I. 서 론

최근 식생활의 서구화와 건강 지향적 소비 트렌드 확산에 따라 기능성 식품에 대한 관심이 증가하고 있으며, 주식인 쌀 또한 단순한 에너지원에서 기능성 소재로서의 가치가 재조명되고 있다. 쌀(Oryza sativa L.)은 중요한 주곡 자원이지만, 소비감소와 시장 환경 변화에 대응하기 위해 기능성 특수미 및 가공 소재로서의 활용 확대가 요구되고 있다. 유색미(pigmented rice)는 대표적인 기능성 특수미로 과피 색에 따라 흑미, 적미, 녹미 등으로 구분되며, 색소 성분은 품종에 따라 차이를 보인다(Kang et al, 2005). 흑미는 안토시아닌이 색 형성에 관여하며, 주요 구성 성분으로 cyanidin 및 peonidin 배당체를 함유하는 것으로 알려져 있다(Seo et al, 2011). 적미는 catechin 및 epicatechin 등을 기본 단위로 하는 flavan-3-ol 중합체인 프로안토시아니딘을 주요 색소 성분으로 가지며, 녹미는 과피층에 축적된 chlorophyll a와 chlorophyll b에 의해 녹색을 나타낸다(Goufo & Trindade 2014;Han et al, 2022;Rauf et al, 2019). 유색미는 도정 과정에서 과피와 호분층이 유지되어 백미에 비해 저장성이 우수하고, 단백질, 지질, 식이섬유, 무기질 함량이 높으며, 페놀성 화합물과 같은 다양한 생리활성 성분을 풍부하게 함유하고 있다(Goufo & Trindade 2014). 녹미는 일반 벼와는 달리 외관상 검은색을 띠지만 내부는 녹색을 나타내는 우리나라 고유 품종으로, 생리적 등숙기 이후에도 과피층에 엽록소가 잔존하여 녹색을 유지하는 특징을 가진다(Lee et al, 2006). 이러한 특성은 안토시아닌이나 프로안토시아니딘 축적에 의해 색을 나타내는 기존 유색미와 구별되는 점이며, 파종기 지연, 질소 시비 수준 및 등숙기 온도와 같은 재배 조건에 따라 일시적으로 나타나는 청미와 다르게 녹미는 등숙이 완료된 종실 전반에서 안정적으로 녹색이 발현된다는 점에서 차별화된다(Ahn et al, 2000;Kim et al, 1995;Lee et al, 1996). 또한 녹미는 흑미와 달리 취반 시 밥 전체를 물들이지 않으면서도 단맛과 쫄깃한 식감을 나타내는 특징이 있다(Cho & Jeong 2023;Lee et al, 2006). 이러한 관능적·기능적 특성에도 녹미의 이용은 주로 혼반용에 머물러 있어 다양한 가공소재로서의 활용 확대가 필요한 실정이다. 곡류 소재의 기능성과 가공 적성을 향상시키기 위해 물리적, 화학적 및 생물학적 변성처리 방법이 다양하게 적용되고 있으며, 그 중 생물학적 변성처리는 강한 화학적 처리 없이 원료의 구조 변화를 유도할 수 있는 방법으로 주목받고 있다(Ermansson & Svegmark 1996). 유산균이나 미생물 발효는 전분과 단백질 구조의 변화를 통해 저분자 성분 생성 및 수용성 물질 증가를 유도하며, 쌀가루의 결정성, 호화 특성, 점도 및 수분결합성 등 쌀가루의 이화학적 특성과 물성에 영향을 미치는 것으로 알려져 있다(Ao et al, 2024;Dou et al, 2023;Thanuja & Parimalavalli 2022). 또한 발효는 영양소 이용률과 기능성 성분의 가용성을 증가시키는 데에도 기여하는 것으로 알려져 있다(Ilowefah et al, 2014). 국내외에서는 쌀의 소재화를 위한 연구 및 곡류를 대상으로 발효 연구가 지속적으로 수행되어 왔으며, 가공제품 개발 및 품질특성 개선(Chis et al, 2020; Lee et al, 2016;Moon et al, 2020;Yi et al, 2017;Zhang et al, 2024), 발효식품 제조 및 소재화(Lu et al, 2005;Song & Lee 2017), 프로바이오틱스를 활용한 기능성 증진 연구(Duru et al, 2019;Pino et al, 2022) 등이 보고되어 왔다. 이러한 선행연구는 주로 백미, 흑미, 현미 또는 일부 곡류 소재를 대상으로 특정 품질 특성이나 제품 적용성 평가에 초점을 두고 있어, 녹미를 대상으로 구조적 및 물리화학적 특성의 종합적 분석은 제한적인 실정이다. 따라서 본 연구에서는 복합균주 발효처리가 녹미 쌀가루의 구조 및 물리화학적 특성에 미치는 영향을 규명하여 기능성 쌀가루 소재 개발을 위한 기초 자료로 제공하고자 한다.

