고구마

(Ipomoea batatas L. (Lam))는 세계 6대 식량작물 중 하나로서 다른 작물이 자랄 수 없는 토양에서도 재배할 수 있고, 재해에도 강하며, 단위 면적당 수확량도 많은 특성을 지 니고 있다. 최근 건강식품으로서 국민의 관심이 높아짐에 따라 우리나라 2013년 고구마의 재배면적은 22천 ha로 지속적으로 증가하고 있으며, 고구마 농업생산액이 3,894억 원으로 우리나 라의 식량작물 중에서 벼, 콩 다음으로 세 번째로서 고구마의 경제적 가치가 크게 상승하고 있다(Ministry of Agriculture, Food and Rural Affairs, 2014a).

국내 농산물의 경쟁력을 높이고 자생력을 확보하기 위해서 는 생산단계부터 식탁에 이르기까지 안전성을 보장하고 품질 을 향상시킬 수 있는 일관된 체계를 개발하여 소비자의 신뢰 를 지속적으로 유지해야 하는데(Kim, 2008), 이러한 안전성을 확보하기 위하여 친환경 재배를 위한 효과적인 기술개발과 방 법에 대한 연구가 진행되고 있다. 농업방식도 화학비료와 유기 합성농약의 사용을 줄이면서 퇴비나 생물농약의 사용을 늘리 는 방식으로 변경되어가고 있고, 유기농산물, 무농약농산물, 저 농약농산물(2010년 이후 신규인증 중단, 2016년 이후 폐지 예 정) 등 친환경 농산물에 대한 인증제도가 실시되고 있다 (Ministry of Agriculture, Food and Rural Affairs, 2014b).

이처럼 친환경 농산물에 대한 관심과 요구가 급증하면서 친 환경 농산물의 재배에 관련된 정보는 많이 알려져 있으나(Song et al., 2011) 친환경 고구마에 대한 가치평가와 활용을 위한 품질 특성에 대한 것은 제한적이다. 최근 친환경 재배 농산물 이 관행 재배와 비교해서 건강관련 물질을 다량 함유한다는 연 구 결과와 주장이 제기되어 왔으나 국내에서는 친환경 재배와 관행 재배의 두 가지 재배방법에 따른 고구마의 품질을 분석 한 비교 연구는 없는 실정이다.

최근 일부 친환경농업 선도농가에서 작물의 생육, 당도 및 품질을 향상시키고자 비료로 상품화된 스테비아 추출물을 작 물 재배에 사용하고 있다. 스테비아(Stevia rebaudiana Bertoni)는 파라과이와 브라질 국경지대에 인접한 고산지대의 국화과 다년생 초본식물로 줄기와 잎에 함유된 stevioside는 그 감미도가 설탕의 200 ~ 300배 정도이며(Hanson & De Oliverira, 1993), 무색, 무취의 새로운 천연감미물질이다. 스테비아는 저 칼로리의 무독성 자연식품으로서 열에 매우 안정적인 스테비 아의 감미성분인 stevioside는 120℃에서 1시간 가열 후에도 pH나 단맛을 그대로 유지하고 있어(Kroyer, 1999; Toskulkao et al., 1997) 당 대체 감미료로 각종 가공식품(Kim & Lee, 1996)에 다양하게 이용될 수 있을 뿐 아니라 스테비아 잎과 스테비아의 추출물도 광범위하게 사용되고 있다(Park et al., 2003). 스테비아 농법은 이러한 스테비아 추출액을 특허 공법 으로 농축, 발효 및 숙성하여 친환경 유기농자재를 만들어 토 양 내 유효미생물 활성화를 유도하고 지력증진과 뿌리활착을 도와 식물의 생육 증진, 당도 증진, 저장성 향상을 추구하는 신개념 농법이다(Park, 2009).

유기질비료는 비료 공정규격 상 동물과 식물을 원료로 생산 한 비료로 부산물비료로 분류되고 있으며, 원료에 따라 식물 질비료, 동물질비료, 혼합유박비료, 혼합유기질비료, 유기복합 비료로 구분할 수 있다(RDA, 2014). 혼합유기질비료는 유기 질비료가 2종 이상이 혼합된 것을 말하며 질소전량, 인산전량 또는 칼리전량 중 2종 이상의 합계량이 7% 이상이 되도록 규 정하고 있다.

따라서 고구마의 품질 향상을 위한 재배법 개발의 시작 단 계로서 고구마를 스테비아 추출물과 혼합유기질비료 및 관행 방법으로 시비하고 시비방법별 유리당 함량과 색도를 비교 분 석하여 시비 유기질비료 종류에 따라 고구마의 당 함량 및 색 깔에 차이가 있는지 알아보고자 본 연구를 수행하였다.

