서 론

고구마(Ipomoea batatas)는 기원전 3,000년경 멕시코 에서 처음 재배되었으며(Woolfe et al., 1992), 1763년 일본의 대마도에서 우리나라로 도입되어 재배가 시작된 것으로 알려 져 있다(Yeom et al., 2006). 고구마는 환경적응성이 뛰어나 다양한 지역에서 재배가 가능하고 단위면적당 생산량이 높고 수분을 제거한 대부분이 전분으로 쌀, 보리 등의 곡류와 함께 주요 식량자원으로 이용되어 왔다(Park et al., 2006; Jung et al., 1998; Kim et al., 1995).

고구마는 천연 β-carotene과 비타민, 무기성분 및 식이섬유의 공급원으로서 비타민 A의 항암작용, 비타민 E의 항산화작용, 식이섬유와 얄라핀의 변비해소, 칼슘의 출혈방지 등 그 영양성 과 기능성이 확인되면서 기호식품 및 건강식품의 원료로 이용 되고 있다(Park et al., 2006; Kwon, 2010)

한편 고구마는 수분함량이 많고 추위에 약하며 저장 중 호 흡열이나 탄산가스 발생량이 많아 저장, 수송 등에 어려움이 있으며 이로 인해 생산 후 짧은 시간내에 가공용 또는 생식용 으로 소비되어야 하는 문제점이 있다(Lee et al., 1999).

고구마는 오래전부터 전분을 이용하여 당면을 만들었으며 이 밖에도 양조, 물엿, 냉면, 식초, 조청 등에 이용하였고, 증숙 고 구마는 베이커리제품, 앙금, 양갱 등으로 유색고구마 는 분말 로 떡, 한과 등에도 사용되면서 용도가 다양해지는 추세다. (Shin & Ahn, 1988; Zhang & Oates 1999; Walter et al., 2000).

고구마 가공 산업의 활성화를 위해서는 가공제품 생산을 위 한 원료가 연중 공급 되어야 한다. 이를 위해서는 안정적인 저장 기술이 반드시 필요하며, 품종별로 저장조건 및 기간에 따라 품질 및 가공적성이 달라질 수 있기 때문에 고구마 품종 별 저장 중 품질 변화 및 가공적성 등에 관한 연구가 필요하 다. 국외에서는 고구마 품종 및 저장 기간에 따른 폴리페놀, 안토시아닌, 카로티노이드의 함량 변화에 관한 연구가 수행되 었다. 특히 자색고구마 품종은 저장기간 8개월 동안 안토시안 함량 감소와 함게 총 폴리페놀 함량도 감소하는 경향을 보였 으며, 카로티노이드가 높은 품종은 저장기간 8개월동안 카로 티노이드 함량이 25~50% 증가하였다고 보고하였다(Mary et al., 2014). 국내에서는 국내 육성 고구마 품종의 전분 및 호화특성 연구가 수행되었으며 국내 육성된 고구마 11품종 의 아밀로스 함량은 12.5-17.4%의 범위를 보였으며, 아밀로 펙틴 가지 사슬 분포는 시료 간에 유사하였다. 증미 전분의 아밀로펙틴 분자량이 가장 컸으며 대유미 전분은 가장 낮은 값을 보였다. 11품종 고구마 전분 중 신율미와 증미의 호화 온도가 높았고, 해피미는 낮았다. 호화시간은 전분 입자의 크기, 최고점도, 강하점도와 음의 상관을 나타내었으며, 해 피미가 가장 낮은 호화 온도와 치반점도를 보였고 강하점도 와 최고점도 및 최종점도가 높았다고 보고하였다(Beak et al, 2014). 또 재배지역에 따른 고구마 품종별 전분 특성으 로 무안, 익산, 논산, 보령 함양 등 5지역에서 조사한 결과 전분 함량은 29.4-59.20%, 아밀로스 함량은 22.3-30.9%의 범위를 보였고 전분 함량은 무안지역이, 아밀로스 함량은 익 산지역에서 높았다. 호화개시온도는 무안지역이 높고 함양 지역이 낮았으며 최고, 최저, 최종점도, breakdown, setback 은 함양지역이 높고 무안지역이 낮았다고 보고되었다(Han et al., 2014).

