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Korean. J. Breed. Sci. : Korean Journal of Breeding Science

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국내 밀 품종의 전분 관련 특성 평가

Evaluation of Starch Properties of Korean Wheat Cultivars

Ji-Eun Kim1, Seong-Woo Cho1, Hak Sin Kim2, Chon-Sik Kang2, Yong-Suk Choi3, Yong-Hyun Choi3, Chul Soo Park1,*
Korean Journal of Breeding Science 2017;49(1):1-9.
Published online: February 28, 2017

1 전북대학교 농업생명과학대학 작물생명과학과

1 Department of Crop Science and Biotechnology, Chonbuk National University, Jeonju 54896, Korea

2 국립식량과학원

2 National Institute of Crop Science, RDA, Wanju, 55365, Korea

3 사조 동아원㈜ 중앙연구소

3 R&D Center, Sajo DongaOne Co., Ltd, Dangjin, 31703, Korea

*Corresponding Author (pcs89@jbnu.ac.kr), +82-63-270-2533, +82-63-270-2640
• Received: February 4, 2017   • Accepted: February 8, 2017

© Korean Society of Breeding Science. All rights reserved.

This is an Open-Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License (http://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.

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  • This study was executed to establish a basis of evaluation of starch properties of Korean wheat cultivars e.g. damaged starch, swelling, and pasting properties for Korean wheat breeding program. Damaged starch is critical evaluation factor for flour milling related industry because it influences water absorption and color of dough for processing quality and preference of end-use products. The present results revealed that there was significantly high positive correlation between the results of damaged starch analysis by amperometric (SD-matic) and enzymatic (Megazyme assay) methods. Evaluation of damaged starch must be considered as one factor to evaluate properties of starch due to its accuracy and a stable efficiency for the wheat breeding program. Properties of swelling and pasting of dough were important for cooking time and texture. Nevertheless, it was impossible to evaluate starch extracted from flour in the wheat breeding program i.e. small amount of flour or small number of spikes Comparison of results of evaluation of properties of swelling and pasting with starch or flour, the evaluation using flour positively correlated with the other evaluation using starch. In addition, swelling evaluation must be considered to apply for the wheat breeding program because the result of evaluation of swelling property, which possible to evaluate with low efficiency, and the quantity of a sample is highly under positive correlation with paste peak viscosity. In the future, studies using NIR (Near Infrared) analysis must be necessary to evaluate starch properties with grains in early generation lines for improvement of wheat breeding program.
  • Keywords: Flour; Starch; Damaged Starch; Swelling; Pasting
국내 밀 소비량은 쌀 다음으로 많지만 자급률은 1% 미만으로 연간 약 210만톤을 수입하고 있다(농업통계연감 2015). 최근 들어 식량자급률 제고와 안전먹거리에 대한 관심이 높아짐에 따라 국산밀에 대한 관심은 높아지고 있지만, 수입밀에 비하여 국산밀의 가격과 품질의 한계를 극복하는 것이 중요하다. 특히, 품질의 향상과 균일성 확보는 국산밀 소비 활성화를 위해 반드시 고려해야 할 사항이다. 주요 밀 수출국의 경우, 육종 프로그램을 통한 용도에 맞은 초기 계통을 선발과 혼합(Blending)을 통해서 균일성이 좋고 품질이 우수한 가공제품을 생산하는 산업 시스템 을 갖추고 있다. 그러므로 국산밀 품질 향상을 통한 소비 확대가 중요하며 이를 위해서는 육종 선발 효율성 증진을 육종 프로그램 과 산업체간의 연계가 필요하다.
수입 밀가루는 원맥을 수입하여 국내 제분회사에서 제분하며, 밀 육종 프로그램에서 수행되는 제분 과정과 원리는 같지만 제분 규모와 세부 과정은 다른 점이 많다. 밀 육종 프로그램에서 는 단일 품종이나 계통의 제분율(Flour Yield) 위주 평가가 이루 어지지만, 산업체에서는 유사한 용도를 지닌 여러 품종군(Class) 별로 수많은 분획에 대한 색택 및 회분과 입도 분석을 통하여 혼합 비율을 결정하는 복잡한 과정을 포함하고 있다(Bass 1988).
제분율은 종실경도(Kernel Hardness)에 의해서 결정되기 때 문에 일반적으로 경질밀(Hard Wheat)이 연질밀(Soft Wheat)에 비해 제분율이 높으며 밀가루 입자가 거칠다(Bass 1988). 손상전 분(Damaged Starch)은 제분 과정에서 원맥과 제분기 롤러의 물리적인 힘에 대한 저항성으로 발생을 하는데, 일반적으로 경질 밀 일수록 종실경도가 높아져 그로 인해 기계적 저항이 높아 손상 전분량이 많은 경향이 있으며, 손상된 전분은 발효과정에서 전분이 쉽게 당으로 전환되어 이스트의 발효에 도움을 주기 때문에 빵용 밀의 경우 일정량의 손상전분이 필요하다. 그럼에도 손상전분량이 많은 경우 밀가루의 수분 흡수량이 증가하고 색택 이 어두워지는 단점 등이 있다(Mailhot & Patton 1988). 이러한 이유로, 산업체에서는 밀가루의 손상전분 함량이 가공적성이나 제품의 선호도에 영향을 미치는 요인이기 때문에 중요하게 평가 를 하는 반면, 육종 프로그램에서 수행되는 실험실 수준의 손상전 분 함량 측정은 번거로운 측면이 있어서 평가 항목에서 제외 되는 경우가 많다. 제분회사에서는 분획별로 밀가루별로 기계를 이용하여 기본 항목으로 손상전분 함량에 대한 지속적인 평가가 이루어지고 있지만, 국내 밀 육종 프로그램에서는 전분 특성 평가를 실시하는 경우에 한하여 효소법을 이용하여 평가한다.
