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문제 정의
- 이에 본 논문에서는 동일한 계통의 쌀 중 아밀로오스 함량에서 차이를 보이는 변이체 쌀들, 즉 일반벼 품종인 화청벼와 화청벼로부터 아밀로오스 함량에서 차이를 보이는 변이체 품종인 화청 du-1, 화청찰벼 그리고 일반벼 품종인 남풍벼와 남풍벼의 변이체 품종인 남풍 CB243, 남풍 EM90 등의 시료와 더불어서 배유전분입자의 형태가 구형으로 일반적인 쌀 전분 입자의 형태와는 다른 분질미(11)및 고당미인 shn등 8품종 벼 변이체 유전자원들로부터 전분을 각각 분리하여, SEM 에 의한 전분입자의 관찰, DSC 분석에 의한 호화특성 비교, X선 회절도에 의한 전분분자의 결정성 비교, glucoamyiase에 대한 효소 가수분해도 비교, 산 가수분해도 비교 등을 통하여 가공적성 검토를 위한 변이체 쌀 전분의 이화학적 특성변이에 대한 지표로 삼고자 한다.
제안 방법
- 비율로 담아. 25℃에서 95℃까지 10℃/ min으로 승온에 따른 DSC thermogram으로부터 호화개시 온도, 호화최대 온도, 호화종결온도, 호화엔탈피를 각각 산출하였다.
- 37℃에서 2시간 작용시키면 찰 품종인 화청찰벼는 거의 100% 가수분해되지만 메품종인화청벼, 남풍벼는 70-75%는 정도의 수준이었고 저 아밀로오스 유전자가 도입된 화청 du-1 및 남풍 EM90 둥의 가수분해도는 증가하는 경향이 있었다. 그리고 남풍 CB243 품종이 예외이긴 하지만 X선 회절도의 분석치인 차둥화지수가 0이하인 화청찰벼, 남풍EM90, shr, 분질미 등이 차등화지수가 0이상인 화청벼, 화청 du-1, 남풍벼 등에 비해서 glucoamylase에 의해 쉽게 가수분해되는 경향이 있어, 전분구조의 결정성을 연구하는 방편으로써 X선 회절도를 이용하는 선행연구들과 유사한 결과를 얻었다.
- 데시케이터에 보관하였던 쌀 전분의 X선 회절도는 X선 회절기(Philips, X'pert PW3710, Netherlands를 이용하여, target; Cu-Ka, scanning speed; 0.04°2θ/s, voltage; 30kV, current; 20mA의 조건으로 회절각도(2θ)를 5°에서 40°까지 회절시키면서 분석하였다.
- 변이체 벼 품종별 전분입자의 호화특성은, 전분 입자가 호화될 때의 흡열반응을 시차주사열량계 (DSC)측정에 의한 DSC thermogram을 Fig. 2에 나타내었으며, Table 1에는 DSC thermogram으로부터 산출한 호화개시온도, 호화최대온도, 호화종결온도 및 호화엔탈피를 정리하였다. DSC thermogram의 양상이 화청벼와 남풍 벼 계통간에 차이가 있음을 알 수 있고, 특히 shr과분질 미는 DSC thermogram이 퍼진 형태로서 마치 호화 전분의 양상과 오히려 유사한 경향이었다.
- 변이체 품종별 전분의 이화학적 특성 비교를 위한 수단으로서 glucoamylase에 의한 가수분해도를 비교하였다. Glucoamylase는 전분분자의 환원성 말단에서부터 순차적으로 작용하여 최종적으로 glucose 단위까지 가수분해하는 exo-type 효소이다.
- 알칼리 침지법에 의해서 분리한 전분입자를 SEM(Scanning Electron Microscope, Hitachi S-4200,Japan)을 사용하여 5000배 배율로 관찰하였다.
- 이렇게 Naegeli amylodextrin의 제조과정 중 15% H2SO4에 의해서 쉽게 산 가수분해되는 분획을 아밀로펙틴의 무정형부분이라 하며(20), 아밀로펙틴 분자의 cluster 구조의 무질서도를 유추하는 방편이라고 생각한다(21,22). 이러한 맥락에서, 8품종 변이체 전분 amylopectin의 무정형 분획에 대한 품종간 비교를 위해서 15% H2SO4 에 대한 가수분해도 비교를 실시하였다(Table 2). 모든 품종에서 초기단계의 산 가수분해도에는 차이가 있었으며, 시간이 경과함에 따른 산 가수분해 속도도 다른 것을 알 수 있었다.