이처럼 고구마를 대상으로 성분변화 및 전분 특성에 관하여 연구가 진행되어 왔으나 국내에서 육성된 품종의 저장기간에 따른 성분 변화 및 전분 특성 연구는 미흡한 실정이다. 따라 서 본 연구에서는 국내에서 육성한 고구마 품종별 저장기간에 따른 품질특성 및 화학성분 변화를 분석하여 고구마 가공 연 구에 기초자료로 활용하고자 하였다.

재료 및 방법

시험재료

본 실험에 이용한 고구마는 농촌진흥청에서 육성한 품종으 로 분질고구마 ‘신율미’, ‘신천미’, ‘대유미’, 중간질고구마 ‘건 황미’, ‘다호미’, ‘풍원미’, 점질고구마 ‘주황미’, ‘신황미’, ‘신 자미’, ‘연자미’ 등 10품종을 사용하였다. 시험 재료는 농촌진 흥청 국립식량과학원 바이오에너지작물연구소 시험포장에서 재배하였다. 고구마는 2016년 10월에 수확하여 온도와 습도를 조절 할 수 있는 고구마 저장고에서 저장을 실시 하였으며 저 장 온도 12±1°C, 습도 90±1%, 저장기간은 0, 2, 4, 6 개월 로 하였다.

수분 함량 측정

수분 함량은 생고구마 시료 1 g을 취하여 수분측정기(FD- 720, Kett engineering, Tokyo, Japan)를 이용하여 3회 반복 측정하였다.

색도 측정

색도는 고구마를 절단하여 절단면을 색차계(CM-508d, Minolta, Tokyo, Japan)를 사용하여 명도를 나타내는 L값 (lightness), 적색도의 정도를 나타내는 a값 (redness), 황색도의 정도를 나타내는 b값(yellowness)을 각각 3회 반복 측정하였다.

총 폴리페놀 함량 분석

고구마 10품종을 잘게 잘라 동결건조기(FD-5518, Ilshin Lab Co., Seoul, Korea)로 건조한 다음, 믹서기를 이용해 마쇄하여 분말화하였다. 품종별 고구마분말 1 g을 80% 메 탄올 25 mL에 침지시켜 24시간 동안 상온에서 shaking 추 출하고 여과하여 각 시료의 여과액을 조제하였다. 총 폴리 페놀 함량은 Folin & Ciocalteu’s 방법을 이용하여 정량하 였다(Singleton & Rossi. 1965). 증류수 0.9 mL에 각 추 출물 0.1 mL를 넣고, 2 N Folin & Ciocalteu phenol 시 약(0.5 mL)을 첨가하였다. 이후, 20% Na₂CO₃용액(2.5 mL) 을 가한 다음, 3000 rpm에서 10분간 원심분리하여 25°C에 서 20분간 방치하였다. 분리된 상층액을 분광광도계(Libra S22; Biochrom, Cambridge, England)를 이용하여 735 nm에서 흡광도를 측정하였다. 시료의 총 폴리페놀 함량은 gallic acid를 표준물질로 사용하여 작성된 검량선으로 정량 하여 상당량으로 제시하였다.

