[논문]서양종 꿀벌(Apis mellifera L.) 수벌번데기 동결건조 분말의 영양학적 성분 및 항산화 효과

김정은; 김도익; 구희연; 김현진; 김성연; 이유범; 김지수; 김호혁; 문제학; 최용수

doi:10.5656/ksae.2020.08.0.029

서양종 꿀벌(Apis mellifera L.) 수벌번데기 동결건조 분말의 영양학적 성분 및 항산화 효과
Analysis of Nutritional Compounds and Antioxidant Effect of Freeze-Dried powder of the Honey Bee (Apis mellifera L.) Drone (Pupal stage) 원문보기

한국응용곤충학회지 = Korean journal of applied entomology, v.59 no.3, 2020년, pp.265 - 275

김정은 (전남농업기술원 곤충잠업연구소) , 김도익 (전남농업기술원 곤충잠업연구소) , 구희연 (전남농업기술원 곤충잠업연구소) , 김현진 (전남농업기술원 곤충잠업연구소) , 김성연 (전남농업기술원 곤충잠업연구소) , 이유범 (전남농업기술원 곤충잠업연구소) , 김지수 (전남농업기술원 곤충잠업연구소) , 김호혁 (전남농업기술원 곤충잠업연구소) , 문제학 (전남대학교 농업생명과학대학) , 최용수 (농촌진흥청 국립농업과학원)

초록
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본 연구에서는 양봉산물로서의 가치 평가와 제품다양화를 위한 기초자료 제공을 위해 수벌번데기(16 ~ 20일령)의 영양성분분석 및 이를 이용한 추출물을 제조하고 생리활성 효과를 검정하였다. 수벌번데기 동결건조 분말의 일반성분 분석 결과 수분 1.69 ± 0.07%, 조단백 48.52 ± 0.20%, 조지방 23.41 ± 0.14%, 조회분 4.05 ± 0.02% 였고, vitamin C 14.92 ± 0.52 mg/100 g, vitamin E 6.06 ± 0.11 mg α-TE/100 g 이었으며, 무기성분은 K과 P의 함량(mg/100g)이 각각 1,349.13 ± 34.57 및 1,323.55 ± 43.85로 가장 높게 함유되어 있고, Ca과 Fe의 함량은 각각 55.43 ± 1.51 및 5.49 ± 0.19가 함유된 것으로 분석되었다. 수벌번데기 동결건조분말 중에 함유된 지방산은 포화지방산(g/100g total fatty acids)이 약 59.62, 불포화지방산이 약 40.38을 차지하였고, 고급지방산인 palmitic acid (C16:0)가 35.49 ± 0.08, 그리고 oleic acid (C18:1, n-9)가 35.91 ± 0.22로 다량 함유되어 있었다. 구성아미노산(g/100 g)은 총 38.99 ± 2.63이 함유된 것으로 분석되었고, 유리아미노산(mg/100 g)은 총 5,129.04 였으며, 이중 proline이 1,257.68, glutamic acid가 759.12로 가장 높았다. 수벌번데기 추출물의 DPPH radical-scavenging 활성(㎍/ml)은 증류수추출 시 0.8, 50% EtOH 추출 시 3.2, 70% EtOH 추출 시 6.4, 그리고 EtOH 추출 시 32 농도에서 약 90% 이상이었다. 이와 같은 결과는 항산화능에 기여하는 주요 화합물이 극성계 화합물임으로 추정되었으며, 저분자단백질 또는 유리형 아미노산일 가능성이 높은 것으로 추측되었다. 이상의 결과와 같이 수벌번데기는 우수한 식품원료로의 사용과 새로운 기능성 소재로의 활용을 기대할 수 있을 것으로 사료된다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, we analyzed the nutritional ingredients of drone pupae (16th to 20th instar old) to evaluate the value of bee products and provide basic data for product diversification, and the extracts prepared using these pupae were tested for physiological activity. According to the analysis of the general ingredients of the freeze-dried powder of these bee pupae, the moisture, crude protein, crude fat, and crude ash was 1.69 ± 0.07%, 48.52 ± 0.20%, 23.41 ± 0.14%, and 4.05 ± 0.02%, respectively. Vitamin C and vitamin E were 14.92 ± 0.52 mg/100 g and 6.06 ± 0.11 mg α-TE/100 g, respectively. Regarding minerals, the highest content of K (1349.13 ± 34.57 mg/100 g) and P (1323.55 ± 43.85 mg/100 g) was observed and Ca and Fe were 55.43 ± 1.51 mg/100 g and 5.49 ± 0.19 mg/100 g, respectively. The fatty acids of the water extracted freeze-dried pupae powder accounted for approximately 59.62 of saturated fatty acids and 40.38 of unsaturated fatty acids, and high-quality fatty acids such as palmitic acid (C16:0) was 35.49 ± 0.08 and oleic acid (C18:1, n-9) was 35.91 ± 0.22 (g/100 g total fatty acids). The total amino acid content was 38.99 ± 2.63 g/100 g and the free amino acid was a total of 5129.04 mg/100 g, of which 1257.68 mg/100 g was proline and 759.12 mg/100 g glutamic acid. The DPPH (1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl) radical scavenging activity of the drone pupae extract showed values of 0.8 for distilled water extract, 3.2 for 50% EtOH extract, 6.4 for 70% EtOH extract, and approximately 90% for 32 ㎍/mL for 100% EtOH extract. These results suggest that the main compound contributing to the antioxidant activity is a polar compound, and it is highly likely to be a low-molecular protein or a free amino acid. In conclusion, the honey bee drone pupa is excellent as a food resource and can be utilized as a new functional material for food and functional food.

