The Korean Journal of Crop Science. September 2018. 229~238
https://doi.org/10.7740/kjcs.2018.63.3.229


ABSTRACT


MAIN

  • 서론

  • 재료 및 방법

  •   공시재료

  •   밀가루 및 반죽 특성

  •   Size-exclusion high-performance liquid chromatography (SE-HPLC)

  •   제빵

  •   통계 분석

  • 결과 및 고찰

  •   질소 시비량과 시기가 밀가루 및 반죽 특성에 미치는 영향

  •   질소 시비량과 시기가 단백질 분획과 빵 부피에 미치는 영향

  • 적요

서론

밀 소비량은 국민 1인당 32.1 kg으로 쌀 다음으로 가장 많이 소비되지만 식량자급도는 1.8%로 매우 낮다(MIFAFF, 2017). 정부에서는 2020년까지 밀 자급률 5.1%, 재배면적 25.5천 ha를 목표로 하는 밀 산업 육성 정책 방향을 제시하고 있지만, 국산밀 소비 확대에는 한계가 있다. 용도별 품종은 개발은 되었지만, 산업체와 연계한 계약 재배는 미흡하고, 육성·보급된 밀 품종의 품질이 년차간, 지역간 불균일하여 용도별 가공적성이 떨어지기 때문에 산업체에서 품질 균일성을 확보하기 어렵다(Kim et al., 2013; Kang et al., 2014). 밀 재배 농가의 질소 시비 수준이 농가에 따라 차이가 심하고, 과다 시비 등으로 동일 품종에서도 품질 특성의 변이 정도가 심하여 단지별 품질 균일화에 문제점으로 부각되고 있다(Kim et al., 2013; Kang et al., 2014).

질소 시비는 날씨 및 토양의 질소 잔류량에 따라 차이가 있기 때문에, 적절한 시비량 및 시비 시기는 밀 품질 향상에 필수적인 요인으로 작용한다(López-Bellido et al., 2001). 질소 시비량과 시비 시기는 단백질 함량 증가뿐만 아니라 단백질 분획의 비율에도 영향을 미치고 이로 인해서 반죽의 강도에 영향을 주게 되며, 최종 가공 제품인 빵 품질에 영향을 주기 때문에 질소 시비는 가공 제품 품질을 결정하는 중요한 요인이다(López-Bellido et al., 2001; Garrido-Lestache et al., 2004). 질소 시비량 증가는 고분자 글루텐닌 서브유닛과 저분자 글루텐닌 서브유닛을 포함한 글루텐닌 함량을 증가시키며, 총 글루텐닌에서 고분자 글루텐닌 서브유닛과 저분자 글루텐닌 서브유닛의 비율을 다양하게 변화시킨다(Wieser & Seilmeire, 1998; Luo et al., 2000; Kindred et al., 2008). 글리아딘 함량도 질소 시비량 증가에 의해 늘어나며, 총 글리아딘에서 각 구성 요소의 비율도 다양하게 변화한다(Wieser & Seilmeier, 1998; Daniel & Triboi, 2000; Johansson et al., 2001). 질소 시비 시기 역시 시비량처럼 밀의 단백질 함량 증가뿐만 아니라 수량 증진에 영향을 미친다(Borghi et al., 1997). 일반적으로 생육 초기의 질소 시비는 수량을 높이고, 수잉기 및 개화기의 추비는 종실 단백질 함량을 높인다(Hogg & Ackerman, 1998). 질소 시비 시기는 글루텐 강도와 중합단백질(polymeric protein)의 추출성(extractability)에 영향을 미쳐서 빵 부피에 영향을 준다(Johansson et al., 2004; Mohan & Gupta, 2015).

국산밀 품질 향상을 위해서는 철저한 재배 관리를 통해서 품종이 지닌 특성이 제대로 발현되게 하는 것이 무엇보다 중요하고, 이러한 재배관리의 기본은 시비 관리라고 할 수 있다. 품질 향상만큼 중요한 것이 균일성을 유지하는 것인데 국산밀 품질 균일성 향상을 위해서는 글루텐의 함량과 탄성이 강력한 빵용 품종을 육성해서 다른 품종과 일정량을 혼합하여 품질을 유지하는 방법이 최근 들어 대안으로 제시되고 있지만, 국내의 경우 재배환경의 제한으로 인해서 수입산 강력분 이상의 품종 개발과 재배에 한계가 있다. 그러므로, 대안으로 제시될 수 있는 방법이 빵용으로 육성된 품종에 대한 맞춤형 시비 관리를 통한 품질 향상이 현실적일 수 있다. 최근에 육성된 백강, 중모2008과 새금강 품종의 경우 고분자량 글루텐닌 조성에서 Glu-1d을 지니고 있어서 빵용으로 이용 가능하다. 본 연구에서는 이들 품종을 이용하여 다양한 시비량과 시비 시기를 조절을 통하여 품종별 최적의 가공 적성을 나타내는 적정 시비 조건을 확립하고, 그에 따른 글루텐의 변화와 반죽 특성 변화를 평가하였다.

