라.전분립의 분포

보리종실의 전분립(granule)은 뚜렷한 차이를 보이는 두 가지 유형의 크기분포(bimodal size distribution)를 보이는데, 이중 큰 것은 A-형, 작은 것은 B-형으로 부르고 있다. 고온에서 자란 보리는 저온에서 자란 보리보다 작은 A- 및 B-형의 전분립을 가지며, 더 적은 수의 B-형을 갖는다. B-형 전분립은 총 전분립 수의 80∼90%를 차지하나, 중량비율로는 10∼15%에 지나지 않는다.

일반적으로 A-형은 B-형에 비해 더 높은 아밀로스를 함유한다. 또한 소립은 대립의 전분립보다 glucoamylase에 대한 감수성이 더 크다. 찰성보리의 경우 아밀로스 합성이 저해를 받기는 하나 철저하게 배제되는 것은 아니다. 그 결과 찰보리에서 아밀로스 함량이 매우 낮기는 하나 다양한 수준이 존재하는 것으로 조사된다.

마.전분의 호화

전분립은 충분한 물과 현탁액상태로 100℃까지 온도를 상승시키는 과정에서 많은 변화를 일으킨다. 초기에는 전분립이 서서히 팽윤되나 어느 특정온도에 도달되면 보다 신속한 비가역적인 팽윤을 일으켜 전분액의 점도를 크게 증가시키게 된다. 이것은 전분립 내부 분자배열의 붕괴를 동반하는데, 이 시점은 복굴절(birefringence) 소실, 전분립 결정성(crystallinity) 소실, X-ray 회절(diffraction), 효소적 가수분해 감수성, DSC (differential scanning calorimetry) 및 전분의 용해도 등에 의해 판정될 수 있다.

이들 측정 모두에서 호화(gelatinization)란 용어를 사용하기 때문에 호화온도(gelatinization temperature)가 서로 달리 보고될 수 있다. 전통적으로는 편광 광학현미경상에서 측정된 복굴절 소실이 호화온도 측정방법으로 주로 사용되어 왔다. 이 방법에서는 50%정도의 복굴절이 소실되었을 때를 호화온도로 정하고 있다. 근래에는 호화온도가 DSC방법을 사용하여 전분의 결정구조가 용해되는 온도로 널리 측정되고 있다. 대체로 일반보리의 호화온도는 56∼62℃의 범위로 보고되는데, 이들 수치는 보리품종과 등숙환경에 의해 영향을 받는다.

가공적성면에서 전분의 호화온도는 중요한 특성중 하나이다. 호화온도는 전분립이 보다 가용화되고 효소적 작용에 더 민감해진다는 것을 의미하는데, 이것은 양조나 mashing 단계에서 중요한 특성이다. 이 온도는 또한 전분립의 비 가역적인 팽윤이 개시되는 온도이다. 이 팽윤은 온도가 80℃까지 증가함에 따라 증대된다. 전분립의 팽윤과 파열 및 내부물질의 노출 정도에 따라 전분액 점도도 증가를 보이게 된다.

전분 반죽제품의 점도는 곡물가루와 전분의 기술적 가공에서 중요한 특성이다. 전분 반죽의 점도를 측정하기 위해 가장 널리 쓰이는 것 중 하나가 Brabender Viscoamylograph이다. 이 방법에서는 현탁액이 통제되는 조건하에서 가열되는 동안 전분 현탁액의 점도가 연속적으로 측정되도록 고안되어 있다. 이 방법으로 측정되는 주요 특성은 전분 현탁액의 점도가 증가하기 시작하는 온도(pasting temperature), 최고점도에 도달되었을 때의 온도, 최고점도의 수준, 최고점도의 안정도, 현탁액이 냉각되었을 때 전분의 노화점도(setback viscosity)와 노화속도이다.

서로 다른 품종간 아밀로그람 최고점도에서 상당한 변이가 존재한다(그림 3). 일반보리에서는 반죽점도가 급격히 발달되고, 최고점도가 상당히 안정되며, 냉각시 뚜렷한 setback 또는 노화(retrogradation)를 보인다. 반면에 찰성 전분은 매우 높은 최고점도를 나타내나 불안정하고, 냉각시 아주 낮은 노화도를 보임으로서 일반전분과 상이한 점도곡선을 나타내고, 호화온도(pasting temperature)도 일반보리에 비해 현저히 낮다. 한편, 고 아밀로스 전분은 일반보리보다 낮은 최고점도를 보이나, 냉각시 훨씬 높은 노화도를 보인다. 이들 반죽특성은 특정제품을 만들고자 할 때 유용하게 이용될 수 있을 것이다.

