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문제 정의
- 본 연구에서 기주식물에 따른 풀무치 영양성분의 특성을 구명하여 용도별 선택 가능한 먹이원의 정보를 제공하고, 중금속, 병원성미생물 등의 유해물질을 비교분석하여 향후 풀무치를 식용곤충으로 활용하기 위한 안전성을 확보하고자 하였다.
- 67%로 나타났으며 지방산에는 포화지방산(팔미트산, 스테아르산 등)과 불포화지방산(올레산, 리놀레산(오메가-6), 리놀렌산(오메가-3) 등, 칼륨, 인, 마그네슘, 아연 등의 무기질을 포함하는 것을 확인하였다[농촌진흥청, 2017]. 이와 같이 영양성분은 기주식물에 따라 변화되므로 본 연구에서 기주식물인 옥수수와 밀을 먹이원으로 적용 하였을 때 풀무치의 영양성분과 유해물질 함량의 차이를 알아보고자 비교분석하였다.
제안 방법
- 동결건조된 풀무치의 안전성 확인을 위해 식품공전의 규정에 따라 병원성 미생물인 식중독균(Escherichia coli O157:H7, Salmonella spp.) 유무를 검사하였다[13]. 대장균 O157:H7(E.
- 불꽃이온화 검출기가 장착된 gas chromatography(US/HP 6890, Agilent Technologies, Seoul, Korea)에 capillary column (Sigma-Aldrich SP-2560, St. Louis, MO, USA)과 검출온도 285℃, 흐름속도 0.75 mL/min, 주입량 1 μL, 오븐온도 100℃ (4 min), 208℃ (3℃/min), 244℃ (15min)의 분석조건으로 지방산을 분석하였다.
- 조단백질 함량은 micro-Kjeldah법을 이용하여 질소정량법으로 조단백질 함량을 측정하였고, ether 추출법에 따라 조지방 성분 함량을 측정하였다. 수분, 조회분, 조단 백질, 조지방의 분석된 함량으로부터 탄수화물 함량을 계산 하였다.
- 영양성분 중 포화지방산(myristic acid, palmitic acid, stearic acid)와 불포화지방산(linolenic acid, eicosapentaenoic acid, docosahexaenoic acid 등)의 함량을 조사하였다. Folch 등[14]의 방법에 따라서, 시료 50 g과 chloroform:methanol(2:1, v/v) 용액 250 ml을 homogenizer 3000 ppm으로 균질하여 지질을 추출하였다.
- 옥수수와 밀을 먹은 풀무치(LC, LW)를 대상으로 17종의 구성아미노산 함량을 분석하였다(Fig. 1, Fig. 2). LC와 LW의 구성아미노산 중 필수아미노산은 각각 23.
- 옥수수와 밀을 먹은 풀무치(LC, LW)의 지방산 조성을 불포화지방산과 포화지방산으로 나누어 분석하였다(Fig. 3). 전체 지방산 함량 중 불포화지방산 함량은 LC와 LW에서 각각 74.
- 준비된 풀무치 시료는 600℃의 전기로에서 2시간 이상 회화시키고 염산용액(1:1, w/v)을 첨가하여 18시간 방치하며 용해하였다. 용해된 시료를 No. 6 여과지(Whatman International Co., Maidstone, UK)로 여과하였고, 무기질과 중금속 함량은 inductively coupled plasma optical emission spectrometer (ICP-OES, Horiba, Kyoto, Japan)를 이용하여 분석하였다[13].
- 대장균으로 간주되는 보라색 집락을 보통한천배지에 접종하였으며 순수 배양하였다. 이 후 그람염색법과 O/H 혈청형 시험법을 이용하여 대장균 유무를 확인하였다. 살모넬라균 (Salmonella spp.
- 조사된 영양성분 중 구성아미노산 성분으로 필수아미노산(methionine, threonine, valine, isoleucine, leucine, phenylalanine, lysine, histidine) 및 비필수아미노산(cysteine, aspartic acid, serine, glutamic acid, glycine, alanine, tyrosine, arginine, proline)의 조성을 확인하였다. 아미노산은 Ninhydrin법에 의해 조사하였다[13].
- 공인분석화학자협회(Association of Official Analytical Chemists, AOAC)[13]의 기준에 따라 풀무치의 일반성분은 조사하였고, 수분 함량은 105℃ 상압건조법, 조회분 함량은 550℃ 직접회화법을 이용하여 분석하였다. 조사된 영양성분 중 일반성분인 조단백질, 탄수화물, 조회분 조섬유의 조성을 확인하였다. 조단백질 함량은 micro-Kjeldah법을 이용하여 질소정량법으로 조단백질 함량을 측정하였고, ether 추출법에 따라 조지방 성분 함량을 측정하였다.
