효소 및 초음파로 전처리한 가바쌀의 품질특성

Ⅰ. 서론

현대 사회의 경제 · 문화 성장과 더불어 국민 소득의 증대로 건강하고 안락한 삶을 원하는 욕구가 높아지면서 식생활의 중요성에 대한 인식이 증가되었다(조유상, 2022). 건강식품에 대한 소비자들의 기대 수준이 증가하고 있으며 건강식에 대한 지식도 깊어져(문유진 외, 2018) 기존 식품에 기능성이 풍부한 식재료를 첨가한 가공식품 개발이 활발히 진행되고 있다. 가바쌀(Oryza sativa L.)은 갈색 가바 현미 또는 가바 현미로 불리며 잡초성 벼의 유용 특성을 선택 육종시켜 개발한 신품종이다. 또한 잡초 벼의 특성을 이어받아 별도의 관리 없이도 잘 자라며 섭씨 0℃의 기후 조건에서도 살아남는 강인한 생존력을 지니고 있다. 특히 농약이나 비료를 주지 않아도 잘 자라는 특성으로 무농약이나 유기농 재배에 적합한 품종이며, 일반 벼에 비해 수확량이 5% 정도 많다(서학수, 2007). 곡류의 GABA 함량이 100 g당 흑미는 1.52 mg, 일반 현미 0.84 mg 및 가바 쌀 6.65 mg으로 보고하여 다른 쌀에 비하여 GABA 함량이 8배 정도 월등히 높은 것을 알 수 있다(황은선 외, 2020).

GABA(ɣ-Amionobutyric acid)는 아미노산의 일종으로 glutamic acid로부터 glutamate decarboxylase(GAD) 촉매로 탈탄산되어 생합성되는 중요한 생리활성 물질(정유정 외, 2018), 인체의 뇌 또는 척수에 존재하는 억제계의 신경전달물질로 중추신경에 있어 중요한 역할을 한다(임상동, 김기성, 2009). 그 외 정신안정 작용(김성일, 윤상원, 1998), 통증 완화(전영훈 외, 2006), 항경련작용(허근 외, 1995), 항우울증 작용(Mody et al., 1994), 혈압상승 억제 작용(김영식, 1993) 등 여러 생리작용이 보고되었다. GABA의 이러한 효능이 알려지면서 국내에서는 가바쌀을 이용한 쿠키(정해원, 정해정, 2013), 막걸리(신수정, 2012; 신수정 외, 2015), 마카롱(최수영 외, 2015), 차(곽은정, 2010), 식혜(황은선 외, 2020) 등의 다양한 연구가 보고되고 있다.