그림 3. Compana(A), 찰성 Compana(B), Glacier(C) 및 고 아밀로스 Glacier(D) 품종의
Brabender Amylogram 곡선 (Georing, 1974)

[※Region A : 고도로 치환기를 갖는 부위 ,Region B : 치환기가 적고 endoxylanase가 공격하기 쉬운 지점]

그림 4. 보리 종실에서 arabinonxylan의 골격과 C(O)5에 ferulic acid를 갖는
arabinosyl residue (MacGregor A.W, 1993)

이중 맥아당의 경우는 보리의 수확전 수발아로 기인된 제한적 전분의 분해작용에 의해 형성되었을 것이란 추측을 가능케 해 준다. 소량의 galactose와 mannose가 발달중인 보리 종실에서는 발견되나, 이들 단당류가 건전한 종실내에서는 유리상태로 관찰되지 않는다.

raffinose는 보리의 주요 소당류(oligosaccharides)로서 종실내 전체 소당류중 25%정도를 차지한다. 이 소당류는 80%이상이 배에 존재하는데, 발아 초기단계에 급속히 대사된다. 자당(sucrose) 역시 비교적 다량 함유되어 있는 소당류중 하나로서, 많은 비율(80%이상)이 배에 존재한다. 일부 high-sugar 보리 육성계통에서 6.7%에 달하는 높은 수준의 자당이 함유된 것으로 보고된 바 있다.

fructans 또는 fructo-oligosaccharide는 과당으로 구성된 비환원성 중합체로서, 몇 개의 fructosyl기가 glucose 말단기에 결합된 구조로 되어 있다. 보리종실에 존재하는 fructan은 주로 10개 정도의 fructosyl기로 구성되어 있으나, 이보다 고분자량의 fructan 역시 존재할 것으로 추정되고 있다. 미성숙 종실내에는 고농도(20%)의 fructan이 함유되어 있으나, 종실 발달과 함께 그 농도가 급격히 감소된다. 보리 종실에서 fructan은 비교적 쉽게 합성되고 가수분해될 수 있기 때문에 종실의 발육중에 임시저장소로 이용될 것으로 여겨진다. 성숙한 종실에서의 fructan 수준은 sucrose나 raffinose와 비교할 만큼 높게 함유되어 있는데, 이들 두 저분자 탄수화물과 마찬가지로 fructan도 배에 주로 집적되어 있다.

2. 단백질

보리 단백질은 탄수화물에 비해 소량이기는 하나, 그 양과 조성은 최종소비자가 보리의 용도와 품질을 판정하는데 중요한 결정요인이기 때문에 상세히 연구된 성분중 하나이다.

단백질은 주요 영양학적 성분 중 가장 큰 변동폭을 보이는 성분으로서 전분함량과는 역관계로 변화된다. 단백질함량 증가에 따라 총 아미노태 질소도 자연히 증가되나, 각 아미노산함량은 종류에 따라 상이한 변화를 보인다. 보리 종실내 단백질 조성과 양은 단백질의 영양학적인 품질에 영향을 미치는 세 가지 요인중 둘에 해당되기 때문에(나머지 요인은 단백질의 생물학적가치와 이용성임) 단백질 변이를 조절하는 요인과 그 변이와 관련된 영향을 이해하는 것이 중요하다.

곡류 단백질은 Osborne법에 의해 물, 묽은 염, 알콜 및 알칼리 용액에 녹아 나오는 순서에 따라 각각 albumin, globulin, prolamin 및 glutelin으로 분류된다. 이중 알부민과 글로불린은 흔히 함께 추출되기 때문에 염가용성 단백질(salt soluble protein)로 불리기도 한다. 전기영동상에서 알부민과 글로불린의 분자량은 각각 70,000과 10,000정도인 것으로 관찰된다.

염가용성 단백질은 배와 호분층의 주성분으로서 6조보리에서는 종실 총 질소량중 15∼30%를 차지한다. 알부민과 글로불린은 대부분 대사관련 단백질에 속한다. 펩타이드(peptide), 유리아미노산 및 질산염(nitrate)과 같은 비단백태 질소 등도 알부민과 함께 검출되는데, 이들 화합물은 종실 총 질소함량중 10∼12%를 차지한다. 염용해성 단백질은 라이신과 threonine이 풍부하기 때문에 높은 영양가를 갖는다.

prolamine과 glutelin은 주로 배유에 존재한다. 흔히 hordein으로 불리는 prolamin은 보리의 주요 저장단백질로서 종실의 총질소량의 35∼50%를 차지하나, 라이신 함량이 낮아서 그 양에 따라 곡립내 총 라이신수준을 높이거나 낮추는 역할을 하기 때문에 광범위하게 연구되었다.

