고구마[(Ipomoea batatas L. (Lam)]는 최근 식용 위주에서 가공으로 용도가 다양화되고 있고(Lee et al., 2013), 고구마의 전분 및 아밀로오스 함량, 당도 등 품질특성은 식용 및 가공용 고구마 연구에 있어서 매우 중요한 특성이며(Lin et al., 2007), 고구마 전분의 이화학적 특성은 품종, 토양, 재배조 건 등에 따라 차이를 보인다(Jo, 1992).

고구마의 삽식 시기는 수량과 품질에 영향을 미치는 가장 중 요한 요인 중 하나이며, 수확 시기는 괴근 수량, 저장 기간, 저 장된 괴근의 품질을 결정하는 만큼 매우 중요하다(Loebenstein & Thottappilly, 2009). 고구마의 최적 삽식 및 수확 시기는 경제성이 있는 크기의 고구마 괴근을 최대한으로 얻을 수 있 는 시기와 관련이 깊다(Villordon et al., 2009; Villordon et al., 2010). 이에 따라 고구마 삽식 시기별 재배기간 동안의 토 양온도, 최고 및 최저기온, GDD(Growing Degree Days) 등 농업기상을 분석하여 품종별 최적 삽식 시기와 수확 시기를 예 측할 수 있는 모델 개발(Jonathan et al., 1999; Villordon et al., 2009; Villordon et al., 2010)과 전분 등 품질 변화에 대 한 연구가 이루어지고 있다(Noda et al., 1997; Noda et al., 2004). 또한 콩, 옥수수, 감자 등에서 파종 시기에 따른 생육, 수량 및 품질 변이가 연구되고 있으나(Park et al., 2014; Jung et al., 2012; Jung et al., 2014; Kim et al., 2012) 고구마의 삽식 시기에 따른 수량 및 품질에 대한 연구는 많지 않은 실정이다.

본 연구는 고구마 품종별 삽식 시기에 따른 생육, 괴근 수 량 및 품질 특성 차이를 구명하여 고구마와 타작물간 작부체 계 설정, 용도별 고구마 생산, 가공 및 저장성 연구 등에 활 용할 수 있는 기초자료를 얻고자 수행하였다.

재료 및 방법

시험재료

고구마 품종별 삽식시기에 따른 괴근 수량 및 괴근 품질 특 성을 알아보고자 율미, 신건미, 다호미 품종을 공시하여 전남 무안군 청계면에 위치한 국립식량과학원 바이오에너지작물연 구소 내 포장에서 재배하였다.

재배법

시험전 토양의 토성은 사양토였으며, pH는 7.1, EC는 0.57 dS m⁻¹, 유기물은 8 g kg⁻¹, 유효인산은 195mg kg⁻¹, CEC는 13.4 cmol⁺ kg⁻¹, 치환성 양이온은 Ca, Mg, K, Na가 각각 3.7, 1.7, 0.46, 0.24 cmol⁺ kg⁻¹이었다(Table 1).

시비량은 고구마 표준시비법(RDA, 2002)에 준하여 퇴비 1,000 kg 10⁻¹, N-P₂O₅-K₂O = 5.5-6.3-15.6 kg 10⁻¹을 전량 기 비로 시용한 후, 로터리 경운을 실시하였다. 비닐은 배색필름 으로 피복하였으며 재식밀도는 휴간거리를 70 cm, 주간거리는 20 cm로 하여 시험구당 40주씩 삽식하였고, 시험구 배치는 분 할구집구배치법 3반복으로 하였다. 고구마의 본밭 삽식시기는 4월 23일, 5월 21일, 6월 5일, 6월 15일, 6월 25일, 7월 5일, 7월 15일, 7월 25일 총 8시기로 하였고 4월부터 6월 삽식구 의 수확은 삽식 후 120일에 하였으며, 7월 삽식구는 10월 30 일에 하였다. 토양물리화학성은 농촌진흥청 토양분석방법에 준 하여 분석하였으며(NIAST, 2000) 기상환경은 시험 포장 내 기상측정 장비를 이용하여 최고?최저?평균기온, 일조시수, 일 조량, 강수량 등을 조사하였다. 생육도일(GDD, Growing Degree Days)은 Villordon et al. (2009)의 방법에 따라 천정 온도(Ceiling temperature)은 32.2°C, 기본온도(Base temperature) 는 15.5°C를 기준으로 하여 최고온도가 천정온도보다 높을 경 우 최고온도는 천정온도로 하고, 최저온도가 0°C인 경우 GDD 는 0으로 하여 재배기간별로 적산하여 구하였다.

