Ex) Article Title, Author, Keywords
Online ISSN 2288-5978
Ex) Article Title, Author, Keywords
Journal of the Korean Society of Food Science and Nutrition 2024; 53(9): 973-980
Published online September 30, 2024 https://doi.org/10.3746/jkfn.2024.53.9.973
Copyright © The Korean Society of Food Science and Nutrition.
Eun Ah Hong1 , Ye Jin Kyung2, Yeon Jae Jo1, Yun Jo Jung1, Se Gu Hwang2, Yoon Sup So3, Jun Soo Lee1, and Heon Sang Jeong1
1Department of Food Science and Biotechnology and
3Department of Crop Science, Chungbuk National University
2Chungcheongbukdo Agricultural Research & Extension Services
Correspondence to:Heon Sang Jeong, Department of Food Science and Biotechnology, Chungbuk National University, 1, Chungdae-ro, Seowon-gu, Cheongju, Chungbuk 28644, Korea, E-mail: hsjeong@chungbuk.ac.kr
This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License (https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.
This study evaluated the physicochemical characteristics of waxy corn cultivated in the Chungbuk region. The moisture, crude ash, crude fat, and crude protein contents ranged from 7.30∼8.81%, 1.18∼1.63%, 4.78∼5.87%, and 10.07∼11.84%, respectively, with no significant differences between the cultivars. The total sugar content was the lowest in Daehak waxy corn at 7.70%, and the highest in Saengmyeong waxy corn at 14.24%. The starch content ranged from 63.23 (Taeyang)∼67.10% (Ilmi), and the amylose content was the highest in Saengmyeong waxy corn at 12.85%. Among the fatty acid contents, linoleic acid was the highest in the range of 35.86∼40.41%, followed by oleic acid, palmitic acid, and stearic acid. The hardness ranged from 1,115.70 (Daehak)∼1,600.13 g (Saengmyeong). The peak viscosity of the starch content was in the range of 202.00∼214.03 rapid viscosity units (RVU), with Taeyang waxy corn having the highest viscosity. The setback was highest in Saengmyeong waxy corn at 24.61 RVU. These results showed that there was no significant difference in the physicochemical characteristics of the waxy corn cultivars. However, Taeyang waxy corn was considered an economical cultivar due to its low starch content and high sugar content, and because it could be harvested in two ears.
Keywords: waxy corn, physicochemical properties, starch, pasting properties, amylopectin
옥수수(
최근 찰옥수수에 관한 관심의 증가로 재배면적이 점차 확대되고 있으며, 수량성, 재배 안정성, 품질 등을 높이기 위하여 품종개발이 지속적으로 이루어지고 있다. 본 연구의 재료인 미백찰옥수수는 HW3×HW4를 교잡한 단교잡종이며, 일미찰옥수수는 KW51×KW35를 교잡하여 개발한 찰옥수수 잡종으로(Jung 등, 2006), 도복에 강하다는 특징이 있다. 대학찰옥수수는 재래종 찰옥수수에서 선발된 자식계통 사이의 열성단교잡종(F1)으로 육성된 품종으로, 품질의 우수성이 많이 알려진 품종이다(Lee 등, 2010). 태양찰옥수수는 CW5×CW6을, 생명찰옥수수는 CW8×CW10을 교잡한 단교잡종이다. 생명찰은 출사 일수가 짧고 태양찰은 2 이삭까지 상품성 있는 이삭을 수확할 수 있어 농가 소득을 높일 수 있는 것으로 알려져 있다. 이러한 찰옥수수의 품질과 상품성은 재배 환경, 재배 기술, 품종 등에 따라 크게 달라질 수 있으며(Jung 등, 2012), 특히 옥수수의 전분 특성은 가공적성에 중요한 영향을 미치며, 이러한 특성이 유전적 요인에 따라 달라질 수 있다는 점에서 품종별 특성 파악의 필요성은 더욱 강조된다(Hao 등, 2017).
현재까지 우리나라에서 찰옥수수에 대한 연구로는 수확시기에 따른 대학찰옥수수의 이화학적 특성에 관한 연구(Lee 등, 2010), 찰옥수수 교잡종의 식미 관련 주요 특성에 관한 연구(Jung 등, 2005) 등이 보고되었다. 또한 옥수수 품종별 차이에 대한 연구로는 국내 육성 팝콘 옥수수의 품종별 영양성분 분석 연구(Park 등, 2019), 재배 방법에 따른 찰옥수수의 품질 특성 연구가 보고되었다(Song 등, 2011).
이렇게 다양한 찰옥수수 품종에 관한 형태 및 재배특성에 관한 연구는 많이 진행되었지만, 동일한 재배 조건에서 품종별 품질특성을 비교한 연구는 찾아보기 어려운 실정이다. 따라서 본 연구에서는 국내에서 육성된 찰옥수수의 품종별 품질특성에 차이가 있는지 살펴보기 위하여 동일한 재배 조건에서 5품종의 찰옥수수를 재배하고 이화학적 특성 및 전분 특성을 분석하여 품종 간 차이를 비교하였다.
본 실험에 사용된 찰옥수수는 2022년에 4월 16일에 파종하였으며, 태양찰옥수수, 생명찰옥수수, 미백찰옥수수, 일미찰옥수수 및 대학찰옥수수를 수확 후 건조한 시료와 자숙 후 냉동한 시료를 충청북도 농업기술원에서 제공받아 사용하였다. 건조 시료를 60 mesh로 분쇄 후 -18°C의 냉동고에 보관하면서 실험에 사용하였으며, 자숙 후 냉동 시료를 조직감 분석에 사용하였다.
일반성분 함량은 AOAC법(2005)에 따라 분석하였다. 즉, 수분함량은 105°C 상압가열건조법, 조지방 함량은 에테르를 사용하여 Soxhlet 추출법을 이용하였고, 조단백질 함량은 semi-micro Kjeldhal 방법을 이용하여 황산으로 분해 후 단백질 자동 분석기(Foss Kjeltec 2400, Foss Tecator)로, 조회분 함량은 550°C 직접 회화법을 이용하여 측정하였다.
총 식이섬유 함량은 AOAC 분석법이 적용된 식이섬유 분석기기(TDFI, ANKOM Technology)를 사용하여 분석하였다. 먼저 시료별로 2개의 total dietary fiber bag A(IDF flow-thru, ANKOM Technology)에 각각 1 g의 건조 분말 시료를 넣은 다음 40 mL의 mes-tris buffer(Sigma-Aldrich Co.)를 혼합하고 50 μL의 α-amylase(Megazyme)를 첨가하여 97°C에서 30분 동안 교반하면서 반응시켰다. 그리고 60°C까지 냉각시킨 다음 100 μL의 protease(Megazyme)를 첨가하여 60°C에서 30분간 교반하면서 반응시킨 후 0.561 N HCl(OCI Company Ltd.)을 첨가하였다. 300 μL의 amyloglucosidase(Megazyme)를 첨가하여 60°C에서 30분간 교반하면서 반응시킨 후 효소 반응 정지와 총 식이섬유 침전을 위하여 225 mL의 95%(w/v) 에탄올(OCI Company Ltd.)을 첨가한 후 여과하였다. 15 mL의 증류수, 95%(w/v) 에탄올, 78%(w/v) 에탄올 순으로 세척 및 여과하고 105°C에서 90분 동안 건조기(WFO-450PD, Eyela)로 건조한 후 2개의 시료 중 한 개는 Kjeldal법으로 시료의 단백질 함량을 분석하고, 다른 한 개는 525°C에서 5시간 동안 회화한 후 회분 함량을 측정하였다. 대조구는 시료를 첨가하지 않고 총 식이섬유 분석 방법과 같이 수행하였으며, 총 식이섬유 함량은 아래의 식을 이용하여 계산하여 g/100 g으로 나타내었다.
R: average weight of residue after enzyme treatment
P: protein content of sample, A: ash content of sample
B: blank, S: average weight of sample
총 전분 함량은 total starch assay kit(Megazyme)을 이용하여 분석하였다. 즉, 건조 분말 시료 0.1 g에 sodium acetate buffer(100 mM, pH 5) 10 mL를 넣고 섞은 뒤 α-amylase를 100 μL 넣고 100°C에서 5분 동안 반응시킨 후 잘 섞고 다시 10분 동안 반응하였다. 반응이 완료된 시료에 amyloglucosidase를 100 μL 넣고 50°C 수조에 넣어 30분간 반응시킨 뒤 10분 동안 실온으로 냉각하였다. 냉각된 시료를 5,590×
총당 함량은 Jang 등(2013)의 방법을 변형하여 측정하였다. 즉, 건조 분말 시료 1 g에 증류수 20 mL를 첨가하여 초음파 추출장치(frequency 40 Hz, power 300 W; SD-350H, SeongDong)로 25°C에서 1시간 추출하였다. 추출물은 3,265×
환원당 함량 분석은 dinitrosalicylic acid(DNS) 법(Miller, 1959)에 따라 측정하였다. 즉, 건조 분말 시료 1 g에 증류수 20 mL를 첨가하여 초음파 추출장치로 25°C에서 1시간 추출하였다. 추출물은 3,265×
유리당 함량은 Lee 등(2010)의 방법을 변형하여 측정하였다. 즉, 건조 분말 시료 1 g에 증류수 20 mL를 첨가하여 초음파 추출장치로 25°C에서 1시간 추출하였다. 추출물을 0.45 μm polyvinylidene fluoride syringe filter(Whatman)로 여과하였고 high performance liquid chromatography(Waters alliance 2795, Waters)로 분석하였다. 컬럼은 Shodex NH2P-50 column(4.6×150 mm, Showa Denko), 검출기는 evaporative light scattering detection(Waters 2420, Waters)를 이용하였으며, 이동상은 acetonitrile: water(80:20, v/v), 유속은 1.0 mL/min, 시료 주입량은 20 μL였다. 표준물질로 glucose, fructose 및 sucrose(Sigma-Aldrich Co.)를 사용하였다.
