[논문]초임계이산화탄소 탈지 밀웜(Tenebrio molitor) 분말 및 분리단백의 이화학적 품질 특성

김양지; 김석중

doi:10.9721/kjfst.2020.52.5.516

초임계이산화탄소 탈지 밀웜(Tenebrio molitor) 분말 및 분리단백의 이화학적 품질 특성
Physicochemical properties of supercritical carbon dioxide defatted mealworm (Tenebrio molitor) powder and protein isolate 원문보기

한국식품과학회지 = Korean journal of food science and technology, v.52 no.5, 2020년, pp.516 - 523

김양지 (동덕여자대학교 식품영양학과) , 김석중 (동덕여자대학교 식품영양학과)

초록
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본 연구에서는 고단백질 식품소재로서 밀웜의 활용성을 높이기 위해 탈지 분말 및 분리단백 제조 시, 기존의 압착이나 용매 탈지의 대안으로 초임계이산화탄소(_SCO2) 탈지의 활용 가능성을 조사하였다. 이를 위해 41.37 MPa, 40℃의 _SCO2로 유지를 추출하여 탈지 분말을 제조하고 이로부터 알칼리 추출 및 등전점 침전을 이용해 분리단백을 제조한 후 단백질 함량 변화 및 수율, 색도, 단백질 용해도, 거품 형성력과 안정성, 유화력과 안정성 등의 품질지표를 측정하고 이를 압착과 헥산탈지로 얻은 탈지 분말 및 분리단백과 비교하였다. _SCO2로 밀웜을 탈지하면 단백질 함량(71.66%)이 헥산탈지 분말과 유사한 수준의 탈지 분말을 얻을 수 있었고, 분리단백 추출률도 헥산탈지(37.10%)나 압착탈지(22.39%) 분말보다 높았다. 또한 분리단백의 단백질 수득률도 압착탈지 분리단백보다 높고 헥산탈지 분리단백과 유사하였다. _SCO2탈지 분말과 분리단백은 압착탈지 시료보다 밝은 색상을 보이며 헥산탈지 시료에 가까운 값 L^⁎, a^⁎, b^⁎값을 보였다. 탈지방법에 상관없이 pH에 따른 탈지 분말 및 분리단백의 단백질 용해도는 pH 5에서 최소였으며 산과 염기로 갈수록 증가하였고 분리단백이 더 높은 용해도를 보였다. 수분 흡착력은 분리단백에서 증가하였으며 _SCO2탈지 분리단백에서 가장 높았다. _SCO2탈지 분말의 유지 흡착력은 압착탈지 분말보다 높고 헥산탈지 분말과 유사하였다. 거품 형성력은 분리단백에서 더 높았으며 _SCO2탈지는 헥산탈지와 유사하였다. 유화력은 다른 탈지 분말 및 분리단백에 비해 _SCO2탈지 분말과 분리단백이 약 1.6배 정도 높았다. 이상의 결과로부터 밀웜의 탈지 분말이나 분리단백 제조 시, 단백질 함량, 수율 및 여러 품질 특성에서 _SCO2탈지가 압착탈지보다 전반적으로 우수하였으며 헥산탈지와는 유사하거나 일부 특성에서는 더 우수한 것으로 나타났다.

Abstract ▼ AI-Helper

Supercritical carbon dioxide (SCO2) extraction was applied for the defatting of mealworm to prepare defatted powder (DP) and protein isolate (PI) and compare the process to press and hexane extraction, with respect to DP and PI physicochemical properties. SCO2 DP was obtained by extracting 34.40% oil at 41.37 MPa, 40℃ for 180 min, and the product contained 71.66% crude protein, which is similar to that of hexane DP and higher than that of press DP. In using alkali protein extraction to prepare PI from DP, SCO2 was as effective as hexane and better than press. SCO2 produced brighter DP and PI than press, but not as much as hexane. Protein solubility was similar in all DP, with minimum values at pH 5. The highest water adsorption capacity was noticeable for SCO2 PI, and SCO2 DP showed an oil adsorption capacity comparable to that of hexane DP. SCO2 DP and PI had better foaming capacity than press DP and PI and showed superior emulsion activity compared to others.

