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ISSN : 1225-0171(Print)
ISSN : 2287-545X(Online)
Korean Journal of Applied Entomology Vol.63 No.4 pp.323-333
DOI : https://doi.org/10.5656/KSAE.2024.011.0.042

Identification Condition of According to Pre-treatment Conditions of Protaetia Brevitarsis Defecation-Induction Feeding Using Processing By-Products

Gug-In Han*, Moon-Tae Choi, Hyo-Ryeo Jo, Myeong-Hyeon Nam, Jeong Lee, Seung-wan Son, Yong-seok Choi, Ga-soon Lee, Byeong-su Kim1
Chungcheongnam-do Agricultural Research and Extension Services, Yesan 32418 Korea
1Department of Companion and Laboratory Animal Science, Kongju National University, Yesan 32439 Korea
*Corresponding author:kuh5201@korea.kr
August 19, 2024 November 8, 2024 November 13, 2024

Abstract


White-spotted flower chafer beetle (Protaetia brevitarsis) larvae, which are used for food and medicinal purposes, are customarily fed processing by-products such as glutinous rice and bean curd refuse to induce defecation during pre-treatment. This practice helps to reduce production costs, increase nutritional value, and mitigate unpleasant taste. In this study, the effects of using defecation-inducing feed materials for larvae, such as red ginseng, goji berry pomace, garlic by-products, and black garlic pomace, were investigated, and optimal pre-treatment conditions were established. To this end, we examined defecation-inducing feeding, weight loss, survival rates, and indicator substances. The fiber content of larvae fed processing by-products was 9.91% lower than that of untreated (fasting) larvae across all treatments. Using regression analysis of the daily weight loss and survival rates of larvae, we estimated the optimal number of larvae for a defecation-inducing feeding container measuring 264×194×192 mm (W×H×D) based on the processing by-product input. The number of larvae feeding on red ginseng and black garlic meals were 180 and 175, respectively. This was higher than the number of larvae in other treatment groups. The total ginsenoside, betaine, and pyruvate contents after defecation-inducing feeding, based on the larvae killing and freeze-drying methods, were highest when frozen at -20°C followed by freeze-drying. In particular, the total ginsenoside content was significantly higher in the red ginseng meal group that underwent freeze-drying after freezing compared to the other treatment groups. Therefore, it is considered most appropriate to use red ginseng meal as a defecation-inducing feed during pre-treatment, followed by freezing and freeze-drying.



가공부산물 이용 흰점박이꽃무지 배변유도섭식에 따른 가공전처리 조건 구명

한국인*, 최문태, 조효려, 남명현, 이정, 손승완, 최용석, 이가순, 김병수1
충청남도농업기술원
1국립공주대학교 특수동물학과

초록


식·약용으로 사용되고 있는 흰점박이꽃무지(Protaetia brevitarsis) 유충은 가공 전처리 시 배변 유도 섭식물로 찹쌀과 비지를 사용하고 있으나 생산비 절감, 영양적 가치 증대, 이취감 저감을 목적으로 가공부산물로 대체할 필요가 있다. 본 연구는 유충의 배변유도섭식물로 홍삼박, 구기자박, 흑마늘박, 마늘부산물 등을 활용하여 이에 대한 효과를 구명하고, 전처리 조건을 확립하였다. 이를 위해 섭취 한 후 배변유도, 체중 감소율, 생존율, 지표물질 등을 조사하였다. 가공부산물을 섭식한 유충의 섬유질 함량은 모든 처리구에서 무처리(절식) 9.91% 보다 낮은 섬유질 함량을 보였다. 유충의 일별 체중 감소율과 생존율을 회귀분석하여 가공부산물 투입에 따른 사육 용기(264×194×192 mm (W×H×D)) 내 적정 마릿수를 추정한 결과 홍삼박과 흑마늘박 섭식구가 180과 175마리로 다른 처리에 비해 높은 경향을 보였다. 유충의 살처리 및 동결건조방법에 따른 total ginsenoside, betaine, pyruvate함량은 -20°C 냉동 처리 후 동결건조한 것이 가장 높았으며, 특히 냉동 후 동결건조 처리한 홍삼박 섭식구의 total ginsenoside함량은 다른 처리에 비해 월등히 높은 경향을 보였다. 따라서 흰점박이꽃무지 유충은 가공 전처리 시 배변 유도 섭식물로 홍삼박을 사용하여 냉동 후 동결건조하는 것이 가장 적합한 것으로 사료된다.