전분은 밀 저장 물질의 대부분을 차지하고 있기 때문에 밀의 가공적성에서 단백질 특성만큼 중요하다. 물과 결합한 전분이 가열에 의해서 부피가 커지는 팽윤(Swelling)현상을 통하여 점 성을 얻게 되고, 이러한 전분의 특성은 가공제품의 식미에 영향을 주게 된다(Sandstedt & Mattern 1960, Lineback & Rasper 1988). 전분의 이러한 특성은 주로 아밀로스 함량에 의해서 결정되는데, 일반적으로 아밀로스 함량이 낮아질수록 팽윤 부피 가 커지고, 호화(Pasting)시 최고점도(Peak Viscosity)가 높아진 다. 국수는 삶는 시간이 줄어들고, 삶은 국수의 경도(Hardness) 가 낮아지고 점도(Cohesiveness)가 높아지며, 빵은 속질 (Crumb)의 경도(Firmness)가 낮아지고 노화(Staling)가 지연되 는 것으로 알려져 있다(Crosbie et al. 1992, Graybosch 1998, Hou 2001, Baik & Lee, 2003, Baik et al. 2003, Guo et al. 2003, Park & Baik 2004). 정확한 전분 특성 평가를 위해서 밀가루에서 전분을 추출하여 평가해야 하지만 육종 프로그램에 서는 노력 및 시간 절감을 위하여 밀가루를 이용한 평가가 이루어 지고 있다. 국내 밀 품종이나 계통에 대해서는 이에 대한 정확한 정보가 없는 실정이다. 그러므로 본 연구에서는 손상전분에 대한 산업체의 평가 방법과 육종 프로그램에서 수행하는 실험실 수준 의 평가 방법을 비교 분석하고, 전분의 팽윤 및 호화 특성을 비교 분석하여 국내 밀 육종 프로그램에서 효과적으로 이용이 가능한지를 평가하고자 수행하였다.
공시재료
본 연구에 사용된 재료는 농촌진흥청 국립식량과학원 증식 포장에서 전작조건으로 2014년과 2015년에 재배한 종실을 이용 하였다. 원맥은 Buhler mill (MLU-202, 스위스)을 이용하여 AACC International Approved Method 26-31.01. (2010)에 준하여 제분하였고, 제분된 밀가루는 10℃ 저온실에 보관하여 실험에 사용하였다.
밀가루 특성 분석
밀가루의 수분, 단백질과 회분 함량은 각각 AACCI Approved Methods 44-15.02, 46-30.01과 08-01.01 (2010)에 준하여 측정 하였다. 밀가루의 입자 크기는 multi-wavelength laser particle size analyzer LS13320 (Beckman Coulter Inc., 미국)을 이용하 여 측정하였으며, 밀가루의 밝기는 Minolta JS-555 (Minolta Camera Co., Ltd, 일본)을 이용하여 측정하였다. 손상전분 함량 은 2가지 방법으로 측정하였는데, 첫 번째는 Gibson 등 (1997)의 방법에 준하여 enzymatic assay kits (MegaZyme Pty. Ltd., 호주)를 사용하여 측정하였고, 두 번째는 SD matic (Chopin Co., 프랑스)를 이용하여 측정하였다. 전분함량은 McCleary 등(1997)의 방법에 따라 MegaZyme Kit(MegaZyme Pty. Ltd., 호주)를 이용하여 측정하였고, 아밀로스 함량은 Williams 등 (1970)의 방법에 따라 측정하였다.
전분 특성 분석
전분은 Czuchajowska & Pomeranz(1993)의 방법에 준하여 추출하였으며, 밀가루와 전분의 팽윤 (Swelling) 특성은 부피 (volume)와 무게(power)로 평가하였는데, 측정 방법은 Crosbie (1991)과 Crosbie & Lambe (1993) 방법을 따랐으며, 찰밀 측정 은 증류수 대신 0.1% AgNO3를 이용하였다. 밀가루와 전분의 호화특성은 Micro Visco-Amylo–Graph (Brabender GmbH, Co., 독일)를 사용하여 측정하였다. 밀가루 (7g, 14% 수분함량 기준)와 전분 (5g, 14% 수분함량 기준)을 Amylograph 용기에 넣고 증류수 100 ml를 첨가한 다음 현탁액을 만들어 Micro Visco-Amylo-Graph에 넣은 뒤 110 rpm으로 교반되는 현탁액 용기를 30℃에서 95℃까지 1분에 7.5℃씩 온도를 올려 주고, 5분간 유지한 후 1분에 7.5℃씩 50℃까지 온도를 내려준 후 2분간 유지하면서 온도에 따른 전분 현탁액의 최고점도(peak viscosity), 최고점도에서 최저점도를 뺀 값(breakdown), 최종 점도에서 최저점도를 뺀 값(setback)을 측정하였다. 찰밀은 증류 수 대신 0.1% AgNO3를 이용하였다.
통계분석
모든 분석은 최소한 3회 이상 분석하였으며, 통계 분석은 SAS computer software package (SAS Institute, 미국)을 이용 하여 분석하였다. 분산분석은 PROC GLM을 이 용하였고, 연차 간 요인 분석은 오차항을 이용하였다. 상관 관계는 Pearson’s correlation coefficients를 이용하여 P < 0.05 수준에서 검정하 였다.
손상전분 분석 방법 비교
2007년과 2008년에 평가한 손상 전분과 관련된 특성에 대한 분산 분석 결과를 살펴보면(Table 1), 밀가루 입자 크기와 아밀로 스 함량은 품종 변이가 85%이상을 나타내고 있으며, 밀가루 색 밝기와 전분 함량은 연차간 변이가 품종간 변이보다 높게 나타났다. 제분율과 회분 함량은 연차간 변이와 품종간 변이가 비슷한 비율로 나타났으며, 회분과 전분 함량은 연차와 품종간 상호작용에 대한 변이가 10%이상으로 다른 형질 보다 높게 나타났다. 두 해 동안 수행된 국내 밀 26 품종에 대한 제분율, 효소 반응을 통한 손상전분 함량, 밀가루 입자 크기와 회분 함량 역시 연차간 및 품종간 상호작용 보다는 연차간 변이와 품종간 변이가 큰 것으로 나타났다(Shin et al. 2012).
Table 1
Effects of year, genotype and their interactions on flour characteristics, and swelling and pasting properties of flour and starch of 15 Korean wheat cultivars.
Table 1
Source of variation DF F-value a
Flour Yield Ash Particle Size Damaged Starch Lightness Total Starch Amylose
Megazyme SD-matic
Genotype (G) 1 68.0*** 78.6*** 132.0*** 492.0*** 13.6** 171.7*** 343.7*** 56.7***
Year (Y) 14 87.3*** 81.1*** 1594.0*** 594.9*** 746.7*** 59.8*** 109.1*** 510.4***
G × Y 14 16.5*** 24.5*** 119.3*** 71.0*** 161.0*** 23.3*** 54.5*** 4.4***
Source of variation DF F-value
Amylogram of Flour Flour
Peak Viscosity Holding Strength Final Viscosity Breakdown Setback Swelling Volume Swelling Power
Genotype (G) 1 172.7*** 0.9 1.4 416.4*** 0.7 249.1*** 47.0***
Year (Y) 14 3664.1*** 582.2*** 175.1*** 3019.9*** 158.9*** 987.5*** 244.8***
G × Y 14 18.7*** 4.9*** 12.3*** 29.0*** 9.9*** 40.5*** 7.1***
Source of variation DF F-value
Amylogram of Starch Starch
Peak Viscosity Holding Strength Final Viscosity Breakdown Setback Swelling Volume Swelling Power
Genotype (G) 1 1.3 477.5*** 27.9*** 91.0*** 6.8* 8.9** 297.6***
Year (Y) 14 3929.7*** 1045.4*** 373.7*** 2320.5*** 264.4*** 447.9*** 784.2***
G × Y 14 19.6*** 34.8*** 43.6*** 7.8*** 46.0*** 7.6*** 17.7***

