Introduction
최근 기능성 식품에 대한 소비자들의 관심이 높아짐에 따라 쌀에 있어서도 기능성 성분이 다량 함유되어 있는 유색미의 소비가 크게 증가하고 있다. 유색미는 현미 종피색이 흑색이나 흑자색인 흑미, 적색이나 적갈색인 적미, 녹색인 녹미 등 다양하며 흑미에는 안토시아닌, 적미에는 탄닌계 색소인 폴리페놀이 함유되어 있는 것으로 알려져 있다(Choi and Oh, 1996). 흑미의 안토시아닌 성분은 cyanidin-3-glucoside (C3G), peonidin-3-glucoside (P3G), Petunidin-3-glucoside chloride (Pt3G) 등이 알려져 있는데 국내에서 재배되고 있는 흑미에는 C3G의 함량이 다른 색소에 비해 특히 높은 것으로 보고되었다(Ryu et al., 1998; Ryu, 2000; Ryu et al., 2006). 유색미에는 항산화, 항암, 당뇨병 등에도 우수한 기능성이 있을 뿐만 아니라(Nam and Kang, 1997; Kim et al., 2010), 식이섬유를 다량 함유하고 있으면서 각종 미네랄과 비타민, 불포화지방산과 같은 미량원소가 많아 식품학적으로 이용가치가 높은 것으로 보고되고 있다(Koh et al., 1996; Ryu, 2000; Wang and Mazza, 2002).
유색미인 흑미와 적미는 색깔이 짙으며 균일 한 것을 소비자가 선호하기 때문에 흑미 및 적미의 색도가 가격 결정의 주요한 판단 기준이 된다. 수량이 높고 색택이 우수한 고품질 유색미 생산은 재배지역, 이앙 및 수확시기 등 재배환경에 따라 영향을 받는 것으로 보고되고 있는데 일반적으로 일반벼 보다 재배시기가 늦고 고위도 지역에서 색소함량이 높아 품질이 우수하였다고 하였다(Kim et al., 1998; Chae et al., 2002; Lee et al., 2008). 조생흑찰의 C3G함량은 고도와 위도가 높아 등숙온도가 낮은 제천에서 청원보다 높았으며(Lee et al., 2008), 흑진주벼의 안토시아닌 색소도 중산간지인 상주에서 평야지인 익산, 밀양보다 높아 평야지가 중산간지보다 상대적으로 안토시아닌 색택이 떨어져 불리하였다(Chae et al., 2002).
한편, 조생흑찰의 수량성과 품질을 고려한 이앙적기는 청원은 6월 10일 이후, 제천은 5월 30일 이전이라고 보고하였고(Lee et al., 2008), 흑진주벼도 6월 15 - 30일 이앙이 5월 15 - 30일 이앙보다 안토시아닌 함량이 높았다(Kim et al., 1998). 이러한 원인은 온도가 색소합성에 영향을 미치기 때문인데 색소함량과 출수 후 30일간의 등숙온도와는 부의상관관계가 있었고, 색소를 최대로 생산하기 위해서는 출수 후 30일간 평균온도가 흑미는 22 - 23℃, 적미는 20 - 21℃ 부근이었으며 적정온도보다 높을 경우 1℃ 상승함에 따라 색소함량은 일정한 비율로 낮아졌다고 보고하였다(Oh et al., 2015).
유색미의 품질은 수확시기에도 영향을 받았는데 전남지역에서 고품질 신농흑찰과 신명흑찰를 생산하기 위해 수확시기를 조사한 결과, 완전착색현미 수량 기준 적정 수확시기는 출수 후 45 - 50일로(Song et al., 2012) 흑미 종자의 색소가 개화 후 25일에 95%이상 발현된다는 Lee et al. (2012)의 결과와 흑미의 안토시안 함량은 출수후 35일에 가장 높았다는 결과와는 다소 차이가 있었다(Park et al., 2015). 하지만 지금까지 영남평야지에서 고품질 유색미 생산기술을 위한 흑미와 적미의 생태형별 이앙시기 및 수확시기 등 재배환경 변이에 대한 연구가 미흡하여 이들에 대한 기초자료를 얻고자 시험을 실시하였다.
