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1 KOREAN J. FOOD SCI. TECHNOL. Vol. 46, No. 2, pp. 135~142 (2014) The Korean Society of Food Science and Technology 국내육종고구마전분의이화학호화및소화특성 백혜림 김하람 김경미 1 김진숙 1 한귀정 1 문태화 * 서울대학교농생명공학부, 1 농촌진흥청국립농업과학원농식품자원부 Characterization of Korean Sweet Potato Starches: Physicochemical, Pasting, and Digestion Properties Hye Rim Baek, Ha Ram Kim, Kyung Mi Kim, Jin Sook Kim, Gui Jung Han, and Tae Wha Moon* Department of Agricultural Biotechnology & Center for Food and Bioconvergence, Research Institute of Agriculture and Life Sciences, Seoul National University 1 Department of Agro-food Resources, National Academy of Agricultural Science, Rural Development Administration Abstract Physicochemical, pasting, and digestion properties of sweet potato starches from 11 Korean cultivars were investigated. Starch granules were variably oval, round, polygonal, spherical, and bell-shaped, and of µm in mean particle diameter. Amylose contents varied from 12.3 to 17.4%. A similar chain length distribution of amylopectin was found in each of the cultivars. The portion of B 3 correlated with the degree of amylose leaching. Thermal properties determined by differential scanning calorimetry showed high values of gelatinization temperatures in Shinyulmi and Jeungmi starches, but a relatively low value in Daeyumi starch. All starches exhibited a Ca-type diffraction pattern. Differing patterns were observed in swelling factors, depending on temperature. The contents of rapidly digestible starch, slowly digestible starch, and resistant starch ranged from , , and %, respectively. In Rapid Visco Analyser profiles, differences were observed in pasting parameters such as pasting temperature, peak viscosity, final viscosity, and breakdown. Keywords: sweet potato starch, digestibility, slowly digestible starch, resistant starch, pasting properties 서 *Corresponding author: Tae Wha Moon, Department of Agricultural Biotechnology & Center for Food and Bioconvergence, Research Institute of Agriculture and Life Sciences, Seoul National University, Seoul , Korea Tel: Fax: twmoon@snu.ac.kr Received December 27, 2013; revised January 2, 2014; accepted January 2, 2014 론 고구마 (Ipomoea batatas L.) 는매년전세계적으로 1 억 3 천만톤이상생산되며밀, 쌀, 옥수수, 감자, 보리, 카사바에이은주요식량작물이다 (1). 최근고구마는주식에서건강식으로그역할이급격하게변하고있다. 고구마는분말, 스낵, 젤리, 음료, 전분, 에탄올, 천연색소등으로다양한분야에서이용되며 (2), 고구마로부터얻은전분은빵, 케이크, 국수, 당과류등의원료로사용된다. 국내고구마의육종은주로농촌진흥청국립식량과학원바이오에너지작물센터에서이루어져왔으며, 유색고구마품종과전분수율이높은신품종들이최근개발되었다. 현재우리나라에서는주황색, 자색을띠는유색고구마가일반고구마에비해특이한외관및향미로인기를얻고있다. 주황색고구마의경우, 베타카로틴함량과관련된영양적측면은알려져있으나 (3), 그전분의이화학적특성은거의보고되어있지않은실정이다. 영양학적으로전분은소화되는속도에따라 RDS (rapidly digestible starch), SDS (slowly digestible starch), RS (resistant starch) 의 3가지로분류된다 (4). RDS는당뇨병, 심혈관질환및비만에영향을미치는것으로알려진당지수 (glycemic index) 와관련되어있다 (5). SDS는매우느리지만완전히소화되는전분의부분으로, 포만감을오래지속시켜주기때문에체중조절을위한식단에유용하며, 당뇨병에도도움이된다. SDS는인체에글루코스를더오래안정적으로공급해주는역할을한다 (6). 인체생리적으로 RS는식이섬유와마찬가지로장내미생물에의해발효되어 butyrate를생성함으로써대장환경에유익한영향을미친다. 또한 Sajilata 등 (7) 에의하면 RS는대장암을예방하고혈당및콜레스테롤수치를낮추는효과를가지고있으며, 지방질의축적을저해하고무기질의흡수를증가시킨다. 전분은식물체의저장다당류로부분적으로결정성을띠는입자로존재하며아밀로스와아밀로펙틴의 2종류의거대분자로구성되어있다. 전분의이화학적, 구조적특성은작물종및생육환경에따라다를수있는데 (8), 이연구에사용된 11종의고구마는동일한지역에서재배되었기때문에이들간이화학및소화특성의차이는이들의유전적인차이에의해나타나는것이라고볼수있다. 최근개발된국내산고구마에대해서는품종에따른전분또는분말의이화학성질에대한상세한연구가드물며 (9,10) 전분의소화성과구조특성간의관계또한충분히구명되어있지않다. 따라서이연구에서는국내에서육종된 11가지고구마전분의이화학, 호화및소화특성을밝히고이들간의상호연관성을분석하여새로운식품소재로서의사용가능성을알아보고자하였다. 135

