미세한 입도분포와 전분 손상도를 최소화할 수 있는 쌀가루의 제분조건을 제시하고자 쌀 침지과정에서 pectinase와 cellulase 효소를 처리한 반습식제분 쌀가루의 이화학적 특성을 조사하였다. 효소처리는 단일효소 처리(0.05%)와 두 가지 효소를 동일비율로 사용한 복합효소처리로 0.05~0.2% 농도 수준에서 사용하였다. 입도분포는 복합효소처리(pectinase 0.05%+cellulase 0.05%) E에서 $53\;{\mu}m$ 이하의 입도분포율이 48.3%로 높아 가장 미세한 쌀가루를 얻을 수 있었다. 단백질 함량은 효소처리로 감소하였으며, 복합효소 처리 E에서 6.97%로 가장 낮았다. 손상전분 함량은 효소무처리구는 18.1%로 높은 반면 효소처리 후 감소하여 복합효소처리 E는 12.1%로 가장 낮았다. 효소처리로 겉보기 아밀로즈 함량, 물결합력, 용해도 및 팽윤력이 증가하였으며, 단일효소처리보다 복합효소처리에서 그 증가폭이 컸다. SEM 미세구조관찰에서 수침 및 효소처리를 통해 쌀가루의 집합체로부터 매끈하게 떨어져나간 미세입자의 증가를 확인할 수 있었다. 복합효소처리 쌀가루의 경우 RVA 호화특성인 최고점도, 냉각 점도, breakdown 및 total setback 점도의 증가를 보였다. 이상의 결과로 쌀가루 제분의 전처리 과정으로서 단일효소처리보다는 pectinase 0.05%와 cellulase 0.05%의 복합효소처리 침지조건이 높은 미세 입도분포율과 낮은 전분손상도를 갖는 쌀가루 제조에 가장 적합함을 알 수 있었으며 이는 호화특성에도 영향을 미쳐 쌀 가공품의 품질향상에 기여할 것으로 예상된다.
미세한 입도분포와 전분 손상도를 최소화할 수 있는 쌀가루의 제분조건을 제시하고자 쌀 침지과정에서 pectinase와 cellulase 효소를 처리한 반습식제분 쌀가루의 이화학적 특성을 조사하였다. 효소처리는 단일효소 처리(0.05%)와 두 가지 효소를 동일비율로 사용한 복합효소처리로 0.05~0.2% 농도 수준에서 사용하였다. 입도분포는 복합효소처리(pectinase 0.05%+cellulase 0.05%) E에서 $53\;{\mu}m$ 이하의 입도분포율이 48.3%로 높아 가장 미세한 쌀가루를 얻을 수 있었다. 단백질 함량은 효소처리로 감소하였으며, 복합효소 처리 E에서 6.97%로 가장 낮았다. 손상전분 함량은 효소무처리구는 18.1%로 높은 반면 효소처리 후 감소하여 복합효소처리 E는 12.1%로 가장 낮았다. 효소처리로 겉보기 아밀로즈 함량, 물결합력, 용해도 및 팽윤력이 증가하였으며, 단일효소처리보다 복합효소처리에서 그 증가폭이 컸다. SEM 미세구조관찰에서 수침 및 효소처리를 통해 쌀가루의 집합체로부터 매끈하게 떨어져나간 미세입자의 증가를 확인할 수 있었다. 복합효소처리 쌀가루의 경우 RVA 호화특성인 최고점도, 냉각 점도, breakdown 및 total setback 점도의 증가를 보였다. 이상의 결과로 쌀가루 제분의 전처리 과정으로서 단일효소처리보다는 pectinase 0.05%와 cellulase 0.05%의 복합효소처리 침지조건이 높은 미세 입도분포율과 낮은 전분손상도를 갖는 쌀가루 제조에 가장 적합함을 알 수 있었으며 이는 호화특성에도 영향을 미쳐 쌀 가공품의 품질향상에 기여할 것으로 예상된다.
