통일형 벼 품종을 이용한 파보일드미 영양성분 비교

볍씨는 여러 번 씻어 65℃의 물에 수분함량 30%가 될 때까지 침지하여 40분 동안 증자하였고 40℃가 유지되는 건조기에 쌀의 임계 수분함량인 12~14%가 될 때 까지 건 조하였으며, 건조 후 도정기를 사용하여 10분도로 도정하 였다. 이렇게 제조된 파보일드미는 4℃가 유지되는 저온저 장고에 보관하였고, 분석용 가루는 분쇄 후 100 mesh 체로 쳐서 사용하였다.

원료미와 파보일드미 가루의 조단백질, 조지방 및 조회 분 함량은 AOAC법에 따라 분석하였다(AOAC, 1995). 조 단백질은 미량 Kjeldahl 법을, 조지방은 에테르를 용매로 사용하여 Soxhlet 법을, 조회분은 550℃에서 직접 회화법 을 이용하였다. 탄수화물 함량은 100에서 수분, 조단백질, 조지방, 조회분 함량을 뺀값으로 계산하였다.

시료 제조는 습식 분해법(Yun et al., 2003)을 이용하였다. 시료 0.5 g을 65% HNO₃ 6 mL와 30% H₂O₂ 1 mL를 teflon bottle에 넣고 microwave digestion system (Ethos-1600, Shelton, CT, USA)을 이용하여 30분간 산 분해시킨 후 0.45 filter로 여과하여 분석 시료로 사용하였다. 측정은 inductively coupled plasma spectrometer (Perkin-Elmer SCIEX, Norwalk, CT, USA)를 사용하였으며, 분석 조건은 Table 1과 같다.

시료 10 g을 칭량하여 10% 삼염화초산 용액 25 mL을 넣고 균질화 시킨 후 최종 부피가 50 mL이 되도록 맞추었 다. 고속원심분리기를 이용하여 10,000 rpm에서 30분간 원 심분리 한 후, 상징액 1 mL를 취하여 4 M 초산나트륨용액 150 μl (pH 4.5-4.7), 2% 다카디아스타제 용액 50 μl를 주 입하고 교반하면서 37℃에서 8시간 방치하였다. 이 액을 0.22 μm membrane filter로 여과한 후 시험용액으로 사용 하였다. 분석조건은 Table 2와 같다.

시료 0.03 g(단백질 10 mg 함유)을 칭량하여 6 N HCl 10 mL을 넣고 110℃ 가열로에서 24시간 가수분해한 후 40℃에서 감압 농축 건조하여 시료로 이용하였다. 분석은 HPLC (Sykam Co., Ltd., Gilching, Germany)를 사용하였고, 조건은 Table 3과 같다.

각 시료간 유의성 검증은 SAS 통계처리 프로그램(SAS Institute Inc, Cary, NC, USA)을 이용하였다. 각 자료는 분 산분석에 의해 유의성을 검정하였고, Duncan의 다중범위 검정을 실시하여 유의적인 차이를 p < 0.05 수준으로 비교 분석하였다.

쌀에 함유되어 있는 일반성분 중 단백질, 지방, 회분은 구성하고 있는 성분의 정도에 따라 밥의 식미, 가공 및 저 장성 등에 영향을 미친다. 주로 쌀알 외층에 존재하며 전 분입자 사이에 분포되어 있는 단백질은 쌀의 수분 흡수, 취반 시 투수성 및 전분 입자의 호화·팽화에 영향을 주고 함량이 높으면(9% 이상) 영양적으로는 우수하나 밥을 지 었을 때 밥알이 단단하고 탄력과 점성이 떨어지는 등 식미 가 감소된다(Choi, 2002; Son et al., 2002; Champagne et al., 2004). 지방은 배아 호분층에 많이 분포되어 있고 일부 전분과 결합된 지질 상태로 존재하며 취반 시 전분의 나선 구조와 결합하여 호화를 억제시키고 장기 저장 시 고미취 의 원인이 되기도 한다(Godber & Juliano, 2004; Prakash et al., 2014). 회분은 각종 무기성분을 포함하는데 전분의 호화, 노화 및 식미에 영향을 주며 함량이 낮을수록 가공 가열 시 최고점도가 높아져 반죽형성에 유리하고, 노화정 도가 느려지며, 성분 중 Mg 함량이 높고 K 함량이 낮을 수록 식미가 좋아진다(Okamoto et al., 1992; Choi, 2002; Kim et al., 2004).

쌀 품종 중 통일형 다수계인 다산, 세계진미 및 한아름 2호를 이용하여 파보일드미 제조 후 수분, 탄수화물, 조단백 질, 조지방 및 조회분 함량 분석 한 결과는 Table 4와 같다.

