국내 겉보리 이용 엿기름의 효소역가 및 이화학적 특성

본 실험에 사용한 보리(Hordeum vulgare L.)는 국립식량 과학원 벼맥류부에서 2014년에 생산된 6조 찰성과 메성 겉보리 품종들로 특성은 Table 1과 같다.

보리의 이화학적 특성 및 엿기름 분석은 0.2 mm체가 장 착된 Retsch centrifugal mill (Zm 100, Retsch GmbH & Co., Haan, Germany)을 이용하여 분쇄한 분말을 사용하였 다. Megazyme β-glucan assay kit와 전분분석을 위한 total starch assay kit, α-amylase와 β-amylase assay kit는 Megazyme Co. (Bray, Wicklow, Ireland)에서 구입하였으 며, 그 외 모든 시약은 1급 이상 시약을 사용하였다.

엿기름은 보리를 24시간 침맥하여 15±1℃의 발아상에서 6일간 발아시켰으며, 발아 중 1일 2회 살수하여 수분을 유 지하였다. 발아 후 시료를 꺼내 동결건조기로 건조하였으 며 분쇄하여 분석에 사용하였다.

본 실험에 사용한 보리 원맥의 수분함량은 110℃ 상압가 열건조법으로 측정하였고, 조단백질은 Elementar Analyzer System (Vario MACRO, Hanau, Germany)을 이용하여 측 정하였으며, 아밀로스 함량은 Juliano (1985) 방법을 이용 한 비색법으로 분석하였다. 간략하게 설명하면 시료를 100 mg씩 각각 용량플라스크에 넣은 후 95% ethanol 1 mL로 분산시킨 다음 1 N NaOH 9 mL를 가하고 100℃ 수조에 서 10분간 가열하여 완전히 호화시켰다. 호화된 시료를 상 온에서 방랭한 후 증류수로 100 mL를 채운 후 잘 섞어 주 었다. 시료용액 5 mL를 취하여 100 mL 플라스크에 넣고 1 N acetic acid 1 mL와 0.27% 요오도드용액 2 mL를 가한 후 증류수로 채워 잘 흔들어주고 실온에서 20분간 방치한 후 620 nm에서 흡광도를 측정하였다.

β-glucan 함량은 McCleary 방법을 응용한 Megazyme β- glucan assay kit를 이용하여 분석(McCleary et al., 1991)하 였으며, 전분함량은 total starch Megazyme assay kit를 이 용하여 510 nm에서의 흡광도로 분석하였다(McCleary et al., 1994). 천립중은 곡립 천개에 해당하는 무게를 측정하 였다.

원맥 및 엿기름의 당화력은 AACC방법 22-16 (1983)에 준하여 측정하였다. 분쇄한 원맥과 엿기름 시료 1.25 g을 플라스크에 넣고 0.5% NaCl용액 50 mL를 첨가하고 20℃ 로 유지된 항온수조에서 2.5시간 동안 20분 간격으로 교반 하여 추출한 다음 여과하였다. 여과액 10 mL에 0.5% NaCl 40 mL를 첨가하여 묽은 원맥 및 엿기름 추출액을 만들었다. 묽은 원맥 및 엿기름 추출액 2.5 mL에 2% 전 분용액 40 mL를 첨가한 후 20℃에서 30분간 반응시킨다. 0.5 N NaOH 용액 5 mL를 첨가한 후 교반하고 증류수 2.5 mL를 첨가하였다. 엿기름 추출물에 의해 분해된 전분 용액 2.5 mL를 취해 5 mL alkaline ferricyanide 시약을 첨 가하여 반응시키고 요오드 적정법에 의해 0.05 N sodium thiosulfate 용액으로 적정하여 당화력을 계산하였다.

