아밀로스 함량이 다른 국내산 가공용 쌀가루 블렌드의 비가산적 효과

본 연구에 사용된 가공용 개량 쌀품종인 새미면 (Saemimyeon, SM)과 한아름4호(Hanareum No. 4, HA), 밀 양328호(Milyang No. 328, MY)는 농촌진흥청 국립식량과 학원 중부작물부(Suwon, Korea)로부터 제공받았으며 D50 = 75-80 μm의 규격으로 제분 후 100 mesh의 표준체에 통 과시킨 쌀가루를 4°C에 보관하면서 실험에 사용하였다.

쌀가루의 겉보기 아밀로스 함량은 AACC (2000) 방법을 이용하여 측정하였으며 쌀가루 블렌드는 두 품종의 쌀가루 를 각각 1:1 비율로 혼합하여 제조하였다.

팽윤력(swelling power, SP)과 용해도(water solubility, WS)는 각각 Lii et al. (1986)과 Schoch (1964)의 방법을 약간 변형하여 측정하였다. 쌀가루 분산액(2%, w/v)을 60°C와 80°C의 항온수조에서 각각 30분간 교반하면서 호 화시킨 다음 10 mL을 취하여 상온에서 원심분리(15,000× g, 30분) 후 고형분(wet sediment)과 상층액(supernatant)의 무게를 측정하였다. 그 후, 상층액을 다시 60°C의 dry oven에서 하루 동안 건조시킨 후 고형의 무게를 측정하여 식 (1)과 식 (2)로 팽윤력과 용해도를 계산하였다.

(1)

(2)

페이스트 형성능은 AACC (2010) 방법에 의하여 신속 점도 측정기(rapid visco-analyzer, Newport Scientific Pty Ltd., Sydney, Australia)를 이용하여 측정하였다. 쌀가루 용액(12%, w/v)을 960 rpm에서 10초 동안 섞고 50°C에 서 50초 동안 유지시킨 다음 95°C까지 10°C/min의 속도 로 온도를 상승시켰다. 이 후 3분 30초 동안 온도를 유 지하다가 50°C까지 10°C/min의 속도로 냉각시키면서 점 도를 측정하였다. 호화 온도(pasting temperature), 최고 점도(peak viscosity), 최저 점도(trough), 최종 점도(final viscosity)를 측정하고 이를 통해 강하점도(break-down, 최 고점도-최저점도), 치반점도(setback, 최종점도-최저점도) 값 을 도출하였다.

쌀가루와 쌀가루 블렌드 페이스트의 동적 점탄성 특성 (dynamic viscoelastic)은 25°C로 설정된 rheometer (AR 1500ex, TA Instruments Ltd., New castle, Delaware, USA) 의 parallel plate system (직경 20 mm, gap 1,000 μm)을 사용하여 측정하였다. 쌀가루 현탁액(10%, w/w)을 95°C의 항온수조에서 10분 동안 호화 시켜 페이스트를 제조하였으 며 0.1-10 Hz의 범위 내에서 frequency sweep test (0.5% strain)를 통해 저장탄성률(storage modulus, G’), 손실탄성 률(loss modulus, G”), tanδ (G’/G”) 값을 측정하였다. 실험 하는 동안 측정 시료의 수분 증발을 방지하기 위해 실리 콘 오일을 시료 옆면에 얇게 도포하였다. 또한 frequency 에 대한 G’와 G”의관계식 (3)과 (4)로부터 선형회귀에 적 용하여 결정된 G’과 G”의 기울기(n’, n”), 절편의 로그 값 {log(k’), log(k”)}, 결정계수(R²)를 도출하였다(Cho et al., 2008;Kim et al., 2000).

(3)

(4)

모든 실험은 3회 반복 측정하였으며 평균값±표준편차로 나타냈다. 실험결과는 SPSS (IBM SPSS Statistics for windows, Version 25.0, Armonk, NY, USA)를 이용하여 일원배치 분산분석법(One-way ANOVA)으로 분석하였고, Tukey’s HSD multiple range test를 통하여 p<0.05 수준에 서 그룹 간의 유의적인 차이를 검증하였다. 쌀가루 블렌드 의 측정 값(measured value, MV)과 두 쌀가루의 평균값인 예측 값(predicted value, PV) 간의 유의적 차이는 독립 표 본 t-test를 이용하여 분석하였다.