수분함량은 원료미와 파보일드미의 경우 각각 13.5~14.0, 12.5~13.0%로 파보일링 후 감소하였고 탄수화물 함량은 77.4%정도로 큰 차이가 없었다. 조단백질 함량은 각각 6.8~8.3%, 7.3~8.4% 범위로 파보일링 후 모든 품종에서 약 간 증가되는 경향을 나타냈다. 파보일드미의 단백질함량에 대한 다양한 연구가 보고되었다. Raghavendra Rao et al.(1970)와 Hiromich et al.(1983)은 침지 시 수용성 질소 화합물이 용해되고, 비단백질소와 알부민 등이 방출되어 약간 감소되며, Bhattacharya(2011)는 가열에 의해 쌀의 단 백질체는 붕괴되고 용해도는 감소되나 파보일링에 의해 영 향을 받지 않으며, Sareepuang et al.(2008)와 Lee et al.(2010)은 파보일링 후 증가된다는 보고를 하여 본 연구 와 같은 결과를 나타냈다.

한편 파보일드미 알곡내에 함유된 단백질은 소화율은 감 소되나 생물가는 증가되어 체내 흡수율이 높아지기 때문에 성장기 어린이 및 청소년에게 권장되어진다(Eggum, 1979). 조지방 함량은 원료미와 파보일드미의 경우 각각 0.82~ 0.98%, 1.00~1.36% 범위로 품종 중 세계진미가 가장 높았 고 파보일링 후 약 1.4배 증가되었다. 파보일드미의 지질 함량은 파보일링 하는 동안 알곡표면으로 이동되어 미강 부분에서 높고, 도정 후 원료미와 현미보다 낮아지며 침지 온도가 높을수록 낮고, 증자시간이 길고 높은 압력에서 높 다는 보고가 있다(Ibukun, 2008; Sareepuang et al., 2008). 그러나 Lee et al.(2010)와 본 연구의 결과에서는 반대의 경 향을 나타내 파보일링 후 쌀알곡에 분포되어있는 지방구의 위치 및 구조의 차이가 다양하기 때문으로 판단되었다 (Sondi et al., 1980).

한편, 지방은 미곡 저장 시 여러 미생물들의 작용으로 산패의 원인이 되는데 파보일드미는 파보일링 과정 중 열 처리에 의한 리파아제(lipase)의 불활성화로 저장기간이 연 장된다(Juliano & Bechtel, 1985; Sujatha et al., 2004).

회분함량은 원료미와 파보일드미의 경우 각각 0.46~ 0.50%, 0.80~0.90% 범위로 품종 간 유의적인 차이는 없었 으며, 파보일링 후 약 1.8배 증가되었다. 파보일드미 회분 함량은 원료미보다 증가되는데 파보일링 과정 중 증자 시 여러 무기성분들이 알곡내로 깊숙이 이동되기 때문이며 증 자 시간이 길어질수록 증가 된다(Sujatha et al., 2004; Ibukun, 2008). 이상의 결과로부터 단백질, 지방 및 회분함 량은 원료미보다 파보일드미에서 높았고, 품종 간 유의적 인 차이는 없었으며, 영양성분 함량이 강화된 파보일드미 는 체내 흡수율이 높기 때문에 식사대용 스프 및 과자 등 의 간편식 가공제품 제조에 이용이 가능하리라 생각된다.

무기질은 체내 생리작용에 중요하게 이용되어지며 주로 체액의 산-염기 평형, 삼투압 조절, 뼈와 치아, 단백질 및 효소의 구성성분이 되고, 이온으로 존재 시 생체 내 효소 의 작용을 촉진한다. 이러한 미량성분들은 많은 양은 필요 하지 않지만 부족하게 되면 여러 질병의 위험에 노출되기 쉽다(Heinemann et al., 2005).

쌀에 함유된 무기질은 품종, 재배지 등에 따라 함량 차 이를 나타내며 가공처리 조건 및 공정 등에 영향을 받는다 (Juliano, 1985; Welch, 2002; Kim et al., 2004).

공시된 통일형 품종 원료미와 파보일드미의 미량성분 분 석결과는 Table 5와 같다.

미량성분은 모든 품종에서 K 함량이 가장 높고 P>Mg> Ca>Na 순 이었으며, 파보일링 후 Ca 이외의 성분들은 증 가되었다. 미량성분의 총함량은 통일형 원료미와 파보일드 미의 경우 각각 257.5~276.5, 533.2~588.6 mg/100 g으로 파 보일링 후 약 2.1배 증가되었고 품종 중 한아름2호가 가 장 높았다.