II. 연구내용 및 방법

1. 실험재료

본 연구에 사용된 녹미는 2020년산으로 지역 쌀 직판장에서 구매한 시판 제품이며, 도정일은 2021년 8월 30일인 제품을 사용하였다. 발효에 사용된 유산균 스타터는 상업용 동결건조 복합 유산균으로 ㈜주피터인터내셔널에서 구입하였으며, 사용한 스타터는 CH-1 (FD-DVS CH-1, 200U, CHR Hansen), YF-L811 (FD-DVS YF-L811, 200U, CHR Hansen) 및 YoFlex® Mild 1.0 (FD-DVS YOFLEX MILD 1.0, 200 U, CHR Hansen)이다. 스타터는 공통적으로 Streptococcus thermophilus, Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus로 구성되어 있으며, CH-1은 낮은 점도와 높은 산 생성 특성, YF-L811은 높은 점도와 완만한 산 생성 특성, YoFlex® Mild 1.0은 매우 높은 점도와 낮은 산 생성 특성을 나타내는 것으로 보고되고 있어 비교 분석을 위한 시료로 선정하였다.

2. 유산균 발효 녹미 쌀가루 제조

유산균 발효 녹미 쌀가루 제조를 위해 녹미 1 kg을 3회 세척한 후, 증류수 2,000 mL를 첨가하여 실온에서 4시간 수침하였다. 물기를 제거한 녹미는 유산균을 첨가하지 않은 대조구와 복합 유산균 종류에 따라 구분하여 총 4종의 시료를 제조하였다. 처리구는 CH1 (CH-1 1.0%+증류수 1,250 mL), YL811 (YF-L811 1.0%+증류수 1,250 mL), YM1 (YoFlex® Mild 1.0 1.0%+증류수 1,250 mL)로 구성하였다. 각 시료는 37±2℃의 incubator (BI-400C, Hanyang Scientific Equipment Co., Korea)에서 72시간 동안 정치 발효하였으며, 접종량 및 발효 시간은 선행연구를 참고하여 설정하였다(Giang & Khai 2025;Sawangwan et al. 2021). 발효가 완료된 시료는 60 mesh sieve를 이용하여 1시간 동안 상등액을 제거한 후 동결건조하였다. 동결건조된 발효 녹미는 핀밀 분쇄기(KMS-300, Koreamedi Co., Korea)를 이용하여 분쇄하여 발효 녹미 쌀가루 시료로 사용하였다.

3. 주사전자현미경에 의한 입자 형태 관찰

입자 형태 관찰은 입자 표면을 Au로 코팅하여 전도성을 갖게 한 후, 주사전자현미경(JSM-7610F Plus, JEOL Ltd, Japan)을 이용하여 가속전압 25 kV, phototimes 85초의 조건에서 3,000배의 배율로 입자 형태를 관찰하였다.

4. 입도 분석

입도분석은 Particle Size & Zeta Potential Analyzer (ELSZ-2000ZS, Otsuka Electronics Co., Ltd., Japan)를 이용하여 측정하였다. 입자크기 분포는 누적 분포 입자 직경인 10% (D10), 50%(D50), 90%(D90)으로 나타내었고, 입도 분포의 분산 정도를 평가하기 위하여 분산지수(dispersion)를 ((D90-D10)/D50)로 계산하였다.

5. X-선 회절도 분석

X-선 회절패턴 분석은 X-ray diffractometer (XRD-7000, Shimadzu Co, Japan)를 이용하여 분석하였고, target: Cu-Ka, filter: Ni, voltage: 35 kV, current: 15 mA, time constant: 1 sec, F.S.R: 1×10³ CPS 조건으로 회절각도(2θ) 5-40°까지 회절시켜 측정하였다.

6. Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR) 분석

FT-IR분석은 적외선 분광기(FT/IR-4X, JASCO Co., Japan)를 이용하여 화학적 구조를 확인하였다. Spectrum의 해상도는 2.0 cm^-1의 측정 범위 총 4,000 cm^-1에서 500 cm^-1까지 32번 스캔한 값들의 평균 spectrum을 투과 모드로 측정하였다.

7. 색도 측정

색도는 색차계(CS-820N, CHN Spec Technology. Co., China)를 사용하여 Hunter’s value L*(백색도), a*(적색도), b*(황색도)를 측정하였다. 이때 사용된 표준백판의 색도는 L*: 98.72, a*: -0.21, b*: 0.53이었다.

8. 수분흡수지수 및 수분용해지수 측정

수분흡수지수(Water absorption index, WAI)는 시료 3 g에 증류수 30 mL를 첨가한 후 30분간 교반하여 제조한 현탁액을 원심분리기(MF 600R, Hanil Electric Co.)를 이용해 1,209×g에서 30분간 원심분리하였다. 원심분리 후 상등액을 제거하고 침전물의 무게를 측정하여 수분흡수지수를 계산하였다. 수분용해지수(Water solubility index, WSI)는 수분흡수지수 측정 과정에서 회수한 상등액을 증발접시에 옮긴 후 105℃의 건조오븐(HB-502L, Hanbaek Co., Korea)에서 건조하여 남은 고형분의 무게를 시료 중량 대비 백분율(%)로 나타내었다.

9. 아밀로그램에 의한 호화 특성 분석

유산균 발효 녹미 쌀가루의 호화특성은 Amylogram (Brabender Measurement & Control System)를 이용하여 측정하였다. 시료 10 g에 증류수 90 mL를 넣고 혼합한 현탁액을 30℃에서 10분간 교반하였고, 가열속도 5.0℃/min, 회전속도 250 rpm 조건으로 95℃까지 가열한 뒤 15분간 유지하였으며, 동일한 속도로 50℃까지 냉각하였다. 측정된 amylograph로부터 호화개시온도, 최고점도, 최고점도시 온도, 냉각점도, 최저점도, breakdown 및 setback 등의 특성값을 산출하였다.

10. 물성 특성 분석

페이스트의 물성 특성은 아밀로그램 분석 후 얻어진 페이스트를 회수하여 4℃에서 24시간 저장한 다음 측정하였다. 직경 60 mm, 높이 90 mm의 샘플 홀더에 40 mm 높이로 충진한 후, Rheometer (CR-100, Sun Scientific Co., Ltd., Japan)를 이용하여 back extrusion 방식으로 측정하였다. 직경 50 mm cylinder probe를 이용하여 table speed 1.0 mm/s의 조건으로 시료 높이의 60% 깊이까지 압착 하였으며, 측정 후 얻어진 force-time curve는 Murillo-Arbizu et al. (2025)의 방법에 따라 해석하였다. Curve의 +영역에서 얻어진 최대 힘을 견고성(firmness), +면적(g·s)을 점조성(consistency), -영역에서 얻어진 최대 힘을 응집성(cohesiveness), -면적(g·s)을 유체저항(resistance to flow/viscosity)으로 정의하였다. 음의 값은 절대값으로 변환하여 제시하였다.

11. 통계 처리

연구결과는 SPSS version 20.0 (IBM Corp., Armonk, USA)를 이용하여 일원배치 분산분석(ANOVA) 및 Duncan’s multiple range test로 통계 처리하였다. 모든 측정값은 평균±표준편차(mean±SD)로 나타내고, 유의수준은 P<0.05로 설정하였다.