재료 및 방법

공시재료

본 연구에 공시된 백강, 중모2008과 새금강의 글루텐닌, 종실경도 및 아밀로스 합성에 관련된 유전적인 조성은 Table 1에서 보는 바와 같다. 이들 품종은 빵용 밀에 적합한 품종이 반드시 지녀야 할 Glu-D1d 유전자를 보유하고 있으며, 경질밀의 특성인 Pinb-D1b을 지니고 있으며, Granule-bound starch synthase I (GBSS I)의 유전적 조성은 Wx-A1a, Wx- B1aWx-D1a으로 일반밀 특성을 나타내고 있다. 이들 밀 품종은 농촌진흥청 국립식량과학원 전작포장에서 2014년에 파종하여 2015년에 종자를 수확였으며, 수확된 종자를 밀가루 특성 및 제빵 적성을 평가하는데 사용하였다. 비료는 질소(50 kg/ha), 인산염(70 kg/ha), 그리고 염화칼륨(50 kg/ha)을 파종 전에 시비하였고, 추가 비료 시비는 분얼기 전에 50 kg/ha에 해당하는 질소를 시비하였으며, 10 kg/ha와 20 kg/ha에 해당하는 질소를 각각 개화 후 14일과 28일에 시비하였다. 그 외 재배 및 농약 살포는 농촌진흥청 표준재배법(RDA, 2012)에 따라 수행하였다.

Table 1. Allelic composition of glutenin, puroindolines, and granule-bound starch synthase I (GBSS I) of Korean wheat cultivars.

CultivarGluteninPuroindolinesGBSS I
Glu-1Glu-3Pin-D1Wx-1
Glu-
A1
Glu-
B1
Glu-
D1
Glu-
A3
Glu-
B3
Pina-
D1
Pinb-
D1
Wx-
A1
Wx-
B1
Wx-
D1
Baekkangabdcgabaaa
Joongmo2008cidcdabaaa
Saekeumkangbbdcgabaaa

밀가루 및 반죽 특성

밀가루의 수분, 단백질 함량과 침전가는 각각 AACCI Approved Methods 44-15.02, 46-30.011과 56-60.01 (2010)에 준하여 측정하였다. 아밀로스 함량, 전분 함량 및 손상전분 함량은 Gibson et al. (1997), McCleary et al. (1997)과 Gibson et al. (1992)의 방법에 따라 enzymatic assay kits (MegaZyme Pty. Ltd., 호주)를 사용하여 측정하였다. 밀가루 반죽 특성 평가는 믹소그래프를 이용하였으며, AACCI Approved Methods 54-40.02(2010)에 준하여 10 g mixograph (National Mfg. Co., USA)를 이용하였다.

Size-exclusion high-performance liquid chromatography (SE-HPLC)

질소 시비량과 시비 시기에 따른 단백질의 분획 분포와 양을 측정을 위해 SE-HPLC를 수행하였다. 추출성 단백질(extractable protein)과 비추출성(unextractable protein) 단백질은 0.5% SDS-phosphate (pH 6.9) 용액과 초음파 발생 장치(VCX 130, SONIC & MATERIALS, INC, 미국)를 이용하여 Gupta et al. (1993)과 Johansson et al. (2004)의 방법에 준하여 추출하였다. 추출성 단백질 추출은, 11 g의 밀가루와 0.5% SDS- phosphate 용액 1 mL는 10초 동안 균질화한 후 상온에서 5분간 진동과 함께 반응하였다. 반응 후, 10,000 g에서 30분간 원심분리에서 얻은 상층액은 0.45 um 필터로 여과하였다. 침전물은 0.5% SDS-phosphate 용액과 25% 파동에서 30초간 초음파 발생 장치에 의해 균질화 하였다. 균질화 시킨 후, 10,000 g에서 30분간 원심분리에서 얻은 상등액은 0.45 μm 필터로 여과한 후 비추출성 단백질 분석에 사용되었다. SE-HPCE는 0.1% (v/v) trifluoroacetic acid가 포함된 50% (v/v) acetonitrille과 HPLC용 증류수와 BioSepTM SEC-s4000 500Å column을 사용하여 20 uL의 시료양과 0.8 mL/min의 유동률 조건에서 수행하였다. 단백질은 201 nm의 흡광도에서 측정하였다. SE-HPLC 분석 결과는 글루텐닌이 대부분을 차지하는 중합체(polymeric) 부분을 P분획으로 글리아딘이 대부분을 차지하는 단량체(monomeric) 부분을 M분획으로 구분하였다(Fig. 1).