60°C와 80°C에서 측정한 가공용 쌀가루와 쌀가루 블렌 드의 팽윤력과 용해도는 Table 1에 나타내었다. 60°C에서 측정한 팽윤력 값은 쌀가루 품종 별 유의적인 차이를 보이 지 않았지만 80°C에서 측정한 팽윤력 값은 아밀로펙틴과 정의 상관관계를 갖고 높은 아밀로스 함량이 팽윤을 억제 한다는 기존 연구 결과와 유사하였다(Tester & Morrison, 1990;You et al., 2014). 팽윤력과 용해도 모두 60°C에서 측정한 값보다 80°C에서 측정한 값이 더 높게 나타났으며 특히 밀양328호(Milyang No. 328, MY)의 경우 약 4배 정 도 높은 팽윤력과 약 8.7배 높은 용해도 값을 보였다. Leach (1959)은 전분 입자내의 결합력은 팽윤 양상에 영향 을 줄 수 있으며 결합력이 약할수록 높은 팽윤력을 나타낸 다고 보고하였다. 또한 Kim & Ahn (1997)은 결합정도가 강한 전분은 팽윤에 대하여 강하게 저항하며 입자내의 상 대적인 결합강도는 가열에 따른 팽윤력을 비교하여 예측할 수 있다고 보고하였다. 따라서 80°C의 온도에서 밀양328호 의 높은 팽윤력과 용해도 값은 다른 쌀 품종에 비하여 가 열에 대한 전분 입자내의 결합력이 상대적으로 약한 것에 기인한다고 볼 수 있다.

쌀가루 블렌드의 경우 60°C에서는 팽윤력과 용해도 모두 두 쌀가루 간의 평균값인 예측 값(PV)과 실제 블렌딩 후 측정된 측정 값(MV) 간의 유의적인 차이는 발견되지 않았 다(p>0.05). 하지만 80°C에서 밀양328호와 혼합된 쌀가루 블렌드인 새미면-밀양328호(SM-MY)와 한아름4호-밀양328 호(HA-MY)의 팽윤력과 용해도 값(MV)은 PV 값에 비해 유의적으로 감소하였다(p<0.05). 일반적으로, 아밀로펙틴으 로만 구성된 찹쌀 전분은 다른 곡류 전분에 비하여 낮은 온도에서 팽윤이 시작되며 가열에 대한 전분 입자내의 결 합력이 약하기 때문에 구조가 쉽게 파괴되어 팽윤이 잘 일 어난다고 보고 되고 있다(Song & Shin, 1998). 따라서 블 렌딩에 찹쌀 품종인 밀양328호를 이용할 경우 상대적으로 먼저 팽윤되어 혼합된 다른 쌀가루가 충분한 물을 보유할 수 없는 환경으로 만들기 때문에 팽윤 억제 현상이 나타난 것으로 보인다. 용해도는 전분 분산액을 일정온도로 가열 하였을 때 팽윤되면서 용해된 고형물이 분석된 값으로, 용 해도가 높을수록 전분입자로부터 많은 양의 저분자 사슬이 용출되었음을 나타낸다(Oh et al., 2014). 따라서 용해도 또 한 블렌딩으로 인하여 감소된 팽윤력의 영향을 받아 유의 적으로 감소한 것으로 판단된다(p<0.05).

신속 점도 측정기로 분석한 가공용 쌀가루와 쌀가루 블렌 드의 RVA viscogram은 Fig. 1에 나타내었으며, viscogram으 로부터 분석한 페이스트 점도 지표들은 Table 2에 나타내 었다. 쌀가루의 페이스트 형성능은 쌀가루 품종에 따라 다 른 경향을 보였으며 호화개시온도(pasting temp.)는 아밀로 스 함량이 높은 새미면에서 가장 높은 값을 나타내어 아밀 로스 함량과 정의 상관관계를 가진다는 기존 연구결과와 일치하였다(Ha et al., 1999). 강하점도(break-down)는 호화 중 열 및 전단에 대한 저항을 나타내는 값으로 아밀로스 함량과 부의 상관관계를 나타낸다(Sim et al., 2015). 본 연 구 결과 역시 아밀로스 함량이 높은 새미면의 강하점도는 219.79 RVU로 한아름4호보다 더 낮은 값을 나타냈다. 특 이하게도 밀양328호는 가장 낮은 아밀로스 함량을 가지고 있음에도 불구하고 가장 낮은 최고점도와 강하점도 값을 나타냈다. Vandeputte et al. (2003)는 10% 정도의 전분 호 화액 농도일 경우 점도는 아밀로스 함량보다는 입자의 강 성에 의해 결정될 수 있다고 보고하였으며, 다른 연구에서 도 호화 특성은 아밀로스 함량 뿐만 아니라 아밀로펙틴 사 슬 분포, 지질 함량, 단백질 함량 등 여러 요인에 의해 영 향을 받는다고 설명하였다(Han & Hamker, 2001;Jane et al., 1999). 찰벼 품종인 밀양328호의 경우 약한 입자 강성 및 이외의 다른 특성들이 점도에 더 크게 영향을 미쳐 최 고점도와 강하점도가 가장 낮게 나온 것으로 판단된다. 노 화 특성을 나타내는 치반점도(setback)는 새미면 >한아름4 호 >밀양328호 순으로 높게 나타나 치반점도는 아밀로스 함량과 정의 상관관계를 나타낸다는 기존 연구결과와 일치 하였다(Jeong et al., 2013).