III. 결과 및 고찰

1. 입자의 형태적 특성

복합 유산균 발효에 따른 녹미 쌀가루의 미세구조 변화를 주사전자현미경으로 관찰한 결과를 Fig. 1에 제시하였다. 대조구는 큰 입자들이 분포되어 있었으며, 입자 표면이 매끄럽고 입자 경계가 명확하게 관찰되어 구조적 손상이 크지 않은 원형에 가까운 형태를 유지하는 것으로 나타났다. 복합 유산균 발효처리구는 입자 표면이 전반적으로 거칠고, 입자 주변에 작은 파편들이 부착된 형태를 보였다. 일부 입자에서는 표면 침식, 미세한 균열 및 공극이 관찰되었으며, 입자 경계도 대조구에 비해 불명확하게 관찰되었다. 복합 유산균 종류에 따라 미세구조 변화에 차이가 나타났으며, CH-1은 표면 변화가 제한적으로 나타난 반면, YL811 및 YM1은 뚜렷한 표면 침식과 입자 파편화가 관찰되었다. You et al. (2025)은 유산균 발효처리 후 곡류 전분에서 표면 구조 변화와 다공성 형성이 나타날 수 있다고 보고하였으며, 효소 가수분해, 산 가수분해 전분에서도 거친 표면과 균열, 침식이 나타난다고 보고하였다(Uthumporn et al. 2010;Utrilla-Coello et al. 2014) 따라서 본 연구에서 관찰된 미세구조 변화는 복합 유산균 발효 과정 중 유기산과 미생물 유래 효소가 전분 입자의 비정질 영역과 표면에 작용하여 부분적인 침식과 구조적 손상을 유도한 결과로 보고되었다. 이러한 구조 변화는 입자 간 상호작용 증가와 수분 침투 용이성에 영향을 미쳐 물리화학적 특성 변화에 영향을 미쳤을 가능성이 있다.

2. 입도 분포 특성

복합 유산균 발효에 따른 녹미 쌀가루의 입도분포를 Table 1에 제시하였다. 대조구는 D10, D50, D90에서 각각 2.44 µm, 2.80 µm, 3.28 µm로 비교적 좁은 입도 범위를 나타내었으며, 분산도는 0.31로 나타났다. 복합 유산균으로 발효한 녹미 쌀가루의 D10은 0.66~3.20 µm였고, D50에서는 0.88~3.47 µm, D90에서는 2.99~18.23 µm 범위로 나타나 대조구에 비해 입도 분포가 확장된 경향을 보였으며, 모든 측정값에서 시료 간 유의한 차이가 있었다(P<0.05). CH1는 D10과 D50값이 가장 낮고, D90과 분산도가 가장 높게 나타나 미세 입자와 큰 입자가 동시에 존재하는 분포 특성을 보였다. 이는 발효 과정 중 생성된 유기산에 의한 산성 가수분해와 미생물 유래 효소의 작용으로 전분 과립 표면이 부분적으로 침식되고 비정질 영역이 분해되면서 미세 입자가 생성되는 동시에 일부 입자가 재응집하여 큰 집합체를 형성한 결과이다(You et al. 2025). YM1은 D10, D50, D90값이 대조구보다 높았으나 분산도는 0.17로 가장 낮아 균일한 입자 분포를 보였고, YL811은 D50이 2.81 µm로 대조구와 유사한 수준을 보였고, 분산도는 0.25로 낮게 나타나 입도 변화가 제한적인 특성을 나타냈다. 특히 YL811과 YM1에서 나타난 비교적 균일한 입도 분포는 복합유산균의 발효 특성 차이에 따라 전분 분해가 완만하게 진행되었기 때문으로 해석된다. 쌀가루의 입자 크기와 분포는 제품 제조 과정에서 수분 침투의 균일성, 호화 중 네트워크 형성, 가열•전단 조건에서의 구조적 안정성에 영향을 미쳐 최종 품질을 결정하는 중요한 요인으로 알려져 있다(Kim & Shin 2014). Lee et al. (2021)은 백설기 제조 시 입자 크기가 작을수록 수화에 필요한 표면적이 증가하여 호화 과정에서 느슨하고 부드러운 전분 네트워크가 형성된다고 보고하였으며, Keawkaika et al. (2010)은 죽과 같은 현탁 식품에서 입자 크기에 따라 점도와 탄성이 달라진다고 보고하였다. 또한 압출•팽화 스낵류에서도 원료의 입자 크기가 팽화성과 최종 제품의 구조 형성에 영향을 미치는 것으로 보고되었다(Jurado et al. 2023). 본 연구에서 CH1처럼 D90과 분산도가 크게 증가한 경우 공정 중 수분 침투 및 호화가 불균일하게 진행되어 제품 품질의 변동성이 증가할 가능성이 있다. 반면 YL811과 YM1은 균일하거나 변화가 제한적인 입도 분포를 보여 수화, 호화가 안정적으로 진행되어 떡류•면류•죽류와 같은 쌀 기반 가공식품에서 조직 및 점도 안정성 측면의 이점으로 연결될 가능성이 있는 것으로 사료된다.