지방산 함량은 건조 분말 시료 1 g에 hexane 5 mL를 첨가 후 충분히 혼합한 뒤 24시간 동안 정치 추출을 진행하여 추출물을 제조하였다. 추출물 1 mL에 0.5 N-NaOH・MeOH 용액 1.5 mL를 가하고 질소를 불어 넣은 후 즉시 뚜껑을 닫고 혼합하였으며, 100°C heating block에 5분간 가온 후 30~40°C로 냉각하였다. 가수분해된 추출물에 14% Boron trifluoride methanol solution 2 mL를 가하고 질소를 불어 넣은 후 즉시 뚜껑을 닫고 혼합하였으며, 100°C heating block에 2분간 가온 후 30~40°C로 냉각하고 2,2,4-trimethyl pentane 1 mL를 가한 후 질소를 불어 넣은 후 즉시 뚜껑을 닫고 30초간 vortexing을 진행하였다. 그 후 포화 NaCl 5 mL를 가한 후 질소를 불어 넣은 후 즉시 뚜껑을 닫고 30초간 vortexing을 진행하였으며, 층 분리가 일어나도록 상온 방치 후 상층을 분리하여 0.45 μm membrane filter로 여과 후 GC-FID(Agilent6850, Agilent)로 분석하였다. 컬럼은 HP-INNOWax(60 m×0.25 mm×0.25 μm, Agilent), injector의 온도는 250°C, 검출기의 온도는 250°C로 하였으며, 오븐 온도는 60°C에서 20분간 유지한 후 분당 20°C씩 160°C까지 올려 10분간 유지하고, 다시 분당 10°C로 240°C까지 상승시키고 10분간 유지하였다. Carrier gas는 N2 gas(99.999%)를 사용하였고 유속은 1.0 mL/min, 표준물질은 F.A.M.E. Mix(Sigma-Aldrich Co.)를 사용하였으며, 지방산 조성은 peak area의 상대적인 비로 나타내었다.
조직감은 자숙 후 냉동 시료를 스팀기(DS-1, Ducsan)를 이용하여 20분간 증자 처리를 통해 해동한 후 옥수수 알곡 30개를 무작위로 선정해 측정하였다. 조직감 측정기(TA-XT2, Stable Micro Systems Ltd.)를 이용하여 hardness, adhesiveness, springness, chewiness, gumminess 및 cohesiveness를 25 mm cylinder 프로브를 사용하여 조직감을 측정하였다. 측정 조건은 pre-test speed 1.0 mm/s, test speed 1.0 mm/s, post-test-speed 5.0 mm/s, distance 4.8 mm, time 1.00 s, trigger force 5.0 g로 설정하였다.
찰옥수수의 전분은 Juliano의 알칼리 분해법(1985)을 변형하여 제조하였다. 건조된 찰옥수수의 알곡을 분리하여 2배(v/w)의 증류수를 첨가한 후 4°C의 냉장실에서 48시간 동안 수분을 흡수하도록 하였으며, 1일 2회 물갈이를 하였다. 옥수수를 블렌더로 마쇄한 후 면포를 이용해 얻은 여과액에 2배(w/w)의 증류수를 넣어 4시간 이상 침전시킨 후 침전물을 제거하였으며, 위의 과정을 3회 반복 시행하였다. 이후 100 mesh 체를 통과한 전분 현탁액에 0.2% NaOH 용액을 10%(w/w) 첨가한 후 4°C의 냉장실에서 24시간 동안 알칼리 분해를 하였으며, 원심분리(3,265×
전분의 아밀로오스와 아밀로펙틴 함량은 Juliano의 방법(1985)을 변형하여 분석하였다. 즉, 전분 100 mg을 50 mL tube에 넣고 95% 에탄올 1 mL와 1 N NaOH 9 mL를 가해 끓는 물 속에서 8분간 호화시킨 후 흐르는 물에서 3분간 냉각시켰다. 호화액 중 5 mL를 취해 1 N acetic acid 1 mL와 2% I2-KI solution 2 mL를 가해 혼합한 후 증류수를 이용하여 100 mL로 정용하였다. 반응액 중 1 mL를 취하여 620 nm의 파장에서 spectrophotometer를 이용하여 흡광도를 측정하였으며, 아밀로오스 함량을 구한 후 100에서 아밀로오스 함량을 뺀 값을 아밀로펙틴의 함량으로 하였다. 표준물질로 감자로부터 제조된 아밀로펙틴 free 제품(Sigma-Aldrich Co.)을 사용하였다.
전분의 호화특성은 신속점도측정기(RVA-Tecmaster, Perten Instruments)를 이용하여 측정하였다. 전분 3 g에 증류수 25 mL를 기준으로 하였으며 시료 수분함량에 따라 전분 및 증류수 양을 보정하였다. Rapid visco analyzer(RVA) 분석 전용 용기에 보정된 분량의 전분과 증류수를 혼합하여 처음 1분 동안 50°C까지 가열 후 12°C/min 속도로 가열하여 95°C까지 상승시키고 95°C에서 2분 30초 동안 유지하였다. 또한 50°C까지 12°C/min의 속도로 냉각, 2분 동안은 50°C를 유지하면서 점도를 측정하였다. RVA viscogram으로부터 최고(peak), 최저(trough), 강하(breakdown), 최종(final), 치반(setback)점도, 호화시간(peak time) 및 호화온도(pasting temperature)를 산출하였으며, 점도 단위는 rapid viscosity unit(RVU)으로 표시하였다.
찰옥수수 전분 입자의 표면은 찰옥수수 전분을 금으로 코팅한 후, 주사현미경(Ultra Plus, Carl Zeiss AG)을 이용하여 1,000배로 관찰하였다.
전분의 X선 회절도는 X-ray diffractometer(D/MAX-1200, Rigaku Co.)를 이용하여 target: Cu-Kα, filter: Ni, scanning speed: 5.0°/min의 조건으로 회절각도(2θ): 5°부터 90°까지 회절시켜 분석하였다.
모든 분석은 3회 반복 측정하였고 mean±SD로 표현하였다. 통계분석은 SPSS 통계프로그램(Statistical Package for the Social Science, Ver. 12.0 SPSS Inc.)을 사용하였으며, 각 처리군의 평균과 표준편차를 산출해 Duncan’s multiple range test를 이용해 유의성 검정하였다. 또한 측정 항목 간 품종별 상관관계를 분석하였다.
충북 지역에서 재배한 찰옥수수의 품종별 일반성분 분석 결과는 Table 1과 같다. 건조된 찰옥수수의 수분함량, 조단백질, 조지방 및 조회분 함량은 각각 7.30~8.81%, 10.07~11.84%, 4.78~5.87% 및 1.18~1.63% 범위로 품종별 큰 차이를 보이지 않았다. 국가표준식품성분표(NAAS, 2021)에 따르면 말린 찰옥수수의 수분함량, 단백질, 지방, 회분 및 탄수화물은 각각 7.5%, 11.5%, 4.6%, 1.7% 및 74.7%로 본 연구 결과와 유사하였다. 찰옥수수의 전분 함량은 63.23~67.10% 범위였으며, 태양찰 품종이 가장 낮은 함량을 나타내었다. 일반적으로 국내 찰옥수수 품종의 평균 전분 함량은 65.7%로 알려져 있는데(Jung 등, 2016), 본 연구에서도 동일한 결과를 나타내었다. 아밀로스 함량은 생명찰이 12.85%로 가장 높았으며 대학찰이 10.31%로 가장 낮은 값을 나타내었다.
Table 1 . Chemical compositions of waxy corn in different cultivar (Unit: %)
Cultivar | Moisture content | Crude fat | Crude ash | Crude protein | Carbohydrate | Starch | ||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Total starch | Total dietary fiber | Amylose | Amylopectin | |||||
8.81±0.00a1)2) | 4.78±0.11c | 1.63±0.01a | 11.84±0.06a | 63.23±0.99c | 5.08±0.16b | 10.76±0.17c | 89.47±0.44a | |
8.23±0.07b | 5.14±0.17b | 1.61±0.02a | 10.07±0.04e | 64.89±0.39b | 3.75±0.07d | 12.85±0.15a | 88.38±0.43b | |
7.30±0.09d | 5.87±0.15a | 1.56±0.04b | 11.15±0.02c | 64.69±0.73b | 5.64±0.24a | 11.74±0.18b | 87.65±0.71b | |
7.34±0.09d | 5.71±0.10a | 1.50±0.02c | 11.47±0.05b | 67.10±0.13a | 4.06±0.13c | 10.54±0.45c | 89.46±0.44a | |
7.92±0.03c | 5.15±0.25b | 1.18±0.01d | 10.92±0.03d | 63.97±0.76bc | 5.31±0.10b | 10.31±0.24c | 89.81±0.44a |
1)Values are mean±SD (n=3).
