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문제 정의
- 이러한 재배방식은 균일한 고구마 제품 및 가공 원료를 얻는데 큰 장애로 작용하여 일정한 품질 규격의 유지나 그 지역의 브랜드로서 특산화 시키는데 어려움이 많다. 따라서 본 논문은 국내에서 육성한 고구마 6품종을 재배 환경이 다른 5지역에서 각각 재배하여 재배지역에 따른 고구마 전분의 품질 및 호화특성을 파악하여 고구마 산업의 새로운 식품소재로서 그 활용 방안을 모색하기 위한 기초자료로 이용하고자 한다.
- 고구마 전분의 이화학적 특성에 대한 연구로는 한국산 고구마 품종을 이용하여 전분의 이화학적 성질의 분석(4-8), 고구마 전분을 이용한 호화 특성의 측정(9-15), 고구마 부위에 따른 전분의 특성 분석(16), 고구마 생장단계 및 재배환경에 따른 전분의 물리화학적 특성(17-23) 등의 연구 결과가 보고되고 있다. 또한 쌀보리 전분의 입자 크기별 이화학적 성질(24), 발아 옥수수 전분의 이화학적 성질(25), 강낭콩 조전분 및 정제 전분의 특성(26), 율무전분의 조리과학적 특성 연구(27), 동부 전분의 분자구조적 성질(28), 녹두전분의 이화학적 특성(29) 등 작물별로 전분을 이용하기 위한 다양한 연구를 진행하였다. 또한 가열방법에 따른 고구마의 호화도 측정(30), 묵 형성 전분의 특성에 관한 연구(31) 등 고구마 전분의 특성을 활용하여 그 이용도 및 활용도를 높이기 위한 다양한 연구가 발표되어 고구마 전분이 새로운 식품소재로서 관심과 주목을 받고 있다.
- 재배지역에 따른 고구마 전분의 특성을 구명하여 고구마의 새로운 식품산업 소재로서 활용 방안을 모색하기 위한 기초자료로 이용하고자 실험한 결과는 다음과 같다. 고구마 재배기간의 평균 온도는 16.
제안 방법
- 5 g과 증류수 25 mL를 가한 다음 플라스틱 회전축을 이용하여 완전하게 교반시켜 시료액을 제조하였다. 50℃에서 1분간 빠른 속도로 교반한 다음, 분당 7.3℃씩 올리면서 95℃까지 가열하고 이 상태에서 6분간 유지시킨 후, 다시 분당 5℃씩 내리면서 50℃로 냉각시켜 10분간 유지하면서 호화개시온도(pasting temperature), 최고점도(peak viscosity), 최저점도(trough viscosity), 최종점도(final viscosity), 강하점도(breakdown viscosity) 및 치반점도(setback viscosity)을 구하였다. 모든 결과는 RVA 단위(RVU)로 표시하였다.
- 0 kg/10a을 전량 기비(밑거름)로 시용한 후, 비닐로 멀칭하였다. 고구마 묘의 삽식은 보통기 재배시기인 5월 하순경에 휴간 75 cm, 주간 20 cm, 난괴법 3반복으로 재배하였다. 재배관리는 농촌진흥청 표준재배법(32)에 준하여 보통기 관행재배법으로 삽식 후 4개월(120일) 간 재배하고 수확하였다.
- 고구마 전분의 미세구조는 주사전자현미경(scanning electron microscope JP/TM-1000, Hitachi, Tokyo, Japan)을 이용하여 측정배율 2000배에서 관찰하였다.
- 고구마 전분의 열적 특성을 측정하기 위하여 밀봉된 빈 알루미늄 pan을 reference로 하여 주사시차열량계(differential scanning calorimeter (DSC), TA Q1000, TA instrument, New Castle, DE, USA)를 이용하였다. 약 20 mg의 건조된 시료를 알루미늄 팬에 담고 40 µL (1:2)의 증류수를 넣어 밀봉한 후 30℃에서 150℃까지 10℃/min의 속도로 가열하였다.