http://static.apub.kr/journalsite/sites/kjcs/2018-063-03/N0840630307/images/kjcs_63_03_07_F1.jpg
Fig. 1.

Profiling of protein depending on size of Saekeumkang using size-exclusion HPLC. P and M areas indicate total polymeric protein and gliadin as monomeric protein, respectively.

제빵

제빵 평가를 위한 식빵은 AACC International Approved Methods 10-10.03. (2010)에 따라 최적화된 straight-dough bread-making 방법에 준하여 제조하였다. 제빵 제조의 재료는 밀가루 100 g (14% 수분함량 기준), 설탕 6 g, 쇼트닝 3 g, 소금 1.5 g, 효모 5.0 g, 아스코르빈산 50 mg, 그리고 보리 맥아 0.25 g (대략 50 DU/g, 20°C)을 사용하였다. 최적의 가수량과 반죽 시간은 반죽 동안에 반죽의 감촉과 외관에 의해 결정하였으며, 100 g mixograph (National Mfg. Co., USA)를 이용하였다. 반죽 완료 후 온도 30°C, 습도 80%의 발효기(대영이엔지, 한국)에 넣고 70분간 1차 발효를 진행하였다. 1차 발효 후 2회 가스빼기(punching)를 실시한 후에 60분간 2차 발효를 진행하였다. 2차 발효 후에 성형을 한 다음 팬에 넣고 반죽의 높이가 팬 보다 2.5 cm정도 높은 정도로 부푸는 시간인 35분 정도 발효기에서 마지막 발효를 실시하였다. 발효를 마치고 오븐에서 24분간 218°C 조건에서 구운 다음 빵을 꺼내어 실온에서 2시간 동안 방랭하였다. 빵 부피는 Loaf volumeter (National Mfg. Co., USA)를 이용하여 rapeseed displacement 방법으로 측정하였다.

통계 분석

모든 시험은 최소 3회 이상 반복을 두어 실시하였으며, 시험성적은 SAS 프로그램(SAS Institute, Cary, NC)을 이용하여 분산분석을 실시하고 Duncan의 다중범위검정으로 유의성을 검정하였으며, 질소 시비 처리간 변이의 상호작용은 ANOVA (Analysis of variance) 분석은 GLM을 이용하였으며, 질소 시비 처리와 품종간 변이의 상호작용 성분은 오차항을 이용하였다.