주제어

표/그림 (11)

표 Table 1. Analytical conditions for amino acids in Apis mellifera drone pupae using the automated amino acid analyzer
표 Table 2. Analytical conditions for fatty acids in Apis mellifera drone pupae using GC*
표 Table 3. Analysis of general components contained in the freeze-dried powder prepared from Apis mellifera drone pupae (%)
표 Table 4. Amino acid composition of freeze-dried powder prepared from Apis mellifera drone pupae
표 Table 5. Free amino acid content in freeze-dried powder prepared from Apis mellifera drone pupae
표 Table 6. Components and concentration of fatty acids in freeze-dried powder prepared from Apis mellifera drone pupae
표 Table 7. Components and concentration of vitamins in freeze-dried powder prepared from Apis mellifera drone pupae
표 Table 8. Mineral content of freeze-dried powder prepared from Apis mellifera drone pupae
표 Table 9. Yield with different solvents used to extract Apis mellifera drone pupae (%)
표 Table 10. DPPH* radical-scavenging activity (%) of Apis mellifera drone pupa extracts prepared using different solvents
표 Table 11. ABTS+ radical-scavenging activity (%) of Apis mellifera drone pupa extracts prepared usinge different solvents

AI 본문요약
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문제 정의

꿀벌 유충은 단백질, 지방산, 비타민, 미네랄의 풍부한 영양 성분(Rumpold and Schluter, 2013)과 함께 요리 후 풍미가 우수한 장점을 가지고 있다(Evans, 2013). 따라서 본 연구에서는 수벌번데기의 식품원로로의 이용가능성을 넓히기 위한 기초자료 제공과 양봉농가의 대량생산 기반을 만들고자 영양성분 분석을 하였으며 아울러 항산화 효과 분석을 통한 수벌번데기의 기능성 식품으로의 가능성을 확인하고자 하였다.

제안 방법

2 여과지(ADVANTEC, Tokyo, Japan)로 여과한 여액을 회전감압농축기(JP/N1200BVW, Eyela, Japan)를 사용하여 농축시킨 후 동결건조하여 실험에 사용하였다. 건조한 시료에 각각의 추출용액을 첨가하여 40 mg/mL의 농도로 제조한 후 0.45 μm syringe filter(NYLON, HM, Korea)로 여과하였으며, 여과한 시료를 농도별로 희석하여 항산화 활성을 평가하였다. 대조군으로 ascorbic acid를 사용하였다.
, 2007). 본 연구에서 수벌번데기의 추출 용매에 따른 수벌번데기 추출물의 free radical-scavenging 활성은 시료에 의한 DPPH의 환원력을 평가하여 비교하였다. DPPH radical-scavenging 활성은 Table 10과 같이 모든 시료에서 추출물의 농도가 증가할수록 DPPH radical-scavenging 활성이 증가하였다.
수벌번데기 동결건조분말을 증류수(DW)와 50, 70 및 100% EtOH를 용매로 하여 유효물질을 추출하였다. 각각의 용매를 이용한 추출물은 여과 후 농축을 행하였으며, 처리구별 추출후의 농축물 수율을 조사한 결과(Table 9), DW로 추출한 처리구에서 45.