- 분산 상태를 유지한 상태에서 입자직경이 0.375-2000 µm 범위에서 분포비율, 평균입자 직경을 측정하였다.
- 1% NaOH 용액을 가하는 과정을 4회 반복한 후 증류수로 2회 세척하였다. 세척된 침전물에 0.1 N HCl을 사용하여 pH 6.5-7로 중화한 후 40℃에서 20시간 건조시켜 무게를 측정하였다. 고구마 전분 함량은 고구마 생체 100 g 당 건조 전분 무게를 측정하여 건물률에 대한 백분율로 나타내었다.
- 2% 요오드액으로 반응시켜 680 nm에서 흡광도를 측정하였다. 아밀로스 함량은 측정된 흡광도 값으로부터 아밀로스와 아밀로펙틴(from potato starch, Sigma Chemical Co., St. Louis, MO, USA)으로 얻은 표준곡선을 이용하여 구하였다.
- 약 20 mg의 건조된 시료를 알루미늄 팬에 담고 40 µL (1:2)의 증류수를 넣어 밀봉한 후 30℃에서 150℃까지 10℃/min의 속도로 가열하였다. 이때 DSC thermogram상에 나타나는 흡열곡선의 호화개시온도(To: onset temperature), 피크온도(Tp: maximum peak temperature), 종결온도(Tc: completion temperature)와 호화엔탈피(∆H: crystal melting enthalpy)를 각각 구하였다.
- 전분의 호화 특성은 신속점도측정기(RVA Tecmaster, NEWPORT Scienific, Warriewood, NSW, Australia)로 sweet potato 분석 program을 이용하여 다음과 같이 측정하였다. 즉, 알루미늄 용기에 고구마 전분(14% 수분함량기준) 2.
- 전분의 호화 특성은 신속점도측정기(RVA Tecmaster, NEWPORT Scienific, Warriewood, NSW, Australia)로 sweet potato 분석 program을 이용하여 다음과 같이 측정하였다. 즉, 알루미늄 용기에 고구마 전분(14% 수분함량기준) 2.5 g과 증류수 25 mL를 가한 다음 플라스틱 회전축을 이용하여 완전하게 교반시켜 시료액을 제조하였다. 50℃에서 1분간 빠른 속도로 교반한 다음, 분당 7.
대상 데이터
- 2010년 5월 하순부터 9월 하순까지의 무안, 익산, 논산, 보령, 함양지역의 평균온도, 강수량과 일조시간은 시험포장이 위치하고 있는 각 지역의 기상청 자료를 수집하여 분석하였다. 토양의 물리화학적 특성은 농촌진흥청 표준분석법(33)에 준하여 분석하였는데 재배 시험지의 각 시험구별로 10-20 cm 지점의 토양을 채취하여 그늘에서 건조, 분쇄 후 2 mm 체에 걸러 이물질을 제거, 토성은 비중계를 이용한 Hydrometer법, pH는 토양을 증류수와 1:5(w/v)로 혼합하여 60분간 진탕한 현탁액을 pH meter (Docu-pH meter, Sartorius, Goettingen, Germany)를 이용하여 측정하였다.
- 본 실험에 이용한 고구마는 농촌진흥청에서 육성한 품종으로 ‘대유미’, ‘신건미’, ‘진홍미’, ‘신율미’, ‘율미’, ‘연황미’ 등 6품종이었다.
- 고구마 전분의 입자크기는 particle size analyzer (LS 13320, Beckman Coulter GmbH, Krefeld, Germany)를 이용하여 분석하였다. 분석용 시료의 수분흡수로 인한 입자크기의 증가를 방지하기 위하여 분산용매로 에탄올을 사용하였다. 시료 약 0.