2 136 한국식품과학회지제 46 권제 2 호 (2014) 재료및방법 재료고구마는농촌진흥청국립식량과학원에서육종한건미, 건풍미, 대유미, 맛나미, 보라미, 신율미, 전미, 증미, 하얀미, 해피미, 헬씨미등 11 개품종을전라남도무안군에서 2011 년에재배한것을사용하였다. 전분분리고구마를세척하고껍질을벗긴후 0.2 mm 두께로잘랐다. 이를증류수에담가분쇄한후, 100 mesh 체에통과시켰다. 이렇게얻은현탁액에서상층액을버리고전분을증류수에침지시키는과정을여러차례반복한뒤, 6,000 g 에서 15 분간원심분리하여가라앉은전분층만을 40 o C 오븐에서 24 시간건조한후 100 mesh 체를통과시켜전분시료를제조하였다. 고구마전분의입자형태및크기분포고구마전분의입자형태는광학현미경 (CSB-HP3 light microscope, Samwon Scientific Ind. Co., Ltd., Seoul, Korea) 으로관찰하였다. 전분입자의크기는입도분석기 (Accusizer TM 780 particle sizing & counting analyzer, Port Richey, FL, USA) 를이용하여분석하였다. 아밀로스함량고구마전분의절대아밀로스함량은 amylose/amylopectin assay kit (Megazyme International Ireland Ltd., Bray, Ireland) 로측정하였다. 가지사슬길이분포전분 15 mg 을 90% dimethyl sulfoxide (DMSO) 3 ml 에분산시켜 15 분간끓인다음, 에탄올 15 ml 를첨가하여전분을침전시켰다. 이어서 10,000 g 로 10 분간원심분리하는과정을 2 번반복한후 sodium acetate 완충용액 (50 mm, ph 4.3) 과 isoamylase (1,000 U/mL, Megazyme International Ireland Ltd.) 30 µl 를첨가하였다. 이혼합물을항온수조 (BS-21, Jeio Tech. Co., Ltd., Daejeon, Korea) 에서 50 rpm 으로 45 ο C 에서 2 시간동안반응시켜가지결합을제거하였으며, 10 분간끓여효소반응을정지시켰다. 이를 0.45 µm membrane filter 를통과시켜 Carbo-pack PA1 음이온교환컬럼 (250 4 mm; Dionex, Sunnyvale, CA, USA) 과 pulsed amperometric detector(dionex) 가연결되어있는고성능액체크로마토그래프로써분석하였다. 컬럼을 150 mm 의 NaOH 로평형시킨뒤, 150 mm NaOH 에대한 600 mm sodium acetate 의농도를시간대별로증가시켜 1mL/min 의속도로흘려보내며시료를분석하였다 ( 농도기울기조건 0-5 분, 0-20%; 6-30 분, 20-45%; 분, 46-55%; 분, 56-60%; 분, 61-65%; 분, 66-80%; 분, %). 1 에서 7 까지의중합도 (DP, degree of polymerization) 는말토올리고당혼합물 (DP 1-7, Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA) 을외부표준물질로사용하여구하였다. 아밀로펙틴의분자량분포고구마전분내아밀로펙틴의분자량은 HPSEC-MALLS-RI (high performance size exclusion chromatography-multiangle laser-light scattering-refractive index detector system) 를이용하여분석하였다. 전분 25 mg을 90% DMSO (5 ml) 에분산시켜 15분간끓인다음, 에탄올 25 ml를첨가하고 10,000 g로 10분간원 심분리하였다. 침전물을 30 ml 에탄올에다시분산시킨후원심분리하여 (10,000 g, 10분 ) 세척하는과정을 3번반복하였다. 그후냉풍을이용하여완전히건조하였다. 그리고 0.02% NaN 3 를함유한 100 mm NaNO 3 5mL를침전물에가하고 15분간끓인후 15분간 autoclave시키고 5.0 µm 필터 (Millipore, Millipore Co., Billerica, MA, USA) 를통과시켰다. 아밀로펙틴과아밀로스를분리하기위하여 multi-angle laser-light scattering detector (Dawn DSP, Wyatt Technology, Santa Barbara, CA, USA) 와 differential refractive index detector (Opti-Lab, Wyatt Technology) 가연결되어있는고성능크기배제크로마토그래프 (model PU-2080 Plus, Jasco, Tokyo, Japan), 200 µl injector loop, degasser (NO-OX Vacuum Station, Alltech, Deerfield, IL, USA), Shodex OH-Pak 804 컬럼, 806 컬럼 (Showa Denko, Tokyo, Japan) 에주입하였다. 이동상으로는 0.02% NaN 3 가포함된 100 mm NaNO 3 용액을사용하였으며, 0.22 µm 필터 (Millipore) 를통과시킨후 0.4 ml/min의유속으로흘려보냈다. 