3. X-선 회절도

복합 유산균 발효에 따른 녹미 쌀가루의 X-ray 회절 패턴을 Fig. 2에 제시하였다. 모든 시료에서 2θ값이 15°, 17°, 18° 및 23° 부근에서 특징적인 회절 피크가 관찰되어 전형적인 A-type 전분 결정 구조를 나타내는 것으로 확인되었다. 이는 쌀 전분이 일반적으로 A-type 결정 구조를 갖는다는 선행 연구 결과와 일치하였다(Gu et al. 2024;Shi et al. 2022). 발효 처리구는 대조구와 비교하여 회절 피크의 위치 변화는 나타나지 않았으나 피크 강도에서 차이가 나타났다. 특히 YL811은 17°와 18° 부근에서 뚜렷한 피크를 나타냈으며, CH1는 피크가 완만하게 나타나는 경향을 보였다. YM1은 대조구와 유사한 회절 패턴을 보여 발효에 따른 결정 구조 변화가 제한적인 것으로 나타났다. 발효 과정에서 생성된 유기산 및 미생물 유래 효소는 전분 과립의 비정질 영역을 부분적으로 분해하거나 재배열되면서 결정 영역과 비정질 영역 간 구조적 균형에 영향을 미칠 수 있다(Dou et al. 2023). 선행연구에서도 젖산균 발효는 전분의 미세구조를 변화시켜 전분의 분자 배열에 영향을 미칠 수 있으며, 이러한 변화는 XRD 패턴에서 회절 피크 강도의 변화로 나타날 수 있다고 보고된 바 있다(Li et al. 2024). 본 연구의 SEM 관찰에서도 발효 처리구에서 전분 입자 표면의 침식 및 구조적 변형이 확인되어 XRD 분석에서 나타난 결정 구조 변화와 유사한 경향을 보였다. 특히 23° 부근의 회절 피크 변화는 아밀로펙틴 이중 나선 구조의 부분적 재배열과 관련될 수 있으며, 이러한 차이는 균주별 유기산 생성량 및 효소 활성 차이에 의해 비정질 영역의 분해와 재배열 정도가 달라진 결과로 해석된다. 그러나 모든 처리구에서 A-type 결정 구조는 유지되는 것으로 나타나 복합 유산균 발효는 녹미 전분의 기본적인 결정 구조를 변화시키기보다는 비정질 영역의 구조적 재배열에 영향을 미친 것으로 판단된다.

4. Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR) 분석

복합 유산균 발효에 따른 녹미 쌀가루의 FT-IR 스펙트럼 분석 결과를 Fig. 3에 제시하였다. 모든 시료에서 3,200-3,400 cm^-1 (O-H stretching), 2,900 cm^-1 (C-H stretching), 1,650 cm^-1 (H-O-H bending) 및 1,200-900 cm^-1 (C-O 및 C-O-C stretching) 영역에서 전분 및 다당류의 특징적인 흡수 피크가 관찰되었다(Fan et al. 2012;Warren et al. 2016;van Soest et al. 1995). 발효처리구는 대조구와 비교하여 주요 피크의 위치 변화는 크지 않았으나 일부 영역에서 피크 강도의 차이가 나타났다. 특히 3,300 cm^-1 부근의 O-H 피크 강도는 발효처리구에서 증가하는 경향을 보였으며, 이는 발효 과정에서 생성된 유기산 및 미생물 효소의 작용으로 전분 분자 간 수소결합 환경이 변화했기 때문으로 해석된다(Warren et al. 2016). 또한 1,000-1,100 cm^-1영역에서의 피크 형태 변화는 전분의 글리코시드 결합 환경 변화 또는 비정질 영역의 부분적 구조 재배열과 관련될 가능성이 있다. 이러한 피크 강도와 형태 변화의 차이는 복합 유산균 간 균주 조성에 따른 유기산 생성 및 효소 활성 차이에 의해 전분 분자간 상호작용과 구조 재배열 정도가 다르게 나타난 결과로 판단된다. Dou et al. (2023)의 연구에서도 젖산균 발효는 전분 분자 간 수소결합과 분자 배열에 영향을 미쳐 전분의 단거리 질서(short-range order) 및 이중 나선 구조 변화와 관련될 수 있으며, 이러한 변화는 FT-IR 스펙트럼의 세부 피크 강도 또는 형태 변화로 반영되는 것으로 보고된 바 있다. 본 연구의 SEM 관찰에서도 발효처리구에서 전분 입자 표면의 침식 및 구조적 변형이 확인되어 FT-IR 분석에서 나타난 분자 수준의 구조 변화와 유사한 경향을 보였다. 이는 발효 과정에서 전분 과립의 미세구조 변화와 분자 구조 변화가 동시에 진행되었음을 의미하며, 처리구 간 변화 정도의 차이는 각 복합 유산균의 발효 특성 차이에 의해 전분의 비정질 영역과 수소결합 구조 변화가 다르게 나타난 결과로 해석된다. 그러나 주요 기능기의 위치 이동은 관찰되지 않아 발효 처리 후에도 녹미 전분의 기본적인 화학적 구조는 유지된 것으로 판단된다.