This study investigated the physicochemical characteristics of wet-milled rice flour treated with pectinase and cellulase in a steeping process. Enzyme treatments were used as follows: pectinase 0.05%, cellulase 0.05%, and mixed enzyme treatments 0.05~0.2%. For particle distribution, rice flour E-tr...
This study investigated the physicochemical characteristics of wet-milled rice flour treated with pectinase and cellulase in a steeping process. Enzyme treatments were used as follows: pectinase 0.05%, cellulase 0.05%, and mixed enzyme treatments 0.05~0.2%. For particle distribution, rice flour E-treated with mixed enzymes (pectinase 0.05% and cellulase 0.05%) was the finest at 48.3% particle distribution less than $53\;{\mu}m$. Protein contents and damaged starch were reduced by enzyme treatments. Damaged starch was the lowest (12.1%) in rice flour E compared with non-enzyme treatment (18.1%). Amylose content, water binding capacity, solubility, and swelling power all increased upon enzyme treatments, and their effects increased upon mixed enzyme treatment. For gelatinization characteristics of RVA, peak viscosity, final viscosity, breakdown, and total setback viscosity increased in rice flours treated with mixed enzymes. Especially, in steeping method with mixed enzyme treatment, pectinase 0.05% and cellulase 0.05% treatment was suitable for minimizing damaged starch and high fine particle distribution of rice flours compared with single enzyme treatment.
This study investigated the physicochemical characteristics of wet-milled rice flour treated with pectinase and cellulase in a steeping process. Enzyme treatments were used as follows: pectinase 0.05%, cellulase 0.05%, and mixed enzyme treatments 0.05~0.2%. For particle distribution, rice flour E-treated with mixed enzymes (pectinase 0.05% and cellulase 0.05%) was the finest at 48.3% particle distribution less than $53\;{\mu}m$. Protein contents and damaged starch were reduced by enzyme treatments. Damaged starch was the lowest (12.1%) in rice flour E compared with non-enzyme treatment (18.1%). Amylose content, water binding capacity, solubility, and swelling power all increased upon enzyme treatments, and their effects increased upon mixed enzyme treatment. For gelatinization characteristics of RVA, peak viscosity, final viscosity, breakdown, and total setback viscosity increased in rice flours treated with mixed enzymes. Especially, in steeping method with mixed enzyme treatment, pectinase 0.05% and cellulase 0.05% treatment was suitable for minimizing damaged starch and high fine particle distribution of rice flours compared with single enzyme treatment.
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문제 정의
전보(24)에서 소규모 산업현장에서 적용가능한 손상전분이 낮은 미세한 멥쌀가루 제조조건으로 충분한 수침과정을 거친 쌀을 pin mill로 가루화 하는 반습식제분이 적합한 것으로 나타났다. 이를 토대로 후속연구로서 본 연구에서는 쌀의 수침과정 중 pectinase와 cellulase 효소 전 처리 후 pin mill을 사용하는 반습식제분을 통하여 더욱 미세하고 고른 입도의 손상전분이 적은 쌀가루를 제조하고자 하였다.
가설 설정
2)Means with the same superscripts in each row are not significantly different (p<0.05).
제안 방법
또한 50℃까지 분당 12℃로 냉각, 2분 동안은 50℃를 유지하면서 점도를 측정하였다. RVA의 특성 치는 호화개시온도(PT), 최고점도(P), trough에서 점도(T), 50℃에서 최종점도(F)와 이로부터 구한 total setback 점도 (F-T), breakdown 점도(P-T)를 비교하였다.
쌀가루의 물결합력은 Medcalf와 Gilles 방법(34)을 이용하여 멥쌀가루 1 g(건량기준)과 증류수 40 mL를 혼합하여 1시간 동안 교반하고, 원심분리(2,300×g)하여 상등액을 제거한 다음 침전된 멥쌀가루의 무게를 측정하여 물결합력을 계산하였다. 쌀가루의 용해도와 팽윤력은 Schoch의 방법(35)을 변형하여 측정하였다. 멥쌀가루 0.
