단백질은 생명 활동을 위한 기본 영양소로, 식물성 기반 단백질은 축산업에 의존하는 동물성 단백질을 대체할 수 있어 주목받고 있다. 식물성 단백 소재는 에너지 소비, 토지사용량 등에 이점을 보유하여 지속가능한 단백질 생산 기반이 될 수 있다. 쌀은 세계의 3대 작물 중 하나로 쌀 생산량이 증가하는데 비해 소비량이 지속적으로 감소하고 있다. 쌀의 소비를 증가시키기 위해 쌀가공제품 개발에 대한 노력이 이루어지고 있다. 쌀가루의 이화학적 특성 및 소화율 등과 관련한 연구가 활발하게 진행되고 있으나 쌀가루에 부족한 단백 영양 강화에 따른 쌀가루의 특성 및 가공적성 규명에 대한 연구는 미흡한 실정이다. 본 연구의 목적은 멥쌀가루에 식물성 단백질을 첨가하여 멥쌀가루의 낮은 단백질 함량 및 품질을 보완할 것이다. 또한 멥쌀가루와 식물성 단백소재 혼합물의 물리화학적 특성 변화를 규명하여 단백질 강화 쌀가루 활용의 기초자료를 제공하고자 한다.
본 연구를 수행하기 위해 기존 문헌연구를 중심으로 연구를 수행하였다. 식물성 단백소재 첨가비율은 물리화학적 특성을 고려하여 멥쌀가루의 건조중량 대비 5, 10, 20%로 설계하였다. 멥쌀가루(R, rice flour)는 습식제분하여 100 mesh 표준체망을 통과시켜 분말화하였다. 식물성 단백 소재는 농축잠두단백(FPC, fababean protein concentrate)과 병아리콩분말(CHF, chickpea flour)을 선별하였다. 실험 조건에 따른 차이점을 비교하기 위해 식품용 종균의 발효를 통한 식물단백 발효산물과 단백질 가수분해효소 첨가에 따른 식물단백 가수분해물로 공정 설계를 하였다. 식물 단백 발효산물은 기존 콩 발효를 통해 필수 아미노산, 분지형 아미노산을 높일 수 있는 결과를 바탕으로, 동일한 균인 Bacillus subtilis ATCC 21228을 식물성 단백소재에 적용하였다. 발효 방식과 기간은 회수율, 경제성을 고려하여 고상 발효 공정과 10일로 정하였다. 단백소재에 발효 처리하지 않은 실험 조건을 무처리군(untreatment, F1 및 C1)으로 하였고, 단백소재에 Bacillus 종균 배양액을 직접 주입하여 발효 처리한 실험 조건을 발효산물(fermentation, F2 및 C2)로 명명하였다. 식물단백 가수분해물은 상업적인 효소 중 많이 사용하고 있는 전처리 효소인 α-amylase와 cellulase, 단백질 가수분해효소인 flavourzyme과 protamex를 선별하였다. 단백소재에 단백질 가수분해효소를 처리하지 않고 전처리 효소만 첨가한 실험 조건을 전처리군(control, F3 및 C3)으로 하였고, 전처리군에 단백질 가수분해효소를 첨가한 실험 조건을 가수분해물(hydrolysate, F4 및 C4)로 명명하였다. 실험 조건에 따른 두 가지 시료 모두 60 mesh 표준체망을 통과시켜 분말화하였다.
단백소재의 화학적 분석은 조단백질 함량(Kjeldahl method), 총 전분 함량(Total starch assay kit), 환원당량(DNS method)을 측정하였고, 구체적인 아미노산 조성을 알아보기 위해 구성 및 유리 아미노산 함량(Composition and free amino acid contents)도 측정하였다. 멥쌀가루-식물성 단백소재 혼합물의 물리화학적 분석은 용해도 및 팽윤력(Solubility and swelling power)과 혼합물의 구성을 알아보기 위해 용해도를 여러 가지 방법(Bradford 법, 페놀-황산법, amylose-I₂ complex 비색법)을 추가로 측정하였다. 또한 신속 점도 분석기(RVA, rapid visco analyzer), 시차 주사 열량계(DSC, differential scanning calorimeter)를 통해 측정하였다.
구축된 실험조건에 의해 실험 결과, 단백소재는 고함유 분지아미노산을 함유하여 단백소재 제조에 적합한 것으로 판단되었다. 멥쌀가루-식물성 단백소재 혼합물은 대체로 단백소재 첨가량을 늘릴수록 증가하였다. 발효산물(F2, C2)은 용해도 함량이 내부의 소수성 작용기들이 외부로 노출되거나 높은 함량의 전분을 보유하고 있어 감소한 것으로 판단된다. 또한 물리적 특성을 향상시켜 겔화 능력이 보존되는 것을 알 수 있다. 반면 가수분해물(F3, C3, C4)은 가용성 고형분 함량, 가용성 탄수화물 함량이 증가했으며 팽윤력과 가용성 아밀로오스 함량이 감소하였다. 이는 수침과정에서 수용성 물질과 전분 분해효소의 활성 증가로 인해 전분 입자내의 저분자 물질 추출이 용이해진 것으로 판단된다. 또한 물리적 특성을 낮추어 gel 형태 대신 sol 형태를 나타내어 노화에 대한 안정성이 좋을 것으로 판단된다.
발효산물과 가수분해물 모두 단백질, 환원당 함량을 증가시켜 식물성 단백제품 소재화의 근거기술로 활용이 가능할 것으로 보인다. 쌀 가공제품으로 적용하게 되면, 발효산물 소재는 점성이 높은 gel 형태로 가수분해 소재는 점성이 낮은 sol 형태인 액상의 유동성으로 적용 가능할 것으로 판단된다. 최종 제품을 생산하기 위해 향과 다른 첨가물을 첨가 및 가공하면, 두 가지 소재를 통해 질감에 약간의 변화가 있는 케어푸드의 재료로 적용 가능할 것으로 판단된다. 본 연구를 통해 멥쌀가루의 낮은 단백질 함량 및 품질을 보완하고, 멥쌀가루와 식물성 단백소재 혼합물의 물리화학적 특성 변화를 규명하여 단백질 강화 쌀가루 활용의 기초자료에 기여할 것으로 생각된다. 이를 토대로 쌀 제품의 용도 및 가공의 다양화와 겔 강도에 따른 적합한 비율에 대한 추가자료가 요구될 것이다.