수집된자료는 ASTRA software (Version , Wyatt Technology) 를이용하여분석하였다. X- 선회절도및상대적결정화도 X- 선회절은 X-ray diffractometer (Model New D8 advance, Bruker, Karlsruhe, Germany) 를사용하여분석하였다. Target: Cu- Kα, voltage: 40 kv, current: 40 ma 의조건으로회절각도 (2θ) 3-30 o 범위에서측정하였다. 고구마전분의열특성고구마전분의열특성은시차주사열량계 (Diamond DSC, Perkin- Elmer Inc., Waltham, MA, USA) 로측정하였다. 전분 10 mg 과증류수 40 µl 를알루미늄팬에넣어밀봉하고 12 시간동안상온에서안정화시켰다. 30 o C 에서 130 o C 까지 5 o C/min 의속도로온도를증가시켜가열하였으며이때얻은흡열곡선으로부터호화개시온도 (T o : onset temperature), 피크온도 (T p : maximum peak temperature), 종결온도 (T c : completion temperature) 와호화엔탈피 ( H: crystal melting enthalpy) 를구하였다. 고구마전분의팽윤력전분의팽윤력은 Tester 와 Morrison(11) 의방법을이용하여측정하였다. 전분 100 mg 을 5mL 의증류수에분산시켜현탁액을제조하였으며, 이를각각 50, 60, 70, 80 o C 의항온수조에서 30 분간정치하였다. 시료를얼음에식힌후, blue dextran 용액 0.5 ml (5 mg/ml) 를넣고 3,000 g 로 15 분간원심분리한다음상층액의흡광도를 620 nm 에서측정하였다. 팽윤력 (SF, swelling factor) 은다음과같은식으로계산하였다 : SF = 1 A S A S 7, 700 A R w w : 시료의무게 (g) A S : 상층액의흡광도 A R : 기준시료의흡광도 용출아밀로스용출아밀로스양 (amylose leaching, AML) 은 Eerlingen 등 (12) 의방법을변형하여측정하였다. 0.15% 전분현탁액을 80 o C 항온수조에서 15 분간가열하고 5 분간얼음에서식힌후 2,400 g 로 15 분동안원심분리하여얻은상층액을측정에사용하였다. 상층액 1.0 ml 를 50.0 ml 튜브에담아 0.1 M NaOH 0.5 ml 를가

3 국내육종고구마전분의특성 137 하고 3 분간끓인후얼음에식혔다. 0.1 M HCl (0.5 ml) 로중화시킨뒤, potassium hydrogen tartrate 용액 (5.0 g/l) 20 ml 와증류수 27.5 ml 를첨가하였다. 여기에아이오딘용액 0.5 ml (200.0 mg I g KI/100 ml) 를가하여혼합한뒤상온에 20 분간정치하였다. 용액의흡광도는 680 nm 에서측정하였으며, 순수한감자아밀로스를사용하여표준곡선을작성하였다. 고구마전분의호화특성호화특성은 Rapid Visco Analyser (RVA-4, Newport Scientific Pty, Ltd., Warriewood, Australia) 를이용하여다음과같이측정하였다. 알루미늄용기에전분 2g 과증류수 25 ml 를넣은다음플라스틱회전축을이용하여 50 o C 에서 1 분간교반시켜시료액을제조하였다. 12 o C/min 의속도로 95 o C 까지가열하고이상태에서 2.5 분간유지한후, 다시 12 o C/min 의속도로 50 o C 로냉각시키고 2 분간유지하면서호화개시온도 (pasting temperature), 최종점도 (final viscosity), 강하점도 (breakdown) 및치반점도 (setback) 를측정하였다. 고구마전분의소화율전분의소화율은 Englyst 등 (4) 의방법을변형하여측정하였다. Pancreatin (P7545, activity 8xUSP/g, Sigma-Aldrich) 2 g을증류수 24 ml에넣고 10분간교반하였다. 이를 1,500 g로 10분간원심분리시킨후상층액 20 ml를취해증류수 3.6 ml, amyloglucosidase (AMG 300L, activity 300 AGU/mL, Novozymes, Bagsvaerd, Denmark) 0.4 ml와혼합하여효소용액을제조하였다. 효소용액은 10분동안 37 o C에서보관하여평형에이르게한다음사용하였다. 각각의전분시료를유리구슬과함께 2 ml-microtube에 30 mg 씩넣은후, sodium acetate 완충용액 (ph 5.2) 을 0.75 ml씩첨가하여 37 o C shaking incubator (VS-8480SFN, Vision Scientific Co., Ltd., Daejeon, Korea) 에 10분간보관하였다. 효소용액을 0.75 ml 씩각시료에넣고 37 o C shaking incubator에서 240 rpm으로교반시키며시료별로각 10분과 240분간반응시킨후 10분동안끓여효소반응을정지시켰다. 이를 5,000 g로 5분간원심분리한다음상층액을취하여전분으로부터가수분해된글루코스양을 GOD-POD kit (BCS Co., Anyang, Korea) 을이용하여측정하였다. 전분이가수분해된정도에따라 RDS, SDS, RS 분율을구하였다. 10분간효소반응시켜생성된글루코스의양으로 RDS를계산하였으며, SDS의분율은 10분과 240분사이의반응에서가수분해된글루코스의양으로계산하였다. 240분이후에도가수분해되지않은양을 RS로하였다. 통계분석 X- 선회절측정을제외한모든자료의결과는 3 회반복측정한값의평균으로나타내었다. SPSS 12.0 (SPSS Inc., Chicago, IL, USA) 을사용하여분산분석을실시하였으며, Duncan 의다중비교로 0.05 유의수준에서시료간의차이를결정하였다. 또한 Pearson 상관계수를구하여각측정항목간의상관관계를분석하였다. 