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문제 정의
- 본 연구는 아밀로스 함량이 다양한 5가지 쌀 품종별 제분방법에 따른 쌀가루 이화학적, 식품학적 특성을 분석하고 다양한 가공이용성 구명을 위한 기초자료로 활용하고자 한다.
- 본 연구에서는 아밀로스 함량이 다른 5가지 쌀 품종별로 건식 및 습식방법에 의해 제조된 쌀가루의 손상전분, 수분 결합능력 등 가공을 위한 식품학적 특성뿐만 아니라 기능성에 관련된 저항전분 및 소화율 등도 조사하였다. 향후 쌀가공식품의 용도 다양화 및 가공이용 연구를 위한 기초자료로 활용하고자 한다.
가설 설정
- (a) In vitro digestibility of rice flours using the dry-milling process. (b) In vitro digestibility of rice flours using the wet-milling process.
제안 방법
- 2 sodium acetate buffer 4 mL을 혼합한 후 미리 제조한 혼합효소 1 mL와 5개의 유리구슬을 첨가하였고, 150 rpm의 일정한 속도에서 교반하면서 반응하였다. 180분 동안 반응시킨 시료를 취하여 80% 에탄올 용액 속에 혼합한 후 glucose 함량은 glucose oxidase and peroxidase assay kits (Megazyme, Ireland)를 이용하여 분석하였다. In vitro 혈당지수(estimated glycemic index, eGI)는 쌀가루 시료와 표준물질(white bread)의 소화율 곡선의 면적 비율로 전분 가수분해지수(hydrolysis index, HI)을 계산한 후 Goni et al.
- In vitro 소화율은 Englyst et al. (1992)의 방법을 수정하여 분석하였다. porcine pancreatic α-amylase (P7545, SigmaAldrich, St.
- 시료 3 g을 25의 증류수에 분산시켜 처음 1분간은 50°C로 유지시킨 후, 95°C로 12°C/min의 가열속도로 가열하고 95°C에서 2분 30초간 유지시킨 후 다시 50°C로 12°C/min의 속도로 냉각시켜 2분간 유지시키면서 점도를 측정하였다. RVA viscogram으로부터 최고(peak), 최저(trough), 최종(final), 강하(break down), 치반(setback)점도, 호화시간(peak time) 및 호화온도(pasting temp)를 산출하였으며, 호화점도 단위는 Rapid Viscosity Unit (RVU)로 표시하였다.
- pH 3.8인 1.2 M sodium acetate buffer와 amyloglucosidase을 첨가하여 50°C에서 30분 반응시킨 후 가수분해 된 glucose양에 따라 가용성 전분과 저항전분을 각각 환산하여 구하였다.
- 각 품종별 쌀가루 시료 1 g에 증류수 30 mL을 혼합하여 수분흡수지수와 수분용해지수는 50, 80°C에서 팽윤력은 50, 60, 70, 80, 90°C에서 150 rpm으로 설정하여 항온 수조에서 30분간 가열해준 후 각 튜브를 25°C로 냉각시켰다.
- , Denmark)이용하여 백미를 분쇄하였고, 습식 제분은 2시간동안 백미를 물에 침지한 후에 탈수를 한 후 산업용 분쇄기(롤러기, 신우종합기계)를 이용하여 제분하였다. 모든 시료를 100 mesh 체에 쳐서 쌀가루의 이화학적 특성을 분석하였다.
- 4%로 중량을 맞추어 시험용 도정기(MC-90A, Toyo, Japan)를 이용하여 백미로 도정하였다. 본 연구에서 건식제분은 곡물분쇄기분쇄기(Cyclotec TM 1093, FOSS Co., Denmark)이용하여 백미를 분쇄하였고, 습식 제분은 2시간동안 백미를 물에 침지한 후에 탈수를 한 후 산업용 분쇄기(롤러기, 신우종합기계)를 이용하여 제분하였다. 모든 시료를 100 mesh 체에 쳐서 쌀가루의 이화학적 특성을 분석하였다.
- 따라서 건강기능성 측면에서 ‘도담쌀’의 경우 저항전분 함량이 높은 건식 쌀가루로 이용하는 것이 유리하다고 판단된다. 본 연구에서 총 전분 함량은 가용성 전분과 저항전분을 합하여 표시하였다. 분쇄방법에 의해 가용성 전분 함량이 달라짐에 따라 총 전분함량이 달라졌다.