Fig. 1. RVA pasting profiles of rice flours and their 1:1 blends.

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쌀가루 블렌딩에 밀양328호를 사용한 새미면-밀양328호 와 한아름4호-밀양328호의 호화특성 측정 값(MV)은 평균 예측 값(PV)과 유의적인 차가 있었으며(p<0.05), 최고점도 와 강하점도는 감소하였고 치반점도와 최종점도는 증가하 는 경향을 나타냈다(Table 2, Fig. 1). 이는 상대적으로 전 분 내 결합력이 낮고 팽윤력이 높으며 최고점도에 이르는 시간이 가장 짧은 밀양328호의 호화특성에 의한 현상일 수 있다. 즉, 밀양328호와 다른 가공용 쌀가루와의 팽윤력 차이로 인해 서로 물에 대하여 경쟁함으로써 생기는 결과 로 보여진다(Waterschoot et al., 2016). 밀양328호가 상대 적으로 먼저 전분 내 구조가 파괴되면서 호화를 시작하고 팽윤 되면서 상대적으로 팽윤력이 낮은 쌀가루들의 팽윤을 억제하고, 그 결과 호화가 지연되면서 최고점도와 강하점 도를 감소시켜 가열과 전단에 대한 내구력을 가지게 된 것 으로 판단된다(Lin et al., 2013;Ronda et al., 2013;Zhang et al., 2011). 이는 앞에서 언급한 밀양328호를 혼 합한 쌀가루 블렌드의 팽윤력이 감소된 결과와 일치한다. 특히 새미면-밀양328호의 경우 강하점도가 블렌딩 하지 않 은 쌀가루인 새미면, 한아름4호, 밀양328호보다 유의적으로 낮은 값을 보였는데, 이 결과 역시 쌀가루들이 블렌딩 되 면서 일어나는 상호작용에 의한 비가산적인 효과로 판단된 다. 위에서 언급한 바와 같이 새미면에 비하여 낮은 호화 온도와 높은 팽윤력을 가지는 밀양328호가 새미면의 호화 를 억제하고, 그 결과 최고점도를 감소시켜 강하점도 또한 낮은 값을 가지게 된 것으로 보인다(Fig. 1). 호화 특성에 서 이와 같은 블렌딩을 통한 비가산적 효과는 새미면과 밀 양328호와 같이 호화 온도가 크게 차이나는 경우, 그 효과 가 확연히 드러난다고 알려져 있다(Waterschoot et al., 2015).

일반 메벼 품종인 한아름4호와 새미면-밀양328호 블렌드 의 호화특성을 비교한 결과 최종점도는 유의적으로 차이가 나지 않으나 새미면-밀양328호 블렌드의 강하점도는 확연 히 낮았고 치반점도는 높게 나타났다. 이러한 결과는 쌀가 루 블렌딩 만으로도 유사한 최종점도를 가지면서 열 및 전 단, 노화에 대한 더 좋은 가공적성을 지닌 새로운 호화특 성을 만들 수 있음을 시사한다(Waterschoot et al., 2015), 따라서 쌀가루 가공 시 다양한 특성을 지닌 쌀가루를 블렌 딩하여 호화특성을 조절하는 기술 또한 식품가공 및 조리 특성 개선에 이용 가능할 것으로 생각된다.