생육 및 수량성 조사

지상부 생육은 주경의 길이, 직경, 마디수와 분지수를 삽식 후 90일에 반복별로 5주씩 조사하였다. 주경의 길이는 최초 삽식하였던 원줄기의 길이를 측정하였으며, 직경은 지제부와 가까운 주경의 2/3지점을 Digital caliper(Absolute digimatic caliper, Mitutoyo Co., Japan)를 이용하여 측정하였고, 분지수 는 주경을 제외한 줄기의 수를 측정하였다. 지상부 무게는 괴 근 수확 직전에 지상부를 수확하여 생체중을 측정한 후 10 a 당 kg으로 환산하였다. 상저수량은 50 g 이상인 괴근의 무게 를 10 a당 kg으로 환산하였으며, 괴근 무게별 수량은 괴근을 250 g 이상, 250 ~ 150 g, 150 ~ 80 g, 80 ~ 50 g으로 구분하여 괴근의 무게를 측정한 후 10a당 kg으로 환산하였다.

고구마 경도 측정

생고구마의 경도 측정은 Texture analyser(TA-XT plus, UK)를 이용하였다. 시료는 괴근의 가운데 부위에서 가로, 세 로, 높이가 각각 1 cm가 되도록 잘라 채취한 후 중심 부위를 직경이 2 mm인 프로브를 이용하여 Strain 60%, pre-test speed 3 mm sec⁻¹, test speed 1 mm sec⁻¹로 측정하였다.

당도, 건물률 측정

찐고구마 당도는 찐고구마 20 g에 80 ml의 물을 넣고 분쇄 하여 5배 희석한 후 상온에서 굴절당도계(RA-250/KEM, MTH 56908, Japan)를 이용하여 측정한 후 희석배수를 곱하여 주었 다. 건물률은 생고구마를 잘게 자른 후 100 g을 칭량하고 80°C에서 예비 건조 한 다음 105°C에서 6시간 열풍 건조한 후 건물무게를 칭량하여 구하였다.

전분 분리, 전분 함량 및 아밀로오스 함량 측정

고구마 시료의 전분 함량 및 전분의 페이스트 점도 특성을 분석하기 위하여 알칼리침지법(Shin & Ahn, 1983)으로 전분 을 분리하였다. 고구마 전분 함량은 고구마 생체 100 g 당 건조 전분 무게를 측정한 후 건물률에 대한 백분율로 나타내 었다. 고구마 전분의 아밀로오스 함량은 Williams et al. (1970)의 방법에 따라 측정하였으며 표준곡선은 감자 아밀로 오스(Sigma Aldrich St Louis MO, USA)와 아밀로펙틴 (Sigma Aldrich St Louis MO, USA)을 이용하여 구하였다.

전분 페이스트 점도 및 pasting 온도 측정

고구마 전분의 페이스트 특성은 신속점도측정기(RVA Techmaster, NEWPORT Scientific, Warriewood, NSW, Australia) 를 이용하여 측정하였다. 고구마 전분(14% 수분함량기준) 2.5 g과 증류수 25 ml를 RVA용 canister에 담아 50°C에서 1분간 빠른 속도로 교반한 다음, 분당 7.3°C씩 올리면서 95°C 까지 가열하고 이 상태에서 6분간 유지시킨 후, 다시 분당 5°C씩 내리면서 50°C로 냉각시켜 10분간 유지하도록 하였다.