    현대인들의 생활패턴 및 식습관 변화, 과음, 스트레스 등으로 인해 건강과 관련된 기능성 식품 수요가 빠르게 증가함에 따라 최근 식·약용 곤충의 유용물질에 대한 연구도 활발히 진행되고 있다. 2021년 식용곤충 사육농가는 전체 곤충사육농가 중 59.1% 를 차지하고 있으며(Survey on the Korean Insect Industry, 2022) 식용곤충 섭취에 관한 설문조사 결과 88.6%가 “영양가가 높을 것 같다”라고 답할 정도로 기능성과 영양에 대한 기대감 또한 높다(Kim et al., 2020). 과거 동의보감에 따르면 굼벵이(Coleoptera larva)라고 하여 흰점박이꽃무지(White-spotted flower chafer, Protaetia brevitarsis seulensis)와 장수풍뎅이(Rhinoceros beetle, Allomyrina dichotoma linnaeus)의 유충을 뇌졸중, 중풍, 혈관질환 등의 처방제로 활용되었다(Kwan et al., 2013). 특히 흰점박이꽃무지 유충은 간과 관련된 질병에 효능이 있는 것으로 여겨져 처방되었다(Hwang et al., 2005). 최근에는 실제 간 보호 효과가 입증되어 관련 기능성 식품들이 개발되어 유통 중 이다(Jo et al., 2008).

    흰점박이꽃무지는 딱정벌레목(Coleoptera) 꽃무지과(Cetoniidae) 로 분류되며 알, 유충, 번데기, 성충 시기를 거치는 완전변태 곤충으로 한국, 일본, 러시아 등에 분포하고 있다. 몸길이는 약 17~24 mm이고 성충은 늦봄부터 가을까지 활동하며 한여름에 가장 많이 활동한다. 유충은 부엽토나 퇴비더미 등에서 부식성 먹이를 먹고 자라며, 3령 유충 상태로 월동한다(Noh et al., 2015).

    현재 우리나라 식품의약품안전처(Korea Food & Drug Administration, KFDA)에서 법적 식품원료로 허가한 곤충은 흰점박이꽃 무지, 장수풍뎅이, 갈색거저리, 아메리카왕거저리의 유충과 벼 메뚜기, 쌍별귀뚜라미, 누에번데기와 백강잠, 수벌번데기, 풀무치 등 10종이 있다(Ministry of Food and Drug Safety, 2020;Kim et al., 2016). 식용곤충 소비자들은 대부분 분말이나, 환 등 가공된 형태로 섭취하고 있다(Survey on the Korean Insect Industry, 2022). 식품원료 곤충은 착유, 분쇄 등 가공과정을 거치는데 가공 전 유충 장내 변을 제거하기 위해 가공 전처리 과정을 거치는 것이 일반적이다. 가공 전처리 과정은 절식, 배변유도섭식, 세척, 도살 및 건조과정을 거치게 된다(Noh et al., 2015). 현재 가공 전처리 과정과 기능성 배변유도물에 대한 연구가 진행되고 있으나 기초자료가 부족하여 추가적인 연구들이 시급한 실정이다(Ham et al., 2019).

    배변유도섭식에 관한 선행연구 결과에 따르면 배변유도섭식 물로 채소나 곡물을 주로 사용하여 5일 전후의 배변유도섭식과정을 거치면 유충 장내 변을 효과적으로 배출하고 곤충 특유의 비린 향을 저감 시키는 효과가 있다고 보고되었다(Jung et al., 2013). 최근 가공제품 생산 후 폐기되고 있는 것들 중에는 홍삼, 구기자, 마늘 부산물이 있는데 이중 건강기능성식품의 제1주자인 홍삼제품을 제조한 후 얻어지는 부산물인 홍삼박은 2013년 기준 62.8%가 폐기물로 방치되어 버려지고 있다. Kim et al. (2011)은 이러한 홍삼박을 활용한 ginsenoside의 이용가치가 충분히 있음을 보고한 바 있으며, 홍삼의 사포닌 복합 혼합물인 ginsenoside는 항암, 항염, 항노화 등 효과가 보고되었다(Park et al., 2006). Kim et al. (2010)은 마늘 껍질에도 상당량의 alliine이 함유되어 있음을 보고한 바 있으며 alliine은 마늘의 향기 유기 황 화합물로 마늘의 매운 향을 내는 allicin의 전구물질로 항균, 항진균 효과가 있는 것으로 보고한 바 있다(Wee, 2003). 흑마늘박도 흑마늘 가공 후 발생하는 항균작용이 보고되어 있다 (Kang et al., 2017). 구기자의 betaine은 기능성 물질로 감칠맛과 단맛이 있고 당뇨, 고혈압, 해독 등에 효능이 있는 것으로 알려져 있다(Ju et al., 2020a).

    따라서, 가공 전처리 과정에서 채소나 곡물류보다 경제성이 높은 기능성물질을 함유한 특산물의 가공부산물을 찹쌀, 비지 등 관행적으로 쓰이는 물질을 혼합하여 배변유도효과를 비교분 석하였다. 배변유도섭식의 적정기간, 먹이량, 유충의 적정밀도를 구명하고, 살방법별과 열풍, 동결건조에 따른 일반 성분과 부산물의 기능성 물질을 비교분석하고자 하였다.