결과및고찰 고구마전분입자의형태적특성광학현미경을이용하여고구마전분입자의외양을관찰한결과, 모든고구마품종의전분입자는대부분둥글거나타원형이 Table 1. Granule size of sweet potato starches determined by particle size distribution Size range (µm) Mean diameter (µm) Mode (µm) Average size (µm) Gunmi b1) Gunpungmi cd Daeyumi e Matnami e Borami e Shinyulmi cd Jeonmi c Jeungmi a Hayanmi cd Happymi d Healthymi e 1) Values within a column not sharing a superscript are significantly 었으며, 일부는다면체, 종모양이었다. 같은품종의전분내에서도입자의모양이다양하게혼합되어나타났다. 전분분리과정으로부터생긴것으로보이는손상전분이극히일부관찰되었으나, 대부분의입자는표면에구멍이보이지않는형태를띠었다 ( 데이터미제시 ). 전분입자의크기및분포는전분입자의특성을결정하는요소중의하나로 (13), 호화및노화특성, 페이스트특성, 효소접근성, 결정성, 팽윤특성등에영향을미친다. 고구마전분의입자크기는 µm 의분포를보였는데 (Table 1), 이는기존에보고된 (10) 시판국내산고구마전분의입자크기 ( µm) 에비해서더넓은범위였다. 하얀미전분이 µm 의크기로가장분포의폭이넓었으며, 헬씨미전분이 µm 의가장좁은분포를보였다. 고구마전분의평균입도크기는 µm 수준으로, 그중에서도증미전분이가장큰평균입도를나타내었으며, 보라미, 대유미, 맛나미, 헬씨미전분의평균입도가가장작았다. 아밀로스함량및 X 선회절전분의아밀로스함량은전분의호화및노화특성, 팽윤력, 효소가수분해등에영향을미친다 (14,15). 이연구에서사용된고구마전분의절대아밀로스함량은맛나미가 12.3% 로가장적었으며, 전미가 17.4% 로가장많았다 (Table 2). 이는기존연구에서보고된값 (22.8%) 보다적은값이었다 (16). X- 선회절도를이용하여전분입자의결정형태와결정화도를비교하였다. 11 종의고구마전분은모두 2θ =17.2 o, 18.1 o, 23.1 o 에서피크를보이는 C 형의회절양상을나타내었다 (Fig. 1). Hizukuri(17) 는 C 형의전분을 A 형, B 형, A 형과 B 형의중간형과의유사성에근거하여각각 C a, C b, C c 형으로분류하였다. A 형은주로 2θ =15.0 o, 17.0 o, 17.9 o, 23 o 에서피크를나타내므로 (18) 이연구에사용된모든고구마전분은 C a 형으로분류되었다. 모든시료의 X- 선회절양상은유사하였으나, 상대적결정화도는최대값을나타낸맛나미가 56.0% 로, 최소값을나타낸헬씨미 (48.3%) 와는뚜렷한차이를나타내었다 (Table 2). Abdel-Aal 등 (19) 은전분의상대적결정화도는아밀로펙틴의함량의영향을받는다고보고하였으나, 이연구에서는품종간아밀로스함량이크게차이나지않았기때문에이로부터상대적결정화도와아밀로스및아밀로펙틴함량간의상관관계를확인할수는없었다.

4 138 한국식품과학회지제 46 권제 2 호 (2014) Table 2. Amylose contents and relative crystallinity of sweet potato starches Amylose content (%) Relative crystallinity (%) Gunmi 16.7 a1) 51.2 Gunpungmi 14.9 b 54.4 Daeyumi 14.6 b 53.0 Mannami 12.3 c 56.0 Borami 12.6 c 50.9 Shinyulmi 15.8 ab 50.5 Jeonmi 17.4 a 52.3 Jeungmi 14.8 b 52.3 Hayanmi 16.2 ab 49.7 Happymi 15.1 b 48.3 Healthymi 14.6 b ) Values within a column not sharing a superscript are significantly Fig. 1. X-ray diffractogram of sweet potato (Gunmi) starch. It represents X-ray diffractograms of all sweet potato starches used in this study. 아밀로펙틴의가지사슬길이분포와아밀로스용출전분은호화온도이상으로가열할때팽윤하는데, 이때수용성물질이입자바깥으로용출된다. 전분의팽윤은아밀로펙틴의특성에의해나타나는것으로보고되어있다 (20). 고구마전분에서분석된아밀로펙틴가지사슬의중합도와그에따른피크면적의상대적인비율을 Table 3 에나타내었다. 일반적으로가지사슬은그길이에따라 A, B 1, B 2, B 3 등 4 가지부분으로분류한다 (18). 신율미의 A 사슬함량은기존에보고된바와같이다른고구마품종에비해높았으며 (9), 이는신율미의호화점도특성에영향을미쳤을것으로사료된다. AML 은 1.4% 에서 8.3% 사이로나타났으며, 증미가가장많은 AML 을보였고보라미와헬씨미의 AML 이가장적었다 (Table 3). 이연구에서 B 3 사슬의함량과 AML 이상관관계를보였다 (r =0.725, p<0.01). 건미와하얀미는 B 3 사슬함량이많았는데 (4.1%), 이들의 AML 또한각각 6.5% 와 6.2% 로높은값을나타내었다. 이는아밀로펙틴은긴사슬분율이높을수록용출되지않으므로, 아밀로스가상대적으로더잘용출되었기때문인것으로보인다. Table 3. Branched chain length distributions and amylose leaching of sweet potato starches Branched chain length distribution (%) AML 2) DP ) DP DP DP 37 (%) Gunmi 39.3 de3) 36.9 d 10.1 a 4.1 a 6.5 b Gunpungmi 41.8 b 37.8 c 10.0 ab 3.5 b 6.0 bc Daeyumi 41.5 b 37.8 c 9.2 d 3.5 b 6.2 bc Matnami 41.5 b 39.1 b 9.4 cd 2.9 cd 3.7 d Borami 40.1 cd 40.0 a 9.6 bc 3.0 c 1.4 e Shinyulmi 44.7 a 35.9 e 7.0 f 2.9 cd 4.5 cd Jeonmi c 39.0 b 9.9 ab 3.6 b 4.9 bcd Jeungmi 39.9 cd 40.4 a 10.1 a 3.8 b 8.2 a