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• 2. 재료 및 방법
• 결과 및 고찰
• 작물학적 특성과 미립외형의 특징
• 사 사

쌀은 주로 아시아 국가의 주요 식량자원 중의 하나로서 영양적으로 에너지 공급원으로서 인식되어 왔다. 그러나 최근 쌀의 생리적 효능이 규명되면서, 기능성 쌀 개발에 대한 연구가 활발해지고 있다. 특히 만성질환자가 많은 서구에서는 쌀에 대한 관심이 높아지고 있으며, 미국 암 연구소(NCI)의 Designer Food Program에서는 암 예방 식품 소재 40가지 안에 현미가 선정되기도 하였다(U.S. National Cancer Institute 1991). 그리고 최근에는 기능성 소재에 대한 관심이 급증하면서 기능성이 부여된 특수미에 대한 관심이 높아지고 있다(Kim et al, 2011). 특수미 중 유색미는 품종이 개량된 고기능성 쌀로서 독특한 향미와 각종 무기질, 비타민 불포화지방산 및 단백질 등이 함유되어 있어 항암, 항산화 작용과 면역기능을 강화시켜 노화 방지, 특정 질병 예방 등 건강기능성 소재로서의 이용치가 높다(Seo et al., 2008). 유색미의 색소는 적갈색에서 흑자색이 이르는 다양한 안토시아닌 색소이다. 특히 쌀에 존재하는 안토시아닌은 Cyanindin-3-Glucoside 및 Peonidin-3-Glucoside등이 많이 보고되고 있다(Cho et al., 1996). 유색미의 색소분획은 높은 항산화 활성과 항암 활성, 그리고 염증 발생에 대한 억제 활성 등이 보고되고 있다(Stoclet et al., 2004; Manach et al., 2005; Ling et al., 2001; Xia et al., 2003; McGhie et al., 2003; Williams et al., 2002).

유색미의 색소는 대부분 과피인 미강에 존재한다. 그리고 유색미의 미강에는 안토시아닌뿐만 아니라 오리자놀(orzanol), 피틴산(phytic acid), 페루릭산(ferulic acid), 헤미셀룰로오스(hemicelluloses), 토코페롤(tocopherol), 옥타코사놀(octacosanol)등이 함유되어 있다. 이 중 식물체의 세포벽을 구성하는 헤미세룰로오스는 오탄당과 육탄당, 우론산(uronic acid) 등을 함유하고 있고, 비 셀룰로오스계 고분자 다당류로서 미강에 약20~21% 함유되어 있다(Kim et al., 2011).

쌀은 화곡류 중 영양성분이 가장 우수한 것으로 종실 중에서 특히 쌀눈에 양질의 단백질이 다량 축적되는데 쌀눈의 크기가 큰 거대벼 돌연변이 계통은 원품종에 비해 현미의 지방함량, 비타민 B1, B2 그리고 산화방지제인 α-tocopherol과 lysine 함량이 증대되었고(Koh et al., 1993), 거대배아미 추출물은 일반 벼 추출물에 비해 항산화 활성, 항변이원성 및 지질과산화 억제효과가 높으므로(Kang et al., 2004) 건강 기능성 영양미로서의 이용가치가 큰 것으로 보고된 바 있다. 농촌진흥청에서 육성한 ‘큰눈벼’는 쌀눈이 일반벼 보다 3배 정도 큰 거대배아미 품종으로 일반벼에 비해 단당류 및 올리고당 함량이 높고, 발아 시 GABA 함량이 증가하는 것으로 보고되었고(Choi et al., 2006), 최근에는 흑자색 벼와 거대배 특성이 결합된 계통이 육성되고 있다(Park et al., 2010).

쌀의 기능성 성분의 이용성을 증대시켜 기능성을 강화시키는 방법으로 쌀에 버섯균주를 접종시켜 배양한 버섯쌀, 미강성분을 탄수화물 분해효소로 분해시켜 제조된 바이오브랜(Biobran)이나 버섯 균사체 발효를 통해 개발된 미강발효분말등이 상업화 되어 있다(Ghoneum, 1999; Kim et al. 2005).

2000년대 후반에 개발되어진 신품종 벼인 슈퍼자미(Super C3GHi)는 안토시아닌 색소 성분 중 Cyanidin-3-Glucoside(C3G) 함량이 일반 검정쌀에 비하여 10~15배 가량 높은 기능성 쌀 품종으로서 항아토피 및 항당뇨 효능이 있다고 보고되어 있다(Han et al., 2009; Kim et al., 2010). 이러한 유색미의 색소 성분은 대부분 미강에 집중되어 있기 때문에 기존의 미강을 가공하는 공정을 적용할 경우 일반벼 품종에 비해서 더 높은 생리활성을 기대할 수 있을 것으로 생각된다. 