    재료 및 방법

    배변유도섭식물

    홍삼박은 휴온네이처(충청남도 금산군), 구기자박은 충청남도농업기술원 구기자연구소(충청남도 청양군), 마늘부산물은 충청남도농업기술원 양념채소연구소(충청남도 태안군)로부터 마늘 종구, 껍질을 분양받았으며, 흑마늘박은 새남해농협(경상남도 남해면 고현면), 찹쌀은 ㈜한울식품(경기도 파주시), 비지는 더듬이영농조합법인(충청남도 금산군)에서 구입하였다. 홍삼박, 구기자박, 흑마늘박, 비지는 열풍건조기(SHB-720, Shinheung Enterprise Co., Ltd, Korea)를 이용하여 55°C조건에서 48시간 건조한 후 분쇄기(SMX-7300WS, Shinil Electronics Co., Ltd, Korea)를 사용하여 고속분쇄모드에서 30초간 분말형태로 분쇄하였다. 분쇄한 분말은 부산물별 기능성 물질 분석 및 유충 배변유도섭식물로 사용하였다.

    시험곤충

    시험곤충은 흰점박이꽃무지 3령 유충을 수바이오젠(충청남도 예산군)에서 구입하여 무게 3.0 ± 0.5 g의 유충을 선별하였다. 선별한 유충은 3일간 절식 후 배변유도섭식물을 8일간 투여하고 8일차에 흐르는 물에 유충을 세척하여 충체에 묻은 이물질을 제거하였다.

    도살 및 건조방법은 Noh et al. (2015)의 방법을 활용하여 도살 및 건조한 후 분쇄하여 분석시료로 사용하였다.

    배변유도섭식물 투여량

    유충을 100×40 mm (지름×높이)의 원통 insect breeding dish (SPL310102, SPL life science, Korea)에 1마리씩 투입하고 환경조건은 25±2°C, RH 50~60%, 암조건의 환경조건으로 설정하였다. 배변유도섭식물을 유충무게의 0.5, 1, 2, 4배씩을 투여하여 2일 간격으로 8일차까지 배변유도섭식물의 섭식량과 유충무게를 각 처리당 5반복 실시하여 측정 및 분석하였다.

    적정밀도 조건

    유충을 264×194×192 mm (W×H×D) 사각 플라스틱 불투명 사각 용기(21274, Jian Industrial Co., Ltd., Korea)에 25, 50, 100, 200마리씩 투입하였고 환경조건은 25±2°C, RH 50~60%, 암조건으로 설정하였다. 4일차 기준 유충 무게 감소가 가장 작은 조건인 찹쌀 1배, 비지 2배, 홍삼박 0.5배, 구기자박 1배, 마늘 부산물 1배, 흑마늘박 0.5배씩을 투여하여, 2일 간격으로 8일차까지 유충의 무게를 분석용 전자저울(GX-4000, Ildong Chemical, Korea)로 측정하였으며, 건드렸을 때 움직임이 없는 상태를 폐사로 간주하여 생존율을 3반복씩 측정하였다.

    장내 배설물 육안적 검사 및 섬유질 분석

    배변유도섭식물을 투여한지 8일이 지난 유충을 해부하여 섭식 배변유도부산물과 장내 배설물과의 색상 및 장의 부피 차이를 육안적으로 검사하였다. 섬유질 분석은 건조된 유충을 분쇄기(SMX-7300WS, Shinil Electronics Co., Ltd, Korea)를 사용하여 고속분쇄모드에서 30초간 분말로 분쇄한 후 한국농업기술 진흥원(전라북도 익산시)에서 여과포 분석법으로 분석하였다 (Ministry of Agriculture, Food and Rural Affairs, 2016).

    살(殺) 및 가공전처리 방법

    Jung et al. (2013)등이 사용한 관행적 방법은 5일 전후 배변유 도섭식 후 도살 과정을 거치는 것이 일반적이지만, 유충 체내 부산물의 기능성 물질 함량 증진을 위해 배변유도섭식 처리 후 8일 차에 유충을 처리구별로 물 100°C에 30, 60, 120초간 침지하여 도살 한 후 단백질 파괴를 막기 위해 55°C조건에서 72시간 건조 (SHB-720, Shinheung Enterprise Co., Ltd, Korea)하였다(Won et al., 2019). 또한 -20, -80°C조건의 deep freezer (DF8520, renewal BioBase, Korea)에서 24시간 동결하여 도살한 후 예비동결 단계에서 -50°C로 5시간 → 감압건조준비 단계에서 감압후 35°C로 8시간 → 저온건조 단계에서 45°C로 7시간 → 중저온 단계에서 55°C로 7시간 → 고온 승화건조 단계에서 65°C로 7시간 처리하여 33시간 동결건조(MG-VFD50, MG Industry Co., Ltd)하였다.

    배변유도섭식물별 유충의 일반성분 분석

    일반성분 분석은 살 방법별로 건조된 유충을 분쇄기(SMX- 7300WS, Shinil Electronics Co., Ltd, Korea)를 사용하여 고속 분쇄모드에서 30초간 분말로 분쇄한 후 AOAC International (1990)가 제시하는 시험방법에 준하여 실시하였다. 수분은 105°C 상압건조법 조회분은 550°C 직접회화법, 조지방함량은 Soxhlet 추출법, 조단백질은 Dumas분석법으로 산출한 질소의 양에 6.25를 곱하여 구하였다. 가용성무질소물은 100에서 수분, 회분, 조지방, 조단백 함량을 뺀 값으로 하였다.

