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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 경제성과 친환경적인 특성을 이용하여 식량원으로 활용하고자 하는 시도가 이루어지고 있는 식용 곤충 중 벼메뚜기를 이용하여 운동과 병행할 때 에너지 대사를 증가시킬 수 있는지에 대한 검토를 하고자 수행하였다. 이를 통하여 벼메뚜기를 새로운 보조식품으로서의 효과와 건강에 미치는 영향을 제공함과 동시에 식용곤충 자원으로서 벼메뚜기의 활용도를 높일 수 있는 자료를 제공하고자 한다.
- 본 연구에서는 벼메뚜기 분말 섭취에 의한 에너지 대사 증대 효과를 보고자 하였다. 이를 위하여 ICR mouse 수컷 흰쥐를 대상으로 벼메뚜기를 동결건조 하여 분말가공 후 사료에 혼합하여 섭취시켰다.
- ) 애벌레를 물 추출하여 in vitro 연구를 한 결과, 0 - 1,000 mg/l의 범위 내에서는 유전적 독성이 나타나지 않았다고 하였다. 이러한 선행연구와 같이 대부분의 식용곤충은 독성이 없는 것을 보고되고 있으며, 이에 본 연구의 간 독성을 알아보고자 분석한 GOT 및 GPT의 유의한 차이가 나타나지 않은 것으로 판단된다. 또한, Longvah et al.
- 따라서 본 연구에서는 경제성과 친환경적인 특성을 이용하여 식량원으로 활용하고자 하는 시도가 이루어지고 있는 식용 곤충 중 벼메뚜기를 이용하여 운동과 병행할 때 에너지 대사를 증가시킬 수 있는지에 대한 검토를 하고자 수행하였다. 이를 통하여 벼메뚜기를 새로운 보조식품으로서의 효과와 건강에 미치는 영향을 제공함과 동시에 식용곤충 자원으로서 벼메뚜기의 활용도를 높일 수 있는 자료를 제공하고자 한다.
제안 방법
- Band의 세기는 image J (NIH ver. 1.48, USA)를 이용하여 각 샘플의 면적을 설정한 후 상대되는 β-Actin의 면적을 동일한 방법으로 설정하여 그 값을 나누어 계산하였다.
- Glutamic oxaloacetic transaminase (GOT), Glutamic pyruvic transaminase (GPT) 농도는 효소법에 의한 분석 kit (Asan pharmacy, Seoul, Korea)를 이용하여 분광광도계(Mechasys, Daejeon, Korea)를 사용하여 흡광도를 분석하고, 분석시약에 동봉된 계산식을 이용하여 산출하였다.
- 검출된 단백질 발현량을 확인하기 위하여 β-Actin 항체는 1:500배(Santa cruz biotechnology) blocking solution에 희석하여 4℃에서 약 16시간 반응 시킨 후 1 × TBST를 이용하여 5분간 7회 세척하였다.
- 균질화 작업이 끝난 후 샘플을 12,000 rpm에서 10분간 원심분리 후 상층액을 분리한 다음, 3 × SDS-PAGE sample buffer를 섞어서 샘플을 만들어 100℃에서 10분간 끓인 후, 조각 얼음통에 보관하였다. 단백질 분석을 위하여 10% SDS-PAGE Gel에 protein marker (Gindepot, Barker, Texas, USA) 10 ㎕와단백질 샘플 15 ㎕를 분주한 후에 75 V에서 전기영동하여 단백질을 분리하였다. 단백질 분리 후 Nitocellulose blotting membranes (GE Healthcare Life Sciences, Seoul, Korea)로 100 V에서 60분간 membrane으로 전이시켰다.
- 동물사육 기간이 종료된 6주 후에 12시간 절식 시킨 다음 Ethylether(Duksan, Gyeong gi-do, Korea)의 흡입 마취 상태에서 개복하여, 복대동맥에서 채혈하였다. 채취된 혈액은 3,000 rpm으로 10분간 원심분리(Gyrozen, Seoul, Korea)후 분석 시까지 냉동고(Nihon freezer, Tokyo, Japan)에 보관하였다.
