[논문]고초균 및 버섯 균사체를 이용하여 발효한 쌍별귀뚜라미 발효물의 단백질 및 무기질 성분 변화

장현욱; 최지호; 박신영; 박보람

doi:10.7318/kjfc/2019.34.6.785

고초균 및 버섯 균사체를 이용하여 발효한 쌍별귀뚜라미 발효물의 단백질 및 무기질 성분 변화
Changes in Nutritional Composition of Gryllus bimaculatus Fermented by Bacillus sp. and Mycelium of Basidiomycetes 원문보기

韓國食生活文化學會誌 = Journal of the Korean Society of Food Culture, v.34 no.6, 2019년, pp.785 - 792

장현욱 (농촌진흥청 국립농업과학원 농식품자원부) , 최지호 (농촌진흥청 국립농업과학원 농식품자원부) , 박신영 (농촌진흥청 국립농업과학원 농식품자원부) , 박보람 (농촌진흥청 국립농업과학원 농식품자원부)

Abstract ▼ AI-Helper

This study examined the changes in the protein and mineral composition of Gryllus bimaculatus fermented with Bacillus substilis and the mycelia of Basidiomycetes. Normal Gryllus bimaculatus (S) and experimental group data obtained after an inoculation of Bacillus substilis (SC) (KACC 19623), Pleurotus eryngii (SP) and Cordyceps millitaris (SC) were compared. The crude protein content of the Gryllus bimaculatus (control) was 75.48%, but it decreased to 64.55, 54.32, and 63.53% after fermentation with SB, SP and SC, respectively (p<0.05). An analysis of the organic elements showed that the contents of the carbon and nitrogen sources were also reduced after fermentation, and the most significant decrease was observed after fermentation with SP. In SDS-PAGE, a 120 kDa and a 48 kDa protein of Gryllus bimaculatus were found. On the other hand, protein bands faded after fermentation with SP and SC, respectively. Moreover, no visible band was observed after fermentation with SB. According to amino acid analysis, the total free amino acid content increased 3.84 and 1.74 times after fermentation with SB and SP, respectively, compared to the corresponding baseline data. In contrast, it decreased by 0.52 times after fermentation with SC. Among the essential amino acids found in crickets fermented with SB, the valine and isoleucine content was 3.57 and 2.64 times higher, respectively, than the recommended daily amount of essential amino acids.

주제어

표/그림 (7)

그림 Protocol for the production of fermented Gryllus bimac-ulatus by Bacillus sp. and mycelium of Basidiomycetes
그림 SDS-PAGE analysis of crude protein from Gryllus bimaculatus fermented by Bacillus sp. and mycelium of Basidiomycetes
표 The organic element and crude protein contents of Gryllus bimaculatus fermented by Bacillus sp. and mycelium of Basidiomycetes (%)
표 The mineral contents of Gryllus bimaculatus fermented by Bacillus sp. and mycelium of Basidiomycetes (%)
표 The essential amino acid contents of Gryllus bimaculatus fermented by Bacillus sp. and mycelium of Basidiomycetes
표 The non-essential amino acid contents of Gryllus bimaculatus fermented by Bacillus sp. and mycelium of Basidiomycetes
그림 The EAA content of Gryllus bimaculatus fermented by Bacillus sp. and mycelium of Basidiomycetes relative to RNI

AI 본문요약
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문제 정의

특히 미래 식량자원으로 주목받는 식용곤충의 발효가공을 통한 식품소재화 관련 연구는 부족한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 2015년도 식품원료로 등록된 쌍별 귀뚜라미를 고초균과 버섯 균사체를 이용해 발효함으로써 단백질 및 미네랄 성분변화와 발효물의 활용성에 대해 분석하였다. 그 결과, 쌍별귀뚜라미 원료의 탄소원과 질소원의 함량은 발효 후 모든 실험군에서 감소하였다.
2018)와 같이 미생물 균종별 발효는 이취제어를 통한 원료의 고부가가치화 차원에서도 이용되는바, 발효를 이용한 식품원료의 가공은 영양적, 관능적 측면에서 다양하게 연구되고 있으나 식용곤충의 미생물 균종별 발효특성에 관한 연구는 전무하여 쌍별귀뚜라미의 다양한 발효특성을 구명하여 이용가치를 높이는 방안에 대한 연구가 필요할 것으로 사료된다. 따라서 본 연구에서는 고초균과 버섯균사체 발효에 따른 쌍별귀뚜라미의 유기 및 무기원소와 단백질 외 아미노산 함량 변화를 비교 연구함으로써 미생물 균종들이 원료의 영양성분 변화에 미치는 영향을 분석하고, 나아가 식용곤충을 식품원료로써 사용가치를 증진시키기 위한 기초자료로 제공하고자 하였다.