2)Different small letters in the same column indicate a significant difference by Duncan’s multiple range test (
찰옥수수의 총당 함량은 Table 2에서 보는 바와 같이 7.70~14.24%로 대학찰에서 가장 낮은 함량을 보였으며, 환원당은 태양찰 및 생명찰이 각각 7.95% 및 8.05%로 높게 나타났다. 유리당은 fructose, glucose, sucrose 및 maltose가 검출되었다. 유리당 가운데 maltose 함량이 3.24~6.95% 범위로 가장 높았고, fructose, glucose 및 sucrose 함량은 품종별로 각각 0.24~0.47%, 0.96~2.01% 및 1.34~2.19% 범위를 나타내었다. Jung 등(2005)의 연구에서 대학찰옥수수의 fructose, glucose, sucrose 및 maltose 함량이 각각 2.0%, 2.6%, 1.3% 및 0.4%의 함량을 보여 본 연구의 측정값과 차이를 보였는데, 같은 품종이어도 재배 방법과 수확시기에 따라 함량 및 조성이 다른 경향을 보인다는 Song 등(2011)의 결과로 미루어 볼 때 재배 환경에 따른 결과라고 판단된다.
Table 2 . Sugar contents and free sugar compositions of waxy corn in different cultivar (Unit: %)
Cultivar | Total sugar | Reducing sugar | Free sugar content | ||||
---|---|---|---|---|---|---|---|
Fructose | Glucose | Sucrose | Maltose | Total free sugar | |||
13.09±0.19b1)2) 14.24±0.52a 10.39±0.19c 12.78±0.40b 7.70±0.16d | 7.95±0.05a 8.05±0.10a 6.36±0.11c 7.32±0.04b 5.33±0.11d | 0.39±0.01b 0.33±0.02c 0.46±0.02a 0.24±0.01d 0.47±0.01a | 1.44±0.04b 2.01±0.07a 0.96±0.01e 1.14±0.02c 1.05±0.04d | 1.34±0.05e 1.43±0.07d 1.64±0.05c 1.86±0.07b 2.19±0.03a | 6.94±0.27a 6.44±0.21b 5.79±0.03c 6.95±0.18a 3.24±0.02d | 10.11±0.25a 10.22±0.27a 8.85±0.03b 10.20±0.18a 6.95±0.04c |
1)Values are mean±SD (n=3).
2)Different small letters in the same column indicate a significant difference by Duncan’s multiple range test (
품종별 찰옥수수의 지방산 조성을 분석한 결과는 Table 3과 같이 palmitic acid, stearic acid, oleic acid 및 linoleic acid가 주요 지방산으로 검출되었다. 대부분 품종은 다가 불포화 지방산인 linoleic acid(C18:2)의 함량이 37.81~40.41%로 가장 높았고, 단일 불포화 지방산인 oleic acid(C18:1)가 30.50~31.86%, 포화지방산인 palmitic acid(C16:0) 및 stearic acid(C18:0)가 각각 23.81~25.65% 및 4.13~7.61% 범위로 나타났는데, 미백찰옥수수의 경우 oleic acid의 조성비가 40.44%로 다른 품종에 비해 높은 구성비를 나타내었다. Oleic acid의 함량이 높아지면 산패 안정성이 증가한다고 알려져 있는데(Dunlap 등, 1995), 이에 대한 더 많은 연구가 필요하리라 판단된다. 또한 Jellum과 Marion(1966)은 옥수수의 지방산 조성은 환경보다 유전적 영향이 크다고 보고하였는데, 본 실험에서 품종에 따라 지방산 조성에 차이를 보인 것은 교잡종을 육종하는 데 사용된 자식계통이 다르므로 유전적 영향에 의한 것으로 판단된다. Jung 등(2016)은 국내 옥수수의 지방산 조성이 linoleic acid(47.55~56.64%), oleic acid(23.55~31.47%)로 약 80%를 차지하고 palmitic acid(14.60~17.46%), stearic acid(2.06~4.12%), linolenic acid(1.13~2.58%)로 구성되었다고 보고하였으며, 이는 충북 지역 재배 찰옥수수 5품종의 지방산 조성과 일치하는 경향이었다.
Table 3 . Fatty acid compositions of waxy corn in different cultivar
Cultivar | Fatty acid composition (%) | ||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Palmitic (C16:0) | Stearic (C18:0) | Oleic (C18:1) | Linoleic (C18:2) | ||||||
24.35±0.07ab1)2) 23.81±1.08b 22.00±0.29c 25.32±0.23a 25.65±1.24a | 7.06±0.33b 7.61±0.29a 4.19±0.18c 4.54±0.13c 4.13±0.20c | 31.86±1.20b 31.63±0.93b 40.44±1.89a 30.50±0.49b 30.89±1.20b | 38.57±0.74ab 37.81±1.81bc 35.86±1.74c 40.41±0.34a 39.06±0.68ab |
1)Values are mean±SD (n=3).
2)Different small letters in the same column indicate a significant difference by Duncan’s multiple range test (
찰옥수수 종실의 물성을 조직감 측정기로 측정한 결과는 Table 4와 같다. 경도는 생명찰옥수수가 1,600.13 g로 가장 높았고, 대학찰옥수수가 1,115.70 g로 가장 낮은 값을 나타내었는데, 이는 전분 특성에 기인한다. Lv 등(2021)은 찰옥수수 전분 중 아밀로스 함량이 높은 품종에서 전분의 결정성 및 구조적 밀도가 증가하며 과립이 부서지기 어렵다고 보고하였다. 본 연구에서도 아밀로스 함량이 12.85%로 가장 높은 생명찰 품종에서 경도가 1,600.13 g로 높은 값을 나타내었다. 상관관계 분석 결과(Table 5), 아밀로스는 조직감 중 경도(r=0.947,
Table 4 . Texture profile analysis of waxy corn in different cultivar
Cultivar | Hardness (g) | Adhesiveness (g・s) | Springiness | Chewiness | Gumminess | Cohesiveness |
---|---|---|---|---|---|---|
1,250.87±41.08c1)2) 1,600.13±66.87a 1,419.65±6.75b 1,151.17±29.85d 1,115.70±46.83d | −13.67±0.32d −7.57±0.12a −9.00±0.20b −10.23±0.32c −10.40±0.30c | 0.57±0.01c 0.71±0.02a 0.63±0.02b 0.65±0.03b 0.73±0.03a | 222.89±10.65c 414.94±6.77a 297.42±1.98b 223.20±8.50c 290.36±11.70b | 387.98±17.80c 582.02±24.35a 473.41±10.40b 346.27±15.55d 398.25±7.26c | 0.31±0.01c 0.36±0.01a 0.33±0.01b 0.30±0.01c 0.36±0.01a |
1)Values are mean±SD (n=3).
2)Different small letters in the same column indicate a significant difference by Duncan’s multiple range test (
Table 5 . Correlation coeffcients between factors affecting waxy corn quality characteristics
Total starch | Total dietary fiber | Total sugar | Hardness | Adhesiveness | Amylose | Amylopectin | Peak viscosity | Pasting temp. | |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Total starch | 1 | ||||||||
Total dietary fiber | −0.536* | 1 | |||||||
Total sugar | 0.233 | −0.710** | 1 | ||||||
Hardness | −0.073 | −0.309 | 0.509 | 1 | |||||
Adhesiveness | 0.421 | −0.365 | 0.047 | 0.609* | 1 | ||||
Amylose | −0.011 | −0.391 | 0.499 | 0.947** | 0.679** | 1 | |||
Amylopectin | −0.122 | −0.109 | −0.180 | −0.730** | −0.581* | −0.666** | 1 | ||
Peak viscosity | −0.318 | 0.475 | −0.153 | −0.380 | −0.536 | −0.446 | −0.080 | 1 | |
Pasting temp. | −0.507 | 0.055 | 0.378 | 0.088 | −0.651** | −0.030 | 0.244 | −0.169 | 1 |
*
찰옥수수로부터 분리한 전분의 호화특성을 신속점도측정기로 측정한 결과는 Table 6에 나타내었다. 전분의 호화특성은 전분 입자의 팽윤, 결정성, 아밀로펙틴의 가지사슬 분포 등에 의해 영향을 받는다고 알려져 있다(Eerlingen 등, 1997). 전분의 점도가 증가하기
Table 6 . Pasting properties of starches isolated from waxy corn in different cultivar
Cultivar | Viscosity (RVU) | Peak time (min) | Pasting temperature (°C) | ||||
---|---|---|---|---|---|---|---|
Peak viscosity | Trough viscosity | Breakdown | Setback | Final viscosity | |||
214.03±5.42a1)2) 202.00±6.35a 208.54±7.76a 208.27±5.89a 209.69±6.04a | 149.09±4.59a 135.92±7.68b 142.77±6.28ab 133.44±4.72b 135.36±6.67b | 64.93±2.95b 66.08±2.88b 65.76±3.15b 74.82±3.67a 74.33±3.63a | 18.89±0.19b 24.61±1.18a 19.48±1.05b 18.38±0.38b 16.41±0.53c | 167.64±5.05a 158.53±10.67ab 160.59±7.77ab 151.82±4.35b 151.77±7.13b | 3.98±0.08a 3.95±0.04a 3.99±0.10a 3.90±0.03a 3.89±0.08a | 78.42±0.16a 77.75±0.48b 77.55±0.05b 77.52±0.03b 77.55±0.05b |
1)Values are mean±SD (n=3).
