백미, 현미 및 밀가루로 제조한 면의 품질 특성과 혈당반응 평가

본 연구에서는 백미가루(Nongshim Mills Co., Asan, Korea), 현미가루(Duksanfood, Goesan, Korea) 및 밀가루(CJ Co., Seoul, Korea)를 주원료로 사용하여 면을 제조하였다. 쌀가루 기반 면의 제조를 위해 타피오카 전분(Donga, Ulsan, Korea)과 면 제조용 개량제(NoodleEasy, FoodInPlus, Seoul, Korea)를 사용하였으며, 소금(CJ Co., Seoul, Korea)을 사용하였다.

동물실험용 식이는 AIN-93G 조성을 기준으로 제조하였으며, 실험식이군에는 백미면, 현미면 또는 밀가루면 파우더를 전체 식이 중 30% 수준으로 첨가하였다. 각 실험식이는 군 간 총 열량이 동일하도록 조정하였다.

백미, 현미 및 밀가루를 이용한 면의 배합비는 Table 1에 나타내었다. 백미면은 백미가루 70.0 g, 타피오카 전분 20.0 g, 면 제조용 개량제 10.0 g, 소금 1.0 g 및 증류수 51.0 g을 사용하여 제조하였다. 현미면은 현미가루 70.0 g, 타피오카 전분 19.8 g, 면 제조용 개량제 10.0 g, 난백분말 0.2 g, 소금 1.0 g 및 증류수 51.0 g을 사용하였다. 밀가루면은 쌀가루 혼합물 대신 밀가루 100.0 g, 소금 1.0 g 및 증류수 34.0 g을 사용하여 제조하였다.

특히, 밀가루 및 글루텐 사용없이 압연공정을 통해 생면을 제조하기 위해 본 연구의 배합비는 각 원료의 면대 및 면선 성형 가능성을 기준으로 설정하였다. 백미면과 현미면은 글루텐 부재로 인한 성형성 저하를 보완하기 위해 타피오카 전분과 면 제조용 개량제를 사용하였고, 밀가루면은 자체 글루텐 네트워크 형성이 가능하므로 별도의 보조 소재를 첨가하지 않았다. 현미면의 난백분말은 면대 형성 보완 및 안정성 부여를 위한 목적으로 타피오카 전분 일부를 대체하여 첨가하였다.

먼저 백미가루 또는 현미가루를 타피오카 전분 및 면 제조용 개량제와 균일하게 혼합하였다. 이후 소금 1.0 g을 증류수 51.0 g에 용해하여 제조한 소금 용액을 첨가하였다. 모든 원료는 반죽기(KitchenAid mixer, KitchenAid, St. Joseph, MI, USA)를 이용하여 5분간 혼합한 후 수작업으로 반죽하였다. 제조된 반죽은 압연 롤러(KitchenAid, St. Joseph, MI, USA)에 통과시켰으며, 두 겹으로 접은 뒤 반복적으로 압연하여 최종 두께 2 mm의 면대를 제조하였다. 이후 면대는 절단 롤러를 이용하여 폭 2 mm의 면선으로 절단하였다.

면의 인장 특성은 Kieffer dough and gluten extensibility rig가 장착된 물성분석기(TA-XT plus, Stable Micro Systems, Surrey, UK)를 이용하여 측정하였다. 인장시험은 면 시료가 파단될 때까지 200 mm/min의 크로스헤드 속도 조건에서 수행하였다. 최대 힘은 최대 인장력(maximum tensile force, Rmax, N)으로, 파단 시 거리는 신장성(extensibility, mm)으로 정의하였다.

조리면의 인장 특성을 평가하기 위해 면 시료 5 g을 끓는 물 150 g에서 3분간 조리한 뒤, 실온에서 10분간 냉각하였다. 이후 조리 전 면과 동일한 방법으로 인장 특성을 측정하였다.

면의 조리 특성은 수분흡수율(water absorption)과 조리손실률(cooking loss)로 평가하였다. 면 시료 5 g을 5 cm 길이로 절단한 후, 끓는 물 150 mL에서 3분간 조리하였다. 조리된 면은 체를 이용하여 5분간 물기를 제거한 뒤 무게를 측정하였다. 수분흡수율은 다음 식으로 산출하였다.

여기서 W_u는 조리 전 면의 무게(g), W_c는 조리 후 면의 무게(g)를 의미한다.