- 이를 위하여 ICR mouse 수컷 흰쥐를 대상으로 벼메뚜기를 동결건조 하여 분말가공 후 사료에 혼합하여 섭취시켰다. 동시에 주 5회, 6주간 유산소성 운동훈련을 부하하여 나타나는 에너지대사 관련 변인을 분석하였다. 본 실험에서 사용한 벼메뚜기는 경북 문경지역에서 채집하여 사용하였으며 일반적인 벼메뚜기의 성분특성은 70% 이상의 단백질, 다량의 불포화지방산 그리고 비타민 및 미네랄을 함유하고 있다(RDA, 2014).
- p>유엔 식량 농업기구(Food and Agriculture Organization: FAO, 2013)의 보고에서는 2050년에 세계 인구가 90억명으로 예상되기 때문에, 생존을 위해 현재보다 두 배에 달하는 식량이 필요할 것으로 예측·보고하였다. 따라서 기존의 식량 공급원 이외의 새로운 대안을 추구하고, 인류 식량난의 문제 해결책으로써 식용곤충을 대체식품으로 제시하였다. 또한, 현재 전 세계의 농경지 중 86% 이상이 가축의 사료를 재배하기 위하여 사용되고 있으며, 가축이 내뿜는 메탄가스와 이산화탄소는 지구온난화의 주범으로서 이로 인하여 아프리카 지역은 가뭄이 심각해지고, 가축 사망률이 20～60% 이상 증가하였다(FAO, 2008).
- 실험에 이용한 벼메뚜기는 경상북도 문경시의 벼논과 주변과수원에서 채집하여 사용하였는데 채집 후 벼메뚜기를 식이에 첨가하기 위하여 3일간 공복을 시킨 후, 날개를 제거한 상태로 동결건조(Labconco, Kansas city, Missouri, USA)후 분말로 가공하여 식이에 첨가하였다. 분말가공은 분쇄기(Hanil, Seoul, Korea)를 이용하였다.
- 식이 조성은 AIN-76을 바탕으로 제조하였으며, 벼메뚜기 분말의 단백질, 비타민 및 미네랄 함량을 고려하여 각각의 영양소를 가감하여 조제하였다(Table 1; RDA, 2014). 식이의 섭취는 오전 08:00에 각 30 g을 하루에 한번 공급하였으며, 물은 자유 섭취할 수 있도록 하였으며 물통의 절반을 섭취하였을 경우에 재 공급하였다.
- 식이 조성은 AIN-76을 바탕으로 제조하였으며, 벼메뚜기 분말의 단백질, 비타민 및 미네랄 함량을 고려하여 각각의 영양소를 가감하여 조제하였다(Table 1; RDA, 2014). 식이의 섭취는 오전 08:00에 각 30 g을 하루에 한번 공급하였으며, 물은 자유 섭취할 수 있도록 하였으며 물통의 절반을 섭취하였을 경우에 재 공급하였다.
- 예비사육 후 6주령이 되었을 때부터 6주간, 주당 2일 운동 1일 휴식, 3일 운동 1일 휴식의 패턴으로 5일간 하루에 한번 트레드밀 운동을 시행하였으며, 각 구간마다 시간과 속도를 점진적으로 증가시켜 1주에는 5～15분 동안 5～10 m의 강도로서 진행하였으며 마지막 6주째가 되었을 때 30분 동안 26 m/min를 실시하였다. 전체 운동 기간 중 스트레스를 최소화하기 위하여 전기자극 부하에 의한 강제 운동은 수행하지 않았다.
- 본 연구에서는 벼메뚜기 분말 섭취에 의한 에너지 대사 증대 효과를 보고자 하였다. 이를 위하여 ICR mouse 수컷 흰쥐를 대상으로 벼메뚜기를 동결건조 하여 분말가공 후 사료에 혼합하여 섭취시켰다. 동시에 주 5회, 6주간 유산소성 운동훈련을 부하하여 나타나는 에너지대사 관련 변인을 분석하였다.