재료 및 방법

재배

본 연구에 사용된 고구마는 국립식량과학원 육성 품종인 율 미를 사용하였다. 본 시험 포장에 삽식할 고구마 묘를 생산하 기 위해 2013년 3월에 농촌진흥청 국립식량과학원 바이오에 너지작물센터의 비닐하우스 육묘상에 품종별로 씨고구마를 파 종하였다. 삽식은 2013년 5월 15일에 충북 청원군 남이면 시 험포장에 하였으며, 고구마 묘를 본밭에 삽식하기 전에 모든 시험구에 퇴비 1,000 kg을 전량 밑거름으로 시용하였다. 대조 구인 관행 시비구의 경우 고구마 표준시비법에 준하여 10 a 당 요소 12 kg (N 5.5 kg), 용성인비 31.5 kg (P₂O₅ 6.3 kg), 염화가리 26 kg (K₂O 15.6 kg)를 전량 밑거름으로 시용하였 다. 친환경 재배로서 유기질비료 시비구는 스테비아 추출물 비 료(대농스테비아)와 혼합유기질비료(그린티비티)를 사용하였 다. 시비량을 결정하기 위해 사전에 질소, 인산 및 칼리 함량 을 아래 기술한 유기질비료 성분 분석 방법으로 분석하였다 (Table 1). 스테비아 추출물은 공개특허 스테비아 엑기스 제조 방법(KIPO, 2007)에 따라 제조된 것을 사용하였다. 혼합유기 질비료의 성분은 미강유박 40%, 아주까리박 40%, 골분 10%, 어분 10%로 구성되었다. 3요소 간 비율을 표준시비법과 일치 시키기 위하여 10 a 당 질소 5.5 kg에 해당하는 양을 계산하여 시비하고 부족한 인산과 칼리 성분량만큼 용성인비와 염화가 리로 전량 밑거름으로 보비하였다. 시험구는 분할구배치법 3 반복으로 배치하였고 비닐로 멀칭하였다. 수확은 2013년 9월 24일에 하였다.

지상부와 괴근의 생육 및 수량 조사

고구마 지상부와 괴근의 생육 및 수량 특성 조사는 농업과 학기술 연구조사분석기준(RDA, 2012)에 준하여 조사하였다. 지상부 생육은 수확 직전에 조사하였다. 넝쿨 무게는 1개 시 험구에 심겨진 고구마 지상부를 반복별로 모두 수확하여 무게 를 측정한 후 10 a 당 무게로 환산하였다. 상품괴근수량 (marketable storage root)은 30 g 이상의 괴근을 기준으로 반 복별로 모두 수확하여 무게를 측정한 후 10 a 당 무게로 환산 하였다.

유기질비료 성분 및 토양 물리화학성 분석

유기질비료 시비량을 결정하기 위하여 스테비아 추출물과 혼합유기질비료의 pH, 유기물, 질소, 유효인산 및 칼리 함량을 농촌진흥청 고시「비료 품질검사방법 및 시료채취기준」(RDA, 2013)에 준하여 분석하였다. pH는 유기질비료를 증류수와 1 : 5 (w/v)로 혼합하여 60분간 진탕한 현탁액을 pH meter(DocupH meter, Sartorius)를 이용하여 측정하였다. 유기물 함량과 총질소는 원소분석기(vario MAX cube CN, Elementar Analysensysteme GmbH)를 이용하여 측정하였다. 유효인산은 유기질비료 2 g을 칭량하여 퀴놀린 중량법의 공시액 조제 방 법에 따라 가열하여 분해시키고 바나드몰리브덴산암모늄법으 로 발색하여 측정하였다. 칼리는 유도결합플라즈마 발광분광 법에 의한 각종비료(원소)의 정량법에 따라 ICP(VISTA-MPX, Varian)로 측정하였다.

고구마 재배 환경을 조사하기 위하여 시험 전 토양의 물리 화학성을 농촌진흥청 표준분석법(NIAST, 2000)에 준하여 분 석하였다. 시험구별로 20 지점 이상의 토양을 채취하여 그늘 에서 건조시킨 후 곱게 분쇄하여 2 mm 체에 걸러 이물질을 제거한 후 실온에 보관하면서 토양 물리화학성 분석에 이용하 였다. 토성은 비중계를 이용한 hydrometer법으로 분석하였다. pH는 토양을 증류수와 1 : 5 (w/v)로 혼합하여 60분간 진탕한 현탁액을 pH meter를 이용하여 측정하였다. 전기전도도는 토 양과 증류수를 1 : 5 (w/v)로 하여 EC meter로 측정하였다. 유기물 함량과 총질소는 원소분석기를 이용하여 측정하였으며, 유효인산은 토양 5 g을 칭량하여 Lancaster 침출액 25 ml를 가한 후 10분간 진탕한 후 여과하여 몰리브덴 청법으로 발색 하여 측정하였다. 치환성양이온(K, Ca, Mg)은 5 g의 토양시료 에 50 ml의 1 N-NH₄OAc(pH 7.0)를 가하여 30분간 진탕한 후, 여과지(Whatman No. 2)로 여과시킨 액을 ICP로 측정하 였다. 청원 시험포장의 시험 전 토양 물리화학성 분석 결과는 Table 2와 같다.

