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ISSN : 1225-8504(Print)
ISSN : 2287-8165(Online)
Journal of the Korean Society of International Agricultue Vol.29 No.2 pp.141-149
DOI : https://doi.org/10.12719/KSIA.2017.29.2.141

Characteristics of Korean Rice Grains Treated with Different Storage Periods and Temperatures

Woon-Chul Shin
, Ki-Young Kim*, Young-Jun Mo, Jeong-Kwon Nam, Jeong-Ju Kim, Hyun-Su Park, Man-Kee Baek, Young-Chan Cho, Bo-Kyeong Kim
National Institute of Crop Science, RDA, Wanju, 55365, Korea
*Research Policy Bureau, RDA, Jeonju, 54875, Korea
Corresponding author : +82-63-238-5215biocheman@korea.kr
July 11, 2017 April 28, 2017 June 20, 2017

Abstract

During the harvest season, drying and storage facilities at Rice Processing Complexes (RPCs) are not enough to manage all the harvested rice, which causes quality deterioration and decomposition. Also, rice export is being limited due to the high cost of long-term storage for shipping. This study was conducted to investigate the germination rate, fat acidity and lipoxygenase activity of brown rice after storage of 3, 6, 9 and 12 months at 25oC and 35oC with 22 Korean and 2 Japanese varieties. Germination rate of rough rice was decreased to 72% after storage of 9 months at 25°C and decreased to 35 and 33% after 3 and 6 months at 25°C, respectively. Fat acidity was increased according to storage periods and increasing level was higher at 35°C than at 25°C. Lipoxygenase activity was decreased according to storage periods and decreasing level was higher at 35°C than at 25°C. Although the protein content was not significantly different according to the storage period at both 25 and 35°C, significant difference existed among cultivars. Amylose content was increased until 6 months at both 25 and 35°C, but decreased after 9 months. Fat acidity and protein content were negatively correlated with amylose content, while amylose content was positively correlated with lipoxygenase activity after 12 months at 25°C. Germination rate was negatively correlated with fat acidity and protein content, while fat acidity was positively correlated with protein content and negatively correlated with amylose content and lipoxygenase activity after 6 months at 35°C. 24 varieties were classified into 3 groups on the basis of germination rate, fat acidity and lipoxygenase activity after 12 months at 25°C and 6 months at 35°C. Group I including 8 varieties of Koshihikari showed higher germination rate, lower fat acidity than Group II including 11 varieties of Nampyeongbyeo.. Honong and Jinbaek. Hopyeongbyeo and Hopum showed higher germination rate, lower fat acidity at 35°C than 25°C, while Hwanggeumnuri showed higher germination rate, lower fat acidity at 25°C than 35°C.


국내육성 벼 품종의 저장기간 및 저장온도에 따른 미질관련 특성 변화

신 운철
, 김 기영*, 모 영준, 남 정권, 김 정주, 박 현수, 백 만기, 조 영찬, 김 보경
국립식량과학원
*농촌진흥청 연구정책국

초록


    Rural Development Administration
    PJ01025501

    서 언

    쌀은 수확 후 즉시 소비하는 경우도 있으나 대부분 저장이 나 보관하면서 소비하게 되는데, 저장부터 유통까지 노화가 발 생하게 되고 품질이 저하된다(Lee et al., 1991). 쌀의 노화는 쌀의 물리·화학적 특성 변화에 의한 자연적인 현상(Barber, 1972)으로서, 이에 따라 취반, 가공특성, 식미, 영양가, 상품성 등의 품질 관련 요인이 변하게 된다. 우리나라는 미곡종합처리 장의 규모가 작고 시설도 미흡하며 저온 저장시설이 부족하여 수확기 산물벼의 상온 야적 보관이 많은데 품질 저하에 결정 적인 영향을 주는 고온다습한 여름철 기상조건으로 인하여 미 곡의 품질관리가 극히 어려운 실정이다.

