국내 쌀귀리 첨가 밥의 이화학적 특성 및 항산화활성

본 실험에 사용한 귀리는 농촌진흥청에서 육성한 쌀귀리 품종인 조양귀리로 국립식량과학원 벼맥류부(Iksan, Korea) 시험포장에서 표준 재배법에 준하여 재배하였으며, 2013년 중순에 파종하여 2014년 6월에 수확하였고 14°C 저장고에 저장하였다. 귀리밥에 사용한 멥쌀은 14년에 수확한 무농 약쌀지평선(신동진, 새만금농산)을 사용하였다. 귀리를 첨가 한 밥의 이화학적특성 및 항산화활성 등의 분석은 동결건 조(FDU-100, Tokyo, Japan)하고 0.2 mm체가 장착된 Retsch centrifugal mill (Zm 100, Retsch GmbH & Co. Haan, Germany)을 이용하여 분쇄한 분말을 사용하였다. Megazyme β-glucan assay kit와 전분분석을 위한 total starch assay kit는 Megazyme Co. (Bray, Wicklow, Ireland) 에서 구입하였으며, 그 외 모든 시약은 1급 이상 시약 (Sigma Co. St. Louis, MO, USA)을 사용하였다.

본 실험에 사용한 귀리 첨가량을 달리한 귀리밥의 수분함 량은 110°C 상압가열건조법으로 측정하였고, 조단백질은 Elementar Analyzer System (Vario MACRO, Elementar, Langenselbold, Germany)를 이용하여 측정하였으며, 조지 방 함량은 에틸에테르를 용매로 사용, Soxtec 2050 (Foss Tecator AB, Hilleroed, Denmark)을 이용하여 추출 분석 하였다. 총페놀 함량은 80% MeOH로 추출하고 Folin- Ciocalteu reagent를 가한 후 반응액의 흡광도를 720 nm에 서 측정하고 표준물질로 0.1% gallic acid를 사용, 검량선 을 작성하여 정량분석 하였다. 조회분 함량은 항량이 된 도가니에 분쇄된 시료 3 g을 취하여 무게를 측정한 후 핫 플레이트에서 회화하고, 전기회화로를 이용하여 700°C에 서 8시간 동안 회화시킨 후 2시간 방냉한 후 도가니의 무게를 측정하여 구하였다. 조지방, 조단백 함량은 수분 함량을 보정하여 최종 함량을 구하였다.

β-glucan 함량은 Mccleary 방법을 응용한 Megazyme β- glucan assay kit를 이용하여 분석하였으며, 전분함량은 Total starch megazyme assay kit 를 이용하여 510 nm에서의 흡광도로 분석하였다(Mccleary & Codd, 1991; Mccleary & Solah, 1994). β-glucan, 총전분 함량은 수분 함량을 보정하 여 최종 함량을 구하였다. 불용성 베타글루칸 함량은 일정 량의 시료를 38°C 수조에서 2시간 물추출하고 원심분리한 후 상등액을 버리고 잔류물을 2번 물로 세척한 후 분석하 였다. 수용성 베타글루칸 함량은 총베타글루칸 함량과 불 용성 베타글루칸 함량차이로 계산하였다.

귀리밥의 지방산 조성 분석은 변형된 Rafael & Mancha (1993)의 방법을 사용하였다. 분쇄시료 0.3 g의 분말시료에 methanol : heptanes : benzene : 2,2-dimethoxypropane : H₂SO₄ (37:36:20:5:2, v/v)로 조제된 용액을 가하고 80°C로 가열하 여 digestion 및 lipid transmethylation이 동시에 이루어질 수 있도록 하였다. 가열이 끝난 single phase는 상온에서 냉각 후 fatty acid methyl esters (FAMEs)가 함유된 상등액을 capillary GC에 주입하였다. 지방산 분석에 사용된 GC system은 HP6890 system 불꽃이온화검출기(Flame Ionization Detector : FID, HP Co., Santa Clara, CA, USA)이었고, 컬럼 은 HP-Innowax capliiary (0.25 μm i.d.×30 m)를 사용하였다. 분석조건은 initial temperature 150°C, final temperature 280°C로 분당 4°C 증가되도록 하였고, carrier gas는 N2를 분당 1.0 mL로 흘려주었다. 분석이 진행되는 동안 injector 와 detector온도는 각각 250°C 및 300°C가 되도록 유지하 였다. 표준 FAME mix (C14-C22)는 Supelco사(St. Louis, MO, USA) 제품을 사용하였다.

