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문제 정의
- 갈색거저리를 먼저 식용으로 이용하기 시작한 외국의 경우, 갈색거저리 유충의 식품성분에 대한 연구들이 활발하게 이루어져 오고 있으나(Nowak V 등 2016), 생애주기에 따른 갈색거저리의 식품성분 변화에 관련된 연구는 일부 식품성분에 대한 보고만 있을 뿐 다양한 성분에 대한 연구는 미미한 실정이다. 따라서 본 연구는 식품원료로 인정된 갈색거저리의 유충 뿐만 아니라 번데기, 성충 등 생애주기별 식품성분을 비교 분석하여 갈색거저리가 식품으로써 뿐만 아니라 사료 등 다양한 분야에서의 산업적 활용이 확대되도록 영양학적 기초 자료를 제공하고자 하였다.
- 본 연구에서는 갈색거저리의 유충, 번데기, 성충 3단계의 생애주기에 따른 식품성분을 비교 분석하여 갈색거저리의 이용확대와 다양한 활용을 위한 기초자료를 마련하고자 하였다. 생애주기별 식품성분으로 무기질 12종, 비타민 4종, 아미노산 18종, 지방산 12종을 각각 분석하였다.
제안 방법
- 갈색거저리의 구성아미노산의 분석은 식품공전(Ministry of Food and Drug Safety 2012a)을 참조하였으며, 시료 0.2 g에 6 N HCl(Junsei Chemical Co., Ltd., Tokyo, Japan)을 40 mL를 가한 다음 질소가스를 충진하고 밀봉하여 110°C에서 24시간 가수분해 시켰다.
- 본 연구에서는 갈색거저리의 유충, 번데기, 성충 3단계의 생애주기에 따른 식품성분을 비교 분석하여 갈색거저리의 이용확대와 다양한 활용을 위한 기초자료를 마련하고자 하였다. 생애주기별 식품성분으로 무기질 12종, 비타민 4종, 아미노산 18종, 지방산 12종을 각각 분석하였다. 식품성분 함량은 시료 100 g 기준으로 환산하였으며 생시료와 식용 소재화를 위해 동결건조 시료의 함량을 나타내었다.
- 여액을 감압농축기(EYELA N-1100, Tokyo Rikakikai Co., Ltd., Tokyo, Japan)로 농축 후 0.2 M sodium citrate buffer(Sigma-Aldrich Chemical Co., St. Louis, MO, USA)로 50 mL로 정용한 후, 0.45 μm nylon syringe filter(Whatman Inc., Florham Park, NJ, USA)로 여과한 시료액을 아미노산 자동분석기(Amino acid analyser L-8900, Hitachi Co., Ltd., Tokyo, Japan)를 이용하여 분석하였다.
- 이에 8.3 M HCl(Junsei Chemical Co., Ltd., Tokyo, Japan) 용액을 첨가하여 밀봉 후 70-80°C의 수욕조(BS-21, Jeio Tech, Daejeon, Korea)에서 교반하면서 40분간 분해한 후 냉각한 다음, ether(Junsei Chemical Co., Ltd., Tokyo, Japan) 추출하여 trifluoroboran(Boron Trifluoride: BF3) 메탄올 용액(Sigma-Aldrich Chemical Co., St. Louis, MO, USA)으로 지방산을 메틸에스테르화하여 가스크로마토그래피(7890GC System, Agilent, Santa Clara, CA, USA)로 분석하였다.
- 5 mL를 넣고 충분히 혼합하였다. 침전물이 생기면 원심분리(1580R, Gyrozen, Daejeon, Korea)하여 시료 및 표준용액의 형광 광도를 측정하였다(Ex=435 nm, Em=545 nm). 엽산은 DeVries JW 등(2005)에 따른 효소가수분해법을 이용한 미생물학적 분석법에 의해 실시하였다.