    저장 중 쌀 성분의 변화는 주성분 중 특히 지방의 변화가 가장 먼저 일어나고, 다음 전분의 변화와 함께 단백질의 변 화가 진행된다. 또한 Shibuya 등(1974)에 의하면 미곡을 저 장하면 고미취가 나타나는데 이는 미곡 중 소량으로 존재하 는 지질의 주도적 역할에 의해서 발생되며 지질의 가수분해 및 산화반응에서 시작하여 지질산화물과 단백질과의 반응, 지 방과 전분과의 반응 등에 의하여 진행되며 여기에서 발생되 는 고미취의 주성분은 휘발성 carbonyl 화합물인 hexanal 및 pentanal 등의 고급 aldehyde라고 보고하였다(Yasumatsu et al., 1966). 일반적으로 지방산도가 20 KOHmg100 g 이상으 로 높아지면 고미화의 우려가 크다고 알려져 있다(Shibuya et al., 1974). 본 연구는 저장성 향상을 위해 품종육성의 기 초자료를 얻고자 국내에서 육성된 품종을 이용하여 저장온도 및 저장기간에 따른 발아율, 지방산도, 아밀로스 함량, 단백 질 함량 및 lipoxygenase 활성 차이 및 이들 상호간의 관계 를 검토하였다.

    재료 및 방법

    시험재료

    시험재료는 2009년 국립식량과학원 벼맥류부의 시험포장에 서 표준재배법에 의하여 재배된 조생종 1품종(진미), 중생종 1 품종(보석찰), 중만생종 20품종(남평, 동안, 동진찰, 만금, 보람 찬, 새누리, 신동진, 온누리, 진백, 청무, 추청, 평안, 호농, 호 평, 호품, 화신, 황금누리, 일미, 진수미, 칠보)과 일본품종 2품 종(고시히까리, 히토메보레)을 이용하였다. 시험재료는 25°C와 35°C 생육상에서 정조 500g씩을 polyethylene film에 밀봉하 여 12개월간 저장하면서 3개월 단위로 분석에 사용하였다.

    수분함량 및 발아율 조사

    수분함량은 단립분석기(PQ-510,kett)를 이용하여 측정하였으 며 공시된 24품종의 초기 평균 함수량은 12.5±0.6%였고 25°C에서 3, 6, 9, 12개월 저장 후 평균 함수량은 각각 12.5±0.5 12.5±0.4 12.5±0.4 12.3±0.3%였으며, 35°C에서 3, 6, 9, 12개월 저장 후 평균 함수량은 각각 12.3±0.4 12.3±0.3 12.3±0.3 12.6±0.2%였다. 발아율은 25°C 항온항습기(Multi chamber incubator, HK-MCI)를 이용하여 petri dish에 여과지 (Advantec No. 2, 90 mm)를 깔고 건실한 종자 100립을 3반 복으로 치상하여 7일간 배양시켜 조사하였다.

    이화학적 특성

    현미기(SyTH-88, 쌍용)를 이용하여 제현된 현미의 단백질 및 아밀로스 함량은 근적외선 성분 분석계(Infratec 1241 Grain Analyzer, Foss, Sweden)를 이용하여 측정하였다. 지방 산도는 A.O.A.C(1970)의 방법에 준하여 2반복으로 측정하였 다. 40 mesh로 분쇄한 현미 시료를 10g 취하여 50 ml benzen에 30분간 진탕시켜 유리 지방산을 추출한 다음 여과지 (Advantec No.2, 90mm)로 걸러서 여과액만 따로 모았다. 그 후 여과액 15 ml에 동량의 alcohol phenolphthalein 용액을 혼 합하여 0.0178N-KOH 용액으로 표준색이 될 때까지 적정하였 다. 지방산가는 시료(건물) 100 g의 유리 지방산을 중화시키는 데 필요한 KOH의 양(mg)으로 나타내었다.

    Lipoxygenase 활성

    현미를 곡류분쇄기(LM 3100, Japan)를 사용하여 40mesh 로 분쇄 후 얻은 가루 1 g에 0.1M potassium phosphate buffer (pH7.0) 6 ml를 넣고 4°C에서 1시간 정치시켰다. 상 징액을 취하여 원심분리기(MICRO 17R+, Micro High Speed Centrifuge)를 사용하여 15,000×g로 4°C에서 20분 동안 원심분리 시킨 다음 얻은 상등액을 -80°C에서 보관하 면서 실험에 사용하였다.