- 전분 100 mg을 0.4% acetic acid buffert(pH 4.8) 의조건 에서 glucoamylase(EC 3.2.1.3, Sigma) 35 units를첨가하여 37℃에서 2시간 반응시키면서 경시적인 가수분해도를 측정하였다. 즉, 경시적으로 반응액으로부터 100㎕ 채취하여 열탕에 넣음으로서 가수분해 반응의 정지와 전분의 호화를 동시에 시도하였으며, 반응액을 적당한 농도로 희석하여 총 당함량은 phenol- H2SO4법(14)으로, 생성되는 glucose 함량은 glucoseoxidase peroxidase법(15), 으로 각각 측정하여 가수분해도를 구하였다.
대상 데이터
- 아밀로오스 함량에서 차이를 보이는 화청벼(19.1%), 화청 du-1(7.0%), 화청찰벼(2.2%), 남풍벼(20.6%), 남풍 CB243(12.8%), 남풍EM90(7.2%), 분질미(17.2%), shr(19.8%)emd 8품종의 변이체 쌀시료를 서울대학교 농업생명과학대학 농학과로부터 제공받아 시료로 사용하였다.
이론/모형
- 3에 나타내고 있듯이 X선 회절 도상에 3b, 4a, 4b, 6a의 peak가 뚜렸하게 구분되는 전형적인 A type들이었다. 그리고 Table 3에는 Zhang등(24,25) 및 Owusu-Ansah등(26)의 방법에 따라 x선 회절도 각peak의 강도들로부터 차둥화지수를 산출하였다. 이렇게 차등화지수를 산출 비교한 이유는, 일본산 찹쌀 12 종의 경우 차등화지수가 0이하인 group이 0 이상인 group에 비해서 glucoamylase 및 a-amylase에 의해 쉽게 가수분해된다는 결과들로부터 전분구조의 결정성을 연구하는 방편으로써 X선 회절도를 이용하는 선행연구들(24,26)이 있으므로 장차 변이체 벼의 가공성 검정을 위한 다양한 이화학적 특성을 비교할 때 의미있게 활용할 수 있는 지표가 되리라는 생각에서였다.
- 전분시료 40 mg을 15% H2SO4 3.2 ml에 침지시켜 150rpm으로 교반하면서 37℃에서 가수분해 시켜, 경시적으로 채취한 상등액의 총 당함량을 phenol-H2SO4 법(14)으로 측정하면서 가수분해도를 구하였다.
- 3, Sigma) 35 units를첨가하여 37℃에서 2시간 반응시키면서 경시적인 가수분해도를 측정하였다. 즉, 경시적으로 반응액으로부터 100㎕ 채취하여 열탕에 넣음으로서 가수분해 반응의 정지와 전분의 호화를 동시에 시도하였으며, 반응액을 적당한 농도로 희석하여 총 당함량은 phenol- H2SO4법(14)으로, 생성되는 glucose 함량은 glucoseoxidase peroxidase법(15), 으로 각각 측정하여 가수분해도를 구하였다.
성능/효과
- 분질미는 초기의 가수분해도가 다른 품종들에 비해서 월등히 높았으며, shr도 찰품종인 화청찰벼보다 높았다. 37℃에서 2시간 작용시키면 찰 품종인 화청찰벼는 거의 100% 가수분해되지만 메품종인화청벼, 남풍벼는 70-75%는 정도의 수준이었고 저 아밀로오스 유전자가 도입된 화청 du-1 및 남풍 EM90 둥의 가수분해도는 증가하는 경향이 있었다. 그리고 남풍 CB243 품종이 예외이긴 하지만 X선 회절도의 분석치인 차둥화지수가 0이하인 화청찰벼, 남풍EM90, shr, 분질미 등이 차등화지수가 0이상인 화청벼, 화청 du-1, 남풍벼 등에 비해서 glucoamylase에 의해 쉽게 가수분해되는 경향이 있어, 전분구조의 결정성을 연구하는 방편으로써 X선 회절도를 이용하는 선행연구들과 유사한 결과를 얻었다.