- 체중의 측정은 동일한 시간과 환경에서 매주 2회 측정하였다. 즉, 실험 기간 중 매주 월요일, 목요일 오전 9시에 규칙적으로 측정하여 동일한 환경을 유지할 수 있도록 하였다. 측정된 주당 2회의 자료를 평균을 구하여 사육 전, 후 비율을 그래프로 작성하여 표기하였다.
- 사육실 내부 환경은 자동 냉난방기를 이용하여 23～25℃, 상대습도는 60% 내외로 유지시키고 08:00～20:00까지를 암기로 하였다. 집단구분은 보통식 대조군(normal diet control group: CON), 보통식 대조군으로서 운동훈련 병행군(normal diet control with exercise training group: COEX), 벼메뚜기 분말이 혼합된 사료 섭취군(Grasshopper powder added diet ingested group: GH), 벼메뚜기 분말이 혼합된 사료를 섭취함과 동시에 운동훈련을 병행군(Grasshopper powder added diet with exercise training group: GHEX)으로 구분하였다. 본 연구는 경북대학교 동물실험윤리위원회에 의해 승인되었다(승인번호 KNU 2015-121).
- 체중의 측정은 동일한 시간과 환경에서 매주 2회 측정하였다. 즉, 실험 기간 중 매주 월요일, 목요일 오전 9시에 규칙적으로 측정하여 동일한 환경을 유지할 수 있도록 하였다.
- 총 6주간의 사육기간 동안 증가한 체중량을 사육 전, 후 비율로 표기하였다. 전체 그룹간의 유의차는 나타나지 않았다(Fig.
- 즉, 실험 기간 중 매주 월요일, 목요일 오전 9시에 규칙적으로 측정하여 동일한 환경을 유지할 수 있도록 하였다. 측정된 주당 2회의 자료를 평균을 구하여 사육 전, 후 비율을 그래프로 작성하여 표기하였다.
대상 데이터
- 동시에 주 5회, 6주간 유산소성 운동훈련을 부하하여 나타나는 에너지대사 관련 변인을 분석하였다. 본 실험에서 사용한 벼메뚜기는 경북 문경지역에서 채집하여 사용하였으며 일반적인 벼메뚜기의 성분특성은 70% 이상의 단백질, 다량의 불포화지방산 그리고 비타민 및 미네랄을 함유하고 있다(RDA, 2014).
- 본 연구에서는 생후 5주령된 수컷 ICR mouse 28마리를 사용하였으며, 마우스는 케이지 당 3～4마리씩 분류하였다. 사육실 내부 환경은 자동 냉난방기를 이용하여 23～25℃, 상대습도는 60% 내외로 유지시키고 08:00～20:00까지를 암기로 하였다.
- 실험에 이용한 벼메뚜기는 경상북도 문경시의 벼논과 주변과수원에서 채집하여 사용하였는데 채집 후 벼메뚜기를 식이에 첨가하기 위하여 3일간 공복을 시킨 후, 날개를 제거한 상태로 동결건조(Labconco, Kansas city, Missouri, USA)후 분말로 가공하여 식이에 첨가하였다. 분말가공은 분쇄기(Hanil, Seoul, Korea)를 이용하였다.
데이터처리
- 0K를 이용하였다. 모든 실험 결과는 평균과 표준오차로 나타내고, 각 그룹의 유의성 검증을 위하여 일원분산분석을 실시하였으며, 유의한 차이가 나타난 항목에 대해서는 least significant different 법으로 사후검정을 실시하였다. 모든 차의 유의성은 p<0.
성능/효과
- FNDC5 단백질 발현량 차이는 GHEX의 경우 CON, COEX 그리고 GH에 비하여 각각 43.3% 및 39.5, 49.2%로 유의하게 높았다(p<0.05) (Fig. 4).