파보일링 후 증가된 총 무기질 함량은 원료미의 경우 주 로 알곡의 외부, 호분층 및 과피에 분포되어 있어 도정으 로 인한 손실이 크고(Heinemann et al., 2005), 파보일드미 의 경우 파보일링 과정 중 침지 시 미량성분들이 알곡 중 심으로 이동되고, 증자 시 전분의 재회합으로 도정 저항성 이 커져 도정에 따른 영향을 적게 받기 때문이다 (Bhattacharya, 2011; Prakash et al., 2014).

또한 자포니카 품종에 대한 이전 연구결과에서 원료미와 파보일드미의 총무기질 함량은 각각 179.9~212.3, 262.2~ 320.6 mg/100 g 범위를 나타내 통일형 품종이 각각 28, 49% 높아짐을 알 수 있었다. 이러한 결과는 통일형이 자 포니카 품종보다 수분 흡수율이 높고, 왕겨층이 두꺼워 많 은 미량성분들이 알곡중심으로 이동되어 증가되었기 때문으 로 판단된다(Chung et al., 1998; Lee et al., 1989; Juliano et al., 1993; Wang et al., 2002; Kim et al., 2004; Yoo et al., 2013a).

Damir et al.(1985)은 파보일드미의 무기질 함량은 침지, 증자 시 쌀알을 통과하는 수용성 무기염 때문에 증가되고, Sajwan et al.(1990)과 Prakash et al.(2014)은 도정미의 무기 질 함량의 손실은 파보일링 처리에 의해 감소되며, Heinemann et al.(2005)은 도정율이 높아짐에 따라 쌀의 총 미량 성분의 감소의 폭은 원료미에서 크고 파보일드미에서 완만하다는 보고를 하였다.

이상의 결과로부터 쌀의 무기질 총함량은 파보일링 처리 함으로써 증가되고, 도정 후 손실율은 낮아지며, 가공처리 및 공정 조건(침지 온도, 증자 방법, 도정도) 등을 확립함 으로써 향상시킬 수 있다고 판단된다.

비타민은 생체 내 대사 및 생리 기능에 촉매 작용을 하 는 유기 화합물로서 체내에서 충분한 양이 합성되지 않기 때문에 외부로부터 섭취되지 않으면 안 된다. 비타민 B₁은 동물조직에서 티아민 피로포스페이트(thiamin pyrophosphate, TPP)로 존재하며, 이 TPP는 피루브산 탈수소효소 등의 조효 소로 작용하여 생체 내 당질대사에 중요한 역할을 한다. 결핍되면 당질대사가 순조롭게 진행되지 못하여 피루브산 (pyruvic acid)과 젖산(lactic acid)이 조직 속에 축적됨으로 써 사람에 있어서는 각기(beriberi)가 되고 동물에서는 신경 염(polyneuritis)에 걸리며 피부 및 수족이 마비되고 부종을 일으키게 된다(Kwak et al., 2006). 그 필요량은 열량소모 량에 영향을 받으며 육체 노동자, 임산부 및 수유부에게 많고 탄수화물 과잉섭취 시 증가 된다.

공시된 벼 3 품종에 대한 원료미와 파보일드미의 비타민 B₁ 분석결과는 Table 6과 같다. 비타민 B₁ 함량은 원료미의 경우 0.0722~0.153 mg/100 g으로 품종 중 다산이 가장 높 고 한아름2호가 낮았으며, 파보일드미의 경우 품종 중 세 계진미가 가장 높고 0.2263~0.2542 mg/100 g으로 원료미보 다 약 2.0배 향상되었다.

또한 이전 연구결과에서 자포니카 품종을 이용한 티아민 함량은 원료미와 파보일드미의 경우 각각 0.0572~0.1410, 0.3183~0.3532 mg/100 g으로 원료미보다 3.8배 향상되었음 을 보고한 바 있다(Yoo et al., 2013a). 이러한 결과로부터 티아민 함량은 원료미의 경우 자포니카형이 통일형보다 낮 은 값(28%)을 나타낸 반면, 파보일드미의 경우 미강층이 두꺼운 자포니카 품종이 통일형보다 약 30% 더 높아짐을 알 수 있었다(Lee et al., 1989; Kim et al., 2004).