- 를 가한 후 마이크로웨이브 분해장치(Multiwave ECO, Anton Paar, les Ulis, France)로 시료를 분해하고 냉각한 다음 50 mL가 되도록 정용하여 무기질 분석 시료로 사용하였다. 칼슘, 인, 철, 나트륨, 칼륨, 마그네슘, 망간, 아연은 ICP-OES(Inductively Coupled Plasma-Optical Emission Spectrometry, JY 138 Ultrace, Jobin Yvon, Longjumeau Cedex, France)로, 구리, 몰리브덴, 셀레늄, 요오드는 ICP-MS(Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometry, ELAN DRC-e, PerkinElmer, Massachusetts, MA, USA)로 분석하여 함량을 구하였다.
- 티아민과 나이아신은 Kim GP 등(2014)의 연구를 참고로 하여 시료에 5 mM sodium 1-heptanesulfonate(J.T.Baker, Phillipsberg, NJ, USA) 용액을 가하여 균질화한 후 초음파추출기(Powersonic 405, Hwashin, Daegu, Korea)로 추출하여 50 mL로 정용하여 0.45 μm syringe filter(Acrodiscfilter No. 4563, Pall, New York, NY, USA)로 여과한 후 HPLC(Nanospace SI-2, Shiseido, Tokyo, Japan)로 정량하였다.
대상 데이터
- 무기질 함량은 식품공전(Ministry of Food and Drug Safety 2012c)에 따라 시료에 HNO3과 H2O2를 가한 후 마이크로웨이브 분해장치(Multiwave ECO, Anton Paar, les Ulis, France)로 시료를 분해하고 냉각한 다음 50 mL가 되도록 정용하여 무기질 분석 시료로 사용하였다. 칼슘, 인, 철, 나트륨, 칼륨, 마그네슘, 망간, 아연은 ICP-OES(Inductively Coupled Plasma-Optical Emission Spectrometry, JY 138 Ultrace, Jobin Yvon, Longjumeau Cedex, France)로, 구리, 몰리브덴, 셀레늄, 요오드는 ICP-MS(Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometry, ELAN DRC-e, PerkinElmer, Massachusetts, MA, USA)로 분석하여 함량을 구하였다.
- 본 실험에 사용된 갈색거저리 유충, 번데기, 성충의 생것과 동결 건조한 시료는 국립농업과학원 곤충산업과에서 제시하는 식용곤충 표준사육 지침서(National Academy of Agricultural Science 2014)에 준하여 사육한 갈색거저리를 경기도 화성시 소재 농가에서 제공받아 사용하였다.
데이터처리
- 시료 간 차이 검증을 위해 ANOVA 분석을 실시하였고, p<0.05수준에서 Duncan's multiple range test로 유의성을 검정하였다.
-
8. 통계처리
통계분석은 PASW Statistics(ver. 18.0, SPSS Inc., Chicago, IL, USA)를 사용하여 평균과 표준편차를 구하였다. 시료 간 차이 검증을 위해 ANOVA 분석을 실시하였고, p<0.
이론/모형
- 4563, Pall, New York, NY, USA)로 여과한 후 HPLC(Nanospace SI-2, Shiseido, Tokyo, Japan)로 정량하였다. Riboflavin의 분석은 AOAC(2000)의 형광광도법에 의해 시행하였다. 시료에 0.
- 수분 함량은 105°C의 건조기(OF-12, Jeio Tech, Daejeon, Korea)를 이용하여 항량을 측정하여 산출하였고, 조단백질은 Kjeldahl 분해법으로 단백질추출장치(2300 Kjeltec Analyzer Unit, Foss Tecator AB, Höganäs, Sweden)를 이용하여 측정하였다.
- 침전물이 생기면 원심분리(1580R, Gyrozen, Daejeon, Korea)하여 시료 및 표준용액의 형광 광도를 측정하였다(Ex=435 nm, Em=545 nm). 엽산은 DeVries JW 등(2005)에 따른 효소가수분해법을 이용한 미생물학적 분석법에 의해 실시하였다. 시료에 증류수와 0.
- 일반성분은 AOAC법(1995)에 준하여 분석하였다. 수분 함량은 105°C의 건조기(OF-12, Jeio Tech, Daejeon, Korea)를 이용하여 항량을 측정하여 산출하였고, 조단백질은 Kjeldahl 분해법으로 단백질추출장치(2300 Kjeltec Analyzer Unit, Foss Tecator AB, Höganäs, Sweden)를 이용하여 측정하였다.