- GLUT2 단백질 발현량 차이는 COEX의 경우 CON에 비하여 7.4%, GH는 COEX에 비하여 6.6%, GHEX는 GH에 비하여 7.9% 높은 경향을 보였으나, 그룹간 유의성 있는 차이는 나타나지 않았다. 운동 유무에 따른 유의성 있는 차이 또한 나타나지 않았다(Fig.
- GLUT4 단백질 발현량 차이는 COEX의 경우 CON에 비하여 12.6% 높게 나타났으며, GH 및 GHEX는 0.6% 및 9.9% 높은 경향을 보였으나 그룹간의 유의성 있는 차이는 없었다(Fig. 3). 또한, 운동 유무에 따른 유의성 있는 차이도 나타나지 않았다.
- 88%의 차이가 나타났으나 그룹간의 유의성 있는 차이는 없었다(Table 3). GPT의 경우 CON에 비하여 COEX, GH 그리고 GHEX는 각각 6.73, 6.73, 7.64%의 차이가 있었으나 그룹간의 유의성 있는 차이는 나타나지 않았다(Table 3).
- 간 독성 검사 항목인 GOT의 경우 CON에 비하여 COEX, GH 그리고 GHEX에서 각각 1.00%, 1.00% 그리고 0.88%의 차이가 나타났으나 그룹간의 유의성 있는 차이는 없었다(Table 3). GPT의 경우 CON에 비하여 COEX, GH 그리고 GHEX는 각각 6.
- , 2014)에서도 알 수 있다. 그러나 벼메뚜기 섭취와 운동을 병행하였을 경우인 GHEX에서는 유의하게 증가한 것으로 나타났다. 지방산과 글루코스가 irisin의 순환에 중요한 역할을 한다는 점(Kurdiova et al.
- 본 연구에서의 체중변화에 유의한 변화가 나타나지 않았다. 그러나 운동 또는 벼메뚜기분말을 섭취하였을 때 체중증가가 억제되는 경향을 보였으며, 운동과 벼메뚜기 분말을 섭취시켰을 때 가장 많이 억제되는 것으로 나타났다. 이러한 결과는 수영운동에 의한 체중 감소(Jang et al.
- 그러나, 부고환 지방량의 경우 GH와 CON 간의 유의성 있는 차이를 보였으며(p<0.05), GHEX는 CON 및 COEX에 비하여 그룹간의 유의성 있는 차이가 나타났다.
- 단백질 합성에 관여하는 Gsk-3β 단백질 발현량 차이는 GHEX의 경우 CON 보다 Gsk-3β 단백질 발현량이 31.7% 유의하게 낮았다(p<0.05) (Fig. 6).
- 대사 활성에 관여하는 AMPK 단백질 발현량의 차이는 GHEX 의 경우 CON에 비하여 31.4% 유의하게 높았다(p<0.05) (Fig. 5).
- 또한, 지방량의 합은 GH와 CON 간의 유의성 있는 차이가 나타났으며, GHEX는 CON 및 COEX에 비하여 그룹간의 유의성 있는 차이가 나타났다(p<0.05).
- 본 연구 결과를 볼 때, 벼메뚜기 분말 섭취에 의한 에너지대사 변화는 운동을 병행할 때 증진되는 것으로 나타났다. 특히, 벼메뚜기 분말 섭취 시 탄수화물 대사보다는 체중 증가 및 지방 저장의 억제효과로 보아 지방대사에 보다 영향을 미쳐 에너지 대사율을 증가시킬 수 있음을 시사하고 있다.
- 본 연구에서 나타난 간 독성의 지표를 활용되는 GOT, GPT 는 전체 집단간 유의한 차이가 나타나지 않았다. Noh et al.