결과 및 고찰

질소 시비량과 시기가 밀가루 및 반죽 특성에 미치는 영향

질소 시비량과 시비 시기에 따른 밀가루 및 반죽 특성은 Table 2에서 보는 바와 같다. 단백질 함량은 질소 시비량과 시비 시기에 따라 증가하였으며, 단백질 함량에 영향을 많이 받는 침전가는 질소 시비량 증가에 따라 증가하였지만, 질소 추비 시기에 따른 침전가 변화에서는 대조구에 비해서 추비 시기에 상관없이 침전가가 높았지만 시비 시기 간에는 차이가 없었다. 이로 인하여 중모2008은 침전가가 단백질 함량 증가에 따라 증가하였지만, 백강과 새금강은 출수 후 28일에 20 kg/ha를 시비한 경우에 침전가가 떨어지는 것으로 나타났다. 침전가는 젖산과 SDS (Sodium dodecyl sulfate)의 용액에 용출되는 단백질 함량이 많을수록 높은 값을 나타내기 때문에 단백질 함량에 영향을 많이 받고 반죽 특성이나 가공적성을 간접적으로 평가하는 방법이다(Axford et al., 1979; Baik et al., 1994). 침전가 수치를 통한 가공적성 평가는 일반적으로 20 ml 수준은 과자용으로, 50 ml 수준은 국수용으로 70 ml 이상은 빵용으로 이용이 가능하다(Axford et al., 1979; Baik et al., 1994). 그러므로 백강과 중모2008은 대조구에서도 단백질 함량이나 침전가가 빵용에 적합하고, 백강의 경우 출수 후 28일에 20 kg/ha를 시비한 조건의 낮은 침전가도 빵용의 적합성에는 영향이 없는 것으로 생각할 수 있다. 새금강은 대조구의 경우 국수용에 적합하며, 다른 품종들에 비해 시비에 따른 단백질 함량 및 침전가의 증가가 크게 나타났는데, 이러한 특성은 새금강이 다른 품종에 비해 질소 시비 반응이 크기 때문으로 생각된다. 질소 시비량과 시비 시기에 따라 단백질 함량과 침전가의 증가는 이전 보고와도 일치한다(Luo et al., 2000; Ma et al., 2009).

Table 2. Flour and dough properties of the three Korean wheats that were treated with different N fertilizer amounts.

CultivarAdditional N
fertilizera
Protein
(%)
SDS-
sedimen-
tation
Volume
(ml)
Total
Starch
(%)
Damaged
Starch
(%)
Amylose
(%)
Mixograph
Amount
(kg/ha)
Timing
(DAF)
Water
Absorption
(%)
Mixing
Time
(min)
Mixing
Tolerance
(mm)
Baekkang0013.36eb69.50d 72.29a 6.35a 29.21a 61.00a 3.77a 14.67b
101413.61d 74.50b70.89a 5.94a 28.12a 61.83a 3.45a 14.50b
102814.28c 77.50a73.21a 5.87a 27.99a 62.00a 3.57a 15.33b
201413.89b 72.50c72.23a 6.45a 27.35a 62.17a 3.12a 14.50b
202814.35a 69.50d73.97a 6.18a 27.99a 61.17a 2.78a 17.50a
Joongmo
2008
0016.81e 76.50b 71.55a 5.76a 26.08a 64.00a3.07ab13.33a
101416.94d 75.50c 71.96a 5.79a 26.59a 64.50a2.68ab12.83a
102817.15c 75.50c 72.10a 5.39a 26.43a 63.00a2.77b 15.00a
201417.92b 79.00a 72.74a 5.20a 26.60a 64.50a2.82ab11.50a
202818.01a 78.50a 71.29a 4.99a 26.61a 66.33a 3.13a 15.00a
Saekeum-
kang
0010.29c 42.00d 75.09a 5.70a 27.92a 61.33a 2.67a 13.33a
101412.85a 55.00c 72.43b 6.49a 27.60a 62.50a 2.35a 14.50a
102812.68ab 61.50a 72.17b 6.02a 27.44a 62.50a 2.48a 13.50a
201412.72ab 61.00a 72.05b 5.88a 26.24a 62.50a 2.28a 14.17a
202812.64b 57.50b 72.72b 5.65a 26.49a 62.50a 2.42a 13.83a
aValues followed by the same letters within same cultivar are not significantly different at P < 0.05.

미국 춘파용 빵 밀의 경우, 수량은 질소 시비량 100 kg/ha 처리구가 150 kg/ha이나 200 kg/ha보다 높았지만, 단백질 함량은 150 kg/ha에서 100 kg/ha보다 2-3% 높았으며, 200 kg/ha과 차이가 없었다(Grarrido-Lestache et al., 2004). 질소 시비량뿐만 아니라 시비 시기도 단백질 함량의 변화에 영향을 주는데, 시비 시기는 신장기와 같은 늦은 시기의 추비가 파종기와 분얼기와 같은 이른 시기의 추비보다 단백질 함량을 높이는데 더 효과적이다(Haile et al., 2012; Thomason et al., 2007; Garrido-Lestache et al., 2004). 본 연구에서도 질소 시비 시기에 따른 단백질 함량의 변화는 출수 후 14일보다는 28일에 단백질 함량이 높았다. 그러나, 침전가는 수잉기의 추비가 개화기의 추비보다 높은 값을 나타났다(Luo et al., 2000). 본 연구에서는 출수기 이후 처리로 단백질 함량 차이가 큰 새금강을 제외하고는 침전가에서 차이가 없었다.