대상 데이터

동결건조 수벌번데기 분말을 대상으로 비타민류 13종을 분석하였다. 그 결과(Table 7), 총 4종의 비타민류가 검출되었는데, vitamin C가 14.
시험에 사용된 서양종꿀벌(A. mellifera L.) 수벌번데기는 전라남도농업기술원 곤충잠업연구소에서 사육중인 서양종꿀벌 봉군을 이용하여 산란 후 16∼20일령 사이의 수벌번데기를 수벌번데기 생산 전용 벌집(수벌소초광)을 이용하여 2016년 4월부터 9월초까지 생산하였으며, 생산된 수벌번데기 시료는 초저온냉동고에 보관한 후 Freeze Dryer (FD8512P, 일신바이오, 동두천, Korea)를 이용하여 –70 ~ 85℃에서 72시간 이상 동결건조 후 분쇄하여 -70℃에 보관한 시료를 시험분석에 사용하였다.

이론/모형

Blios (1958)에 준하여 DPPH에 대한 시료의 수소 공여능을 측정하였다. 즉, 일정농도의 시료 10 µL에 0.
조단백질 함량은 Kjeldahl법을 이용하여 단백질자동분석기(K1100, SKZ International Co. LTD, Shandong, China)로 분석하였고, 조지방 함량은 Soxhlet 추출 방법으로 에테르추출법에 따라 측정하였다. 즉 시료 1 g을 원통여과지에 넣은 후 Soxhlet 추출관에서 무수에테르로 8시간 추출한 다음, 수기 중의 에테르를 증발시키고, 98∼100℃ 건조기에서 항량에 도달할 때까지 건조한 후 칭량하여 조지방 함량을 산출하였다.
서양종 꿀벌 수벌번데기 동결건조 분말 내 수분 함량은 Infrared Moisture Meter (FD-720, KETT, Tokyo, Japan)를 이용하여 상압가열 건조법으로 분석하였다. 항량의 용기에 수벌번데기 분말 시료 1 g을 105℃로 항량에 도달할 때까지 건조하여 수분함량을 산출하였다.
서양종 꿀벌 수벌번데기 동결건조 분말의 무기성분 11종(Ca, K, Mg, Fe, Na, Zn, P, Se, Cu, Mn, S)에 대한 분석은 식품공전의 일반시험법과 건강기능식품공전의 시험법에 따라 전처리를 하였고, ICP-OES (PerkinElmer, Waltham, Massachusetts, USA)를 이용하여 전남대학교 공동실험실습관(여수, Korea) 및 농업기술실용화재단(전주, Korea)을 통해 정량분석을 행하였다.
서양종 꿀벌 수벌번데기 동결건조 분말의 비타민 조성은 식품공전 제8항 일반시험법(2.2.2. 비타민류 시험법)과 건강기능 식품공전 제3항 개별성분별 시험법(3.1 비타민)에 근거하여 분석하였으며, 분석은 한국기능식품연구원(경기도 성남, korea)에서 수행하였다.