5. 색도

복합 유산균 발효에 따른 녹미 쌀가루의 색도 변화를 Table 2에 제시하였다. 대조구의 L*, a*, b*값은 각각 90.62, -2.14, 8.83으로 나타났다. 발효처리구의 L*값은 92.34~92.73으로 대조구보다 높았으며, YM1이 92.73으로 가장 높게 나타났다. a*과 b*값은 각각 –1.70~-1.30, 7.74~8.36으로 대조구보다 낮았다. 발효 과정 중 색도 변화는 pH 감소뿐만 아니라 색소 성분의 안정성과도 밀접하게 관련되어 있다. 녹미는 클로로필을 포함하는 유색 쌀로 산성 조건에서 클로로필이 pheophytin으로 전환되면서 녹색도가 감소하는 것으로 알려져 있으며, 발효 과정에서 생성된 유기산에 의한 pH 감소는 a*값 감소에 영향을 미쳤을 가능성이 있다(Heaton & Marangoni 1996). 또한 Spaggiari et al. (2020)은 현미의 피층 섬유가 부분적으로 분해되고 배유 및 지질 성분이 표면으로 노출되면서 L*값이 증가했다고 보고하였다. 본 연구에서 발효처리구의 L값이 증가하고, a* 및 b*값이 감소한 결과는 발효 중 pH 감소에 따른 클로로필 구조 변형과 외층 조직 분해에 따른 광학적 특성 변화가 복합적으로 작용한 결과로 해석된다.

6. 수분흡수지수 및 수분용해지수

복합 유산균 발효에 따른 녹미 쌀가루의 수분흡수지수 및 수분용해지수 결과를 Table 3에 제시하였다. 수분흡수지수는 YL811에서 1.42로 가장 높았고, 그 다음으로 YM1이 1.38, CH1이 1.30의 순으로 나타났으며, 대조구는 1.04로 가장 낮았다. 발효처리구는 모두 대조구보다 높은 값을 보여 수분 흡수 능력이 증가하는 경향을 보였으며, 처리구 간 유의한 차이가 나타났다(P<0.05). 유기산과 미생물 유래 효소의 작용은 전분 과립 표면을 침식시키고 전분-단백질 또는 전분-세포벽 성분 간 결합을 약화시켜 과립 구조를 부분적으로 분해하거나 느슨하게 한다(Katina et al. 2007;Zhao et al. 2019). 이에 따라 수분과 결합할 수 있는 부위가 증가하며, 이러한 구조 변화는 전분의 수분 결합 능력을 증가시켜 WAI 상승에 영향을 미친다(Bian et al. 2022; Hedayat et al. 2018). 이러한 경향은 SEM에서 관찰된 전분 입자 표면의 침식 및 구조적 불균일성 증가와 입도 분포 변화와도 관련될 수 있다. 전분 과립 표면의 부분적 침식으로 내부 구조가 노출되면서 수분과의 접촉 면적이 증가하여 수분 흡수 능력이 향상된 것으로 해석된다. 수분용해지수는 대조구에서 8.90%로 가장 높게 나타났으며, 발효처리구에서는 5.43~6.86%로 나타나 대조구보다 낮은 값을 보였다. 특히 CH1은 5.43%로 가장 낮았고, YL811과 YM1은 각각 6.86%와 6.59%로 CH1보다 높은 값을 나타내어 처리구 간 유의한 차이가 있었다(P<0.05). CH1에서 낮은 수분용해지수를 보인 것은 균주 조성에 따른 발효 특성 차이에 의해 전분 분자의 재배열 및 분자 간 상호작용이 증가하면서 수용성 성분의 용출이 감소한 것으로 해석된다. 또한 전분의 부분적 가수분해와 동시에 분자 간 재배열 및 네트워크 형성이 증가할 경우 상대적으로 안정한 구조가 형성되어 수용성 성분의 용출이 제한되면서 수분용해지수가 감소하는 경향을 나타낼 수 있다(Wu et al. 2022;Yan et al. 2024). WAI와 WSI는 곡류 기반 가공식품의 기능적 특성을 평가하는 중요한 지표로 알려져 있으며, 압출 스낵, 즉석 죽류 및 시리얼 제품에서 조직 형성 및 재수화 특성과 밀접한 관련이 있다. Hagenimana et al. (2006)의 연구에서는 쌀가루를 이용한 압출 식품에서 WAI와 WSI 값이 전분의 호화 및 분자 구조 변화와 관련되며, 이러한 지표가 제품의 점도 형성 및 가공 특성에 미친다고 보고하였다. 따라서 본 연구에서 YL811과 YM1이 높은 WAI 값을 나타낸 것은 전분의 수분 결합 능력이 증가했음을 의미하며, 죽류나 즉석 곡류 식품과 같은 수화 기반 제품에서 점도 형성 및 조직 형성에 영향을 미칠 가능성이 있다. 반면 CH1은 가장 낮은 WSI 값을 나타내어 수용성 저분자 성분의 용출이 상대적으로 제한된 특성을 보였으며, 이러한 특성은 가공 과정에서 전분 네트워크 형성 및 조직 안정성 유지에 기여할 가능성이 있다.