비타민 B₁ 함량은 파보일링 과정 중 침지 시 침지온도가 높고 증자시간이 길며, 파보일드미 강도가 강할수록 증가 되고(Pauda & Juliano, 1974; Darmir et al., 1985; Manful et al., 2007), 수용성이고 열에 약하기 때문에 침지와 증자 시 손실되고 파괴된다 할지라도 두꺼운 미강층에 분포되어 있는 티아민은 배유로 완전 이동되어 함량은 증가되며 (Doesthale et al., 1979), 건조과정을 거치면서 전분이 재회 합됨에 따라 도정 시 원료미보다 손실이 적다(Chukwu & Oseh, 2009; Bhattacharya, 2011; Prakash et al., 2014).

이상의 결과로부터 비타민 B₁의 함량은 품종 형태에 영 향이 있고, 파보일링 후 높아지며, 가공 처리 조건을 최적 화함으로써 향상시킬 수 있다고 판단되어진다.

한편, 쌀의 미강층에 많이 함유되어 있는 영양분, 특히 비타민 B군은 도정율이 커질수록 손실이 크고, 저장 시 아 밀라아제, 리파제 등의 여러 효소작용으로 산패가 빠르며, 씻을 때 영양 손실이 크다고 알려져 있는데 파보일링 처리 후 이러한 문제점들은 감소될 수 있다(Malekian et al., 2000; Tuncel et al., 2014).

단백질은 체내에서 생체물질 조절, 화학반응에 필요한 효소, 면역체계 세포 및 생리 기능 조절 호르몬을 만드는 등 다양한 곳에 이용되어지며, 여러개의 아미노산들이 펩 타이드 결합에 의해 이루어져 있다. 단백질의 원료로 사용 되어지는 아미노산은 물에 잘 용해되며, 완충능력이 있어 pH 변화를 완만하게 하고, 등전점에서 침전이 쉬워 분리가 용이하며, 화학반응에 의해 여러 성분들 제조가 가능하고, 아미노산마다 특유한 맛을 가지고 있어 식품의 맛에 영향 을 미치는 등 다양한 특성을 가진다.

쌀 품종 중 통일형 다수계인 3 품종 다산, 세계진미 및 한 아름을 대상으로 파보일드미 제조 후 원료미와 파보일드미의 아미노산 함량 분석 결과는 Table 7-1, 2및 8-1, 2와 같다.

총아미노산 함량은 원료미의 경우 6,370.0~11,86.0 mg% 으로 단백질 함량이 가장 높은 다산 품종이 가장 높고 세계 진미가 낮았으며, 파보일드미의 경우 7436.1~10,078.5mg%으 로 파보일링 후 세계진미벼는 증가되었고 나머지 품종들은 감소되었다. 전체 아미노산에 대한 필수 아미노산 함량은 원료미의 경우 1891.7~3203.0 mg% 범위로 다산벼가 가장 높고 세계진미가 낮았으며 파보일링 후 품종 중 세계진미 는 2337.9 mg%로 원료미보다 약 1.3배 증가되었고 나머 지 품종은 감소되었다. 비필수 아미노산 함량은 원료미의 경 우 품종 중 다산과 세계진미가 각각 8657.2, 5547.4mg%로 가장 높고 낮았으며, 파보일링 후 필수아미노산 함량과 마 찬가지로 품종 중 세계진미는 증가되었고 다산과 한아름 품종은 감소되었다. 모든 품종에서의 필수 아미노산 함량 은 대략 Leu>Phe>Thre>Val>Lys>Ileu>Met 순으로 Leucine 이 가장 높고 Methionine이 낮았으며, 비필수 아미노산함량 은 Glu>Pro>Asp>Arg>Ser>Ala>Gly>His>Cys 순으로 Glutamic acid 함량이 높고 Cystine이 낮았다.

Raghavendra & Juliano(1970)은 원료미와 파보일드미의 아미노산 비교 연구에서 원료미에는 Glu, Ileu, Leu, Met, Phe, Arg, Gly, His, Pro, Try, Val, Tryp이 많고 파보일드미 에는 Ala, Asp, Cys, Lys, Ser, Thre이 많으며, Yang & Cho(1995)는 파보일드미의 총아미노산 함량은 침지 시 온도 가 높고, 증자 시 수증기에 의한 가열보다 압력 사용 시 낮 아지고, 각각의 구성아미노산 및 필수아미노산 함량에도 차 이가 나며, 도정도에 따라 영향이 있음을 보고하였다. 이상 의 결과로부터 원료미와 파보일드미의 아미노산 함량은 품 종 간의 영향보다 제조 공정상의 물리적 인자들 즉, 도정도, 침지 시의 온도와 시간, 증자 시 가열방법과 시간 등에 영 향을 받으며 함량증가를 위해서는 실험계획법과 반응표면 분석 등을 이용한 공정 확립이 필요하다고 판단된다.