    배변유도섭식물별 유충의 기능성 물질 분석

    홍삼박 섭식구의 ginsenoside 함량 분석

    살 방법별로 건조 분말화된 유충의 일정량을 20배의 ether로 유지부분을 추출한 후, 후드 내에서 ether를 완전히 제거한 시료 10 g을 20배의 70% metanol로 sonicator (CPX8800H-E, EMRSON)를 이용하여 6시간 ginsenoside를 추출하였다. 추출한 액을 원심분리하여 상등액을 회수한 후 감압농축하여 10 ㎖로 정용한 후 membrane filter (0.20 ㎛ pore size, Whatman Co., Kent, UK)를 이용하여 여과한 후, 고성능액체크로마토그래피(HPLC, Agilent 1200, Santa Clara, CA, USA)에 10 ㎕씩 주입하여 ginsenoside를 분석하였다. 분석에 사용한 칼럼은 YMC Pro C18 RS (YMC Co., Ltd, Kyoto, Japan)이었으며, 검출기는 DAD detector(at 203 nm, Agilent 1200, Santa Clara, CA, USA)를 이용하여 분석하였고, 분석조건은 이동상으로 용매A (water)와 용매B (acetonitrile)를 이용하여 용매B를 0분 (20%), 10분 (20%), 25분 (24%), 30분 (33%), 42분 (37%), 57분 (80%), 58분 (100%), 68분 (60%), 70분 (20%)의 조건 하에 유속 1.0 ㎖/min 으로 흘려주었다. Ginsenoside 표준시약으로는 Rg1(Chengdu Biopurify Biochemicals Ltd, Chengdu, Sichuan, China) 등 23종의 saponin을 이용하였으며 검출되는 ginsenoside를 모두 합하여 총 ginsenoside의 양으로 표현하였다(Jo et al., 2011).

    구기자박 섭식구의 Betaine 함량 분석

    살 방법별로 건조 분말화된 유충을 HPLC를 이용하여 기존의 분석방법(Ju et al., 2020b)을 분석환경에 맞게 일부 변경하여 정량분석하였다. 건조시료 0.2 g에 증류수 10 ㎖를 가하여 60분 동안 초음파 추출한 후, 10,000 rpm에서 원심분리한 상등액을 0.45 nm 실린지 필터로 여과하여 HPLC-ELSD를 이용하여 분석하였다. 분석은 Agilent 1260HPLC 및 ELSD (Agilnet, USA) 검출기를 사용하였으며, 분석에 사용한 컬럼은 carbohydrate ES 5 ㎛ (Grace, USA) 4.6 mm × 250 mm × 5 ㎛컬럼을 사용하였다. 이동상 조건은 acetonitrile:water = 75:25 w/w으로 1 ㎖/min 의 유속으로 흘려주면서 분석시료 10 μl를 주입하였다. 또한 검량선을 작성하기 위하여 Betaine 표준시약(Junesay. Japan)을 HPLC용 물에 희석하여 외부표준법에 따라 정량하였다.

    마늘부산물과 흑마늘박 섭식구의 alliin 함량 분석

    살 방법 별로 건조 분말화된 유충 분말시료 1 g을 0.1% formic acid가 혼합된 30% MeOH (J.T.Baker, Pennsylvania, USA)용액 30 ㎖을 첨가하여 상온에서 30분 진탕 추출한 다음 상층액을 0.2 μM membrane filter (Whatman Co., Maidstone, England) 로 여과하여 HPLC(Waters 2690, Milford, MA, USA) 분석하 였다. HPLC 분석조건은 Prevail-C18 (250*4.6 ㎖, 5 μM, Grace, Altech, USA) 칼럼을 사용하였고 주입량은 10 ㎕, 유출용매는 45% acetonitrile을 0.7 ㎖/min로 흘려보냈으며, PDA detector (Waters 2998, Milford, MA, USA)를 이용하여 파장 210 nm에서 분석하였다.

    마늘부산물과 흑마늘박 섭식구의 pyruvic acid 함량 분석

    살 방법 별로 건조 분말화 된 유충 분말시료 1 g을 정확히 측량해서 5% trichlorocaetic acid용액 20 ㎖를 가하여 상온에서 2시간 동안 진탕 추출한 다음 상층액을 여과하여 분석하였다. 시료 1 ㎖에 증류수 1 ㎖를 가한 후 2N HCl에 녹인 0.0125%의 2,4-nitrophenylhydrazin (DNPH)을 1 ㎖을 가하여 37°C의 항 온수조에서 10분 방치하였다. 이후 0.6M NaOH 5 ml을 가하고 5분 방치한 후 UV Spectrophotometer (UV-1601, Shimadzu, Kyoto, Japan)를 이용하여 420 nm에서 흡광도를 측정하였다. 이때 표준물질로 sodium pyruvic acid (Sigma-Adrich, St, Louis, Mo, USA)를 표준품으로 0.5, 0.25, 0.125, 0.0625 및 0.003125 mg/g의 농도로 검량선을 작성한 후 함량 값을 구하였다.

