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Kafe 바로가기주관연구기관 | 국립농업과학원 National Institute of Agricultural Sciences |
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보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 | 한국어 |
발행년월 | 2016-02 |
과제시작연도 | 2015 |
주관부처 | 농촌진흥청 Rural Development Administration(RDA) |
과제관리전문기관 | 농촌진흥청 Rural Development Administration |
등록번호 | TRKO201600003290 |
과제고유번호 | 1395040699 |
사업명 | 국책기술개발 |
DB 구축일자 | 2016-06-25 |
DOI | https://doi.org/10.23000/TRKO201600003290 |
Ⅳ. 연구개발결과
제1세부과제 : 귀뚜라미의 청정 사육시스템 개발 및 간 보호 기능성 성분 구명
귀뚜라미의 발효사료 개발 및 사육환경 개선으로 발효사료 개발이 영농활용으로 채택되었으며 대두박(두부비지): 쌀겨: 어분: 깻묵=1:1:1:1로 이스트를 40% 수분 반죽기준 이스트(108-9 균수)원액에 물 4-5배희석하여 40도이상 발효 후 여름에는 3일 겨울에는 7일정도 누룩수준으로 굳어 이를 건조 보관후 필요시 섞어 급여하여 사료양의 절감으로 사료경비를 절감할 수 있었으며 폐박스에 초파리방제약을 도포
Ⅳ. 연구개발결과
제1세부과제 : 귀뚜라미의 청정 사육시스템 개발 및 간 보호 기능성 성분 구명
귀뚜라미의 발효사료 개발 및 사육환경 개선으로 발효사료 개발이 영농활용으로 채택되었으며 대두박(두부비지): 쌀겨: 어분: 깻묵=1:1:1:1로 이스트를 40% 수분 반죽기준 이스트(108-9 균수)원액에 물 4-5배희석하여 40도이상 발효 후 여름에는 3일 겨울에는 7일정도 누룩수준으로 굳어 이를 건조 보관후 필요시 섞어 급여하여 사료양의 절감으로 사료경비를 절감할 수 있었으며 폐박스에 초파리방제약을 도포 하는 방제법이 시도되었다. 쌍별귀뚜라미 1일 절식조건을 이행함으로써 귀뚜라미의 이취를 제거하고 장내 미생물번식을 억제하며 향미를 증진시킬 수 있었다. 쌍별귀뚜라미 식용과 관련된 이번 절식조건을 거친 쌍별귀뚜라미를 식품소재로 활용가능케하였다. 귀뚜라미 분획물은 바이러스성 간염이 유발되었을 때 효과적으로 간을 회복시킬 수 있고 알콜 분해 대사도 증진시키므로 간질환 치료제, 건강보조 식품 등의 유효성분으로 사용될 수 있다. 즉, HDL (high density lipoprotein), phospholipid, free fatty acid에서 유의성있는 저해가 관찰되어 갈락토자민 유발 바이러스 간염시 지방대사를 억제하여 간염조직에 지방침착을 억제하며 귀뚜라미 글라이코자미노글라이칸 5 mg/kg, 10 mg/kg 각각을 3일동안 연속으로 랫트에 투여한 군에서는 혈청중의 에탄올, 알카라인포스파타제, AST, ALT의 4개 지표에서 유의적으로 알콜흡수를 저해함을 보여주므로 글라이코자미노글라이칸이 알콜성간염을 호전시킬 수 있을거라 사료되었다. 간보호활성이 기대되는 귀뚜라미 알콜추출물을 용매구배에 따라분획을 나눠 에칠아세테이트 15개 분획, 부탄올분획10개에 대한 LC-MS를 위한 세부정제가 있었고 질량분석(Isotope fine structure) 구조동정되어 일차 분석으로 에칠아세테이트 9건, 부탄올분획 9건이 화학구조식이 동정되었고, 추가 분석으로 에칠아세테이트 7종의 화합물이 동정되었고 부탄올분획에서 15종의 화합물들이 화학식이 동정되었다. 기존 NMR 방법으로는 타우린을 비롯한 아미노산 등이 구조동정 되었다. 귀뚜라미 알콜추출물과 분말에 대한 단당류의 체내 동태(흡수, 대사, 분포, 배설) 조사가 시도되었으며 귀뚜라미 알콜추출물(100 and 200 mg/kg) 한 달 투여 군에서 Gpm6a (glycoprotein m6a), Tmem14a (transmembrane protein 14A) and Fasin (fatty acid synthase) 430개 유전자가 발현증가(upregulated) 되었고 2Cc121b (chemokine ligand 21b), Glycan1 (glycosylation dependent cell adhesion moleule, Serpinb1a (serine proteinase inhibitor) and Tcrb (T-cell receptor beta chain)를 포함하는 235 유전자가 발현감소되었다.
