별 미음의 초미세구조에서는 모든 품종들이 호화로 인해 전분입자가 붕괴되어 입자형태를 관찰할 수 없었고 대부분의 표면이 매끄러웠다. 찰벼인 화선찰 미음의 표면이 특히 매끄러웠으며 고아밀로오스 품종인 도담쌀로 만든 미음에서는 잘 풀어지지 않고 다소 형태를 유지하고 있는 전분립이 관찰되었고 같은 고아밀로오스 벼 품종이지만 고아미4호로 만든 미음은 다소 잘 풀어짐을 확인하였다(data not shown). 이와 같은 원료의 특성은 체내로 섭취 시 소화 흡수에 영향을 줄 수 있을 것으로 사료되었다.

Fig 3. Scanning electron microscope images of rice kernel and porridge made from (A) Dodamssal, (B) Hanareum4 and (C) Hwaseonchal.

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본 연구에서 고려된 미음의 품질 관련 인자들 간의 관계를 알아보기 위해 상관관계를 분석하였다(Table 5). pasting temperature는 breakdown(R=-0.714, p<0.05), 퍼짐성(R=-0.887, p<0.01)과 부의상관을, 미음의 점도(R=0.760, p<0.05)와는 정의상관을 나타내었다. 최고점도는 최저점도(R=0.876, p<0.01), 최종점도(R=0.868, p<0.01), 퍼짐성(R=0.719, p<0.05)과 정의상관을, 미음의 점도(R=-0.894, p<0.01)와 부의상관을 나타내었다. 최종점도는 setback (R=0.699, p<0.05)과는 정의상관을, 미음의 점도(R=-0.777, p<0.05)와는 부의상관을 나타내었다. 미음의 L값은 미음의 퍼짐성(R=-0.732, p<0.05)과 부의상관을 나타내었고, 미음의 퍼짐성은 미음의 점도(R=-0.938, p<0.01)와는 부의상관을 나타내었다. 즉, 쌀 품종에 따라 특성이 다르지만, 보통 고아밀로스 품종들일수록(아밀로오스 함량이 증가할수록) 호화를 위한 필요 에너지가 높아 pasting temperature가 높아지는 경향을 보였다. Pasting temperature가 높은 품종일수록 미음을 만들었을 때 점도가 높을 수 있다는 결과를 나타내었고(정의상관), 미음의 점도가 높을수록 미음의 퍼짐성은 낮게 나타났다. 또한, 원료 쌀가루의 최고점도가 높을수록 미음의 점도는 낮아질 수 있다는 결과를 도출하였다(부의상관).