- 수확한 정조를 건조기에서 40°C 72시간 건조하여 현미를 낸 뒤, 현미 300 g을 90.4%로 중량을 맞추어 시험용 도정기(MC-90A, Toyo, Japan)를 이용하여 백미로 도정하였다.
- 시료 3 g을 25의 증류수에 분산시켜 처음 1분간은 50°C로 유지시킨 후, 95°C로 12°C/min의 가열속도로 가열하고 95°C에서 2분 30초간 유지시킨 후 다시 50°C로 12°C/min의 속도로 냉각시켜 2분간 유지시키면서 점도를 측정하였다.
- 각 품종별 쌀가루 시료 1 g에 증류수 30 mL을 혼합하여 수분흡수지수와 수분용해지수는 50, 80°C에서 팽윤력은 50, 60, 70, 80, 90°C에서 150 rpm으로 설정하여 항온 수조에서 30분간 가열해준 후 각 튜브를 25°C로 냉각시켰다. 열처리된 각 쌀가루의 튜브는 7,232 g에서 30분간 원심분리기를 사용하여 상등액과 침전물을 분리하여 각각의 무게를 측정하였다. 건조된 알루미늄 접시무게를 측정한 후 상등액의 무게를 측정한 알루미늄 접시에 붙고 105°C에서 완전히 건조될 때까지 5시간 동안 건조 시켰다.
- 원심분리를 한 후 상등액에 amyloglucosidase을 첨가하여 40°C 10분간 반응시킨 후 생성된 glucose 함량에 따라 손상전분을 계산하였다.
- 2 M sodium acetate buffer와 amyloglucosidase을 첨가하여 50°C에서 30분 반응시킨 후 가수분해 된 glucose양에 따라 가용성 전분과 저항전분을 각각 환산하여 구하였다. 총 전분 함량은 가용성전분과 저항전분 함량의 값을 합하여 계산하였다.
- 건조된 알루미늄 접시무게를 측정한 후 상등액의 무게를 측정한 알루미늄 접시에 붙고 105°C에서 완전히 건조될 때까지 5시간 동안 건조 시켰다. 침전물 포함 tube의 무게와 건조된 상등액 무게를 측정하여 수분흡수지수(water absorption index, WAI), 수분용해지수(water solubility index, WSI)를 구하였고, 팽윤력(swelling power, SP)은 아래의 식으로 계산하였으며 3회 반복실험을 수행하였다.
대상 데이터
- 가용성전분, 저항성전분, 총전분 함량은 AOAC 방법에 의한 Megazyme kit을 Megazyme International Ireland Ltd.(Wicklow, Ireland)에서 구입하여 측정하였다(McCleary et al., 2002). 시료 100 mg에 pancreatin α-amylase로 37°C에서 16시간 반응하였고, 침전물에 2 M KOH 용액을 첨가하여 분산 및 용해시켰다.
- 본 실험에 사용된 시료는 농촌진흥청 국립식량과학원에서 개발된 아밀로스함량과 전분특성이 다른 ‘일품, 백옥찰, 미호, 새고아미 및 도담쌀’ 등 5품종의 쌀가루를 사용하였다.
- 본 연구재료는 농촌진흥청 국립식량과학원 중부작물부 시험포장에서 2015년에 표준재배법에 의하여 생산되었다(RDA, 2000). 수확한 정조를 건조기에서 40°C 72시간 건조하여 현미를 낸 뒤, 현미 300 g을 90.
데이터처리
- a-eValues within the same column followed by different letters are significantly different (p<0.05) by Duncan’s multiple range test.
- a-iValues within the same column followed by different letters are significantly different (p<0.05) by Duncan’s multiple range test.
- a-jValues within the same column followed by different letters are significantly different (p<0.05) by Duncan’s multiple range test.
- a-mValues within the same column followed by different letters are significantly different (p<0.05) by Duncan’s multiple range test.
- 실험결과는 2번 이상 반복값을 구하여 평균±표준편차로 나타내었으며, 각 변수에 대해 일원배치분산분석(one-way ANOVA)을 실시하였고, 사후검정으로는 Duncan’s multiple range test를 적용하였으며, α=0.05 수준에서 유의성을 검정하였다.
이론/모형
- 180분 동안 반응시킨 시료를 취하여 80% 에탄올 용액 속에 혼합한 후 glucose 함량은 glucose oxidase and peroxidase assay kits (Megazyme, Ireland)를 이용하여 분석하였다. In vitro 혈당지수(estimated glycemic index, eGI)는 쌀가루 시료와 표준물질(white bread)의 소화율 곡선의 면적 비율로 전분 가수분해지수(hydrolysis index, HI)을 계산한 후 Goni et al. (1997)의 계산식(eGI=39.71+0.549 HI)으로부터 eGI값을 구하였다.