a*, ** and *** are significant at P = 0.05, P = 0.01 and P = 0.001, respectively.

손상 전분 함량은 산업체에서 기기 (SD-matic) 평가하는 방법 은 품종간 변이가 81%로 높았지만, 실험실에서 수행되는 효소 반응 방법은 연차간 변이와 품종간 변이가 비슷한 수준으로 나타났다. 하지만 이전 결과에서는 효소 반응을 이용한 손상전분 함량의 변이도 주로 품종간 변이에 영향을 받는 것으로 나타났다 (Shin et al. 2012). 이러한 결과로 손상전분 함량은 재배환경 보다는 품종의 특성에 영향을 받는 특성으로 생각할 수 있으며, 본 연구에서 평가한 산업체에서 이용하는 방법은 효소 반응으로 측정하는 방법보다 연차간 변이가 적기 때문에 국내 밀 육종프로 그램에서 이용이 가능할 것으로 생각한다. 밀가루의 이화학적 특성에 대한 유전 및 환경적 변이에 대한 연구는 외국의 경우 많은 연구가 이루어졌으며(Schuler et al. 1995, Gaines et al. 1996, Triboï et al. 2000, Souza et al. 2004, Malika et al. 2013), 국내 품종에서도 비슷한 경향을 나타내는 특성도 있고 반대의 경우를 나타내는 경우도 있는데, 국내 육종 프로그램 재배 환경에서 유전력이 높은 선발 형질 평가를 위해서는 이들 형질에 대한 지속적인 평가가 필요하다.
제분율, 회분함량, 밀가루색 밝기는 2014년에 평가한 품종의 값이 높았으며, 밀가루 입자 크기, 전분 함량과 아밀로스 함량은 2015년 수확 품종의 값이 높았다(Table 2). 제분율은 평균 68.50%였으며, 경질밀 특성을 나타내는 품종은 70%이상으로 연질밀 특성을 나타내는 품종에 비하여 높았다. 찰밀의 경우 모두 경질밀 특성을 나타내지만 67% 수준으로 보통 경질밀에 비하여 제분율이 낮았는데 이러한 결과는 이전 결과와 같은 경향이었다(Kang et al. 2012). 회분과 전분 함량은 각각 0.38-0.47%와 64.19-73.81% 범위였으며, 찰밀은 높은 회분 함량과 낮은 전분 함량을 나타내었는데 이러한 결과는 이전 보고와 일치하였다(Kang et al. 2012). 밀가루 입자의 크기는 경질밀이 연질밀보다 높게 나타났으며, 이러한 특성은 종실경도 와 높은 상관이 있는 것으로 알려져 있다. 아밀로스 함량은 보통 밀의 평균값은 28.14%였지만 부분 찰성 밀인 호중밀과 중모 2012는 각각 22.50%와 20.50%로 낮았으며, 백찰밀과 신미찰 1호는 각각 6.46%와 6.29%로 낮았는데 이러한 경향은 아밀로스 생합성에 관여하는 GBSSI(Granule Bound Starch Synthase I)의 결핍에 의한 것이다(Graybosch 1998).
Table 2
Flour characteristics of 15 Korean wheat cultivars.
Table 2
Cultivar Flour Yield (%) Ash (%) Particle Size (μm) Damaged Starch (%) Lightness Total Starch (%) Amylose (%)
Megazyme SD-matic
2014 69.24a 0.44a 64.80b 4.70a 5.01a 93.63a 69.57b 23.69b
2015 67.76b 0.42b 66.95a 3.83b 4.92b 93.12b 71.98a 25.01a
Baekchal 67.28 0.47 74.88 5.71 4.90 93.01 70.09 6.46
Baekjoong 71.02 0.45 79.08 6.10 6.12 92.67 70.42 28.20
Goso 67.14 0.39 50.78 2.35 4.18 94.43 69.21 29.25
Hojoong 66.74 0.39 52.84 2.73 3.91 93.78 70.38 22.50
Joa 63.96 0.38 42.55 2.51 3.75 94.14 71.33 28.16
Jojoong 67.42 0.41 74.37 7.64 6.42 92.82 67.49 27.78
Jokyung 72.81 0.45 75.79 5.24 5.35 93.35 73.67 28.98
Joongmo2008 70.94 0.47 70.68 4.00 4.87 92.70 64.19 27.79
Joongmo2012 67.69 0.42 50.04 2.38 3.62 94.06 73.07 20.50
Jopoom 67.89 0.44 67.72 2.46 4.12 92.78 73.81 28.16
Keumkang 73.64 0.44 75.94 3.71 4.33 93.08 70.72 26.62
Shinmichal1 66.15 0.45 85.44 6.56 7.96 93.15 68.96 6.29
Suan 69.83 0.45 66.48 4.68 5.26 93.30 73.53 27.11
Uri 62.35 0.40 41.36 2.12 3.99 94.18 72.09 29.14
Younbaek 72.59 0.46 80.22 5.80 5.70 93.18 72.64 28.30
LSD† 0.99 0.01 1.03 0.21 0.12 0.22 0.71 0.96