브릭스 당도 및 유리당 함량 분석

수확된 고구마는 흐르는 물로 수회 세척 후 물기를 제거한 생고구마와 증기를 이용하여 40분간 찐 고구마를 이용하였다. 브릭스 당도는 찐고구마 20 g에 80 ml의 물을 넣고 분쇄하여 5배 희석한 후 상온에서 굴절당도계(RA-250/MTH56908, KEM)를 이용하여 측정한 후 희석배수를 곱하여 주었다.

유리당 함량을 측정하기 위해 유기질비료와 관행 재배의 찐 고구마와 생고구마를 각각 동결건조한 후 고구마 괴근 분말 1 g을 80% ethanol 10 ml에 넣고 교반시킨 다음 10분간 초음 파 처리를 한 후 4℃ 조건에서 3,500 rpm으로 10분간 원심 분리 하였다. 원심분리 후 상등액을 취하여 0.45 μm의 PVDF syringe filter를 이용하여 여과한 후 HPLC (Waters 515)를 이 용하여 분석하였다. 검출기는 굴절률 검출기(RID, Waters 410) 를 사용하였고 이동상은 acetonitrile : water = 75 : 25(v/v)로 조제된 단일용매(isocratic)를 사용하였다. 분석 칼럼은 Zorbax Carbohydrate 4.6 × 250mm, 5 μm (Agilent Technologies)를 사 용하였다. 칼럼 온도는 40℃, 분석 시료 온도는 10oC, 유속은 1.4 ml min-1, 주사 부피는 10 μl, 시료당 분석시간은 14분으로 하였다. 표준물질은 fructose, glucose, sucrose, maltose 혼합 액을 각각 0.1, 0.25, 0.5, 1 g 100 g⁻¹의 농도로 만들어 검량 선을 작성하였다. 유리당 표준물질 혼합액의 chromatogram은 Fig. 1과 같다.

색도 분석

고구마 육질의 색도는 생고구마의 동결건조된 분말 시료를 색차계(CM-3500d, Minolta) 이용하여 3회 반복 측정하였고 결과는 L, a, b값으로 나타내었다.

통계분석

비료 처리 간 유의성은 SAS 9.2 package를 이용하여 p < 0.05 수준에서 Duncan의 다중범위 검정으로 분석하였다. 품질 특성 항목 간 상관분석은 Pearson 상관계수를 사용하여 상관 관계와 유의성을 검정하였다. 모든 실험 데이터는 3반복의 평 균값으로 나타내었다.

결과 및 고찰

유기질비료 시비에 따른 지상부 및 괴근 수량 차이

유기질비료 종류에 따른 율미의 지상부와 괴근의 생육 및 수량 특성 조사 결과넝쿨 무게, 상품괴근 평균 무게, 상품괴근 수량은 스테비아 추출물 처리구에서 관행시비 처리구 대비 각 각 1.7배, 1.8배, 1.4배만큼 높았으며, 세 처리구 중 가장 높았 고 유의적인 차이가 있었다(Table 3).

유기질비료 시비에 따른 유리당 함량 및 색도 차이

유기질비료 종류에 따른 율미의 당도 및 유리당 함량의 차 이를 분석한 결과는 Table 4와 같다. 브릭스 당도는 비료 종 류에 따라 차이가 없었다. 그러나 찐고구마의 총 유리당 함량 은 비료 종류에 따라 혼합유기질비료 처리구에서 18.07 g 100 g⁻¹ D.W.로 가장 많았으며 스테비아 추출물, 관행시비 처 리구 순으로 유의적인 차이가 있었다. 찐고구마의 유리당 성 분물질별로 차이를 분석한 결과 fructose와 glucose 함량은 비 료 처리 간 차이가 없었으나, sucrose 함량은 혼합유기질비료, 관행시비, 스테비아 추출물 처리구 순으로 많았다. maltose 함 량은 혼합유기질비료 처리구가 가장 많았고 스테비아 추출물 처리구가 관행시비 처리구보다 약간 많았으나 두 처리 간 유 의적인 차이는 없었다. 이는 고구마를 쪘을 때 고구마 자체의 전분 가수분해효소뿐만 아니라 혼합유기질비료에서 유래된 전 분 가수분해효소가 추가로 활성화되어 전분을 maltose로 분해 한 것으로 생각된다. 생고구마의 총 유리당 함량과 유리당 성 분물질별 함량에는 세 처리 간 유의적인 차이가 없었고 maltose는 전혀 검출되지 않았다. 생고구마 중에는 fructose, glucose 및 sucrose가 포함되지만, 굽고 찌는 등의 조리에 의 해 고구마 조직 중의 β-amylase가 전분을 분해하여 maltose를 생성하기 때문에, 조리 후에는 4종의 유리당이 포함되게 된다 고 알려져 있다(Sistrunk et al., 1954; Kiribuchi & Kubota, 1976). 찐고구마 중 fructose나 glucose는 0.5%로 극히 미량이 고, sucrose는 2 ~ 3%, 또한 maltose는 6 ~ 10%로 많은 품종 은 10%를 넘는다는 Takahata et al. (1992)의 보고와 비교하 면, 스테비아 추출물 시비구에서는 찐고구마의 glucose 함량이 2.14 g 100 g⁻¹ D.W.로 많았다. 이는 스테비아 추출물의 stevioside에 붙어있는 glucose 분자가 가열조리에 의해 분해되 어 생성된 것으로 생각된다.