2)Different small letters in the same column indicate a significant difference by Duncan’s multiple range test (
시작하는 시점의 호화개시온도는 77.52~78.42°C 범위로 품종 간 큰 차이를 보이지 않았는데, Jung 등(2005)은 찰옥수수 자식계통에서 호화온도가 64.5~79.1°C로 나타났다고 보고하였다. 최고점도(peak viscosity)는 202.00~214.03 RVU 범위로 아밀로스 함량이 높은 생명찰에서 202.00 RVU로 다른 품종에 비하여 낮은 값을 나타내었는데, 이는 아밀로스가 팽윤을 억제하기 때문으로(You 등, 2014) 판단된다. 강하점도는 64.93~74.82 RVU의 범위로 나타났으며, 강하점도가 낮을수록 호화된 전분 입자의 분해가 작다는 것을 의미한다. 노화특성과 관련되는 치반점도는 16.41~24.61 RVU 범위로 대학찰에서 16.41로 가장 낮은 값을 나타내었으며, 생명찰에서 24.61로 가장 높은 값을 나타내었다. 치반점도가 낮을수록 노화가 지연됨을 알 수 있으며(Fukai 등, 1997), Willhoft(1976)는 전분 중 아밀로스가 빠르게 노화되고 노화 속도는 아밀로펙틴보다는 아밀로스에 의한다고 하였다. 아밀로스는 직쇄상의 구조로 인해 회합 안정성이 크며, 이로 인해 용해되어 무정형으로 변했던 아밀로스가 빠르게 회합하여 불용성 상태로 변하기 때문이다(Schoch와 French, 1947). 본 연구에서도 전분의 아밀로스 함량이 높을수록 치반점도가 증가하는 경향을 나타내었다.
일반적으로 X선 회절도의 peak 형태로부터 A, B, C형 전분으로 구분한다. A형의 X선 회절도는 옥수수, 쌀, 밀과 같은 곡류 전분, B형은 감자 같은 근경류 전분에서, C형은 고구마, 칡, 타피오카 등의 전분에서 나타난다(Han 등, 2013). 품종에 따른 찰옥수수로부터 분리한 전분의 X선 회절도를 분석한 결과 Fig. 1A에 나타낸 것과 같이 2θ=15.2, 17.1, 18.1, 23.1 부근에서 강한 intensity를 보이는 전형적인 A 형태의 X-ray diffraction pattern을 보였으며, 모든 품종에서 X선 회절도의 피크위치 및 강도는 거의 비슷하여 시료 간의 차이가 없었다. 충북 지역에서 재배한 5가지 품종을 주사전자현미경으로 관찰한(×1,000) 찰옥수수 전분의 입자 형태는 Fig. 1B와 같이 모든 품종에서 다면형과 둥근형의 모양을 하고 있었으며, 같은 품종 내에서도 다양한 모양이 혼합된 것을 확인할 수 있었다. 이러한 결과는 옥수수의 전분형태는 다면형과 둥근형을 나타내고 있다는 Jung 등(1991)의 보고와도 일치하는 결과였다.
본 연구는 충북 지역에서 재배한 찰옥수수의 품종별 차이를 확인하기 위하여 이화학적 특성을 분석하였다. 찰옥수수의 수분, 조회분, 조지방 및 조단백질 함량은 각각 7.30~8.81%, 1.18~1.63%, 4.78~5.87% 및 10.07~11.84% 범위로 품종별 큰 차이가 없었다. 총당 함량은 대학찰옥수수에서 7.70%로 가장 낮았으며, 생명찰옥수수에서 14.24%로 가장 높았다. 전분 함량은 63.23(태양찰)~67.10%(일미찰) 범위였으며, 아밀로오스 함량은 생명찰이 12.85%로 가장 높았다. 지방산은 linoleic acid가 35.86~40.41% 범위로 가장 많았으며, 그다음으로 oleic acid, palmitic acid, stearic acid 순이었다. 옥수수의 경도는 1,115.70~1,600.13 g 범위로 대학찰이 가장 낮았고 생명찰이 가장 높았다. 전분의 최고점도는 202.00~214.03 RVU 범위로 태양찰이 가장 높았고 치반점도는 생명찰이 24.61 RVU로 가장 높았다. 이상의 결과를 종합해 보면 찰옥수수 품종 간의 이화학적 특성에는 큰 차이가 없었으나, 태양 찰옥수수가 전분 함량이 낮으면서 당도도 높고 2 이삭까지 수확할 수 있어 경제적인 품종으로 판단된다.
Journal of the Korean Society of Food Science and Nutrition 2024; 53(9): 973-980
Published online September 30, 2024 https://doi.org/10.3746/jkfn.2024.53.9.973
Copyright © The Korean Society of Food Science and Nutrition.
홍은아1․경예진2․조연재1․정윤조1․황세구2․소윤섭3․이준수1․정헌상1
1충북대학교 식품생명공학과
2충청북도 농업기술원
3충북대학교 식물자원학과
Eun Ah Hong1 , Ye Jin Kyung2, Yeon Jae Jo1, Yun Jo Jung1, Se Gu Hwang2, Yoon Sup So3, Jun Soo Lee1, and Heon Sang Jeong1
1Department of Food Science and Biotechnology and
3Department of Crop Science, Chungbuk National University
2Chungcheongbukdo Agricultural Research & Extension Services
Correspondence to:Heon Sang Jeong, Department of Food Science and Biotechnology, Chungbuk National University, 1, Chungdae-ro, Seowon-gu, Cheongju, Chungbuk 28644, Korea, E-mail: hsjeong@chungbuk.ac.kr
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This study evaluated the physicochemical characteristics of waxy corn cultivated in the Chungbuk region. The moisture, crude ash, crude fat, and crude protein contents ranged from 7.30∼8.81%, 1.18∼1.63%, 4.78∼5.87%, and 10.07∼11.84%, respectively, with no significant differences between the cultivars. The total sugar content was the lowest in Daehak waxy corn at 7.70%, and the highest in Saengmyeong waxy corn at 14.24%. The starch content ranged from 63.23 (Taeyang)∼67.10% (Ilmi), and the amylose content was the highest in Saengmyeong waxy corn at 12.85%. Among the fatty acid contents, linoleic acid was the highest in the range of 35.86∼40.41%, followed by oleic acid, palmitic acid, and stearic acid. The hardness ranged from 1,115.70 (Daehak)∼1,600.13 g (Saengmyeong). The peak viscosity of the starch content was in the range of 202.00∼214.03 rapid viscosity units (RVU), with Taeyang waxy corn having the highest viscosity. The setback was highest in Saengmyeong waxy corn at 24.61 RVU. These results showed that there was no significant difference in the physicochemical characteristics of the waxy corn cultivars. However, Taeyang waxy corn was considered an economical cultivar due to its low starch content and high sugar content, and because it could be harvested in two ears.
Keywords: waxy corn, physicochemical properties, starch, pasting properties, amylopectin
옥수수(
최근 찰옥수수에 관한 관심의 증가로 재배면적이 점차 확대되고 있으며, 수량성, 재배 안정성, 품질 등을 높이기 위하여 품종개발이 지속적으로 이루어지고 있다. 본 연구의 재료인 미백찰옥수수는 HW3×HW4를 교잡한 단교잡종이며, 일미찰옥수수는 KW51×KW35를 교잡하여 개발한 찰옥수수 잡종으로(Jung 등, 2006), 도복에 강하다는 특징이 있다. 대학찰옥수수는 재래종 찰옥수수에서 선발된 자식계통 사이의 열성단교잡종(F1)으로 육성된 품종으로, 품질의 우수성이 많이 알려진 품종이다(Lee 등, 2010). 태양찰옥수수는 CW5×CW6을, 생명찰옥수수는 CW8×CW10을 교잡한 단교잡종이다. 생명찰은 출사 일수가 짧고 태양찰은 2 이삭까지 상품성 있는 이삭을 수확할 수 있어 농가 소득을 높일 수 있는 것으로 알려져 있다. 이러한 찰옥수수의 품질과 상품성은 재배 환경, 재배 기술, 품종 등에 따라 크게 달라질 수 있으며(Jung 등, 2012), 특히 옥수수의 전분 특성은 가공적성에 중요한 영향을 미치며, 이러한 특성이 유전적 요인에 따라 달라질 수 있다는 점에서 품종별 특성 파악의 필요성은 더욱 강조된다(Hao 등, 2017).