- 조지방은 Soxhlet 추출법(Soxtec 1043, Foss Tecator AB)을 사용하였고, 조회분은 550°C 회화로(MF31G, Jeio Tech, Daejeon, Korea)에서 직접회화법으로 측정하였다.
- 지방산 함량은 식품공전(Ministry of Food and Drug Safety 2012b)에 따라 약 100-200 mg의 지방을 포함하는 양을 마조니어 관에 넣고 산화방지를 위해 pyrogallol(50mg/mL in EtOH)을 첨가한 후, 2 mL 내부표준용액을 첨가하여 혼합 하였다.
성능/효과
- 생애주기별로 보면 성충이 유충과 번데기에 비해 유의적으로 수분함량이 많고 조지방 및 조회분의 함량이 낮았다. 갈색거저리의 무기질 함량은 K(310.50-327.48 mg/100 g)이 가장 높았고 다음으로 P(273.59-284.09 mg/100 g)과 Mg(52.96-85.13 mg/100 g) 순으로 함량이 높게 나타났으며 생애주기에 따라 각각의 무기질은 함량의 차이를 나타내었다. 아미노산의 총 함량은 성충, 번데기, 유충 순으로 나타나 성장에 따라 그 함량이 증가하는 것으로 나타났으며 생애주기 간 조성의 차이는 없었다.
- 생애주기 모두에서 총 12종의 지방산이 분석되었으며 주요 구성 지방산은 oleic acid(n-9), linoleic acid(n-6), palmitic acid(C16:0)로 나타났다. 그 중에서 oleic acid(n-9)의 함량이 963.45-4236.42 mg/100 g으로 가장 높았고 이어서 linoleic acid(n-6) 1129.34-3888.99 mg/100 g, palmitic acid 442.74-1858.02 mg/100 g 순으로 함량이 높았으며 이들 지방산은 총 지방산의 88%를 차지하여 갈색거저리 지방산의 대부분을 차지하였다. 전체 지방산 함량 중 불포화지방산의 함량은 76-78% 정도로 포화지방산에 비하여 불포화지방산이 약 3배 많았다.
- 이는 Raksakantong P 등(2010)의 보고에서 갈색거저리 유충, 번데기, 성충의 총 지질 함량이 성충에서 가장 낮게 나타났다는 결과와도 유사하였다. 동결건조 시료는 지방산 조성에서 생시료와 비슷한 경향을 나타내었으나 함량은 생시료보다 높게 나타났다.
- 27% 수준으로 생애주기 간에 비슷한 수준을 나타내었다. 동결건조 시료의 수분함량은 유충에서 가장 낮게 나타났고 조단백 함량은 성충에서 가장 높았으며, 조지방과 조회분은 생시료와 비교하여 함량은 높게 나타났으나 생애주기 간 차이는 생시료와 유사한 양상을 나타내었다. 이러한 결과는 Kim SY 등(2015)의 갈색거저리 유충의 생시료와 동결건조 시료의 일반성분을 분석한 결과(생시료와 동결건조한 시료 각각 수분 61.
- 따라서 생애주기에 따른 갈색거저리의 엽산 함유량은 본 연구에서 처음 보고하였는데 생시료의 함유량은 유충, 번데기, 성충이 각각 81.42, 119.29, 108.19 µg/100 g으로 유충보다는 번데기와 성충에서 함량이 높게 나타났다.
- 지방산은 전체 지방산 중 불포화지방산의 함유율이 76-78%로 가장 높았으며 그 중 oleic acid가 가장 높은 비중을 차지하였다. 또한 성충의 지방산 함량이 유의적으로 낮게 나타나 생애주기 간 차이가 뚜렷하게 나타났다. 비타민 분석 결과, 티아민과 나이아신은 생애주기 간 함량의 차이를 보이지 않은 반면 리보플라빈은 유충, 번데기에 비해 성충의 함량이 유의적으로 높게 나타났으며 엽산은 유충보다는 번데기와 성충에서 함량이 높게 나타났다.
- 31) mg/100 g 순으로 높게 나타났다. 무기질 성분별로는 K의 함량이 가장 높아서 생시료 및 동결건조시료의 K 함량이 각각 310.50-327.48, 847.95-947.04mg/100 g으로 전체 무기질의 41.30-45.23%, 41.48-44.40%를 차지하였다. 다음으로는 P의 함량이 높게 나타나 생시료 기준으로 270.