- 풀무치 시료 체내의 무기질(칼륨, 인, 마그네슘, 칼슘, 아연, 철, 망간, 구리 등)과 유해물질로서 중금속 (납, 카드뮴, 비소, 수은) 분석을 위해 동결건조된 시료 분말 50 mg을 예비회화 시켰다. 준비된 풀무치 시료는 600℃의 전기로에서 2시간 이상 회화시키고 염산용액(1:1, w/v)을 첨가하여 18시간 방치하며 용해하였다.
- 2) 50 ml를 넣어 희석시켰다. 희석된 시료는 여과지(0.45 um, Pall Life Sciences, California, USA)를 이용해 여과한 후 아미노산분석기(L-8900 High-speed Amino Acid analyzer, Hitachi, Tokyo, Japan)를 이용하여 아미노산을 분석하였다.
대상 데이터
- 그런 다음 동결건조기(Ilshinbiobase, Dongducheon, Korea)를 이용하여 약 65±5시간 동안 건조시켰다. 100 메쉬로 분쇄기(Garyeo Industry, Siheung, Korea)에 분쇄하여 풀무치 분말을 제조하였다.
- 밀과 옥수수를 먹인 풀무치는 온도 28±2℃, 상대습도 65%, 광주기 9L:15D 조건의 실내사육실에서 사육하였고[농촌진흥청, 2017], 기주식물(밀, 옥수수)별로 사육한 풀무치를 전라남도(장성 소재)의 농가에서 구입해 실험에 사용하였다.
- 밀과 옥수수를 먹인 풀무치는 온도 28±2℃, 상대습도 65%, 광주기 9L:15D 조건의 실내사육실에서 사육하였고[농촌진흥청, 2017], 기주식물(밀, 옥수수)별로 사육한 풀무치를 전라남도(장성 소재)의 농가에서 구입해 실험에 사용하였다. 풀무치 성충의 기주식물별(옥수수, 밀) 영양성분 특성 분석과 안전성 검증을 위해 전라남도(장성 소재) 농가에서 구입하였다. 사육망 안에서 약1일간 절식시킨 풀무치는 영하 70℃의 초저온 냉동고(NIHON freezer, Tokyo, Japan)에서 24시간 이상 급속냉동 후 해동시켜 분변 및 이물질을 제거를 위해 흐르는 물에 2-3회 세척하였다.
이론/모형
- 영양성분 중 포화지방산(myristic acid, palmitic acid, stearic acid)와 불포화지방산(linolenic acid, eicosapentaenoic acid, docosahexaenoic acid 등)의 함량을 조사하였다. Folch 등[14]의 방법에 따라서, 시료 50 g과 chloroform:methanol(2:1, v/v) 용액 250 ml을 homogenizer 3000 ppm으로 균질하여 지질을 추출하였다. 무수황산나트륨으로 수분을 제거하고 여과액을 50-55℃에서 농축한 후, 1 ml 트리코산산을 첨가하고, 1 ml 0.
- 공인분석화학자협회(Association of Official Analytical Chemists, AOAC)[13]의 기준에 따라 풀무치의 일반성분은 조사하였고, 수분 함량은 105℃ 상압건조법, 조회분 함량은 550℃ 직접회화법을 이용하여 분석하였다. 조사된 영양성분 중 일반성분인 조단백질, 탄수화물, 조회분 조섬유의 조성을 확인하였다.
- 조사된 영양성분 중 구성아미노산 성분으로 필수아미노산(methionine, threonine, valine, isoleucine, leucine, phenylalanine, lysine, histidine) 및 비필수아미노산(cysteine, aspartic acid, serine, glutamic acid, glycine, alanine, tyrosine, arginine, proline)의 조성을 확인하였다. 아미노산은 Ninhydrin법에 의해 조사하였다[13]. 시료는 각각 50 mg을 취해서 분해병에 넣은 후, 6 N-염산 40 ml를 가하고 질소가스를 주입하였다.
- XLD 한천배지에 접종 후 집락의 중앙 부분이 검거나 붉으면 보통한천배지에 접종하여 36±1℃, 24시간 동안 배양하였다. 이 후, TSI 한천배지(Triple Sugar Iron Agar, Thermo Fisher Scientific, UK)에 접종 후 살모넬라균으로 의심될 경우, 그람염색법과 살모넬라균(Salmonella spp.) O/H 혈청 응집 시험법으로 확인하였다.