조리손실률은 조리 중 조리수로 용출된 고형분 함량을 이용하여 측정하였다. 조리 후 조리수 10 mL를 회수하여 105℃에서 12시간 건조한 뒤, 잔류 고형분의 무게를 측정하였다. 조리손실률은 다음 식으로 산출하였다.

여기서 W_s는 조리수 내 건조 고형분의 무게(g)를 의미한다.

급성 혈당반응 평가는 7주령 C57BL/6 수컷 마우스를 이용하여 수행하였다. 실험동물은 각 군당 6마리씩 배정하였으며, 온도 22±2℃, 상대습도 50±10% 및 12시간 명암주기 조건에서 사육하였다. 실험 전 사료를 제거하여 8시간 동안 공복 상태를 유지시켰다.

백미면, 현미면 및 밀가루면 파우더는 생리식염수에 현탁하여 750 mg/kg 체중의 용량으로 경구투여하였으며, 대조군에는 포도당을 생리식염수에 용해하여 2 g/kg 체중의 용량으로 경구투여하였다. 혈당은 투여 전 0분 및 투여 후 15, 30, 60, 90 및 120분에 측정하였다. 혈액은 꼬리 끝에서 채취하였으며, 혈당은 혈당측정기(Contour, Basel, Switzerland)를 이용하여 측정하였다. 혈당반응곡선의 면적(area under the curve, AUC)을 산출하여 군 간 혈당반응을 비교하였다. 본 실험은 세종대학교 동물실험윤리위원회의 승인하에 수행되었다(SJ-20250717-01).

장기 급여 실험은 5주령 수컷 db/db 당뇨 모델 마우스와 수컷 db/m 정상 마우스를 이용하여 수행하였다. 실험동물은 각 군당 3마리씩 배정하였으며, 온도 22±2℃, 상대습도 50±10% 및 12시간 명암주기 조건에서 사육하였다. 실험군은 정상군, 당뇨대조군, 밀가루군, 백미군 및 현미군으로 구분하였다. 정상군에는 db/m 정상 마우스를, 당뇨대조군과 실험식이군에는 db/db 당뇨 모델 마우스를 사용하였다.

실험식이는 AIN-93G 조성을 기준으로 제조하였다. 밀가루군, 백미군 및 현미군에는 각각 밀가루면, 백미면 또는 현미면 파우더를 전체 식이의 30% 수준으로 첨가하였으며, 군 간 총 열량이 동일하도록 조정하였다. 식이와 물은 실험기간 동안 자유롭게 공급하였다.

공복혈당은 8시간 절식 후 측정하였다. 혈액은 꼬리 끝에서 채취하였으며, 혈당은 혈당측정기(Contour, Basel, Switzerland)를 이용하여 측정하였다. 체중, 식이섭취량 및 음수량은 실험기간 동안 주기적으로 측정하였다. 식이효율(food efficiency ratio, FER)은 다음 식으로 산출하였다.

여기서 W_g는 실험기간 동안의 체중증가량(g), F_i는 총 식이섭취량(g)을 의미한다. 본 실험은 세종대학교 동물실험윤리위원회의 승인하에 수행되었다(SJ-20250717-02).

모든 결과는 평균±표준편차로 나타내었다. 통계분석은 GraphPad Prism 10 (GraphPad Software, Boston, MA, USA)을 이용하였다. 시료 또는 군 간 유의성은 일원분산분석(one-way analysis of variance, ANOVA) 후 Tukey’s multiple comparison test로 검정하였으며, p<0.05 수준에서 유의적인 차이가 있는 것으로 판단하였다. 그래프 내 서로 다른 문자는 시료 또는 군 간 유의적인 차이를 의미한다.

백미, 현미 및 밀가루를 이용한 면의 제조 공정과 외관은 Fig. 1에 제시하였다. 각 시료는 혼합, 반죽, 압연 및 절단 과정을 거쳐 면대와 면선 형태로 제조되었으며, 세 시료 모두 2 mm×2 mm 크기의 면선 형성이 가능하였다(Fig. 1A). 조리 전 면대와 면선의 외관은 원료에 따라 차이를 보였으며, 현미면은 백미면 및 밀가루면에 비해 상대적으로 어두운 색을 나타냈다. 조리 후에도 세 시료 모두 면의 형태를 유지하였다. 다만 원료의 종류에 따라 조리 후 면의 색과 조리수 탁도에는 차이가 관찰되었다(Fig. 1B).