제 1협동과제: 귀뚜라미 식품인증을 위한 원료특성구명
지역별로 수집된 귀뚜라미 원료는 단백질 함량이 60% 내외의 단백질, 15% 내외의 지방을 함유한 원료로서 기존 동물성 식품원료와는 달리 10% 내외의 키틴 껍질에 기인한 섬유소를 포함한 특성으로 이는 동물성 식품에서의 단점을 보완하는 것으로 섬유소함량이 높은 식물성 식품의 특성도 동시에 가진 것으로 판단된다. 이러한 특성을 바탕으로 보다 건강 친화적인 식품원료 사용이 가능하다. 귀뚜라미의 성별에 따른 성분분석 결과, 기본적으로 두 성 별 간 차이는 없었다. 귀뚜라미 사용성을 향상시키기 위하여 분말로 제조하는 건조 가공 처리조건을 설정하고자, 각각의 동결건조, 열풍건조, 볶음건조, 튀김건조 조건하에서 분말을 제조하였다. 각각의 건조 가공 처리조건에서 열풍건조는 90℃/7시간, 볶음건조는 160℃/40분, 튀김건조는 190℃/30초 조건에서 최적 조건으로 설정되었고 설정된 최적 조건으로 제조된 귀뚜라미 분말의 성분검사에서 원료 고유의 특성과 영양적인 성분은 동결건조 조건이 가장 우수한 것으로 나타났으며, 풍미와 향미에서는 볶음건조 조건이 우수한 것으로 나타났다. 식품원료 인증을 위하여 원료 고유의 특성과 영양적인 성분이 우수한 동결건조 조건을 설정하였으며, 식품의 활용성을 고려할 때 발생될 수 있는 분말의 caking 현상, 특유의 향미 및 미생물에 대한 저감화 연구로서 최적 가공처리조건으로 세척 탈수 온수 섭씨 110도 내외 처리 5분 살균 후 탈수 급속동결건조 마쇄 주정침지 탈주정 여과 건조 포장으로 귀뚜라미 분말 가공조건 설정하였다.
식품 원료인증을 위한 성분 분석은 성상, 일반성분, 구성아미노산 조성, 무기질 조성, 중금속 조성, 비타민 조성, 지방산 조성, 대장균, 장출혈성대장균, 살모넬라, 황색포도상구균, 오클라톡신A, 총 아플라톡신에 대한 성적서 및 검사보고서를 제시하였음. 결과 위해 미생물과 독소는 모두 불검출 되었다. 모든 저장온도에서 밝은 정도를 나타내는 L 값의 변화는 유의적인 차이를 나타내지 않으며 수분함량은 저장기간 중 저장온도가 높을수록 증가하는 경향을 보임. 수분활성도는 수분함량과 같이 의미 있는 값의 변화를 나타내지는 않았다. 또한, 산가는 저장 6개월 후 35℃ 및 45℃ 저장구는 2.04및 2.15로 증가하였으나, 25℃ 저장구에서는 1.93을 유지하였음. VBN은 저장 6개월 동안 모든 온도의 저장구에서 변화가 나타나지 않았다.
제2협동연구과제 : 식품원료 인증을 위한 귀뚜라미 안전성 평가
귀뚜라미(분말)의 설치류 단회투여 독성시험으로 암·수 랫드를 이용하여 부형제 대조군과 3 개의 시험군(1,250, 2,500 및 5,000 ㎎/㎏)으로 시험을 수행. 실험기간 동안 일반증상, 체중변화, 통계학적 검정, 동물의 사망 유무 및 실험종료 시 생존동물의 부검소견을 관찰 결과 반수치사량(LD50, Lethal Dose 50)은 5,000 ㎎/㎏ 이상이었다.
귀뚜라미(분말)의 유전독성시험으로 염색체이상시험 수행으로 CHO-k1 cell을 이용하여 대사활성효소계 (S9)를 적용한 대사활성화법 및 적용하지 않은 직접법에서 염색체이상시험을 실시하여 염색체이상을 유발하지 않는 것으로 판단되었다. 또한, 귀뚜라미(분말)의 소핵시험으로 귀뚜라미(분말)을 2000 ㎎/㎏, 1000 ㎎/㎏, 500㎎/㎏의 용량으로 경구 투여 후 24시간에 골수세포를 채취 소핵유발빈도와 세포독성평가 마우스 골수세포에 대한 소핵을 유발하지 않는 것으로 사료되었고. 귀뚜라미(분말)의 복귀돌연변이시험으로 히스티딘 요구성 균주인 TA98, TA100, TA1535, TA1537과 트립토판 요구성 균주인 WP2uvrA를 사용하여 직접법과 대사활성법으로 실시한 결과 복귀돌연변이를 유발하지 않는 것으로 판단되었다.