주제어

표/그림 (11)

그림 Fig. 1. Scheme for preparing procedure of defatted powder and protein isolate from dried mealworm. Press, hexane and sCO2 (supercritical carbon dioxide) indicate the different defatting methods.
표 Table. 1. Recovery yields and proximate composition of dried mealworm and defatted powder
그림 Fig. 2. Yield of oil extraction from dried mealworm by supercritical carbon dioxide of 41.37 MPa and 40℃. Data represents the mean±one standard deviation (n=3). Different letters indicate significantly different values according to Duncan multiple range test (p<0.05).
그림 Fig. 3. Protein contents of defatted powder (pale) and protein isolated (dark) of mealworm measured by Kjeldahl (A) and Bradford assay (B). Press, hexane, and _SCO2 indicate the defatting methods. Data represents the mean±one standard deviation (n=3). Different letters indicate significantly different values according to Duncan multiple range test (p<0.05).
표 Table 2. Amino acid composition of dried mealworm
그림 Fig. 4. Extraction rate of protein during protein isolate preparation from defatted powder of mealworm. Press, hexane, and _SCO2 indicate the defatting methods. Data represents the mean±one standard deviation (n=3). Different letters indicate significantly different values according to Duncan multiple range test (p<0.05).
그림 Fig. 5. Protein solubility profile of defatted powder (black) and protein isolate (white) of mealworm. Press, hexane, and _SCO2 indicate the defatting methods. Data represents the mean±one standard deviation (n=3).
표 Table 3. Hunter Lab color of defatted powder and protein isolate of mealworm
그림 Fig. 6. Water adsorption capacity (A) and oil adsorption capacity (B) of defatted powder (pale) and protein isolate (dark) of mealworm. Press, hexane, and _SCO2 indicate the defatting methods. Data represents the mean±one standard deviation (n=3). Different letters indicate significantly different values according to Duncan multiple range test (p<0.05).
그림 Fig. 7. Foaming capacity (A) and foam stability (B) of defatted powder (pale) and protein isolate (dark) of mealworm. Press, hexane, and _SCO2 indicate the defatting methods. Data represents the mean±one standard deviation (n=3). Different letters indicate significantly different values according to Duncan multiple range test (p<0.05).
그림 Fig. 8. Emulsion activity index (A) and emulsion stability (B) of defatted powder (pale) and protein isolate (dark) of mealworm. Press, hexane, and _SCO2 indicate the defatting methods. Data represents the mean±one standard deviation (n=3). Different letters indicate significantly different values according to Duncan multiple range test (p<0.05).

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 고단백질 식품소재로서 밀웜의 활용성을 높이기 위해 탈지 분말 및 분리단백 제조 시, 기존의 압착이나 용매 탈지의 대안으로 초임계이산화탄소(_SCO2) 탈지의 활용 가능성을 조사하였다. 이를 위해 41.

제안 방법

CO2를 이용하여 밀웜에서 지방을 제거한 탈지 분말을 제조하고, 이로부터 분리단백을 얻은 후 고단백 식품소재로써 필요한 물리화학적 특성을 분석하였다. 또한 압착탈지 및 헥산탈 지로 얻어진 분말과 분리단백과도 그 특성을 비교하였다.
CO2) 탈지의 활용 가능성을 조사하였다. 이를 위해 41.37 MPa, 40℃의 _SCO2로 유지를 추출하여 탈지 분말을 제조하고 이로부터 알칼리 추출 및 등전점 침전을 이용해 분리단백을 제조한 후 단백질 함량 변화 및 수율, 색도, 단백질 용해도, 거품 형성력과 안정성, 유화력과 안정성 등의 품질지표를 측정하고 이를 압착과 헥산탈지로 얻은 탈지 분말 및 분리단백과 비교하였다.
이에 본 연구에서는 인체에 무해한 친환경 용매로서 다양한 장점을 지닌 _SCO2를 이용하여 밀웜에서 지방을 제거한 탈지 분말을 제조하고, 이로부터 분리단백을 얻은 후 고단백 식품소재로써 필요한 물리화학적 특성을 분석하였다. 또한 압착탈지 및 헥산탈 지로 얻어진 분말과 분리단백과도 그 특성을 비교하였다.

대상 데이터

본 연구에서 사용한 밀웜은 ㈜MG 네츄럴의 진공건조 제품인 ‘골드고소애’(Jeonnam, Korea)로 실험 전에 가정용 믹서로 분쇄하여 사용하였다. _SCO2 제조를 위해서 99.

데이터처리

아미노산 분석을 제외한 모든 실험은 3회 이상 반복 측정하여 그 결과를 평균±표준편차로 표시하였고 SPSS (Statistical Package for Social Sciences, Version 18.0, IBM-SPSS Inc., Chicago, IL, USA)를 이용해 각 시료들 간의 유의차는 사후검정(Duncan’s multiple range test)을 통해 p<0.05 수준에서 나타내었다.