    Lipoxygenase 활성 측정용 기질로는 10 mM Linoleic acid/0.2M potassium phosphate buffer(pH7.0)를 희석한 용액을 사용하였다. 기질조제를 위하여 70 mg의 linoleic acid를 칭량한 후, 여기에 동량의 Tween20을 가하였다. 초 음파(Power Sonic 410, Elma, DE/X-tra 70H)로 균질화시 키면서 0.2M potassium phosphate buffer(pH7.0) 25 ml를 5회로 나누어 기포가 생기지 않도록 첨가하였다. 균질화된 기질액을 tube에 1㎖씩 취하여 액체질소에 저장하여 냉동 (-18°C~-20°C) 보관하며 실험에 사용하였다. Lipoxygenase 활성 측정은 큐벳에 10mM linoleic acid를 희석한 기질 용액 2.7 ml와 조효소액 0.3 ml를 넣고 반응시켜 생긴 과산 화물을 234nm(UV/Visible spectrophotometer, Ultraspec 4300pro, Amersham Bioscience, UK)에서 흡광도 변화로 측정하였으며, 이때 측정온도는 25°C로 하였다. Blank는 큐 벳에 기질 2.7 ml와 0.1M potassium phosphate buffer (pH7.0) 0.3 ml를 첨가한 것으로 하였다. Lipoxygenase의 활성은 분당 0.001의 흡광도 증가를 1unit로 하였다.

    결 과

    미질 관련 형질의 분산분석

    저장온도 및 저장기간에 따른 미질관련 형질의 분산분석 결과는 Table 1에서 보는 바와 같다. 발아율, 지방산도, 아 밀로스, lipoxygenase 활성 및 취반미의 경도와 부착성은 저장온도 및 저장기간에 따라 차이가 있으며 이들 상호 간 의 작용이 인정되었다. 따라서 저장 시 미질관련 특성의 변 화는 품종, 저장온도, 저장기간의 복합적인 작용에 의해 이 루어짐을 알 수 있다.

    발아율의 변화

    저장온도 및 저장기간에 따른 벼의 발아율 변화는 Table 2와 같다. 수확 후 평균 발아율은 97%로 품종 간 차이가 인정되지 않았고, 25°C에서 저장시 발아율은 6개월까지는 차 이가 없으나 9개월 저장시 72%, 12개월 저장시 42%까지 떨어져 저장기간이 길수록 발아율이 감소하였다. 품종별로 25°C에서 9개월 저장시 72% 이하의 발아율을 보이는 품종 으로는 동안, 만금, 보석찰, 새누리, 신동진, 진백, 청무, 평안, 호농, 호평, 호품이였고, 12개월 저장 후 80% 이상의 발아 율을 보인 품종은 고시히까리, 온누리, 히또메보레, 진수미, 진미, 칠보였다. 35°C 저장시 발아율은 3개월 후 35% 6개 월 후 33% 까지 떨어져 저장온도가 높고 저장기간이 길수 록 발아율이 감소하였다. 품종별로 35°C에서 6개월 저장시 80% 이상의 발아율을 보인 품종은 고시히까리, 히또메보레, 일미, 진수미, 진미, 칠보였다. Kim 등(2008)은 신동진 등 10개 품종을 공시한 실험결과로 벼의 고온 저장 및 저장기 간이 길어짐에 따라 벼의 발아율이 저하되는 결과를 보고하 였는데, 즉 25°C에서 6주 저장 후에는 평균 발아율이 90%, 12주 후에는 83.4%로 감소하였으며 35°C에서 6주 저장 후 에는 평균 발아율이 75.9%, 12주 후에는 40%로 감소하여 본 실험과 동일한 결과를 보였다. 또한 Kim 등(2004)은 동 진을 공시한 실험결과로 벼의 저장온도 및 함수율이 높을수 록 발아율이 급격하게 저하하였다는 결과를 보고하였으며, Son 등(2002)은 발아율이 높으면 식미가 양호하다고 보고하 였다. 본 실험의 결과와 이미 보고된 결과를 고려할 때, 앞 으로는 장기 저장시 발아율이 높게 유지되는 벼 품종을 선 발하는 것이 저장성이 양호한 벼 품종을 선발하는데 유용한 지표로 활용될 수 있을 것으로 생각된다.

    지방산도, 단백질, 아밀로스 함량의 변화

    저장온도 및 저장기간에 따른 벼 품종 간 지방산도의 차 이는 Table 3.와 같다. 저장 전 공시품종의 평균 지방산도 는 10.6 KOHmg/100 g였으나 25°C에서 3, 6, 9개월 저장 후 각각 11.5, 13.3, 15.3 KOHmg/100 g로 증가하였고, 12개월 저장 후 15.1 KOHmg/100 g로 감소하였다 35°C에 서 3, 6, 9, 12개월 저장 후에는 각각 13.5, 14.5, 27.7, 31.8 KOHmg/100 g로 증가하였으며 25°C보다 35°C에서 증 가폭이 컸다.