Materials and Methods
시험재료, 재배방법 및 조사방법
본 시험은 2012년부터 2013년까지 2년간 국립식량과학원 남부작물부 시험포장(덕평통)에서 실시하였다. 시험에 사용한 유색벼 6품종은 흑미 및 적미의 생태형별로 각각 3품종씩 흑미는 조생종인 조생흑찰, 중생종인 흑설, 중만생종인 신토흑미, 적미는 조생종인 적진주, 중생종인 홍진주, 중만생종인 건강홍미를 선정하여 시험을 수행하였다. 수확시기는 출수 후 35, 40, 45, 50, 55일의 5수준으로 수행하였다. 유색벼를 상자당 130 g씩 파종하여 출아 후 못자리에 30일간 육묘 후 6월 2일, 6월 14일에 30 × 14 cm로 3주씩 손이앙 하였다. 시비량은 질소, 인산, 칼리를 성분량으로 10 a당 9 kg을 질소는 요소로서 기비 50%, 분얼비 20%, 수비 30%로, 인산은 용성인비로서 전량 기비로, 칼리는 염화칼리를 기비 70%, 수비 30%로 시비하였다. 물관리, 잡초방제 등 기타재배관리는 남부작물부 기계이앙 표준재배법에 준하였다. 현미수량은 4.2 m2 면적을 수확하여 탈곡 후 수분 15%로 건조시켜 도정한 후 현미무게를 측정하여 10 a로 환산하여 나타내었다. 수량구성요소 등 주요 생육특성은 농촌진흥청 농사시험 조사기준에 준하였다. 이앙시기별로 수확한 흑미와 적미품종에 대해 흑미는 안토시아닌, 적미는 총폴리페놀 함량을 분석하였고, 수확시기별로 수확한 흑미와 적미품종에 대해서는 현미착색정도에 따라 완전착색립비율을 조사하였다.
안토시아닌 함량
흑미의 안토시아닌 색소 추출 및 함량은 Hosseinian et al. (2008)의 방법을 이용하여 분석하였는데, 수확한 현미를 곱게 분쇄한 시료 1 g에 1% HCl을 함유한 8% methanol 20 mL를 첨가하여 초음파 추출기를 이용 25℃에서 10분간 추출한 후 실온에서 24시간 추출하였다. 추출후 여과지(Whatman #6)에 필터한 후 3,200 rpm에서 3분 동안 원심분리한 후 상등액을 채취하여 0.20 µm의 syringe 필터에 필터링 후 UPLC autosampler vial에 담아 분석하였다. 분석기기는 Acquity UPLC (Waters)를 이용하였고, 컬럼은 reverse phase Bonda pak TM C18을 사용하였다. 이동상으로는 0.1% TFA-H2O (A)와 0.1% TFA-methanol (B)을 이용하여 B상의 투입양을 0.4 min에 15%, 8.1 min에 20%, 0.5 min에 30% gradient를 주었다. Detector는 PDA를 이용하여 530 nm에서 검량하였다. 안토시아닌 표준물질 정량곡선은 C3G, Pt3G, Pn3G를 각각 1 mg을 칭량하여 1.0% HCl을 함유한 40% 메탄올에 녹여 표준물질 1.0 mg/mL를 조제하였다. 그리고 각각 1, 2.5, 5, 10, 25, 50 µg/mL으로 희석하여 검량선을 작성하였다.
총폴리페놀 함량
적미의 총폴리페놀함량 분석은 Folin-Ciocalteau colorimetric method (Choi et al., 2006)을 사용하여 분석하였다. 분쇄된 시료 1 g에 80% 메탄올 20 mL를 가하여 30℃에서 24시간 진탕 추출한 다음 여과하여 추출물 10 µL에 2% Na2CO3 200 µL를 가하고 3분간 방치한 후 50% Folin-ciocalteu reagent 10 µL를 첨가하였다. 30분 후 750 nm에서 spectrophotometer (Versa max, Molecular Devices Co., Sunnyvale, CA)로 흡광도를 측정하였다.