β-Amylase 활성은 β-amylase assay kit를 사용하여 McCleary & Code (1989)의 Betamyl 방법으로 측정하였다. 0.5 g 시료에 5.0 mL 추출 buffer를 넣고 20℃에서 1시간 동안 효소를 추출하고 원심분리(1,000×g, 10분)하여 추출액 을 분리하였다. PNPG5 (p-nitrophenyl maltopentaoside)를 포함하는 기질용액 0.2 mL를 튜브에 넣고 효소추출액 0.2 mL를 첨가한 후 40℃에서 10분간 반응시켰으며 3.0 mL의 1% (w/v) Trizma base (pH 8.5)을 넣고 튜브 내용물을 넣 고 섞어 반응을 종결시켰다. 반응 후 생성된 p-nitrophenol 에 의한 색의 발현은 β-amylase에 의한 maltose의 생성속 도와 직접적인 관련이 있으며 이에 따른 반응 내용물의 흡 광도를 410 nm에서 측정하였다. 1 unit의 효소활성은 1분 동안 PNPG5로부터 1 μM p-nitrophenol을 생성하는데 필요 로 하는 효소의 양으로 표시하였다.

α-Amylase 활성은 α-amylase assay kit를 사용하여 McCleary & Sheehan (1987)의 Ceralpha 방법으로 측정하 였다. 엿기름 0.5 g을 100 mL 정용 플라스크에 넣고 1% sodium chloride, 0.02% calcium chloride, 0.02% sodium azide 용액으로 정용하여 20℃에서 15분동안 효소를 추출한 후 원심분리(1,000×g, 10분)하였다. BPNPG (blocked p-nitrophenyl maltoheptaoside)을 포함하는 α-amylase 기질용액 0.2 mL를 테스트 튜브에 넣고 희석된 효소 추출물 0.2 mL 를 첨가하여 40℃에서 10분간 반응시켰으며 반응 후 생성된 p-nitrophenol의 흡광도를 410 nm에서 측정하였다. 1 unit의 효소활성은 1분동안 BPNPG7으로부터 1 μM p-nitrophenol을 생성하는데 필요로 하는 효소의 양으로 표시하였다.

실험결과는 mean±SD로 표기하였으며 SAS Enterprise Guide 4.0 (Statistical analysis system, Cray, NC, USA)을 이용하여 일원분산분석(ANOVA)을 실시하였고, 각 측정값 간의 유의적인 차이는 Duncan’s multiple range test로 유의 수준 5% (p<0.05)에서 검증하였다.

엿기름제조실험에 이용한 겉보리는 국내에서 개발된 25 개 품종으로 서둔찰보리와 찰보리는 찰성 품종이며, 나머 지 품종들은 모두 6조, 메성보리 품종들이었으며, 보리 원 맥의 이화학적 특성은 Table 1에 나타내었다. 겉보리 품종 들 원맥의 단백질 함량은 8.2-12.8%이었으며 새올보리가 가장 높았고 건강보리가 가장 낮은 단백질 함량을 나타내 었다. 맥주맥의 경우 단백질은 여과에 많은 영향을 미치는 성분으로 매우 중요한 품질요건이며 단백질 함량이 높으면 추출 수율이 낮고 맥14주 제조 후에 혼탁을 야기시켜 바 람직하지 못한 반면 수용성 단백질 함량과 효소역가가 높 은 것으로 알려져 있다(Lee, 1989). 품종별 아밀로스 함량 은 4.2-19.1%였으며 건강보리가 가장 높았고, 찰보리와 서 둔찰보리가 낮은 아밀로스 함량을 나타내었다. 곡피율(husk ratio)은 7.4-14.0%로 찰보리가 가장 높았으며 대연보리가 가장 낮았다. 천립중(test weight)은 27.1-39.6 g으로 큰알보 리가 가장 무거웠으며, 다음으로 큰알보리 1호가 무거웠고 알찬보리가 가장 가벼웠다. 베타글루칸 함량은 4.1-7.4%로 서둔찰보리가 가장 높았고 건강보리가 가장 낮은 베타글루 칸 함량을 나타내었다. 총 전분함량은 47.9-59.7%이었으며 건강보리가 가장 높았고 찰보리가 가장 낮은 전분함량을 나타내었다. Lee et al. (2011)의 연구보고에 따르면 찰성보 리가 메성보리보다 베타글루칸 함량이 높다고 보고하였는 데 본 연구에서도 찰성겉보리 품종인 서둔찰보리와 찰보리 에서 높은 베타글루칸 함량을 나타내었다.

