벼 품종별 현미와 백미의 항산화력, 베타카로틴 및 비타민 E 최인덕

벼 품종별 현미와 백미의 항산화력, 베타카로틴 및 비타민 E

최인덕¹․우관식¹․최혜선¹․이석기¹․박지영¹․천아름¹․한상익¹․최동수²․천지연³

1국립식량과학원 수확후이용과

2국립농업과학원 수확후관리공학과

3국립순천대학교 식품공학과

Antioxidant Properties, β-Carotene and Vitamin E of Different Varieties of Brown and White Rice

Induck Choi¹, Koan-Sik Woo¹, Hye-Sun Choi¹, Seuk-Ki Lee¹, Jiyoung Park¹, Areum Chun¹, Sang-Ik Han¹, Dong-Soo Choi², and Jiyeon Chun³

1Crop Post-harvest Technology Division, National Institute of Crop Science, RDA

2Post-harvest Engineering Division, National Institute of Agricultural Science

3Department of Food Science & Technology, Sunchon National University

ABSTRACT A total of 15 rice (Oryza sativa L.) varieties classified as waxy-, medium waxy-, and non-waxy were analyzed for their functional properties of antioxidant compounds, antioxidant activities, β-carotene, and vitamin E contents. Brown rice varieties showed 2∼4 times higher levels of all the investigated functional properties than white rice. Black pigmented brown rice showed the highest values for phenols and flavonoids, ranging from 429.2 to 486.8 and 136.4 to 157.5 (mg gallic acid equivalent (GAE)/100 g), respectively, followed by the giant embryo rice, Nunkeunheugchal (NKHC) and Keunnun (KN), and then other ordinary rice varieties. The lowest levels for phenols and flavonoids was observed in tongil type and indica varieties, which contained 76.3∼95.4 and 12.5∼25.9 (mg GAE/100 g), respectively. Moreover, rice with higher antioxidant compounds showed higher antioxidant activities based on the 1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl and 2,2-azino-bis(3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid) radical scavenging capacities. β-Carotene, as a precursor of vitamin A, was detected in all brown rice varieties except Dasan1. However, among white rice varieties, only four types, including black and giant embryo rice cultivar contained β-carotene. Among the rice samples, α-tocopherol (α-T), α-tocotrienol (α-T3) and γ-tocotrienol (α-T3) were the most predominant homo- logues of vitamin E. The α- tocotrienol equivalent (α-TE) levels of brown rice were in the order of black pigmented and giant embryo rice (2.714∼3.453 α-TE/100 g), normal rice (1.744∼2.368 α-TE/100 g), and tongil type and indica varieties (0.388∼0.719 α-TE/100 g).

Key words: rice, amylose, antioxidant properties, β-carotene, vitamin E

Received 5 September 2018; Accepted 15 October 2018 Corresponding author: Induck Choi, Crop Post-harvest Technology Division, National Institute of Crop Science, RDA, Suwon, Gyeonggi 16429, Korea

E-mail: [email protected], Phone: +82-31-695-0605

서 론

백미가 쌀의 1차 기능인 에너지 공급원으로 역할이 크다 면, 현미는 미강층에 다량 함유된 기능성 성분으로 인하여 생리적 기능성 향상의 역할이 강조되고 있다고 할 수 있다.

벼의 왕겨를 제거한 현미는 가장 외층으로부터 과피층 (pericarp) 1~2%, 종피(testa) 및 호분층(aleurone)으로 구 성된 미강층 4~6%, 배아(embryo) 2~3% 및 배유(endo- sperm) 82~94%로 이루어져 있다(1). 미강층을 포함하는 현미에는 폴리페놀, 플라보노이드, 비타민 E, γ-oryzanol,

phytic acid 및 carotenoids 등의 항산화 활성이 높은 기능 성 성분이 다량 함유되어 면역력 향상 등에 기여하는 것으로 알려져 있다(2). 특히 과피층에는 폴리페놀 화합물이 다량 함유되어 현미의 높은 항산화 활성에 크게 기여하는 것으로 보고되었다(3). 페놀화합물은 체내에서 생성되는 라디칼을 환원시켜 활성산소에 의해 발생하는 노화, 암 및 동맥경화 등의 질병을 억제하는 것으로 알려져 있다(4,5). 이러한 페 놀화합물은 식물체의 초기성장기 및 재배 환경 등에 따라서 다양한 형태의 phenolics가 형성되는데, ferulic acid는 대 표적인 phenolic acid로 특히 곡류에 다량 함유되어 있으며 항염증 성분으로 보고되었다(6). 한편 플라보노이드는 cat- echins, proanthocyanins, anthocyanidins, flavones 및 flavonols의 형태로 식물체에 존재하며, 유색미(흑미)의 주 요 플라보노이드는 anthocyanins이다(7). 쌀의 미강 및 배 아에 포함된 이러한 기능성 성분으로 인하여 쌀을 도정하지

않은 현미(whole grain)에 대한 소비자 요구는 꾸준히 증가 하고 있다. 특히 유색미에는 일반미와 비교해 높은 항산화 활성을 가지고 있어 산화적 손상에 대한 방어효과가 우수한 것으로 알려져 있다(8).