    단백질 함량은 저장온도 및 저장기간에 따른 차이가 없었으 나 품종간 차이가 크게 나타났다(Table 4). 아밀로스 함량은 25°C 및 35°C에서 저장 6개월까지 증가하다가 9개월째 떨어 졌으며 저장기간별 품종간 차이가 있었다(Table 5). 저장 전 공시품종의 평균 아밀로스 함량은 16.3%였으나 25°C에서 3, 6개월 저장 후 각각 19.3, 21.7%로 증가하였고, 9, 12개월 후 각각 18.5, 15.4%로 감소하였으며 35°C에서 3, 6개월 저장 후 각각 19.7, 21.3%로 증가하였고, 9, 12개월 후 각각 18.8, 16.1%로 감소하였다.

    지질의 산화에 관여하는 lipoxygenase 활성은 저장 전 83.8 unit/mg protein을 나타냈으며, 25°C에서 3, 6, 9, 12개 월 저장 후 각각 75.1, 61.8, 59.9, 57.0 unit/mg protein으로 감소했으며, 35°C에서 3, 6, 9, 12개월 저장 후 각각 67.3, 56.4, 46.5, 41.4 unit/mg protein으로 감소하여 저장기간이 길 어지면서 활성이 떨어졌으며 25°C보다 35°C에서 감소 폭이 더 컸다(Table 6). 저장 전 lipoxygenase 활성이 낮은 품종은 고시히까리, 동안 및 보석찰이었으며 상대적으로 lipoxygenase 활성이 높은 품종은 평안과 호품이었다. 25°C에서 저장기간에 따라 lipoxygenase 활성의 변화가 적은 품종으로는 새누리, 신동진, 진백, 진수미, 진미였고, 높은 품종은 남평, 만금, 청 무, 평안, 호농, 호품, 화신, 칠보였다. 35°C에서 저장기간에 따라 lipoxygenase 활성의 변화가 적은 품종으로는 고시히까 리, 남평, 동안, 보람찬, 온누리. 진백, 추청, 호농, 히토메보 레, 진미였고, 높은 품종은 평안, 호품, 황금누리였다.

    미질 관련 형질의 상관분석

    저장온도 및 저장기간에 따른 벼의 미질 관련 형질의 상관 분석 결과 25°C에서 12개월 저장시 지방산도 및 단백질 함량 은 아밀로스 함량과 부의 상관을 보였고, 아밀로스 함량은 lipoxygenase 활성과 정의상관을 보였다. 또한, 35°C에서 6개 월 저장시 발아율은 지방산도 및 단백질 함량과 부의상관을 보였으며, 지방산도는 단백질 함량과 정의 상관을 아밀로스 함 량과 lipoxygenase 활성과는 부의상관을 보였다. 단백질 함량 은 아밀로스 함량과 부의 상관을 보였고, 아밀로스 함량은 lipoxygenase 활성과 정의상관을 보였다.(Table 7, 8)

    발아율 및 미질관련 특성에 따른 벼 품종의 군집분석

    저장온도 및 저장기간에 따른 발아율 및 미질관련 특성을 이용하여 24개 품종을 군집분석하였다. 25°C시 12개월 저장 후 미질관련 형질에 근거하여 2개의 그룹으로 품종을 분류한 결과 I그룹에 속하는 고시히까리, 온누리, 칠보, 진수미, 히토 메보레, 진미, 황금누리, 일미, 화신 9품종은 II그룹에 속하는 남평, 추청, 동진찰, 호품, 동안, 만금, 청무, 새누리, 보람찬, 보석찰, 신동진, 평안, 호농, 호평, 진백에 비하여 발아율이 평 균 83.2%로 높고 지방산도가 평균 14.2 KOHmg/100g로 낮 은 경향을 보였다(Table 9, Fig. 1). 35°C시 6개월 저장 후 미질관련 형질에 근거한 2개의 그룹으로 품종을 분류한 결과 I그룹에 속하는 고시히까리, 화신, 히토메보레, 일미, 진수미, 진미, 칠보, 온누리, 호평, 호품 10품종은 남평, 동안, 동진찰, 만금, 보람찬, 보석찰, 새누리, 신동진, 진백, 청무, 추청, 평안, 호농, 황금누리가 속하는 II그룹에 비하여 발아율이 평균 76.5%로 높고 지방산도가 평균 12.5KOHmg/100 g로 낮은 경 향을 보였다(Table 10, Fig. 2).

    적 요

    국내 및 일본에서 육성된 벼 품종을 대상으로 저장기간 및 저장온도에 따라 품종 간 발아율, 지방산도, 단백질 함 량, 아밀로스 함량 및 lipoxygenase 활성의 차이가 있었으 므로 이들 상호간의 작용이 인정되었으며, 그 세부결과는 다 음과 같다.