색도 측정

고구마 괴근 껍질과 괴근 내부의 색도는 Spectrophotometer( CM-3500d, Minolta, Japan)를 이용하여 3회 반복 측정 하였고 Hunter의 L, a, b 값으로 나타내었다.

통계분석

통계분석은 SAS (Statistical Analysis System, Ver. 9.2)를 이용하여 분산분석(analysis of variance)을 하였으며, P < 0.05 수준에서 Duncan의 다중범위 검정으로 처리간의 유의성 을 검정하였다.

결과 및 고찰

기상환경

Villordon et al. (2009)은 GDD (Growing Degree Days) 를 이용한 고구마의 최적 수확시기 예측 모델은 고구마의 생 산량을 예측할 수 있는 유용한 방법이라고 하였다. 본 연구에 서 삽식시기별 재배기간의 GDD와 일사량은 삽식시기별 상저 수량과 유사한 경향이었다(Table 2, Table 4). 삽식시기별 재배 기간의 GDD는 4월 23일 삽식시 1,315°C이었으며, 5월 21일 과 6월 5일 삽식시 각각 1,462°C, 1,463°C로 비슷하였고 이 후 삽식시기가 늦을수록 감소하여 7월 25일에 1,050°C로 가 장 낮았다(Table 2). 일사량은 4월 23일과 5월 21일 삽식시 각각 2,113 MJ m^-2, 1942 MJ m^-2로 많았고 이후 삽식시기 가 늦을수록 감소하여 7월 25일 삽식시 1,424 MJ m^-2로 적 었다. Jeong (2003)은 고구마는 재배기간에 토양이 과도하게 건조되지 않는 한 일조시수가 많은 것이 좋다고 하였는데, 본 연구에서 삽식시기별 재배기간의 일조시수와 상저수량 간에는 뚜렷한 경향은 없었다. Villordon et al. (2010s)은 고구마에서 삽식 후 바람의 세기와 15°C 이하의 기온은 삽식 초기의 뿌 리 활착에 영향을 준다고 하였는데 추후 이에 대한 연구도 필 요할 것으로 생각된다.

고구마 삽식시기별 지상부 생육

주경의 길이는 율미, 신건미, 다호미 품종 모두 4월 23일 삽식시 가장 짧았으며, 이후 삽식시기가 늦을수록 증가하여 6 월 15일, 6월 25일 삽식시 가장 길었다(Table 3). 주경의 직 경은 삽식시기가 늦을수록 두꺼운 경향이었다. 주경의 마디수 는 6월 삽식시 많았고 7월, 5월, 4월 삽식 순으로 적은 경향 이었으며 주경의 길이(0.718**)와 고도로 유의한 양의 상관관 계를 나타내었다(Table 5). 삽식시기에 따른 지상부 무게는 4 월 23일 삽식시 가장 많았고, 삽식시기가 늦을수록 감소하는 경향이었으며 분지수(0.472**)와 양의 상관관계를 나타내었다.

고구마 삽식시기별 괴근 수량

주당상저수는 세 품종 모두 7월 5일 삽식시 많았으며 상저 평균중은 율미, 신건미는 6월 5일 삽식시, 다호미는 5월 삽식 시 가장 무거웠으며 이후 삽식시기가 늦어질수록 감소하는 경 향이었다(Table 4). 세 품종 모두 삽식시기에 따라 상저평균중 에 유의적인 차이가 있었으며, 율미에서 삽식시기에 따른 상 저평균중 차이가 가장 컸다. 상저수량은 세 품종 모두 5월 21 일 삽식시 가장 많았고, 삽식시기가 늦어짐에 따라 감소하는 경향이었다. 삽식시기에 따라 250 g 이상, 250 ~ 150 g 괴근의 수량은 삽식시기가 빠를수록 많은 경향이었고, 150 ~ 80 g인 괴 근의 수량은 율미와 신건미의 경우 삽식시기별로 유의한 차이 가 없었으며, 80 ~ 50 g인 괴근의 수량은 삽식시기가 늦을수록 다소 증가하는 경향이었다. 상저수량은 주경의 길이(0.383**), 분지수(0.564**), 지상부 무게(0.422**), 주당상저수(0.671**), 상저평균중(0.563**)과 양의 상관관계를, 주경의 직경(−0.631**) 과는 음의 상관관계를 나타내었다(Table 5). 또한 지상부 무게 는 상저평균중(0.463**), 상저수량(0.422**)과 양의 상관관계 를, 분지수는 주당상저수(0.561**), 상저수량(0.564**)과 양의 상관관계를 보였는데, 이는 지상부 무게가 괴근무게 및 괴근 수와 높은 양의 상관관계가 있어서 지상부 무게는 괴근 수량 을 예측할 수 있는 지표라고 한 Lin et al. (2007)의 보고와 유사하였다.