비타민 E는 토코페롤(tocopherols)과 토코트리에놀(to- cotrienols)을 총칭하는 지용성비타민으로 메틸기의 위치 및 수에 따라 α-, β-, γ-, δ-토코페롤 및 토코트리에놀의 8개 isomer로서 각각 그 생리활성 정도가 다르다고 보고되 고 있다(9). 주로 쌀이나 밀 등의 곡물배아와 식물성 기름에 많이 함유되어 있고 동물성 식품에는 비교적 적게 들어 있는 데, 주로 식물체의 세포막에 존재하면서 지방산의 과산화 작용이 진전되는 것을 막는 항산화제로 작용하며, 혈중 콜레 스테롤을 저하하는 등 심혈관계 질환 등 만성적인 질환의 예방 효과가 있다(10). 8개 isomer 중에서 α-토코페롤이 혈액이나 세포막에 함유된 비타민 E의 90% 이상을 차지하 며, 체내에서 가장 우수한 생리활성을 보이기는 하지만 다양 한 생화학적 기능과 질병 예방 측면에서 다른 형태의 비타민 E의 효능도 중요시되고 있다(11).

본 연구의 목적은 15개 벼 품종별 현미 및 백미의 80%

에탄올 추출물의 항산화 성분, 항산화 활성, β-카로틴, 토코 페롤 및 토코트리에놀 함량을 비교 분석하여 품종별 현미와 백미의 항산화력 및 비타민 E 함량의 기초자료를 제공하고 자 하였다.

재료 및 방법

실험재료

실험재료는 15개 벼 품종의 현미 및 백미로서 2016년 농 촌진흥청 국립식량과학원 시험포장에서 재배 수확된 시료 를 사용하였다. 15개 벼 품종에는 찰벼(waxy rice)인 보석 찰(BSC), 조생흑찰(JSHC), 눈큰흑찰(NKHC) 3품종과 반찰 벼(medium-waxy rice)인 백진주(BJJ) 1품종, 메벼(non- waxy rice)인 일품(IP), 삼광(SK), 하이아미(HIA), 설갱(SG), 큰눈(KN), 조은흑미(JEH), 흑진주(HJJ), 다산1(DS1), 한아 름2(HAR2)와 인디카 품종인 IR64와 IR72가 해당된다. 현 미는 제현기(SY88-TH, Ssangyong Ltd., Incheon, Ko- rea)를 이용하여 왕겨를 제거하여 준비하였고, 백미는 도정 기(model MC-90A, Toyo Co., Wakayama, Japan)로 현미 중량비 92% 표준 도정한 시료를 사용하였다. 이화학적 특성 분석을 위한 현미 및 백미가루 시료는 분쇄기(micro ham- mer-cutter mill, type-3, MHK Trading Co., Bucheon, Korea)를 이용하였으며, 80 mesh 체에 통과시키고 입자가 커서 체에 걸리는 것은 다시 분쇄하여 체에 완전히 통과시킨 후 실험재료로 사용하였다.

일반성분

현미 및 백미의 일반성분 분석은 AOAC(12) 방법에 준하 여 정량하였다. 회분 함량은 550°C 직접회화법으로 분석하

였고, 조단백질 함량은 micro Kjeldahl 질소 정량법에 따라 자동분석장치(Foss Kjeltec 2400, Foss Tecator, Hud- dinge, Sweden)로 측정하였으며, 질소 환산계수 5.95를 대 입하여 계산하였다. 조지방 함량은 Soxhlet 지방추출기 (Soxtec system HT 1043 extraction unit, Foss Tecator, Eden Prairie, MN, USA)를 사용하여 2~3 g 분말시료를 헥산으로 처리하여 추출하였다.

아밀로스 함량 분석

아밀로스 함량은 Juliano(13)의 비색정량법에 따라 시료 100 mg에 95% 에탄올 1 mL와 1 N NaOH 9 mL를 가하여 분산시키고, 100°C 항온수조에서 20분 동안 호화시킨 후 냉 각하였다. 반응액 5 mL에 1 N acetic acid(CH3COOH) 1 mL와 2% I2-KI 용액 2 mL를 첨가한 후 증류수로 100 mL 가 되도록 정용하였으며, 30분 동안 방치한 다음 분광광도 계(UV spectrophotometer 1601, Shimadzu Co., Kyoto, Japan)를 이용하여 620 nm 파장에서 흡광도를 측정하였다 (13).

80% 에탄올 추출물 제조

항산화 성분 및 라디칼 소거 활성을 분석하기 위하여 시료 에 80% 에탄올을 가한 후 상온에서 24시간 교반하면서 진탕 추출(WiseCube WIS-RL010, Daihan Scientific Co., Ltd., Seoul, Korea)하였다. 추출 후 고형분은 Whatman No.2 여 과지(Whatman™, Buckinghamshire, UK)를 이용하여 잔 사물을 분리하였고, 여과된 시료는 -20°C 냉동고에 보관하 면서 분석용 시료로 사용하였다.

추출물의 항산화 성분 분석

시료 추출액의 항산화 성분은 Dewanto 등(14)의 방법에 따라서 총페놀 및 플라보노이드 함량을 분석하였다. 총페놀 함량 분석은 추출물 50 μL에 2% Na₂CO₃ 용액 1 mL를 가한 후 3분간 방치시키고, 50% Folin-Ciocalteu reagent 50 μL를 가한 다음 30분간 방치한 후 750 nm에서 흡광도 값을 측정하였다. 표준물질로 gallic acid를 사용하여 표준 검량 선을 작성하였으며, 추출물의 페놀 함량은 시료 100 g당 mg gallic acid equivalent(mg GAE/100 g, dry basis)로 나타 내었다. 플라보노이드 함량은 각 추출물 250 μL에 증류수 1 mL와 5% NaNO2 75 μL를 넣고 5분간 방치한 후 10%

AlCl3･6H2O 용액 150 μL를 가하고 다시 6분간 방치하였다.