†Least significant difference (P < 0.05).

손상전분 함량은 측정 방법에 상관 없이 2014년 수확 품종이 2015년 수확분에 비하여 높게 나타났으며, 효소 반응으로 평가 한 방법의 평균값은 4.27%였으며, 기계로 측정한 경우는 4.96% 로 약간 높게 나타났다. 연질밀의 경우 조중밀을 제외하고는 효소반응에서는 2% 수준으로 나타났고, 기계로 측정하였을 때 는 4% 수준으로 나타났다. 경질밀의 경우는 5% 이상으로 높게 나타났으며, 이러한 특성은 아밀로스 함량에 영향을 받지 않기 때문에 찰밀이나 부분 찰성 밀도 종실경도에 따른 값을 나타내었 으며, 이전 보고와 일치하였다(Kang et al. 2012). 손상 전분 측정 방법간에는 고도의 정의 상관을 나타내었으며(r = 0.886***), 밀가루 입자와 정의 상관을 나타내었고, 밀가루 밝기 와는 부의 상관을 나타내었다(Table 3). 실험실에서 주로 이용하 는 효소 반응 방법은 fungal amylase를 이용해서 손상 전분입자 (Damaged Starch Granule)에서 당(Sugar)을 제거하는 방식으 로 평가하고, 산업체에서 이용하는 기계식은 손상된 전분이 iodine을 흡수하는 방식으로 측정하기 때문에 손상전분이 흡수 한 iodine 양의 잔류 전류를 측정하는 방식으로 평가한다. 이러한 평가의 차이로 인하여 효소 방법은 밀가루 전분의 특성에 영향을 받지 않지만, 기계식은 전분의 특성, 즉 아밀로스 함량이나 전분 함량에 영향을 받을 수 있는 단점이 있다. 그러나, 효소 분해 방식의 경우 번거롭고 분석에 기술이 필요하고 분석에 비용 지출이 크기 때문에 실제 육종프로그램에서 사용이 되질 않고 있는 실정이다. 그러므로 이러한 단점을 극복하기 위해서 육종 프로그램에서 NIR을 이용한 손상전분 함량 평가 방법이 제시되 었는데(Morgan & Williams 1995), 국내에서도 이에 대한 검토 가 필요할 것으로 생각한다.
Table 3
Coefficient of correlation among flour characteristics and damaged starch content.
Table 3
Parameters Flour Yield Ash Particle Size Lightness Total Starch Amylose
Megaa 0.367 0.543*b 0.825*** -0.672** -0.273 -0.317
SD-Matic 0.218 0.478 0.782*** -0.559* -0.284 -0.378

aMega and SD-Matic indicate damaged starch was determined by Gibson et al (1992) and SD-meter (Chopin, France), respectively.

b*, ** and *** are significant at P = 0.05, P = 0.01 and P = 0.001, respectively.