- 건식 및 습식제분 쌀가루 5품종의 호화특성은 AACC 방법(American Association of Cereal Chemists, 2000)에 따라 신속점도측정기(Rapid Viscosity Analyzer, Model RVA-4, Newport Scientific Pty, Ltd, Wariiewood, Australia)를 이용하여 백미 쌀가루 3 g에 증류수 25 mL을 첨가하여 측정하였다. 시료 3 g을 25의 증류수에 분산시켜 처음 1분간은 50°C로 유지시킨 후, 95°C로 12°C/min의 가열속도로 가열하고 95°C에서 2분 30초간 유지시킨 후 다시 50°C로 12°C/min의 속도로 냉각시켜 2분간 유지시키면서 점도를 측정하였다.
- 건식 및 습식제분에 따른 품종별 쌀가루의 손상전분 함량 분석은 Megazyme kit을 Megazyme International Ireland Ltd. (Wicklow, Ireland)에서 구입하여 AACC method 79-31에 의해 측정하였다. 쌀가루 100 mg을 칭량하여 전분 가수분해 효소인 α-amylase를 50 U/mL 첨가한 후 40°C, 10분간 반응시킨후 0.
- 수분정량은 상압건조방법으로(AOAC, 2000) 용기에 쌀가루 1 g을 저울에 정밀하게 달아 105°C로 도달할 때까지 건조하여 수분함량을 측정하였다.
- 수분정량은 상압건조방법으로(AOAC, 2000) 용기에 쌀가루 1 g을 저울에 정밀하게 달아 105°C로 도달할 때까지 건조하여 수분함량을 측정하였다. 수분흡수지수, 수분용해지수, 팽윤력은 We et al. (2011)등의 방법을 이용하여 측정 하였다. 각 품종별 쌀가루 시료 1 g에 증류수 30 mL을 혼합하여 수분흡수지수와 수분용해지수는 50, 80°C에서 팽윤력은 50, 60, 70, 80, 90°C에서 150 rpm으로 설정하여 항온 수조에서 30분간 가열해준 후 각 튜브를 25°C로 냉각시켰다.
성능/효과
- ‘도담쌀’의 건식쌀가루 저항전분 함량은 9.18로서 습식쌀가루 6.27에 비하여 높게 나타나 가공용도에 따라서는 건식제분이 효과적일 것으로 보였다.
- (a)에서수분흡착지수가 50°C에 비해 고온인 80°C에서 높았고, 건식제분 한 경우, 습식분쇄에 비해 높은 WAI 특성을 나타내었다.
- 1. 품종별 습식 및 건식 쌀가루의 수분특성을 분석한 결과, 50°C에 비해 80°C에서 건식쌀가루의 WAI, WSI가 가장 높은 결과를 나타내었고, 특히 ‘백옥찰’이 높은 수분흡착 및 수분용해지수를 나타내었다.
- 2. 손상전분 함량은 건식쌀가루에서 높았고, 품종별 손상 전분 함량은 ‘백옥찰>새고아미>미호>도담쌀>일품’ 순으로 나타났다.
- 3. 가용전분함량은 ‘일품과 새고아미’를 제외하고, 습식으로 제분하였을 때 증가하였고, 저항전분함량은 ‘도담쌀’을 제외하고는 제분방법 관계없이 1% 미만이었다.
- 4. 건식쌀가루가 습식쌀가루에 비해 최고점도 및 최저점도가 높았으며, 치반점도의 경우 제분방법에 관계없이 ‘백옥찰’이 가장 낮은 결과를 보였다.
- 5. 제분방법에 다른 쌀가루 품종별 혈당지수는 57.6~81.3의 범위를 나타내었고, 습식 제분 했을 경우 혈당지수가 올라가는 경향을 보였으며, ‘도담쌀’을 제외하고는 품종간 차이는 두드러지지 않았다.
- 80°C에서 품종별로 WAI 차이가 더 크게 나타났는데 찹쌀인 ‘백옥찰’과 반찹쌀인 ‘미호’의 값이 높은 것을 확인 할 수 있었다.
- 고아밀로스 품종인 ‘새고아미와 도담쌀’은 각각 26.5, 40.6%로 나타났다.
