강정 제조시 찹쌀의 수침조건에 따른 찹쌀과 수침액의 미생물상, 효소활성 및 미세구조 변화 Changes in Microflora, Enzyme Activities and Microscopic Structure of Waxy Rice and Steeping Water in Response to Different Steeping Conditions During Preparation of Gangjung원문보기
수침조건에 따라 수침찹쌀과 수침액의 미생물학적 변화와 효소활성 및 구조적 특성을 살펴본 결과 수침액의 미생물상에서, 수침초기에는 젖산균이 우세하였고, 수침기간이 길어짐에 따라 미생물 균수가 급속히 증가하면서 젖산균과 Bacillus spp.이 우세 균총으로 관찰되다가 수침이 계속되면서 모든 미생물이 감소하는 경향을 보였으며 그 중에서 Bacillus spp.이 가장 많이 관찰되었다. 수침액의 $\alpha$-amylase는 수침온도와 수침기간이 증가함에 따라 지속적으로 활성이 증가하였고, protease 활성은 수침기간이 길어짐에 따라 활성이 증가한 후 감소하는 경향을 보였다. 수침 찹쌀의 $\alpha$-amylase는 수침온도가 높을수록 감소하였고, $\beta$-amylase와 glucoamylase는 수침 1일에 증가하여 수침 21일까지 일정하였다. 수침찹쌀의 미세구조를 살펴보면, 세포벽이 떨어져 나간 흔적이 보이고 다각형의 찹쌀전분입자들이 노출되면서 표면이 거칠어 보였다. 또한 찹쌀전분 입자 표면의 미세한 구멍이 수침 11일 이후 관찰되어 효소작용의 결과와 일치하는 경향을 나타냈다.
수침조건에 따라 수침찹쌀과 수침액의 미생물학적 변화와 효소활성 및 구조적 특성을 살펴본 결과 수침액의 미생물상에서, 수침초기에는 젖산균이 우세하였고, 수침기간이 길어짐에 따라 미생물 균수가 급속히 증가하면서 젖산균과 Bacillus spp.이 우세 균총으로 관찰되다가 수침이 계속되면서 모든 미생물이 감소하는 경향을 보였으며 그 중에서 Bacillus spp.이 가장 많이 관찰되었다. 수침액의 $\alpha$-amylase는 수침온도와 수침기간이 증가함에 따라 지속적으로 활성이 증가하였고, protease 활성은 수침기간이 길어짐에 따라 활성이 증가한 후 감소하는 경향을 보였다. 수침 찹쌀의 $\alpha$-amylase는 수침온도가 높을수록 감소하였고, $\beta$-amylase와 glucoamylase는 수침 1일에 증가하여 수침 21일까지 일정하였다. 수침찹쌀의 미세구조를 살펴보면, 세포벽이 떨어져 나간 흔적이 보이고 다각형의 찹쌀전분입자들이 노출되면서 표면이 거칠어 보였다. 또한 찹쌀전분 입자 표면의 미세한 구멍이 수침 11일 이후 관찰되어 효소작용의 결과와 일치하는 경향을 나타냈다.
This study was conducted to investigate the effects of steeping periods and temperatures of waxy rice on the microflora and enzyme activities of steeping water and waxy rice, as well as on the microscopic structures of waxy rice during the preparation of gangjung. When the steeping water was 15 and ...
This study was conducted to investigate the effects of steeping periods and temperatures of waxy rice on the microflora and enzyme activities of steeping water and waxy rice, as well as on the microscopic structures of waxy rice during the preparation of gangjung. When the steeping water was 15 and $35^{\circ}C$, yeast and lactic acid bacteria were the major microflora after 1 day. After 11 days, Lactobacillus spp. were the major bacteria, while Bacillus spp. were the primary microflora after 21 days. At $25^{\circ}C$ the primary species were Bacillus spp., Leuconostoc spp., and Bacillus spp. after 1, 11 and 21 days, respectively. The $\alpha$-amylase activity of steeping water increased proportionally with the increase of temperature and period, while the protease activity tended to increase for 11 days, but decreased at 21 days. The enzyme activities of the steeped waxy rice, especially the $\alpha$-amylase activity, decreased with higher steeping temperature, while the $\beta$-amylase and glucoamylase activity remained constant for up to 21 days. Observation using scanning electron microscopy indicated that intracellular cleavage of steeped waxy rice endosperm resulted in a rough surface morphology due to the exposure of polygonal starch granules. Tiny pinholes on the surface of waxy rice starch granules were also observed after steeping for 11 days.