귀리밥의 항산화활성은 2,2-diphenyl-1-picryl-hydrazil (DPPH, Sigma Co. St. Louis, MO, USA) 및 2,2’-azinobis- 3-ethylbenzo-thiaxoline-6-sulfonic acid (ABTS, Sigma Co. St. Louis, MO, USA) 유리라디칼 소거활성을 측정하 였다. DPPH 라디칼 소거 활성은 시료 50 mg을 70% 에 탄올수용액 10 mL에 24시간 추출한 후 시료 2 mL에 0.2 mM DPPH 용액 2 mL를 가하여 교반하고, 실온에서 30 분간 방치한 후 517 nm에서 흡광도를 측정하여 시료 첨 가구와 무첨가구의 흡광도 차이를 백분율(%)로 나타내었 다. ABTS 라디칼 소거 활성은 ABTS 7 mM과 potassium persulphate 2.45 mM을 24시간 동안 암소에 방치하여 ABTS 양이온을 형성시킨 후 이 용액을 734 nm에서 흡광 도값이 0.7(±0.02)가 되도록 에탄올로 희석한다. 희석된 시 료 추출액 0.1 mL에 ABTS 용액 2.9 mL를 가하여 30°C에 서 20분간 반응시킨 후 734 nm에서 흡광도 변화를 측정하 였다. 이때 표준물질로 Trolox (Sigma Co. St. Louis, MO, USA)를 사용하였다.

물성은 Texture analyzer (TA-XT2, Stable Micro System Ltd., Godalming, UK)를 사용하여 Lee et al. (2011)의 방 법을 이용하여 측정하였다. 취반특성은 흡수율과 퍼짐성을 조사하였다. 귀리밥 5 g을 20 mL D.W (distilled water)가 들어있는 메스실린더에 넣은 후 부피(a)를 읽고, 증류수를 제거한 후 이 시료를 다른 비이커에 옮기고 끓는 물 80 mL를 부어 150°C에서 40분간 취반하였다. 이후 시료에 서 증류수를 제거하고 10분 후 무게(b)를 측정하였다. 이 시료를 20 mL D.W.가 들어 있는 메스실린더에 옮기고 부 피(c)를 잰 후 다음 식으로 흡수율과 퍼짐성을 계산하였다.

$\begin{array}{l}\text{흡수율 =흡수 후 무게(b)/시료무게×100}\\ \text{퍼짐성 =취반 후 부피(c)/시료부피(a)×100}\end{array}$

관능평가를 하기 위하여 귀리밥은 100% 귀리밥 200 g으 로 밥을 지을 경우에는 귀리를 씻어 약 2배의 물을 넣고 30분-1시간정도 불린 후 CUCKOO 전기밥솥(CR-0313V, Cuckoo, Yangsan, Korea)을 이용하여 취사하였다. 귀리 함 량을 달리하여 귀리밥을 할 때 물 첨가량은 물성측정 실험 조건을 기준으로 조정하였다. 15 g기준 쌀의 경우 20 mL 물을 첨가하지만 귀리밥의 경우에는 물 요구량이 증가한 다. 10%, 20%, 30%, 40%, 50% 귀리밥 15 g을 할 때 물 첨가량은 각각 20.9 mL, 21.8 mL, 22.7 mL, 23.6 mL, 24.5 mL이었다. 귀리밥은 24명의 검사원으로 외관, 맛, 색, 조직 감 및 전체적인 기호도를 5 level로 평가하였다. 이때 평가 요령은 각각의 평가항목에 대하여 “1: 대단히 나쁘다, 3: 나쁘다, 5: 보통이다, 7: 좋다, 9: 대단히 좋다”로 표시하도 록 하였다.

실험치는 평균값과 표준오차로 표시하였다. 통계분석은 SAS Enterprise Guide 4.0 (Statistical analysis system, 2016, Cray, NC, USA)로 분석하고, 시료간의 유의적인 차이는 Duncan’s multiple range test로 유의수준 5%(p<0.05)에서 검 증하였다.