- 분석한 갈색거저리에서는 18종의 아미노산이 분석되었으며 총 아미노산 함량은 생시료를 기준으로 성충(20161.81 mg/100 g)>번데기(18774.22 mg/100g)>유충(16635.79 mg/100 g) 순으로 나타나 갈색거저리의 성장에 따라 아미노산의 함량이 증가하는 것으로 나타났다.
- 또한 성충의 지방산 함량이 유의적으로 낮게 나타나 생애주기 간 차이가 뚜렷하게 나타났다. 비타민 분석 결과, 티아민과 나이아신은 생애주기 간 함량의 차이를 보이지 않은 반면 리보플라빈은 유충, 번데기에 비해 성충의 함량이 유의적으로 높게 나타났으며 엽산은 유충보다는 번데기와 성충에서 함량이 높게 나타났다. 한편 동결건조 시료는 생시료보다 각 식품성분의 함량은 높았으나 생애주기 간 조성 및 함량 차이에는 생시료와 유사한 경향을 나타내어 식품소재로 활용하기에 적합한 형태로 판단되었다.
- 갈색거저리의 일반성분 함량은 생시료와 동결건조 시료를 유충, 번데기, 성충의 생애주기별로 %로 제시하였으며 그 결과는 Table 1과 같다. 생시료를 기준으로 수분함량은 63.52-67.83%의 수준으로 성충의 수분함량이 유충, 번데기에 비해 유의적으로 높았다. 외국에서 식용으로 이용되고 있는 벌꿀과 과실파리의 경우에는 성장함에 따라 수분함량이 낮아지는 경향을 보여(Hocking B &Matsumura F 1960, Bernard JB & Allen ME 1997) 본 연구의 갈색거저리 결과와는 차이를 보였는데 이는 개체 특성에 의한 차이로 보인다.
- 생애주기 모두 총 12종의 무기질이 분석되었으며 생시료를 기준으로 총 무기질 함량은 번데기(751.87)>성충(724.01) >유충(722.31) mg/100 g 순으로 높게 나타났다.
- 생애주기별 갈색거저리의 총 지질을 구성하는 지방산 조성을 살펴본 결과는 Table 4와 같다. 생애주기 모두에서 총 12종의 지방산이 분석되었으며 주요 구성 지방산은 oleic acid(n-9), linoleic acid(n-6), palmitic acid(C16:0)로 나타났다. 그 중에서 oleic acid(n-9)의 함량이 963.
- 그러나 함량에서는 차이를 나타내었는데 이는 갈색거저리의 생육조건, 원산지 등에 의한 차이로 생각된다. 생애주기 별로 보면 유충은 Zn(4.34 mg/100 g), 번데기는 P(284.09 mg/100 g), 성충은 Ca, K(18.61, 327.48 mg/100g)의 함량이 다른 생애주기 시료보다 유의적으로 높게 나타나 생애주기에 따라 각 무기질 함량에 차이를 보였다. 이는 갈색거저리와 같이 완전변태를 하는 벌꿀의 영양성분이 성장단계에 따라 다르게 나타났다는 Bernard JB &Allen ME(1997)의 보고로 미루어 볼 때, 성장과정 중 유충, 번데기, 성충과 같이 다양한 형태로 변화하는 곤충은 무기질 함량이나 조성에 차이를 나타내는 것으로 보인다.
- 26%으로 각각 분석되었다. 생애주기별로 보면 성충이 유충과 번데기에 비해 유의적으로 수분함량이 많고 조지방 및 조회분의 함량이 낮았다. 갈색거저리의 무기질 함량은 K(310.
- 37 mg/100 g)보다 유의적으로 높게 나타났다. 생애주기별로 보면 유충과 번데기는 티아민, 리보플라빈, 나이아신의 함량에서 차이를 나타내지 않았으나 성충은 리보플라빈의 함량이 유충, 번데기에 비해 높게 나타나 조단백질과 조지방의 결과와 같이 곤충이 성충이 되면서 함량이 변화됨을 알 수 있었다.