- 기존의 연구결과에서 ‘새고아미는 아밀로스’ 함량이 높아 소화율이 낮다고 하였는데(You et al., 2014), 본 연구결과에서는 일반 멥쌀인 ‘일품’과 비슷한 경향을 나타내었고, 습식으로 제분한 경우 오히려 ‘일품’에 비해 소화율이 높아졌다.
- 따라서 건강기능성 측면에서 ‘도담쌀’의 경우 저항전분 함량이 높은 건식 쌀가루로 이용하는 것이 유리하다고 판단된다.
- , 2001). 따라서 본 연구에서도 Fig. 3의 결과와 같이 손상전분함량이 건식제분에서 높고, 그중에서도 찹쌀과 반찰품종인 백옥찰과 미호가 높은 손상전분 함량을 나타내므로, 손상전분함량이 높은 품종이 수분흡착지수가 높은 것을 확인할 수 있다. Fig.
- 따라서 저항전분의 쌀 품종별 함유량을 분석하고, 제분방법에 따른 차이가 있는지 조사한 결과,‘도담쌀’을 제외한 4품종에서는 1%미만의 저항전분을 함유 하였고, 습식 또는 건식 쌀가루가 비슷한 결과를 나타내었다.
- (2012)에서 건식 제분한 쌀가루의 수분흡수율이 높아서 빵이나 국수 등을 생산할 때 더 많은 물을 첨가해야한다고 하였는데, ‘백옥찰과 미호’에 비해 ‘새고아미’의 경우는 물을 적게 필요로 할 것이라 판단된다. 본 연구에서 습식으로 제분된 쌀가루는 아밀로스가 높을수록 손상전분 함량이 낮은 결과를 나타내었다.
- 본 연구에서 아밀로스 함량이 가장 낮은 찰벼 품종인 ‘백옥찰’은 앞서 기술하였듯이 팽윤력은 가장 높았지만 호화 점도 결과에서는 아밀로스가 가장 높은 ‘도담쌀’ 다음으로 점도가 낮은 특성을 나타내었다.
- 습식쌀가루의 손상전분 함량은 ‘백옥찰>미호>일품>새고아미>도담쌀’로 나타나 아밀로스 함량과 부의 상관관계를 보였다.
- 습식으로 제분한 쌀가루 품종의 수분함량은 ‘미호, 도담쌀, 백옥찰’ 순으로 높게 나타났다.
- 쌀가루 품종별 습식 및 건식 제분한 전분 가수분해지수(hydrolysis index, HI)와 in vitro 혈당지수(eGI)를 Table 4에 나타내었는데, ‘백옥찰’이 가장 높은 값을 보였고, 가장 낮은 품종은 ‘도담쌀’이었으며, 습식 제분한 것이 더 가수분해가 잘되었고, 혈당지수도 높았다.
- 아밀로펙틴의 함량이 가장 많은 ‘백옥찰’의 팽윤력이 가장 높았으며, 고아밀로스 품종 중에서도 아밀로스 함량이 가장 높은 ‘도담쌀’의 팽윤력이 가장 낮았다.
- 온도가 높을수록 5품종 쌀가루의 팽윤력이 높아지는 결과를 나타내었으며, ‘백옥찰’은 건식과 습식쌀가루 모두 80°C까지는 팽윤력이 증가하다가 90°C에서는 팽윤력이 감소하는 결과를 나타내었고, 그 외 품종들은 50~90°C로 온도가 올라갈수록 팽윤력이 완만하게 증가하는 경향을 나타내었다.
- ‘도담쌀’은 5개 품종 중에서 제분방법에 상관없이 가장 낮은 소화율 결과를 나타내었다. 이러한 결과로부터 도담쌀은 저항전분을 다량 함유하고 있어 소화율을 저하시켜주는 효과가 있는 것으로 사료된다. 기존의 연구결과에서 ‘새고아미는 아밀로스’ 함량이 높아 소화율이 낮다고 하였는데(You et al.
- 제분방법에 다른 쌀가루 품종별 혈당지수는 57.6~81.3의 범위를 나타내었고, 습식 제분한 ‘도담쌀’은 65.74로 건식 제분한 일품과 ‘새고아미’와 비슷한 혈당지수를 보였다.
- , 2006). 제분방법에 따른 수분함량 결과는 건식제분의 경우는 11~13% 함량을 보였고, 습식제분은 29~35%까지 범위를 보여 습식제분이 약 3배 정도 높은 결과를 나타내었다. Lee et al.