귀리함량을 달리 첨가한 밥의 이화학적 성분들의 함량은 Table 1과 같았다. 단백질함량은 쌀이 8.22%이었고 조양귀 리는 14.25%로 쌀에 비하여 약1.7배 높았으며, 귀리함량이 증가할 수록 단백질 함량은 증가하였다. 귀리의 단백질은 라이신 함량이 총단백질 함량에 관계없이 일정하여 좋은 단백질이며 다른 곡물에 비해 단백질 함량이 높다고 알려져 있다(Flander et al., 2007; Gandopadhyav et al., 2015). 조지 방 함량은 쌀이 0.45%이었으며 귀리는 9.61%로 높았다. 전 분함량은 쌀은 88.22%이었으며 귀리는 59.66% 귀리함량이 증가할수록 감소하였다. 귀리의 총베타글루칸 함량은 4.02% 이었으며 쌀은 0.1%로 아주 적었고 귀리 함량이 10%이었 을 때 0.007%이었고 50%가 첨가되었을 때 0.024%로 귀 리 함량이 증가할수록 총베타글루칸 함량은 크게 증가하였 다. 총폴리페놀 함량은 귀리는 0.04%로 쌀의 0.004%와 비 교하여 10배정도 높았다. 페놀성 화합물은 식물계에 널리 분포되어 있는 물질로 페놀성 화합물의 phenolic hydroxyl 기가 단백질과 같은 거대분자와의 결합을 통해 항산화, 항암 및 항균 등의 생리기능을 가지는 것으로 알려져 있으며(Rice- Evans et al., 1997). 특히, 곡류에 함유되어 있는 polyphenolic 화합물은 우수한 항산화력을 가지는 것으로 알려져 있다 (Middleton et al., 1994). 귀리 첨가량을 달리한 밥의 이화학 적 성분 등을 조사한 결과 쌀밥보다 단백질, 지방, 기능성 분인 베타글루칸과 총페놀 함량이 증가됨으로써 귀리 첨가 로 쌀밥의 영양성분을 증가시킬 수 있었다.

귀리의 수용성 베타글루칸은 심혈관질환을 예방하는데 큰 기여를 하는 것으로 알려져 있으며, 미국 Food and Drug Administration (FDA, 2005)는 매일 3 g의 수용성 베타글루 칸을 섭취하면 심혈관질환을 줄일 수 있다고 하였다.

귀리 첨가량을 달리한 귀리밥의 취반 후 물리적 특성을 분석한 결과 경도는 귀리첨가량이 증가할수록 30%까지는 감소하다가 그 이상에서 증가하는 경향을 보였다(Table 2). 점착성은 감소하였고, 응집성, 씹힘성 등은 귀리 첨가량이 30%까지는 감소하였고 그 이상에서 증가하는 경향을 보여 귀리 첨가량이 30%까지는 부드러운 식감에 좋은 영향을 미칠 것으로 생각된다(Woo et al., 2011). 귀리첨가량에 따 른 귀리밥의 흡수율과 퍼짐성을 조사한 결과는 Fig. 1과 같았다. 흡수율은 10%를 첨가하였을 때 266.8% 이었고 50%를 첨가하였을 때 197.7%로 귀리첨가량이 증가할수록 감소하였다. 퍼짐성도 10%를 첨가하였을 때 429.7% 이었 고 50%를 첨가하였을 때 335.8%로 귀리첨가량이 증가할 수록 감소하였다. 100% 귀리밥의 흡수율은 92.94%이었고, 퍼짐성은 197.56%로써 귀리는 쌀에 비하여 아주 낮은 흡 수율과 퍼짐성을 나타내었다.

Fig. 1. Water absorption and expansion of cooked rice with different oat content during cooking. ¹⁾Different superscripts in the same column mean significant difference at p<0.05.

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귀리함량을 달리하여 첨가한 밥의 지방산 조성 및 불포 화지방산과 포화지방산 함량은 Fig. 2와 같았다. 쌀은 리놀 레산(C18:2, Linoleic acid, 37.29%), 팔미트산(C16:0, Palmitic acid, 34.56%), 올레인산(C18:1, Oleic acid, 22.77%), 스테아 르산(C18:0, Stearic acid, 2.72%), 리놀렌산(C18:3, Linolenic acid, 2.66%) 순이었으며, 불포화지방산은 62.72%이었고, 리 놀레산과 팔미트산이 대부분을 차지하였다. 귀리는 올레인 산(C18:1, Oleic acid, 47.2%), 리놀레산(C18:2, Linoleic acid, 32.98%), 팔미트산(C16:0, Palmitic acid, 16.58%), 스 테아르산(C18:0, Stearic acid, 2.24%), 리놀렌산(C18:3, Linolenic acid, 1.03%)순이었으며, 불포화지방산은 81.17% 이었고, 올레인산과 리놀레산이 대부분을 차지하였다. 그러 므로 귀리 첨가량이 증가할수록 올레인산이 증가하고 팔미 트산은 크게 감소하였으며, 쌀밥에 비하여 귀리를 첨가함 으로써 불포화지방산 함량은 크게 증가 하였다.