가설 설정

2000). 고초균 발효물 섭취를 통해 섭취량 공급 유지에 도움을 줄 수 있을 것이다. Calcium과 magnesium은 근육 수축과 이완을 주로 담당하는 다량무기질로, 결핍 시 tetany와 같은 근육경련 등의 장애를 가져온다(Choi 2006).
식용곤충의 동물성 인은 식물성 인에 비해 체내 흡수율이 높다고 알려져(Capinera 2008). 발효물의 인은 인의 생체 내 이용 효율성에도 도움을 줄 것으로 보인다.

제안 방법

쌍별귀뚜라미 원물과 고초균 및 버섯균사체 발효물에 대한 구성 단백질 크기 변화를 확인하고자 SDS-PAGE를 실시하여 그 패턴을 [Figure 2]에 나타내었다. 쌍별귀뚜라미 원물(S)과 각 발효물의 단백질 크기를 비교한 결과, 원물에서 120, 48, 11 kDa 이하 위치에서 밴드가 뚜렷하여 쌍별귀뚜라미를 구성하는 주요한 단백질의 크기를 확인하였다.
쌍별귀뚜라미 원물과 고초균 및 버섯균사체 발효물의 구성단백질 변화양상을 확인하기위해 Sodium dodecyl sulfatepolyacrylamide gel electrophoresis (SDS-PAGE)를 이용해 Laemmli 방법(Sargent 1987)을 변형하여 확인하였다. 식용곤충 발효물에 lysis buffer를 첨가하고 초음파 추출하여 상층액을 회수해 샘플을 준비하였다.

대상 데이터

본 연구에서 사용된 쌍별귀뚜라미는 2018년 화성시 사육농장에서 사육된 쌍별귀뚜라미를 절식을 통해 노폐물을 제거하고 열풍 건조한 제품을 분쇄해(HMF-3600TG, Hanil Electric, Seoul, Korea) 사용하였다. 그리고 본 실험에 사용된 모든 용매 및 시약은 analytical 및 HPLC 등급을 사용하였다.
그리고 수침과 물 빼기가 완료된 각 시료를 충분히 혼합한 후, 버섯비닐주머니에 담아 121°C에서 30분간 멸균하고 냉각하여 액체종균을 접종시켰다. 이때 사용한 액체종균은 액체기본배지에 Pleurotus eryngii (새송이버섯), Bacillus subtilis (고초균), Cordyceps militaris (동충하초)를 각각 접종한 후 진탕 배양하여 제조하였으며, 사용된 균주는 Korean Agricultural Culture Collection (KACC)에서 분양 받아 사용하였다. 접종 후, 온도 25°C, 습도 40~60%에서 배양을 진행하였다.

데이터처리

실험 결과는 각 군별 평균±표준편차 (mean±SD)로 표시하고, 각 군 별 유의성은 SPSS statistical package (18.0version, IBM, Armonk, NY, USA)를 이용해서 일원배치 분산분석(one-way ANOVA)으로 분석하고 평균값의 유의적 결과가 나온 변수는 사후검증(Duncan’s multiple range test)을 실시하였으며 모든 실험 결과의 유의성은 p<0.05 수준에서 검증하였다.

이론/모형

유리아미노산 측정을 위해 AccQ-Tag법을 이용하였으며 아미노산 유도체화를 위해 Waters AccQ-Tag Ultra Derivatization kit (Waters, Milford, MA, USA)를 사용하였다. 분석은 Waters ACQUITY UPLC system (Waters, USA)과 2.
Lat, Seoul, Korea)를 이용해 응측기 온도 −80°C, 압력 5 mmTorr 조건하에서 120시간 동결 건조된 시료를 균일하게 마쇄하여 분석시료로 사용하였다. 탄소 및 질소 분석은 N₂O를 N₂로 환원시켜 N₂가스의 부피를 측정하여 정량하는 Dumas법으로 0.2 g씩 칭량 후 원소분석기(Elementary, vario MAX cube., Germany)를 이용하였으며, 조단백질 함량은 질소 농도에 단백질 환산 계수 6.25를 곱하여 나타내었다. 치환성 양이온(P, K, Ca, Mg)분석은 시료 0.