- 13 mg/100 g) 순으로 함량이 높게 나타났으며 생애주기에 따라 각각의 무기질은 함량의 차이를 나타내었다. 아미노산의 총 함량은 성충, 번데기, 유충 순으로 나타나 성장에 따라 그 함량이 증가하는 것으로 나타났으며 생애주기 간 조성의 차이는 없었다. 지방산은 전체 지방산 중 불포화지방산의 함유율이 76-78%로 가장 높았으며 그 중 oleic acid가 가장 높은 비중을 차지하였다.
- 84%)와 유사하였다. 이상의 결과로 생것을 기준으로 판단할 때, 유충과 번데기는 일반성분에서 함량의 차이를 보이지 않은 반면, 성충은 유충과 번데기에 비해 수분함량이 많고 조지방 및 조회분의 함량이 낮음을 알 수 있었다. 이는 곤충의 생애주기에 따라 유충에서 번데기까지는 일반성분 함량이 비슷하다가 성충이 되면서 변화됨을 나타낸다.
- 94%를 차지하였다. 이어서 Mg, Na, Ca 순으로 높게 나타났고 그 외 무기질은 5.0 mg/100g 미만으로 미량 함유되어 있어 무기질 종류에 따라 함량의 차이가 있음을 확인할 수 있었다. Finke MD(2002)와 Ravzanaadii N 등(2012)은 갈색거저리(밀웜)의 유충과 성충의 무기성분을 분석한 결과 K과 P의 함량이 가장 높았다고 보고하여 이는 본 연구의 무기질 조성과 유사하였다.
- 79 mg/100 g) 순으로 나타나 갈색거저리의 성장에 따라 아미노산의 함량이 증가하는 것으로 나타났다. 이중 체내에서 생합성이 될 수 없어 반드시 식이를 통하여 공급되어야 하는 필수 아미노산은 9종이 검출되었고 이는 총 아미노산 함량의 39.04-41.90%를 차지하였다. 주요 아미노산은 glutamic acid, alanine, leucine, valine, proline 순으로 나타나 필수 및 비필수 아미노산이 풍부하게 함유되어 있었다.
- 식품성분 함량은 시료 100 g 기준으로 환산하였으며 생시료와 식용 소재화를 위해 동결건조 시료의 함량을 나타내었다. 일반성분 분석결과 생것을 기준으로 생애주기별 수분함량은 63.52-67.83%, 조단백은 23.19-24.53%, 조지방은 3.96-11.18%, 조회분은 1.18-1.26%으로 각각 분석되었다. 생애주기별로 보면 성충이 유충과 번데기에 비해 유의적으로 수분함량이 많고 조지방 및 조회분의 함량이 낮았다.
- 02 mg/100 g 순으로 함량이 높았으며 이들 지방산은 총 지방산의 88%를 차지하여 갈색거저리 지방산의 대부분을 차지하였다. 전체 지방산 함량 중 불포화지방산의 함량은 76-78% 정도로 포화지방산에 비하여 불포화지방산이 약 3배 많았다. Yoo JM 등(2013)은 갈색거저리 유충의 지방산을 분석한 결과 oleic acid(n-9), linoleic acid(n-6), palmitic acid 순으로 함량이 높았으며 불포화지방산 함량이 전체 지방산의 77%를 차지한다고 보고하여 본 연구결과와 일치하였다.
- 생애주기별 갈색거저리 중의 티아민, 리보플라빈, 나이아신, 엽산 함량을 분석한 결과는 Table 5와 같다. 주로 탄수화물 대사에 관여하는 티아민과 체내에서 에너지 대사 특히 ATP 생성과정에 조효소로서 중요한 역할을 하는 나이아신은 생것을 기준으로 각각 0.06-0.11, 0.07-1.26mg/100 g 수준으로 생애주기 간 함량의 차이를 나타내지 않은 반면, 성장과 조직의 보수에 필수적인 영양소인 리보플라빈은 성충(0.65 mg/100 g)의 함량이 유충(0.40mg/100 g), 번데기(0.37 mg/100 g)보다 유의적으로 높게 나타났다. 생애주기별로 보면 유충과 번데기는 티아민, 리보플라빈, 나이아신의 함량에서 차이를 나타내지 않았으나 성충은 리보플라빈의 함량이 유충, 번데기에 비해 높게 나타나 조단백질과 조지방의 결과와 같이 곤충이 성충이 되면서 함량이 변화됨을 알 수 있었다.