- 조사된 영양성분 중 일반성분인 조단백질, 탄수화물, 조회분 조섬유의 조성을 확인하였다. 조단백질 함량은 micro-Kjeldah법을 이용하여 질소정량법으로 조단백질 함량을 측정하였고, ether 추출법에 따라 조지방 성분 함량을 측정하였다. 수분, 조회분, 조단 백질, 조지방의 분석된 함량으로부터 탄수화물 함량을 계산 하였다.
성능/효과
- 2). 2번째로 많은 함량을 나타내는alanine은 간기능을 활성화시켜 숙취예방과 해독작용을 하는 것으로 알려져 있으며[16], LW에서 7.2%로 LC (6.9%)보다 1.1배 많았다. LC와 LW에서 3번째로 높은 수치를 나타 낸 aspartic acid는 중추신경계를 보호하고 피로에 대한 저항성 및 지구력을 증가시키는 것으로 알려져 있다[17].
- 8개의 불포화지방산 중 γ-linolenic acid, eicosenoic acid, eicosapentaenoic acid (EPA), docosahexaenoic acid (DHA) 4종은 불검출 되었다.
- LC와 LW의 미량 무기질 함량 분석 결과, 아연(16.2 mg/100 g과 29.8 mg/100 g), 구리(29.6 mg/100 g과 3.0 mg/100 g), 망간(6.4 mg/100 g과 0.0 mg/100 g) 순이었다(Fig. 4B).
- 3%이다[16, 17]. LC와 LW의 필수아미노산 함량은 갈색거저리(17.8%)보다 1.3배 높았고, 비필수아미노산은 아메리카왕거저리(34.3%)보다 1.1배 높았다.
- 기주식물(옥수수, 밀)에 따른 풀무치의 일반성분 분석 결과(Table 1), 건조중량 기준 조단백질 함량이 69.8-77.3%로 가장 많았고, 조지방 6.5-14.3%, 조섬유 9.4-13.4%, 탄수화물 8.2-11.7%, 조회분 3.2-4.1%를 함유하고 있었고, 수분은 0.9-3.8%였다. 조단백질은 밀을 먹은 풀무치(LW)에서 77.
- 5배 많았다. 또한 필수아미노산 (22.43%와 22.72%), 불포화지방산(74.2-77.3%) 등 체내에서 합성되지 않는 영양소를 많이 함유하고 있을 뿐만 아니라, 중금속, 병원성 미생물 등 유해물질 분석 결과 안전성이 검증되었다.
- 또한, 대부분의 식용곤충이 필수지방산 중 oleic acid 함량이 가장 높은데 반해, 풀무치는 α-linolenic acid(오메가 3) 함량이 가장 높았다.
- 2배 많게 나타났다. 또한, 아미노산은 필수아미노산과 비필수아미노산의 경우 LW와 LC의 성분함량이 거의 차이가 없었다. 지방산의 경우에도 포화지방산과 불포화지방산의 성분함량의 차이가 거의 없었다.
- LW에서 가장 높은 함량을 차지하는 칼륨(K)은 근육의 수축과 이완, 나트륨의 과잉섭취로 유발된 고혈압에 대한 보호기능이 있으며[31-33], 칼륨/나트륨의 섭취비율을 1에 가깝게 유지하는 것이 고혈압 예방에 중요하다고 연구되어 있다[34, 35]. 본 연구에서 풀무치 시료의 LW는 LC보다 칼륨 함량이 약 3.6배 높게 나타났다. LW에서 2번째로 높은 함량을 나타낸 인(P)은 LW가 LC에 비해 1.
- 아연(Zn)은 면역 반응 조절, 항산화, 효소 보조인자, 정자 형성과 스테로이드 합성, 비타민 A 대사, 인슐린 저장과 방출, 에너지 대사, 단백질 합성, 세포 분화, DNA 전사 조절 기능이 알려져 있다[20, 39-41]. 본 풀무치 시료의 무기질 함량 중 아연(Zn)은 LW가 LC보다 1.8배 높았으며, 구리(Cu)는 LC에서 LW에 비해 9.9배 높은 함량을 나타냈다. 구리(Cu)는 아연과 더불어SOD (Superoxide dismutase)라고 하는 역돌연변이 촉매 금속효소 (metalloenzyme)와 깊은 연관이 있으며, 아연이나 구리가 결핍되었을 시 SDO의 활성도가 감소되어 산화적 손상이 오는 것으로 알려져 있다[42, 43].