    통계처리

    측정한 모든 결과값은 평균으로 표기하였으며, 유충의 용기 내 적정밀도는 회귀분석으로 설정하였다. 일원배치 분산분석(one-way ANOVA)으로 각 처리별 평균 간 차이를 검정하였으며, 유의한 차이가 있을 경우 Tukey의 HSD 다중검정하여 구분하였다.

    평균 간 차이를 검정하기 위해 Tukey의 HSD 다중검정법 (SPSS 18)을 하였으며(IBM Corp, 2010), 유의성은 유의수준 p < 0.05 수준에서 검정하였다.

    결과 및 고찰

    배변유도섭식물 투여량

    배변유도섭식물을 유충이 섭식하는 양에 따라 유충의 무게 변화와의 상관관계를 조사하기 위해 처리구별 배변유도섭식물을 투여하여 투여량(0.5, 1, 2, 4배)별 2, 4, 6, 8일차의 유충이 섭식한 배변유도섭식물 무게 감소율을 조사한 결과 홍삼박은 투여량과 관계없이 6일차부터 감소폭이 높아지는 것으로 나타났다(Fig. 1). 구기자박은 흑마늘박과 함께 다른 배변유도섭식물 보다 감소폭이 대체적으로 낮게 나타났다. 마늘부산물은 투여량, 일차에 관계 없이 다른 배변유도섭식물 보다 감소폭이 대체적으로 높으며 투여량과 관계없이 2일차에 감소폭이 높아졌다가 6~8일차에 낮아지는 것으로 나타났다. 흑마늘박은 유충무게의 0.5,1,2,4배 모두 투여한 처리구에서 6~8일차의 감소폭이 높게 나타났다. 배변유도섭식물은 처리구별 8일차까지 감소율은 유충무게의 0.5배 투여시 가장 높게 나타났으며, 0.5배 투여시 마늘부산물, 찹쌀, 비지, 홍삼박, 흑마늘박, 구기자박 투여구 순으로 높게 나타났다.

    배변유도 섭식물 투여 후 유충 무게를 조사한 결과, 배변유도섭식의 처리일수별 유충무게는 통계적으로 유의한 차이는 없었으나 감소율이 증가하는 경향이었다(Fig. 2). 배변유도섭식 유충무게 감소율은 찹쌀은 유충무게의 1배, 비지는 유충무게의 2배, 홍삼박은 유충무게의 0.5배, 구기자박은 유충무게의 1배, 마늘부산물은 유충무게의 1배, 흑마늘박 유충무게의 0.5배 조건에서 가장 낮았다. 8일차까지 배변유도섭식물별 유충무게 감소율 가장 낮은 조건의 홍삼박 투여구는 16.8±0.1%, 찹쌀 투여구는 20.4±0.2%, 비지 투여구는 23.2±0.1%, 구기자박 투여구는 27.6±0.1%, 마늘부산물 투여구는 29.6±0.2%, 흑마늘박 투여구는 41.3±0.2%로 홍삼박, 찹쌀, 비지, 구기자박, 마늘부산물, 흑마늘박 투여구 순으로 유충 무게 감소율이 낮았다. 대체로 낮은 투여량에서 유충의 무게 감소율이 낮은 경향을 보이는 것으로 나타났다.

    배변유도섭식물 투여량이 적을수록 섭식량은 상대적으로 많아져 섭식물의 감소율이 증가하였으나, 실제로는 투여량이 많을수록 대체로 섭식물의 무게 감소량이 증가하는 경향을 보였다. 그러나 유충무게 감소율과 투여량과는 연관성이 없었다. 이는 배변유도섭식물의 섭식량이 늘어나도 배변섭식유도물의 수분함량이 낮아 배출되는 분변의 무게와 차이가 적어 유충무게 가 증가하지 않는 것으로 추정되며 유충무게 감소율이 상대적으로 적은 적정 투여량을 유충에게 투여하는 것이 생산성 측면에서 좋을 것으로 판단된다. 특산물 부산물을 배변유도섭식물로 활용할 경우 투여한 부산물 무게 변화는 부산물 투여량이 적을 수록 유충의 섭식에 의한 부산물 무게 감소율이 증가하며 유충 무게 감소율과는 연관성이 없다는 것을 확인할 수 있었다. 이는 배변유도섭식물의 양이 늘어나도 배변섭식유도물의 수분함량이 낮아 유충무게가 증가하지 않는 것으로 추청되며, 유충무게 감소율이 상대적으로 적은 홍삼박 유충무게의 0.5배로 하여 유충에게 투여하는 것이 생산성면에서 좋을 것으로 판단된다.