밀가루 및 전분의 팽윤 및 호화 특성 비교
밀가루와 전분을 이용하여 측정된 팽윤 부피(Swelling Volume)와 무게(Swelling Power)에서 전분의 팽윤 무게가 27% 정도 연차간 변이에 영향을 받는 것으로 나타났지만(Table 1), 밀가루의 품종간 변이가 70%이상으로 높게 나타나서 이들 형질은 주로 품종 변이에 영향을 받는 것으로 생각된다. 밀가루와 전분을 이용하여 측정한 호화 특성 역시 주로 품종 변이에 영향을 받는 것으로 나타났다. 2014년 수확분에서는 밀가루의 팽윤 부피와 전분의 팽윤 무게가 2015년 산에 비하여 높게 나타났다. 팽윤 특성의 경우 호화 특성 평가에 비하여 단순하고 간편하게 평가가 가능하며, 평가 결과가 국수 식미와 높은 정의 상관을 나타내기 때문에 미국과 호주의 국수용 밀 계통 선발에 이용되고 있다(Crosbie 1991, Konik et al. 1993). 반면에 아밀로그램을 이용해서 호화 되는 전과정을 평가하는 호화 특성(Pasting properties)은 팽윤 특성에 비해서 전분 특성에 관련된 다양한 특성을 보여주는 장점이 있다(Ghiasi et al. 1982). 팽윤 및 호화 특성은 아밀로스 함량 및 국수 식미와 직접 상관이 있는 특성으로 유전적 변이에 주로 영향을 받지만 환경적 영향을 받는 것으로 알려져 있다(Konik et al. 1993, Morris et al. 1997, Souza et al. 2004). 본 연구에서는 품종의 영향이 높게 나타났는데, 이러한 이유는 이전의 실험에서는 찰밀이 포함되지 않았고, 일부 부분 찰성 밀만 포함되어 전분의 아밀로스 함량의 변이 폭이 적었지만, 본 연구에서는 2개의 찰밀과 2개의 부분 찰성 밀이 포함되어 아밀로스 함량에 관련된 변이 폭이 크게 나타났기 때문인 것으로 생각된다.
밀가루를 이용한 팽윤 부피(Flour Swelling Volume; FSV)와 팽윤 무게(Flour Swelling Power; FSP)의 평균은 각각 19.42ml 과 13.20g으로 나타났으며, 보통밀의 경우 FSV는 14.54-18.50ml 이었으며, FSP는 11.75-12.62g으로 나타났으며, 부분 찰성 밀인 호중밀과 중모2012의 FSV와 FSP는 각각 21.89ml과 22.24ml, 14.00g과 14.13g이었으며, 백찰밀과 신미찰1호는 각각 29.12ml 과 27.96ml, 17.67g과 17.72g으로 나타났다 (Table 4). 아밀로스 함량은 FSV(r = -0.958***)나 FSP(r = -0.989***)와 높은 상관 을 나타내었는데(Table 6), 이러한 경향은 이전의 보고와 일치하 였다(Crosbie 1991, Crosbie et al. 1992, Crosbie & Lambe 1993). 전분을 이용한 팽윤 부피(Starch Swelling Volume; SSV)와 팽윤 무게(Starch Swelling Power; SSP)는 각각 22.07-46.26ml과 11.48-24.51g의 범위를 나타내었고 (Table 5), 밀가루 평가 결과와 마찬가지로 SSV(r = -0.948***)와 SSP(r = -0.976***)는 아밀로스 함량과 고도의 부의 상관을 나타내었 다. 또한, 팽윤 부피 간, 팽윤 무게간 및 팽윤 부피와 무게 사이에도 높은 정의 상관을 나타내었다 (Table 6). 이러한 결과로 밀가루를 이용한 팽윤 특성으로 전분의 팽윤 특성을 대신할 수 있을 것으로 예상되며, 팽윤 부피가 팽윤 무게 보다 품종간의 변이 폭이 크게 나타내기 때문에 평가방법으로 유리할 것으로 생각한다. 그러므 로 국내 밀 육종 프로그램에서 전분의 팽윤 특성은 FSV 만으로도 충분할 것으로 보인다. 그러나, FSV도 제분과정을 통하여 밀가 루를 만드는 과정이 필요하기 때문에 육종 프로그램에서는 통밀 (Wholemeal)을 이용한 팽윤 부피 측정이 효과적인 것으로 제시 되었다(Crosbie & Lambe 1993). 그러나 실제 국내 밀 계통을 이용한 평가에 있어서는 아밀로스 함량과도 상관을 나타내질 못했는데(Park et al. 2005), 이러한 이유는 원맥 분쇄의 거친 입자나 원맥에 있는 식이성섬유소 및 단백질 함량 등 전분 특성 이외 형질이 팽윤에 미치는 영향이 밀가루를 이용한 평가 보다 크기 때문인 것으로 생각된다. 이러한 단점을 해결하기 위해서는 NIR (near-infrared spectroscopy) 검정과 연계한 평가가 호주 밀 육종프로그램에서 제시되었다(Crosbie et al. 2007). 국내에 서도 검토할 필요성이 있으며, 검정식 작성에 있어서 찰밀과 부분 찰성밀을 포함한 여부를 고려해야 할 것이다.
Table 4
Swelling and pasting properties of flour from 15 Korean wheat cultivars.
Table 4
Cultivar Swelling Amylogram
Volume (ml) Power (g) Peak Viscosity (BU) Holding Strength (BU) Final Viscosity (BU) Breakdown (BU) Setback (BU)
2014 19.97a 12.98b 390.02a 248.38a 533.42a 141.69a 285.11a
2015 18.88b 13.42a 365.49b 250.04a 536.98a 115.47b 286.98a
Baekchal 29.12 17.67 867.25 416.50 619.50 450.75 203.00
Baekjoong 16.83 12.19 281.50 202.00 472.00 79.50 270.00
Goso 18.08 12.27 278.00 220.00 543.00 58.00 323.00
Hojoong 21.89 14.00 399.75 267.00 655.00 132.75 388.00
Joa 14.54 11.82 270.42 222.50 553.08 47.92 330.58
Jojoong 17.46 12.61 276.33 214.17 488.42 62.17 274.25
Jokyung 16.63 12.54 247.00 190.00 419.50 57.00 229.50
Joongmo2008 17.29 12.26 277.25 223.00 499.00 54.25 276.00
Joongmo2012 22.24 14.13 419.50 268.50 643.75 151.00 375.25
Jopoom 17.88 12.10 269.25 199.00 476.00 70.25 277.00
Keumkang 18.19 12.32 294.50 208.25 475.00 86.25 266.75
Shinmichal1 27.96 17.72 937.75 473.50 662.75 464.25 189.25
Suan 16.25 11.94 300.50 213.25 508.75 87.25 295.50
Uri 18.46 11.75 270.00 220.50 532.00 49.50 311.50
Younbaek 18.50 12.62 276.00 199.25 478.75 76.75 279.50
LSD† 0.38 0.35 10.23 9.77 16.36 7.04 12.43

†Least significant difference (P < 0.05).