본 연구에서는 항산화계 색소인 Cyanidin-3-Glucoside(C3G)함량이 2배 높고 쌀눈이 2.8배 큰 “큰눈자미”쌀 품질특성을 규명하여 기능성 소재 및 건강 기능성 식품개발을 위한 기초자료로 활용코자 한다.

2. 재료 및 방법

‘큰눈자미벼’는 기능성 특수용도 쌀 품종 및 복합기능성 쌀품종 육성의 일환으로 벼 종피에 함유된 천연색소의 주성분인 C3G의 함량을 높이고, 쌀눈의 우수한 영양성분을 활용하기 위해 흑진주벼와 수원425호의 교배후대에서 C3G 함량이 높은 CG2-2-45-4-1-22-3 계통을 선발하여 모본으로 선정하고, 쌀눈의 크기가 큰 EM76을 부본으로 하여 2003년 하계에 인공교배 하였다. 2003/2004년 동계에 F₁ 종자를 파종하여 F₂ 종자를 얻고, 2004년 포장에 F₂를 전개하여 쌀눈이 크고, 초형이 양호하며, C3G 함량이 높고 착색이 균일한 개체를 선발하였다. 2004년 포장에서 선발된 F₂ 개체에서 F₃ 종자를 수확하고, 2007년까지 매년 포장에서 계통재배하면서 현미의 C3G함량이 흑진주벼에 비해 2배 이상 높아지고 쌀눈의 크기가 3배 정도 큰 SR28706-9-5-3-2-3-4 계통을 선발하여 품종출 원하여 등록되었다(2009-479호). 

유색미 종실의 단백질 함량은 micro-kjeldahl 법에 의하여, 아미노산 정량은 건조된 100 mesh 분말시료 30mg을 시험관에 넣고 6N-Hl을 혼합한 후 진공상태로 만들어 밀봉시킨채 110에서 24시간 가수분해시킨 다음 rotary evaporator를 이용하여 감압 건조시킨 것을 sodium eitrate buffer로 용해시켜 아미노산 분석기(Hitachi Model 835)로 실시하였다. 또한 기름함량은 soxleht 추출기를 이용한 헥산추출법에 의해 측정하였으며 지방산 조성은 Gas-chromatography에 의해 분리 정량하였다.

종피에 함유된 안토시아닌 색소 중 C3G의 함량분석은 Ryu et al. (1998)의 방법을 따랐다. 종자를 제현하여 곱게 마쇄하여 분말 2 g에 0.1% trifuoroacteic acid(TFA)-95% EtOH 용매 20mL를 가한 후 진탕 추출하였다. 추출액은 50mL로 적정하여 0.45 PVDF syringe filter로 여과하여 HPLC (waters 501 pump, millipore gradient controller, waters 480 UV-Visdetector)를 이용하여 정량하였다. HPLC 분석은 ODS-5(4.6mm× 250mm, Nomura Chemical Co., Japan) column을 사용하였고, 530 nm 파장으로 검량하였다. 이동상으로 0.1% TFA in water, liner gradient, 0.1% in Acetonitrile을 사용하였고, 유속은 1.0mL/min 이었다. 

모든 실험결과의 자료는 SPSS 통계분석 프로그램을 이용하여 평균 및 표준편차를 구하였다. 그룹간의 유의적인 통계차를 분석하기 위하여 P < 0.05의 유의수준으로 일원분산분석(one way ANOVA)을 실시한 후 Duncan의 다중범위 검정법(Duncan’s multiple range test)을 이용하여 사후검증을 하였다.

결과 및 고찰

작물학적 특성과 미립외형의 특징

큰눈자미벼와 흑진주벼의 작물학적 특성을 Table 1에서 보면 2011년 5월 30일 이앙에서 흑진주벼의 출수기는 7월 27일로 조생종이고 큰눈자미벼는 8월 12일로서 중생종의 품종특성을 보여주고 있다. 등숙율을 보면 흑진주벼가 77.4% 인데 비해 큰눈자미벼는 91.7%로 다소 높았다. 다른 유색미 품종과는 달리 큰눈자미벼와 흑진주벼 모두 안토시아닌 중에서도 주색소가 C3G(Cyanidin - 3 - Glucoside)라는 점에서 품종 간 비교는 의미가 클 것으로 판단된다. 특히 안토시아닌과 같은 기능성 성분이 높은 쌀 품종은 재배적인 측면에서 보면 출수기가 중요시 다루어 질 수밖에 없다. 조생종보다는 중생종, 만생종 품종에서 일반적으로 높아지는 것으로 보고 된 바 있다(Ryu, et al., 2006). 하지만 향후 같은 색소를 가진 유색미품종별로 비교분석 검토가 되어야 할 것으로 사료 된다.