- 본 실험에 이용한 고구마는 농촌진흥청에서 육성한 품종으로 ‘대유미’, ‘신건미’, ‘진홍미’, ‘신율미’, ‘율미’, ‘연황미’ 등 6품종이었다. 실험 포장에 고구마를 삽식(꺾꽂이)하기 위해 2010년 3월, 농촌진흥청 국립식량과학원 바이오에너지작물센터의 비닐하우스 육묘상에 각 품종별로 씨고구마를 파종하여 고구마 묘를 재배하였다. 재배지역은 무안, 익산, 논산, 보령, 함양 등 5지역이며 각 지역별 실험포장은 동일한 시비량인 요소 12.
- 실험 포장에 고구마를 삽식(꺾꽂이)하기 위해 2010년 3월, 농촌진흥청 국립식량과학원 바이오에너지작물센터의 비닐하우스 육묘상에 각 품종별로 씨고구마를 파종하여 고구마 묘를 재배하였다. 재배지역은 무안, 익산, 논산, 보령, 함양 등 5지역이며 각 지역별 실험포장은 동일한 시비량인 요소 12.0 kg/10a, 용성인비 31.5 kg/10a, 황산가리 26.0 kg/10a을 전량 기비(밑거름)로 시용한 후, 비닐로 멀칭하였다. 고구마 묘의 삽식은 보통기 재배시기인 5월 하순경에 휴간 75 cm, 주간 20 cm, 난괴법 3반복으로 재배하였다.
- 5 시간(무안)으로 무안지역이 많았다. 지역별 시험구의 토성은 무안, 익산, 보령지역은 사양토, 논산지역은 사질식양토, 함양지역은 양토였으며 pH는 5.5-6.2 범위였다. 재배지역에 따른 전분 함량은 29.
데이터처리
- 모든 실험은 SAS package (v. 8.01, SAS Institute Inc., Cary, NC, USA)를 이용하여 p<0.05 수준에서 Duncan의 다중범위 검정으로 시료간의 유의성을 검정하였고 데이터는 3반복의 평균값으로 나타내었다.
이론/모형
- 고구마 전분의 분리 및 함량은 알카리 침지법으로 Shin과 Ahn(34)의 방법에 따라 분석하였다. 고구마를 씻어 껍질을 벗기고 자른 후 100 g을 취하여 3배의 0.
- 고구마 전분의 아밀로스 함량은 Williams 등(36)의 방법에 따라 측정하였다. 즉 고구마 전분 20 mg을 담은 100 mL 플라스크에 0.
- 고구마 전분의 입자크기는 particle size analyzer (LS 13320, Beckman Coulter GmbH, Krefeld, Germany)를 이용하여 분석하였다. 분석용 시료의 수분흡수로 인한 입자크기의 증가를 방지하기 위하여 분산용매로 에탄올을 사용하였다.
- 일반성분은 AOAC(35) 방법에 의하여, 수분함량은 105℃로 상압가열 건조하여 측정하였고, 조단백질은 Kjeldahl법으로 측정하였는데, 분해촉진제로는 selenium reagent mixture (Gerhardt, Helev, Denmark)를 첨가하였으며 질소계수 6.25를 사용하여 환산하였다. 조지방 함량은 Soxhlet법, 조회분은 건식회화법으로 측정하였다.
- 고구마 묘의 삽식은 보통기 재배시기인 5월 하순경에 휴간 75 cm, 주간 20 cm, 난괴법 3반복으로 재배하였다. 재배관리는 농촌진흥청 표준재배법(32)에 준하여 보통기 관행재배법으로 삽식 후 4개월(120일) 간 재배하고 수확하였다.
- 25를 사용하여 환산하였다. 조지방 함량은 Soxhlet법, 조회분은 건식회화법으로 측정하였다.
- 2010년 5월 하순부터 9월 하순까지의 무안, 익산, 논산, 보령, 함양지역의 평균온도, 강수량과 일조시간은 시험포장이 위치하고 있는 각 지역의 기상청 자료를 수집하여 분석하였다. 토양의 물리화학적 특성은 농촌진흥청 표준분석법(33)에 준하여 분석하였는데 재배 시험지의 각 시험구별로 10-20 cm 지점의 토양을 채취하여 그늘에서 건조, 분쇄 후 2 mm 체에 걸러 이물질을 제거, 토성은 비중계를 이용한 Hydrometer법, pH는 토양을 증류수와 1:5(w/v)로 혼합하여 60분간 진탕한 현탁액을 pH meter (Docu-pH meter, Sartorius, Goettingen, Germany)를 이용하여 측정하였다.