이론/모형

탈지 분말에 존재하는 단백질중 분리단백으로 추출되는 단백질 추출률(%)을 측정한 결과는 Fig. 4에 나타내었으며, 이때 단백질 함량은 비단백태 질소의 오차를 줄이기 위해 Bradford법으로 분석하였다. 그 결과, _SCO2탈지 분말의 단백질 추출률(70.
각 탈지 분말로부터 분리단백의 제조는 Zhao 등(2016)의 방법에 준하여 실시하였다. 먼저 탈지 분말 20 g에 0.
5에 나타내었다. 단백질 용해도는 0.5 N NaOH로 추출되는 총 단백질 중 여러 pH에서 용해되는 단백질의 함량으로 나타내었는데, 이때 단백질 함량 분석은 비단백태 질소 등 시료의 순도에 의해 영향을 크게 받는 Kjeldahl법보다는 이에 대한 영향이 적고 빠른 분석이 가능한 Bradford법으로 하였다(Paredes-Lopez 등, 1989). _SCO2탈지 분말과 분리단백에서 pH에 따른 단백질 용해도는 pH 5에서 최저였고 이후 산성이나 염기성으로 진행될수록 증가하였으며 분리단백의 용해도가 탈지 분말보다 높게 나타났다.
밀웜의 일반성분은 AOAC 표준법에 준하여 Kim 등(2018)의 방법에 따라 분석하였다. 즉, 수분 함량은 105℃ 상압가열 건조법, 조지방 함량은 diethyl ether를 사용한 Soxhlet법, 조단백질 함량은 Kjeldahl 법(질소계수 6.
수분 흡착력과 유지 흡착력은 Zhao 등(2016)의 방법에 따라 측정하였다. 수분 흡착력 측정을 위해 시료 1.
밀웜의 일반성분은 AOAC 표준법에 준하여 Kim 등(2018)의 방법에 따라 분석하였다. 즉, 수분 함량은 105℃ 상압가열 건조법, 조지방 함량은 diethyl ether를 사용한 Soxhlet법, 조단백질 함량은 Kjeldahl 법(질소계수 6.25), 조회분 함량은 550℃에서의 회화법으로 측정하였고 이들 성분 함량을 제외한 값은 탄수화물 및 기타성분 함량으로 하였다.

성능/효과

SCO2, 압착 및 헥산탈지 분말로부터 분리단백을 얻어 단백질함량을 Kjeldahl 및 Bradford 두 가지 방법으로 분석한 결과, 단백질 함량이 증가한 것으로 나타났다(Fig. 3).
SCO2로 밀웜을 탈지하면 단백질 함량(71.66%)이 헥산탈지 분말과 유사한 수준의 탈지 분말을 얻을 수 있었고, 분리단백 추출률도 헥산탈지(37.10%)나 압착탈지(22.39%) 분말보다 높았다. 또한 분리단백의 단백질 수득률도 압착탈지 분리단백보다 높고 헥산탈지 분리단백과 유사하였다.
5 N NaOH로 추출되는 총 단백질 중 여러 pH에서 용해되는 단백질의 함량으로 나타내었는데, 이때 단백질 함량 분석은 비단백태 질소 등 시료의 순도에 의해 영향을 크게 받는 Kjeldahl법보다는 이에 대한 영향이 적고 빠른 분석이 가능한 Bradford법으로 하였다(Paredes-Lopez 등, 1989). _SCO2탈지 분말과 분리단백에서 pH에 따른 단백질 용해도는 pH 5에서 최저였고 이후 산성이나 염기성으로 진행될수록 증가하였으며 분리단백의 용해도가 탈지 분말보다 높게 나타났다. 분리단백에 대해 Zhao 등(2016)와 Zieliska 등(2018)도 유사한 단백질 용해도 특성을 보고한 바 있다.
Table 1에 나타난 바와 같이 모든 탈지 분말은 탈지 전 밀웜에 비해 지방 함량의 감소와 단백질 함량이 유의적으로 증가하였으며 _SCO2탈지는 헥산탈지에 비해 분말에서의 지방 함량이 다소 높았지만, 단백질 함량은 71.66%로 헥산탈지와 유의적인 차이는 없었다. 헥산탈지 분말을 얻기 위해서는 탈지 후 용매를 제거하는 추가적인 공정이 필요하고 용매의 잔류위험이 있지만, _SCO2는 무독성으로 추출과 더불어 제거되기에 추출온도도 낮아 단백질을 포함한 성분의 변화도 최소화될 수 있다(Mariod 등, 2010; Roy 등, 2006).
거품 안정성은 3종의 분리단백 간에는 유의적 차이가 없었으나 탈지 분말보다는 낮아 거품 형성력과 역의 관계였다. 결론적으로 _SCO2탈지로 헥산 탈지와 유사한 거품 형성력과 안정성을 보이는 탈지 분말과 분리단백을 제조할 수 있었다.
95%) 유의적 차이는 없었다. 이러한 결과로부터, 분리단백의 제조 시 분리단백의 수율 및 단백질 추출률 측면에서 _SCO2탈지처리가 다른 탈지처리에 비해 우수하다고 판단되었다.
6배 정도 높았다. 이상의 결과로부터 밀웜의 탈지 분말이나 분리단백 제조 시, 단백질 함량, 수율 및 여러 품질 특성에서 _SCO2탈지가 압착탈지보다 전반적으로 우수하였으며 헥산탈지와는 유사하거나 일부 특성에서는 더 우수한 것으로 나타났다.
한편, 탈지방법에 따른 탈지 분말 100 g으로부터 얻어지는 분리단백의 양(분리단백 수율)을 비교한 결과, _SCO2탈지 분말 (41.56%)이 가장 높았고 압착탈지 분말(22.39%)이 가장 낮았으며 헥산탈지 분말(37.10%)은 중간 수준이었다. 이러한 차이는 _SCO2탈지가 고온으로 가열되는 압착이나 헥산탈지에 비해 저온에서 수행되기에 성분 변화가 가장 적고, 이러한 현상이 높은 수율과 관련된다고 생각되지만 이에 대한 정확한 설명을 위해서는 추가적인 연구가 필요하다고 판단된다.