표 5. Osborne법에 의한 2조 원맥과 맥아의 단백질조성(Harris, 1962)

고 라이신(high-lysine) 보리는 식용으로도 중요성을 지닌다. 한 예로서 밀가루에 0.25% lysine을 보충해 줄 경우 사람에게 이용 가능한 단백질 함량이 30%이상 증대되는 것으로 관찰되는데, 보리에서도 이와 비슷한 효과가 얻어질 수 있을 것이다. 70kg 체중의 사람이 질소균형을 유지하는데는 매일 30g의 고품질의 단백질이나 100g의 저품질의 단백질이 소요된다. 영양학적 에너지 요구량에 대한 추정치중에서 체중이 70kg인 남자와 58kg인 여자가 보통으로 활동할 경우 하루에 각각 3,200Kcal와 2,300Kcal의 열량을 필요로 하며, 사춘기 남자는 칼슘과 철분의 하루 최대 필요량이 각각 1.4g과 12mg인 것으로 제시되어 있다. 사람에게 필수아미노산은 lysine, methionine, phenylalanine, threonine, leucine, tryptophan 및 valine이 포함된다.

3. 지질성분

보리의 지질함량은 옥수수, 귀리등 대부분 곡류들이 지방함량에 다소 낮게 함유한 편에 속한다. 보리 지질성분이 재배환경에 따라 변이가 존재하기는 하나, 가장 많은 비율을 이루는 성분은 palmitic acid와 불포화지방산인 oleic, linoleic 및 linolenic으로 구성된 triglyceride(73.3∼79.1%)이다. 불포화지방산중 가장 많이 함유된 지방산은 linoleic acid이다. Bomi Ris 1508 돌연변이 보리(3.5∼5.3%)와 Hiproly(2.4∼3.3%)에서 에테르추출물이 높았다는 보고가 있으나, 이러한 높은 수치는 전분합성 저하에 따른 평균적 종실 무게 감소에서 기인한 것으로 여겨지고 있다. 보리 종실에서 가장 많은 지질이 함유된 부위는 배유부이고, 배아와 hull에도 소량 분포한다. Price등(1979)은 쌀보리 Prilar에서 총 지질에 대해 배(embryo)에 17%가 분포하고 배유와 외피에 각각 77.1%와 5%가 분포함을 관찰하였다. 그러나 단위무게당 비율로는 정반대로 나타나는데, 3.0∼3.3%의 총지질 함량을 갖는 보리의 도정시 곡피를 포함한 외부 겨층에 5.4∼7.0%, 내부 겨층에 5.6∼8.7%, 그리고 정맥에 0.7∼1.9%정도의 지질분포를 이룬다.

4. 회분

보리에서 회분함량은 2∼3%의 범위를 보이는데 겉보리에 비해 쌀보리에는 훨씬 낮게 들어 있다. 보리 회분중 주성분인 무기물은 칼륨과 인이고(표 7), 이보다 적은 양으로 염소, 마그네슘, 유황, 나트륨 및 칼슘이 들어 있다. 그 외 철, 아연, 구리, 망간 및 셀레늄 등도 미량 함유한다. 회분함량은 계절, 토양대(zone) 및 토양유형(type)에 의해 영향을 받는다. 겉보리는 통상 쌀보리보다 칼슘과 규소를 더 많이 함유하는데, 이들은 곡피에 주로 분포한다. 품종에 따라 총 인산함량이 일률적으로 높게 나타나기도 하는데, 이것이 Hiproly와 그 여교배 계통에서 다른 보리보다 높게 함유된 것으로 보고되어 있다.

표 7. 쌀보리 종실 부위별 무기물 함량(㎍/g) (Liu D. J. 등, 1974)

5. 비타민

보리중 카로테노이드(carotenoid)와 스테롤(sterol)은 각각 비타민 A와 D의 전구물질로서의 기능을 갖고 있으나, 발아되지 않은 상태로는 어떠한 비타민 A나, B12, C 또는 D 활력을 보이지 않는다. tocopherol의 복합체인 비타민 E가 보리지질에서 발견되는데, 지질 1g당 mg단위로 각각 α-tocopherol 15.3, γ-tocopherol 6, ε-tochopherol 34.2, ζ-tochophrerol 44.5가 포함되어 있다. 영양학적 견지에서 음식내 불포화지방산과 selenium 및 비타민 E 함량의 적당한 균형이 매우 중요하다. 토콜류는 배아조직(배, scutellum)에 많이 들어 있으나, 호분층과 배유부에서도 발견된다.