Hayanmi 38.8 e 39.0 b 10.1 a 4.1 a 6.2 bc Happymi 40.4 c 40.1 a 9.1 d 2.3 e 3.7 d Healthymi 40.3 c 40.2 a 8.5 e 2.7 d 1.4 e 1) DP=Degree of polymerization; DP 6-12=A, DP 13-24=B 1, DP 25-36=B 2, DP 37=B 3 chains 2) Amounts of amylose leaching 3) Values within a column not sharing a superscript are significantly Table 4. Molecular characteristics of sweet potato starches M n M w ( 10 7 g/mol) ( 10 7 g/mol) R g (nm) 1) Polydispersity (M w /M n ) Gunmi 6.6 cde2) 9.4 cd bc 1.4 de Gunpungmi 5.5 e 8.0 d cd 1.5 cde Daeyumi 5.7 e 7.2 d d 1.2 e Matnami 7.8 bcd 12.6 ab b 1.6 bcd Borami 6.3 de 13.3 ab a 2.1 a Shinyulmi 8.1 abc 10.8 bc bc 1.3 de Jeonmi 9.6 a 13.1 ab bc 1.4 de Jeungmi 8.1 abc 14.6 a bc 1.8 b Hayanmi 5.6 e 9.9 cd bc 1.8 bc Happymi 7.3 bcd 10.7 bc bc 1.5 cde Healthymi 8.6 ab 13.9 a b 1.6 bcd 1) Values M n, M w, and R g denote number average molar mass, weight average molar mass, and radius of gyration, respectively. 2) Values within a column not sharing a superscript are significantly 아밀로펙틴의분자량분포고구마전분의아밀로펙틴의중량평균분자량 (M w ) 은시료간에유의적인차이를보였다 (Table 4). 가장높은 M w 값을보인증미는큰회전반경 (radius of gyration, R g ) 을나타내었으며 (223.4 nm), 가장큰 R g 값을보인보라미또한상대적으로높은 M w 를가졌다 ( g/mol). 이러한 M w 와 R g 간의관계는비둘기콩및보리전분에대한기존의연구에서보고된바있다 (21,22). R g 값이용액내에서분자가차지하는부피를나타낸다는점에서, 아밀로펙틴의가지사슬길이와분지양상은용액에서의 R g 에영향을미친다 (23). R g 와아밀로스용출간에는음의상관관계가관찰되었는데 (r= 0.510, p<0.01), 이는 Patindol 등 (24) 에따르면아밀로펙틴의 R g 가작을수록아밀로스또는아밀로펙틴분자들이상호작용할수있는가능성이작아지기때문이다. 다분산성은아밀로펙틴분자의분포특성을나타내는지표로,

5 국내육종고구마전분의특성 139 Table 5. Gelatinization parameters of sweet potato starches T o 1) T p T c T c -T o 2) H (J/g) Gunmi 64.8 d3) 70.2 f 73.9 g 9.1 f 17.7 c Gunpungmi 66.9 bc 71.8 de 76.8 e 9.9 f 13.9 e Daeyumi 63.8 e 71.7 e 80.3 bc 16.4 a 12.1 f Matnami 67.4 b 73.0 bc 78.6 d 11.2 e 15.2 d Borami 66.4 c 72.7 cd 76.5 e 10.1 f 22.7 a Shinyulmi 70.6 a 75.0 a 80.0 b 9.4 f 9.3 g Jeonmi 64.7 d 72.6 cd 79.4 cd 14.7 b 16.4 d Jeungmi 67.2 b 73.6 b 82.0 a 14.7 b 15.9 d Hayanmi 62.0 g 69.8 f 75.5 f 13.5 c 16.2 d Happymi 62.8 f 70.4 f 75.3 f 12.5 cd 17.9 c Healthymi 64.6 d 72.0 de 76.9 e 12.3 d 19.9 b 1) T o, T p, and T c indicate the onset, peak, and conclusion temperatures of gelatinization, respectively. 2) T c -T o denotes the temperature range of gelatinization. H indicates the gelatinization enthalpy. 3) Values within a column not sharing a superscript are significantly Table 6. Swelling factors of sweet potato starches at various temperatures 50 C 60 C 70 C 80 C Gunmi 2.3 de1) 4.2 bcd 13.2 a 15.0 ab Gunpungmi 1.8 e 3.7 cde 6.3 f 13.0 cde Daeyumi 4.0 ab 5.0 b 8.7 d 15.7 a Matnami 2.3 de 2.7 e 8.5 d 16.3 a Borami 3.7 bc 4.5 bc 8.7 d 12.7 cde Shinyulmi 3.1 cd 3.3 de 11.6 b 13.4 cd Jeonmi 4.6 a 6.3 a 10.8 b 13.7 bc Jeungmi 2.4 de 3.4 cde 9.7 c 12.4 cde Hayanmi 2.5 de 3.3 de 9.2 cd 11.8 de Happymi 2.7 de 3.9 cd 7.2 e 11.4 e Healthymi 2.6 de 3.6 cde 12.7 a 15.8 a 1) Values within a column not sharing a superscript are significantly 높은값을가질수록아밀로펙틴의분포양상이불균일함을의미한다 (24). 