- 품종별 습식 및 건식 쌀가루의 수분특성을 분석한 결과, 50°C에 비해 80°C에서 건식쌀가루의 WAI, WSI가 가장 높은 결과를 나타내었고, 특히 ‘백옥찰’이 높은 수분흡착 및 수분용해지수를 나타내었다. 팽윤력의 경우는 아밀로스 함량과 부의상관관계를 보였고, 습식보다는 건식쌀가루의 팽윤력이 높았다.
- 건식 및 습식 제분한 5품종의 백미 쌀가루 호화특성을 신속점도측정기(RVA)로 분석하여 그 결과를 Table 3에 나타내었다. 호화점도 값은 수분 함량이 높은 건식 제분된 쌀가루가 습식 쌀가루에 비해 높게 나타났다. 습식제분은 수분 함유랑이 높기 때문에 분석에 이용된 쌀가루의 함량이 상대적으로 적어지기 때문에 점도차이가 난다고 생각된다.
후속연구
- ‘백옥찰과 미호’, ‘도담쌀’은 습식 제분했을 때 가용성 전분이 증가하는 결과를 나타내었으나, ‘일품과 새고아미’의 경우 오히려 가용성전분이 감소하는 결과를 나타내었는데 분자량 분석 등을 통한 더욱 세밀한 연구가 요구된다.
- , 2015)의 연구 결과에서 호화 후 소화율이 높아지고, 고아밀로스가 상대적으로 소화율이 낮다고 보고하였는데, 본 실험에서도 비슷한 결과를 보였다. 따라서 건강기능적인 부분에서 쌀가루의 이용은 습식제분방법보다는 건식 쌀가루를 이용하는 것이 낮다고 판단되지만, 가공 적성 등 종합적인 특성을 파악하여 용도에 따른 적정품종 및 제분방법의 선택이 필요하다고 판단된다.
- 이는 아밀로스 함량뿐만 아니라 쌀 품종의 전분의 분자 구조적 특징 및 중합도 등을 포함한 종합적인 연구가 필요하다고 사료된다. 또한 본 연구에서는 쌀가루 자체를 이용하여 소화율을 분석하였으므로, 전분을 추출하여 분석한 기존 연구와 차이가 있다고 생각된다. 쌀가루 품종별 습식 및 건식 제분한 전분 가수분해지수(hydrolysis index, HI)와 in vitro 혈당지수(eGI)를 Table 4에 나타내었는데, ‘백옥찰’이 가장 높은 값을 보였고, 가장 낮은 품종은 ‘도담쌀’이었으며, 습식 제분한 것이 더 가수분해가 잘되었고, 혈당지수도 높았다.
- 앞에서 기술한바와 같이, 밥쌀용 멥쌀인 일품의 경우 건식 또는 습식 제분에 따른 손상전분함량 차이가 가장 적었고, 일반적으로 수분흡수율이 찹쌀과 반찰에서 높았고, 이는 손상전분의 함량에서 기인한다고 하였는데, 고아밀로스 품종인 ‘새고아미’의 경우 수분 흡수율이 일품과 유사한 경향을 나타내었지만, 건식쌀가루의 손상전분함량은 저아밀로스 반찹쌀인 ‘미호’와 통계적으로 비슷한 경향을 나타내어, 이에 대한 추가적인 연구가 필요할 것으로 생각된다.
- , 2014), 본 연구결과에서는 일반 멥쌀인 ‘일품’과 비슷한 경향을 나타내었고, 습식으로 제분한 경우 오히려 ‘일품’에 비해 소화율이 높아졌다. 이는 아밀로스 함량뿐만 아니라 쌀 품종의 전분의 분자 구조적 특징 및 중합도 등을 포함한 종합적인 연구가 필요하다고 사료된다. 또한 본 연구에서는 쌀가루 자체를 이용하여 소화율을 분석하였으므로, 전분을 추출하여 분석한 기존 연구와 차이가 있다고 생각된다.
- 분쇄방법에 의해 가용성 전분 함량이 달라짐에 따라 총 전분함량이 달라졌다. 이는 전분의 구조에 따라 각 처리에 따른 효소에 분해되어 생성되는 당 함량이 달라서 나온 결과의 차이이므로 전분 구조에 대한 추가 연구가 필요하다고 생각된다.
- 본 연구에서는 아밀로스 함량이 다른 5가지 쌀 품종별로 건식 및 습식방법에 의해 제조된 쌀가루의 손상전분, 수분 결합능력 등 가공을 위한 식품학적 특성뿐만 아니라 기능성에 관련된 저항전분 및 소화율 등도 조사하였다. 향후 쌀가공식품의 용도 다양화 및 가공이용 연구를 위한 기초자료로 활용하고자 한다.
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