완전착색립 분리
수확시기에 따른 흑미와 적미의 착색정도와 품질과의 관계를 구명하기 위해 유색벼를 도정한 후 완전히 착색된 검은색과 붉은색 현미를 육안으로 분리한 후 무게를 측정하여 완전착색립비율로 나타내었다. 완전착색미수량은 완전착색립비율과 현미수량을 곱하여 나타내었다.
통계분석
시험성적 분석은 SAS Enterprise Guide 4.3 (SAS Institute Inc., Cary, NC, USA) PC package를 이용하였다. 통계 package로 평균을 구한 후 분산분석(ANOVA) 및 Duncan의 다중검정으로 α = 0.05 수준에서 유의성을 검정하였다.
Results and Discussion
이앙시기에 따른 벼 생육특성 및 수량
이앙시기에 따른 유색미 생태형별 출수기, 생육특성 및 현미수량은 Table 1, Table 2와 같다. 출수기는 6월 2일 이앙에서 흑미는 8월 6 - 20일, 적미는 8월 2 - 18일이었고 6월 14일 이앙에서 출수기는 6월 2일 이앙보다 흑미는 6 - 9일, 적미는 6 - 11일 늦었다. 현미수량은 흑미와 적미 모두 이앙시기간에 유의차가 있었는데 6월 14일 이앙에서 m2 당 수수는 흑미는 386 - 426 개, 적미는 342 - 460 개로 6월 2일 이앙에 비해 각각 흑미는 22 - 69 개, 적미는 33 - 71 개가 많았다. 그러나 수당립수, 등숙비율, 현미천립중은 이앙시기간에 비슷하였다. 그 결과 10 a당 흑미와 적미의 현미수량 모두 6월 14일 이앙에서 각각 447 - 513 kg, 526 - 536 kg로 6월 2일 이앙보다 흑미는 7.1 - 20.0%, 적미는 3.7 - 26.9%가 높았다. 품종간에는 흑미는 신토흑미와 조생흑찰이 수량이 높았고, 흑설이 낮았으며, 적미는 적진주, 홍진주, 건강홍미 모두 비슷하였다. 6월 14일이앙에서 흑미와 적미 생태형에 관계없이 m2 당 수수가 6월 2일이앙에서보다 많았던 것은 유색미는 일반벼와 낮은 온도에서 생육이 촉진된다는 것을 나타내는데 이런 결과는 추후 분얼특성에 대한 보다 정밀한 시험이 필요할 것으로 판단된다.
이앙시기에 따른 색소 함량 및 색소수량
고품질 흑미와 적미생산을 위한 이앙시기별 흑미와 적미의 색소인 안토시아닌과 폴리페놀함량은 Table 3, Table 4에서와 같이 6월 14일 이앙에서 흑미는 91.7 - 122.4 mg/100g, 적미는 333.6 - 366.9 mg/100g으로 6월 2일 이앙에 비해 흑미는 8.8 - 283.7%, 적미는 2.9 - 23.9% 높았다. 흑미의 주요 색소성분은 C3G와 P3G로 구성되어 있었는데 C3G함량은 93 - 95%로 대부분을 차지하였고 P3G 함량은 5 - 7%로 낮았다. 이러한 결과는 흑미의 경우 현재까지 국내에서 재배되고 있는 흑미에는 C3G와 P3G가 주요 성분으로 C3G의 함량이 다른 색소에 비해 특히 높았다는 보고와 같은 경향이었다(Ryu et al., 1998; Ryu, 2000; Ryu et al., 2006). 흑미의 품종별 안토시아닌 함량은 흑설과 신토흑미는 비슷하였고 조생흑찰은 다른 품종보다 낮았다. 적미의 경우 홍진주 > 건강홍미 > 적진주 순으로 폴리페놀함량이 높았다. 색소함량에 현미수량을 곱한 색소생산성도 흑미와 적미 모두 6월 14일 이앙에서 6월 2일 이앙보다 흑미는 15.1 - 334.7%, 적미는 9.5 - 46.4%가 높았다.