밀가루와 전분의 호화특성을 Micro-visco-amylograph를 이 용하여 분석한 결과 (Table 4, 5), 밀가루에서는 2014년도 수확분 이 최고점도와 breakdown 값이 높았으며, 다른 관측치에서는 차이가 없었다. 그러나, 전분의 호화 특성에서는 최고점도는 연차간 차이가 없었지만, 최저점도와 최종점도는 2015년 수확 밀가루에서 추출한 전분의 값이 높았으며, breakdown과 setback은 2014년 값이 높았다. 보통밀의 밀가루의 최고점도는 평균 276.48BU 였고, 247.00-300.50BU의 범위를 나타내었으 며, 부분 찰성 밀인 호중밀과 중모2012는 각각 399.75와 149.50BU 를 나타내었고, 찰밀은 867.25BU이상으로 가장 높은 값을 나타내 었다. 전분의 최고 점도 값도 비슷한 경향을 나타내었다.
Table 5
Swelling and pasting properties of starch from 15 Korean wheat cultivars.
Table 5
Cultivar Swelling Amylogram
Volume (ml) Power (g) Peak Viscosity (BU) Holding Strength (BU) Final Viscosity (BU) Breakdown (BU) Setback (BU)
2014 28.91b 14.59a 177.40a 88.47b 247.71b 89.96a 158.69a
2015 29.43a 13.24b 179.02a 118.53a 258.80a 76.24b 155.22b
Baekchal 46.26 23.98 651.00 392.50 448.00 333.75 135.75
Baekjoong 28.17 11.62 91.75 68.25 195.25 19.75 126.25
Goso 26.67 11.48 76.00 48.00 177.50 32.50 138.75
Hojoong 30.55 13.74 164.50 118.75 313.25 65.75 216.50
Joa 22.50 11.87 101.25 75.00 218.75 26.00 147.50
Jojoong 25.72 11.90 115.50 88.50 227.50 21.75 137.75
Jokyung 28.33 12.38 95.25 71.00 215.25 28.00 134.50
Joongmo2008 22.07 11.74 119.25 62.75 240.75 46.50 176.25
Joongmo2012 30.15 13.63 206.75 151.25 398.00 66.75 258.50
Jopoom 27.25 12.41 106.00 73.25 265.25 31.50 177.00
Keumkang 25.00 12.87 92.00 54.25 222.75 35.25 153.50
Shinmichal1 45.00 24.51 551.25 145.58 202.67 432.83 80.25
Suan 25.00 12.53 82.75 50.50 189.50 27.00 142.00
Uri 27.08 12.22 124.75 89.75 283.00 41.75 185.75
Younbaek 27.79 11.83 94.00 62.00 200.50 28.50 143.25
LSD† 0.95 0.43 7.95 7.54 11.50 7.31 7.28

†Least significant difference (P < 0.05).

이러한 결과는 전분의 아밀로스 함량이 감소하고 상대적으로 아밀로펙틴 함량이 높아지면 전분입자의 팽윤이 증가하여 자유 롭게 행동할 수 있는 물 분자가 감소하게 되어 최고점도 값이 높아진다(Crosbie 1991). 부분 찰성밀이나 찰밀에서 최고점도 가 높았다라는 기존의 보고와 일치하였으며(Graybosch 1998, Kang et al. 2012). 아밀로스 함량은 최고점도와 높은 부의 상관 을 나타내었다(Table 6). 최고점도 만큼 중요한 호화 특성이 breakdown인데, breakdown 역시 찰밀이 가장 높은 값을 나타내 었고, 부분 찰성 밀이 다음으로 높은 값을 나타내었으며, 보통밀 은 밀가루에서는 65.21BU를 전분에서는 30.77BU를 나타내었 다. 아밀로스 함량이 적은 품종은 높은 최고점도와 최저점도를 가지게 되므로 breakdown이 크게 되기 때문에 일반적으로 breakdown은 최고점도 및 아밀로스 함량과 높은 상관을 보이는 데(Kang et al. 2010), 본 연구에서도 같은 결과를 나타내었다. 밀가루의 호화 특성과 전분의 호화 특성간에는 높은 정의 상관 관계를 나타내었기 때문에 국내 밀 육종 프로그램에서도 시간과 노력을 줄이기 위해서 밀가루를 이용하여 호화 특성 평가를 하여도 전분 특성이 우수한 계통 선발이 가능할 것으로 예상된다. 그러나 호화특성 평가는 팽윤 특성에 비해서 많은 시료가 필요하 기 때문에 소량의 시료를 이용 가능한 육종 초기세대에서는 팽윤 특성으로 점성이 우수한 계통을 선발하고, 생산력 예비 검정 이후에는 호화 특성을 평가하는 시스템이 가능할 것으로 생각한다.
Table 6
Coefficient of correlation among swelling and pasting properties of flour and starch.
Table 6
Parameters Amylose Starch
Swelling Volume Swelling Power Peak Viscosity Holding Strength Final Viscosity Breakdown Setback
Amylose - -0.948***a -0.976*** -0.976*** -0.821*** -0.544* -0.958*** 0.213
Flour Swelling Volume -0.958*** 0.949*** 0.926*** 0.939*** 0.827*** 0.621* 0.905*** -0.087
Flour Swelling Power -0.989*** 0.962*** 0.965*** 0.967*** 0.816*** 0.528* 0.950*** -0.231
Flour Peak Viscosity -0.990*** 0.956*** 0.991*** -0.979*** -0.782*** 0.450 0.987*** -0.324
Flour Holding Strength -0.979*** 0.926*** 0.975*** 0.961*** 0.741** 0.428 0.984*** -0.297
Flour Final Viscosity -0.756* 0.623* 0.638* 0.657** 0.569* 0.560* 0.644** 0.248
Flour Breakdown -0.988*** 0.966*** 0.993*** 0.981*** 0.780*** 0.460 0.980*** -0.338
Flour Setback 0.430 -0.531 -0.585* -0.538* -0.329 0.130 -0.591* 0.790***

a*, ** and *** are significant at P = 0.05, P = 0.01 and P = 0.001, respectively.