This study was conducted to investigate the effects of steeping periods and temperatures of waxy rice on the microflora and enzyme activities of steeping water and waxy rice, as well as on the microscopic structures of waxy rice during the preparation of gangjung. When the steeping water was 15 and $35^{\circ}C$, yeast and lactic acid bacteria were the major microflora after 1 day. After 11 days, Lactobacillus spp. were the major bacteria, while Bacillus spp. were the primary microflora after 21 days. At $25^{\circ}C$ the primary species were Bacillus spp., Leuconostoc spp., and Bacillus spp. after 1, 11 and 21 days, respectively. The $\alpha$-amylase activity of steeping water increased proportionally with the increase of temperature and period, while the protease activity tended to increase for 11 days, but decreased at 21 days. The enzyme activities of the steeped waxy rice, especially the $\alpha$-amylase activity, decreased with higher steeping temperature, while the $\beta$-amylase and glucoamylase activity remained constant for up to 21 days. Observation using scanning electron microscopy indicated that intracellular cleavage of steeped waxy rice endosperm resulted in a rough surface morphology due to the exposure of polygonal starch granules. Tiny pinholes on the surface of waxy rice starch granules were also observed after steeping for 11 days.
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문제 정의
따라서 수침온도 및 수침기간을 다양화하여 수침동안 수침액에 발생할 수 있는 여러 종류의 미생물 분포 양상과 이들이 생성하는 효소들의 활성 뿐 아니라 찹쌀 자체 유래 효소작용 및 찹쌀의 미세구조 변화 등에 대한 종합적인 연구가 필요하다고 생각된다. 본 연구에서는 다양한 수침조건에서 수침액의 미생물상 변화와 수침액과 수침찹쌀의 효소활성의 변화를 살펴보았다. 또한 주사전자현미경(scanning electron microscopy)을 이용하여 찹쌀의 미세구조를 살펴봄으로써 수침 시 미생물과 효소의 작용이 찹쌀 전분에 미치는 영향을 조사하였다.
제안 방법
α-Amylase의 활성은 Park과 Oh(3)의 방법에서 기질의 양을 변경하여 측정하였다.
Glucoamylase 활성은 βamylase 활성과 동일한 방법으로 실시하였으며 glucose를 이용하여 표준곡선을 작성한 후 효소액 1 mL가 1 mg의 glucose를 유리시킬 때의 효소량을 1 unit으로 계산하였다.
001 N NaOH로 fatty acid를 적정하였다. 대조구는 조효소액 대신 증류수를 사용하여 위와 동일하게 측정하였다.
본 연구에서는 다양한 수침조건에서 수침액의 미생물상 변화와 수침액과 수침찹쌀의 효소활성의 변화를 살펴보았다. 또한 주사전자현미경(scanning electron microscopy)을 이용하여 찹쌀의 미세구조를 살펴봄으로써 수침 시 미생물과 효소의 작용이 찹쌀 전분에 미치는 영향을 조사하였다.
수침액 및 수침찹쌀가루의 미생물상, 효소활성은 1회 수침한 시료에 대하여 3회 반복 측정하였다. 측정결과에 대해 수침온도와 수침기간의 효과를 보기위하여 이원분산분석(two way analysis of variance)을 수행하였고, 시료간 차이를 검증하기 위하여 Duncan의 다중비교를 수행하였다(α=0.
전보(15)에서와 동일한 방법으로 찹쌀가루 제조를 위해 뚜껑이 있는 플라스틱 용기에 찹쌀 3 kg에 3차 증류수 7.5 L를 넣고 수침온도(15, 25, 35℃)와 수침기간(1, 11, 21일)을 달리하여 수침하였다. 수침동안 하루에 한 번씩 휘저어 주었고 수침이 완료되면 수침액은 시약병에 담아 −80℃ 냉동고에 보관하면서 분석에 사용하였다.
찹쌀 수침동안 수침액의 미생물 균총 변화는 Chun 등(16)의 방법을 변형하여 관찰하였다. 총균수, yeast와 mold, coliform bacteria는 Petrifilm TM(3M, St.
05 M cacodylate buffer)로 후고정하였다. 후고정 시킨 시료를 증류수로 3회 씻고 탈수과정을 거쳐 금으로 코팅한 후 주사전자현미경(S-2460N, Hitachi, Tokyo, Japan)으로 관찰하였다.
대상 데이터
수침동안 하루에 한 번씩 휘저어 주었고 수침이 완료되면 수침액은 시약병에 담아 −80℃ 냉동고에 보관하면서 분석에 사용하였다. 찹쌀은 수돗물로 3회 수세하여 실온에서 2시간 동안 물기를 제거한 후 roll mill(DK104, Donggang, Daegu, Korea)을 이용하여 2회 분쇄하였다. 이때 roll 간극은 각각 0 mm와 2 mm 로 조절하였으며 찹쌀가루는 20 mesh를 통과시켜 −20℃ 냉동고에 보관하면서 시료로 사용하였다.