효소 처리는 동물, 식물, 미생물에서 기원한 효소를 농축, 추출 및 정제 발효 등을 거쳐 특정한 부분을 가수분해하여 구조를 전환 시켜 특이 성분을 생산하고, 유효한 성분의 추출 수율을 높이는 방법이다(주레이위, 2020). 효소 처리에 의한 가수분해 방법을 식품에 적용할 경우 기능적 특성을 높이고 이용도를 증대시키는 효과가 있으며(최애진, 2000), 이에 따라 부가가치 제품 개발을 위한 공정으로 이용될 수 있다. 곡류를 대상으로 효소 처리를 이용한 연구로는 메밀 단백질의 효소 가수분해가 항원성에 미치는 영향(Sung et al., 2014), 쌀 단백질 분해를 이용한 소재로서의 활용(이혜영, 2011), 효소 처리 쌀 첨가가 맥주의 품질에 미치는 영향(Kwon et al., 2012) 등이 있으나 가바쌀을 이용한 연구는 미비한 실정이다. 본 연구에는 Novozyme회사 제품인 Viscoflow MG 및 Protamex를 구입하여 사용하였다. Viscoflow MG의 주요 효소 활성은 endo-β-glucanase에 의해 β-D-glucans의 (1,3)-또는 (1,4)-결합을 가수분해하는 작용을 하며 Cellulase, Alpha-amylase, Xylanase의 활성을 함유하고 있다. (1→3), (1→4)-β-D-glucans은 β-glucosyl unit이 β-(1→3) 또는 (1→4) 결합으로 연결되어 가지가 없이 선형사슬로 구성된 단순다당류이다(박선옥, 김진만, 2012). β-D-glucan은 쌀, 보리, 귀리 및 밀 등 곡류의 세포벽 다당류로서 존재하며, 수용성 또는 불용성 형태로 존재한다. Protamex의 주요 효소 활성은 serine endoprotease에 의해 펩티드 결합을 가수분해하는 작용을 한다. 저분자 펩타이드는 체내로 용이하게 흡수될 수 있으며 호르몬처럼 특정 세포의 수용기에 반응하며 생리활성 기능을 한다(하유진 외, 2019). 김은비 외(2008)는 Protamex 0.1%를 처리한 조직대두단백을 이용한 콩까스의 조직감, 보수력, 결합력 및 관능평가 항목에서 높은 수치를 보여 품질특성에 효과적이라고 하였고, 정하열, 이형진(2014)은 쌀 단백질 잔사를 Protamex로 처리한 효소분해물의 쓴맛이 다른 효소처리구에 비해 상대적으로 약한 결과를 보였는데 이는 효소 처리에 의해 쓴맛을 나타내는 잔류 유리아미노산 및 쓴맛 펩타이드의 함량이 적어 나타난 결과라고 보고하였다. 초음파(ultrasound)는 주파수 20 kHz 이상의 음파로 진단 초음파, 출력 초음파 두 가지로 분류되며 진단 초음파는 의료 및 산업용의 비파괴적 진단을 위하여 사용되고, 출력 초음파는 물질 분산, 세포 파쇄 등을 목적으로 사용된다(최은희, 이재권, 2017). 이와 같은 특성으로 초음파는 물질의 추출(남윤민 외, 2016), 미생물의 사멸(김세리 외, 2012), 유화(한유진 외, 2017), 탈기(박진홍 외, 2004) 등의 다양한 식품 공정에서 이용되고 있다. 최은희, 이재권(2017)은 초음파 처리가 옥수수 전분의 다공성을 증가시킨다고 보고하였으며, 김도희 외(2012)는 신선편이 양상추의 품질 유지에 효과적이라고 보고하였다. 정소희 외(2017)는 초음파 처리가 사과와 양배추의 식이섬유 함량 증가 및 입자크기 감소 효과가 있다고 하였다. 효소와 초음파를 복합으로 처리할 경우 효소는 세포벽 성분을 가수분해하고 세포내 내용물 방출을 개선한다(Olawuyi, 2020). 이와 함께 초음파를 수용액 상의 물질에 처리할 시 입자를 더욱 작게 파괴하거나 입자 간 간격을 발생시켜 반응표면을 증가시키는 것으로 알려져(김혜진 외, 2015), 효소와 초음파 복합처리로 인해 효소활성이 더욱 증가할 것으로 예상된다. 따라서 본 연구에서는 가바쌀(Oryza sativa L.)에 효소(Viscoflow MG, Protamex)와 초음파를 단독 또는 혼합으로 전처리하여 제조된 가바쌀 분말의 이화학적 성분과 항산화 활성을 관찰하여 가바쌀의 식품소재로서 활용성을 증대시키기 위한 기초자료로 활용하고자 하였다.

Ⅱ. 연구 방법

Ⅲ. 결과 및 고찰

1. 일반성분

전처리 방법을 달리한 가바쌀 분말의 일반성분 분석 결과는 <표 1>과 같다. 수분 함량은 대조군이 12.94%, 실험군 11.85∼13.66%로 초음파 처리 GR-U군이 가장 높았으며(p<0.001), 효소처리 가바쌀 함유 실험군(GR-V, GR-P, GR-VP, GR-VPU)은 유의적 차이가 없었다. 조회분은 효소 단독처리 GR-V, GR-P군이 1.54%로 나타났으며, GR-VP군 1.48%, GR-VPU군 1.47%, GR-U군 1.38%, 대조군 1.37%로 나타났다(p<0.001). 조단백질은 Viscoflow MG, Protamex 효소를 혼합 및 초음파 처리한 GR-VPU군의 함량이 8.91%, GR-VP군 8.84%, GR-V군 8.80%, GR-P군 8.77%, GR-U군 8.72%, 대조군 8.71% 순으로 나타났다(p<0.01). 그러나 조지방은 대조군 2.98%, GR-V군 3.20%, GR-P군 2.96%, GR-VP군 3.08%, GR-VPU군 3.92%, GR-U군 4.53%로 시료 간 유의적 차이는 없었다. 탄수화물은 대조군이 74.00%, 실험군 71.72∼74.88%로 GR-P군이 가장 높았다(p<0.01).