위 반응액에 1 M NaOH 500 μL를 첨가하여 11분 반응시킨 후 반응액의 흡광도(Ultrospec 7000, GE Healthcare Life Sciences, Buckinghamshire, UK) 값을 510 nm에서 측정 하였다. 표준물질은 총페놀과 같은 방법으로 검량선을 작성 하였으며, 추출물의 플라보노이드 함량은 시료 100 g당 mg gallic equivalent(mg GAE/100 g, dry basis)로 나타내었 다.

추출물의 항산화 활성 측정

각 추출액에 대한 항산화 활성은 1,1-diphenyl-2-pic- rylhydrazyl(DPPH) 및 2,2’-azino-bis(3-ethylbenzothi- azoline-6-sulfonic acid)(ABTS) 라디칼 소거 활성을 측정 하였다(15). DPPH 라디칼의 소거 활성은 0.2 mM DPPH 용액(99.9% 에탄올에 용해) 0.8 mL에 시료 0.2 mL를 첨가 한 후 520 nm에서 30분간 방치한 다음 흡광도 감소치를 측정하였다. ABTS 라디칼의 소거 활성은 ABTS 7.4 mM과 potassium persulfate 2.6 mM을 하루 동안 암실 방치하여 ABTS 양이온(ABTS･⁺)을 형성시킨 후, 이 용액을 735 nm 에서 흡광도 값이 1.4~1.5가 되도록 몰 흡광계수(ε=3.6×

10⁴ M^-1cm^-1)를 이용하여 메탄올로 희석하였다. 희석된 ABTS 용액 1 mL에 추출액 50 μL를 가하고 30분 후 흡광도 의 변화를 측정하였다. DPPH 및 ABTS 라디칼 소거 활성은 시료 100 g당 mg Trolox equivalent antioxidant capacity (mg TE/100 g, dry basis)로 나타내었다.

베타카로틴 및 비타민 E 분석

베타카로틴 함량 분석은 Thomas 등(16)의 방법에 따라 알칼리 비누화법으로 추출한 후 HPLC로 분석하였다. 시료 를 균질화시킨 후 추출관에 넣고 6% pyrogallol ethanol 용액을 첨가하여 10분 동안 초음파 처리(Sonicator, Cole- Parmer, Vernon Hills, IL, USA)하였다. 초음파 처리 시료 추출관에 60% KOH 용액 8 mL를 가하고 균일하게 혼합 후 추출관의 상부 공기를 질소로 치환하였다. 추출관을 75

°C, 100 rpm의 진탕기(HB-205SW, Hanbaek Scientific Co., Bucheon, Korea)에서 1시간 동안 검화 처리한 후 찬물 에 냉각하고, 2% NaCl 용액 20 mL를 가하여 반응을 종결시 켰다. 검화액에 추출용매(hexane : ethyl acetate＝85:15, v/v, 0.01% butylated hydroxytoluene, BHT) 15 mL를 가한 후 균질화되도록 섞은 다음 정치시켜 층을 분리하였다.

층 분리된 상층액을 KOH가 채워진 유리관에 통과시켜 추출 액 중의 수분을 제거한 후 50 mL 정용플라스크에 수집하였 다. 이 과정을 3회 반복하여 추출용액을 수집하였으며, 추출 용매를 이용하여 50 mL로 정용하였다. 추출액을 질소 농축 한 후 잔류물을 CHCl₃로 용해한 다음 HPLC(Agilent, Santa Clara, CA, USA)를 이용하여 베타카로틴을 측정하였다. 칼 럼은 Vydac 201 TP C18(4.6×250 mm, 5 µm, GRACE, Santa Clara, CA, USA)을 사용하였고, 검출기는 PDA de- tector(452 nm, Agilent)를 사용하였다. HPLC 이동상은 MeOH : BuOH : H₂O＝6:1:3과 MeOH : BuOH : H₂O＝89.5 :10:0.5를 사용하였으며, 시료당 총 분석시간은 65분이었다.

토코페롤 및 토코트리에놀은 Chun 등(17)의 방법에 따라 분석하였는데, 시료 추출은 알칼리 비누화법(16)을 적용시 켜 추출한 후 HPLC로 분석하였다. 추출액을 질소 농축한 후 n-hexane으로 재용해시키고, 용해된 추출액은 0.45 µm membrane filter(Advantec, Tokyo, Japan)로 여과한 다음 HPLC(LC-20AD, Shimadzu)로 분리하였다. 칼럼은 Lichros-

pher diol 100(240×4 mm, 5 µm, Merck, Darmstadt, Ger- many)을 사용하였고, 검출기는 형광검출기(FLD, Shimadzu, Exλ=290 nm, Emλ=330 nm)를 사용하였다. 이동상은 0.9

% isopropanol을 함유한 n-hexane을 사용하였으며, 시료 당 총 분석시간은 35분이었다. 베타카로틴 및 토코페롤 표 준품 등 분석에 사용된 표준시약은 Sigma-Aldrich Co.(St.

Louis, MO, USA) 제품을 사용하였고, 기타 시약 및 용매도 특급 및 HPLC 등급을 사용하였다.

α-Tocopherol equivalent(α-TE) 계산식

α-TE를 구하는 식은 다음과 같으며 γ-토코트리에놀과 δ-토코트리에놀은 생리활성이 아직 밝혀지지 않아 계산식 에는 포함되지 않았다(18).