전분, 아밀로오스, 회분 함량 분석

고구마 전분의 분리 및 함량은 알카리 침지법으로 분석하였 다(Shin & Ahn, 1983). 고구마를 씻어 껍질을 벗기고 자른 후 100 g을 취하여 0.1% NaOH 용액 300 mL을 가하여 3 분간 마쇄하고 100 mesh와 270 mesh에 차례로 통과시켰다. 실온에 정치하여 상층액은 버리고 얻어진 침전물에 0.1% NaOH 용액을 가하는 과정을 4회 반복한 후 증류수로 2회 세 척 하였다. 세척된 침전물에 0.1 N HCl을 사용하여 pH 6.5- 7로 중화한 후, 40°C에서 20시간 건조시켜 무게를 측정하였 다. 고구마 전분 함량은 고구마 생체 100 g 당 건조 전분 무 게를 측정하여 건물률에 대한 백분율로 나타내었다. 고구마 전 분의 아밀로스 함량은 다음과 같은 방법으로 측정하였다. 고 구마 전분 20 mg을 담은 100 mL 플라스크에 0.5 N KOH 10 mL를 가하여 시료를 잘 분산시킨 다음 증류수를 가하여 100 mL로 희석하였다. 이 용액에서 10 mL를 취하여 0.1 N HCl로 중화시키고 0.2% 요오드액으로 반응시켜 680 nm에서 흡광도를 측정하였다. 아밀로스 함량은 측정된 흡광도 값으로 부터 아밀로스(Sigma Aldrich St Louis MO, USA)와 아밀로 펙틴(Sigma Aldrich St Louis MO, USA)으로 얻은 표준곡선 을 이용하여 구하였다(Williams et al., 1970). 회분 분석은 식 품공전의 회분 시험법에 준하여 행하였다(Korean Food and Drug Administration 2013). 도가니에 고구마 전분 1 g을 넣 고 약 2시간 예비탄화 시킨 후, 575°C 회화로에서 백색 또는 회백색 회분이 얻어질 때까지 계속하여 가열하였다. 회화가 끝 난 후 그대로 식혀 온도가 약 150°C로 되었을 때 데시케이터 에 옮겨 식히고, 실온으로 되면 곧 무게를 측정하여 회분량을 산출하였다.

전분의 호화특성 분석

전분의 호화 특성은 2015년, 2016년에 각각 수확하여 4개 월간 저장한 고구마를 신속점도측정기(RVA Tecmaster, NEWPORT Scienific, Warriewood, NSW, Australia)로 sweet potato 분석 program을 이용하여 다음과 같이 측정하였다. 즉, 알루미늄 용기에 알칼리 추출법으로 추출한 고구마 전분 2.5 g과 증류수 25 mL를 가한 다음 플라스틱 회전축을 이용하여 완전하게 교반시켜 시료액을 제조하였다. 50°C에서 1분간 빠 른 속도로 교반한 다음, 분당 7.3°C씩 올리면서 95°C까지 가 열하고 이 상태에서 6분간 유지시킨 후, 다시 분당 5°C씩 내 리면서 50°C로 냉각시켜 10분간 유지하면서 호화개시온도 (pasting temperature), 최고점도(peak viscosity), 최저점도 (trough viscosity), 최종점도(final viscosity), 강하점도 (breakdown viscosity) 및 치반점도(setback viscosity)을 구하 였다. 모든 결과는 RVA 단위(RVU)로 표시하였다.Table 1

결과 및 고찰

수분 함량

일반적으로 고구마의 수분함량은 저장온도, 습도 등의 영향 을 받으며 저장기간이 증가와 함께 감소하는 것으로 알려져 있다(Picha et al., 1986; Ree et al., 2003; Song et al., 2011). Song et al(2011)은 큐어링 처리를 하지 않은 고구마 의 경우 저장 1개월 후 수분이 15.6% 손실되며, 6개월 후에 는 50.5% 까지 수분이 손실되는것으로 보고하였으며, Ree et al(2003)은 2주간 30종의 고구마를 저장하였을 때 10~25% 수 분 손실을 보고하였다. 본 연구에서 고구마 10품종의 수분 함 량은 저장 시작시 평균 70.8%에서 저장 6개월 후 65.3%으로 감소하여 6개월 동안 7.7%만이 감소하여 선행연구와 수분 감 소율의 차이를 보였다. 이러한 수분감소율의 차이는 본 연구 의 경우 온도 12°C, 습도 90%조건에 저장한 반면, Song et al(2011)은 온도 12~13°C, 습도 40~60% 조건에서 저장함으로 써 수분함량의 차이가 발생한 것으로 판단된다. 본 연구에 서 점도에 따른 고구마의 평균 수분함량은 분질고구마(신율 미, 신천미, 대유미) 63.7%, 중간질고구마(건황미, 다호미, 풍원미) 70.4%, 점질고구마(주황미, 신황미, 연자미, 신자미) 71.1%로 분질고구마에 비해 중간질 및 점질고구마의 수분 함량이 높았다.