현재까지 우리나라에서 찰옥수수에 대한 연구로는 수확시기에 따른 대학찰옥수수의 이화학적 특성에 관한 연구(Lee 등, 2010), 찰옥수수 교잡종의 식미 관련 주요 특성에 관한 연구(Jung 등, 2005) 등이 보고되었다. 또한 옥수수 품종별 차이에 대한 연구로는 국내 육성 팝콘 옥수수의 품종별 영양성분 분석 연구(Park 등, 2019), 재배 방법에 따른 찰옥수수의 품질 특성 연구가 보고되었다(Song 등, 2011).
이렇게 다양한 찰옥수수 품종에 관한 형태 및 재배특성에 관한 연구는 많이 진행되었지만, 동일한 재배 조건에서 품종별 품질특성을 비교한 연구는 찾아보기 어려운 실정이다. 따라서 본 연구에서는 국내에서 육성된 찰옥수수의 품종별 품질특성에 차이가 있는지 살펴보기 위하여 동일한 재배 조건에서 5품종의 찰옥수수를 재배하고 이화학적 특성 및 전분 특성을 분석하여 품종 간 차이를 비교하였다.
본 실험에 사용된 찰옥수수는 2022년에 4월 16일에 파종하였으며, 태양찰옥수수, 생명찰옥수수, 미백찰옥수수, 일미찰옥수수 및 대학찰옥수수를 수확 후 건조한 시료와 자숙 후 냉동한 시료를 충청북도 농업기술원에서 제공받아 사용하였다. 건조 시료를 60 mesh로 분쇄 후 -18°C의 냉동고에 보관하면서 실험에 사용하였으며, 자숙 후 냉동 시료를 조직감 분석에 사용하였다.
일반성분 함량은 AOAC법(2005)에 따라 분석하였다. 즉, 수분함량은 105°C 상압가열건조법, 조지방 함량은 에테르를 사용하여 Soxhlet 추출법을 이용하였고, 조단백질 함량은 semi-micro Kjeldhal 방법을 이용하여 황산으로 분해 후 단백질 자동 분석기(Foss Kjeltec 2400, Foss Tecator)로, 조회분 함량은 550°C 직접 회화법을 이용하여 측정하였다.
총 식이섬유 함량은 AOAC 분석법이 적용된 식이섬유 분석기기(TDFI, ANKOM Technology)를 사용하여 분석하였다. 먼저 시료별로 2개의 total dietary fiber bag A(IDF flow-thru, ANKOM Technology)에 각각 1 g의 건조 분말 시료를 넣은 다음 40 mL의 mes-tris buffer(Sigma-Aldrich Co.)를 혼합하고 50 μL의 α-amylase(Megazyme)를 첨가하여 97°C에서 30분 동안 교반하면서 반응시켰다. 그리고 60°C까지 냉각시킨 다음 100 μL의 protease(Megazyme)를 첨가하여 60°C에서 30분간 교반하면서 반응시킨 후 0.561 N HCl(OCI Company Ltd.)을 첨가하였다. 300 μL의 amyloglucosidase(Megazyme)를 첨가하여 60°C에서 30분간 교반하면서 반응시킨 후 효소 반응 정지와 총 식이섬유 침전을 위하여 225 mL의 95%(w/v) 에탄올(OCI Company Ltd.)을 첨가한 후 여과하였다. 15 mL의 증류수, 95%(w/v) 에탄올, 78%(w/v) 에탄올 순으로 세척 및 여과하고 105°C에서 90분 동안 건조기(WFO-450PD, Eyela)로 건조한 후 2개의 시료 중 한 개는 Kjeldal법으로 시료의 단백질 함량을 분석하고, 다른 한 개는 525°C에서 5시간 동안 회화한 후 회분 함량을 측정하였다. 대조구는 시료를 첨가하지 않고 총 식이섬유 분석 방법과 같이 수행하였으며, 총 식이섬유 함량은 아래의 식을 이용하여 계산하여 g/100 g으로 나타내었다.
R: average weight of residue after enzyme treatment
P: protein content of sample, A: ash content of sample
B: blank, S: average weight of sample
총 전분 함량은 total starch assay kit(Megazyme)을 이용하여 분석하였다. 즉, 건조 분말 시료 0.1 g에 sodium acetate buffer(100 mM, pH 5) 10 mL를 넣고 섞은 뒤 α-amylase를 100 μL 넣고 100°C에서 5분 동안 반응시킨 후 잘 섞고 다시 10분 동안 반응하였다. 반응이 완료된 시료에 amyloglucosidase를 100 μL 넣고 50°C 수조에 넣어 30분간 반응시킨 뒤 10분 동안 실온으로 냉각하였다. 냉각된 시료를 5,590×
총당 함량은 Jang 등(2013)의 방법을 변형하여 측정하였다. 즉, 건조 분말 시료 1 g에 증류수 20 mL를 첨가하여 초음파 추출장치(frequency 40 Hz, power 300 W; SD-350H, SeongDong)로 25°C에서 1시간 추출하였다. 추출물은 3,265×
환원당 함량 분석은 dinitrosalicylic acid(DNS) 법(Miller, 1959)에 따라 측정하였다. 즉, 건조 분말 시료 1 g에 증류수 20 mL를 첨가하여 초음파 추출장치로 25°C에서 1시간 추출하였다. 추출물은 3,265×
유리당 함량은 Lee 등(2010)의 방법을 변형하여 측정하였다. 즉, 건조 분말 시료 1 g에 증류수 20 mL를 첨가하여 초음파 추출장치로 25°C에서 1시간 추출하였다. 추출물을 0.45 μm polyvinylidene fluoride syringe filter(Whatman)로 여과하였고 high performance liquid chromatography(Waters alliance 2795, Waters)로 분석하였다. 컬럼은 Shodex NH2P-50 column(4.6×150 mm, Showa Denko), 검출기는 evaporative light scattering detection(Waters 2420, Waters)를 이용하였으며, 이동상은 acetonitrile: water(80:20, v/v), 유속은 1.0 mL/min, 시료 주입량은 20 μL였다. 표준물질로 glucose, fructose 및 sucrose(Sigma-Aldrich Co.)를 사용하였다.
지방산 함량은 건조 분말 시료 1 g에 hexane 5 mL를 첨가 후 충분히 혼합한 뒤 24시간 동안 정치 추출을 진행하여 추출물을 제조하였다. 추출물 1 mL에 0.5 N-NaOH・MeOH 용액 1.5 mL를 가하고 질소를 불어 넣은 후 즉시 뚜껑을 닫고 혼합하였으며, 100°C heating block에 5분간 가온 후 30~40°C로 냉각하였다. 가수분해된 추출물에 14% Boron trifluoride methanol solution 2 mL를 가하고 질소를 불어 넣은 후 즉시 뚜껑을 닫고 혼합하였으며, 100°C heating block에 2분간 가온 후 30~40°C로 냉각하고 2,2,4-trimethyl pentane 1 mL를 가한 후 질소를 불어 넣은 후 즉시 뚜껑을 닫고 30초간 vortexing을 진행하였다. 그 후 포화 NaCl 5 mL를 가한 후 질소를 불어 넣은 후 즉시 뚜껑을 닫고 30초간 vortexing을 진행하였으며, 층 분리가 일어나도록 상온 방치 후 상층을 분리하여 0.45 μm membrane filter로 여과 후 GC-FID(Agilent6850, Agilent)로 분석하였다. 컬럼은 HP-INNOWax(60 m×0.25 mm×0.25 μm, Agilent), injector의 온도는 250°C, 검출기의 온도는 250°C로 하였으며, 오븐 온도는 60°C에서 20분간 유지한 후 분당 20°C씩 160°C까지 올려 10분간 유지하고, 다시 분당 10°C로 240°C까지 상승시키고 10분간 유지하였다. Carrier gas는 N2 gas(99.999%)를 사용하였고 유속은 1.0 mL/min, 표준물질은 F.A.M.E. Mix(Sigma-Aldrich Co.)를 사용하였으며, 지방산 조성은 peak area의 상대적인 비로 나타내었다.
조직감은 자숙 후 냉동 시료를 스팀기(DS-1, Ducsan)를 이용하여 20분간 증자 처리를 통해 해동한 후 옥수수 알곡 30개를 무작위로 선정해 측정하였다. 조직감 측정기(TA-XT2, Stable Micro Systems Ltd.)를 이용하여 hardness, adhesiveness, springness, chewiness, gumminess 및 cohesiveness를 25 mm cylinder 프로브를 사용하여 조직감을 측정하였다. 측정 조건은 pre-test speed 1.0 mm/s, test speed 1.0 mm/s, post-test-speed 5.0 mm/s, distance 4.8 mm, time 1.00 s, trigger force 5.0 g로 설정하였다.