α-TE＝(α-T×1.0)+(β-T×0.5)+(γ-T×0.1)+(δ- T×0.01)+(α-T3×0.3)+(β-T3×0.05)

T: tocopherols (mg/100 g) T3: tocotrienols (mg/100 g)

통계분석

분석 결과에 대한 통계분석은 SAS(Ver 9.2, SAS Co., Cary, NC, USA) 프로그램을 이용하여 단순분산분석(one- way ANOVA)을 수행하였고, 실험군 간의 유의성은 다중범 위검정(Duncan’s multiple range test)을 통하여 P<0.05 수준에서 유의성을 검정하였다.

결과 및 고찰

현미와 백미의 일반성분 및 아밀로스

본 연구에 사용된 15개 벼 품종은 Table 1에 제시하였다.

고품질 벼로서 밥쌀용인 삼광(SK)과 일품(IP), 연질미로서 주로 양조용으로 적합한 품종인 설갱(SG), 수량성이 우수하 여 가공에 적합한 다산1호(DS1) 및 한아름2호(HAR2) 등 다 수확 계통 품종이 포함되어 있다. 기능성 강화 벼 품종으로 큰눈(KN)은 배아가 일반 벼보다 약 3배 이상 크고, gluta- mic acid로부터 합성되는 아미노산인 동시에 뇌세포 간에 신경전달 물질로 알려진 gamma-amino butyric acid(GABA) 를 3~5배 정도 다량 포함하는 품종이다. 또한, 유색미 품종 인 조은흑미(JEH), 흑진주(HJJ), 조생흑찰(JSHC) 및 눈큰흑 찰(NKHC) 등 흑자색 안토시아닌(C3G) 함량이 강화된 품종 과 찰성 및 반찰성 품종으로 보석찰(BSC)과 백진주(BJJ)가 있다. 이상의 자포니카 쌀 이외에, 인디카 품종인 IR64와 IR72가 포함되어 있다.

15개 벼 품종별 현미 및 백미의 일반성분 분석 결과는 Table 2와 같다. 품종별 현미의 회분, 단백질 및 조지방 함 량은 각각 1.05~1.56%, 5.59~7.69%, 2.06~3.52%이고, 백미는 각각 0.35~1.16%, 4.92~6.99%, 0.52~2.32% 범위 로 품종별 함량 변이가 뚜렷하게 나타났다. 회분과 조지방은 현미가 백미보다 약 2~3배 높고 단백질 함량은 유사한 수준

Table 1. Classification of 15 rice varieties by grain characteristics

Rice (Oryza sativa L.) Varieties Abbreviation

Waxy Japonica

Normal

Black pigmented

Black pigmented-giant embryo

Boseogchal Josaengheugchal Nunkeunheugchal

BSC JSHC NKHC

Mediun-waxy Japonica Normal Baegjinju BJJ

Non-waxy

Japonica Normal

Ilpum Samkwang Haiami Seolgaeng

IP SK HIA

SG

Japonica Giant embryo Keunnun KN

Japonica Black pigmented Joeunheukmi Heukjinju

JEH HJJ Japonica

(Tongil type) Normal Dasan1

Hanareum2

DS1 HAR2 Indica Normal long grain with medium-

high amylose

IR64 IR72

IR64 IR72

Table 2. Approximate compositions and amylose contents of brown and white rice varieties

Varieties Brown rice (%) White rice (%)

Ash Protein Fat Amylose Ash Protein Fat Amylose

BSC JSHC NKHC

1.237±0.01^e1) 1.338±0.01^d 1.563±0.01^a

6.52±0.06^c 6.52±0.01^c 7.69±0.07^a

2.61±0.01^d 3.41±0.02^b 3.52±0.01^a

6.81±0.21^g 6.80±0.17^g 6.55±0.09^g

0.385±0.01^hi 0.615±0.01^e 1.161±0.01^a

6.03±0.03^d 5.91±0.01^ef 6.83±0.05^b

1.17±0.00^d 2.30±0.02^a 2.32±0.01^a

6.72±0.28^h 6.31±0.16ⁱ 6.24±0.13ⁱ BJJ 1.197±0.01^f 6.53±0.03^c 2.51±0.01^ef 10.06±0.03^f 0.407±0.02^h 5.93±0.04^e 0.89±0.01^g 9.77±0.35^g

IP SK HIA

SG

1.148±0.02^g 1.369±0.01^c 1.117±0.02^h 1.125±0.02^gh

6.32±0.26^de 5.59±0.07^h 6.03±0.02^f 6.26±0.02^de

2.24±0.10^gh 2.52±0.09^e 2.44±0.03^f 2.31±0.01^g

17.54±0.24^c 16.76±0.26^d 16.69±1.05^d 16.72±0.59^d

0.468±0.00^fg 0.398±0.03^hi 0.470±0.01^fg 0.457±0.00^g

5.68±0.04^gh 4.92±0.02^k 5.32±0.04^j 5.64±0.01^h

0.74±0.02^h 0.68±0.02ⁱ 0.90±0.05^fg 0.96±0.02^f

18.39±0.24^cd 18.70±0.17^c 18.50±0.31^c 18.00±0.14^d KN 1.249±0.01^e 6.51±0.03^c 3.36±0.02^b 14.91±0.11^e 0.850±0.02^b 5.72±0.02^g 1.89±0.02^b 15.16±0.05^f JEH