성능/효과

, 2016, 2020a, 2020b). 결론적으로 수벌번데기는 기존 결과와 비슷하게 주요한 구성성분이 단백질로 약 50% 정도인 것으로 확인되었고, 단백질과 더불어 지방, 탄수화물이 균형 있게 구성되어 있어서 우수한 단백질 공급원 및 중요한 식품원료가 될 수 있을 것으로 판단된다. 그러나 지역별, 시기별, 사양관리 및 수벌번데기의 령에 따라 영양성분에 차이가 있을 것으로 사료되며, 앞으로 이와 관련한 연구가 추가적으로 더 필요할 것으로 판단된다.
동결건조 수벌번데기 분말을 대상으로 비타민류 13종을 분석하였다. 그 결과(Table 7), 총 4종의 비타민류가 검출되었는데, vitamin C가 14.092 ± 0.52, vitamin B₁(thiamin)이 1.55 ± 0.01, 그리고 vitamin B₂ (riboflavin)가 2.93 ± 0.02 mg/100 g이었고, vitamin E (tocopherol)는 6.06 ± 0.11 mg α-TE/100 g의 농도로 각각 함유되어 있음을 확인하였다. 특히 vitamin C의 경우, Choi et al.
동결 건조된 수벌번데기의 지방산 조성 및 그 함량을 분석한 결과, 8종의 포화지방산(Saturated Fatty Acid, SFA)과 3종의 1가불포화지방산 및 2종의 고도불포화지방산(polyunsaturated fatty acid, PUFA)이 검출되었다(Table 6). 포화지방산은 동물성 식품에 함량이 높고 식물성에서는 코코넛유와 팜유에 다량 함유되어 있는데, 수벌번데기에서도 포화지방산이 59.
동결건조 수벌번데기 분말은 16∼20일령기의 번데기 수벌을 분말화한 것으로 수분이 1.69%, 조단백질과 조지방이 각각 48.52%, 23.41%를 차지하고 있었으며, 탄수화물이 22%, 그 외 조회분이 4%로 구성되어 있었다(Table 3). 수벌번데기의 일반성분 분석 결과, 단백질 함량은 동결건조 시료를 사용한 농촌진흥청의 연구결과(Choi et al.
, 1989; Shou, 1969). 수벌번데기 동결건조분말의 구성아미노산 및 유리아미노산 함량을 분석한 결과, 구성아미노산(g/100 g)은 38.99 ± 2.63이 함유된 것으로 분석되었는데(Table 4), 이 중 glutamic acid가 6.16 ± 0.33으로 가장 많이 함유되어 있어 감칠맛을 내는 효과가 있을 것으로 판단되며, 특히 필수아미노산으로써 valine, leucine, lysine 및 isoleucine이 전체 필수아미노산 함량 중 60% 이상 함유되어 있음을 알 수 있었다. 이들 중 leucine, isoleucine 및 valine은 BCAA (Branched-chain Amino Acids, 분지사슬아미노산)에 속하는데, 이는 주로 골격근에서 산화되어 근육의 에너지원으로 이용되는 것으로 알려져 있다(Wagenmakers, 1992; Yang, 2007).
수벌번데기 추출물의 ABTS⁺ radical-scavenging 활성 또한 DPPH radical-scavenging 활성과 동일하게 모든 시료에서 수벌번데기 추출물의 농도가 높을수록 활성이 증가하는 경향을 나타내었으며, 추출물의 동일 농도에서 추출 용매에 따른 시료의 ABTS⁺ radical-scavenging 활성은 50% EtOH 추출 시료가 가장 우수하였고, 다음으로 70% EtOH 추출 시료가 근소하게 낮은 scavenging 효과를 나타내었으며, DW 추출물과 100% EtOH 추출물 순으로 scavenging 효과가 낮아지는 경향을 나타내었다(Table 11). 이러한 차이는 DPPH의 경우 시료에 의한 proton radical (H·)의 공여능을 평가하는 반면, ABTS의 경우 시료에 의한 전자공여능을 평가하는 특징으로부터 기인되었다고 판단된다.
그리고 동일한 농도에서 DPPH radical-scavenging 활성은 DW와 50% EtOH 추출물이 유사하거나(50∼200 μg/mL) DW 추출물이 가장 우수하였으며(400, 500 μ g/mL), 추출 용매의 EtOH 비율이 증가할수록 DPPH radical-scavenging 활성이 감소하는 경향을 나타내었다. 이 결과로부터 본 실험의 시료에 있어 항산화능에 기여하는 주요 화합물은 비극성계 화합물보다 극성계 화합눌임이 시사되었으며, 본 시료가 곤충 추출물임을 고려하였을 때, 저분자 단백질 또는 유리형 아미노산일 가능성이 높은 것으로 추측되었다.
96%로 가장 높았으며, EtOH의 함량이 높을수록 낮은 수율을 나타내었다. 이 결과로부터 수벌번데기 동결건조분말 추출물 중에는 소수성 화합물 보다 친수성 화합물의 함량이 더 높은 것으로 시사되었으며, 곤충 특성상 아미노산 등의 친수성 화합물이 추출물의 함량에 영향을 미쳤을 것으로 추측된다.
이러한 차이는 DPPH의 경우 시료에 의한 proton radical (H·)의 공여능을 평가하는 반면, ABTS의 경우 시료에 의한 전자공여능을 평가하는 특징으로부터 기인되었다고 판단된다. 이와 같은 DPPH와 ABTS를 이용한 수벌번데기 추출물의 항산화 활성을 참고하였을 때, 1차적으로 물을 이용하여 추출한 후, 50% MeOH을 이용하여 2차 추출을 행함으로써 항산화 활성 측면에 있어 보다 효율적인 추출이 가능할 것으로 판단된다.