쌀가루의 입도분포는 쌀가루 1 g을 50 mL 증류수에 5분간 분산시킨 후 Mastersizer 2000(Malvern Inc., New York, NY, USA)을 이용하여 측정하였으며, 이때 Mastersizer 2000 software를 이용하여 입도분포를 입도크기(μm)에 따른 %함량으로 나타내었다.
쌀가루의 제조는 효소 전처리를 통한 반습식제분방법을 사용하였다. 즉, 원료 쌀 3 kg의 1.
쌀가루의 호화점도변화 특성은 신속점도측정기(Rapid Visco Analyzer, 3D, Newport Scientific Pty., Let., Narrabeen, Australia)를 이용하여 측정하였다. 쌀가루 3 g을 증류수 25 mL에 분산시키고 처음 1분 동안 50℃까지 가열 후 분당 12℃로 가열하여 95℃까지 상승시키고 95℃에서 2.
5배에 해당하는 물에 9시간 동안 30℃ incubator에서 수침한 후 3회 수세하여 원심탈수 후 제분하였다. 이때 사용한 침지액은 0.3% citric acid를 첨가하여 pH 4.5로 보정한 후 수침액의 0.05% 농도로 pectinase와 cellulase를 각각 처리한 시료군과 수침액의 0.05%, 0.1%, 0.15% 및 0.2%의 최종 농도가 되도록 pectinase와 cellulase(1:1)의 혼합효소처리군을 각각 제조하여 사용하였다. 사용한 제분기는 pin mill(SC-1B Gyoung Chang Machine Co.
0% KI) 2 mL를 넣어 발색시키고 100 mL로 정용하여 20분 후 620 nm에서 흡광도를 측정하였다. 이때 아밀로오스 함량은 기준 시료인 potato amylose의 표준곡선으로 측정하였다.
주사전자현미경(Scanning electron microscopy, S-3500N, Hitachi, Tokyo, Japan)을 이용하여 가속전압 15 kV에서 500배, 3000배의 배율로 쌀가루의 입자 형태를 관찰하였다.
즉, 원료 쌀 3 kg의 1.5배에 해당하는 물에 9시간 동안 30℃ incubator에서 수침한 후 3회 수세하여 원심탈수 후 제분하였다.
대상 데이터
본 실험에 사용한 쌀은 국내에 시판되고 있는 2003년에 수확한 추청 멥쌀(함안농업협동조합) 일반미(아밀로오스 18.23%, 수분 12.14%, 단백질 8.94%, 지방 0.45%, 회분 0.53%) 로 대형 유통마트를 통하여 구입하였으며, 습식제분 시 수침 중 사용한 효소는 pectinase(3500 unit/g)와 cellulase(3000 unit/g)로 일본의 Amano Enzyme(주)로부터 구입하여 사용하였다.
사용한 제분기는 pin mill(SC-1B Gyoung Chang Machine Co., Daegu, Korea)로 장착되어 있는 60 mesh screen을 통과한 쌀가루를 얻어 40℃ 원적외선 건조기(SLD1400S, CILIC, Daegu, Korea)에서 최종 수분함량이 14±1%가 되도록 건조하여 밀봉한 후 실험에 사용하였다.
이론/모형
1 N thiosulfate 용액으로 적정하였다. 0.1 N thiosulfate의 적정량을 AACC method 22-18(32)에 따라 다음 식으로 계산하였다. Damaged starch %＝0.
멥쌀가루 0.5 g(건량기준)과 증류수 40 mL를 혼합한 다음 55, 65, 75, 85 및 95ºC로 온도를 유지하면서 30분 동안 교반하고 원심분리(5800×g, 30 min)하여 침전된 멥쌀가루의 무게와 상등액의 총당을 페놀-황산법(36)으로 측정하여 다음 식을 이용하여 용해도와 팽윤력을 계산하였다.