찰옥수수의 전분은 Juliano의 알칼리 분해법(1985)을 변형하여 제조하였다. 건조된 찰옥수수의 알곡을 분리하여 2배(v/w)의 증류수를 첨가한 후 4°C의 냉장실에서 48시간 동안 수분을 흡수하도록 하였으며, 1일 2회 물갈이를 하였다. 옥수수를 블렌더로 마쇄한 후 면포를 이용해 얻은 여과액에 2배(w/w)의 증류수를 넣어 4시간 이상 침전시킨 후 침전물을 제거하였으며, 위의 과정을 3회 반복 시행하였다. 이후 100 mesh 체를 통과한 전분 현탁액에 0.2% NaOH 용액을 10%(w/w) 첨가한 후 4°C의 냉장실에서 24시간 동안 알칼리 분해를 하였으며, 원심분리(3,265×
전분의 아밀로오스와 아밀로펙틴 함량은 Juliano의 방법(1985)을 변형하여 분석하였다. 즉, 전분 100 mg을 50 mL tube에 넣고 95% 에탄올 1 mL와 1 N NaOH 9 mL를 가해 끓는 물 속에서 8분간 호화시킨 후 흐르는 물에서 3분간 냉각시켰다. 호화액 중 5 mL를 취해 1 N acetic acid 1 mL와 2% I2-KI solution 2 mL를 가해 혼합한 후 증류수를 이용하여 100 mL로 정용하였다. 반응액 중 1 mL를 취하여 620 nm의 파장에서 spectrophotometer를 이용하여 흡광도를 측정하였으며, 아밀로오스 함량을 구한 후 100에서 아밀로오스 함량을 뺀 값을 아밀로펙틴의 함량으로 하였다. 표준물질로 감자로부터 제조된 아밀로펙틴 free 제품(Sigma-Aldrich Co.)을 사용하였다.
전분의 호화특성은 신속점도측정기(RVA-Tecmaster, Perten Instruments)를 이용하여 측정하였다. 전분 3 g에 증류수 25 mL를 기준으로 하였으며 시료 수분함량에 따라 전분 및 증류수 양을 보정하였다. Rapid visco analyzer(RVA) 분석 전용 용기에 보정된 분량의 전분과 증류수를 혼합하여 처음 1분 동안 50°C까지 가열 후 12°C/min 속도로 가열하여 95°C까지 상승시키고 95°C에서 2분 30초 동안 유지하였다. 또한 50°C까지 12°C/min의 속도로 냉각, 2분 동안은 50°C를 유지하면서 점도를 측정하였다. RVA viscogram으로부터 최고(peak), 최저(trough), 강하(breakdown), 최종(final), 치반(setback)점도, 호화시간(peak time) 및 호화온도(pasting temperature)를 산출하였으며, 점도 단위는 rapid viscosity unit(RVU)으로 표시하였다.
찰옥수수 전분 입자의 표면은 찰옥수수 전분을 금으로 코팅한 후, 주사현미경(Ultra Plus, Carl Zeiss AG)을 이용하여 1,000배로 관찰하였다.
전분의 X선 회절도는 X-ray diffractometer(D/MAX-1200, Rigaku Co.)를 이용하여 target: Cu-Kα, filter: Ni, scanning speed: 5.0°/min의 조건으로 회절각도(2θ): 5°부터 90°까지 회절시켜 분석하였다.
모든 분석은 3회 반복 측정하였고 mean±SD로 표현하였다. 통계분석은 SPSS 통계프로그램(Statistical Package for the Social Science, Ver. 12.0 SPSS Inc.)을 사용하였으며, 각 처리군의 평균과 표준편차를 산출해 Duncan’s multiple range test를 이용해 유의성 검정하였다. 또한 측정 항목 간 품종별 상관관계를 분석하였다.
충북 지역에서 재배한 찰옥수수의 품종별 일반성분 분석 결과는 Table 1과 같다. 건조된 찰옥수수의 수분함량, 조단백질, 조지방 및 조회분 함량은 각각 7.30~8.81%, 10.07~11.84%, 4.78~5.87% 및 1.18~1.63% 범위로 품종별 큰 차이를 보이지 않았다. 국가표준식품성분표(NAAS, 2021)에 따르면 말린 찰옥수수의 수분함량, 단백질, 지방, 회분 및 탄수화물은 각각 7.5%, 11.5%, 4.6%, 1.7% 및 74.7%로 본 연구 결과와 유사하였다. 찰옥수수의 전분 함량은 63.23~67.10% 범위였으며, 태양찰 품종이 가장 낮은 함량을 나타내었다. 일반적으로 국내 찰옥수수 품종의 평균 전분 함량은 65.7%로 알려져 있는데(Jung 등, 2016), 본 연구에서도 동일한 결과를 나타내었다. 아밀로스 함량은 생명찰이 12.85%로 가장 높았으며 대학찰이 10.31%로 가장 낮은 값을 나타내었다.
Table 1 . Chemical compositions of waxy corn in different cultivar (Unit: %).
Cultivar | Moisture content | Crude fat | Crude ash | Crude protein | Carbohydrate | Starch | ||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Total starch | Total dietary fiber | Amylose | Amylopectin | |||||
8.81±0.00a1)2) | 4.78±0.11c | 1.63±0.01a | 11.84±0.06a | 63.23±0.99c | 5.08±0.16b | 10.76±0.17c | 89.47±0.44a | |
8.23±0.07b | 5.14±0.17b | 1.61±0.02a | 10.07±0.04e | 64.89±0.39b | 3.75±0.07d | 12.85±0.15a | 88.38±0.43b | |
7.30±0.09d | 5.87±0.15a | 1.56±0.04b | 11.15±0.02c | 64.69±0.73b | 5.64±0.24a | 11.74±0.18b | 87.65±0.71b | |
7.34±0.09d | 5.71±0.10a | 1.50±0.02c | 11.47±0.05b | 67.10±0.13a | 4.06±0.13c | 10.54±0.45c | 89.46±0.44a | |
7.92±0.03c | 5.15±0.25b | 1.18±0.01d | 10.92±0.03d | 63.97±0.76bc | 5.31±0.10b | 10.31±0.24c | 89.81±0.44a |
1)Values are mean±SD (n=3)..
2)Different small letters in the same column indicate a significant difference by Duncan’s multiple range test (
찰옥수수의 총당 함량은 Table 2에서 보는 바와 같이 7.70~14.24%로 대학찰에서 가장 낮은 함량을 보였으며, 환원당은 태양찰 및 생명찰이 각각 7.95% 및 8.05%로 높게 나타났다. 유리당은 fructose, glucose, sucrose 및 maltose가 검출되었다. 유리당 가운데 maltose 함량이 3.24~6.95% 범위로 가장 높았고, fructose, glucose 및 sucrose 함량은 품종별로 각각 0.24~0.47%, 0.96~2.01% 및 1.34~2.19% 범위를 나타내었다. Jung 등(2005)의 연구에서 대학찰옥수수의 fructose, glucose, sucrose 및 maltose 함량이 각각 2.0%, 2.6%, 1.3% 및 0.4%의 함량을 보여 본 연구의 측정값과 차이를 보였는데, 같은 품종이어도 재배 방법과 수확시기에 따라 함량 및 조성이 다른 경향을 보인다는 Song 등(2011)의 결과로 미루어 볼 때 재배 환경에 따른 결과라고 판단된다.
Table 2 . Sugar contents and free sugar compositions of waxy corn in different cultivar (Unit: %).
Cultivar. | Total sugar. | Reducing sugar. | Free sugar content. | ||||
---|---|---|---|---|---|---|---|
Fructose. | Glucose. | Sucrose. | Maltose. | Total free sugar. | |||
13.09±0.19b1)2). 14.24±0.52a. 10.39±0.19c. 12.78±0.40b. 7.70±0.16d. | 7.95±0.05a. 8.05±0.10a. 6.36±0.11c. 7.32±0.04b. 5.33±0.11d. | 0.39±0.01b. 0.33±0.02c. 0.46±0.02a. 0.24±0.01d. 0.47±0.01a. | 1.44±0.04b. 2.01±0.07a. 0.96±0.01e. 1.14±0.02c. 1.05±0.04d. | 1.34±0.05e. 1.43±0.07d. 1.64±0.05c. 1.86±0.07b. 2.19±0.03a. | 6.94±0.27a. 6.44±0.21b. 5.79±0.03c. 6.95±0.18a. 3.24±0.02d. | 10.11±0.25a. 10.22±0.27a. 8.85±0.03b. 10.20±0.18a. 6.95±0.04c. |
1)Values are mean±SD (n=3)..