엿기름의 발아조건을 자세히 검토하기 위해서 보리 품종 들 중 4품종(올보리, 오월보리, 탑골보리, 건강보리)을 선정 하였다. 올보리는 품종개발시 사용되는 표준품종이며 다른 품종들은 일반성분 분석결과 전분과 베타글루칸 함량 등을 고려하여 선정하였으며, 엿기름 제조시 엿기름의 초엽길이 에 따른 효소역가를 조사하였다. 엿기름 품질 중 가장 중 요한 인자는 당화에 관여하는 효소역가로 전분을 분해하는 데 관여하는 모든 효소를 총칭하며 당화력(diastatic power) 이라 한다. 여기서 효소는 α-amylase와 β-amylase를 말한 다. 엿기름의 DP는 초엽의 길이가 증가함에 따라 서서히 증가하여 길이가 곡립길이의 2.0-2.5배가 될 때 최대값을 나타내었으며 그 이후에는 서서히 감소하였다(Fig. 1). DP 는 품종에 따라 차이가 있었으며, 오월보리가 가장 높은 DP를 나타내었고 다음은 탑골보리가 높았으며 올보리와 건강보리는 비슷한 경향을 나타내었다.

Fig. 1. Diastatic power of malted barley according to various length of bud.

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발아기간에 따른 α-amylase와 β-amylase 활성을 조사한 결과는 Fig. 2와 같았다. α-amylase 활성은 발아 4일까지는 아주 적었으나(2.7-6.6 unit/g), 그 이후에는 급격히 증가하 여 발아 6일에는 185.5-206.1 unit/g이었다(Fig. 2-A). 발아 전의 보리곡립에는 α-amylase 활성이 거의 없으나 발아가 진행됨에 따라 증가하는 추세를 나타내었다고 Lee et al. (1999)이 보고하였는데 본 연구결과도 이와 비슷한 경향을 나타내었다. Kim et al. (1985)은 α-amylase 활성이 18℃에 서 발아일수가 경과함에 따라 발아 3일까지는 급격한 증가 를 나타내었으며 5일까지는 계속 증가하다가 그 이후부터 는 점차 감소한다고 하였다. 본 연구결과는 발아 4일부터 급격한 증가를 보였는데 이는 발아 온도가 15℃로 효소역 가가 18℃에 비해 낮았기 때문으로 생각되며 이는 발아온 도에 따른 α-amylase 활성을 조사한 Lee & Mok (1999)의 결과와 같이 15℃에서는 18℃, 21℃에 비해 효소역가가 낮아서 4일부터 급격한 효소역가 증가를 나타낸 것으로 생 각된다.

Fig. 2. α-Amylase activity (A) and β-amylase activity (B) of malted barley according to germination time.

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β-Amylase는 전분을 당으로 분해하는 역할을 하는데 α- amylase와는 달리 미발아 곡립에서 amylolytic 활성에 주요 한 역할을 한다. 이는 대부분의 가수분해 효소들이 발아와 함께 호분층과 scutellum에서 합성되는 반면에 β-amylase는 곡립이 성숙하는 동안 배유부위에서 합성되는데 기인하기 때문이다(Fincher & Stone, 1992). β-Amylase는 초기 원맥 에서 상당한 활성이 있어 초기에는 222.5-945.6 unit/g이었 으며 발아가 진행됨에 따라 증가하여 898.6-1,591.9 unit/g 으로 6일에서 높은 활성을 가지는 것으로 나타났다(Fig. 2- B). 품종별 β-amylase 활성은 비슷한 경향을 나타내었으며 오월보리가 가장 높은 β-amylase 활성을 나타내었고, 건강 보리가 가장 낮았다.

국내산 겉보리 품종들에 대하여 품종별 원맥과 엿기름의 당화력(DP) 및 효소역가를 분석하였으며 결과는 Table 2와 같다. 원맥의 잠재적 당화력(PDP)는 89.7-169.3 °L으로 품 종에 따라 큰 차이를 나타내었다. 오월보리가 가장 높은 PDP를 나타내었으며 건강보리가 가장 낮은 PDP를 나타내 었다. 엿기름의 DP를 분석한 결과 154.7-263.5 °L로 원맥의 PDP와 같은 경향을 나타내었다. 즉, 오월보리 엿기름이 가 장 높은 DP를 나타내었으며, 건강보리 엿기름이 가장 낮 은 DP를 나타내었다.