    배변유도섭식 적정 밀도

    배변유도섭식시 유충무게 감소율이 낮은 투여량 조건을 기준으로 용기내 유충 25, 50, 100, 200마리를 투입하여 배변유도 섭식 적정밀도를 조사한 결과 배변유도섭식물별 유충의 무게는 배변유도섭식 기간이 증가할수록 감소하는 경향을 보였으며 모든 처리구에서 유충 50마리와 100마리 투입시 체중이 가장 높게 나타났다(Table 1). 유충 50마리와 100마리 처리에 따른 6일과 8일 후 유충 무게는 홍삼박과 마늘부산물이 다른 처리에 비해 높은 경향을 보였으며 구기자박은 가장 낮았다. 유충 투입 밀도별 생존율은 모든 처리구에서 2일차가 가장 높았고 기간이 증가할수록 감소하는 경향을 보였으며 처리밀도별로는 25마리 투입시 생존율이 다른 처리에 비해 높았다.

    배변유도섭식시 공간 및 작업효율 향상을 위해 배변유도섭식 시험 용기내 적정 유충 밀도 예측을 위해 배변유도섭식 2일 차의 유충무게와 생존율을 대상으로 회귀분석한 결과 용기내 적정 최대 마릿수는 흑마늘 투여구 180마리, 홍삼박 투여구 175마리, 마늘 투여구 170마리, 찹쌀투여구 165마리, 구기자 투여구 160마리, 비지 투여구 90마리였다(Table 2). 특히 비지는 흰 점박이꽃무지에게 먹이원으로 급이하면 단백질이 높아진다는 연구결과(Kim et al., 2022)가 있었던 반면 비지 투여구는 다른 배변유도섭식물에 비해 단백질 함량이 높아 부패가 빨리 진행되어 이를 배변유도물로 섭취한 유충들의 생존율이 급속히 떨어져 적정 밀도가 적은 것으로 추정된다.

    배변유도섭식시 적정 유충 밀도는 50마리 투입시 무게감소율이 가장 낮았고, 생존율은 200마리의 고밀도 처리구에서 2일차에 90% 이상이었으나 4일차부터 90% 이하 생존율을 보이는 처리구가 늘어나는 경향을 보였다. 따라서 배변유도섭식시 공간 및 생산효율 향상을 위해 유충 무게 감소율, 생존율을 고려하면 섭식 2일차에 홍삼박 처리구가 배변유도섭식물로 가장 좋은 것으로 추정된다.

    장내 배설물 제거율 및 조섬유 함량

    배변유도섭식 적정 밀도 시험 조건에서 차후 배변유도섭식 과정을 고려하여 유충 무게와 생존율이 가장 높은 조건인 유충 50마리 투입 처리구에서 섭식량이 가장 많은 8일차에 장내 톱밥 제거율을 확인하기 위해 해부조사를 실시한 결과 찹쌀 투여 처리구를 제외한 다른 배변유도섭식물은 육안으로 구분이 곤란하였다(data not shown). 배변유도섭식물의 차이는 배변 유도에 영향을 미치지 않는다고 보고되었다(Jung et al., 2013). 하지만 섬유질을 분석한 결과 무처리구에서 조섬유 함량이 9.9%로 가장 높았던 반면 찹쌀과 마늘부산물을 투여한 시험구는 6.2%로 낮아 장내 톱밥 제거율이 높은 것으로 나타났다(Table 3). 따라서 배변유도물의 무게 감소량이 많은 찹쌀과 마늘부산물 섭식구가 섬유질 함량이 낮아 장 청소율이 높은 것으로 사료된다. 하지만 무게 감소율, 생존율, 기능성 물질 함량을 고려했을 때 홍삼박과 마늘부산물을 투여한 시험구가 배변유도섭식물로 적합한 것으로 판단된다.

    배변유도섭식 처리구별 일반성분 비교

    배변유도섭식 8일차 처리구별 유충의 가용성무질소물 함량은 100°C 물 침지 후 열풍건조처리가 1.95~4.19%로 냉동 후 동결건조 처리 8.43~8.65%보다 2배 이상 감소하는 경향을 보였다(Table 4). 조단백 함량은 냉동 후 동결건조 처리가 73%로 100°C 물 침지 후 열풍건조 75~77%보다 유의하게 감소하였다.

    위의 결과로 냉동 후 동결건조시 가용성무질소물 함량은 열 처리에 비해 증가하였고, 조단백은 감소하는 경향을 보였다. 이는 유충의 가용성무질소물은 100°C 물에 일정 시간 처리하게 되면 유충 내에 존재하는 가용성 무질소물이 용출되는 현상이 일어나서 가용성무질소물이 감소하는 경향을 보여주는 것이다. 또한 조단백질은 동결건조 처리한 것보다 100°C 물에 침지 후 열풍건조한 것이 더 높게 나타난 것은 고온에 유충 내 단백질이 열변성으로 응고현상 및 가용성 무질소물의 용출 현상에 의하여 상대적으로 높은 함량을 보이는 것으로 판단된다(Ham et al., 2019). 이는 조단백은 Noh et al. (2015)이 보고한 육류(15.2~ 34.7%)와 어류(10.4~47.7%)보다 흰점박이꽃무지 유충(44.2~ 62.1%)(Ghosh et al., 2017;Jung et al., 2013;Kim et al., 2019;Noh et al., 2015;Kim, 2010)이 상대적으로 높은 것을 확인할 수 있었으며, 본 결과에서의 유충의 조단백 함량이 73~77%로 Ghosh et al. (2017), Jung et al. (2013), Kim et al. (2019), Noh et al. (2015)이 보고한 조단백 함량보다 더 높게 나타났다. 이는 기능성 물질 축적을 위해 상대적으로 배변유도섭식과정이 길고 절식을 3일간 함으로써 배변유도섭식물, 배변유도기간, 절식여부 등이 조단백과 조지방 비율에 영향을 주는 것으로 사료된다 (Ghosh et al., 2017;Kim et al., 2019).