<표 1>

전처리 방법을 달리한 가바쌀의 일반성분

김은옥 외(2008)는 가바쌀(갈색메벼)의 일반성분 함량이 수분 14.33%, 조회분 1.48%, 조지방 3.04%, 조단백질 8.20%, 탄수화물 72.95%라고 보고하여 본 연구에서 사용한 가바쌀 분말과 큰 차이가 없었다. 김래영 외(2011)는 Pectinase, Cellulase 효소 단독 및 복합처리에 의해 단백질, 지방, 회분 함량이 감소 된다고 보고하였는데, 곡류 가공 시 일반성분의 감소는 제분 과정 중 압착과 분쇄 후 체를 통과하는 과정에서 많은 일반성분의 분리와 유실이 일어나며, 수침과정 중 쌀의 수용성 단백질, 유리 지방 등의 용출로 인해 감소 된다고 한다. 반면, 피경태, 김근철(2013)은 Pectinase 효소를 처리한 현미의 수분 함량, 지방, 단백질, 회분 함량 등 영양성분의 손실이 거의 없다고 보고하였다. 본 연구에서는 수분은 초음파처리로 증가, 조회분은 효소 처리로 증가, 조단백질은 효소와 초음파 복합처리로 증가하였는데 이는 본 연구에서 사용한 효소 또는 초음파 처리가 조직과 세포벽의 구조적 변화로 인해 기존 물질의 용출량이 증가와 함께 새로운 물질도 같이 용출된다는 다른 연구(성혜미 외, 2014; 장세진 외, 2014; 정소희 외, 2017)와 마찬가지로 효소와 초음파 처리가 미처리보다 가바쌀 조직과 세포벽에 결합 또는 함유되어 있던 수분, 회분, 단백질 등의 용출이 용이해져서 나온 결과로 생각된다.

2. pH 및 당도

전처리 방법을 달리한 가바쌀 분말의 pH 및 당도 측정 결과는 <표 2>와 같다. pH 측정 결과, 대조군의 pH는 6.72, 실험군의 pH는 6.51∼6.74의 값으로, 대조군보다 효소처리 가바쌀 함유 실험군(GR-V, GR-P, GR-VP, GR-VPU)은 유의적으로 낮았으나(p<0.001), 초음파 처리한 GR-U군은 유의적 차이가 없었다. 황철승 외(2005)는 아밀라아제 효소 처리 팥 침출액의 pH가 대조구보다 낮은 결과를 보였으며, 김정아, 임무혁(2019)은 셀룰라아제와 펙티나아제 혼합효소를 첨가하여 추출한 마카 추출액의 pH가 효소 미처리 추출액에 비하여 낮은 결과를 나타내어 본 연구와는 같은 결과를 보였다. 박윤정(1998)은 유과제조를 위한 찹쌀 침지과정이 길수록 아밀라아제와 프로테아제 효소활성이 꾸준히 증가하였고, pH 감소와 유기산 함량이 증가하였는데 이는 전분입자 사이의 단백질 가수분해 및 용출에 의한 것이라고 보고하였다. 본 연구에서도 효소 처리에 의해 가바쌀 전분입자 파괴로 유기산 함량 용출 증가 등으로 인해 대조군보다 pH가 감소한 것으로 보인다.

<표 2>

전처리 방법을 달리한 가바쌀의 pH 및 당도

초음파 처리 연구에 의하면 박충균 외(2001)의 연구에서는 초음파 처리 계육의 pH가 증가하여 본 연구와 다른 경향을 나타내었으나, 김일두 외(2013)는 일반적인 방법으로 제조한 감잎차와 초음파처리로 제조된 감잎차의 pH 함량에서 유의적 차이가 나타나지 않아 본 연구와 같은 경향을 나타냈다.