- 아미노산의 총 함량은 성충, 번데기, 유충 순으로 나타나 성장에 따라 그 함량이 증가하는 것으로 나타났으며 생애주기 간 조성의 차이는 없었다. 지방산은 전체 지방산 중 불포화지방산의 함유율이 76-78%로 가장 높았으며 그 중 oleic acid가 가장 높은 비중을 차지하였다. 또한 성충의 지방산 함량이 유의적으로 낮게 나타나 생애주기 간 차이가 뚜렷하게 나타났다.
- 주요 아미노산은 glutamic acid, alanine, leucine, valine, proline 순으로 나타나 필수 및 비필수 아미노산이 풍부하게 함유되어 있었다. 특히 Na염의 형태로 조미료의 원료로 사용되는 glutamic acid가 생시료와 동결건조시료에서 각각 2148.19-2869.86, 6276.03-7387.02 mg/100 g으로 가장 높은 함량을 보였다. Cha WS 등(2004)은 표고버섯 조미료의 glutamic acid 함량을 46.
- 비타민 분석 결과, 티아민과 나이아신은 생애주기 간 함량의 차이를 보이지 않은 반면 리보플라빈은 유충, 번데기에 비해 성충의 함량이 유의적으로 높게 나타났으며 엽산은 유충보다는 번데기와 성충에서 함량이 높게 나타났다. 한편 동결건조 시료는 생시료보다 각 식품성분의 함량은 높았으나 생애주기 간 조성 및 함량 차이에는 생시료와 유사한 경향을 나타내어 식품소재로 활용하기에 적합한 형태로 판단되었다. 이러한 결과는 기능성 소재연구, 식용곤충 활용연구, 다양한 산업적 활용의 기초 자료로 활용될 것으로 기대된다.
후속연구
- 이는 곤충의 생애주기에 따라 유충에서 번데기까지는 일반성분 함량이 비슷하다가 성충이 되면서 변화됨을 나타낸다. 따라서 아직은 등록되지 않은 갈색거저리의 번데기도 유충과 함께 단백질, 지질, 회분 등을 많이 함유하고 있는 영양가치가 우수한 식품소재로써 이용 가능할 것으로 생각된다.
- 본 연구에서 분석된 갈색거저리의 엽산 함량은 부추(105 µg/100 g, United states Department of Agriculture 2015), 비트(109µg/100 g, United states Department of Agriculture 2015), 시금치(119 µg/100 g, Kim BM 등 2014)와 같이 엽산이 풍부하다고 알려진 채소류와 비슷한 수준으로 나타나 새로운 엽산 공급원으로 이용될 수 있으리라고 생각된다.
- 한편 동결건조 시료는 생시료보다 각 식품성분의 함량은 높았으나 생애주기 간 조성 및 함량 차이에는 생시료와 유사한 경향을 나타내어 식품소재로 활용하기에 적합한 형태로 판단되었다. 이러한 결과는 기능성 소재연구, 식용곤충 활용연구, 다양한 산업적 활용의 기초 자료로 활용될 것으로 기대된다.
- 외국에서 식용으로 이용되고 있는 벌꿀과 과실파리의 경우에는 성장함에 따라 수분함량이 낮아지는 경향을 보여(Hocking B &Matsumura F 1960, Bernard JB & Allen ME 1997) 본 연구의 갈색거저리 결과와는 차이를 보였는데 이는 개체 특성에 의한 차이로 보인다. 조단백질 함량은 23.19-24.53% 수준으로 생애주기 간에 비슷하게 높은 함량을 나타내어 식품 원료로 허용된 유충뿐만 아니라 성충, 번데기도 좋은 단백질 급원이 될 수 있을 것이라고 판단되며, 단백질을 필요로 하는 동물의 사료 등으로 활용 가능성에 대한 검토가 필요하다고 생각된다. 조지방 함량은 성충에서 3.
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