Fig. 1. Noodle preparation process and visual appearance of noodles prepared from different flours. (A) Schematic illustration of noodle preparation, including mixing for 5 min, kneading by hand, sheeting (100 mm×180 mm) and cutting (2 mm×2 mm), boiling for 3 min, and subsequent measurement. (B) Representative images of noodle sheet, noodle strand, and cooked noodles prepared with white rice, brown rice, and wheat flours.

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쌀가루 기반 면은 글루텐 네트워크가 형성되지 않아 밀가루면과 같은 연속적인 점탄성 구조를 형성하는 데 제한이 있으며, 쌀가루의 조성 및 유변학적 특성은 쌀면의 품질 형성에 영향을 줄 수 있다(Wei et al., 2022). 그럼에도 본 연구의 배합 조건에서는 백미와 현미를 이용한 쌀가루 기반 면의 성형과 조리 후 형태 유지가 가능하였다. 이는 전분, 결착소재 및 수분 배합 조건이 쌀가루 기반 면의 면선 성형성과 조리 안정성에 영향을 줄 수 있음을 보여준다. 다만 세 시료는 원료 특성에 따라 서로 다른 배합비로 제조되었으므로, 본 연구에서 관찰된 품질 특성 차이는 원료 자체의 차이뿐 아니라 타피오카 전분, 면 제조용 개량제, 난백분말 및 가수량 차이의 영향을 함께 반영할 수 있다. 따라서 본 연구의 결과는 동일 조성 내 원료 치환 효과라기보다는 각 원료를 기반으로 제조 가능한 면 제형 간 비교로 해석할 필요가 있다.

최대 인장력(Rmax)은 면이 파단될 때까지 인장하는 데 필요한 최대 힘을 의미하며, 신장성은 파단 시점까지 늘어난 거리를 나타내는 지표이다(Kieffer et al., 1998). 조리 전 최대 인장력(Rmax)은 밀가루면에서 가장 높았으며, 현미면과 백미면은 밀가루면보다 낮은 값을 나타냈다(Fig. 2A). 쌀가루 기반 면 중에서는 현미면의 Rmax가 백미면보다 높게 나타났다. 조리 전 신장성은 밀가루면에서 가장 높았고, 백미면과 현미면은 상대적으로 낮은 값을 보였다(Fig. 2B). 이러한 차이는 밀가루면에서 형성되는 글루텐 기반 구조와 쌀가루 기반 면의 전분 중심 구조가 서로 다르기 때문으로 판단된다.

Fig. 2. Textural and cooking properties of noodles prepared with different flours. (A) Maximum tensile force (Rmax) before cooking. (B) Extensibility before cooking. (C) Maximum tensile force (Rmax) after cooking. (D) Extensibility after cooking. (E) Water absorption. (F) Cooking loss. Values are presented as mean±SD. Different letters indicate significant differences among samples at p<0.05.

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조리 후에는 모든 시료의 인장 특성이 증가하는 경향을 보였다. 이는 주로 조리 과정에서 일어나는 전분 호화에 의해 면의 구조가 강화되었기 때문으로 판단된다. 특히 글루텐 프리 쌀가루 기반 면의 인장 특성이 조리 후 뚜렷하게 증가하여, 밀가루면과의 Rmax 및 신장성 차이가 조리 전보다 감소하였다. 조리 후 Rmax는 밀가루면에서 가장 높았고, 다음으로 현미면, 백미면 순으로 나타났다 (Fig. 2C). 반면 조리 후 신장성은 밀가루면에서 가장 높았으며, 현미면은 백미면보다 낮은 값을 나타냈다(Fig. 2D). 이러한 결과는 현미면이 백미면보다 조리 후 높은 인장력을 보였으나, 상대적으로 낮은 신장성을 갖는다는 것을 의미한다.

쌀면의 조직감은 쌀가루의 조성, 호화 특성 및 유변학적 특성과 관련되며, 이러한 원료 특성은 면의 조직감과 조리 품질에 영향을 줄 수 있다(Wei et al., 2022). 국내 쌀가루를 이용한 연구에서도 아밀로스 함량과 수분열처리(heat-moisture treatment)가 쌀국수의 조리 및 조직감 특성에 영향을 미치는 것으로 제시된 바 있다(Seo et al., 2011). 또한 생면 형태의 쌀국수의 조직감은 쌀가루의 물리화학적 특성과 전분 미세구조에 영향을 받을 수 있으므로, 본 연구에서 관찰된 현미면과 백미면의 조직감 차이도 원료 특성 차이와 관련될 가능성이 있다(Yi et al., 2020). 또한 현미면과 백미면의 조직감 차이는 현미와 백미의 원료 특성뿐 아니라 배합 조성 차이와도 관련될 수 있다. 특히 현미면에 첨가된 소량의 난백분말과 현미 유래 식이섬유 및 비전분 성분은 전분 팽윤, 수분 이동 및 면 구조 형성에 영향을 주어 조리 후 Rmax와 신장성 차이에 일부 기여했을 가능성이 있다.