후속연구

22 mg/100 g이 검출되었다는 보고가 있고, folic acid의 경우 Choi et al. (2009)의 보고와 달리 본 연구의 시료로부터는 검출되지 않아 추후 보다 자세한 검토가 필요할 것으로 사료된다. 이와 같은 결과는 농가현장에서 주로 생산될 가능성이 높은 16∼20일령 수벌번데기를 사용하여 분석한 결과로써, 수벌유충이 섭취한 밀원과 화분에 따라 수벌번데기의 영양성분의 차이가 있을 것으로 사료되며, 또한 생육정도에 의한 차이 및 시료조제방법에 따른 차이 등이 원인으로 작용했을 것으로 추측된다.
이러한 수벌번데기는 국내 양봉농가에서 사육하는 약 200만 봉군에서 농가 관행적으로 봉군 당 제거하는 수벌이 연간 약 2000 톤이 버려지는 것으로 추정된다. 경제적 가치가 전혀 없는 수벌번데기를 식용으로 이용할 경우 양봉농가의 신소득원으로 활용이 가능할 것이다. 최근 국내 연구진들은 양봉농가의 소득 감소 문제를 해결하기 위하여 수벌번데기의 식용화에 관한 연구를 진행하였다.
96%)의 포화지방산 함량보다 낮아 수벌번데기를 식품원료로 충분히 이용가능 할 것으로 보고한 바 있다. 그러나 동결건조 된 수벌번데기의 포화지방산 함량이 불포화지방산함량에 비해 다소 높기 때문에 섭취량을 제한하거나 다른 부재료를 혼합함으로써 포화지방산과 불포화지방산의 비율을 조절할 필요가 있을 것으로 사료된다. 지방산 조성은 영양적 가치외에도 풍미형성에 관여하며(Moon, 2012; Rule et al.
이상 결과와 같이, 수벌번데기는 높은 단백질 농도, 우수한 아미노산, 지방산 등의 조성으로 건강식을 비롯한 각종 식품원료로써 매우 중요하게 이용될 수 있을 것으로 판단되며, 항산화 효과 등을 이용한 건강보조식품으로의 가치도 가지고 있을 것으로 기대된다. 그러나 먼저 수벌번데기를 대량 생산하는 방법, 생산 적기를 규정하여야 할 필요가 있으며 지역별, 시기별, 사양관리 및 수벌번데기의 령에 따라 영양성분에 차이가 있을 것으로 사료되기 때문에 이에 대한 추가적인 연구가 선행되어야 할 것으로 보인다.
결론적으로 수벌번데기는 기존 결과와 비슷하게 주요한 구성성분이 단백질로 약 50% 정도인 것으로 확인되었고, 단백질과 더불어 지방, 탄수화물이 균형 있게 구성되어 있어서 우수한 단백질 공급원 및 중요한 식품원료가 될 수 있을 것으로 판단된다. 그러나 지역별, 시기별, 사양관리 및 수벌번데기의 령에 따라 영양성분에 차이가 있을 것으로 사료되며, 앞으로 이와 관련한 연구가 추가적으로 더 필요할 것으로 판단된다.
, 2007). 그리고 고도불포화지방산으로 linoleic acid는 비만개선 효과가 있으며, linolenic acid는 n-3계열 지방산으로 체내 콜레스테롤 조절 등의 기능을 하기 때문에 수벌번데기가 함유하고 있는 지방산은 주로 콜레스테롤 제거 및 간 기능 개선 효과를 비롯한 비만 개선효과를 기대할 수 있을 것으로 판단된다. 또한 화장품 원료로 많이 이용되는 고급지방산인 palmitic acid와 oleic acid가 각각 35.