가공용 쌀가루와 쌀가루 블렌드의 frequency (0.1-10 Hz) 에 대한 G’, G”값은 Fig. 2에 나타내었으며, 1 Hz frequency 조건에서 탄성적 성질을 나타내는 저장탄성률(G’), 점성적 성질을 대표하는 손실탄성률(G”)와 점탄성 성질을 나타내 는 tanδ (G”/G’)의 값은 Table 3에 나타내었다. 가공용 쌀 가루의 G’값은 아밀로스 함량과 양의 상관관계를 보이면 서 고아밀로스 품종인 새미면이 가장 높게 측정되었다 (Biliaderis & Juliano, 1993). 이러한 현상은 쌀가루가 페이 스팅 된 후 상온으로 냉각되었을 때 아밀로스 함량이 높을 경우 아밀로스 분자들 사이의 수소결합으로 높은 정도의 가교영역이 형성되어 상대적으로 단단한 겔을 형성하고, 반대로 아밀로스 함량이 낮을 경우 가교영역을 빠르게 형 성하지 못하여 점조성이 높은 졸(sol)을 형성하기 때문으로 판단된다(Kim, 2014;BeMiller, 2007). 이러한 경향은 본 실험의 페이스트 특성 중 최종점도의 순서와도 일치하였 다. 점탄적 거동으로 평가되는 값인 G”과 G’의 비율인 tanδ 값은 1보다 작으면 탄성적 성질이 크고, 1보다 크면 점성적 성질이 크다는 것을 나타낸다(Choi et al., 2016;Lii et al., 1995). 동적 점탄성 특성을 1 Hz frequency에서 보았을 때 모든 가공용 쌀가루의 tanδ 값은 1보다 작은 값 을 나타내어 점성적 성질보다 탄성적 성질이 더 크다는 것 을 확인하였으며(Table 3), 이러한 결과는 기존의 쌀가루 점탄성 거동과 일치하였다(Kim et al., 2017). Frequency에 대한 G’과 G”의 관계식으로부터 선형회귀에 적용하여 결 정된 G’, G”의 기울기(n’, n”)와 절편의 로그 값 {log(k’), log(k”)} 및 결정계수(R2)는 Table 4에 나타내었다. G’의 n’값은 0.058-0.271, G”의 n”값은 0.137-0.314 사이로 나 타났으며 R² 수치(0.89-0.99)로 직선관계를 나타내었다. 모 든 시료에 대해서 1 Hz frequency에서 G’값은 G”값보다 높은 값을 나타냈다. 따라서 가공용 쌀가루와 쌀가루 블렌 드는 약한 겔과 같은 거동을 보여주고 있다(Cho et al., 2008). 구조적 측면에서 강한 겔인 경우 기울기 값이 ‘0’에 근접하지만 가공용 쌀가루와 쌀가루 블렌드의 경우 약한 겔과 같은 구조를 가져 양(+)의 기울기를 나타낸 것으로 보인다(Yoo et al., 2005).

Fig. 2. Plot of G’ (storage modulus), G” (loss modulus) vs. frequency (Hz) for rice flours and their 1:1 blends at 25°C.

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새미면-밀양328호와 한아름4호-밀양328호 블렌드의 경우 1Hz frequency에서 G’측정 값(MV)이 PV값보다 유의적으 로 감소하였다(p<0.05). 이는 앞에서도 설명하였듯이 밀양 328호의 높은 팽윤력으로 인해 두 쌀가루가 물과 경쟁을 하는 환경이 형성되었기 때문으로 판단된다(Edward et al., 1999). 새미면-밀양328호와 한아름4호-밀양328호 블렌드의 tanδ 측정 값은 예측 값에 비하여 유의적으로 증가하였다 (p<0.05). 이는 다른 쌀가루들에 비하여 매우 낮은 G’값과 높은 tanδ을 가지고 있는 밀양328호가 첨가되어 희석된 결 과인 것으로 판단된다. G’의 절편의 로그값 {log(k’)}은 밀 양328호와 블렌딩할 경우 유의적으로 증가하여 밀양328호 의 혼입이 블렌딩된 쌀가루 간의 조밀한 입자 사이의 상호 결합을 강하게 만든 것을 확인할 수 있었다(Kim et al., 2017).

쌀가루 블렌딩을 통한 비가산적 효과에 대해서는 Table 5에 나타냈으며 MV와 PV의 유의적 차이를 비교함으로써 쌀가루 블렌딩의 비가산적 효과를 평가하였다. 쌀가루를 블렌딩 했을 때 80°C에서 측정된 팽윤력과 용해도의 경우 밀양328호가 혼입된 쌀가루 블렌드에서 비가산적으로 감소 하는 것을 확인하였다. 페이스트 특성에서는 밀양328호가 혼입된 쌀가루 블렌드의 최고점도와 강하점도가 감소하였 고 치반점도와 최종점도는 증가하는 효과를 보였다. 동적 점탄성 특성은 1 Hz frequency 조건에서 밀양328호가 포함 된 쌀가루 블렌드의 G' 값이 감소하였으며, tanδ 값과 절 편의 로그값 {log(k’)}은 증가하는 경향을 보였다. 따라서 가공용 쌀가루 간의 블렌딩를 통해 물리화학적특성에 비가 산적인 효과가 있음을 확인하였고, 이러한 효과는 기존의 쌀가루와 다른 새로운 특성을 부여할 수 있다. 뿐만아니라 쌀가루 블렌딩은 특성의 다양화로 인해 기존에 사용되는 밥쌀 이용 쌀가루의 품질 한계를 개선할 수 있으며, 특성 변화를 위한 추가적인 처리 없이 기존 쌀가루와 가공용 쌀 의 혼합에 따라 품질 경쟁력과 함께 원가 경쟁력을 가질 수 있을 것이라고 판단된다.