유기질비료 종류에 따른 율미의 색도 차이를 분석한 결과는 Table 5와 같다. L (명도), a (적색도), b (황색도) 값 모두 비료 처리 간 차이가 없었다.

품질특성 간의 상관

관행시비한 율미의 품질특성 간 상관관계를 보면 Table 6과 같다. 브릭스 당도는 유리당 함량 및 색도와는 아무런 유의적 인 상관관계가 없었다. 찐고구마와 생고구마의 총 유리당 함 량은 생고구마의 glucose와 sucrose 함량과 정의 상관을 보였 고, 찐고구마의 fructose, sucrose 및 maltose 함량과 상관계수 가 0.9 이상이었으나 유의성은 없었다. 찐고구마와 생고구마의 fructose 함량 간에는 고도의 정의 상관관계가 있었고, 생고구 마의 sucrose 함량은 생고구마의 glucose 함량과 고도의 정의 상관관계가 있었다. 찐고구마와 생고구마의 유리당 함량과 색 도와는 아무런 유의적 상관관계가 없었다.

스테비아 추출물을 시비한 율미의 품질특성 간 상관관계를 보면 Table 7과 같다. 찐고구마의 브릭스 당도와 총 유리당 함량은 생고구마의 sucrose 함량과 정의 상관을 나타내었고, 찐고구마의 glucose, sucrose 및 maltose 함량과 상관계수가 0.8 이상이었으나 유의성은 없었다. 찐고구마의 glucose 함량 은 육질의 색도 a값과 정의 상관을 보였고, 찐고구마의 maltose 함량은 육질의 색도 L값과 정의 상관을 보였다. 생고 구마의 fructose 함량은 육질의 색도 b값과 부의 상관을 보였 다. 따라서 스테비아 추출물을 처리한 찐고구마의 maltose 함 량이 많을수록 육질의 색이 밝아지고, 찐고구마의 glucose 함 량이 많을수록 육질이 붉은색을 띠고, 생고구마의 fructose 함 량이 적을수록 육질이 노란색을 띠는 경향이 있다는 것을 알 수 있었다.

혼합유기질비료를 시비한 율미의 품질특성 간 상관관계를 보면 Table 8과 같다. 브릭스 당도는 유리당 함량 및 색도와 는 아무런 유의성이 없었다. 찐고구마의 총 유리당 함량은 찐 고구마의 sucrose 함량과 정의 상관을 보였고, 찐고구마의 fructose 함량은 찐고구마의 sucrose 함량과 고도의 정의 상관 을 나타내었다. 찐고구마의 maltose 함량은 생고구마의 glucose 함량과 정의 상관을 보였다. 표피의 색도 L값은 육질 의 색도 a값과 부의 상관관계가 있었다. 관행시비 처리구와 마 찬가지로 혼합유기질비료를 처리한 찐고구마와 생고구마의 유 리당 함량과 색도와는 아무런 유의적 상관관계가 없었다.

비료 종류에 상관없이 청원 사질토에서 율미 찐고구마의 총 유리당 함량은 찐고구마 또는 생고구마의 sucrose 함량과 정 의 상관관계를 가진다는 것을 알 수 있었다. 향후 고품질 고 구마 재배기술 개발을 위하여 다양한 재배환경 및 품종별 유 기질비료 시비에 따른 고구마 품질특성 변화에 대해서도 지속 적인 연구가 필요할 것이다.

적 요

고구마 ‘율미’ 품종을 스테비아 추출물과 혼합유기질비료 및 관행 방법으로 시비하고 시비 유기질비료 종류에 따라 고구마 의 당 함량 및 색깔에 차이가 있는지 알아보고자 수행한 연구 결과를 요약하면 다음과 같다.