Fig. 2. Fatty acids (A) and USFA and SFA (B) in cooked rice with different oat content. C16:0, Palmitic acid; C18:0, Stearic acid; C18:1, Oleic acid; C18:3, Linolenic acid; USFA, Unsaturated fatty acid; SFA, Saturated fatty acid. ¹⁾Different superscripts in the same column mean significant difference at p<0.05.

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α-Tocopherol과 L-ascorbic acid와 같은 항산화제는 지 질과산화 반응과 같이 산소 유래 라디칼에 의해 일어나는 여러 가지 손상 반응에서 라디칼을 환원시켜 손상을 방지 하고 지질과산화 연쇄반응을 종결시킨다. 이때 항산화제는 환원력이 클수록 생체 보호 효과가 크다. 라디칼을 환원 시키는 항산화제의 능력은 상대적으로 안정한 라디칼 구 조를 갖는 DPPH와의 반응을 통하여 알아볼 수 있다(Park et al., 2013). 쌀밥의 DPPH라디칼 소거 활성과 ABTS 라 디칼 소거 활성은 1.087%(Fig. 3), 0.118 μmol TE/g이었 으며(Fig. 4), 귀리는 각각 9.566%, 0.528 μmol TE/g이었 다. 귀리 첨가량을 달리한 귀리밥의 DPPH 라디칼 소거 활성은 10% 첨가에서는 1.703% 이었고 50% 첨가에서는 6.634%로 귀리 첨가량이 증가할수록 증가하였다. ABTS 라디칼 소거 활성은 귀리 첨가량이 10%일 때 0.805 μmol TE/g 이었고, 50%일 때 3.398 μmol TE/g으로 귀리 첨가 량이 증가할수록 항산화활성은 증가하였다(Fig. 4). 식물계 에 널리 분포되어 있는 페놀성 화합물은 다양한 구조와 분자량을 가지며, 항산화, 항암 및 항균 등의 생리기능을 가지는 것으로 알려져있다(Rice-Evans et al., 1997). 이는 free radical을 안정화시킬 수 있는 phenolic ring의 존재로 기인한 것으로 보고되어 있다. 본 연구에서 항산화성분의 함량이 높은 귀리를 혼반용으로 사용할 경우 쌀밥보다 높 은 항산화활성을 얻을 수 있으며, 쌀귀리 품종들 중 항산 화활성이 높은 품종을 이용한다면 보다 높은 항산화활성 을 얻을 수 있을 것으로 생각된다.

Fig. 3. DPPH radical scavenging activity of cooked rice with different oat content. ¹⁾Different superscripts in the same column mean significant difference at p<0.05.

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Fig. 4. ABTS radical scavenging activity of cooked rice with different oat content. ¹⁾Different superscripts in the same column mean significant difference at p<0.05.

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귀리 첨가량을 달리한 밥의 관능평가 결과와 귀리밥 사 진을 Table 3과 Fig 5에 나타내었다. 외관에 대한 평가는 30%까지 유의차가 없었고, 40%와 50% 첨가순으로 선호 도가 감소하였다. 맛에 대한 평가는 10%보다 20%와 30% 첨가군이 높은 값을 나타내었고 40%와 50%에서 감소하였 다. 색깔은 20% 첨가시 가장 좋았으며 귀리함량이 증가할 수록 감소하였다. 식감의 경우에는 40% 첨가할 때까지 유 의차가 없었으며, 전체적인 선호도의 경우 귀리 첨가량이 30%까지는 유의차를 나타내지 않았다. 귀리 첨가량에 따 른 귀리밥의 경우 귀리첨가량이 증가할수록 기능성분 함량 과 항산화활성이 증가하였으나 관능평가 결과를 고려하여 적합한 첨가량을 결정하였다. 즉, 귀리10% 첨가에서는 사 진에서와 같이 귀리를 첨가한 효과가 거의 없고, 맛 평가 에서도 20% 첨가보다도 낮았으며 전체적인 선호도와 기능 성분 함량 및 항산화활성 등을 고려하였을 경우 귀리를 쌀 과 혼반할 경우에는 20%와 30% 첨가가 가장 적합한 것으 로 나타났다.

Fig. 5. Photograph of cooked rice with different oat content.

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