7. 아밀로그램에 의한 호화 특성

복합 유산균 발효에 따른 녹미 쌀가루의 아밀로그램 특성을 Table 4에 제시하였다. 대조구의 호화개시온도는 52.18℃로 가장 낮았고, 발효처리구에서 54.42~55.54℃로 나타났으며, 처리구 간 유의한 차이가 있었다(P<0.05). 최고점도는 대조구가 764.00 BU로 가장 높았고, 발효처리구는 649.60~753.20 BU로 대조구보다 낮았으며, 처리구 간 유의한 차이가 나타났다(P<0.05). 이러한 경향은 발효 과정에서 생성된 유기산에 의해 전분 사슬의 탈중합(depolymerization)과 전분 과립 구조 변화가 일어나 전분 과립의 팽윤 및 점도 형성 능력이 감소하기 때문으로 보고되고 있다(Chinsamran et al. 2005). 최저점도와 냉각점도는 대조구가 각각 182.40 BU와 251.00 BU였으며, 발효처리구에서는 164.20~197.60 BU와 225.60~286.20 BU로 나타나 처리구 간 유의한 차이를 보였다(P<0.05). 특히 YL811은 최저점도와 냉각점도가 각각 164.20 BU와 225.60 BU로 가장 낮았고, YM1은 각각 197.60 BU와 286.20 BU로 가장 높은 값을 나타내어 균주에 따라 전분 구조 변화 정도가 다르게 나타남을 확인하였다. Wei et al. (2022)의 연구에서도 발효가 진행됨에 따라 최저점도와 냉각점도가 감소하는 경향이 나타났으며, 이는 발효 과정에서 전분 구조 변화와 분자량 감소와 관련 있는 것으로 보고되었다. 또한 냉각점도는 냉각 후 페이스트 안정성을 반영하므로 YL811의 낮은 냉각점도는 냉각 후 전분 페이스트의 안정성이 상대적으로 낮았음을 의미한다. Breakdown은 대조구에서 581.20 BU로 가장 높았고, 발효처리구는 485.40~555.00 BU로 나타났으며, 처리구 간 유의한 차이를 보였다(P<0.05). Setback은 YM1에서 86.60 BU로 가장 높게 나타났고, YL811에서 61.20 BU로 가장 낮았으며, 처리구 간 유의한 차이를 나타냈다(P<0.05). YM1의 높은 setback값은 냉각 과정에서 전분 사슬 간 재결합이 증가하여 겔 구조 형성이 증가했음을 의미하며, YL811의 낮은 setback 값은 전분 분자의 재결합이 제한되어 점도 증가가 낮았음을 보여준다.