HJJ

1.249±0.02^e 1.439±0.02^b

6.73±0.10^b 7.58±0.03^a

2.79±0.01^c 2.61±0.04^d

15.52±0.21^e 15.06±0.02^e

0.733±0.01^c 0.460±0.00^g

6.11±0.03^c 6.99±0.05^a

1.47±0.04^c 1.09±0.04^e

15.55±0.10^e 15.57±0.29^e DS1

HAR2

1.122±0.01^h 1.183±0.01^f

5.81±0.06^g 6.24±0.01^e

2.25±0.05^gh 2.22±0.01^hi

18.41±0.32^b 17.38±0.29^c

0.495±0.01^f 0.670±0.01^d

5.45±0.01ⁱ 5.73±0.02^g

0.88±0.05^g 0.68±0.03^j

19.43±0.19^b 18.54±0.29^c IR64

IR72

1.045±0.02ⁱ 1.124±0.01^gh

6.39±0.05^cd 6.51±0.05^c

2.16±0.03ⁱ 2.06±0.04^j

22.54±0.06^a 23.11±0.03^a

0.355±0.03^j 0.370±0.00^ij

5.86±0.02^f 5.87±0.05^ef

0.52±0.02^j 0.56±0.07ⁱ

25.27±0.08^a 25.54±0.35^a

1)Mean±SD. Means with different letters in the same column are significantly different at P<0.05 by Duncan’s multiple range test.

을 보였는데, 이런 결과로부터 회분과 조지방은 주로 쌀의 미강 및 배아에 다량 함유된 반면에 단백질은 배유를 포함한 곡립 전체에 골고루 분포되어 있는 것으로 확인되었다. 쌀의 단백질은 7.3~10.2% 범위로 단백질 함량이 높을수록 조리 시 필요한 물의 양은 증가하고 조리 시간도 길어지는데, 이 는 전분을 둘러싸고 있는 단백질이 전분의 수화를 방해하기 때문에 수분흡수율은 낮아지고 조리시간도 길어지기 때문 이다(19).

아밀로스 함량은 벼 특성을 구분하는 중요한 요인으로서 찰벼(BSC, JSHC, NKHC)는 6.55~6.81 g/100 g 범위이고, 반찰성벼(BJJ)는 10.06 g/100 g이다. 한편 일반 벼 중에서 자포니카(IP, SK, HIA, SG, KN, JEH, HJJ, DS1, HAR2) 품종은 14.91~18.41 g/100 g이고, 인디카(IR64, IR72)는

22.54~23.11 g/100 g이었다. Allidawati와 Bambang(20) 은 쌀의 아밀로스 함량을 기준으로 최저 아밀로스(<10%), 저 아밀로스(10~20%), 중 아밀로스(20~24%), 고 아밀로 스(>25%) 쌀로 구분하였으며, 아밀로스는 취반미 특성에 직접적인 영향을 주는 인자라고 하였다. 아밀로스 함량이 20% 이상인 경우에는 일반적으로 찰기가 없는 포슬한 물성 을 보였으며, 20% 이하인 경우에는 찰기가 있고 표면에 광 택이 있으며, 노화 후에도 곡립이 서로 달라붙어 있는 특성 을 보인다(19). 따라서 쌀의 아밀로스 함량이 높을수록 취반 시 찰기가 감소하였고, 호화 후 아밀로스 재결합(rearrange- ment) 비율이 현저하게 높아서 노화가 빨리 진행되면서 단 단한 물성을 나타내었다.

Table 3. Antioxidant components and antioxidant activities of brown and white rice varieties Varieties

Brown rice White rice

Phenols Flavonoid DPPH ABTS Phenols Flavonoid DPPH ABTS (mg GAE/100 g) (mg TE/100 g) (mg GAE/100 g) (mg TE/100 g) BSC

JSHC NKHC

109.1±2.9^e1) 461.1±18.7^b 233.8±7.9^d

39.9±1.1^cd 139.9±78.3^a 86.8±1.3^b

51.7±7.6^def 458.2±15.5^a 199.2±17.9^c

114.5±3.4^d 770.6±22.8^a 304.9±13.7^c

64.8±1.4^e 341.0±7.1^a 252.9±2.1^d

9.2±0.3^d 106.9±2.1^a 82.8±3.2^b

1.7±0.6^def 32.4±1.7^a 23.0±1.5^c

4.7±0.0^e 49.2±2.8^a 34.5±1.4^d BJJ 88.7±2.9^fg 16.8±1.2^d 36.6±8.1^fgh 91.7±4.5^efg 42.6±0.7^hi 4.6±0.4^f 0.6±0.8^f 2.0±0.1^f

IP SK HIA

SG

80.8±2.9^gh 79.4±2.6^gh 88.9±2.6^fg 86.5±3.0^fgh

20.6±2.9^d 19.9±1.1^d 21.9±1.4^d 22.2±1.2^d

27.1±4.3^gh 35.8±9.8^fgh 67.4±7.61^d 57.9±7.7^de

72.2±6.7^hi 80.3±4.8^fgh 82.1±9.7^fg 91.3±1.6^efg

52.4±1.3^f 45.9±0.8^gh 51.9±0.8^f 48.1±1.5^fg

9.3±0.1^d 5.9±0.8^f 9.8±3.5^d 8.8±1.3^de

1.5±0.8^def 1.1±0.8^ef 2.5±0.6^d 1.4±0.5^def

2.9±0.4^f 2.3±0.1^f 2.8±0.1^f 2.8±0.1^f KN 96.9±2.5^f 53.4±1.2^c 40.8±1.1^efg 98.7±3.6^e 67.8±1.1^e 11.1±2.1^d 2.3±0.2^de 5.2±0.4^e JEH