성능/효과
- 9%의 범위를 보였고 전분 함량은 무안지역이, 아밀로스 함량은 익산지역에서 높았다. 고구마 전분의 수분함량은 9.80-15.60%, 단백질 함량은 0.02-0.07%, 조지방 함량은 0.05-0.28%, 회분 함량은 0.10-0.30%의 범위였고 단백질 함량은 익산지역이 높았다. 호화개시온도는 무안지역이 높고 함양지역이 낮았으며 최고, 최저, 최종점도, breakdown, setback은 함양지역이 높고 무안지역이 낮았다.
- 고구마의 회절각도(2θ)는 15.1o-15.3o, 16.9o-17.7o, 22.9o-23.6o에서 강한 피크를 보여 고구마 품종의 결정형은 C형임을 확인할 수 있었다.
- Lee와 Lee(43)는 고구마 전분입자는 일반적으로 7-24 µm 크기로 hilum이 중앙에 있으며, 둥글거나 다각형의 형태를 유지한다고 하였고, Shin과 Ahn(5)은 분질 및 점질 고구마 전분 모두 둥근형이며 11-17 µm의 범위에 포함된다고 하였다. 따라서 재배 지역과는 상관없이 고구마 전분 입자의 모양은 둥글고 타원형이며 일부 다각형의 입자형태를 가지고 있음을 알 수 있었다.
- 1 J/g의 범위를 보였고 ‘대유미’와 ‘연황미’는 지역 간 차이가 인정되지 않았으나 나머지 품종은 함양지역이 높았다. 따라서 함양지역에서 생산된 고구마가 다른 지역에 비하여 전분이 호화하는데 높은 에너지가 필요함을 알 수 있었다. 전분의 To, Tp, Tc는 무안, 논산, 보령지역이 높고 ∆T와 ∆H는 함양지역이 높은 경향을 보였다.
- 9%의 범위로 ‘대유미’와 ‘신율미’는 지역간 차이가 인정되지 않았으나 그 밖에 품종에서는 익산지역이 높은 경향이었다. 또한 고구마의 전분 함량은 브라질 품종에서는 42.6-78.7%, 미국 품종에서는 33.2-72.9%로 나타난 기존의 결과(40-42)와 비교하였을 때 우리나라 품종도 다양한 전분 함량의 분포를 보이는 것을 알 수 있었다. 전분은 작물에 따라 물리적, 구조적 특성이 다르지만 그 특성을 물리, 화학적으로 잘 활용하면 전혀 다른 방법으로 이용할 수도 있다.
- 또한 단백질은 전분의 수화를 억제하여 호화온도를 높이고 페이스트 점도를 낮출 수 있다고 하였다(44). 본 실험의 경우 품종별, 지역별로 고구마의 단백질 및 조지방 함량에서 차이를 보이는데 이러한 성분 특성의 차이가 재배지역에 따른 고구마 전분의 호화 특성에 영향을 미칠 것이라 생각되었다.
- 고구마는 전분을 주성분으로 한다는 점에서 쌀이나 보리 등의 곡류와 비슷하지만 수분을 많이 함유하고 있다는 점에서는 이들과 차이가 있다. 생고구마 중에 함유되어 있는 전분의 중량비를 전분 함량이라고 하는데(32) 이를 건물중으로 환산하여 나타낸 결과(Table 1), 전분 함량은 46.4-59.2%의 범위로 지역에 따라 유의적인 차이가 인정되지 않았으나 대체로 무안지역에서 생산된 고구마가 전분 함량이 높고 함양지역에서 생산한 고구마가 낮았다. 전분의 아밀로스 함량은 26.