    • 1. 저장온도 및 저장기간에 따른 발아율, 지방산도, 아밀로 스 및 lipoxygenase 활성은 품종, 저장온도, 저장기간에 따라 차이가 있으며 이들 상호간의 작용이 인정되었다.

    • 2. 25°C에서 12개월 저장시 지방산도 및 단백질은 아밀로스 와 부의 상관을 보였고 아밀로스는 lipoxygenase 환성과 정의 상관을 보였으며, 35°C에서 6개월 저장시 발아율은 지방산도 및 단백질과 부의상관을 보이며, 지방산도가 높으면 단백질함 량과 정의 상관을 아밀로스 함량과 lipoxygenase 활성과 부의 상관을 보였다.

    • 3. 25°C 저장시 발아율은 6개월까지는 차이가 없으나 9개월 저장시 72%까지 떨어졌으며, 35°C 저장시 발아율은 3개월 후 35% 6개월 후 33% 까지 떨어졌다.

    • 4. 저장기간이 길어지면서 지방산도 함량이 증가되었고 25°C 보다 35°C에서 증가폭이 컸으며, lipoxygenase 활성은 25°C 및 35°C에서 저장기간이 길어지면서 활성이 떨어졌고 25°C보 다 35°C에서 감소 폭이 컸다.

    • 5. 단백질 함량은 25°C 및 35°C에서 저장기간에 따른 차이 가 인정되지 않으나 품종간 차이가 인정되며, 아밀로스함량은 25°C 및 35°C에서 저장 6개월까지 증가하다가 9개월째 떨어 졌으며 저장기간별 품종간 차이가 있었다.

    • 6. 25°C에서 12개월 저장 후 미질관련 형질에 근거하여 2개 의 그룹으로 품종을 분류한 결과 I그룹에 속하는 품종은 고시 히까리 등 9품종이 속하였으며 이들 품종은 II그룹에 비하여 발아율이 높고 지방산도가 낮은 경향을 보였다. 또한 35°C에 서 6개월 저장 후 미질관련 형질에 근거한 2개의 그룹으로 품 종을 분류한 결과 I그룹에 속하는 품종은 고시히까리 등 10품 종이 속하였으며 이들 품종은 II그룹에 비하여 발아율이 높고 지방산도가 낮은 경향을 보였다.

    ACKNOWLEDGMENTS

    본 논문은 농촌진흥청 연구사업(세부과제명: LOX3 결핍 유 전자좌 이입 자포니카 벼 근동질 계통 육성, 세부과제번호: PJ01025501)의 지원에 의해 이루어진 결과의 일부이며 연구사 업 수행에 협조해 주신 모든 분들에게 감사드립니다.

    Figure

    KSIA-29-141_F1.gif

    Cluster analysis of 24 varieties based on the rice grain quality-related characters 12 moths after storage at 25°C

    KSIA-29-141_F2.gif

    Cluster analysis of 24 varieties based on the rice grain quality-related characters 6 moths after storage at 35 °C

    Table

    Analysis of variation for grain quality-related characters of 24 varieties according to storage temperature and period

    ♪X1 : Germination rate(%), X2 : Fat acidity of brown rice(KOH mg/100g), X3 : Protein content of brown rice(%), X4 : Amylose content of brown rice(%), X5 : Lipoxygenase activity of brown rice(unit/mg protein)
    ns and ** means non significance(ns) and significance at 1% level respectively.

    Difference of germination rate(%) according to temperature and period.

    ♪indicates months after storage

    Difference of fat acidity(KOHmg/100 g) according to temperature and period.

    Difference of protein content according to temperature and period

    Difference of amylose content according to temperature and period

    Difference of lipoxygenase activity(unit/mg protein) according to temperature and period

    Correlation coeffient among germination rate, protein content, amylose content, fat acidity and lipoxygenase activity of 24 varieties 12 months after storage at 25°C

    * and ** means non significance(ns), significance at 5, and 1% level respectively

    Correlation coeffient among germination rate, protein content, amylose content, fat acidity and lipoxygenase activity of 24 varieties 6 months after storage at 35°C

    * and ** means non significance(ns), significance at 5, and 1% level respectively

    Classification of 24 varieties based on the rice grain quality-related characters 12 months after storage at 25°C

    Classification of 24 varieties based on the rice grain quality-related characters 6 moths after storage at 35°C

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