본 연구의 목적은 밀 육종프로그램의 향상을 위해 국내 밀 품종들을 이용하여 손상전분 및 팽윤과 화화와 같은 전분 특성 평가의 기초를 확립하는데 있다. 손상전분은 가공적성이나 제품 선호도에 영향을 미치기 때문에 제분과 관련된 산업에서 매우 중요한 평가 요소이다. 전류 측정 방법인 SD-matic과 효소처리 방법인 Megazyme assay를 이용한 손상전분 측정 결과는 높은 정의 상관을 나타냄으로써 차이가 없음을 확인하였다. 정확성과 안정된 효율성을 가지고 있는 손상전분 측정은 밀 육종프로그램 에서 전분 특성을 평가하기 위한 항목으로 고려되어야 한다. 팽윤과 호화 특성은 조리시간과 식미에 중요한 항목이지만, 육종 프로그램에서 전분을 추출하여 평가하는 것은 매우 어려운 일이 다. 팽윤과 호화 특성을 전분과 밀가루를 이용하여 평가한 결과, 밀가루를 이용한 평가 결과가 전분을 이용한 평가 결과와 높은 정의 상관을 보였다. 또한, 적은 노력과 시료량으로 가능한 팽윤 특성 평가 결과는 호화 최고 점도와 높은 정의 상관을 보였기 때문에 밀가루를 이용한 팽윤 특성 평가를 밀 육종 프로그램에 적용을 고려해야 한다. 앞으로 밀 육종 프로그램 향상을 위해 초기 세대 계통에 대한 전분 특성 평가를 위해서는 원맥을 이용한 근적외분광 (NIR; Near Infrared) 분석을 통한 연구도 필요하다.
본 연구는 농촌진흥청 연구사업 (세부과제명: 용도별 기준 재설정을 위한 밀 품종의 품질 구명 및 규격화, 세부과제번호: PJ011009012016)에 의해 이루어진 것임.
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Evaluation of Starch Properties of Korean Wheat Cultivars
Korean. J. Breed. Sci.. 2017;49(1):1-9.   Published online March 1, 2017
DOI: https://doi.org/10.9787/KJBS.2017.49.1.1
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Effects of year, genotype and their interactions on flour characteristics, and swelling and pasting properties of flour and starch of 15 Korean wheat cultivars.

Source of variation DF F-value a
Flour Yield Ash Particle Size Damaged Starch Lightness Total Starch Amylose
Megazyme SD-matic
Genotype (G) 1 68.0*** 78.6*** 132.0*** 492.0*** 13.6** 171.7*** 343.7*** 56.7***
Year (Y) 14 87.3*** 81.1*** 1594.0*** 594.9*** 746.7*** 59.8*** 109.1*** 510.4***
G × Y 14 16.5*** 24.5*** 119.3*** 71.0*** 161.0*** 23.3*** 54.5*** 4.4***
Source of variation DF F-value
Amylogram of Flour Flour
Peak Viscosity Holding Strength Final Viscosity Breakdown Setback Swelling Volume Swelling Power
Genotype (G) 1 172.7*** 0.9 1.4 416.4*** 0.7 249.1*** 47.0***
Year (Y) 14 3664.1*** 582.2*** 175.1*** 3019.9*** 158.9*** 987.5*** 244.8***
G × Y 14 18.7*** 4.9*** 12.3*** 29.0*** 9.9*** 40.5*** 7.1***
Source of variation DF F-value
Amylogram of Starch Starch
Peak Viscosity Holding Strength Final Viscosity Breakdown Setback Swelling Volume Swelling Power
Genotype (G) 1 1.3 477.5*** 27.9*** 91.0*** 6.8* 8.9** 297.6***
Year (Y) 14 3929.7*** 1045.4*** 373.7*** 2320.5*** 264.4*** 447.9*** 784.2***
G × Y 14 19.6*** 34.8*** 43.6*** 7.8*** 46.0*** 7.6*** 17.7***

a*, ** and *** are significant at P = 0.05, P = 0.01 and P = 0.001, respectively.

Flour characteristics of 15 Korean wheat cultivars.

Cultivar Flour Yield (%) Ash (%) Particle Size (μm) Damaged Starch (%) Lightness Total Starch (%) Amylose (%)
Megazyme SD-matic
2014 69.24a 0.44a 64.80b 4.70a 5.01a 93.63a 69.57b 23.69b
2015 67.76b 0.42b 66.95a 3.83b 4.92b 93.12b 71.98a 25.01a
Baekchal 67.28 0.47 74.88 5.71 4.90 93.01 70.09 6.46
Baekjoong 71.02 0.45 79.08 6.10 6.12 92.67 70.42 28.20
Goso 67.14 0.39 50.78 2.35 4.18 94.43 69.21 29.25
Hojoong 66.74 0.39 52.84 2.73 3.91 93.78 70.38 22.50
Joa 63.96 0.38 42.55 2.51 3.75 94.14 71.33 28.16
Jojoong 67.42 0.41 74.37 7.64 6.42 92.82 67.49 27.78
Jokyung 72.81 0.45 75.79 5.24 5.35 93.35 73.67 28.98
Joongmo2008 70.94 0.47 70.68 4.00 4.87 92.70 64.19 27.79
Joongmo2012 67.69 0.42 50.04 2.38 3.62 94.06 73.07 20.50
Jopoom 67.89 0.44 67.72 2.46 4.12 92.78 73.81 28.16
Keumkang 73.64 0.44 75.94 3.71 4.33 93.08 70.72 26.62
Shinmichal1 66.15 0.45 85.44 6.56 7.96 93.15 68.96 6.29
Suan 69.83 0.45 66.48 4.68 5.26 93.30 73.53 27.11
Uri 62.35 0.40 41.36 2.12 3.99 94.18 72.09 29.14
Younbaek 72.59 0.46 80.22 5.80 5.70 93.18 72.64 28.30
LSD† 0.99 0.01 1.03 0.21 0.12 0.22 0.71 0.96

†Least significant difference (P < 0.05).

Coefficient of correlation among flour characteristics and damaged starch content.

Parameters Flour Yield Ash Particle Size Lightness Total Starch Amylose
Megaa 0.367 0.543*b 0.825*** -0.672** -0.273 -0.317
SD-Matic 0.218 0.478 0.782*** -0.559* -0.284 -0.378

aMega and SD-Matic indicate damaged starch was determined by Gibson et al (1992) and SD-meter (Chopin, France), respectively.

b*, ** and *** are significant at P = 0.05, P = 0.01 and P = 0.001, respectively.

Swelling and pasting properties of flour from 15 Korean wheat cultivars.