HJJ

429.2±17.0^c 486.8±16.8^a

136.4±2.7^a 157.5±4.5^a

392.7±5.1^b 444.9±20.7^a

605.4±17.7^b 603.8±16.9^b

274.9±2.8^c 294.2±8.1^b

76.3±3.3^c 84.2±2.7^b

23.4±1.2^c 25.7±0.6^b

36.6±1.6^c 42.4±2.1^b DS1

HAR2

83.2±3.1^gh 95.4±2.6^f

12.5±1.1^d 25.9±1.7^d

20.2±6.4^h 38.1±2.1^fgh

62.7±4.1ⁱ 95.9±3.6^ef

49.5±0.8^fg 40.4±0.6ⁱ

6.6±1.1^ef 6.4±0.3^ef

1.1±0.4^ef 0.8±0.2^f

3.0±0.1^f 2.1±0.1^f IR64

IR72

76.3±2.1^h 87.7±5.5^fgh

12.4±0.7^d 22.4±1.5^d

26.5±3.1^gh 39.0±5.1^fgh

68.0±2.4^hi 77.2±1.1^ghi

47.4±0.3^g 49.9±0.9^fg

5.3±0.6^f 4.9±1.2^f

0.6±0.3^f 0.8±0.2^f

2.0±0.1^f 2.2±0.1^f

1)Mean±SD. Means with different letters in the same column are significantly different at P<0.05 by Duncan’s multiple range test.

현미와 백미의 항산화 성분 및 항산화 활성

15개 품종별 현미와 백미 에탄올 추출물의 페놀화합물 및 플라보노이드를 측정한 결과는 Table 3과 같다. 페놀화 합물은 식물체에 많이 함유된 성분으로 곡류에는 주로 과피, 종피 및 호분층 층에 많이 분포하고 있으며, 주요한 페놀화 합물에는 phenolic acid, flavonoids 및 anthocyanins이 있 고 강한 항산화력을 나타내는 것으로 알려져 있다(4,21). 현 미의 총페놀과 플라보노이드 함량은 백미보다 약 2~4배 높 았는데, 특히 흑색 유색미 품종인 흑진주(HJJ), 조생흑찰 (JSHC), 조은흑미(JEH)에서 매우 높은 함량을 보였다. 이들 품종의 총페놀 및 플라보노이드 함량은 현미의 경우 각각 429.2~486.8 mg GAE/100 g 및 136.4~157.5 mg GAE/

100 g이고, 백미에는 각각 274.9~341.0 mg GAE/100 g 및 76.3~106.9 mg GAE/100 g으로 현미가 백미보다 약 2배 정도 높게 나타났다. 이런 결과는 흑색 현미의 과피층에 안토시아닌 및 탄닌 계열 색소가 다량 함유되어 있기 때문이 다(22). 곡류에 함유되어 있는 항산화 물질 중 페놀화합물은 자유라디칼을 안정화시킬 수 있는 phenolic ring이 존재하 기 때문에 우수한 항산화력을 가진다(21). 한편 배아가 일반 미보다 2~3배 큰 눈큰흑찰(NKHC)과 큰눈(KN)은 흑미 다 음으로 총페놀과 플라보노이드 함량이 높고, 다음으로 일반 미 계통의 자포니카 및 인디카 품종이 해당된다.

유색미의 항산화 성분에 관한 기존의 연구 결과에 의하면 홍진주벼와 흑광벼의 70% 에탄올 추출물에 상당한 항산화 성분이 함유되었고, 그에 따른 우수한 항산화 활성이 있는 것으로 보고되었다(22). 또한 현미, 백미, 적미 및 보라색 쌀의 플라보노이드 함량 분석 결과 적미가 167 mg GAE/

100 g으로 가장 높은 함량을 보였다(7). Kong과 Lee(23)는 2품종의 흑미를 대상으로 미강층 도정율에 따른 항산화 성

분을 분석한 결과 미강층이 포함된 현미의 총페놀과 플라보 노이드 함량이 현저하게 높았으며, 도정율 증가로 백미에는 비교적 적은 항산화 성분이 검출되었다. 또한, 2개 품종 흑 미에 포함된 항산화 성분으로는 phytic acid, γ-oryzanol, anthocyanins 및 vitamin E homologues 등이 확인되었다.

한편 일반 현미에는 다량의 anthocyanins가 검출된 반면에 적미에서는 proanthocyanins가 다량 함유되어 있는 것으로 알려졌다(24).