찹쌀은 전북 익산에서 2003년 추수한 백운찹쌀로 10분도로 도정한 것을 구입하여 4℃에서 저장하면서 사용하였다.
찹쌀 수침동안 수침액의 미생물 균총 변화는 Chun 등(16)의 방법을 변형하여 관찰하였다. 총균수, yeast와 mold, coliform bacteria는 Petrifilm TM(3M, St. Paul, MN, USA)을 사용하여 배양하였다. 일반 젖산균은 MRS배지, 젖산간균은 modified MRS배지, Leuconostoc spp.
데이터처리
측정결과에 대해 수침온도와 수침기간의 효과를 보기위하여 이원분산분석(two way analysis of variance)을 수행하였고, 시료간 차이를 검증하기 위하여 Duncan의 다중비교를 수행하였다(α=0.05).
이론/모형
β-Amylase 활성은 DNS법(17)으로 측정하였으며, 0.4 M acetic acid buffer(pH 4.8)에 녹인 0.5% 전분 용액2 mL를 시험관에 넣고 30℃ 수조에서 예열한 후 조효소액 1 mL를 가하여 10분간 반응시켰다.
Lipase 활성은 Funatsu 등(18)의 방법에 따라 적정용액 농도만 조정하여 0.5 M KCl 1 mL에 0.005 M CaCl2 1 mL, 조효소액 1mL 및 증류수 7.3 mL를 가하여 35℃에서 10분간 가온한 후, tributyrin 0.2 mL를 가하여 15분간 반응시킨 다음 효소작용을 정지시키기 위해 100℃에서 2분간 가열한 후 0.001 N NaOH로 fatty acid를 적정하였다. 대조구는 조효소액 대신 증류수를 사용하여 위와 동일하게 측정하였다.
Protease 활성은 Anson법(13)에 의하여 측정하였다. Acid protease는 0.
수침찹쌀, 수침찹쌀가루 미세구조 변화는 MacMaster(19)의 방법을 이용하여 관찰하였다. 수침찹쌀, 수침찹쌀가루를 Karnovsky’s fixative에 1시간 동안 실온에서 약한 진공상태로 고정한 후 4℃에서 24시간 동안 고정하였다.
성능/효과
α-Amylase는 교호작용에 의한 영향은 받지 않았으며 lipase는 수침온도의 영향을 받지 않는 것으로 나타났다.
에 의한 발효가 동시에 이루어지는 과정이라 생각된다. 각각의 연구에서 미생물 균총의 차이는 찹쌀의 품종, 수침에 사용한 물의 차이로 생각되며, 본 연구에서는 수침액으로 3차 증류수를 사용하였고 뚜껑이 있는 플라스틱 용기를 사용하였으므로 물이나 공기에 의한 오염을 최소화하였다고 볼 수 있다.
따라서 이러한 결과를 요약해 보면 수침과정 중 21일까지 α-amylase에 의해 무작위로 찹쌀전분의 α-1,4-glycosidic linkage가 분해되어 maltodextrin을 많이 형성하고, β-amylase에 의해 maltose 단위로 소량 분해되며, 수침이 장기화되면서 glucoamylase에 의해 glucose 단위로 분해가 일어나는 것으로 추측할 수 있다.
또한 yeast는 15℃에서 1일 수침시 1.4×106 CFU/mL로 가장 많이 검출되었으며 수침온도와 수침기간이 증가할수록 서서히 감소하는 경향을 나타냈다.
또한 수침기간을 달리하여 수침한 찹쌀가루의 경우 수침과정 중에 미생물에 의해 생산된 amylase 같은 전분분해효소의 작용에 의해 찹쌀 전분의 손상도가 증가하고 입자의 크기도 감소한다고 하는 연구도 보고되었다(32). 또한 본 연구를 통해 수침 시 전분의 분해가 나타나기 전에 전분을 둘러싼 단백질 등의 성분을 효소가 분해하는 것으로 짐작할 수 있다. 이는 수침기간이 길어짐에 따라 찹쌀의 단백질 함량이 감소한 결과와 일치하는 내용이다(21).
3)를 살펴보면, 원료 찹쌀가루에서는 개별 전분입자가 표면에 노출되지 않았고 복합 전분체 형태로 관찰되었으며, 복합 전분 주위에 단백질체(protein body)와 섬유상의 막 물질로 추정되는 물질(27)이 관찰되었다. 수침 찹쌀가루에서는 모든 온도에서 수침 1일부터 복합 전분체와 개별 전분입자의 형태를 관찰할 수 있었으며, 수침기간이 길어짐에 따라 많은 개별 전분 입자를 관찰할 수 있었다. Kim 등(28)은 쌀의 배유세포를 관찰했을 때, 복합 전분체와 개별 전분입자로 구성되어 있는 것을 확인하였고, 개별 전분입자는 amyloplast에서 합성되어 amyloplast를 꽉 채우고 이것들이 모여 복합 전분체를 구성한다고 보고하였다.