    배변유도섭식 유충의 살 방법별 기능성 물질 함량

    홍삼박 섭식 처리구의 총 ginsenoside함량은 냉동 후 동결건조 처리한 것이 15.9~19.8 mg/100 g 으로 100°C 물 침지 후 열풍건조 조건 0.8~3.36 mg/100 g 보다 4배 이상 유의하게 높았다 (Table 5). 구기자박 섭식 처리구의 betaine함량은 100°C 물 30초, 60초, 120초 처리시 1.78 ㎍/㎖, 1.34 ㎍/㎖, 0.51 ㎍/㎖로 100°C 물 침지 시간이 길수록 성분이 감소하는 경향이 나타났으며 -20와 -80°C 냉동 후 동결건조 처리간 betaine함량은 유의성이 없었으나 열처리 보다는 높게 나타났다. 마늘부산물과 흑마늘박 섭식 처리구의 alliine을 HPLC 분석 결과 마늘부산물과 흑마늘 자체 alliine의 피크값 RT (retention time)가 차이를 보여 유충이 섭식 후 장내에서 다른 물질로 변하여 함량 분석이 곤란한 것으로 판단되었다(data not shown). Pyruvic acid는 pyruvic acid 또는 유사 물질이 유충 체내에 존재하여 배변유도섭식물보다 유충의 함량이 높게 나타났으며 pyruvic acid는 -20와 -80°C 냉동 후 동결건조 처리한 것이 60.6~68.1 mg/g으로 100 °C 물 침지 후 열풍건조 처리 42.7~49.2 mg/g보다 높게 나타났다. 냉동 후 동결건조처리시 pyruvix acid함량은 마늘부산물 섭식 처리구가 흑마늘 섭식 처리구보다 높은 경향을 보였다.

    위의 결과로 배변유도섭식 유충의 살방법은 열처리보다는 동결건조 처리 시 ginsenosice, betaine 등과 같은 지표물질 함량이 증가하여 동결건조방법을 이용하는 것이 좋은 것으로 판단 된다. 특히 홍삼박배변유도 섭식 유충분말 14 g을 섭취할 경우 12.0±0.3 mg의 ginsenoside를 섭취할 수 있으며, 이는 건강기능식품의 일일섭취량 3 mg이상을 초과하여 시중 판매되는 제품인 10 ml 스틱의 11.4 mg과(Korea Consumer Agency, 2019) 비슷한 ginsenoside를 섭취할 수 있는 것으로 판단된다. 구기자 자체의 betaine함량은 10.7 mg/g으로(Lee et al., 2008) 구기자박 자체 함량 10.52±0.03 ㎍/㎖ 으로 매우 낮게 나타나 액상차 추출 시 구기자박의 betaine함량이 크게 감소하는 것으로 나타났다. 따라서 구기자는 추출물 부산물이 아닌 구기자 자체 betaine 함량이 17.9~29.4 mg/g으로 상대적으로 betaine함량이 높다고 보고(Ju et al., 2020a)된 잎 부위의 부산물 사용 연구가 더 필요할 것으로 판단된다. 또한 섭취시 이취감은 아주 중요한 요소이다. 따라서, 마늘부산물과 흑마늘박 배변유도섭식구에 대한 생리활성 분석과 보고된 바와 같이 관능평가(Jung et al., 2013)를 통해 실제 유충내 기능성 물질의 효과와 섭취시 이취감 저감 그리고 기호성 향상 효과에 대한 추가적인 연구가 필요해 보인다. 본 연구의 결과를 통해 흰점박이꽃무지 유충의 가공전 배변유도섭식 과정에서 용기내 적정량의 특산물 부산물과 적정밀도의 유충을 투입하여 섭식시킨 후 적정 도살·건조과정을 거치면 특산물의 기능성 성분 함유를 확인할 수 있었다. 또 가공부산물을 이용에 필요한 조건을 확립하여 배변유도섭식물 구입비용을 절감하고 경제성을 높일 수 있다. 따라서 추후 홍삼박 배변유도섭식 후 냉동도살과 동결건조 과정을 거쳐 특화 기능성 식품으로 개발도 가능할 것으로 예상된다.