보리 종실은 0.1㎍의 유리상태와 0.2㎍/g의 결합형태의 엽산(folate) 모두를 포함하는데, 후자에서는 formylfolic acid만이 확인되었다. 맥아 뿌리에도 folinic acid triglutamate, folinic acid, formylpteroic acid외 기타 미확인 물질이 포함되어 있으나, 고농도의(대략 600㎍/g) guanine, uracil 및 thiamine내 deoxyribosides의 간섭효과로 분석이 어려운 것으로 알려져 있다.

보리 종실내 thiamine은(㎍/g) 측정상 어려움 때문에 그 추정치가 5.4∼7.5, 3.8∼9.5, 3.0 및 16으로 문헌에 따라 달리 보고되어 있다. thiamine중 절반이상이 배(embryo)에 존재하는데, 배축과 scutellum에 각각 8%와 49%가 분포하며, 이들이 농도로는 각각 5㎍/g과 105㎍/g에 해당된다.

riboflavin 함량은 0.8∼3.7㎍/g의 범위로서 평균적으로 1.5㎍/g로 추정되고 있다. 이것이 맥아 싹에는 13.8∼15㎍/g 들어 있다. 니콘틴산(nicotinic acids)은 amide 결합형태로서 조효소(cofactors)인 NAD와 NADP+ 뿐만 아니라 niacytin 성분으로도 존재하나, 포유동물과 많은 미생물에게 결합형태로는 이용되지 못한다. 보리 종실내 니코틴산의 추정치는 47∼147㎍/g의 범위를 보인다. 판토텐산(pantothenic acid) 수준은 칼슘염 형태로 종실에 3.7∼4.4㎍/g의 범위, 맥아 부산물에 27㎍/g정도 들어 있다.

비타민 B6(pyridoxin, pyridoxal 및 pyridoxamine) 추정치는 11.5와 3.7∼4.4㎍/g의 범위로 달리 보고되어 있다. malt culm내 비타민 B6의 수준은 10㎍/g으로 알려져 있다.

그밖에 choline함량의 추정치는 choline chloride로서 0.96∼2.2㎎/g(건물기준)의 범위를 보이고, 바이오틴(biotin)함량은 0.05∼0.1㎍/g의 범위를 보인다. 곡립에서 inositol은 주로 inositol hexaphosphate (phytic acid) 형태로 발견된다. phytate물질은 주로 호분층에서 발견되는데 아마도 호분립(aleurone grains) 안에 들어 있을 것으로 추정된다. inositol 수준의 추정치(mg/g단위로)에 대해서는 유리된 상태로 0.18과, 결합된 형태로서 0.32 또는 1.4∼2.9가 보고되어 있다.

6. 물리적 특성과 종실 성분간의 관계

종실중, 리터중, 풍만도(plumpness) 및 곡피의 존재여부는 보리 종실의 영양적 품질과 관련되어 있다. 종실에서 곡피함량은 형태, 품종 및 종실크기와 재배위도에 따라 7∼24%의 범위를 보인다. 껍질부위의 제거로 곡피에서 조섬유가 감소되고 나머지 생산물중 지방, 단백질 및 전분함량이 상대적 증가를 가져 올 수 있다.

2조형 보리는 6조형보다 평균적으로 1∼2% 낮은 단백질을 함유하며 종실중은 더 무겁다. 겉보리와 쌀보리의 아미노산 함량은 isoline이나 품종내에서는 변화가 크지 않고, 아미노산 조성은 보리의 형태보다는 총단백질 함량에 더 의존한다. 한 연구결과에서 유수분얼과 무수분얼을 갖는 Titan 보리의 2조 및 6조형 isotype 비교에서 유수분얼을 갖는 6조형 isotype이 2년간의 성적에서 최소의 단백질(12.3 대 14.8∼15.7%)과 최소의 lysine(0.37 대 0.41∼0.44%)을 가졌다는 보고가 있다.

망 길이가 보리종실의 각종 화학적 및 물리적 특성에 영향을 미칠 수 있다. 온전한 망, 1/2 망, 1/4 망 및 무망으로 된 isogenic lines을 사용한 시험결과에서 종실중의 감소가 망 길이의 감소와 비례하는 것으로 나타났다. Truscott(1980)은 Betzes의 단망 겉보리 isotype가 양친보다 일률적으로 낮은 단백질 함량을 가지며 알칼리추출물의 점도가 더 높음을 보고하였다. Fox(1982)도 Titan, Betzes 및 Compana의 3가지 단망 쌀보리 isotype에서 종실중과 알칼리 추출물의 점도간에는 부의 상관관계를 보였다고 하였다.