- 전분의 페이스팅 점도 및 호화 특성은 가공 식품과 산업 소재로의 이용 시 품질에 영향을 미치는 중요한 요인이다. 신속점도 측정기를 이용하여 고구마 품종별 전분의 아밀로그램 특성을 분석한 결과(Table 3), 호화개시온도는 73.2-80.1℃의 범위로 품종 간 지역별로 유의적인 차이를 보였다. ‘신건미’를 제외하고는 무안지역이 높고 함양지역이 낮았으며 품종으로는 ‘대유미’가 지역 평균 79.
- Imabuku(38)는 일장에 관한 연구에서 단일조건은 잎의 생장을 억제하고 덩이뿌리의 비대를 조장하는데 해의 길이가 10시간 50분 정도에서 최고 수량을 얻었다고 하였고, Kim(39)은 빛과 기온에 대한 상호작용에 관한 연구에서 16시간의 광주기가 덩이뿌리 형성을 촉진시킨 반면 8시간의 광주기는 오히려 저해한다고 하였다. 실험지역의 토양 분석 결과, 무안, 익산, 보령은 사양토, 논산은 사질식양토, 함양은 양토였다. 토양의 산도는 논산과 함양지역이 pH 5.
- 재배지역에 따른 고구마 전분의 평균 입도크기를 살펴보면(Table 5), 1-1.2 µm, 13-15 µm에서 각각 최대 피크를 보이고 있으며 같은 품종이라도 재배지역에 따라 다양한 전분 입자 크기가 관측되었다.
- 2 범위였다. 재배지역에 따른 전분 함량은 29.4-59.20%, 아밀로스 함량은 22.3-30.9%의 범위를 보였고 전분 함량은 무안지역이, 아밀로스 함량은 익산지역에서 높았다. 고구마 전분의 수분함량은 9.
- 50 µm로 가장 큰 평균입도를 보였다. 재배지역으로는 익산, 보령, 함양지역이 평균입도가 크고 무안지역이 작은 경향을 보였다.
- 주사시차열량계를 이용한 재배 지역에 따른 고구마 품종별 호화 특성을 분석한 결과(Table 4), 호화개시온도(To)는 62.0-79.6℃의 범위를 보였고 ‘신건미’를 제외한 품종들에서 무안지역이 높고 함양지역이 낮은 경향을 보였다.
- 최종점도는 151.7-218.4 RVU의 범위로 ‘대유미’와 ‘진홍미’에서는 지역 간 차이가 인정되지 않았으나 나머지 품종에서는 함양지역이 높고 무안지역이 낮았다.
- 실험지역의 토양 분석 결과, 무안, 익산, 보령은 사양토, 논산은 사질식양토, 함양은 양토였다. 토양의 산도는 논산과 함양지역이 pH 5.5, 익산 pH 5.7, 보령 pH 6.0, 무안 pH 6.2로 무안이 다소 높고 논산과 함양지역이 낮게 나타났다.
- 30%의 범위였고 단백질 함량은 익산지역이 높았다. 호화개시온도는 무안지역이 높고 함양지역이 낮았으며 최고, 최저, 최종점도, breakdown, setback은 함양지역이 높고 무안지역이 낮았다. To, Tp, Tc는 무안, 논산지역이 높고 함양지역이 낮았으나 ∆T와 ∆H는 함양지역이 높았다.
후속연구
- 일반적으로 묵을 제조하기 위한 전분은 아밀로스 함량이 높고 아밀로스의 분자량, 평균사슬길이, 사슬의 수가 많다. 이는 전분의 분자구조가 묵 제조에 중요한 인자일 수 있다고 한 보고(31)에 비추어 볼 때 고구마 품종에 따라 전분 함량 및 아밀로스 함량을 분석함으로써 묵 제조에 적합한 고구마 품종을 선정한다면 고구마 전분의 다양한 이용 가능성도 검토해 볼 수 있으리라 사료된다.
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