Cultivar Swelling Amylogram
Volume (ml) Power (g) Peak Viscosity (BU) Holding Strength (BU) Final Viscosity (BU) Breakdown (BU) Setback (BU)
2014 19.97a 12.98b 390.02a 248.38a 533.42a 141.69a 285.11a
2015 18.88b 13.42a 365.49b 250.04a 536.98a 115.47b 286.98a
Baekchal 29.12 17.67 867.25 416.50 619.50 450.75 203.00
Baekjoong 16.83 12.19 281.50 202.00 472.00 79.50 270.00
Goso 18.08 12.27 278.00 220.00 543.00 58.00 323.00
Hojoong 21.89 14.00 399.75 267.00 655.00 132.75 388.00
Joa 14.54 11.82 270.42 222.50 553.08 47.92 330.58
Jojoong 17.46 12.61 276.33 214.17 488.42 62.17 274.25
Jokyung 16.63 12.54 247.00 190.00 419.50 57.00 229.50
Joongmo2008 17.29 12.26 277.25 223.00 499.00 54.25 276.00
Joongmo2012 22.24 14.13 419.50 268.50 643.75 151.00 375.25
Jopoom 17.88 12.10 269.25 199.00 476.00 70.25 277.00
Keumkang 18.19 12.32 294.50 208.25 475.00 86.25 266.75
Shinmichal1 27.96 17.72 937.75 473.50 662.75 464.25 189.25
Suan 16.25 11.94 300.50 213.25 508.75 87.25 295.50
Uri 18.46 11.75 270.00 220.50 532.00 49.50 311.50
Younbaek 18.50 12.62 276.00 199.25 478.75 76.75 279.50
LSD† 0.38 0.35 10.23 9.77 16.36 7.04 12.43

†Least significant difference (P < 0.05).

Swelling and pasting properties of starch from 15 Korean wheat cultivars.

Cultivar Swelling Amylogram
Volume (ml) Power (g) Peak Viscosity (BU) Holding Strength (BU) Final Viscosity (BU) Breakdown (BU) Setback (BU)
2014 28.91b 14.59a 177.40a 88.47b 247.71b 89.96a 158.69a
2015 29.43a 13.24b 179.02a 118.53a 258.80a 76.24b 155.22b
Baekchal 46.26 23.98 651.00 392.50 448.00 333.75 135.75
Baekjoong 28.17 11.62 91.75 68.25 195.25 19.75 126.25
Goso 26.67 11.48 76.00 48.00 177.50 32.50 138.75
Hojoong 30.55 13.74 164.50 118.75 313.25 65.75 216.50
Joa 22.50 11.87 101.25 75.00 218.75 26.00 147.50
Jojoong 25.72 11.90 115.50 88.50 227.50 21.75 137.75
Jokyung 28.33 12.38 95.25 71.00 215.25 28.00 134.50
Joongmo2008 22.07 11.74 119.25 62.75 240.75 46.50 176.25
Joongmo2012 30.15 13.63 206.75 151.25 398.00 66.75 258.50
Jopoom 27.25 12.41 106.00 73.25 265.25 31.50 177.00
Keumkang 25.00 12.87 92.00 54.25 222.75 35.25 153.50
Shinmichal1 45.00 24.51 551.25 145.58 202.67 432.83 80.25
Suan 25.00 12.53 82.75 50.50 189.50 27.00 142.00
Uri 27.08 12.22 124.75 89.75 283.00 41.75 185.75
Younbaek 27.79 11.83 94.00 62.00 200.50 28.50 143.25
LSD† 0.95 0.43 7.95 7.54 11.50 7.31 7.28

†Least significant difference (P < 0.05).

Coefficient of correlation among swelling and pasting properties of flour and starch.

Parameters Amylose Starch
Swelling Volume Swelling Power Peak Viscosity Holding Strength Final Viscosity Breakdown Setback
Amylose - -0.948***a -0.976*** -0.976*** -0.821*** -0.544* -0.958*** 0.213
Flour Swelling Volume -0.958*** 0.949*** 0.926*** 0.939*** 0.827*** 0.621* 0.905*** -0.087
Flour Swelling Power -0.989*** 0.962*** 0.965*** 0.967*** 0.816*** 0.528* 0.950*** -0.231
Flour Peak Viscosity -0.990*** 0.956*** 0.991*** -0.979*** -0.782*** 0.450 0.987*** -0.324
Flour Holding Strength -0.979*** 0.926*** 0.975*** 0.961*** 0.741** 0.428 0.984*** -0.297
Flour Final Viscosity -0.756* 0.623* 0.638* 0.657** 0.569* 0.560* 0.644** 0.248
Flour Breakdown -0.988*** 0.966*** 0.993*** 0.981*** 0.780*** 0.460 0.980*** -0.338
Flour Setback 0.430 -0.531 -0.585* -0.538* -0.329 0.130 -0.591* 0.790***

a*, ** and *** are significant at P = 0.05, P = 0.01 and P = 0.001, respectively.

Table 1 Effects of year, genotype and their interactions on flour characteristics, and swelling and pasting properties of flour and starch of 15 Korean wheat cultivars.

*, ** and *** are significant at P = 0.05, P = 0.01 and P = 0.001, respectively.

Table 2 Flour characteristics of 15 Korean wheat cultivars.

Least significant difference (P < 0.05).

Table 3 Coefficient of correlation among flour characteristics and damaged starch content.

Mega and SD-Matic indicate damaged starch was determined by Gibson et al (1992) and SD-meter (Chopin, France), respectively.

*, ** and *** are significant at P = 0.05, P = 0.01 and P = 0.001, respectively.

Table 4 Swelling and pasting properties of flour from 15 Korean wheat cultivars.

Least significant difference (P < 0.05).

Table 5 Swelling and pasting properties of starch from 15 Korean wheat cultivars.

Least significant difference (P < 0.05).

Table 6 Coefficient of correlation among swelling and pasting properties of flour and starch.

*, ** and *** are significant at P = 0.05, P = 0.01 and P = 0.001, respectively.

Table 1

Table 2

Table 3

Table 4

Table 5

Table 6

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