고구마전분의다분산성값 (M w /M n ) 은평균약 1.6 이었 Table 7. Relative amounts of RDS, SDS, and RS in sweet potato starches RDS (%) SDS (%) RS (%) Gunmi 10.6 bc1) 40.6 c 48.8 d Gunpungmi 9.6 c 43.1 b 47.3 de Daeyumi 17.4 a 40.2 c 42.4 f Matnami 10.6 bc 36.6 d 52.8 c Borami 12.3 b 40.0 c 47.8 d Shinyulmi 9.6 c 45.6 a 45.4 e Jeonmi 10.0 c 41.0 c 49.1 d Jeungmi 6.3 d 30.9 e 62.8 a Hayanmi 12.2 b 39.8 c 48.0 d Happymi 18.6 a 45.6 a 35.7 g Healthymi 12.5 b 31.4 e 56.1 b 1) RDS, Rapidly digestible starch; SDS, Slowly digestible starch; RS, Resistant starch 2) Values within a column not sharing a superscript are significantly 으며, 보라미는특히높은값을나타내었다. 한편전분의소화특성과관련하여, M w 와 RS 함량은기존문헌 (25) 에보고된바와같이양의상관관계를보였다 (r=0.566, p<0.01). 증미가가장높은 M w 와 RS 함량을나타내었으며, 대유미의 M w 와 RS 함량이가장낮았다 (Table 4, 8). 고구마전분의열특성고구마전분의호화와관련된열특성을시차주사열량계로분석한결과를 Table 5 에나타내었다. 신율미와증미가높은 T o, T p, T c 를보였으며, 이는기존에보고된값과유사하였다 (9). 반면, 하얀미는가장낮은값을나타내었다. 호화엔탈피 ( H) 의경우보라미 (22.7 J/g) 와헬씨미 (19.9 J/g) 가높은값을보였다. 한편기존의연구들에서는호화온도가아밀로스함량의영향을받는다고하였으나 (26-28) 이연구에사용된 11 종의고구마전분의아밀로스함량과호화온도사이에는유의적인상관관계가관찰되지않았다. 일반적으로호화온도는아밀로스함량이외에도입자의크기, 형태, 전분분획의분포등에의해영향을받는다 (29). 따라서이연구에서는고구마전분입자의아밀로스함량뿐만아니라가지사슬길이, 분자량, 전분분획의분포등다양한특성이복합적으로호화온도에영향을끼친것으로보인다. 그리고 Table 8. Pasting properties of sweet potato starches from different cultivars Peak viscosity (cp) Breakdown (cp) Final viscosity (cp) Setback viscosity (cp) Pasting time (min) Pasting temperature Gunmi 2541 a 435 bcd 3098 ab 992 abcd 4.5 bcd 74.8 ab Gunpungmi 2576 a 579 ab 3130 a 1133 abc 4.5 cd 75.1 ab Daeyumi 2361 abc 406 bcd 2893 ab 938 cd 4.9 ab 74.8 ab Matnami 2202 c 334 d 2939 ab 1071 abcd 4.9 abc 76.0 ab Borami 2294 bc 316 d 3073 ab 1099 abcd 5.0 a 74.8 ab Shinyulmi 2543 a 543 ab 3222 a 1221 a 4.5 cd 75.1 ab Jeonmi 2426 ab 545 abc 2863 ab 962 bcd 4.6 abcd 75.4 ab Jeungmi 2291 bc 422 bcd 2909 ab 1041 abcd 4.6 bcd 76.7 a Hayanmi 2288 bc 362 cd 3129 a 1203 ab 4.7 abcd 75.1 ab Happymi 2469 ab 645 a 2704 b 880 d 4.3 d 74.3 b Healthymi 2398 abc 561 ab 2847 ab 1009 abcd 4.5 cd 76.2 ab 1) Values within a column not sharing a superscript are significantly

6 140 한국식품과학회지제 46 권제 2 호 (2014) Table 9. Correlation coefficients between physicochemical, digestion, and pasting properties of sweet potato starches Parameter 1) AM PS DP 37 Mn Mw Rg Poly RDS SDS RS SDSRS To Tc Tp H AL peakv finalv BD SB Pasting temp AM 1 PS 0.565** 2 ) 1 Pasting time DP * 0.525** 1 Mn Mw ** 1 Rg * ** 1 Poly ** ** 0.763** 1 RDS **-0.376* * SDS ** * RS ** * **-0.867** 1 SDSRS ** 0.376* * ** ** 1 To ** ** 1 Tc * * * 0.346* 0.493** 1 Tp * 0.356* ** * 0.497**0.857** 0.727** 1 H * 0.620** 0.595** * **-0.354* 1 AL 0.362* 0.667** 0.725** ** ** 1 PeakV 0.372* * * * FinalV * 1 BD * ** SB * ** Pasting * * **0.583** 0.377* * temp Pasting time * ** ** ) Parameters, AM=amylose content; PS=particle size; Poly=polydispersity; AL=amylose leaching; peakv=peak viscosity in RVA; finalv=final viscosity in RVA; BD=breakdown; SB=setback 2) Significance level: * and ** are p<0.05 and p<0.01, respectively.