또한, 이앙시기별 완전착색립비율도 색소함량과 같이 흑미 및 적미 품종 모두 6월 14일 이앙이 6월 2일 이앙보다 높았다(Table 5, Table 6). 그 결과 완천착색립비율에 현미수량을 곱한 완전착색률수량과 안토시아닌 및 폴피페놀함량에 현미수량을 곱한 총안토시안색소 및 총폴리페놀생산량도 6월 14일 이앙이 6월 2일 이앙보다 흑미는 5.4 - 69.1%, 적미는 3.1 - 16.9%가 높았다.
6월 14일 이앙이 6월 2일 이앙보다 안토시아닌 및 폴리페놀 색소함량이 높았던 것은 6월 14일 이앙에서 밀양지역의 2012 - 2013년까지 2년간 출수 후 30일간의 평균온도는 Table 3에서와 같이 흑미인 조생흑찰, 흑설 및 신토흑미는 23.1 - 25.2, 적미인 적진주, 홍진주 및 건강홍미는 23.3 - 25.5℃로 6월 2일 이앙보다 흑미는 평균온도가 0.9 - 1.9℃, 적미는 1.2 - 2.3℃가 낮아 색소형성에 유리한 기상으로 경과하였기 때문이다. 이러한 결과는 Oh et al. (2015)이 보고한 유색미의 색소함량은 출수 후 30일간의 평균기온과 부의 상관이 있었고, 평균온도가 19℃ 이상인 경우 평균기온이 1℃ 증가할 때마다 흑미의 안토시아닌 함량은 약 9.9%, 적미의 총폴리페놀 함량은 약 9.0%씩 감소한다는 결과와 같은 경향이었다. 따라서 영남평야지에서 수량이 높고 색택이 우수한 고품질 유색미를 생산하기 위한 재배시기는 일반벼 재배시기 6월 5일보다 다소 이앙기를 늦춰 6월 12 - 14일에 재배하는 것이 m2 당 분얼수가 많아 수량이 높고 등숙기온도가 6월 5일보다 상대적으로 낮아 색소형성에 유리하다는 것을 나타낸다. 이러한 결과는 Kim et al. (1998)과 Oh et al.(2015)이 보고한 평야지에서 유색벼의 이앙적기는 6월 11 - 30일 사이라는 결과와 같은 경향이었다.
수확시기에 따른 벼 생육특성, 수량 및 품질
이앙시기의 시험결과 6월 14일 이앙에서 6월 2일 이앙보다 현미수량, 색소함량 및 색소생산성이 높아 6월 14일 이앙시기를 기준으로 적정 수확시기를 구명하였다. 6월 14일 이앙에서 출수 후 수확시기에 따른 흑미와 적미의 생태형별 현미 천립중, 현미수량, 완전착색비율 및 완전착색현미비율은 Table 7, Table 8과 같다. 수확시기별 현미천립중은 흑미와 적미 품종에 관계없이 출수 후 35일 수확에서 가장 가벼웠고, 그 이후로는 수확시기에 관계없이 비슷하였다. 생태형별 10 a 당 현미수량은 출수 후 35일에 각각 흑미는 404 - 466 kg, 적미는 500 - 523 kg으로 가장 낮았고, 수확시기가 늦어짐에 따라 증가하다가 다시 감소하는 경향이었다. 흑미의 경우 조생종인 조생흑찰은 수확시기 35 - 55일 사이의 현미수량차이가 유의하지 않았으나 중생종인 흑설과 중만생종인 신토흑미는 출수 후 40 - 45일 사이에 현미수량이 출수 후 35일 보다 각각 5 - 8%, 7 - 13% 높았다(Table 7). 현미에 안토시아닌색소의 착색정도를 나타내는 완전착색비율은 품종간에 차이가 없었으나 출수 후 35일이 출수 후 40 - 55일보다 1 - 2%정도 낮았다. 흑미의 현미수량에 완전착색비율은 곱한 완전착색현미수량도 현미수량과 같이 조생흑찰, 흑설, 신토흑미 모두 출수 후 40 - 45일 사이에 가장 높았다.