항산화 활성 측정은 항산화 성분에 의해 환원되어 짙은 자색이 탈색됨으로써 항산화 성분의 전자공여능을 측정할 때 사용되고 있는 DPPH･라디칼 소거 활성법(25)과 혈장에 서 ABTS･⁺ 라디칼의 흡광도가 항산화제에 의해 억제되는 것에 기초하여 개발된 ABTS･⁺ 라디칼 소거 활성법(26)을 이용하여 분석하였다. ABTS cation decolorization assay 법은 총 항산화력을 측정하는 방법으로 ABTS･⁺ 라디칼이 시료의 항산화 물질에 의하여 소거되어 탈색되는 정도를 측 정하는 방법이다. Table 3과 같이 현미와 백미 15개 품종의 DPPH･ 및 ABTS･⁺ 라디칼 소거능은 현미가 백미보다 월등 하게 높은 항산화력을 보였다. 흑미 품종인 흑진주, 조은흑 찰, 조생흑찰 현미의 DPPH･ 및 ABTS･⁺ 라디칼 소거능은 각각 392.7~458.2 mg TE/100 g 및 603.8~770.6 mg TE/100 g이고, 같은 품종의 백미는 각각 23.4~32.4 mg TE/100 g 및 36.6~49.2 mg TE/100 g으로 현미가 백미보 다 약 10~15배 높은 것으로 확인되었다. 흑미의 우수한 DPPH･ 및 ABTS･⁺ 라디칼을 이용한 전자공여능은 미강층 에 다량 존재하는 항산화 물질들과 매우 높은 상관성이 있을 것으로 사료된다. 반면에 일반 백미의 DPPH･와 ABTS･⁺ 값은 매우 낮아서 항산화 활성을 기대하기는 어려운 것으로 사료된다. 유색미의 항산화 활성은 일반벼보다 높은 것으로

c b

ef fgh h d ef fgh fgh e gh c a

gh

c b a a

0 5 10 15 20 25 30

BSC JSHC

NKHC BJJ IP SK HIA

SG KN DS1 HAR2

IR64

IR72 JEH HJJ Rice varieties

beta-Carotene (µg/100 g) . ^{BR WR}

ND

Fig. 1. β-Carotene contents of brown and white rice varieties.

Samples are the same as Table 1. Means with different letters (a-h) at the same bar-graph are significantly different among the rice varieties at P<0.05 level by Duncan’s multiple comparison.

ND: not detected. The bar-graph (gray color) of white rice (WR), which were not shown, means β-carotene was not de- tected in the samples.

보고되었는데, 홍진주벼 및 흑광벼 등 유색미는 과피에 포함 되어 있는 색소 성분에 의하여 높은 항산화 활성이 보였다 (27). 유색미(흑색 및 적색) 시료를 열처리(180°C) 시 항산 화 성분이 유의하게 높아졌고 이에 따라 항산화 활성도 증가 하였는데, 이는 현미의 미강층에 존재하는 플라보노이드를 비롯한 페놀화합물이 유리되는 정도에 의한 항산화력의 변 이로 추정하였다(28). 적색의 현미 과피층에는 페놀화합물 인 proanthocyanidins가 많이 분포되어 있는데 적색 현미 의 우수한 항산화 활성의 원인 물질이며, proanthocyani- dins의 분자 구조에는 hydroxyl groups(ortho-hydroxyl groups)이 넓게 분포하고 있기 때문이다(29).

현미와 백미의 베타카로틴

비타민 A는 지용성 비타민으로서 체내에서 생합성되지 않기 때문에 식이를 통해서 섭취해야 하는데, 동물성 식품에 는 주로 레티놀(retinols)의 형태로 존재하고, 식물성 식품 에는 카로티노이드 형태로 존재한다(30). 베타카로틴은 카 로티노이드의 전구체로 섭취 시 체내에서 비타민 A로 전환 되는 물질이다. 15개 벼 품종별 현미와 백미의 베타카로틴 함량은 Fig. 1과 같다. 현미에서 다산1호를 제외한 모든 품 종에서 베타카로틴이 검출되었는데, 조생흑찰(25.52 μg/

100 g)에 가장 많은 베타카로틴이 함유되었고, 조은흑미 (18.32 μg/100 g), 흑진주(16.74 μg/100 g), 눈큰흑찰(15.65 μg/100 g) 순서를 보였다. 그러나 백미는 4개 품종(조생흑 찰, 눈큰흑찰, 조은흑, 흑진주)에서만 소량 확인되었으며, 2.57~5.72 μg/100 g 범위로 현미보다 현저하게 낮았다. 곡 류의 베타카로틴 함량은 비교적 낮은 수준으로 Kandlakun- ta 등(31)은 다양한 곡류, 두류, 야채류 및 향신료의 주된 카로티노이드가 베타카로틴이고, 곡류 및 두류는 야채류 및 향신료보다 비타민 A의 전구체로서의 역할이 매우 약하다 고 보고하였다.

현미와 백미의 비타민 E

식품 중의 비타민 E는 토코페롤(α-T, β-T, γ-T, δ-T)과 토코트리에놀(α-T3, β-T3, γ-T3, δ-T3)의 총 8개 유도체 (isomer)로 구성되는데, 강한 항산화 작용이 있는 것으로 알려져 체내에서 생성되는 활성산소로 인한 다양한 만성질 환 예방에 효과적이다(32). 총 8개 유도체 중에서 α-T를 제외한 다른 형태의 비타민 E는 체내 섭취 시 이를 수송하는 단백질과의 친화력이 미미한 것으로 알려져 있어서 비타민 E 활성을 나타내는 단위로 α-TE를 사용하고 있다(18,33).