7 국내육종고구마전분의특성 141 호화온도의지표 (T o, T p, T c ) 는 SDS+RS 함량과양의상관관계를가지는것으로나타났다 ( 각각 r=0.617, p<0.01; r=0.497, p<0.01; r=0.346, p<0.05). 팽윤력전분을구성하는분자는수소결합에의해미셀형태로결정성다발을이루어존재하므로 (30) 입자내미셀망의강도와특성은전분의팽윤력을결정하는주요한요소이다. 전분의팽윤력은전분을함유하는식품의호화, 유변학적특성등에영향을미치며 (31), 고도로팽윤된입자는전분페이스트의강도를감소시키는것으로알려져있다 (32). 예상한바와같이, 모든고구마전분의팽윤력은온도가상승함에따라커졌으며, 시료에따라 o C 또는 o C 범위에서큰폭으로증가하였다 (Table 6). 80 o C 에서측정된전분의팽윤력은하얀미가가장낮았으며, 헬씨미가가장높았다. 이와같은온도및시료에따른팽윤력의차이는아밀로스 - 아밀로펙틴비율, 가지사슬길이와분자량분포, 분지정도와그길이, 결합형태등의차이에의한것으로알려져있다 (33). 고구마전분의소화율고구마전분의 in vitro 소화율을 Table 7에나타내었다. 모든고구마전분은 SDS보다적은 RDS 함량을가졌다. SDS의함량은 % 의분포를보였으며신율미, 해피미, 건풍미, 전미, 건미, 대유미, 보라미, 하얀미, 맛나미, 헬씨미, 증미순으로높게나타났다. SDS 함량은아밀로펙틴의분자량과음의상관관계를나타내었으며 (r= 0.531, p<0.01), 이와비슷한결과가콩과식물의전분을이용한연구에서보고된바있다 (22). 증미가가장낮은 SDS 함량을보였음에도불구하고, RS 함량이가장많았다 (62.8%). 천연전분의소화율은유래작물의전분입자크기, 아밀로스 / 아밀로펙틴비율, 지방질-아밀로스복합체의존재여부등다양한요인들의상호작용에의해서영향을받는다 (34-37). 이연구에서는입자의평균크기와 SDS+RS 함량이양의상관관계를가지는것으로나타나 (r=0.517, p<0.01), 전분입자의크기가전분의소화율에영향을미치는중요한요인임을확인하였으며, 또전분의저소화성획분의함량을결정짓는중요한요인임을알수있었다. 고구마전분의호화특성 Rapid Visco Analyser 를이용하여전분의호화개시온도, 최고, 최저, 최종점도및강하점도, 치반점도등을측정한결과를 Table 8 에나타내었다. 이전연구의다른고구마전분에비하여 (25) 이연구에서사용된모든고구마전분의호화시간은대체적으로짧았으며, 특히해피미는가장짧은호화시간을나타내었다. 전분의호화특성은전분입자의팽윤, 결정성, 아밀로펙틴의가지사슬분포등에의해영향을받는다 (12). 호화시간은전분입자의크기 (r=0.407, p<0.05), 최고점도 (r= 0.684, p<0.01), 강하점도 (r= 0.859, p<0.01) 와음의상관을나타내었으며, 입자의크기가큰전분이작은입자전분보다더빨리호화과정을거치는것으로사료되었다. 노화특성을나타내는치반점도는신율미가 1221 cp 의가장높은값을, 해피미는 880 cp 로가장낮은값을나타내었다. 한편 Jacobs 등 (38) 은팽윤된입자들간에형성된단단한배열과방출된아밀로스가전분페이스트의점성에영향을준다고하였다. 전분의강하점도차이는호화중팽윤된입자의열및전 단에대한저항성과관련되어있으며, 11 품종고구마전분중에서는해피미가 645 cp 로가장높은값을보인반면보라미는 316 cp 로가장낮은값을나타내었다. 고구마전분의최고점도와강하점도는양의상관관계를보였는데 (r= p<0.01), 이는최고점도가높은전분은강하점도가높으며약한젤을형성함을의미하였다. 앞으로이연구에서규명된품종별고구마전분의이화학, 호화및소화특성을바탕으로하여다양한유형의식품에서의가공적성을평가하는연구가수행되어야할것이다. 요 국내에서육종한 11 가지고구마의전분특성을구명하여새로운식품소재의개발을위한기초자료로이용하고자전분의이화학, 호화및소화특성을조사하였다. 아밀로스함량은 % 의범위를보였으며, 아밀로펙틴가지사슬분포는시료간에유사하였다. 증미전분의아밀로펙틴분자량이가장컸으며대유미전분은가장낮은값을보였다. 모든고구마전분의 X 선회절양상은 C 형중에서도 A 형에가까운 C a 형을나타내었다. 시차주사열량계로측정한열특성에서 11 품종고구마전분중신율미와증미의호화온도가높았고, 해피미는낮았다. Rapid Visco Analyser 로페이스트특성을살펴보았을때, 호화시간은전분입자의크기, 최고점도, 강하점도와음의상관을나타내었으며, 해피미가가장낮은호화온도와치반점도를보였고강하점도와최고점도및최종점도가높았다. 소화특성에서증미의 RS 함량이가장많았으며, 신율미와해피미는 SDS 함량이많았다. 약 감사의글 본연구는농촌진흥청공동연구사업 ( 과제번호 : PJ008575) 의지원으로수행되었으며이에감사드립니다. References 1. Bovell-Benjamin AC. Sweet potato: A review of its past, present, and future role in human nutrition. Adv. Food Nutr. Res. 52: 1-59 (2007) 2. Wanjekeche EW, Keya EL. Utilization of fresh cassava and sweet potato pulps in baking. Ecol. Food Nutr. 33: (1995) 3. Teow CC, Truong VD, McFeeters RF, Thompson RL, Pecota KV, Yencho GC. Antioxidant activities, phenolic and β-carotene contents of sweet potato genotypes with varying flesh colours. Food Chem. 103: (2007) 4. Englyst HN, Kingman SM, Cummings JH. Classification and measurement of nutritionally important starch fractions. Eur. J. Clin. Nutr. 46: S33-S50 (1992) 5. Ludwig DS. Dietary glycemic index and obesity. J. Nutr. 130: 280S-283S (2000) 6. Lehmann U, Robin F. Slowly digestible starch-its structure and health implications: a review. Trends Food Sci. Tech. 18: (2007) 7. Sajilata M, Singhal RS, Kulkarni PR. Resistant starch-a review. Compr. Rev. Food Sci. F. 5: 1-17 (2006) 8. Noda T, Tsuda S, Mori M, Takigawa S, Matsuura-Endo C, Saito K, Arachichige Mangalika WH, Hanaoka A, Suzuki Y, Yamauchi H. The effect of harvest dates on the starch properties of various potato cultivars. Food Chem. 86: (2004) 9. Park JY, Ahn YS, Shin DH, Lim ST. Physicochemical properties of Korean sweet potato starches. J. Korean Soc. Food Sci. Nutr. 28: 1-8 (1999) 10. Baek MH, Cha DS, Park HJ, Lim ST. Physicochemical properties