2)Different small letters in the same column indicate a significant difference by Duncan’s multiple range test (
품종별 찰옥수수의 지방산 조성을 분석한 결과는 Table 3과 같이 palmitic acid, stearic acid, oleic acid 및 linoleic acid가 주요 지방산으로 검출되었다. 대부분 품종은 다가 불포화 지방산인 linoleic acid(C18:2)의 함량이 37.81~40.41%로 가장 높았고, 단일 불포화 지방산인 oleic acid(C18:1)가 30.50~31.86%, 포화지방산인 palmitic acid(C16:0) 및 stearic acid(C18:0)가 각각 23.81~25.65% 및 4.13~7.61% 범위로 나타났는데, 미백찰옥수수의 경우 oleic acid의 조성비가 40.44%로 다른 품종에 비해 높은 구성비를 나타내었다. Oleic acid의 함량이 높아지면 산패 안정성이 증가한다고 알려져 있는데(Dunlap 등, 1995), 이에 대한 더 많은 연구가 필요하리라 판단된다. 또한 Jellum과 Marion(1966)은 옥수수의 지방산 조성은 환경보다 유전적 영향이 크다고 보고하였는데, 본 실험에서 품종에 따라 지방산 조성에 차이를 보인 것은 교잡종을 육종하는 데 사용된 자식계통이 다르므로 유전적 영향에 의한 것으로 판단된다. Jung 등(2016)은 국내 옥수수의 지방산 조성이 linoleic acid(47.55~56.64%), oleic acid(23.55~31.47%)로 약 80%를 차지하고 palmitic acid(14.60~17.46%), stearic acid(2.06~4.12%), linolenic acid(1.13~2.58%)로 구성되었다고 보고하였으며, 이는 충북 지역 재배 찰옥수수 5품종의 지방산 조성과 일치하는 경향이었다.
Table 3 . Fatty acid compositions of waxy corn in different cultivar.
Cultivar. | Fatty acid composition (%). | ||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Palmitic (C16:0). | Stearic (C18:0). | Oleic (C18:1). | Linoleic (C18:2). | ||||||
24.35±0.07ab1)2). 23.81±1.08b. 22.00±0.29c. 25.32±0.23a. 25.65±1.24a. | 7.06±0.33b. 7.61±0.29a. 4.19±0.18c. 4.54±0.13c. 4.13±0.20c. | 31.86±1.20b. 31.63±0.93b. 40.44±1.89a. 30.50±0.49b. 30.89±1.20b. | 38.57±0.74ab. 37.81±1.81bc. 35.86±1.74c. 40.41±0.34a. 39.06±0.68ab. |
1)Values are mean±SD (n=3)..
2)Different small letters in the same column indicate a significant difference by Duncan’s multiple range test (
찰옥수수 종실의 물성을 조직감 측정기로 측정한 결과는 Table 4와 같다. 경도는 생명찰옥수수가 1,600.13 g로 가장 높았고, 대학찰옥수수가 1,115.70 g로 가장 낮은 값을 나타내었는데, 이는 전분 특성에 기인한다. Lv 등(2021)은 찰옥수수 전분 중 아밀로스 함량이 높은 품종에서 전분의 결정성 및 구조적 밀도가 증가하며 과립이 부서지기 어렵다고 보고하였다. 본 연구에서도 아밀로스 함량이 12.85%로 가장 높은 생명찰 품종에서 경도가 1,600.13 g로 높은 값을 나타내었다. 상관관계 분석 결과(Table 5), 아밀로스는 조직감 중 경도(r=0.947,
Table 4 . Texture profile analysis of waxy corn in different cultivar.
Cultivar. | Hardness (g). | Adhesiveness (g・s). | Springiness. | Chewiness. | Gumminess. | Cohesiveness. |
---|---|---|---|---|---|---|
1,250.87±41.08c1)2). 1,600.13±66.87a. 1,419.65±6.75b. 1,151.17±29.85d. 1,115.70±46.83d. | −13.67±0.32d. −7.57±0.12a. −9.00±0.20b. −10.23±0.32c. −10.40±0.30c. | 0.57±0.01c. 0.71±0.02a. 0.63±0.02b. 0.65±0.03b. 0.73±0.03a. | 222.89±10.65c. 414.94±6.77a. 297.42±1.98b. 223.20±8.50c. 290.36±11.70b. | 387.98±17.80c. 582.02±24.35a. 473.41±10.40b. 346.27±15.55d. 398.25±7.26c. | 0.31±0.01c. 0.36±0.01a. 0.33±0.01b. 0.30±0.01c. 0.36±0.01a. |
1)Values are mean±SD (n=3)..
2)Different small letters in the same column indicate a significant difference by Duncan’s multiple range test (
Table 5 . Correlation coeffcients between factors affecting waxy corn quality characteristics.
Total starch. | Total dietary fiber. | Total sugar. | Hardness. | Adhesiveness. | Amylose. | Amylopectin. | Peak viscosity. | Pasting temp.. | |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Total starch | 1 | ||||||||
Total dietary fiber | −0.536* | 1 | |||||||
Total sugar | 0.233 | −0.710** | 1 | ||||||
Hardness | −0.073 | −0.309 | 0.509 | 1 | |||||
Adhesiveness | 0.421 | −0.365 | 0.047 | 0.609* | 1 | ||||
Amylose | −0.011 | −0.391 | 0.499 | 0.947** | 0.679** | 1 | |||
Amylopectin | −0.122 | −0.109 | −0.180 | −0.730** | −0.581* | −0.666** | 1 | ||
Peak viscosity | −0.318 | 0.475 | −0.153 | −0.380 | −0.536 | −0.446 | −0.080 | 1 | |
Pasting temp. | −0.507 | 0.055 | 0.378 | 0.088 | −0.651** | −0.030 | 0.244 | −0.169 | 1 |
*
찰옥수수로부터 분리한 전분의 호화특성을 신속점도측정기로 측정한 결과는 Table 6에 나타내었다. 전분의 호화특성은 전분 입자의 팽윤, 결정성, 아밀로펙틴의 가지사슬 분포 등에 의해 영향을 받는다고 알려져 있다(Eerlingen 등, 1997). 전분의 점도가 증가하기
Table 6 . Pasting properties of starches isolated from waxy corn in different cultivar.
Cultivar. | Viscosity (RVU). | Peak time (min). | Pasting temperature (°C). | ||||
---|---|---|---|---|---|---|---|
Peak viscosity. | Trough viscosity. | Breakdown. | Setback. | Final viscosity. | |||
214.03±5.42a1)2). 202.00±6.35a. 208.54±7.76a. 208.27±5.89a. 209.69±6.04a. | 149.09±4.59a. 135.92±7.68b. 142.77±6.28ab. 133.44±4.72b. 135.36±6.67b. | 64.93±2.95b. 66.08±2.88b. 65.76±3.15b. 74.82±3.67a. 74.33±3.63a. | 18.89±0.19b. 24.61±1.18a. 19.48±1.05b. 18.38±0.38b. 16.41±0.53c. | 167.64±5.05a. 158.53±10.67ab. 160.59±7.77ab. 151.82±4.35b. 151.77±7.13b. | 3.98±0.08a. 3.95±0.04a. 3.99±0.10a. 3.90±0.03a. 3.89±0.08a. | 78.42±0.16a. 77.75±0.48b. 77.55±0.05b. 77.52±0.03b. 77.55±0.05b. |
1)Values are mean±SD (n=3)..
2)Different small letters in the same column indicate a significant difference by Duncan’s multiple range test (
시작하는 시점의 호화개시온도는 77.52~78.42°C 범위로 품종 간 큰 차이를 보이지 않았는데, Jung 등(2005)은 찰옥수수 자식계통에서 호화온도가 64.5~79.1°C로 나타났다고 보고하였다. 최고점도(peak viscosity)는 202.00~214.03 RVU 범위로 아밀로스 함량이 높은 생명찰에서 202.00 RVU로 다른 품종에 비하여 낮은 값을 나타내었는데, 이는 아밀로스가 팽윤을 억제하기 때문으로(You 등, 2014) 판단된다. 강하점도는 64.93~74.82 RVU의 범위로 나타났으며, 강하점도가 낮을수록 호화된 전분 입자의 분해가 작다는 것을 의미한다. 노화특성과 관련되는 치반점도는 16.41~24.61 RVU 범위로 대학찰에서 16.41로 가장 낮은 값을 나타내었으며, 생명찰에서 24.61로 가장 높은 값을 나타내었다. 치반점도가 낮을수록 노화가 지연됨을 알 수 있으며(Fukai 등, 1997), Willhoft(1976)는 전분 중 아밀로스가 빠르게 노화되고 노화 속도는 아밀로펙틴보다는 아밀로스에 의한다고 하였다. 아밀로스는 직쇄상의 구조로 인해 회합 안정성이 크며, 이로 인해 용해되어 무정형으로 변했던 아밀로스가 빠르게 회합하여 불용성 상태로 변하기 때문이다(Schoch와 French, 1947). 본 연구에서도 전분의 아밀로스 함량이 높을수록 치반점도가 증가하는 경향을 나타내었다.
일반적으로 X선 회절도의 peak 형태로부터 A, B, C형 전분으로 구분한다. A형의 X선 회절도는 옥수수, 쌀, 밀과 같은 곡류 전분, B형은 감자 같은 근경류 전분에서, C형은 고구마, 칡, 타피오카 등의 전분에서 나타난다(Han 등, 2013). 품종에 따른 찰옥수수로부터 분리한 전분의 X선 회절도를 분석한 결과 Fig. 1A에 나타낸 것과 같이 2θ=15.2, 17.1, 18.1, 23.1 부근에서 강한 intensity를 보이는 전형적인 A 형태의 X-ray diffraction pattern을 보였으며, 모든 품종에서 X선 회절도의 피크위치 및 강도는 거의 비슷하여 시료 간의 차이가 없었다. 충북 지역에서 재배한 5가지 품종을 주사전자현미경으로 관찰한(×1,000) 찰옥수수 전분의 입자 형태는 Fig. 1B와 같이 모든 품종에서 다면형과 둥근형의 모양을 하고 있었으며, 같은 품종 내에서도 다양한 모양이 혼합된 것을 확인할 수 있었다. 이러한 결과는 옥수수의 전분형태는 다면형과 둥근형을 나타내고 있다는 Jung 등(1991)의 보고와도 일치하는 결과였다.