당도 측정 결과, 대조군은 0.50 °Brix, 실험군은 0.53∼0.77 °Brix의 값으로, 대조군보다 효소처리 가바쌀 함유 실험군(GR-V, GR-P, GR-VP, GR-VPU)은 유의적 높았으며, 초음파 처리한 GR-U군은 유의적 차이가 없었다. 김선화 외(2015)는 단삼 추출물의 당도가 효소 무처리구보다 효소 처리군이 높은 값을 나타내었고, 이종열 외(2015)도 고추 추출액의 가용성 고형분의 함량이 효소 처리를 하지 않은 대조군보다 효소 단독처리 또는 혼합처리군이 높은 값을 나타냈다고 보고하여 본 연구결과와 일치하였다. 효소처리에 의해 유리당과 유리아미노산 생성이 증가하였으며, 이는 단맛과 감칠맛을 내는 glycine, glutamic acid, prolin, asparagine 등의 유리아미노산(이수정, 2016)이 증가한 것과 매우 깊은 관련이 있는 것으로 생각된다<표 6 참조>.

3. 색도

전처리 방법을 달리한 가바쌀 분말의 색도 측정 결과는 <표 3>과 같다. L(명도)값은 대조군이 78.02, 실험군이 78.42∼79.73으로 대조군이 실험군보다 유의적으로 높은 값을 나타내었다(p<0.001). a(적색도)값은 대조군이 3.78, 실험군이 3.50∼3.73을 나타냈고, b(황색도)값은 대조군이 10.44, 실험군이 9.54∼10.01을 나타내었으며 적색도와 황색도는 실험군보다 대조군이 유의적으로 높은 결과를 나타냈다(p<0.001).

<표 3>

전처리 방법을 달리한 가바쌀의 색도

김선화 외(2015)의 연구에 의하면 4시간 동안 45℃, 60℃에서 amylase계 효소를 처리한 단삼 추출물의 색도가 미처리구보다 명도와 황색도는 높고, 적색도는 낮은 값을 나타내었다. 반면 protease계 효소를 처리한 실험구의 색도는 45℃에서 처리 시에 미처리구보다 명도는 높고, 적색도, 황색도는 낮은 값을 나타내었으나 60℃에서 처리 시 명도와 황색도는 높고 적색도는 낮은 값을 나타내었다. 이는 효소제의 종류 및 효소 처리 온도에 의해 영향을 받는 것으로 나타났다. 본 연구에서는 amylase계와 protease계 효소를 일정 온도 및 시간에서 혼합 처리하여 나타난 결과로 판단된다. 이종원 외(2005)는 식품 성분 중 질소화합물이 열처리 과정에서 갈변 반응을 일으켜 갈색 색소를 생성하고, 이 과정에서 생성된 amino-carbonyl 반응 생성물은 항산화 능력이 있다고 보고하여 효소 처리한 가바쌀 분말이 항산화 효과가 높을 것으로 기대된다.

4. 총 폴리페놀 함량과 DPPH 라디칼 소거활성

전처리 방법을 달리한 가바쌀 분말의 총 폴리페놀 함량과 DPPH 라디칼 소거 활성 분석 결과는 <표 4>이다.