쌀가루의 단백질 함량은 근적외선 분광광도계(Near Infrared Spectrophotometer, NIR 6500, Foss, Hillerod, Denmark)를 이용하여 측정하였으며, 지방 및 회분은 AOAC 방법(31)에 준하여 지방은 semi-Soxhlet법, 회분은 건식 회화법을 이용하여 분석하였다.
쌀가루의 물결합력은 Medcalf와 Gilles 방법(34)을 이용하여 멥쌀가루 1 g(건량기준)과 증류수 40 mL를 혼합하여 1시간 동안 교반하고, 원심분리(2,300×g)하여 상등액을 제거한 다음 침전된 멥쌀가루의 무게를 측정하여 물결합력을 계산하였다.
아밀로오스 함량은 Juliano의 방법(33)으로 정량하였다. 즉 쌀가루 100 mg을 95% ethanol 1 mL와 1 N NaOH 9 mL에 완전히 분산시키고 10분간 항온수조에서 가열하여 식힌 후 100 mL로 희석시켰다.
전분손상도의 측정은 AACC method 76-30(32)에 준하였다. 즉, α-amylase(39.
성능/효과
150 μm 이상의 비교적 큰 입자들은 효소무처리구가 6.5%, pectinase 0.05% 처리가 5.05%, cellulase 0.05% 처리가 5.8%로 높았으며, 복합효소처리구(pectinase 0.05%＋cellulase 0.05%)에서는 가장 낮은 3.8%이었으며, 53 μm 이하의 입도 분포에서는 효소무처리 또는 단일효소처리에 비해 2배나 높은 48.3%를 나타내 높은 미세입도분포 비율이었다.
전분의 손상정도는 전분 구조, 수분함량, 분쇄압력, 제분기 형태 및 속도 등에 의해 영향을 받는 것으로 알려져 있다(40). Table 2에서 쌀가루의 손상전분은 효소처리 전 구간에서 효소무처리구 18.1%에 비해 유의적으로 낮은 값인 17.0～12.1%이었고, 특히 pectinase 0.05%＋cellulase 0.05%의 복합효소처리구에서 12.1%로 가장 낮았으며, 복합효소처리 농도가 그 이상으로 증가할수록 유의적으로 증가하였다. 본 실험에서 효소처리에 의한 쌀가루의 현저한 손상전분 감소는 세포벽 구성성분인 pectin과 cellulose가 저분자화 됨으로 인해 충분히 수화된 전분 결정성영역의 결합력약화에 의한 것으로 생각된다.
겉보기 아밀로오스 함량은 효소처리구가 효소무처리구보다 높았고(Table 2), pectinase와 cellulase를 각각 처리한 단일효소처리구보다 미세입도분포를 나타낸 pectinase 0.05%＋cellulase 0.05%의 복합효소처리구에서 더 높은 값이었다. Lee 등(23)은 쌀의 수침과정 중 전분분해 효소의 활성 증가로 전분 입자내 저분자 물질의 추출이 용이해지는 것으로 보고하여 본 연구에서 효소처리에 따른 겉보기 아밀로오스 함량 증가는 이로 인한 결과로 생각된다.
쌀가루의 미세입자 분포가 비교적 높은 단일효소처리 및 복합효소처리 시료는 효소무처리구에 비해 쌀가루의 집합체로부터 미세입자들이 매끈하게 떨어져나간 것을 확인할 수 있었다. 그러나 pectinase 나 cellulase의 단일효소처리구에서는 전분립 사이의 protein body가 아직 남아 있는 것을 확인할 수 있고, 복합효소처리 농도가 높아질수록 protein body는 감소하고 쌀가루의 집합체로부터 떨어져 나온 미세입자들이 증가하였음을 알 수 있었다. 이는 저장미를 pectinase와 cellulase로 처리하여 쌀가루의 미세구조를 관찰한 선행연구결과(30)와 유사하다.