성능/효과

따라서 본 연구에서는 2015년도 식품원료로 등록된 쌍별 귀뚜라미를 고초균과 버섯 균사체를 이용해 발효함으로써 단백질 및 미네랄 성분변화와 발효물의 활용성에 대해 분석하였다. 그 결과, 쌍별귀뚜라미 원료의 탄소원과 질소원의 함량은 발효 후 모든 실험군에서 감소하였다. 원료(S)의 조단백질 함량은 75.
61mg/100 g으로 나타났다. 대조군 원물 대비 발효물의 총 유리아미노산 함량은 쌍별 귀뚜라미 고초균과 새송이버섯 발효물에서 각각 원물의 3.84배, 1.74배 증가하였지만, 동충하초발효물은 0.52배 감소함을 확인 할 수 있었다. 이는 고초균의 단백질 분해효소로 인한 유리아미노산 증가로 보이며 (Baek et al.
Calcium과 magnesium은 근육 수축과 이완을 주로 담당하는 다량무기질로, 결핍 시 tetany와 같은 근육경련 등의 장애를 가져온다(Choi 2006). 분석 결과, Ca의 새송이버섯 발효물을 제외하고 모든 발효물에서 통계적으로 원물 이상의 함량이 분석되어 발효 후 함량 손실 문제는 발생하지 않았다. 하지만 phosphorus의 경우, 새송이버섯 발효물(SP)에서만 원물에 비해 유의적으로 감소함을 확인 할 수 있었다.
쌍별귀뚜라미 원물과 고초균 및 버섯균사체 발효물의 유리아미노산 함량을 분석한 결과, 총 16종의 아미노산이 분석되었으며 필수아미노산 8종, 비필수 아미노산 8종이 검출되었다. 각 실험군에 함유된 총 유리아미노산의 양은 원물11902.
2009)등의 역할을 하는 것으로 보고된 바 있다. 이런 BCAA가 고초균과 새송이버섯 발효물에서 원물에 비해 10.09배, 2.17배 유의적으로 증가함을 보여 발효를 통한 영양성 극대화에 도움을 줄 것으로 보인다. 그리고 우리가 주식으로 섭취하는 쌀, 밀 등의 다양한 곡류에서 가장 크게 결핍된 제 1제한 아미노산인 lysine (Macrae et al.
64배가 고초균 발효물에서 크게 증가한 것을 확인하였다. 이런 결과를 종합해 볼 때, 쌍별 귀뚜라미 버섯균사체 발효 시 유기물 함량이 감소하는 경향이 있으나 고초균 발효 시, 발효취가 충분히 제어된다면 원물에 비해 유리아미노산 및 미네랄 성분의 영양학적 측면에서 도움을 줄 수 있는 것으로 보여진다. 따라서 식용곤충 발효물은 에너지 보충식, 환자식 등 케어푸드의 식품소재로 활용 가능성이 높이고, 나아가 식용곤충 시장 활성화와 저변 확대에 영향을 줄 수 있을 것으로 기대된다.
05). 특히, 간에서 분해되지 않고 말초조직과 근육에서 주로 대사되어 간경화 환자 등 간질환 환자에게 필요한 BCAA 중 valine 3.57배, leucine 2.04배, isoleucine 2.64배가 고초균 발효물에서 크게 증가한 것을 확인하였다. 이런 결과를 종합해 볼 때, 쌍별 귀뚜라미 버섯균사체 발효 시 유기물 함량이 감소하는 경향이 있으나 고초균 발효 시, 발효취가 충분히 제어된다면 원물에 비해 유리아미노산 및 미네랄 성분의 영양학적 측면에서 도움을 줄 수 있는 것으로 보여진다.