<표 4>

전처리 방법을 달리한 가바쌀의 총 폴리페놀 함량과 DPPH 라디칼 소거능

전처리 방법을 달리한 가바쌀 분말의 총 폴리페놀 함량은 대조군은 338.33 mg/100g, 효소 및 초음파를 처리한 실험군은 354.33∼493.01 mg/100g으로 유의적으로 증가하였으며, 특히 두 효소 혼합 및 초음파 복합처리한 GR-VPU군이 가장 높았다. 곡류의 폴리페놀에는 ferulic, ρ-coumarice, gallic, vanillic acid 등이 있으며(공수현 외, 2009), 이들 폴리페놀이 항산화 효과를 나타낼 수 있는 것은 free radical을 안정화시킬수 있는 phenolic ring 때문이라고 한다(김대중 외, 2010). 공수현 외(2009)는 추정백미, 추정현미쌀, 금종현미쌀의 폴리페놀 함량이 11.1∼69.1 mg/100g이라고 보고하였으며, 서선정 외(2008)은 일반 백미와 현미의 총 폴리페놀 함량은 각각 15.15 mg/100g와 57.96 mg/100g인 반면 특수미 중 흑미는 444.38 mg/100, 적색미는 239.67 mg/100g으로 높은 함량을 나타내었다고 하였다. 본 연구에 사용한 가바쌀은 가바현미의 일종으로 일반 백미나 현미보다 폴리페놀 성분이 높게 함유된 것을 알 수 있었다. 효소처리 후 감태 줄기(이승홍 외, 2006), 사과 껍질(박민경, 김철현, 2009) 및 노니(김자민 외, 2020)의 폴리페놀이 높아진 연구 결과와 같은 결과를 보였다. 이는 셀룰로오스를 가수분해하는 효소가 세포벽을 분해하여 불용성의 폴리페놀을 유리형태로 추출하는데 효과적인 역할을 하기 때문이라고 한다(조동화 외, 2018). 또한 강경명 외(2012)는 초음파로 추출하였을 때 상온교반, 감압 추출법 보다 개두릅의 폴리페놀 함량이 높았으며, 김소정 외(2013)도 감태에서 초음파 추출이 열수 추출보다 약 14배 이상 폴리페놀 함량이 높았다고 보고 하였다. 초음파 추출은 추출 시간을 단축하고, 높은 추출 수율과 생리활성 효과를 기대할 수 있는 추출방법(김동호 외, 2006)으로 본 연구의 효소 혼합 및 초음파 복합처리는 가바쌀의 폴리페놀 추출에 효과적인 방법으로 생각된다.

전처리 방법을 달리한 가바쌀 분말의 DPPH 라디칼 소거 활성 분석 결과, 대조군의 DPPH 라디칼 소거 활성은 39.62%, 실험군은 46.93∼66.31%로 나타났다. Viscoflow MG와 Protamex 효소를 혼합 및 초음파 복합처리한 GR-VPU군 (66.31%)이 가장 높았고 Viscoflow MG와 Protamex 효소 혼합처리 GR-VP군 (55.74%), Viscoflow MG 효소 단독처리 GR-V군 (53.99%), Protamex 효소 단독처리 GR-P군 (53.86%), 초음파 단독처리 GR-U군 (46.93%), 대조군 (39.62%) 순으로 효소 또는 초음파 처리에 의해 DPPH 라디칼 소거 활성이 증가하는 것으로 나타났다. 인삼 추출물(김영찬 외, 2007), 노니주스(김자민 외, 2020), 천도복숭아 음료(윤선주 외, 2010), 쓴 메밀(김지은 외, 2009), 병풀(이경행 외, 2021)은 효소 처리 하였을 때 DPPH 라디칼 소거 활성이 증가한다고 보고하였으며, 감태 추출물(김소정 외, 2013), 개두릅 추출물(강경명 외, 2012), 아로니아 추출물(김남영 외, 2016), 녹차 추출물(류지연 외, 2017)은 초음파 처리 시에 DPPH 라디칼 소거 활성이 증가하였다고 보고하여 본 연구결과와 같은 결과를 나타냈다. DPPH는 짙은 보라색으로 그 자체가 라디칼을 갖는 물질로, 라디칼 전자가 비편재화 되어 있어 다른 라디칼 물질보다 비교적 안정적 화합물이다. polyphenol, vitamin C, 방향족 아민류 등 항산화 활성을 갖는 물질에 의해 자색이 노란색으로 탈색되는 방법으로 실험되며 비용이 저렴하고 쉽게 식품의 항산화력을 측정하는 방법으로 사용되고 있다(김재연, 2017).

성혜미 외(2014)는 효소 및 초고압 처리에 의해 콩나물의 페놀 함량 증가와 DPPH 라디칼 소거 활성이 증가하였는데, 이들의 활성은 시료 중의 아미노산, 페놀 및 이소플라본에 대한 의존성이 높으나 그 외 미지의 물질도 관여하는 것으로 추정된다고 보고하였다.

폴리페놀 함량과 DPPH 라디칼 소거 활성은 양의 상관관계가 있음을 많은 연구에서 보고 되어(서선정 외, 2008), 항산화 활성에 관여하는 폴리페놀 함량과 DPPH 라디칼 소거 활성 증가를 위해 효소를 단독처리 하는 것보다 혼합처리 하는 것이, 혼합처리 하는 것보다 초음파와 복합처리 하는 것이 항산화 활성을 증가시키는 유용한 전처리 방법으로 보인다.