질소 시비는 전분의 B-type 입자수를 증가시키고 큰 입자인 A-type 입자수는 감소시키기 때문에 전분 입자의 분포에 영향을 주고, 단백질 함량의 증가로 인해서 전분 함량은 감소하는 것으로 알려져 있다(Kindred et al., 2008; Gu et al., 2010; Xiong et al., 2014). 또한, 질소 시비량의 증가는 아밀로스 함량을 감소시키고, 손상 전분 함량에 영향을 미친다(Tipples et al., 1977; Cao et al., 2005; Wang et al., 2008). 전분 함량은 새금강에서는 질소 시비량과 시비 시기에 따라 감소하였지만, 백강과 중모2008은 변화가 없었다. 아밀로스 함량은 약간 감소하였지만 통계적으로 유의하지 않았으며, 손상 전분 함량은 특별한 경향 없이 차이가 없는 것으로 나타났다. 국내 3품종은 시비 조건에 따른 전분 특성의 변화가 크지 않았는데, 이러한 이유는 시비 조건뿐만 아니라 등숙 기간의 재배 환경이 외국과 상이한 조건이고, 본 연구는 연차간 변이를 반영하지 못하였기 때문인 것으로 보인다. 새금강에서는 질소 시비에 따른 전분함량의 변화가 나타났기 때문에 품종의 질소 반응 정도와 유전적인 특성도 영향을 주기 때문에 등숙 환경과 유전적 특성을 고려한 추가적인 연구가 필요하다.

믹소그래프는 육종 프로그램에서 반죽의 물성을 평가하는데 주로 이용되며, 품종간 단백질 함량과 질적 특성에 따른 반죽 특성을 평가하는데 이용된다(Finney & Shogren, 1972). 단백질 함량이 증가하면 일반적으로 가수량은 증가하는데, 중모2008은 단백질 함량 증가에 따라 가수량이 약간 증가하였으나, 백강과 새금강은 차이가 없었다. 그러나, 중모2008의 가수량도 질소 시비 시기에 따라 차이가 있었지만, 시비량에는 영향을 받지 않았다. 백강은 질소 시비에 따른 단백질 함량의 변화 폭이 적은 영향으로 보이지만, 단백질 함량이 2% 이상 차이 나는 새금강의 경우는 단순한 단백질 함량의 증가가 아니라 품종의 고유 특성에 기인하는 것으로 보인다. 백강과 중모2008은 전형적인 빵용 밀의 특성을 나타내지만, 새금강의 경우 침전가 수치에서 보듯이 중간질 특성을 보이기 때문인 것으로 단백질 함량의 특성 보다는 질적 특성에 관련된 형질의 영향인 것으로 보인다. 이러한 차이로 인해서 새금강의 반죽시간은 질소 시비 시기와 시비량이 증가함에 따라 통계적으로 크게 유의하지는 않지만 약간 감소하는 것으로 나타났다. 백강과 중모2008은 질소 시비에 따른 반죽 시간의 변화가 없었다. 또한, 이들 3 품종 모두 질소 시비에 따른 반죽 안정도는 변화가 없었다. 미국 경질밀에서도 질소 시비 시기에 따른 반죽 가수량, 반죽 시간 및 저항성은 차이가 없는 것으로 나타났는데(Thomason et al., 2007), 이러한 반죽 특성은 단백질의 함량보다는 품종이 지닌 단백질의 질적인 특성에 영향을 받는 것으로 보인다.