그리고 고도불포화지방산으로 linoleic acid는 비만개선 효과가 있으며, linolenic acid는 n-3계열 지방산으로 체내 콜레스테롤 조절 등의 기능을 하기 때문에 수벌번데기가 함유하고 있는 지방산은 주로 콜레스테롤 제거 및 간 기능 개선 효과를 비롯한 비만 개선효과를 기대할 수 있을 것으로 판단된다. 또한 화장품 원료로 많이 이용되는 고급지방산인 palmitic acid와 oleic acid가 각각 35.49, 35.91 g/100 g total fatty acids 함유하고 있어 화장품 소재로도 이용할 수 있을 것으로 기대된다. 그리고 일반적으로 포화지방산과 oleic acid 함량이 높을수록 열처리에 따른 산패에 대한 저항성이 높은 것으로 알려져 있다.
그리고 일반적으로 포화지방산과 oleic acid 함량이 높을수록 열처리에 따른 산패에 대한 저항성이 높은 것으로 알려져 있다. 이러한 지방산조성에 따른 물리적 특성을 고려하여 식용유지로의 용도개발이 이루어지는데, 수벌번데기 유래 지질 또한 식용유지로의 활용을 기대할 수 있을 것으로 판단된다.
이상 결과와 같이, 수벌번데기는 높은 단백질 농도, 우수한 아미노산, 지방산 등의 조성으로 건강식을 비롯한 각종 식품원료로써 매우 중요하게 이용될 수 있을 것으로 판단되며, 항산화 효과 등을 이용한 건강보조식품으로의 가치도 가지고 있을 것으로 기대된다. 그러나 먼저 수벌번데기를 대량 생산하는 방법, 생산 적기를 규정하여야 할 필요가 있으며 지역별, 시기별, 사양관리 및 수벌번데기의 령에 따라 영양성분에 차이가 있을 것으로 사료되기 때문에 이에 대한 추가적인 연구가 선행되어야 할 것으로 보인다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	전 세계적으로 알려져 있는 식용 곤충의 수는?	이와 더불어 미래인류의 식량 부족을 걱정하는 목소리가 증가하고 곤충을 식용으로 이용하여 미래 식량 안보에 대응하고자 하는 주장도 증가하고 있다(De Foliart, 1997). 전 세계적으로 알려져 있는 식용 곤충의 수는 최소 113개국에서 약 2000여종 정도로 알려져 있고(Jongema, 2012) 세계에서 적어도 약 20억 명이 전통적으로 곤충을 식용으로 이용한다고 보고된 바가 있다(Van Huis et al., 2013).
	우리나라에서 사육되고 있는 꿀벌은?	꿀벌은 전 세계적으로 분포된 곤충으로써 우리나라에서는 재래꿀벌(Apis cerana F.)과 양봉꿀벌(Apis mellifera L.)이 사육되고 있다. 한국농촌경제연구원에서 실태조사(2020)한 결과, 국내 양봉농가의 수는 24,629농가로써 약 238만 봉군을 사육하고 있으며 연간 매출액은 5,527억원 정도이다.
	식용 곤충의 영양학적 가치는?	, 2013). 이러한 곤충은 우수한 단백질을 함유하고 있으며, 각종 무기질을 비롯한 비타민류와 엽산을 보유하고 있는(Rumpold and Schluter, 2013) 우수한 영양학적 가치를 가진다. 특히, 곤충은 생활주기가 짧고 저탄소 저비용으로 고효율을 기대할 수 있는 식량자원이다(FAO Regional Office for Asia and the Pacific, 2010; Nakagaki and DeFoliart, 1991).

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상세보기
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저자의 다른 논문 :

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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