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문제 정의
- 그러나 아직까지 효소를 처리하여 제조된 쌀 페이스트의 향미 특성과 관련이 있는 휘발성성분 및 비휘발성 성분을 분석하여 비교한 연구는 없었다. 따라서 본 연구에서는 국내에서 유통되고 있는 서로 다른 품종별 효소 처리된 쌀 페이스트의 휘발성 성분과 비휘발성 성분들을 기기분석하고, 다변량 통계분석으로 시료 간의 차이를 규명하고자 하였다. 이는 쌀 페이스트를 활용한 가공식품 개발을 위한 기초연구로 활용될 수 있을 것이다.
- 효소 처리된 다양한 품종의 쌀 페이스트의 향미 특성과 관련이 있는 휘발성 성분 및 비휘발성 성분들을 GC-MS와 GCTOF-MS의 기기분석법과 다변량 통계 분석법을 이용하여 비교하였다. 서로 다른 시료간의 차이와 특성을 밝힐 수 있었으며, 이에 관여하는 주요 성분들도 규명하였다. 쌀 가공제품 개발 및 향미특성 연구는 오늘날 제한적으로 이루어지고 있는데, 이의 발전을 위해서는 쌀 원료 자체에 대한 특성 연구가 선행되어야 한다.
제안 방법
- 또한 hexane에 용해시킨 saturated alkanes (C7-C17, 100 μg/mL, w/v)을 외부표준물질로 사용하여 각 휘발성 성분의 retention index (RI) value를 구한 후 문헌에서 보고된 RI 값과 비교하였다. GC-TOF-MS를 이용하여 분석한 비휘발성 성분의 동정은 fiehn, mainlib, wiley9, replibrary를 이용하여 수행하였다. 휘발성 성분과 비휘발성 성분의 정량은 내부표준물질에 대한 상대적인 peak area 값을 구하여 비교하였으며, 휘발성 성분의 정량을 위한 내부표준물질로는 2-ethyl hexanol (100 μg/mL, w/v), 비휘발성 성분의 정량을 위한 내부표준물질로는 carbohydrates는 threitol (100μg/mL, w/v) 5μL, amino acids는 norleucine (100 μg/mL, w/v) 5 μL를 각각 사용하였다.
- MSD (Agilent 5977A) 조건은 EI ionization voltage 70 eV, mass range 35−350 a.m.u.로 설정하였다.
- N,O-bis (trimethylsilyl) trifluoroacetamide (BSTFA) containing 1% trimethylchlorosilane (Sigma-Aldrich)을 90 μL 넣고 70 °C에서 30분간 추가로 반응시킨 뒤, insert가 들어간 1.5 mL auto-sampler에 담아 GC-TOF-MS를 이용하여 분석하였다.
- SPME를 이용하여 추출한 휘발성 성분의 동정은 mass spectral database (W9N08.L) 및 manual interpretation을 기반으로 수행하였다. 또한 hexane에 용해시킨 saturated alkanes (C7-C17, 100 μg/mL, w/v)을 외부표준물질로 사용하여 각 휘발성 성분의 retention index (RI) value를 구한 후 문헌에서 보고된 RI 값과 비교하였다.
- SPME에 의해 추출된 쌀 페이스트의 휘발성 성분은 7890B GC system과 5977A mass selective detector (MSD, Agilent Technologies, Santa Clara, CA, USA)를 이용하여 분석하였다. 분석을 위한 칼럼으로는 DB-WAX (30 m length×0.
- 또한 hexane에 용해시킨 saturated alkanes (C7-C17, 100 μg/mL, w/v)을 외부표준물질로 사용하여 각 휘발성 성분의 retention index (RI) value를 구한 후 문헌에서 보고된 RI 값과 비교하였다.
- 쌀 원료를 55−60 °C에서 1.5시간 동안 증숙한 후, 60 °C에서 2시간동안 0.15−0.2% 농도의 α-amylase를 처리하였다.
- 쌀 페이스트의 비휘발성 아미노산, 당, 당알콜 분석에는 Agilent 6890 N GC에 연결된 TOF pegasus III MS (Leco, St. Joseph, MI, USA)를 이용하였다. 분석을 위한 칼럼으로는 DB5MS (30 m Length×0.
- 쌀 페이스트의 휘발성 성분은 solid phase microextraction(SPME)를 이용하여 추출하였다. 추출을 위해 20 mL glass vial에 쌀 페이스트 시료 5g을 넣고 screw cap(Ultraclean 18mm, Agilent Technologies, Ratingen, Germany)으로 밀봉하였다.