고구마 삽식시기별 괴근 특성

생고구마의 경도는 율미와 신건미의 경우 5월 삽식시 높았 고 삽식시기가 늦을수록 감소하는 경향으로 삽식시기에 따라 생고구마 경도에 유의한 차이가 있었으나, 다호미는 삽식시기 에 따른 생고구마 경도에 차이가 없었다(Table 6). 당도는 삽 식시기에 따라 유의한 차이를 보였으며, 6월 중순 삽식 이후 삽식시기가 늦을수록 감소하는 경향이었다. Han et al. (2012)은 전남 무안 등 5개 지역에서 고구마 품종을 재배한 결과 지역별로 건물률, 전분가, 당도에 유의한 차이가 있다고 하였는데, 괴근의 품질이 재배지역, 삽식시기 등 재배환경에 의 해 영향을 받는 것으로 고려되었다. 품종별 삽식시기에 따른 전 분함량은 율미, 신건미, 다호미가 각각 43.5 ~ 57.1%, 43.9 ~ 68.3%, 35.7 ~ 53.6% 이었으며 율미는 삽식시기에 따른 전분함 량에 차이가 없었다. 본 연구에서 아밀로오스 함량은 세 품종 모두 삽식시기에 따라 유의한 차이가 있었으며(Table 6) 아밀 로오스 함량과 호화개시온도는 양의 상관관계가 있었는데(Table 8), 이는 Madamba et al. (1975), Franco et al. (1988)과 Noda et al. (2004)의 결과와 일치하였다. Noda et al. (2004)은 아밀로오스 함량은 전분의 페이스트 점도 특성에 영 향을 미치는 주요 요인이며, 아밀로오스 함량이 낮은 전분의 경우 높은 최고점도(peak viscosity)와 강하점도(breakdown)를 나타낸다고 하였다. Noda et al. (1997)은 Ayamurasaki 품종 의 경우 삽식시기가 늦을수록 괴근평균무게와 전분입자의 크 기가 감소하였으나 삽식시기에 따른 괴근평균무게, 전분함량, 전분입자의 크기, 아밀로오스 함량에는 유의성이 없었다고 하 여 본 결과와 일부 차이가 있었다. 세 품종 모두 삽식시기가 늦을수록 최고점도(peak viscosity)가 높은 경향이었는데(Table 7) 이는 삽식 및 수확시기가 늦을수록 최고점도가 높았다고 한 Noda et al. (1997)의 결과와 유사하였다. 강하점도 (breakdown)는 호화 중 열, 전단에 대한 저항성을 나타내는 척도로서 율미, 신건미, 다호미가 각각 198.3 ~ 250.1, 189.8 ~ 250.2, 185.9 ~ 282.3 RVU 이었다. 강하점도는 치반점 도(setback)와 양의 상관관계를 나타내었는데, 이는 Juliano (1985)가 쌀 전분에 대해 보고한 결과와 유사하였다. 치반점도 는 50°C 냉각점도와 가열시의 점도 차이를 보여주므로 노화경 향을 예측할 수 있다(Baek and Shin, 1995; Choi et al., 2000). 본 결과에서 품종별 치반점도는 율미, 신건미, 다호미 가 각각 삽식시기별로 66.1 ~ 79.8, 56.2 ~ 73.0, 60.5 ~ 81.0 RVU의 범위를 보였고 율미, 다호미, 신건미 순으로 낮은 값 을 나타내어 신건미, 다호미, 율미 순으로 노화가 늦을 것으로 사료되었다. 치반점도는 세 품종 모두 삽식 시기에 따른 유의 한 차이가 없었으나 품종에 따른 유의한 차이가 인정되어 전 분의 노화 정도는 삽식시기 등 재배적인 요인보다는 품종 특 성에 더 영향을 받는 것으로 고려되었다. 