노화정도 또는 냉각과정에서 겔화로 인해 구조가 형성되는 정도를 예측할 수 있는 total setback 점도는 pectinase 0.05%＋cellulase 0.05%의 복합효소처리에서 169.3 RVU로 가장 높았고, 단일효소처리 또는 복합효소처리의 낮은 조합에서 153.8～156.7 RVU로 가장 낮은 값을 나타내었다. 일반적으로 낮은 total setback 점도를 가질 경우 호화된 겔의 냉각 시 점도변화가 적어 network 형성이 어려우며, pectinase 0.
쌀가루의 일반성분은 측정결과는 Table 1과 같다. 단백질 함량은 효소처리에 의해 낮아졌으며, 복합효소처리 농도가 높아질수록 감소하여 pectinase 0.05%＋cellulase 0.05%의 복합효소처리구에서 6.97%로 가장 낮았다. 지방 함량은 모든 시료 간에 유의적 차이가 없었으며, 회분함량은 단백질과 유사한 경향으로 복합처리 농도가 증가할수록 다소 감소하였다.
곡류가공 시 일반성분의 감소는 제분과정 중 압착과 분쇄 후 체를 통과하는 과정에서 많은 일반성분의 분리와 유실이 일어나며(38), 수침과정 중에 쌀의 수용성 단백질, 유리지방 등이 수침액으로 용출되기 때문에 일반성분의 함량이 감소하는 것으로 알려져 있다(7,39). 따라서 본 연구 결과는 쌀의 수침액 효소처리로 수용성물질의 용출과 더불어 세포벽 조직의 연화로 제분 시 쌀가루가 미세화 되어 일반성분의 유실이 다소 증가한 것으로 생각된다.
Breakdown은 호화전분입자구조의 파괴에 기인하며, 팽윤 전분입자의 단단한 정도에 따라 달라진다고 알려져 있다(48). 따라서 본 연구에서는 효소처리로 팽윤력, 용해도증가에 따른 최고점도상승과 더불어 전분입자 내 구조의 약화로 breakdown이 증가한 것으로 판단된다.
05%의 복합효소처리에서와 같이 높을 경우 단단한 겔을 형성할 수 있어 곡류식품의 산업적 활용방안이 확대될 수 있다. 따라서 효소무처리구나 단일효소처리 구보다 pectinase 0.05%＋cellulase 0.05%의 복합효소처리 구에서 미세입도분포 증가와 낮은 손상전분함량 등으로 인해 높은 최고점도(PV), 최종점도(FV), breakdown 및 total setback viscosity 등의 호화특성을 가지는 것을 알 수 있었다.
물결합력은 전분입자의 표면에 흡착되거나 내부로 침투되는 물의 양을 측정한 것으로 효소무처리구에 비해 단일효소처리구 또는 복합효소처리구에서 유의적으로 높았다(Table 2). 이러한 결과는 습식제분한 쌀가루의 입자크기가 작을수록 물결합력이 높다는 선행연구결과(41,42)와 일치하며, 이는 효소처리를 통해 얻어진 쌀가루의 미세입도분포율 증가와 함께 수분과 결합할 수 있는 표면적 증대에 기인한 것으로 사료된다.
3과 같다. 쌀가루의 미세입자 분포가 비교적 높은 단일효소처리 및 복합효소처리 시료는 효소무처리구에 비해 쌀가루의 집합체로부터 미세입자들이 매끈하게 떨어져나간 것을 확인할 수 있었다. 그러나 pectinase 나 cellulase의 단일효소처리구에서는 전분립 사이의 protein body가 아직 남아 있는 것을 확인할 수 있고, 복합효소처리 농도가 높아질수록 protein body는 감소하고 쌀가루의 집합체로부터 떨어져 나온 미세입자들이 증가하였음을 알 수 있었다.
팽윤력은 55～75ºC까지 시료 간에 별다른 차이를 보이지 않았으나 그 이후 온도가 상승할수록 시료 간에 차이가 커지면서 95℃에서 그 차이가 최대를 보여 용해도와 유사한 경향이었다. 즉, 낮은 손상전분, 높은 물결합력과 높은 아밀로오스 함량을 보인 pectinase 0.05%＋cellulase 0.05%의 복합효소처리구가 가장 높은 팽윤력을 보였다.