색도

고구마 과육의 색도는 품종별로 저장기간에 따라 증감을 보였다(Table 2). 적색도(a)는 신율미, 신황미, 신자미에서 저장기간 동안 증가하였으며, 황색도(b)는 연자미에서만 수 치 증가(+0.8)가 확인되었다. 명도(L)는 신황미에서 저장초 기 72.9에서 저장 6개월 후 46.8로 감소하였으며, 신율미는 85.8에서 84.5로, 대유미는 85.8에서 85.0으로 감소한 반면, 3종을 제외한 7품종은 0.2~10.8 범위의 명도 증가를 보였다. 저장기간 동안 명도가 가장 높아진 품종은 연자미(+10.8)였 고, 가장 많이 낮아진 품종은 신황미(-26.0)였다. Sun et al. (2011)은 L값의 변화는 세척 절단된 고구마의 갈변 정도를 나타내는데, L값은 모두 온도에 상관없이 저장기간에 따라 유의적으로 증가되는 경향을 보였는데, 이와 같은 결과는 효 소의 활성이 저장기간에 따라 증가하는 것과 관계가 있는 것으로 판단된다고 하였다. 또 세척 절단된 고구마를 10°C 에 저장하였을 때 L값이 크게 감소하였다고 보고하였고(Sun et al., 2011), 또한 5°C의 다양한 침지액에 보관한 박피 고구마의 경우 저장기간 동안 L값의 감소가 확인되었다 (Park et al., 2007). 본 연구에서는 3품종의 고구마만 명도 감소가 발생하였는데, 고구마는 절단이나 박피를 할 경우 갈 변이 되는데, 본 연구의 경우 절단이나 박피를 하지 않고 저장하였기 때문으로 판단된다.

총 폴리페놀 함량

저장기간에 따른 품종별 총 폴리페놀 함량(mg/100g dw)은 분 질고구마(신율미, 신천미, 대유미)는 저장 초기 281.3~372.5mg (평균 335.1 mg)범위에서 저장 6개월 후 116.6~162.9 mg(평균 139.7 mg)범위로 58.31%가 감소하였다. 중간질고구마(건황미, 다호미, 풍원미)도 저장 초기 평균 348.3 mg(292.5~419.2 mg) 에서 6개월 후 평균 213.4 mg(175.4~251.5 mg)로 38.71%가 감소하였다. 점질고구마(주황미, 신황미, 연자미, 신자미)는 저 장 후 301.3~3418.3 mg(평균 1641.4 mg)범위에서 6개월 후 320.7~1784.3 mg(평균 873.2 mg)범위로 46.80%가 감소하여 분질고구마의 폴리페놀 감소가 가장 큰 것으로 확인되었다. 저 장기간 동안 총 폴리페놀 함량은 다호미와 신자미는 저장 4개 월까지 증가하였으며, 풍원미는 저장 4개월까지 함량의 변화 가 없었다. 이 3 품종을 제외한 나머지는 저장기간 동안 폴리 페놀 함량이 감소하는 경향을 보였다. Koji et al(2007)은 고 구마를 37일 동안 저장한 후 폴리페놀 함량 증가를 보고하였 으며 Padda & Picha(2008)은 고구마를 큐어링 처리하지 않고 저온처리 후 4주간 저장하였을 때 폴리페놀 함량증가를 보고 하였다. 본 연구에서는 저장기간에 따른 폴리페놀의 증감이 확 인되었고 저장 6개월 후 모든 품종에서 폴리페놀의 감소가 확 인되었다. 이와 같은 폴리페놀의 함량변화의 차이는 선행연구 의 경우 1~2개월의 짧은 저장기간 동안 함량 변화를 확인하 였으나 본 연구에서는 장기(6개월) 저장의 영향을 확인함에 의 한 차이라 판단된다.

전분, 아밀로오스, 회분 함량

고구마의 전분 함량이 저장기간 동안 감소하는 것으로 알 려져 있다(Zhang et al., 2002). 본 연구에서도 저장기간 동안 모든 품종에서 전분 함량이 감소하는 하였다. 점도에 따른 고구마의 전분함량을 비교해보면, 분질고구마(신율미, 신천미, 대유미)는 저장 초기 19.5~21.2%(평균 20.4%)범위 에서 저장 6개월 후 7.8~13.4%(평균10.6%)범위로 감소하였 다. 중간질고구마(건황미, 다호미, 풍원미)는 13.1~14.9%(평 균14.0%) 범위에서 저장 6개월 경과 후 4.7~6.4%(5.5%)까 지 감소하였다. 점질고구마(주황미, 신황미, 연자미, 신자미) 는 9.1~14.1%(11.6%)범위에서 5.1~11.4%(8.4%)로 감소하 여 분질고구마는 9.8%, 중간질고구마는 8.5%, 점질고구마는 3.2%의 전분이 저장기간 동안 감소하여 분질고구마의 전분 감소가 가장 높았다(Table 2).