수분흡수율은 백미면에서 가장 높았으며, 현미면과 밀가루면은 백미면보다 낮은 수준을 나타냈다(Fig. 2E). 조리손실률은 조리 과정 중 조리수로 용출된 고형물의 양을 의미하며, 면의 조리 품질을 평가하는 지표로 일반적으로 사용된다(Lii & Chang, 1981). 반면 조리손실률은 백미면, 현미면 및 밀가루면 간에 유의적인 차이가 나타나지 않았다(Fig. 2F). 현미 압출면 연구에서는 아밀로스 함량이 높은 현미면에서 수분흡수율, 조리손실률 및 조직감 특성이 달라지는 것으로 나타나, 본 연구에서 관찰된 백미면과 현미면의 조리 특성 차이도 원료의 전분 특성 차이와 관련될 가능성이 있다(Wu et al., 2018). 이상의 결과로부터 원료의 종류는 면의 인장 특성과 수분흡수율에는 영향을 주었으나, 조리 중 고형분 용출에는 뚜렷한 차이를 유도하지 않는 것으로 확인되었다. 쌀가루 기반 면은 밀가루면보다 조직감 특성은 낮았지만, 조리손실률 측면에서는 밀가루면과 유사한 수준을 나타냈다. 수분흡수율과 조리손실률은 원료의 전분 특성뿐 아니라 배합 내 전분, 단백질 및 결착소재 비율에 의해서도 영향을 받을 수 있다. 따라서 본 연구의 조리 특성 결과는 원료 곡류의 차이와 배합 조성의 영향을 함께 고려하여 해석할 필요가 있다.

백미면, 현미면 및 밀가루면 파우더를 경구투여한 후 혈당은 모든 군에서 투여 후 15분에 증가하였으며, 이후 시간 경과에 따라 감소하였다(Fig. 3A). 각 군의 혈당반응 곡선은 시간에 따라 서로 다른 변화 양상을 보였다. 혈당반응곡선의 면적(AUC)은 현미면군에서 대조군, 밀가루면군 및 백미면군보다 유의적으로 낮게 나타났다(Fig. 3B). 반면 대조군, 밀가루면군 및 백미면군 간에는 유의적인 차이가 나타나지 않았다.

Fig. 3. Effect of noodle powders on acute glucose response in C57BL/6 mice. (A) Blood glucose response curve. (B) Area under the curve (AUC) of the blood glucose response. Samples were administered at 750 mg/kg body weight. Values are presented as mean±SD. Different letters indicate significant differences among groups at p<0.05.

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이러한 결과는 동일한 투여 조건에서 현미면 파우더가 백미면 및 밀가루면 파우더보다 급성 혈당반응을 낮출 가능성을 보여준다. 현미는 겨층과 배아를 포함하고 있어 식이섬유, γ-oryzanol 및 phytosterol 등 생리활성 성분을 상대적으로 많이 함유하며(Cho & Lim, 2016), 이러한 성분은 소화효소의 전분 접근성 및 포도당 방출 속도에 영향을 줄 수 있다.

또한 전분 소화성은 RDS, SDS 및 RS로 구분되며, RDS 비율이 낮고 SDS 또는 RS 비율이 높을수록 식후 혈당 상승이 완만하게 나타날 수 있다(Englyst et al., 1992). 선행연구에서도 현미는 백미보다 소화 지속 시간이 길고 포도당 생성 속도가 낮은 것으로 보고되었으며(Huang et al., 2021), cooked brown rice는 cooked milled rice보다 in vitro starch digestibility가 낮고 RS 함량이 높은 경향을 보였다(Tuaño et al., 2021). GI 관련 문헌에서도 백미보다 현미의 평균 GI가 낮게 보고되어, 현미 기반 식품의 완만한 혈당반응 가능성을 뒷받침한다(Atkinson et al., 2021). 따라서 본 연구에서 나타난 현미면군의 낮은 AUC는 현미 유래 식이섬유 및 비전분 성분, 전분 소화 특성, 그리고 제형 조성 차이가 복합적으로 작용한 결과일 가능성이 있다.