- 이 후 100−150 bar의 압력을 가해 가압균질화 하고, 98 °C에서 30초 동안 살균하였다.
- 휘발성 성분과 비휘발성 성분의 정량은 내부표준물질에 대한 상대적인 peak area 값을 구하여 비교하였으며, 휘발성 성분의 정량을 위한 내부표준물질로는 2-ethyl hexanol (100 μg/mL, w/v), 비휘발성 성분의 정량을 위한 내부표준물질로는 carbohydrates는 threitol (100μg/mL, w/v) 5μL, amino acids는 norleucine (100 μg/mL, w/v) 5 μL를 각각 사용하였다.
대상 데이터
- 실험에 사용된 쌀 원료는 모두 국내산으로 IP, GO, AN, DA, SE, DN, SM은 경기도 수원시에서 재배한 것이며, GW와 GB는 충청북도 진천군에서 재배한 것이다. 모든 쌀 원료는 2014년도에 수확한 것을 사용하였다.
- 분석을 위한 칼럼으로는 DB-WAX (30 m length×0.25 mm I.D.×0.25 μm film thickness, J&W Scientific, Folsom, CA, USA)를 사용하였다.
- 분석을 위한 칼럼으로는 DB5MS (30 m Length×0.25 mm I.D.×0.25 μm film thickness, J&W Scientific, Folsom, CA, USA)를 사용하였다.
- 실험에 사용된 쌀 원료의 품종은 일품(IP), 고아미 4호(GO), 안다(AN), 다산 1호(DA), 설갱(SE), 단미(DN), 삼광(SM), 서농 17호 백미(GW), 서농 17호 현미(GB)로 총 9종이었으며, Table 1에 각 품종의 재배지역과 생산년도를 나타내었다. 실험에 사용된 쌀 원료는 모두 국내산으로 IP, GO, AN, DA, SE, DN, SM은 경기도 수원시에서 재배한 것이며, GW와 GB는 충청북도 진천군에서 재배한 것이다. 모든 쌀 원료는 2014년도에 수확한 것을 사용하였다.
- 원료 쌀 품종에 따른 9종의 쌀 페이스트 시료는 다음의 쌀 원료를 이용하여 제조되었다. 실험에 사용된 쌀 원료의 품종은 일품(IP), 고아미 4호(GO), 안다(AN), 다산 1호(DA), 설갱(SE), 단미(DN), 삼광(SM), 서농 17호 백미(GW), 서농 17호 현미(GB)로 총 9종이었으며, Table 1에 각 품종의 재배지역과 생산년도를 나타내었다. 실험에 사용된 쌀 원료는 모두 국내산으로 IP, GO, AN, DA, SE, DN, SM은 경기도 수원시에서 재배한 것이며, GW와 GB는 충청북도 진천군에서 재배한 것이다.
- 원료 쌀 품종에 따른 9종의 쌀 페이스트 시료는 다음의 쌀 원료를 이용하여 제조되었다. 실험에 사용된 쌀 원료의 품종은 일품(IP), 고아미 4호(GO), 안다(AN), 다산 1호(DA), 설갱(SE), 단미(DN), 삼광(SM), 서농 17호 백미(GW), 서농 17호 현미(GB)로 총 9종이었으며, Table 1에 각 품종의 재배지역과 생산년도를 나타내었다.
데이터처리
- 또한 각각의 성분에 대한 시료간의 유의적인 차이를 알아보기 위하여 statistical package for the social sciences(SPSS, version 12.0, Chicago, IL, USA)를 이용하여 유의수준 p <0.05에서 분산분석(ANOVA, Analysis of variance)과 Duncan’s multiple comparison test를 수행하였다.
- 원료 쌀의 품종에 따른 쌀 페이스트의 휘발성 성분 및 비휘발성 차이를 파악하기 위하여 다변량 통계분석(SIMCA-P version 11.0, Umetric, Umea, Sweden)을 사용하여 주성분 분석(PCA, Principal component analysis)을 수행하였다. 또한 각각의 성분에 대한 시료간의 유의적인 차이를 알아보기 위하여 statistical package for the social sciences(SPSS, version 12.