수침액의 α-amylase는 수침온도와 수침기간이 증가함에 따라 지속적으로 활성이 증가하였고, protease 활성은 수침기간이 길어짐에 따라 활성이 증가한 후 감소하는 경향을 보였다.
수침온도별로는 25℃에서 가장 많은 미생물 균체가 관찰되었고 15℃와 35℃에서는 이에 비하여 낮은 수준의 미생물이 관찰되었다. 각 온도에서 미생물이 가장 많이 검출된 11일 수침시의 우세균주(108 CFU/mL 이상)를 보면, 15℃에서는 Lactobacillus spp.
수침온도와 수침기간이 수침액의 효소활성에 미치는 영향을 이원분산분석한 결과(Table 1), 모든 효소가 수침기간, 수침온도 및 교호작용에 의해 유의적으로 영향을 받는 것으로 나타났다. 특히 α-amylase, β-amylase 및 glucoamylase 등 전분 관련 효소와 protease가 많은 영향을 받는 것을 알 수 있었다.
수침온도와 수침기간이 수침찹쌀가루의 효소활성에 미치는 영향을 이원분산분석한 결과(Table 3), β-amylase, glucoamylase 및 protease가 수침기간, 수침온도 및 교호작용에 의해 영향을 받는 것으로 나타났고, 이들 효소들의 분산분석에 의한 F값은 α-amylase나 lipase의 F값보다 높아서 수침조건에 의한 영향이 큰 것을 알 수 있었다.
수침조건에 따라 수침찹쌀과 수침액의 미생물학적 변화와 효소활성 및 구조적 특성을 살펴본 결과 수침액의 미생물상에서, 수침초기에는 젖산균이 우세하였고, 수침기간이 길어짐에 따라 미생물 균수가 급속히 증가하면서 젖산균과 Bacillus spp.이 우세균총으로 관찰되다가 수침이 계속되면서 모든 미생물이 감소하는 경향을 보였으며 그 중에서 Bacillus spp.
특히 α-amylase, β-amylase 및 glucoamylase 등 전분 관련 효소와 protease가 많은 영향을 받는 것을 알 수 있었다. 이들 효소들은 수침온도보다 수침기간에 의해 더 많은 영향을 받는 것으로 나타났다.
특히 α-amylase, β-amylase 및 glucoamylase 등 전분 관련 효소와 protease가 많은 영향을 받는 것을 알 수 있었다.
후속연구
그러나 보고된 미생물 및 효소 관련 연구는 수침조건 중 수침온도에 국한되어 조사되었고, 일부 특정 미생물 및 효소로 제한되었다. 따라서 수침온도 및 수침기간을 다양화하여 수침동안 수침액에 발생할 수 있는 여러 종류의 미생물 분포 양상과 이들이 생성하는 효소들의 활성 뿐 아니라 찹쌀 자체 유래 효소작용 및 찹쌀의 미세구조 변화 등에 대한 종합적인 연구가 필요하다고 생각된다. 본 연구에서는 다양한 수침조건에서 수침액의 미생물상 변화와 수침액과 수침찹쌀의 효소활성의 변화를 살펴보았다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
강정이란?
강정은 찹쌀을 이용한 우리나라의 대표적인 전통과자 중 하나로 제조방법은 고문헌의 기록에서부터 계절, 지역, 명칭에 따라 다소 차이를 보인다. 그러나 일반적인 강정은 장기간 수침한 찹쌀을 호화시키고 공기를 유입한 다음 일정한 크기로 성형하여 건조, 유탕 팽화하여 엿이나 꿀을 바르고 세반, 깨, 콩, 잣 등을 묻혀 만든다.
강정의 제조방법은 무엇에 따라 차이를 보이는가?
강정은 찹쌀을 이용한 우리나라의 대표적인 전통과자 중 하나로 제조방법은 고문헌의 기록에서부터 계절, 지역, 명칭에 따라 다소 차이를 보인다. 그러나 일반적인 강정은 장기간 수침한 찹쌀을 호화시키고 공기를 유입한 다음 일정한 크기로 성형하여 건조, 유탕 팽화하여 엿이나 꿀을 바르고 세반, 깨, 콩, 잣 등을 묻혀 만든다.
강정의 제조시 문제점은 무엇인가?
또한 강정의 부가가치를 높이고 일본의 미과(米菓)와 같이 국내외적인 관광상품으로 발전시키기 위해 제품의 다양화가 시도되고 있다. 그러나 복잡한 제조공정에 대한 식품과학적 해석이 부족하여 아직까지 많은 부분을 수작업에 의존하고 있으며 균일한 제품의 생산이 어려운 실정이다.
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