8 142 한국식품과학회지제 46 권제 2 호 (2014) of commercial sweet potato starches. Korean J. Food Sci. Technol. 32: (2000) 11. Tester RF, Morrison WR. Swelling and gelatinization of cereal starches. I. Effects of amylopectin, amylose, and lipids. Cereal Chem. 67: (1990) 12. Eerlingen RC, Jacobs H, Block K, Delcour JA. Effects of hydrothermal treatments on the rheological properties of potato starch. Carbohyd. Res. 297: (1997) 13. Rasper V. Investigations on starches from major starch crops grown in Ghana: III. Particle size and particle size distribution. J. Sci. Food Agr. 22: (1971) 14. Gérard C, Barron C, Colonna P, Planchot V. Amylose determination in genetically modified starches. Carbohyd. Polym. 44: (2001) 15. Lindeboom N, Chang PR, Tyler RT. Analytical, biochemical and physicochemical aspects of starch granule size, with emphasis on small granule starches: a review. Starch-Stärke 56: (2004) 16. McPherson AE, Jane J. Comparison of waxy potato with other root and tuber starches. Carbohyd. Polym. 40: (1999) 17. Hizukuri S. Effect of environment temperature of plants on the physicochemical properties of their starches. J. Japan Soc. Starch Sci. 17: (1969) 18. Hanashiro I, Abe J, Hizukuri S. A periodic distribution of the chain length of amylopectin as revealed by high-performance anion-exchange chromatography. Carbohyd. Res. 283: (1996) 19. Abdel-Aal ESM, Hucl P, Chibbar RN, Han HL, Demeke T. Physicochemical and structural characteristics of flours and starches from waxy and nonwaxy wheats. Cereal Chem. 79: (2002) 20. Gomand SV, Lamberts L, Visser RGF, Delcour JA. Physicochemical properties of potato and cassava starches and their mutants in relation to their structural properties. Food Hydrocolloid. 24: (2010) 21. Sandhu KS, Lim ST. Digestibility of legume starches as influenced by their physical and structural properties. Carbohyd. Polym. 71: (2008) 22. You SG, Izydorczyk MS. Molecular characteristics of barley starches with variable amylose content. Carbohyd. Polym. 49: (2002) 23. Yoo SH, Jane JL. Molecular weights and gyration radii of amylopectins determined by high-performance size-exclusion chromatography equipped with multi-angle laser-light scattering and refractive index detectors. Carbohyd. Polym. 49: (2002) 24. Patindol JA, Gonzalez BC, Wang YJ, McClung AM. Starch fine structure and physicochemical properties of specialty rice for canning. J. Cereal Sci. 45: (2007) 25. Tsakama M, Mwangwela AM, Manani TA, Mahungu NM. Physicochemical and pasting properties of starch extracted from eleven sweetpotato varieties. Afr. J. Food Sci. Technol. 1: (2010) 26. Demeke T, Hucl P, Abdel-Aal ESM, Båga M, Chibbar RN. Biochemical characterization of the wheat waxy a protein and its effect on starch properties. Cereal Chem. 76: (1999) 27. Stevenson DG, Doorenbos RK, Jane JL, Inglett GE. Structures and functional properties of starch from seeds of three soybean (Glycine max (L.) Merr.) varieties. Starch-Stärke 58: (2006) 28. Jane J, Chen YY, Lee LF, McPherson AE, Wong KS, Radosavljevic M, Kasemsuwan T. Effects of amylopectin branch chain length and amylose content on the gelatinization and pasting properties of starch. Cereal Chem. 76: (1999) 29. Kaur M, Sandhu KS, Lim ST. Microstructure, physicochemical properties and in vitro digestibility of starches from different Indian lentil (Lens culinaris) cultivars. Carbohyd. Polym. 79: (2010) 30. Oladebeye AO, Oshodi AA, Oladebeye AA. Physicochemical properties of starches of sweet potato (Ipomea batata) and red cocoyam (Colocasia esculenta) cormels. Pak. J. Nutr. 8: (2009) 31. Srichuwong S, Sunarti TC, Mishima T, Isono N, Hisamatsu M. Starches from different botanical sources II: Contribution of starch structure to swelling and pasting properties. Carbohyd. Polym. 62: (2005) 32. Eliasson AC. Viscoelastic behaviour during the gelatinization of starch I: Comparison of wheat, maize, potato and waxy-barley starches. J. Texture Stud. 17: (1986) 33. Moorthy SN. Tuber Crop Starches. Central Tuber Crops Research Institute, Kerala, India. pp (2001) 34. Jenkins DJA, Jenkins AL, Wolever TMS, Josse RG, Wong GS. The glycaemic response to carbohydrate foods. Lancet 324: (1984) 35. Snow P, O'Dea K. Factors affecting the rate of hydrolysis of starch in food. Am. J. Clin. Nutr. 34: (1981) 36. Goddard MS, Young G, Marcus R. The effect of amylose content on insulin and glucose responses to ingested rice. Am. J. Clin. Nutr. 39: (1984) 37. Guraya HS, Kadan RS, Champagne ET. Effect of rice starch-lipid complexes on in vitro digestibility, complexing index, and viscosity. Cereal Chem. 74: (1997) 38. Jacobs H, Eerlingen RC, Clauwaert W, Delcour JA. Influence of annealing on the pasting properties of starches from varying botanical sources. Cereal Chem. 72: (1995)