5. 무기질 함량 분석

전처리 방법을 달리한 가바쌀 분말의 무기질 함량 분석 결과는 <표 5>와 같다.

<표 5>

전처리 방법을 달리한 가바쌀의 무기질 함량

쌀의 무기질로는 인, 칼륨, 칼슘, 마그네슘, 나트륨 철분 등이 함유되어 있는데 이 중 마그네슘과 칼륨의 비는 밥맛과도 높은 상관관계를 갖는다(하태열, 2005). 본 연구에서는 나트륨, 마그네슘, 칼륨, 아연, 칼륨의 무기질 함량을 분석하였다. 분석 결과, 나트륨(Na)의 대조군은 6.32 mg/100 g, 효소처리 가바쌀 함유 실험군(GR-V, GR-P, GR-VP, GR-VPU)은 5.05∼5.27 mg/100 g으로 대조군보다 유의적으로 낮은 값을 나타냈으며 초음파 처리한 GR-U군은 7.21 mg/100 g으로 대조군보다 높은 값을 나타냈다. 선유경 외(2016)는 효소에 의한 미강과 쌀단백질의 가수분해액이 약 8%, 농축액은 약 20%의 나트륨 저감 효과가 있음을 보고하였다. 따라서 효소 처리 가바쌀 함유 실험군의 나트륨 함량이 감소한 것으로 사료된다.

마그네슘(Mg)과 칼슘(Ca) 함량은 실험군이 유의적으로 높은 값을 나타냈으나 아연(Zn)과 칼륨(K)의 함량은 대조군에 비해 실험군이 유의적으로 낮은 값을 나타내었다.

가바쌀 분말의 무기질 함량은 칼륨이 가장 높고 마그네슘, 칼슘, 나트륨, 아연 순으로 나타났다. 현미와 백미의 무기질 함량이 인이 가장 높고 칼륨, 마그네슘, 칼슘, 아연, 망간, 철의 순으로 나타난 김미숙 외(2004)의 연구와 유사한 경향을 나타내었다. 반면 이원경 외(1987)는 쌀의 무기질 함량이 마그네슘이 가장 높고 칼륨, 칼슘, 망간, 철, 구리, 인, 나트륨, 아연 순으로 나타났고, 김성곤 외(1984)는 인이 가장 높고 칼륨, 마그네슘, 칼슘, 나트륨, 아연, 철, 구리 순으로 나타내어 다른 결과를 나타냈다. 쌀의 무기질은 일반적으로 쌀알의 바깥층에 많으며 도정도가 증가할수록 감소된다(김성곤 외, 1990). 또한 쌀의 품종과 계통, 토양의 조건에 의해 상당한 차이가 있으며 무기질 조성은 자라는 토양의 영양 이용성에 상당히 의존하며 연구 간에 차이를 보인다(김미숙 외, 2004).

곡류의 세포벽은 헤미셀룰로오스, 셀룰로오스, 리그닌, 펙틴 및 당단백질 등의 고분자 물질로 이루어져 있으며 대부분 수소결합과 공유결합 등을 통하여 강하게 결합되어 소화흡수율이 낮을 뿐 아니라 비타민, 무기질 및 생리활성 물질들도 생체 이용률이 매우 낮다(이유석 외, 2019). 효소 및 초음파 처리와 같은 가공과정을 거치면 무기질 용출로 인한 함량 증가 및 체내 이용도가 높아진다고 보고된다(주레이위, 2020). 조용준 외(2014)는 메밀쌀에 비하여 효소 처리한 메밀 분말의 칼슘, 칼륨, 마그네슘 함량이 증가하였고, 김일두 외(2013)는 초음파 처리 감잎차 찻물의 마그네슘, 나트륨 함량이 증가하였다고 보고하여 본 연구결과와 차이를 나타냈다.

6. 유리 아미노산 함량 분석

전처리 방법을 달리한 가바쌀 분말의 유리 아미노산 함량 분석 결과는 <표 6>과 같다.