적미의 현미수량도 흑미와 같이 조생종인 적진주, 중생종인 홍진주, 중만생종인 건강홍미 모두 출수 후 35일에 가장 낮았으나 흑미와 달리 출수 후 45 - 50일 수확에서 품종에 관계없이 가장 높았다(Table 8). 완전착색립 비율 및 완전착색현미 수량도 흑미와 달리 출수 후 45 - 50일에 가장 높았다. 이러한 경향은 적미의 색소착색은 흑미보다 5일 정도 늦은 45일 이후까지 진행된다는 것을 나타낸다. 따라서 고품질 유색미 생산을 위한 수확시기는 현미수량과 유색미 품질을 나타내는 현미의 완전착색미수량을 기준으로한 수확적기는 흑미는 조생종인 조생흑찰, 중생종인 흑설 및 중만생종인 신토흑미 모두 출수 후 40 - 45일이었고, 적미는 적진주, 홍진주 및 건강홍미 모두 흑미보다 5일 정도 늦은 45 - 50일이 적당할 것으로 판단된다. 전남지역에서 고품질 신농흑찰과 신명흑찰 생산을 위한 완전착색미 수량 기준 적정 수확시기는 45 - 50일이었다는 결과와 비슷한 경향이었다(Song et al., 2012). 이러한 결과는 흑미 종자의 색소는 개화 후 25일에 9%이상 발현된다는 Lee et al.(2012) 결과보다 20 - 25일정도 늦었고, 흑미의 안토시안 함량은 출수 후 35일에 가장 높았다는 결과보다 10 - 15일이 늦었다(Park et al., 2015). 이러한 색소함량이 높은 시기와 수확시기가 일치하지 않은 것은 출수 후 35일에 아직 유색벼 종자가 완전히 성숙하지 않았기 때문으로 판단된다. 그 결과 출수 후 35일에 단위 100 g당 색소함량은 높았으나 출수 후 일수가 경과함에 따라 종자의 현미천립중이 증가하여 단위 100 g당 색소함량은 초기보다 낮았다고 판단된다(자료 미제시).
흑미와 적미의 적정수확시기를 출수 후 30일간의 등숙적산온도로 계산하면 흑미는 조생종인 조생흑찰와 중생종인 흑설은 1,100℃ 이하, 중만생종인 신토흑미는 1,000℃ 이하일 것으로 고찰되었고, 적미는 조생종인 적진주와 중생종인 홍진주는 1,200℃ 이하, 중만생종인 건강홍미는 1,100℃ 이하로 고찰되었다(Table 9 and Table 10). 그러므로 유색벼는 가급적 등숙온도가 지나치게 높지 않은 조건에서 수확하는 것이 좋을 것으로 생각되었다.
Conclusion
영남평야지에서 색택이 우수한 고품질 유색미 생산을 위한 기초자료를 얻고자 2012년부터 2013년까지 2년간 흑미와 적미의 생태형별 각각 3품종을 6월 2일과 6월 14일 이앙시기와 출수 후 35 - 55일까지 5 수확시기를 조사하여 시험한 결과는 다음과 같다. 흑미와 적미의 10 a 당 현미수량은 생태형별 품종에 관계없이 모두 6월 14일 이앙에서 6월 2일 이앙보다 흑미는 7.1 - 20.0%, 적미는 3.7 - 26.9%가 높았는데 이는 m2당 수수가 흑미는 22 - 69 개, 적미는 33 - 71 개가 많았다. 또한 안토시아닌 및 폴리페놀 색소생산성 및 완전착색률수량도 6월 14일 이앙이 6월 2일 이앙보다 높아 영남평야지에서 6월 14일 이앙이 고품질 유색미 생산에 유리하였다. 또한 6월 14일 이앙에서 완전착색현미수량과 현미수량이 높은 시기를 기준한 수확시기는 생태형에 관계없이 흑미는 조생종, 중생종 및 중만생종 모두 출수 후 40 - 45일 경이었고, 적미는 조생종, 중생종 및 중만생종 모두 흑미보다 5일 정도 늦은 45 - 50일 경이었다.