귀뚜라미(분말)의 비설치류 단회투여 독성시험 암·수 비글개를 이용하여 시험물질을 단회경구투여 함. 부형제 대조군과 4 개의 시험군(312.5, 625, 1,250 및 2,500 ㎎/㎏)으로 시험을 수행. 실험기간 동안 일반증상, 체중변화, 통계학적 검정, 동물의 사망 유무 및 실험종료 시 생존동물의 부검소견을 관찰결과 귀뚜라미(분말)의 개략의 치사량(Approximate Lethal Dose)은 2,500 ㎎/㎏ 이상이었다.
귀뚜라미(분말)의 설치류 13주 반복투여 독성시험으로 랫드에 1,250(저용량군), 2,500(중용량군) 및 5,000(고용량군) ㎎/㎏ 용량, 13주 동안 반복 경구투여, 부형제 대조군과 비교 관찰. 13 주 반복투여에 의한 사망률, 일반증상, 체중변화, 사료섭취량, 안검사, 요검사, 혈액학적 검사, 혈액응고시간 검사, 혈액생화학적 검사, 부검소견 및 조직병리학적 소견 관찰결과 무독성량(NOAEL, No observed adverse effect level)은 5,000 ㎎/㎏ 이상이며 표적장기는 관찰되지 않았다.
귀뚜라미(분말)의 피부감작성시험으로 귀뚜라미(분말)을 반복적으로 투여하여 감작유도 시킨 후 야기시켜 Magnusson and Kligman 평가 방법에 따라 감작률 산출결과 : 감작률 0 %, 피부감작성 평가 기준에 따라 “매우 약함”(I 등급)으로 평가되었다.
Development of cricket clean rearing system and identification of hepato-protective substance
Fasting conditions and dietary phenamena of edible cricket (Gryllus bimaculatus)
This study aimed to determine a feed withdrawal duration time of Gryllus bimaculatus (Gb), for removal of intestinal fe
Development of cricket clean rearing system and identification of hepato-protective substance
Fasting conditions and dietary phenamena of edible cricket (Gryllus bimaculatus)
This study aimed to determine a feed withdrawal duration time of Gryllus bimaculatus (Gb), for removal of intestinal feces. To commercialize Gb as an edible insect, we attempted to prevent the proliferation of micro-organisms and improve taste of Gb by removing intestinal feces of live crickets. The results suggest that 1 day is deemed to be an adequate time for feed withdrawal, when it usually takes 1 day to deliver live crickets from the farm to a destination.
Effects of Gb fractions on viral hepatitis
Several Gb fraction samples derived from ethanol extracts of Gb crickets, such as Gb butanol fraction, Gb ethylacetate fraction, Gb chloroform fraction, and Gb hexane fraction (100 mg/kg each), were examined for their liver protective effects against viral hepatitis in SD rats. We used silymarin 40 mg/kg as a positive control. Rats in each group were given galactosamine 1 g/kg, followed by treatment of each fraction sample for consecutive 3 days. In a group treated with Gb chloroform fraction (CHCl3), inhibitory effects of such fraction against serum alkaline phosphatase (p<0.05), HDL (p<0.05), creatinine kinase, and phospholipid (p<0.05) in the blood were observed. Further, inhibitory effects of Gb ethylacetate fraction (EtOAC) against HDL, phospholipid, and free fatty acid were significant (p<0.05), suggesting that Gb ethylacetate fraction is involved in the fat metabolism in galactosamine induced viral hepatitis to inhibit fat accumulation to hepatitis tissues. Gb hexane fraction also exhibited an effect to decrease the amounts of HDL and phospholipid only in the blood.
Effects of Gb fractions on alcoholic hepatitis
In case of alcoholic hepatitist study, several Gb fractions of Gb crickets (100 mg/kg each), were intraperitoneally given glycosaminoglycan (GAG, 5 or 10 mg/kg), followed by treatment of each fraction sample. One hour later, 1.5 mL of 30% ethanol was orally administered to all groups. The above procedure was repeated for consecutive 3 days. The serum alcohol concentration decreased by 0.08%, when treated with PBS only. However, the serum levels of alcohol in groups treated with Gb etylacetate fraction, Gb chloroform fraction, and hexane fraction decreased by 0.06%, 0.02% and 0.01%, respectively. The loss of serum alcohol concentrations was observed in the groups treated with 5 mg/kg and 10mg/kg of GAG, and the levels of alanine transaminase (ALT) also decreased. The results suggest that GAG may improve alcoholic hepatitis. We could also confirm the decreased levels of creatinine, hyaluronate and free fatty acid in the blood.