질소 시비량과 시기가 단백질 분획과 빵 부피에 미치는 영향

SE-HPLC를 이용하여 질소 시비량과 시비 시기에 따른 단백질의 분획 변화를 확인한 결과 3품종의 단백질 분획의 변화는 품종에 따라 특징적으로 나타났다(Table 3). 단백질 분획량은 단백질 함량에 비례하여 중모2008, 백강과 새금강 순으로 나타났다. 백강과 새금강은 추출성 단백질(extractable protein) 함량은 질소 시비량이 많을수록, 늦게 시비할수록 모든 분획에서 대조구에 비해서 증가하는 것으로 나타났으며, 증가 비율은 두 품종이 비슷하였다. 비추출성 단백질(unextractable protein) 함량에서는 두 품종간에 차이가 있었는데, 새금강은 질소 시비량이 늘어나고 시비 시기가 늦을수록 단백질 함량이 증가하였으며, 증가한 비율도 대조구에 비해서 50% 정도 증가하였다. 그러나 백강은 글루텐닌의 함량을 나타내는 중합체 단백질(polymeric protein) 함량이 출수 후 28일에 10 kg/10a 처리구에서 대조구에 비해 감소하였으며, 글리아딘 함량을 나타내는 단량체 단백질(monomeric protein) 함량은 출수 후 28일, 10 kg/10a 처리구에서만 증가하였고 나머지 처리구는 대조구와 차이가 없었다. 이로 인하여 백강은 시비량에 의해서는 비추출성 단백질 함량이 증가하였지만 시비 시기는 출수 후 14일이 28일보다 높은 것으로 나타났으며, 이러한 결과는 전체 중합체 및 단량체 단백질 함량에도 영향을 미쳤다. 결국, 백강은 출수 후 28일, 10 kg/10a 처리구를 제외하고는 단백질 분획이 증가하였으며, 중합체 단백질 함량에서는 최대 18%, 단량체 단백질 함량에서는 27% 증가하였다.

Table 3. Protein fraction of gluten by size-exclusion HPLC and the baked bread loaf volume of the three Korean wheats that were treated with different N fertilizer amount.

CultivarAdditional N
fertilizera
Size-Exclusion HPLCaBread
Loaf
Volume
(mL)
Amount
(kg/ha)
Timing
(DAF)
Soluble proteinInsoluble proteinTotal protein
Poly
(mAU)
Mono
(mAU)
Total
(mAU)
Poly
(mAU)
Mono
(mAU)
Total
(mAU)
Poly
(mAU)
Mono
(mAU)
Baekkang006346bb10684c17030c 4805b715a 5521c11152c 11399c933a
10146367b 11194b17561bc5038b806a 5844bc11406bc12000bc934a
10286858b 11803b18661b 5150b817a 5968b12009b 12620b 925a
20146800b 11684b18484b 4339c714a 5053d11138d 12399b883a
20287546a 13639a 21185a 5592a 853a 6444a 13138a 14491a 900a
Joongmo
2008
007226c 14535c21762d 5340bc827b 6167bc12566cd15363c 950a
10147981b 15615b23597b 5685ab945ab6630ab13666b16561b 925a
10288343a 16383a 24726a 6168a 994a 7162a 14511a 17377a 950a
20147198c 14630c 21828d 5736ab979ab6714ab12934c15609c900a
20287229c 15563c22791c 4841c 868ab5710c12070d 16431b863a
Saekeum-
kang
005655c 7414d13070d 2345c 425d 2770c8000d 7840d725c
10146235b 8681c 14916c 2474bc506c 2980bc8709c9187c 763b
10286414b 8782c15196c 2669b 554bc3223b 9083c9336c 838a
20146564b 9437b16001b 3265a 600ab3865a 9828b10038b838a
20287105a 10267a 17372a 3515a 658a 4172a 10620a 10925a 825a
aPoly = polymeric protein; Mono = monomeric protein.
bValues followed by the same letter within a cultivar are not significantly different at P < 0.05.

중모2008은 추출성 단백질은 출수 후 14일 처리에서는 대조구에 비해 모두 증가하였지만, 출수 후 28일 처리는 모두 감소하여 대조구와 차이가 없었다. 시비 시기에서는 증가하였지만, 비추출성 단백질 함량은 출수 후 14일, 20 kg/10a 처리구에서 가장 높았으며, 중합체 단백질 함량은 출수 후 28일, 20 kg/10a 처리구에서 오히려 감소하였으며, 단량체 단백질 함량은 출수 후 14일 처리구와 차이가 없었다. 이로 인해 전체 중합체 단백질 함량은 출수 후 28일 처리구는 대조구와 차이가 없었으며, 전체 단량체 단백질 함량은 출수 후 28일, 10 kg/10a 처리구는 대조구와 차이가 없었고, 출수 후 14일 처리구의 단백질 함량 증가 비율은 대조구 대비 10% 수준이었다.