후속연구

이에 지방이 상대적으로 많고 단백질이 적었던 압착탈지 분말은 유지 흡착력이 낮았으나 분리단백 제조로 유지 흡착력이 증가한 것으로 생각된다. 또한, 압착탈지 동안에 열변성에 의한 소수성 잔기의 노출도 중요하게 관여될 것으로 생각되나 추가 연구가 필요하다고 판단된다.
10%)은 중간 수준이었다. 이러한 차이는 _SCO2탈지가 고온으로 가열되는 압착이나 헥산탈지에 비해 저온에서 수행되기에 성분 변화가 가장 적고, 이러한 현상이 높은 수율과 관련된다고 생각되지만 이에 대한 정확한 설명을 위해서는 추가적인 연구가 필요하다고 판단된다. 탈지 분말에 존재하는 단백질중 분리단백으로 추출되는 단백질 추출률(%)을 측정한 결과는 Fig.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	식용곤충의 이용도가 낮은 이유는?	식용곤충은 세계 113국에서 2000종 이상 식용되고 있으나 곤충섭취에 대한 거부감으로 인해 그 이용도는 매우 낮은 편이다 (Kou imská와 Adámková, 2016). 그러나 앞으로 전 세계적인 인구증가가 예상됨에 따라 식량, 특히 전통적인 동물 단백질원의 공급 부족이 우려되고 있어 새로운 대체 단백질 자원의 발굴이 필요한 상황이다(Godfray 등, 2010).
	새로운 대체 단백질 자원의 발굴이 필요한 이유는?	식용곤충은 세계 113국에서 2000종 이상 식용되고 있으나 곤충섭취에 대한 거부감으로 인해 그 이용도는 매우 낮은 편이다 (Kou imská와 Adámková, 2016). 그러나 앞으로 전 세계적인 인구증가가 예상됨에 따라 식량, 특히 전통적인 동물 단백질원의 공급 부족이 우려되고 있어 새로운 대체 단백질 자원의 발굴이 필요한 상황이다(Godfray 등, 2010). 식용곤충은 가축에 비해 낮은 사육면적 및 온실가스 배출과 수질오염, 그리고 높은 사료전환 효율로 인해 고비용의 동물 단백질에 대한 대체자원으로 여겨지고 있고, 식량농업기구(FAO)도 식량난 해소 및 환경을 보호할 수 있는 미래 식량자원으로 인정하고 있다(Nowak 등, 2016; Van Huis 등 2013).
	국내에 유통, 판매가 가능한 식용곤충에는 어떤 것들이 있는가?	식용곤충은 가축에 비해 낮은 사육면적 및 온실가스 배출과 수질오염, 그리고 높은 사료전환 효율로 인해 고비용의 동물 단백질에 대한 대체자원으로 여겨지고 있고, 식량농업기구(FAO)도 식량난 해소 및 환경을 보호할 수 있는 미래 식량자원으로 인정하고 있다(Nowak 등, 2016; Van Huis 등 2013). 국내의 경우 2016년 식품공전에 누에(Bombyx mori), 백강잠(Bombycis corpus), 벼메뚜기(Oxya chinensis sinuosa), 갈색거저리(Tenebrio molitor) 유충, 흰점박이꽃무지(Protaetia brevitarsis) 유충, 쌍별귀뚜라미(Gryllus bimaculatus), 장수풍뎅이 (Allomyrina dichotoma) 유충의 7종이 식용으로 유통, 판매가 가능한 곤충으로 등록되었다(MSDS, 2016). 특히, 전 세계적으로 널리 분포되어 있는 갈색거저리의 유충인 밀웜은 중국, 네덜란드를 포함한 많은 나라에서 식용되고 있고 단백질 공급원으로서 관심이 높은 곤충 중의 하나이다(Nowak 등, 2016; Van Huis 등, 2016).

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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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