- 효소 처리된 다양한 품종의 쌀 페이스트의 향미 특성과 관련이 있는 휘발성 성분 및 비휘발성 성분들을 GC-MS와 GCTOF-MS의 기기분석법과 다변량 통계 분석법을 이용하여 비교하였다. 서로 다른 시료간의 차이와 특성을 밝힐 수 있었으며, 이에 관여하는 주요 성분들도 규명하였다.
성능/효과
- 벤젠 고리를 가진 aromatic compounds는 6종이 검출되었다. 1,4-xylene과 methyl benzene은 모든 품종에서 검출되었으며, 다른 품종들에 비해 GW에서 함량이 높았다. Green, fresh향(Sawamura 등, 2004)을 가진 p-cymene은 SE에서 가장 높았다.
- AN, DA, GW는 그 뒤를 따라 높았으며, 이 세 품종간에는 함량 차이가 크지 않았다. 2-ethylfuran은 다른 품종들에서 보다 DA에서 가장 높았으며, 2-butylfuran과 2-propylfuran은 SE에서 가장 함량이 높았다. 7종의 터핀류 중 orange-like fruity향을 내는 dllimonene (Kelebek과 Selli 2011)은 모든 품종에서 검출되었으며, 그 함량은 DA, SE, AN에서 높게 나타났다.
- 알콜류는 쌀에 주로 sweet, floral, fruity 향미특성을 부여하는데 영향을 미친다(Bryant와 McClung 2011). 6종의 알콜류 중 ethanol, pentan-1-ol, oct-1-en-3-ol은 모든 품종에서 검출되었으나, ethanol의 함량은 IP와 SM에서 유의적으로 높았다. 대표적인 퓨젤유 성분인 pentan-1-ol은 지질 산화 생성물로 알려져 있으며(Champagne 등, 2005), SE에서 가장 높았다.
- GABA가 서농 17호인 GB와 GW에서 높게 나타나는 것은 서농 17호가 다른 쌀 품종들에 비해 쌀겨 및 배젖 등에 아미노산과 같은 영양성분들이 상대적으로 높은 함량으로 함유되어 있기 때문이라고 볼 수 있다. Ala, Val, Leu, Gly, Ser은 다른 품종에서 보다 DN에서 가장 높았으며, Pro의 함량은 DN과 GB에서 높았다. Pro는 익힌 쌀의 주요 향미성분인 2-acetyl-1-pyrroline의 전구체로도 알려져 있으며, 2-acetyl-1-pyrolline은 팝콘(Schieberle 1991), corn tortilla (Karahadian과 Johnson 1995) 등에서 주요 향기활성성분으로도 밝혀져 있다.
- 이러한 당류들은 α-amylase에 의해 전분의 α-1,4 glycosidic 결합이 분해되면서 Glc, dextrins, limit dextrins이 생성되는 작용에 의한 것이다(Gupta 등, 2003). Glc의 함량은 AN에서 가장 높았지만, 상대적으로 더 높은 단맛을 가지는 Fru와 Suc는 DN에서 가장 높았다. Erythrose로부터 유래한 Dit는 GO에서 가장 높았다.
- 3%). PCA loading plot (Fig. 2A)에서 pentanal, 4,7-dimethylundecane, dimethyl disulfide 같은 성분들은 GW의 특징으로 나타났고, butan-1-ol, ethyl propionate, 1-(3-methylphenyl) ethanone 같은 성분들은 GB의 특징으로 나타났다. 이들 성분들이 GB와 GW를 구분하는데 관련이 있는 성분들임을 알 수 있었다.
- 0%). PCA loading plot (Fig. 2B)에서 Gly, Ser, GABA, Suc, Fru 같은 성분들이 주로 DN과 다른 품종간에 차이를 보이는데 기여한 것으로 나타났다. Gal, Ara, Man는 GB에 비해 GW와 관련이 높은 것으로 나타났다.
- 또한, IP가 다른 품종들과 구별되는 것은 주로 ethanol, 6-methylhep-5-en-2-one, camphene, α-phellandrene, tridecane 같은 성분들에서 기인하는 것으로 나타났다.
- 이에 비해 Gln와 Asn은 각각 SE와 GO에서만 검출되었다. 또한, 당류 및 당알콜류로는 총 6종의 당류 fructose (Fru), mannose (Man), glucose (Glc), galactose(Gal), sucrose (Suc), maltose와 4종의 당알콜류 dithio-erythritol (Dit), arabitol (Ara), ribitol, myo-inositol (Myo)이 동정되었다. 당류는 단맛과 깊은 관련이 있는 것은 물론, 당 분해반응 및 Maillard 반응을 통해서 휘발성 성분 생성에도 관여할 수 있다(Demyttenaere 등, 2002).