질소 시비는 단백질 분획의 비율과 함량뿐만 아니라 각 단백질 분획 상호간의 비율을 변화시키기 때문에 질소 시비량 증가는 단백질 분획의 함량이 증가하고 이로 인해 빵 부피가 증가하고 특성이 개선된다(Jia et al., 1996; Thomason et al., 2007; Chop et al., 2014; Grahmann et al., 2016; Ransom et al., 2016). 스웨덴 밀 품종에서는 질소 시비량 증가가 추출성 중합체와 단량체 단백질뿐만 아니라 비추출성 중합 및 단량체 단백질의 함량을 증가시켰다(Johansson et al., 2004). 본 연구의 3품종도 질소 시비량 증가에 따라 추출성 및 비추출성 중합체와 단량체 단백질 함량 모두 증가하였다. 하지만 질소 시비 시기에서는 품종간 특이적으로 반응이 나타났는데, 새금강의 추출성 단백질은 시비 시기가 늦을수록 증가하였지만, 비추출성 단백질 함량은 출수 후 14일에 높았으며, 백강은 추출성 및 비추출성 단백질 모두 출수 후 14일에 높았다. 그러나, 새금강은 모든 단백질 함량이 출수 후 28일에 높았고, 증가율도 2품종에 비해 높았다. 스웨덴 밀 품종의 경우, 단백질 함량 증가를 위해 파종기에 시비를 많이 하는 것보다 출수기 전에 추비를 하는 것이 효율적이며, 출수기 전 추비로 추출성 및 비추출성 중합체와 단량체 단백질 모두 증가하였다(Johansson et al., 2004). 스웨덴 밀 품종의 경우, 단백질 함량 증가를 위해 파종기에 시비를 많이 하는 것보다 출수기 전에 추비를 하는 것이 효율적이며, 출수기 전 추비로 추출성 및 비추출성 중합체와 단량체 단백질 모두 증가하였다(Johansson et al., 2004).

질소 시비량과 시비시기에 따른 빵 부피 변화는 Fig. 2와 Table 3에서 보는 바와 같다. 백강과 중모2008이 새금강에 비해서 모든 조건에서 빵 부피가 컸고, 백강과 새금강은 대조구와 출수 후 14일 처리구의 빵 부피가 비슷했으며, 출수 후 28일에는 오히려 감소하였다. 새금강은 모든 처리에 빵 부피가 증가했지만, 빵 부피가 900 ml이하로 글루텐닌 조성이 빵용에는 적합하지만 실제 제빵 적성은 빵용으로 부족해 보인다. 품종과 상관없이 단백질 함량이 증가함에 따라서 빵 부피는 증가하였으며(r=0.653**, Fig. 3-A), 침전가(r=0.890***)와 반죽시간(r=0.606*)도 빵 부피와 정의 상관을 나타내었다. 이러한 결과는 국내 품종에서도 같은 경향을 나타내었다(Kang et al., 2010). SE-HPLC를 이용한 추출성 및 비추출성 중합체와 단량체 단백질도 빵 부피와 정의 상관을 나타내었으며, 전체 중합체(r=0.845***, Fig. 3-B)와 단량체 단백질(r=0.735**, Fig. 3-C)도 정의 상관을 나타내었다. 품종간의 시비량과 시비 시기에 따른 단백질 함량의 변화나 단백질 분획의 변화는 차이가 있었지만, 시비 증가로 인하여 단백질 함량뿐만 아니라 분획별로 증가가 이루어져서 빵 부피가 증가한 것으로 나타났다. 그러나, 최근 육성되는 빵용 가능 품종에 대한 품질 향상을 위한 맞춤형 시비법을 제공하기 위해서는 추가적인 시비 조건에 대한 연구가 필요하다. 또한, 국내에서 빵용 밀 품종의 단백질 함량을 증가시키기 위한 단백질 함량 증가와 관련 있는 Gsp-B1 표지인자 및 글루타민 합성효소(Glutamine synthetase isozyme)에 대한 활용 검토와 더불어 관련 유용자원 도입이 필요하다(Uauy et al., 2006; Zhang et al., 2017a,b).

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Fig. 2.

Bread loaf volume baked from Baekkang (A), Joongmo2008 (B) and Saekeumkang (C) with different nitrogen fertilizer application levels and timing, I: control, II: additional 10 kg/10a of N at 14 days after flowering (DAF), III: additional 10 kg/10a of N at 28 DAF, IV: additional 20 kg/10a of N at 14 DAF, V: additional 20 kg/10a of N at 28 DAF.

http://static.apub.kr/journalsite/sites/kjcs/2018-063-03/N0840630307/images/kjcs_63_03_07_F3.jpg
Fig. 3.