- , 2014)된 바 있다. 본 연구에서도 운동만을 수행한 COEX군에서 다소 감소하는 경향이 보였으며, GHEX가 CON에 비하여 유의하게 낮은 것으로 나타났다. 이러한 결과는 단백질 합성이 증가할 가능성을 시사하고 있다.
- , 2015)를 볼 때, AMPK의 변화를 살펴보는 것이 의미가 있을 것으로 판단된다. 실제로 본 연구에서 나타난 AMPK의 변화는 FNDC5의 결과와 동일하게 두 가지의 병행에 의하여 가장 높은 발현량을 보였다. 이는 벼메뚜기 분말 섭취와 운동에 의한 에너지 대사 상승작용이 유발되었다는 것이라는 점을 시사하고 있다.
- , 2015)에서도 유추할 수 있다. 이러한 결과를 통하여 본 연구의 벼메뚜기만을 섭취한 GH와 운동만을 수행한 COEX간의 차이가 나타나지 않은 것으로 판단된다. 또한 Luscombe-Marsh et al.
- 지방량 비율의 경우 운동 병행 시 감소하는 경향을 보였으며, CON은 다른 그룹에 비하여 유의하게 높았다(p<0.05).
후속연구
- , 2012). 그러나 누에 번데기에 비하여 벼메뚜기 기능성에 관련된 연구는 초기단계로 판단되며 더욱 연구가 필요할 것이다.
- 위에서 제시된 바와 같이 곤충 혹은 현재 식용곤충은 식량자원뿐만 아니라 약용자원, 화분매개자원, 천적자원 등 곤충의 다양한 자원으로 가치가 재조명되고 있다(Park, 2001). 아울러 곤충식품 시장 규모가 증가하면서 다양한 요리와 섭취방법 또한 개발되고 있지만 식용곤충의 부작용이나 섭취에 따른 효과들에 대한 기초 연구 자료가 미진하여 구체적이고 다양한 연구를 통한 식용곤충의 효과 입증이 필요할 것이다.
- 또한 위에서 제시한 많은 효과의 상승작용을 통하여 GHEX에서의 AMPK 상승이 유발된 것으로 사료된다. 이러한 결과는 벼메뚜기 섭취에 의한 에너지 대사의 증대에 영향을 미칠 수 있을 것으로 기대할 수 있을 것이다.
- 특히, 벼메뚜기 분말 섭취 시 탄수화물 대사보다는 체중 증가 및 지방 저장의 억제효과로 보아 지방대사에 보다 영향을 미쳐 에너지 대사율을 증가시킬 수 있음을 시사하고 있다. 이러한 결과를 통하여 영양공급원이 상대적으로 부족한 지역에서 가장 많이 서식하고 있는 메뚜기를 식용으로서 선택한다면 단백질 결핍에 의한 증상의 위험성을 줄여주며 양질의 지방산을 공급할 수 있게 되어 인간의 영양적 균형을 조절할 수 있는 것으로 기대되어 대체 식품으로서의 식용곤충 활용도가 높아질 수 있을 것이라 생각된다. 이에 대한 과학적 데이터를 다량 확보하기 위해서 장기적인 관점에서 영양소를 공급할 수 있는 식용곤충 연구가 지속되어야 할 것이다.
- 이러한 결과를 통하여 영양공급원이 상대적으로 부족한 지역에서 가장 많이 서식하고 있는 메뚜기를 식용으로서 선택한다면 단백질 결핍에 의한 증상의 위험성을 줄여주며 양질의 지방산을 공급할 수 있게 되어 인간의 영양적 균형을 조절할 수 있는 것으로 기대되어 대체 식품으로서의 식용곤충 활용도가 높아질 수 있을 것이라 생각된다. 이에 대한 과학적 데이터를 다량 확보하기 위해서 장기적인 관점에서 영양소를 공급할 수 있는 식용곤충 연구가 지속되어야 할 것이다.
- , 2014)에서도 예측이 가능할 것이다. 이에 대한 다양한 연구방법적 접근을 통하여 지속적인 연구가 이루어져야 할 것이다.
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