8. 물성 특성

복합 유산균 발효에 따른 녹미 쌀가루 페이스트의 back extrusion 물성 변화를 Table 5에 제시하였다. 견고성과 점조성은 YM1에서 각각 46.60 g과 1002.82 g•s로 가장 높았고, YL811에서 각각 41.20 g과 958.71 g•s로 가장 낮게 나타나 처리구 간 유의한 차이를 보였다(P<0.05). 응집성과 유체저항은 대조구에서 각각 17.80 g과 226.66 g•s로 가장 높았으며, 발효처리구는 15.60~17.60 g과 182.37~201.19 g•s로 나타나 대조구보다 낮은 경향을 보였다(P<0.05). 이러한 물성 변화는 유산균 발효 과정에서 생성되는 유기산과 효소 작용에 의해 전분 구조가 변화하면서 곡물 가루 시스템의 유변학적 특성과 물성 특성에 영향을 미친다고 보고되고 있다. Dou et al. (2023)은 발효 과정에서 전분 및 단백질 구조 변화가 일어나 전분의 점도와 물리화학적 특성이 변화한다고 보고하였다. 반고형 및 점조형 식품의 물성 평가에는 back extrusion 분석이 널리 활용되고 있으며, 이 방법을 통해 얻어진 견고성, 점조성 및 응집성은 식품의 점도와 구조적 강도를 반영하는 지표로 사용되고 있다(Giura et al. 2023;Murillo-Arbizu et al. 2025). 죽 및 퓨레 형태의 반고형 식품을 분석한 Chen et al. (2021)의 연구에서는 견고성과 점조성이 증가할수록 시료의 농도와 구조적 강도가 증가하는 경향을 보였고, 찹쌀가루로 제조한 전분 기반 페이스트 식품인 dodol의 물성을 분석한 Nasaruddin et al. (2012)의 연구에서도 견고성, 점조성, 응집성 및 유체저항 값이 식품의 구조적 특성과 밀접하게 관련 있는 것으로 보고되었다. 본 연구에서도 복합 유산균 발효 처리에 따라 녹미 쌀가루 페이스트의 back extrusion 물성에서 차이가 나타났다. YM1은 견고성과 점조성이 가장 높아 구조가 단단하고 점도가 높은 페이스트 특성을 보였고, YL811은 가장 낮게 나타나 유동성이 높은 페이스트 특성을 보였다. 이러한 결과는 복합 유산균 발효에 따른 전분 구조 변화가 녹미 쌀가루 페이스트의 구조적 특성에 영향을 미쳐 반고형 식품의 물성에 변화를 유도할 수 있음을 보여주며, 죽이나 소스와 같은 쌀 기반 반고형 식품의 농도 및 가공 특성에 영향을 미칠 수 있음을 시사한다.

IV. 요약 및 결론

본 연구에서는 복합균주 발효가 녹미 쌀가루의 구조적 및 물리화학적 특성에 미치는 영향을 분석하였다. 발효처리구에서는 전분 입자 표면의 침식과 공극 형성이 관찰되었으며, 미세입자 생성과 재응집이 동시에 나타나 입도 분포가 변화하였다. YM1은 대조구보다 큰 입도값을 보였으나 분산도가 0.17로 가장 낮아 균일한 입도 분포를 나타냈다. X-선 회절 분석에서는 모든 시료가 A-type을 유지하였으며, YL811은 17°와 18°에서 뚜렷한 피크를 나타내었고, CH1은 완만한 피크를 보였다. FT-IR분석에서는 주요 기능기의 위치 변화 없이 3,300 cm^-1 및 1,000-1,100 cm^-1영역에서 피크 강도 변화가 확인되었다. 색도는 발효처리구에서 L*값이 증가하고 a* 및 b*값은 감소하였다. 수분흡수지수는 모든 발효처리구에서 증가하였고, 수분용해지수는 5.43-6.86%로 감소하였다. 호화 특성에서는 발효처리구가 대조구보다 높은 호화개시온도와 낮은 최고점도를 나타냈으며, breakdown 및 setback 값은 균주에 따라 차이를 보였다. Back extrusion 분석에서 YM1은 가장 높은 견고성과 점조성을 나타냈고, YL811은 가장 낮은 값을 보였으며, CH1은 두 균주 사이의 중간적인 물성 특성을 나타냈다. YM1은 구조 형성과 가공 안정성이 요구되는 식품, YL811은 유동성이 요구되는 식품, CH1은 일반적인 가공식품에 적용 가능성을 보였다. 복합균주 발효는 녹미 쌀가루의 기능적 특성 조절에 활용 가능성을 보여주었다.