Table 1. Major agronomic traits and yield components of Keunnunjamibyeo and Heugjinjubyeo in 2011.

큰눈자미벼와 흑진주벼 종실의 외형을 측정해보면 Table 2와 같다. 흑진주벼에 비하여 큰눈자미벼는 현미의 길이가 길어졌고 두꺼워졌다. 따라서 장폭비가 2.14로 중원형에 해당된다. 

Table 2. Grain dimension of Keunnunjamibyeo and Heugjinjubyeo.

큰눈자미벼의 종실은 Fig. 1에서 볼 수 있듯이 현미의 길이, 두께가 흑진주벼보다 크고, 특히 배부분이 모본 흑진주벼에 비해 월등히 증대된 것을 알 수 있다.

Fig. 1. Appearence of Keunnunjamibyeo (A) grain compared with original cultivar Heugjinjubyeo grain (B).

Fig. 2. Cyanidin-3-Glucoside contents of Keunnunjami and Heugjinjubyeo.

큰눈자미벼의 현미천립중은 19.1 g으로 흑진주벼에 비하여 약간 무거운 편이다(Table 3). 큰눈자미벼의 쌀눈의 무게는 1.59 g으로 (천립) 흑진주벼의 0.56 g (천립)에 비해 2.8배 정도 무겁고 현미에서 쌀눈이 차지하는 비율이 8.32%로 흑진주 3.09%에 비해 2.7배 정도 높다. 

Table 3. Embryo and endosperm weight of Keunnunjamibyeo and Heugjinjubyeo.

큰눈자미벼의 C3G 색소함량은 2010년산 종자에는 583mg (100 g 종자)으로 흑진주벼 251mg보다 2.3배, 2011년산 종자에는 593mg(100 g 종자)으로 흑진주벼 269mg보다 2.2배 높은 함량을 보였다. 일반적으로 C3G색소는 등숙기 기온이 낮은 조건에서 생합성량이 증가되기 때문에 큰눈자미벼의 C3G 함량을 높이기 위한 적정재배 시기 연구가 추가로 필요할 것이다. Anthocyanine계 색소인 C3G는 항돌연변이(Yoshimoto et al., 2001), 항암기능(Wang & Mazza, 2002), 콜레스테롤 저하기능(Auger et al., 2001) 등 다양한 생리활성을 나타내는 것으로 보고되어 있다.

교배모본 흑진주벼와 큰눈자미벼 품종의 현미를 배와 배유로 분리하여 각각의 단백질함량과 아미노산조성을 분석한 결과는 Table 4와 같다. 기존의 보고와 마찬가지로 배유에 비해 배에는 단백질함량이 높아 배의 영양가치가 우수함을 알 수 있었다. 한편 현미의 아미노산조성에 있어서 양 품종간에 큰변이는 없는 것으로 나타났는데 그 중에서도 lysine 비율은 다소 높아졌고(1.03배), methionine과 cystein의 비율은 각각 0.86, 0.68으로 다소 낮아졌다. 

Table 4. Amino acid composition and protein content of Keunnunjamibyeo and Heugjinjubyeo.

Table 5는 교배모본 흑진주벼와 큰눈자미벼 품종의 현미를 배와 배유로 분리하여 각각의 지질함량과 지방산조성을 분석 한 것이다. 지질함량을 보면 배를 제거한 배유에서는 큰눈자 미벼가 흑진주벼보다 약간 높은데, 이는 단백질함량의 경우와 마찬가지로 종실의 등숙충실도가 다소 떨어져서 호분층의 비율이 상대적으로 높았기 때문으로 보고한 기존의 보고와도 일치한다(Koh et al, 1993). 그러나 배와 배유를 합한 현미의 지질함량은 큰눈자미벼가 5.71%로서 모본 흑진주벼 3.73%보다 1.5배나 증가되었는데, 벼의 기존 품종간 지질함량 변이가 2.3~3.9%인 것을 감안하면 큰눈자미벼는 색소함량도 높으면서 고지질미로서 이용가치가 높을 것으로 생각된다.

Table 5. Lipid content and fatty acid composition of Keunnunjamibyeo and Heugjinjubyeo.

사 사

이 논문은 농촌진흥청 차세대 바이오그린 21사업(식물분자 육종사업단 과제번호 : PJ00817602)의 지원에 의해 이루어진 것임.