- 불포화지방산 중 α-linolenic acid가 가장 많은 함량을 나타냈고 LC에서 39.9%로 LW (32.5%)보다 1.2배 높게 검출되었다.
- 01 mg/kg, 카드뮴은 검출되지 않았다. 비소는 두 시험군 모두 미검출되었으며, 수은은 LC, LW 모두 0.01 mg/kg으로 검출되었다. 식용곤충 (갈색거저리, 흰점박이꽃무지, 쌍별귀뚜라미, 장수풍뎅이) 중금속 관리 기준은 현재 납(0.
- 비필수아미노산은 체내에서 합성되어 생성되기 때문에 굳이 섭취할 필요가 없는 아미노산이다[15,16,18]. 비필수아미노산인 cysteine, aspartic acid, serine, glutamic acid, glycine, alanine, tyrosine, arginine 및 proline 중에서 뇌의 발달이나 기억력에 기여하며, L-글루탐산일나트륨(monosodium L-glutamate, MSG)의 기본성분이 되는glutamic acid는 비필수아미노산 중 LC에서 7.3%로 가장 많은 함량을 나타났고, LW에서도 7.1%로 비슷하였다. LW에서 가장 많은 양을 차지하는 aspartic acid는 LW에서 7.
- 01 mg/kg으로 검출되었다. 식용곤충 (갈색거저리, 흰점박이꽃무지, 쌍별귀뚜라미, 장수풍뎅이) 중금속 관리 기준은 현재 납(0.1-0.3 mg/kg), 카드뮴(0.05-0.3 mg/kg), 비소(0.1 mg/kg, 갈색거저리와 흰점박이꽃무지에만 적용)로 정해져 있으므로, LC, LW의 중금속 함량은 현 식용곤충 중금속 관리 기준 내에서 검출되었다. Table 2에서 보는 바와 같이, 병원성 미생물인 대장균과 살모넬라균은 LC와 LW에서 모두 불검출 되었다.
- 옥수수를 먹은 풀무치(LC)와 밀을 먹은 풀무치(LW)의 다량무기질 함량을 비교분석한 결과, 칼륨(318.0 mg/100g과 1144.1 mg/100g), 인(621.1 mg/100g과 808.6 mg/100g), 마그네슘(96.0 mg/100g과 137.1 mg/100g), 칼슘(67.9 mg/100g과 77.4 mg/100g) 순으로 나타났다(Fig. 4A). 칼륨(K), 인(P)의 경우에는 LW가 LC 비해 1.
- 위의 결과에 따르면 특히 α-linolenic acid와 oleic acid와 같은 불포화지방산 함량이 높게 나타난 것으로 보아 풀무치 분말을 섭취할 경우 체지방과 콜레스테롤 감소 및 항산화 효능이 있을 것으로 사료된다.
- 위의 모든 결과에서 LW가 LC보다 탄수화물과 조지방이 1.4배, 2.2배 많게 나타났다. 또한, 아미노산은 필수아미노산과 비필수아미노산의 경우 LW와 LC의 성분함량이 거의 차이가 없었다.
- 4배 적은 함량이었다. 이상의 결과로 볼 때, LC와 LW는 전체적으로 일반성분이 우수한 것으로 생각된다.
- 3). 전체 지방산 함량 중 불포화지방산 함량은 LC와 LW에서 각각 74.2%와 72.5%, 포화지방산은 25.9%와 27.2%로 기주식물에 따른 차이가 없었으며, 불포화지방산 함량이 포화지방산보다2.7-2.9배나 높게 나타났다. Fig.
- )의 유해물질 검사 결과를 Table 2에 나타내었다. 중금속 4종의 분석 결과, LC에서 납은 0.13 mg/kg, 카드뮴은 0.03 mg/kg 검출되었고, LW에서는 납은 0.01 mg/kg, 카드뮴은 검출되지 않았다. 비소는 두 시험군 모두 미검출되었으며, 수은은 LC, LW 모두 0.
후속연구
- 2). 이미 등록된 식용곤충 들처럼 LC와 LW 모두 아미노산 함량이 풍부하며, 특히 분지 사슬 아미노산 함량이 많기 때문에 단백질 섭취가 더욱 중요한 운동선수, 노인, 수술 후 회복기 환자 등에게 활용도가 높을 것으로 생각된다.
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