<표 6>

전처리 방법을 달리한 가바쌀 분말의 유리아미노산 함량

필수 아미노산 함량은 GR-VPU군이 44.31 mg/L로 가장 높았으며, GR-VP군 35.61 mg/L, GR-P군 31.81 mg/L, GR-V군 13.47 mg/L, GR-U군 10.78 mg/L, 대조군 9.86 mg/L 순으로 낮아졌다(p<0.001). 대조군과 비교해 효소 및 초음파를 복합처리한 GR-VPU군에서 valine은 3배, leucine은 5배, phenylalanine은 5.5배, Lysine은 6.8배 높은 함량이 검출 되었다.

비필수 아미노산 함량도 GR-VPU군이 95.85 mg/L로 가장 높은 함량이 검출되었고, GR-VP군 76.39 mg/L, GR-P군 73.37 mg/L, GR-V군 62.56 mg/L, GR-U군 59.39 mg/L, 대조군 52.29 mg/L 순으로 낮은 함량을 나타났다(p<0.001).

주된 비필수 아미노산으로는 γ-aminobutyric acid(GABA)와 alanine이 검출 되었으며 이 중 γ-aminobutyric acid (GABA)의 함량은 대조군 35.2 mg/L, GR-VPU군은 53.6 mg/L으로 1.5배 이상 높은 함량이 검출되었으며, alanine 함량은 대조군이 5.02 mg/L, GR-VPU군은 10.42 mg/L로 2배 이상 높게 검출되었다. γ-aminobutyric acid의 전구물질인 glutamic acid 함량 역시 대조군 (1.70 mg/L)보다 GR-VPU군 (2.31 mg/L)이 가장 높게 검출 되었다. 김은옥 외(2008)는 갈색메벼의 GABA, alanine, glutamic acid 함량이 각각 13.08, 6.65, 6.61 mg%로 검출되었다고 보고하여 본 연구결과와 차이가 있었다. 이는 유리아미노산 측정 시 가바쌀의 전처리 과정이 달라서 나온 결과로 판단된다.

김은옥 외(2008)의 연구에 의하면 가바현미가 일반현미에 비해 GABA 함량이 약 8배 정도 높다고 보고하였다. 쌀을 이용하여 제품을 개발했을 때의 GABA 함량은 원재료인 쌀에 있는 GABA 함량과는 다른 것으로 보고된다(황은선 외, 2020). 신수정 외(2015)는 가바현미를 첨가하여 제조한 막걸리의 GABA 함량이 시판 막걸리보다 2배 가량 높은 함량을 보였다. 본 연구에서 혼합효소 및 초음파 복합처리에 의해 GABA 함량이 1.5배 증가된 분말을 제품에 적용하였을 때 GABA 함량이 높고 기능성이 향상된 제품을 개발할 수 있을 것으로 기대된다.

총 유리아미노산의 함량은 GR-VPU군이 140.15 mg/L로 가장 높았고, GR-VP군 111.01 mg/L, GR-P군 105.18 mg/L, GR-V군 76.33 mg/L, GR-U군 70.18 mg/L, 대조군 66.15 mg/L 순으로 낮아져(p<0.001), 효소 및 초음파 처리로 인해 아미노산의 함량 및 구성 비율의 차이가 나타났다.

효소 및 초음파 처리 후 유리아미노산 함량이 증가한 결과는 효소 및 초음파 처리로 인한 세포벽의 구조적 변화와 관련이 있다. 본 연구에서도 효소에 의한 세포벽의 구조적 변화가 초음파 처리로 인해 더욱 증가하여 세포 내 아미노산 추출 효율을 증가시켜, 효소 및 초음파 복합처리 시 유리아미노산의 함량이 증가한 것으로 판단된다. 김창원 외(2011)는 단일효소보다 혼합효소를 처리하였을 때 총 유리아미노산의 함량이 가장 높았다고 보고하였고, 장세영 외(2008)도 효소처리한 고아미의 가수분해분말의 총 유리아미노산 및 필수아미노산 함량이 높게 나타났다고 보고하여 본 연구결과와 유사한 결과를 나타내었다. 이는 효소처리에 의해 고분자 단백질이 아미노산으로 분해됨에 따라 나타나는 결과로 판단된다. 진혜주(2016)의 연구에 의하면 분지아미노산인 valine, leucine 및 isoleucine 등의 지질과산화억제능을 측정한 결과, valine이 높은 항산화 효과를 나타내었으며, 백소영(2015)은 분지아미노산 혼합 식이를 섭취한 흰쥐의 비장에서 산화적 스트레스로 인한 DNA 손상 보호 효과가 있음을 보고하여 분지 아미노산은 항산화 활성을 보이는 것으로 나타났다. 이에 본 연구에서 leucine 및 valine은 대조군보다 모든 전처리군에 높은 함량을 보여 이로 인해 항산화 활성이 향상될 것으로 판단되며, 앞선 연구결과의 가바쌀 분말의 DPPH 라디칼 소거활성이 증가의 원인으로 사료된다.