97%로 가장 낮았다. 지방 함량은 모든 시료 간에 유의적 차이가 없었으며, 회분함량은 단백질과 유사한 경향으로 복합처리 농도가 증가할수록 다소 감소하였다. 곡류가공 시 일반성분의 감소는 제분과정 중 압착과 분쇄 후 체를 통과하는 과정에서 많은 일반성분의 분리와 유실이 일어나며(38), 수침과정 중에 쌀의 수용성 단백질, 유리지방 등이 수침액으로 용출되기 때문에 일반성분의 함량이 감소하는 것으로 알려져 있다(7,39).
2와 같이 가열온도 상승에 따른 팽윤력의 증가양상을 반영한 것으로 Singh 과 Eckhoff(47)가 보고한 용해도와 팽윤력은 최고점도와 양의 상관성을 가진다는 결과와 일치한다. 최종점도 또한 pectinase 0.05%＋cellulase 0.05%의 복합효소처리구에서 419.5 RVU로 가장 높았고, 그 이상의 복합효소처리농도 상승에 따라 큰 차이는 나타나지 않았으나 효소무처리와 단일 효소처리보다는 현저히 높았다. 이는 습식제분 시 pectinase 효소처리로 쌀가루의 최고호화점도와 냉각점도가 현저히 증가한다고 보고한 Egawa(28)의 연구결과와도 유사하다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
쌀 가공품은 무엇이 있는가?
이에 쌀 가공식품 소비촉진을 위하여 정부는 2008년 11월 쌀 가공식품 활성화 대책을 발표한 바 있다(3). 쌀 가공품으로는 쌀빵, 쌀국수, 시리얼, 쌀과자, 떡, 주류 등을 들 수 있으며, 이러한 쌀 가공품은 일차적으로 어떠한 방법으로 제조된 쌀가루를 사용하느냐에 따라 최종 품질이 좌우된다(4). 쌀가루의 이화학적 혹은 기능적 특성인 입도크기 및 분포, 전분손상, 호화특성은 아밀로즈 함량 차이에 따른 쌀 본래의 전분특성이나 쌀 저장온도나 저장기간 등의 저장유래 외에도 제분방법이나 사용 분쇄기에 따라 크게 영향을 받게 된다(5-13).
쌀은 어떻게 나뉘어지는가?
쌀은 전 세계적으로 밀 다음으로 생산량이 많고 옥수수와 함께 세계 3대 곡물에 속한다. 일반적으로 쌀은 아밀로오스 함량이나 낱알의 형태에 따라 장립종, 중립종, 단립종으로 나누어지며 호화특성도 다르다(1). 우리나라에서 생산되는 쌀은 대부분이 자포니카형의 단립종으로 생산량의 95% 이상이 주식인 쌀밥용으로 소비되고 있어 가공용으로 소비되는 쌀은 매우 적다(2).
습식제분에 의한 쌀가루가 건식제분보다 우수한 품질을 나타내는 이유는 무엇인가?
건식제분은 쌀가루의 전분손상 증가와 많은 열 발생을 초래하여 쌀 가공품에 바람직하지 않다(15-18). 습식제분은 수침 과정을 통해 쌀 전분 내 비결정질 부분에서 결정질 부분으로의 수분흡수가 일어나 쌀 전분구조 사이의 결합력 약화로 건식제분보다 고른 입도 분포를 나타내며, 미세입도 분포 비율이 높고 손상전분이 적어 낮은 호화 개시온도, 최고점도의 증가 등의 전분 호화특성이 나타난다(13,19-21). 이런 현상은 쌀 수침 온도 및 수침시간(22,23), 제분기의 형태(13,18, 24)에 의해 가장 많은 영향을 받는 것으로 알려져 있다.
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