총 15개 벼 품종의 현미와 백미에 함유된 비타민 E를 HPLC로 검정하여 8개 유도체를 분리 및 정량한 분석 결과 는 각각 Table 4 및 Table 5와 같다. 현미와 백미의 주된 토코페롤과 토코트리에놀은 α-T와 α-T3, γ-T3로 나타났 는데, 특히 γ-T3 함량이 높은 것으로 확인되었다. Table 4에 제시된 것과 같이 현미품종의 비타민 E는 유색미 품종 인 조생흑찰, 조은흑미, 흑진주와 배아가 큰 품종인 눈큰흑 찰, 큰눈에는 체내에서 우수한 생리활성을 보이는 α-T 및 α-T3 함유량이 각각 2.184~2.881 mg/100 g과 1.332~

1.788 mg/100 g인 반면에 다수확 품종인 다산1호, 한아름2 호 및 인디카 품종인 IR64, IR72는 각각 0.300~0.583 mg/

100 g과 0.106~0.221 mg/100 g으로 유색미보다 현저하게 낮은 경향을 보였다. 품종별 현미의 α-TE의 범위를 보면 유색 및 거대배아는 2.714~3.453 α-TE/100 g, 일반계 현 미는 1.744~2.368 α-TE/100 g, 다수확 및 인디카 품종이 0.388~0.719 α-TE/100 g의 순서로 나타났다.

품종별 백미의 비타민 E 분석 결과(Table 5) 현미와 유사 하게 α-T, α-T3, γ-T3가 주요한 비타민 E로 분석되었는데 그 함유량은 현미보다 매우 낮은 수준이다. 함유량을 보면 γ-T3는 0.289~1.048 mg/100 g이고, 다음으로 α-T와 α- T3가 각각 0.029~0.616 mg/100 g 및 0.025~0.665 mg/

100 g 수준이다. 한편 백미의 α-TE는 일반 메성인 일품(IP) 과 찰성인 보석찰(BSC)이 각각 0.784 α-TE/100 g 및 0.601 α-TE/100 g으로 높게 나타났으며, 유색미 품종이 0.558~

0.607 α-TE/100 g, 다음으로는 일반 백미 품종이 0.396~

0.546 α-TE/100 g, 다수확 및 인디카 품종이 0.180~0.391 α-TE/100 g이었다. 국내산 곡류 및 그의 곡류가공품의 비 타민 E 활성을 나타내는 α-TE 범위는 0.03~17.53 α-TE/

100 g 범위로 상당히 넓은 분포를 보였는데, 가공품 중에서 쌀이 포함된 시리얼이 상당히 높은 수준을 유지하였다(33).

기존의 연구에 의하면 자포니카 및 인디카 품종 현미에서 α-tocopherol과 γ-tocotrienol이 주요 비타민 E로 검출되 었는데, 자포니카에서는 α-tocopherol이, 인디카 품종에서 는 γ-tocotrienol 함량이 높았다(34). 흑색현미를 85% 도 정한 시료에서 분리된 미강층과 배유의 토코페롤과 토코트 리에놀 함량을 각각 분석한 결과 미강층에서 α-tocopherol 과 α-, γ-tocotrienols이 다량 검출되었으나, 배유에서는 매 우 소량이 검출된 결과를 통해서 tocopherols와 tocotri- enols는 현미의 미강층에 주로 분포되어 있음을 확인하였다

(23). 한편 Lee 등(18)은 흑미에서 비타민 E 유도체 중 γ- T3와 δ-T3가 높은 수준으로 존재하여 콜레스테롤 합성 억 제와 밀접한 관련이 있을 것으로 제안하였다. 또한, 곡류에 함유된 비타민 E 함량 분석은 곡물의 종류 및 추출 방법에 따라 최종 함유량에 영향을 주기 때문에 특정 곡류에 적합한 추출방법을 고려하는 것이 필요하다고 제안하였다.

요 약

본 연구는 15개 벼 품종별 현미와 백미의 항산화력 및 비타 민 E 함량을 비교 분석하였다. 벼 특성을 구분하는 중요한 요소인 아밀로스 함량은 찰벼 6.55~6.81 g/100 g, 반찰성 벼 10.06 g/100 g, 일반 메벼에서는 자포니카 품종 14.91~

18.41 g/100 g, 인디카 품종 22.54~23.11 g/100 g 범위를 보였다. 항산화 성분인 총페놀 및 플라보노이드 함량은 현미 가 백미보다 2~4배 높은 경향을 보였는데, 특히 흑미 품종 인 흑진주, 조생흑찰, 조은흑찰은 매우 높은 수준을 보였고, 배아가 일반 현미보다 약 2~3배 정도 큰 거대배아 품종인 눈큰흑찰과 큰눈 품종이 일반 현미보다 높은 함량을 보였다.

항산화 성분 함량이 높은 시료에서는 항산화 활성도 높게 나타났는데, 특히 흑미 품종인 흑진주, 조은흑찰, 조생흑찰 현미의 DPPH･ 및 ABTS･⁺ 라디칼 소거능은 같은 품종의 백미보다 약 10~15배 높은 것으로 확인되었다. 흑미의 우 수한 DPPH･ 및 ABTS･⁺ 라디칼을 이용한 전자공여능은 흑미 미강층에 다량 존재하는 항산화 물질과 매우 높은 정의 상관성이 있는 것으로 사료된다. 비타민 A의 전구체인 베타 카로틴은 곡류에는 비교적 적은 양으로 함유되는데, 흑미와 거대배아미를 제외하고는 낮은 함량을 보였고, 특히 백미 품종에서는 흑미 4개 품종에서만 매우 적은 양이 검출되었 다. 총 15개 벼 품종 현미와 백미의 주요 비타민 E는 α-T, α-T3, γ-T3이고, 비타민 E의 생체 활성을 나타내는 α-TE 범위는 흑미 및 거대배아미> 일반벼> 다수확 및 인디카 품 종의 순서를 보였다.

감사의 글

본 논문은 농촌진흥청 작물시험사업(과제번호 PJ011906 01)에 의해 이루어진 것으로 이에 감사드립니다.

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