백미와 현미의 소화 특성을 비교한 연구에서는 현미가 백미보다 소화 지속 시간이 길고 포도당 생성 속도가 낮은 것으로 보고되었으며(Huang et al., 2021), 식이섬유 섭취가 제2형 당뇨 환자의 혈당 조절 및 인슐린 반응과 관련될 수 있다는 점도 현미면 파우더군의 낮은 AUC를 해석하는 데 참고할 수 있다(Mao et al., 2021).

본 실험은 면 파우더를 생리식염수에 현탁하여 경구투여한 조건에서 수행되었으므로, 실제 조리면 섭취 후 나타나는 급성 혈당반응과 동일하게 해석하기에는 제한이 있다. 그럼에도 현미면 파우더군에서 낮은 혈당반응이 관찰된 결과는 현미 기반 면이 실제 섭취 조건에서도 급성 혈당반응 완화 가능성을 가질 수 있음을 시사한다.

백미면, 현미면 및 밀가루면 파우더를 30% 수준으로 포함한 AIN-93G 기반 식이를 db/db 마우스에 급여한 결과, 정상군은 실험기간 동안 가장 낮은 공복혈당 수준을 유지하였으며 당뇨대조군은 보다 높은 공복혈당을 나타냈다(Fig. 4A). 밀가루면군은 당뇨대조군과 유사한 수준의 공복혈당을 보였으며, 백미면군과 현미면군은 일부 측정 시점에서 당뇨대조군 및 밀가루면군보다 낮은 공복혈당을 나타냈다. 특히 현미면군은 실험 후반부에서 상대적으로 낮은 혈당 수준을 보였다.

Fig. 4. Effects of noodle powder-containing diets on fasting blood glucose and metabolic parameters in db/db mice. (A) Fasting blood glucose. (B) Body weight changes. (C) Food intake. (D) Water intake. (E) Food efficiency ratio (FER). Experimental diets were based on AIN-93G containing 30% white rice noodle powder, brown rice noodle powder, or wheat noodle powder. Values are presented as mean±SD. Different letters indicate significant differences among groups at p<0.05.

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체중, 식이섭취량 및 음수량은 실험기간 동안 정상군보다 당뇨대조군에서 전반적으로 높게 나타났으며, 실험식이군 간 뚜렷한 차이는 관찰되지 않았다(Fig. 4B–D). 따라서 백미면, 현미면 및 밀가루면 파우더를 30% 수준으로 포함한 식이는 db/db 마우스의 식이섭취 및 음수 섭취에 큰 영향을 미치지 않는 것으로 확인되었다. 식이효율은 정상군에서 가장 높고 당뇨대조군에서 가장 낮았으며, 실험식이군 간에도 차이가 관찰되었다(Fig. 4E). 그러나 FER은 섭취한 식이가 체중 증가로 전환된 정도를 나타내는 지표이므로, FER 차이만으로 혈당 조절 효과를 직접 설명하기에는 제한이 있다.

이러한 결과는 현미면 파우더 함유 식이가 db/db 마우스에서 공복혈당 상승을 일부 완화할 가능성을 시사한다. db/db 마우스 연구에서 현미 기반 전곡 압출물은 혈당, 내당능 및 인슐린 저항성 지표 개선과 관련되는 것으로 나타났다(Gao et al., 2019). 또한 전곡 식이는 db/db 마우스에서 공복혈당 및 식후혈당 조절과 관련되는 것으로 보고되어, 본 연구 결과와 일부 유사한 경향을 보인다(Kim et al., 2019). 본 연구에서도 현미면군은 실험 후반부에 상대적으로 낮은 공복혈당 수준을 나타내어, 선행연구와 유사하게 현미 기반 면 제형이 당뇨 조건에서 혈당 조절에 긍정적인 영향을 미칠 수 있음을 보여준다. 향후 현미면의 전분 소화 특성, 식이섬유 및 생리활성 성분 함량, 인슐린 저항성 관련 생화학 지표를 함께 분석한다면, 현미 기반 면의 혈당반응 조절 특성을 보다 구체적으로 설명할 수 있을 것으로 판단된다.

따라서 본 연구 결과는 현미면 파우더가 급성 혈당반응뿐 아니라 장기 급여 조건에서도 혈당 조절 가능성을 보일 수 있음을 뒷받침하며, 현미 기반 쌀가루면의 기능성 식품 소재로서의 활용 가능성을 제시한다.