Identification of cricket originated food for its certification
Changes in the characteristics and quality index components of cricket (Gb) as food ingredient under various processing conditions
Insects have gained increasing attention as an alternative protein and nutrient rich food source for humans. This study was conducted to investigate the physicochemical characteristics and harmful components of edible crickets (Gb) in the 6 districts of Yeonggwang (YG), Jeongseon (JS), Wonju (WJ), Hwaseong (HS), Geochang (GC), and Chungju (CJ). The average crude protein and crude lipid contents on a dry basis were 64.34% and 16.60%, respectively. The crude protein content of CJ was the highest (67.40%), whereas YG (59.42%) had the lowest content. On the other hand, the crude fat content of YG was the highest (20.61%), whereas CJ (14.04%) had the lowest content. The unsaturated fatty acid contents were 57.97-63.93 g/100 g of the total fatty acid content in the crickets of the 6 districts. The major fatty acids of the crickets in the 6 districts were palmitic acid, oleic acid, and linoleic acid. Among the essential amino acids, valine, leucine, and lysine were the most abundant. GC had the highest total amino acids (57.93 g/100 g), whereas YG (48.65 g/100 g) had the lowest. Major mineral contents included potassium (K, 0.92~1.01 mg/100 mg) and phosphorus (P, 0.74~0.88 mg/100 mg). The mineral composition was fairly similar among the crickets. Crickets in the 6 districts were verified to have safe levels of residual heavy metals according to the Korea Food & Drug Administration advisory levels.
Development of optimal processing condition and quality index components and registration of cricket (Gb) as food ingredient
This study was carried out to investigate the quality characteristics of cricket (Gb) prepared with various processing conditions for use as food. These conditions included the lyophilization process(LP), hot-air process(HP), roasting process(RP) and frying process(FP). The contents of crude protein and crude ash (mineral content) in LP, and crude fat in FP, chitin contents in FP, and unsaturated fatty acids in LP, had most contents compared with other processing conditions. The agricultural pesticides, heavy metals and microbial analysis, Lead(Pb), arsenic(As) and pathogens were not detected in these crickets. Powder processing was developed to highlight the various nutrients of cricket as food ingredient. Processing was optimized by removal of off-flavor that occurred during processing and improvement of sterilization condition. At last, cricket (Gb) was temporally approved as a food ingredient (2015.09) on the basis of record that crickets as food materials and no toxicity scientific data.
Development process and determining the shelf-life of cricket (Gb) powder as food ingredient
This study was carried out to investigate the changes in the quality characteristics during storage and determine the shelf-life of cricket powder prepared by standard manufacturing process. The Cricket was autoclaved, lyophilized, ground, packaged with AL/PET/LLDPE film and stored at 25, 35 and 40℃ for 6 months. Sensory evaluation of crickets stored at 25℃ and 35℃ showed similar score during storage but cricket stored at 40℃ showed significant difference(p<0.05). Moisture content, acid value, oleic acid, and flavor were selected as an indicating parameter for the shelf-life establishment of cricket powder. Based on the 25℃, the shelf-life of cricket powder considering moisture content was predicted as 18 months.
The safety evaluation on toxicity study of cricket based food ingredients
Crickets have been attracting considerable interest in the field of nutrition and toxicology due to the global exhaustion of food resulting from a growing population. The cricket is normally eaten in several countries after roasting, similar to the grasshopper; however, safety evaluation data on cricket powder is limited. Here, we performed general toxicity studies of cricket powder including a single, 2-week repeated dose range evaluation test, a 13-week repeated oral dose toxicity test in Sprague-Dawley rats, a single oral dose toxicity test in Beagle dogs, and a skin sensitization test in guinea pigs following the Organization for Economic Cooperation and Development test guidelines 406 and 408 in addition to Good Laboratory Practice. To investigate the NOAEL and target organs of cricket powder, Sprague-Dawley rats were allocated to 4 groups: vehicle control, 1,250 mg/kg, 2,500 mg/kg, 5,000 mg/kg dose test groups and cricket powder was administered over 13 weeks after single dose and dose range finding studies in rats based on the results of the single oral administration toxicity study in rats and Beagle dogs. The results of the study showed that the NOAEL of cricket powder was over 5,000 mg/kg for both sexes of rats without adverse effects in a 13-week repeated oral toxicity study, 2,500 mg/kg/day in beagle dogs, and there was no skin hypersensitivity reaction. Therefore, our results reveal that crickets can be widely used as a new substitute food or nutrient resource. No potential adverse effects of Cricket powder(Gryllus bimaculatus) were assessed in acute(SD, beagle dog), 13-weeks repeated oral dose toxicity study with Sprague-Dawley rats and genotoxicity test in accordance to OECD test guidelines and KFDA Notifications.
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