노화 경향이 낮은 전분은 호화된 케이크(gelatinized cakes)에 적합하고, 노화 경 향이 높은 전분은 국수 가공에 적합하기 때문에(Katayama et al., 1999), 국수 등 고구마 전분을 이용한 가공은 치반점도를 고려한 품종 선택이 중요할 것으로 보인다. Park et al. (1999) 은 강하점도가 작고, 최종점도(final viscosity)가 높은 품종은 열 과 전단력(shear force)에 대한 저항성이 커서 점증제로서의 사 용이 바람직하다고 하였는데 세 품종 중에는 다호미가 적합하 였다. 전분의 호화개시온도(pasting temperature)는 전분입자의 구조가 얼마나 치밀한지를 나타내는 척도로서 삽식시기에 따 른 율미, 신건미, 다호미의 호화개시온도는 각각 67.1 ~ 73.3, 66.7 ~ 73.4, 70.4 ~ 75.5°C이었고, 삽식시기가 늦을수록 낮아지 는 경향을 보였다. 이는 Noda et al. (1997)이 Ayamurasaki 와 Kyushu No. 120 품종을 5월 20일, 6월 10일, 7월 4일에 삽식하여 재배한 후 전분의 호화특성을 분석한 결과 삽식이 늦을수록 각각 75.2°C에서 71.1°C로, 73.8°C에서 66.1°C로 낮 아졌다고 보고한 결과와 유사하였다. Park et al. (1999)은 강 하점도와 치반점도가 낮은 경우 가열에 의한 전분입자의 팽윤 및 입자로부터 전분 분자의 분산(dissociations)이 비교적 잘 일어나지 않는다고 하였는데 이러한 점도의 변화를 이용하여 전분의 안정성(stability ratio = through viscosity/peak viscosity) 을 구하였다. 본 결과에서 전분의 안정성은 다호미가 0.36으 로 두 품종에 비해 약간 높았으나 품종간 큰 차이는 없었다. 생고구마 경도(0.340**)와 건물률(0.431**)은 전분함량과 높은 양의 상관관계였으며, 호화개시온도는 당도(0.354**), 건물률 (0.234*), 아밀로오스 함량(0.283*)과 양의 상관, 강하점도(− 0.533**)와는 음의 상관관계를 나타내었다. 율미는 삽식시기에 따라 최고점도, 최저점도, 강하점도, 최종점도, 호화개시온도에 유의한 차이가 있었으며, 신건미는 최종점도와 호화개시온도, 다호미는 최저점도, 강하점도, 호화개시온도에 유의한 차이가 있었다. Noda et al. (2004)는 감자의 경우 수확시기에 따라 전분 호화 특성이 달라졌으며, 수확시기 차이에 의해 전분입 자 크기, 인(phosphorus) 함량, 최고점도, 강하점도가 다른 호 화 특성보다 더 쉽게 달라진다고 하였다. 세 품종간 전분 페 이스트의 점토 특성 차이는 강하점도, 최종점도, 치반점도, 호 화개시온도에서 유의성이 인정되었다. 삽식시기에 따른 괴근 표피의 색도 a값(적색도)은 율미, 신건미, 다호미가 각각 18.7 ~ 23.8, 17.6 ~ 24.2, 17.9 ~ 22.3 이었고 품종별로 삽식시 기에 따라 유의한 차이가 있었다(Table 9).

적 요

고구마 품종별 삽식 및 수확시기에 따른 생육, 괴근 수량 및 괴근 특성을 조사한 결과는 다음과 같다.