Relationship between protein content (A), total polymeric protein (B), total monomeric protein (C) and bread loaf volume baked from Baekkang (●), Joongmo2008 (□) and Saekeumkang (○) with different nitrogen fertilizer application levels and timing.

미국 경질밀에서도 분얼기보다 개화기 추비가 빵 부피의 증가에 더 효과적인 것으로 나타났다(Thomason et al., 2007). 뉴질랜드 밀 품종에서도 추비 시기는 분얼기보다 수잉기가 보다 효과적이며, 수잉기 추비로 빵 부피가 증가하였다(Martin et al., 1992). 하지만 출수 및 개화기 이후 등숙 기간에 시비량이나 시비 시기를 달리하여 단백질 분획 및 빵 품질의 변화에 대한 연구는 없는데, 외국의 밀 주산지의 경우 용도에 맞는 시비 체계가 갖추어져 있기 때문에 등숙 기간에 단백질 함량을 증가시키기 위한 출수기 이후 추비에 대한 단백질 분획 변화 및 빵 품질 연구의 필요성이 떨어지기 때문인 것으로 보인다. 국내에서도 옥수수의 수량과 생육에 대한 연구가 이루어지고 있을 뿐(Lim et al., 2014; Roh et al., 2015), 질소 시비량과 시비 시기에 따른 밀의 단백질 분획 및 단백질 함량과 같은 질적요소의 변화가 빵 품질에 미치는 영향에 대한 연구는 매우 미흡한 실정이다. 단백질 함량의 증가는 빵 볼륨에 영향을 미치기 때문에 질소 시비와 단백질 및 단백질 분획의 함량과의 관계에 대해 많은 연구가 수행되었다(Scheromm et al., 1992; Efetuei et al., 2016). 하지만 최근 독일에서 질소 시비량의 증가에 따른 단백질 함량의 증가보다 SDS-PAGE에서 분자량에 따른 단백질 구성 요소, 즉 단백질 분획의 함량(%)의 변화가 빵 품질을 향상시킨다고 보고되었다(Xue et al., 2016). 따라서, 국내의 경우 품질 향상 및 균일성 증진을 위해 수입산 강력분 수준의 밀 품종 개발과 함께 재배환경을 극복하기 위한 시비 체계 구축이 필요한 상황이다. 또한, 빵용에 적합한 국내 밀 품종의 단백질 함량 변화뿐만 아니라 단백질 분획의 변화가 빵 품질 향상에 미치는 영향에 대한 지속적인 연구가 필요할 것이다.

적요

글루텐닌 조성이 빵용에 적합한 최근에 육성된 3품종(백강, 중모2008 및 새금강)에 대하여 등숙기의 추가적인 질소 시비량과 시비 시기가 단백질 함량과 반죽 특성 및 단백질 분획의 변화와 빵 부피에 미치는 영향을 평가하였다. 단백질 함량은 질소 시비량과 시비 시기에 따라 증가하였으며, 침전가는 질소 시비량 증가에 따라 증가하였지만, 추비 시기는 영향이 없었다. 반죽 특성인, 가수량, 반죽 시간과 반죽 안정도는 품종에 따라 반응이 다르게 나타났으며, SE-HPLC를 이용하여 추출성 및 비추출성 총합체와 단량체 단백질 함량은 추비 처리에 따른 단백질 함량 증가에 따라 모든 품종에서 증가하였다. 빵 부피 역시 품종에 따른 반응이 다르게 나타났는데, 새금강은 질소 시비량과 시비 시기에 상관없이 증가하였으며, 백강과 중모2008은 오히려 감소하였다. 그러나, 질소 시비에 따른 단백질 함량의 변화와 빵 부피 변화는 정의 상관을 나타내었고, 침전가 및 반죽 시간과 단백질 분획 변화는 모두 빵 부피와 정의 상관을 나타내었다. 품종 별 등숙기 시비 조건에 대한 반응이 다르게 나타났기 때문에 품종 별 맞춤 시비 체계 구축과 이상기후로 인한 등숙기 환경 변화에 따른 빵용 품종에 대한 체계적인 시비 조건 확립에 대한 지속적인 연구가 필요하다.

Acknowledgements

본 연구는 농촌진흥청 연구사업(세부과제명: 춘파형 고온저항성 밀 개발, 세부과제번호: PJ01246402)에 의해 이루어진 것임.

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