- 모든 품종에서 초기단계의 산 가수분해도에는 차이가 있었으며, 시간이 경과함에 따른 산 가수분해 속도도 다른 것을 알 수 있었다. 대체로 모든 품종에서 7일째부터 산 가수분해의 한계에 도달하고 있었으며, 아밀로펙틴 분자의 cluster 구조의 무질서도를 유추하는 방편으로 사용하고자 하는 최종 가수분해도는 품종간에 차이가 있어 shr이 38%이었다. 이는 산에 의해 가수분해되는 부분이 가장 많다는 의미로써, 즉 무정형 부분의 비율이 다른 품종들보다 높거나 아밀로펙틴의 cluster 구조가 다른 품종들에 비해서 무질서한 구조를 하고 있으리라 예상 할 수 있겠다.
- 이러한 맥락에서, 8품종 변이체 전분 amylopectin의 무정형 분획에 대한 품종간 비교를 위해서 15% H2SO4 에 대한 가수분해도 비교를 실시하였다(Table 2). 모든 품종에서 초기단계의 산 가수분해도에는 차이가 있었으며, 시간이 경과함에 따른 산 가수분해 속도도 다른 것을 알 수 있었다. 대체로 모든 품종에서 7일째부터 산 가수분해의 한계에 도달하고 있었으며, 아밀로펙틴 분자의 cluster 구조의 무질서도를 유추하는 방편으로 사용하고자 하는 최종 가수분해도는 품종간에 차이가 있어 shr이 38%이었다.
- 이렇게 차등화지수를 산출 비교한 이유는, 일본산 찹쌀 12 종의 경우 차등화지수가 0이하인 group이 0 이상인 group에 비해서 glucoamylase 및 a-amylase에 의해 쉽게 가수분해된다는 결과들로부터 전분구조의 결정성을 연구하는 방편으로써 X선 회절도를 이용하는 선행연구들(24,26)이 있으므로 장차 변이체 벼의 가공성 검정을 위한 다양한 이화학적 특성을 비교할 때 의미있게 활용할 수 있는 지표가 되리라는 생각에서였다. 본 연구의 결과에서도 차등화지수가 0이하인 화청찰벼, 남풍 EM90, shr, 분질미 등이 차등화지수가 0 이상인 화청벼, 화청 du-1, 남풍벼 보다 glucoamylase에 의해서 쉽게 가수분해되는(Table 4) 경향을 나타내고 있었다.
- 변이체 품종별전분입자의 glucoamylase에 의한 가수분해도를 Table4에 나타내었다. 분질미는 초기의 가수분해도가 다른 품종들에 비해서 월등히 높았으며, shr도 찰품종인 화청찰벼보다 높았다. 37℃에서 2시간 작용시키면 찰 품종인 화청찰벼는 거의 100% 가수분해되지만 메품종인화청벼, 남풍벼는 70-75%는 정도의 수준이었고 저 아밀로오스 유전자가 도입된 화청 du-1 및 남풍 EM90 둥의 가수분해도는 증가하는 경향이 있었다.
- 일반미 품종인 화청벼, 남풍벼 및 아밀로오스 함량의 차이에 영향을 미치는 dull 이나 waxy 유전자가 도입된 화청 du-1, 화청찰벼, 남풍 CB243, 남풍 EM90 등의 전분입자 형태는 다변형이었다. 이에 비해서 shrunken 유전자가 도입된 shre 전분 입자의 형태가 구형이었으며, 입자의 크기도 작아지는 것을 알 수 있었다. 그리고 floury 유전자가 도입된 분질미는 전분입자의 형태가 다변형과 구형의 중간 형태이며 표면이 매끈하지 않고 마치 손상된 전분의 형태를 하고 있는 듯하다.
- 1에 나타내었다. 일반미 품종인 화청벼, 남풍벼 및 아밀로오스 함량의 차이에 영향을 미치는 dull 이나 waxy 유전자가 도입된 화청 du-1, 화청찰벼, 남풍 CB243, 남풍 EM90 등의 전분입자 형태는 다변형이었다. 이에 비해서 shrunken 유전자가 도입된 shre 전분 입자의 형태가 구형이었으며, 입자의 크기도 작아지는 것을 알 수 있었다.
후속연구
- 이들 변이체는 유전 연구용 재료로서 뿐만 아니라 쌀 품질육종에 크게 기여할 것으로 기대된다. 배유 및 배아의 변이가 유도되는 이들 변이체 벼는 개발 여하에 따라 미질의 다양화가 기대되며, 그로 인한 쌀 가공식품에의 다각적인 이용 방안이 기대되기 때문이다.
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