국내 겉보리 품종 원맥의 β-amylase 활성은 품종별로 유 의적인 차이를 나타내었으며, 623.9-1591.9 unit/g 범위였다. 품종들 중에서는 오월보리가 가장 높은 효소역가를 나타내 었고, 찰보리가 가장 낮은 효소역가를 나타내었다.

엿기름 수율은 80.3-87.6%로 큰알보리가 가장 높은 엿기 름 수율을 나타내었고 오월보리가 가장 낮은 수율을 나타 내었다.

보리의 발아능력은 엿기름 제조에 필수적인 것으로 본 연구에 사용한 겉보리 품종들의 발아율 측정 결과 발아율 은 88.6-98.4%로 서둔찰과 건강보리를 제외하고는 거의 90% 이상의 발아율을 나타내었다.

식혜의 품질은 전분질이 엿기름의 당화효소로 인해 분해 된 maltose 등 당류에 주로 기인하여 특유의 풍미를 제공 하기 때문에 엿기름의 당화력이 매우 중요시되고 있으며 이에 따른 고품질의 엿기름 공급이 요구되고 있는 실정이 다. 그러므로 당화력이 좋은 엿기름을 선별하고 예측할 수 있는 품질 요인을 알아보기 위하여 엿기름 당화력과 원맥 의 품질 특성과의 상관관계를 조사하였다. 겉보리의 전분 함량은 곡피율 및 단백질 함량과 음의 상관관계를 나타내 었다(Table 3). Lee (1989)는 맥주보리에서 수용성 단백질 함량이 높으면 효소역가가 높아 엿기름 제조에 긍정적이라 고 하였으나 본 연구에서 분석한 겉보리의 경우에는 단백 질 함량과 원맥 효소역가와는 높은 상관관계를 나타내지 않았다. 그 외 다른 원맥의 성분들도 엿기름의 당화력과 유의적인 상관관계를 보이지는 않았다.

전분의 당화력에 영향을 미치는 요인을 알아보기 위하여 원맥과 엿기름의 효소역가와 아밀라제 활성과의 상관성을 알아보았다(Fig. 3). 원맥의 PDP는 원맥의 β-amylase 활성 과 매우 높은 정의 상관관계(r=0.977, p<0.0001)를 나타내 었으며(Fig. 3-A). 엿기름의 당화력과 원맥의 β-amylase 활 성은 정의 상관관계(r=0.654, p<0.001)를 보여(Fig. 3-B), β-amylase 활성이 당화력에 직접적으로 관여하는 매우 중 요한 인자인 것으로 확인되었다. 또한, 원맥의 PDP는 엿기 름의 DP와 정의 상관관계(r=0.644, p<0.001)를 가지는 것 으로 나타났다(Fig. 3-C). 본 연구결과는 Lee et al. (1999) 이 엿기름의 당화력과 amylase활성과의 상관관계를 분석했 을 때 당화력은 β-amylase활성과 높은 상관관계를 가진다 고 보고한 것과 유사한 경향을 보였다. Gibson et al. (1995)이 연구에서 원맥의 β-amylase 활성이 엿기름의 당 화력과 높은 상관관계를 가짐으로써 높은 당화력을 가진 보리 품종 선발이나 품종육성에 간이 검정방법으로 이용 할 수 있다고 보고한 바와 같이 본 연구결과 β-amylase 활성으로 엿기름의 당화력을 예측할 수 있을 뿐만 아니라 원맥의 잠재적 DP도 엿기름의 당화력을 예측하는데 이용 될 수 있을 것으로 생각되었다. 이러한 원맥을 이용한 검 정은 엿기름 대신 원맥을 검정함으로써 시간을 절약할 수 있고 적은 시료를 이용하여 분석함으로써 엿기름 제조용 원맥을 선택하는데 간편하게 이용될 수 있을 것으로 생각 되었다.

Fig. 3. Relationship between potential diastatic power and β- amylase activity of grain (A), diastatic power of malted barley and β-amylase activity of grain (B), diastatic power of malted barley and potential diastatic power of grain (C).

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