Ⅳ. 요약

본 연구에서는 생리활성이 뛰어난 가바쌀의 식품소재로서 활용성 증대를 위해 가바쌀(Oryza sativa L.)에 효소(Viscoflow MG, Protamex)와 초음파를 단독 또는 복합처리하여 제조한 가바쌀 분말의 이화학 특성 및 항산화 활성을 관찰하였다. 가바쌀 무처리군을 대조군으로 하였고, 실험군은 Viscoflow MG 처리군(GR-V), Protamex 처리군(GR-P), Viscoflow MG, Protamex 혼합처리군(GR-VP), 혼합효소 및 초음파처리군(GR-VPU), 초음파 단독처리군(GR-U)으로 분말을 제조하여 평가하였다. 일반성분 분석 결과, 수분 함량은 초음파 단독 처리군(GR-U)이, 조회분은 효소 단독처리군(GR-V, GR-P)이, 조단백질은 혼합효소 및 초음파처리군(GR-VPU)이, 탄수화물은 Protamex 처리군(GR-P)이 가장 높았다(p<0.01). 조지방은 시료 간 유의적 차이는 나타나지 않았다 .pH 및 당도 측정 결과, 대조군보다 효소처리 실험군(GR-V, GR-P, GR-VP, GR-VPU)이 유의적으로 낮았으며(p<0.001), 초음파 단독처리군은 초음파 단독 처리군(GR-U)은 유의적 차이가 없었다. 색도 측정 결과, L(명도)값은 대조군보다 실험군이 유의적으로 높았으나(p<0.001), a(적색도) 및 b(황색도)값은 실험군이 유의적으로 낮았다(p<0.001). 총 폴리페놀 함량과 DPPH 라디칼 소거 활성 분석 결과, 대조군보다 실험군이 유의적으로 높은 활성을 나타냈다(p<0.001). 무기질 함량 분석 결과, Na은 대조군보다 효소처리 실험군(GR-V, GR-P, GR-VP, GR-VPU)이 유의적으로 낮은 값을 나타냈으나 초음파 단독처리군(GR-U)이 유의적으로 높은 값을 나타냈다. Mg 및 Ca 함량은 대조군에 비해 실험군이 유의적으로 높은 값을 나타냈고, Zn 및 K 함량은 실험군이 유의적으로 낮은 값을 나타냈다. 유리 아미노산 함량 분석 결과, 대조군이 가장 낮고 GR-U, GR-V, GR-P, GR-VP, GR-VPU 순으로 높아졌으며(p<0.001), 혼합효소 및 초음파처리군(GR-VPU)이 대조군보다 alanine 2배, valine 3배, leucine 5배, phenylalanine 5.5배, lysine 6.8배의 높은 함량이 검출되었고 특히, GABA(γ-aminobutyric acid)는 1.5배 이상 높은 함량이 검출되었다. 따라서 가바쌀의 전처리 방법으로 Viscoflow MG와 Protamex 2종과 초음파를 복합처리하는 것이 항산화 활성 및 기능성 증진 효과를 보이는 것으로 나타났다.

Acknowledgments

본 연구는 군산대학교 2021년LINC+산학공동기술개발과제와 2022년 강소특구 기술이전사업화(군산) 연구비 지원을 받아 작성된 것으로 2021년 한국생활과학회 동계 학술대회에서 포스터 발표한 것을 확장한 것임.

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