후속연구

최근 송이버섯 균사체와 바실러스 이용 발효대두의 향미 분석 연구(Kim et al. 2018)와 같이 미생물 균종별 발효는 이취제어를 통한 원료의 고부가가치화 차원에서도 이용되는바, 발효를 이용한 식품원료의 가공은 영양적, 관능적 측면에서 다양하게 연구되고 있으나 식용곤충의 미생물 균종별 발효특성에 관한 연구는 전무하여 쌍별귀뚜라미의 다양한 발효특성을 구명하여 이용가치를 높이는 방안에 대한 연구가 필요할 것으로 사료된다. 따라서 본 연구에서는 고초균과 버섯균사체 발효에 따른 쌍별귀뚜라미의 유기 및 무기원소와 단백질 외 아미노산 함량 변화를 비교 연구함으로써 미생물 균종들이 원료의 영양성분 변화에 미치는 영향을 분석하고, 나아가 식용곤충을 식품원료로써 사용가치를 증진시키기 위한 기초자료로 제공하고자 하였다.
이런 결과를 종합해 볼 때, 쌍별 귀뚜라미 버섯균사체 발효 시 유기물 함량이 감소하는 경향이 있으나 고초균 발효 시, 발효취가 충분히 제어된다면 원물에 비해 유리아미노산 및 미네랄 성분의 영양학적 측면에서 도움을 줄 수 있는 것으로 보여진다. 따라서 식용곤충 발효물은 에너지 보충식, 환자식 등 케어푸드의 식품소재로 활용 가능성이 높이고, 나아가 식용곤충 시장 활성화와 저변 확대에 영향을 줄 수 있을 것으로 기대된다.
특히, 측쇄에 카르복실기가 있고 산성을 나타내는 친수성의 glutamic acid와 aspartic acid는 감칠맛을 나타내(Lee 2016)정미에 가장 큰 영향을 미친다. 이렇게 감칠맛에 영향을 주는 glutamic acid와 aspartic acid의 함량이 원물에 비해 고초균 발효물에서는 3.30배, 새송이버섯 발효물에서는 1.25배 증가하여 추후 가공식품 분야에서의 활용성을 기대해 볼 수있을 것이다.
2015)등이 보고되어 있다. 이와 같이 식용으로 개발이 가능한 곤충은 외관상 특성으로 인해 원재료 그대로 이용하는 것보다 분말 농축액 등의 소재 형태로 이용성을 증대시키는 방법이 필요할 것으로 보인다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	고초균이란?	고초균(Bacillus sp.)은 예로부터 장을 담그기 위해 콩을 삶아 띄운 메주에 볏짚을 엮어 말리는 과정 중 고초균의 2차 대사산물인 단백질 분해효소에 의해 콩이 발효되어 아미노산으로 저분자화 되는데 사용한 균주이다(Kim et al. 2018).
	우리나라의 합법적인 식용곤충은 무엇이 있는가?	이렇게 미래 식량자원으로 주목받는 식용곤충은 우리나라에서 현재식품위생법제7조 제1항에 따른 식품공전에 등록되어 일반식품원료로 총 7종이 이용가능하다(MFDS 2019). 과거, 식문화를 바탕으로 식품공전에 등록되어 있던 벼메뚜기, 누에 번데기, 백강잠을 비롯하여, 2014년 새로운 식품원료로 등록된 갈색거저리(Tenebrio moliter) 유충과 흰점박이꽃무지 (Protaetia brevitarsis) 유충이 있고, 뒤이어 2015년도에 장수 풍뎅이(Allomyrina dichotoma) 유충과 함께 쌍별귀뚜라미 (Gryllus bimaculatus) 또한 식약처에서 인정한 식품원료로 등록되었다(MFDS 2018). 식용곤충은 종과 서식지 차이에 따라 어느 정도의 영양성분 함량 차이가 있으나, 일반적으로 조단백질이 50~60%, 조지방이 8.
	버섯 균사체의 효능은?	2013). 버섯 균사체는 자실체와 유사한 항암, 체지방 감소, 혈중 콜레스테롤 저하 및 면역증강 효과 등의 활성을 가지며, 특히 성장 중에 콩 속에 있는 isoflavone의 포도당을 분해시켜 aglycone의 형태로 전환시켜 주는 beta-glucosidase를 포함한 섬유소 분해효소, 단백질 분해효소, 지방질 분해효소 등의 다양한 가수분해 효소를 생성하는 것으로 보고되어있다(Lee & Paek 1998).

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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