본 연구는 충북 지역에서 재배한 찰옥수수의 품종별 차이를 확인하기 위하여 이화학적 특성을 분석하였다. 찰옥수수의 수분, 조회분, 조지방 및 조단백질 함량은 각각 7.30~8.81%, 1.18~1.63%, 4.78~5.87% 및 10.07~11.84% 범위로 품종별 큰 차이가 없었다. 총당 함량은 대학찰옥수수에서 7.70%로 가장 낮았으며, 생명찰옥수수에서 14.24%로 가장 높았다. 전분 함량은 63.23(태양찰)~67.10%(일미찰) 범위였으며, 아밀로오스 함량은 생명찰이 12.85%로 가장 높았다. 지방산은 linoleic acid가 35.86~40.41% 범위로 가장 많았으며, 그다음으로 oleic acid, palmitic acid, stearic acid 순이었다. 옥수수의 경도는 1,115.70~1,600.13 g 범위로 대학찰이 가장 낮았고 생명찰이 가장 높았다. 전분의 최고점도는 202.00~214.03 RVU 범위로 태양찰이 가장 높았고 치반점도는 생명찰이 24.61 RVU로 가장 높았다. 이상의 결과를 종합해 보면 찰옥수수 품종 간의 이화학적 특성에는 큰 차이가 없었으나, 태양 찰옥수수가 전분 함량이 낮으면서 당도도 높고 2 이삭까지 수확할 수 있어 경제적인 품종으로 판단된다.
Table 1 . Chemical compositions of waxy corn in different cultivar (Unit: %).
Cultivar | Moisture content | Crude fat | Crude ash | Crude protein | Carbohydrate | Starch | ||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Total starch | Total dietary fiber | Amylose | Amylopectin | |||||
8.81±0.00a1)2) | 4.78±0.11c | 1.63±0.01a | 11.84±0.06a | 63.23±0.99c | 5.08±0.16b | 10.76±0.17c | 89.47±0.44a | |
8.23±0.07b | 5.14±0.17b | 1.61±0.02a | 10.07±0.04e | 64.89±0.39b | 3.75±0.07d | 12.85±0.15a | 88.38±0.43b | |
7.30±0.09d | 5.87±0.15a | 1.56±0.04b | 11.15±0.02c | 64.69±0.73b | 5.64±0.24a | 11.74±0.18b | 87.65±0.71b | |
7.34±0.09d | 5.71±0.10a | 1.50±0.02c | 11.47±0.05b | 67.10±0.13a | 4.06±0.13c | 10.54±0.45c | 89.46±0.44a | |
7.92±0.03c | 5.15±0.25b | 1.18±0.01d | 10.92±0.03d | 63.97±0.76bc | 5.31±0.10b | 10.31±0.24c | 89.81±0.44a |
1)Values are mean±SD (n=3)..
2)Different small letters in the same column indicate a significant difference by Duncan’s multiple range test (
Table 2 . Sugar contents and free sugar compositions of waxy corn in different cultivar (Unit: %).
Cultivar. | Total sugar. | Reducing sugar. | Free sugar content. | ||||
---|---|---|---|---|---|---|---|
Fructose. | Glucose. | Sucrose. | Maltose. | Total free sugar. | |||
13.09±0.19b1)2). 14.24±0.52a. 10.39±0.19c. 12.78±0.40b. 7.70±0.16d. | 7.95±0.05a. 8.05±0.10a. 6.36±0.11c. 7.32±0.04b. 5.33±0.11d. | 0.39±0.01b. 0.33±0.02c. 0.46±0.02a. 0.24±0.01d. 0.47±0.01a. | 1.44±0.04b. 2.01±0.07a. 0.96±0.01e. 1.14±0.02c. 1.05±0.04d. | 1.34±0.05e. 1.43±0.07d. 1.64±0.05c. 1.86±0.07b. 2.19±0.03a. | 6.94±0.27a. 6.44±0.21b. 5.79±0.03c. 6.95±0.18a. 3.24±0.02d. | 10.11±0.25a. 10.22±0.27a. 8.85±0.03b. 10.20±0.18a. 6.95±0.04c. |
1)Values are mean±SD (n=3)..
2)Different small letters in the same column indicate a significant difference by Duncan’s multiple range test (
Table 3 . Fatty acid compositions of waxy corn in different cultivar.
Cultivar. | Fatty acid composition (%). | ||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Palmitic (C16:0). | Stearic (C18:0). | Oleic (C18:1). | Linoleic (C18:2). | ||||||
24.35±0.07ab1)2). 23.81±1.08b. 22.00±0.29c. 25.32±0.23a. 25.65±1.24a. | 7.06±0.33b. 7.61±0.29a. 4.19±0.18c. 4.54±0.13c. 4.13±0.20c. | 31.86±1.20b. 31.63±0.93b. 40.44±1.89a. 30.50±0.49b. 30.89±1.20b. | 38.57±0.74ab. 37.81±1.81bc. 35.86±1.74c. 40.41±0.34a. 39.06±0.68ab. |
1)Values are mean±SD (n=3)..
2)Different small letters in the same column indicate a significant difference by Duncan’s multiple range test (
Table 4 . Texture profile analysis of waxy corn in different cultivar.
Cultivar. | Hardness (g). | Adhesiveness (g・s). | Springiness. | Chewiness. | Gumminess. | Cohesiveness. |
---|---|---|---|---|---|---|
1,250.87±41.08c1)2). 1,600.13±66.87a. 1,419.65±6.75b. 1,151.17±29.85d. 1,115.70±46.83d. | −13.67±0.32d. −7.57±0.12a. −9.00±0.20b. −10.23±0.32c. −10.40±0.30c. | 0.57±0.01c. 0.71±0.02a. 0.63±0.02b. 0.65±0.03b. 0.73±0.03a. | 222.89±10.65c. 414.94±6.77a. 297.42±1.98b. 223.20±8.50c. 290.36±11.70b. | 387.98±17.80c. 582.02±24.35a. 473.41±10.40b. 346.27±15.55d. 398.25±7.26c. | 0.31±0.01c. 0.36±0.01a. 0.33±0.01b. 0.30±0.01c. 0.36±0.01a. |
1)Values are mean±SD (n=3)..
2)Different small letters in the same column indicate a significant difference by Duncan’s multiple range test (
Table 5 . Correlation coeffcients between factors affecting waxy corn quality characteristics.
Total starch. | Total dietary fiber. | Total sugar. | Hardness. | Adhesiveness. | Amylose. | Amylopectin. | Peak viscosity. | Pasting temp.. | |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Total starch | 1 | ||||||||
Total dietary fiber | −0.536* | 1 | |||||||
Total sugar | 0.233 | −0.710** | 1 | ||||||
Hardness | −0.073 | −0.309 | 0.509 | 1 | |||||
Adhesiveness | 0.421 | −0.365 | 0.047 | 0.609* | 1 | ||||
Amylose | −0.011 | −0.391 | 0.499 | 0.947** | 0.679** | 1 | |||
Amylopectin | −0.122 | −0.109 | −0.180 | −0.730** | −0.581* | −0.666** | 1 | ||
Peak viscosity | −0.318 | 0.475 | −0.153 | −0.380 | −0.536 | −0.446 | −0.080 | 1 | |
Pasting temp. | −0.507 | 0.055 | 0.378 | 0.088 | −0.651** | −0.030 | 0.244 | −0.169 | 1 |
*
Table 6 . Pasting properties of starches isolated from waxy corn in different cultivar.
Cultivar. | Viscosity (RVU). | Peak time (min). | Pasting temperature (°C). | ||||
---|---|---|---|---|---|---|---|
Peak viscosity. | Trough viscosity. | Breakdown. | Setback. | Final viscosity. | |||
214.03±5.42a1)2). 202.00±6.35a. 208.54±7.76a. 208.27±5.89a. 209.69±6.04a. | 149.09±4.59a. 135.92±7.68b. 142.77±6.28ab. 133.44±4.72b. 135.36±6.67b. | 64.93±2.95b. 66.08±2.88b. 65.76±3.15b. 74.82±3.67a. 74.33±3.63a. | 18.89±0.19b. 24.61±1.18a. 19.48±1.05b. 18.38±0.38b. 16.41±0.53c. | 167.64±5.05a. 158.53±10.67ab. 160.59±7.77ab. 151.82±4.35b. 151.77±7.13b. | 3.98±0.08a. 3.95±0.04a. 3.99±0.10a. 3.90±0.03a. 3.89±0.08a. | 78.42±0.16a. 77.75±0.48b. 77.55±0.05b. 77.52±0.03b. 77.55±0.05b. |
1)Values are mean±SD (n=3)..
2)Different small letters in the same column indicate a significant difference by Duncan’s multiple range test (
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