고구마 품종별 아밀로오스 함량을 보면, 분질고구마 내에서 도 신율미는 증가, 신천미와 대유미는 감소하였고, 중간질고구 마의 경우 건황미는 증가, 다호미와 풍원미는 감소하였다. 또 한 점질고구마의 경우 모든 품종(주황미, 신황미, 연자미, 신 자미)에서 아밀로오스의 함량증가가 나타나 품종에 따른 아밀 로오스 함량변화의 차이가 확인되었다(Table. 2)

회분 함량은 모든 품종에서 1.1~1.7% 범위로 품종, 저장 기간, 점도별 분류에 따라 차이가 없는 것으로 나타났다 (Table 2).

전분호화 특성

저장기간에 따른 품종별 호화 개시온도, 최고, 최저, 최종점 도 및 강하점도, 치반점도 등의 전분 호화특성을 분석한 결과 Table 3과 같다. 저장기간 동안 분질고구마(신율미, 신천미, 대 유미)의 평균 호화온도는 78.4°C(77.5~79.1°C)였고, 중간질고 구마는(건황미, 다호미, 풍원미)는 75.3°C(69.4~78.8°C), 점질고 구마(주황미, 신황미, 연자미, 신자미)는 74.2°C(71.4~77.2°C)로 나타났다. 호화개시온도는 전분 입자 구조의 치밀한 정도에 따 라 차이를 보여 분질고구마가 점질고구마가 높게 나타나는 특 징을 지닌다(Oh & Hong, 2008). 본 연구에서도 분질고구마 의 호화개시온도가 가장 높았고, 중간질, 점질고구마 순의 나 타나 동일한 경향을 보였다.

이전 연구결과에서 최고점도(peak viscosity)와 강하점도 (Breakdown)가 양의 상관관계를 나타냈으며 최고점도가 높은 전분은 강하점도가 높으며 약한 젤을 형성한다고 하였다(Beak et al, 2014). 본 연구결과에서도 저장기간에 따른 최고점도와 강하점도가 양의 상관관계를 나타냈고, 최고점도와 강하점도 가 가장 높은 품종은 풍원미로 나타나 가장 약한 젤을 형성할 것으로 판단된다.

저장기간 동안 강하점도는 분질고구마(신율미, 신천미, 대유 미)에서 평균 157.2 RVU(146.6~160.5 RVU), 중간질고구마 (건황미, 다호미, 풍원미는) 평균 162.0 RVU(129.1~207.9 RVU), 점질고구마(주황미, 신황미, 신자미, 연자미)는 168.0 RVU(151.6~183.0 RVU)로 나타났다. 강하점도는 최고점도와 최저점도 차이로서 아밀로오스 함량과 반비례관계로, 가공 중 의 열과 전단력에 대한 저항성과 높은 상관성을 보인다(Lee et al., 2009). 본 연구에서는 분질고구마의 신천미, 대유미와 중간질고구마의 다호미와 풍원미가 저장기간 동안 아밀로오스 함량과 강하점도 간의 반비례관계가 확인되었으며 점질고구마 의 경우 저장기간이 증가할수록 강하점도가 증가하였는데 아 밀로오스 함량도 증가하여 차이를 보였다.

전분의 노화 경향을 반영하는 치반점도(Setback viscosity)는 값이 클수록 노화가 빠르게 진행되는 것을 의미한다(Chun et al., 2005). 대체적으로 모든 품종에서 저장기간에 따라 치반점 도가 증가하였다. 저장기간 동안 연자미가 평균 48.8 RVU로 낮은 치반점도를 보였으며, 주황미는 평균 64.7 RVU로 가장 높은 값을 나타냈다.Fig. 1Fig. 2

적 요

본 연구에서는 고구마 가공 산업 활성화를 위해 고구마 품 종별 저장기간에 따른 품질특성 및 화학성분 변화를 분석하 여, 고구마 가공 연구에 기초자료로 활용하고자 하였다.