    사사

    본 연구는 충청남도농업기술원에서 수행한 시험연구과제인 충청남도 특산물 가공부산물 이용 식용 흰점박이꽃무지의 기능성 향상 연구로 수행되었습니다.

    도와주신 분들게 감사의 마음을 전하고자 합니다. 먼저 본 연구를 월활히 수행할 수 있도록 도움주신 충청남도농업기술원 산업곤충연구소 남명현 소장님이하 직원분들과 시험 준비 등에 도움을 주신 김석중, 김선돌 선생님께 진심으로 감사합니다.

    저자 직책 & 역할

    • 한국인:충청남도농업기술원, 연구사; 시험설계 및 총괄, 논 문 작성

    • 최문태:충청남도농업기술원, 지방농업연구사; 시험수행

    • 조효려:충청남도농업기술원, 지방농업연구사; 시험수행

    • 남명현:충청남도농업기술원, 지방농업연구관; 시험설계 검토 및 자문

    • 이 정:충청남도농업기술원, 지방농업연구사; 시료 분석

    • 손승완:충청남도농업기술원, 지방농업연구사; 시료 분석

    • 최용석:충청남도농업기술원, 지방농업연구관; 시험설계 검토 및 자문

    • 이가순:충청남도농업기술원, 전)지방농업연구사; 시료 분석 및 자문

    • 김병수:국립공주대학교, 교수; 시험설계 검토 및 자문

    모든 저자는 원고를 읽고 투고에 동의하였음.

    Figure

    KJAE-63-4-323_F1.gif

    The defecation inducement feeding amount decreasing rate according to feeding periods on defecation inducement feeding of Protaetia brevitarsis larva. Defecation inducement feed ration weight according fold of larva 0.5 (1.5 g), 1 (3 g), 2 (6 g), 4 (12 g).

    KJAE-63-4-323_F2.gif

    The weight decreasing rate according to feeding periods on defecation inducement feeding of Protaetia brevitarsis larva. Defecation inducement feed ration weight according fold of larva weight 0.5:1.5 g, 1:3 g, 2:6 g, 4:12 g. □ is treatment with the lowest larva weight reduction rate.

    Table

    Changes of weight on Protaetia brevitarsis larva according to feeding periods by defecation inducement materials

    1Defecation inducement feed materials ration condition; red ginseng pomace, black garlic pomace 0.5 fold, glutinous rice, goji berry pomace, garlic by-products 1 fold, bean curd pomace 2 fold of larva weight. Larve number in container [264×194×192 mm (W×H×D), 9,833 cm3]
    2Means within a column followed by different letters indicate a significant difference by Tuckey HSDa (p < 0.05).

    Weight and survival rate according to Protaetia brevitarsis larva feeding max density conditions on 2 days-feeding period by different defecation inducement feeding materials

    1Defecation inducement feed materials ration condition: glutinous rice 1 fold of larva weight, bean curd pomace 2 fold of larva weight, red ginseng pomace 0.5 fold of larva weight, goji berry pomace 1 fold of larva weight, garlic by-products 1 fold of larva weight and black garlic pomace 0.5 fold of larva weight. Contain size [264×194×192 mm (W×H×D), 9,833 cm3].
    2Population with less than 10% weight loss at peak.
    3Population with a mortality rate of less than 10% at the peak.

    Crude fiber content of 8-days defecation inducement feeding periods larva according to Protaetia brevitarsis 50 larva input conditions

    1Defecation inducement feed materials ration condition; glutinous rice 1 fold of larva weight, bean curd pomace 2 fold of larva weight, red ginseng pomace 0.5 fold of larva weight, goji berry pomace 1 fold of larva weight, garlic by-products 1 fold of larva weight and black garlic pomace 0.5 fold of larva weight.
    2None treatment.
    3Means within a column followed by different letters indicate a significant difference by Tuckey HSD (p < 0.05).

    General components of Protaetia brevitarsis larvae by defecation inducement feed and slaughter method

    130, 60, and 120: be drowned for 30, 60, 120 sec at 100°C water, respectively and dried for 72 hrs at 55°C, -20 and -80; be lyophilized for 24 hrs -20 and -80°C, respectively.
    2Means within a column followed by different letters indicate a significant difference by Tuckey HSDa (p < 0.05).

    Content of effective substance component on Protaetia brevitarsis larvae by defecation-inducing feed and slaughtering method

    130, 60, and 120: be drowned for 30, 60, 120 sec at 100°C water, respectively and dried for 72 hrs at 55°C., -20 and -80; be lyophilized for 24 hrs -20 and -80°C, respectively.
    2Feed; defecation inducement feeding materials.
    3Means within a column followed by different letters indicate a significant difference by Tuckey HSDa (p < 0.05).

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    Vol. 40 No. 4 (2022.12)

    Journal Abbreviation Korean J. Appl. Entomol.
    Frequency Quarterly
    Doi Prefix 10.5656/KSAE
    Year of Launching 1962
    Publisher Korean Society of Applied Entomology
    Indexed/Tracked/Covered By