- 대표적인 퓨젤유 성분인 pentan-1-ol은 지질 산화 생성물로 알려져 있으며(Champagne 등, 2005), SE에서 가장 높았다. 버섯과 유사한 냄새특성을 가진 oct-1-en3-ol은 GW에서 가장 높았고, 그 다음으로는 DA와 SE 순서로 함량이 높았다. 이외의 알콜류 중 hexan-1-ol, hex-3-en-1-ol 및 butan-1-ol은 DN에서 가장 높았다.
- SM은 α-pinene, AN은 octanal, α-copaene 같은 성분들이 향미에 영향을 미치는 성분들이었다. 비휘발성 성분의 PCA 분석 결과로는 제 1주성분(PC1)은 49.8%, 제 2주성분(PC2)은 17.0%의 설명력을 나타내어 총 변동의 66.8%를 설명하였다. PCA score plot (Fig.
- 한편 검출된 7종의 탄화수소류 대부분은 쌀의 향미 특성에 큰 영향을 주지 않는 것으로 알려져 있다(Elaine 등, 2005). 이 중 4,7-dimethylundecane은 품종간에 유의적인 차이는 없었으며, 4-ethyl-2-methyl hexa-2,3-diene은 GB에서만 검출되었다. 본 연구에서 유일하게 검출된 황 함유 성분인 dimethyl disulfide는 황을 함유한 아미노산의 분해산물로서 마늘향과 유사한 특성을 주며(Wright 등, 2006), 우유에서 산화에 의해 생성되는 대표적인 이취성분으로 보고된 바 있다(Jung 등, 1998).
- 총 12종의 아미노산 및 아미노산 유도체인 alanine (Ala), valine (Val), leucine (Leu), proline (Pro), glycine (Gly), serine (Ser), threonine (Thr), aspartic acid (Asp), glutamine (Gln), γ-aminobutyric acid (GABA), glutamic acid (Glu), asparagine (Asn)이 동정되었다.
- 효소 처리된 쌀 페이스트에서 동정된 휘발성 성분을 Table 2에 나타내었다. 총 46종의 휘발성 성분이 검출되었으며, 이에는 알콜류 6종, 케톤류 4종, 벤젠류 5종, 알데히드류 6종, 퓨란류 4종, 터핀류 8종, 에스터류 4종, 탄화수소류 7종, 황 함유 화합물 1종, 산 1종이 포함되었다. 알콜류는 쌀에 주로 sweet, floral, fruity 향미특성을 부여하는데 영향을 미친다(Bryant와 McClung 2011).
후속연구
- 서로 다른 시료간의 차이와 특성을 밝힐 수 있었으며, 이에 관여하는 주요 성분들도 규명하였다. 쌀 가공제품 개발 및 향미특성 연구는 오늘날 제한적으로 이루어지고 있는데, 이의 발전을 위해서는 쌀 원료 자체에 대한 특성 연구가 선행되어야 한다. 이러한 연구 결과를 바탕으로 쌀의 품종별 특성을 고려한 원료를 개발함으로써 쌀 페이스트의 원료로서의 가치 및 활용도를 높이고 완제품의 품질력 향상 및 제품경쟁력을 확보하는데 기여할 수 있다.
- 따라서 본 연구에서는 국내에서 유통되고 있는 서로 다른 품종별 효소 처리된 쌀 페이스트의 휘발성 성분과 비휘발성 성분들을 기기분석하고, 다변량 통계분석으로 시료 간의 차이를 규명하고자 하였다. 이는 쌀 페이스트를 활용한 가공식품 개발을 위한 기초연구로 활용될 수 있을 것이다.
- 쌀 가공제품 개발 및 향미특성 연구는 오늘날 제한적으로 이루어지고 있는데, 이의 발전을 위해서는 쌀 원료 자체에 대한 특성 연구가 선행되어야 한다. 이러한 연구 결과를 바탕으로 쌀의 품종별 특성을 고려한 원료를 개발함으로써 쌀 페이스트의 원료로서의 가치 및 활용도를 높이고 완제품의 품질력 향상 및 제품경쟁력을 확보하는데 기여할 수 있다. 이에 쌀 가공식품의 새로운 시장 개척에 이바지하고 새로운 쌀 수요 창출 및 쌀 산업의 활성화가 기대된다.
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