대두를 주원료로 한 발효식품인 간장은 오랜 전통을 가진 대 표적인 식품으로 예로부터 간장 맛이 좋아야 음식맛을 낼 수 있 다고 하여 우리의 식탁에서 매우 중요하게 여겨져 왔다(Shin et al., 2010). 전통간장은 메주와 소금만으로 만들어지는데 장기 간 숙성시키는 동안 여러 발효과정을 거쳐 단백질이 분해되어 다양한 종류의 peptide와 같은 기능성 물질들이 생성된다(Lee et al., 2002). 간장의 주성분인 대두는 isofalvone이나 발효과정에 서 생성되는 peptide류 등의 분해산물에 대한 항암(Hou et al., 2008; Wei et al., 1998), 항산화(Jackman, 2007; Shon et al., 2007), 항균(Joo et al.,2004; Morel et al., 2003), 항고혈압(Ryu et al., 2007; Suh et al., 1996), 면역증진(Jeong et al., 2002) 및 콜레스 테롤 저하(Song and Kwon, 2000) 등 다양한 생리작용이 밝혀 졌다. 간장을 발효할 때 부패를 예방하고 저장, 유통을 용이하게 하기 위해 지역별로 다르나 18~22%의 식염이 첨가된다. 식염 은 미생물의 생육에 가장 큰 영향을 주지만 과다한 식염의 사용 은 강한 짠맛으로 품질에 악영향을 주며 고혈압, 뇌졸증 등과 같 은 성인병 유발 원인이 되기도 한다(Kim et al., 1995; Park et al., 2002).
벼메뚜기(Oxya chinensis sinuosa)는 메뚜기목 메뚜기과 벼 메뚜기속의 불완전변태 곤충으로 몸길이는 21~35 mm, 연 1회, 8~9월에 성충이 출현하고, 땅 속에 알을 덩어리로 낳고 월동한 다. 식품의약품안전처에 등록된 식용곤충으로 국내에서 오랫동 안 식용으로 이용되어 왔으며 최근에는 기호식품과 간식용으로 관심이 증대하면서 대량사육을 시도하고있다(Paek et al., 2010).
예로부터 벼메뚜기는 동의보감에 따르면 기침, 천식, 백일해 등에 효능이 있고, 중풍과 경련을 치료하는데 도움을 주는 구황 곤충으로 이용되어 왔으며, 조단백질 함량이 73%이상, 아미노 산 중 감칠맛을 내는 Glutamic acid와 우아미를 내는 Aspartic acid가 가장 많이 함유되어 있다(Kim et al., 1987)
벼메뚜기에 대한 국내 연구로는 LPS로 유도된 RAW 264.7 세포에 대한 벼메뚜기 에탄올 추출물의 항염증 효과(Yoon et al., 2014), 벼메뚜기 섭취와 트레드밀 운동 수행에 대한 혈중 지질 및 항산화 효과(Kim and Kwon, 2018), 벼메뚜기 항상화 효과와 항균활성(Kim et al., 2015), 메뚜기류 추출물의 염증 조절작용 및 세포사멸 보호 효과(Park et al., 2006) 등이 있다. 본 연구에 서는 다양한 생리활성을 가진 벼메뚜기를 첨가하여 식물성 단 백질과 동물성 단백질을 결합한 간장을 제조하고, 숙성기간별 품질 특성을 분석하였다.
재료 및 방법
벼메뚜기 첨가 재래식 간장 제조
벼메뚜기 첨가 간장 제조를 위해 콩은 태광콩을 사용하였으 며, 벼메뚜기는 곤충잠업연구소에서 온도 28 ± 2°C, 습도 65 ± 5% 조건에서 사육하여 성충으로 우화 후 20일이 경과한 벼메뚜 기를 1일 절식을 거친 후 동결건조기(FD8512P)에서 96시간동 안 건조시켜 분쇄하여 사용하였다. 메주 제조는 2017년 12월 26 일 전라남도 장성군 백양사전통식품에서 제조하였다. 하루 전날 불린 콩을 삶아 사용하였으며, 메주 한 덩이는 불린 콩 2 kg 대비 벼메뚜기 분말 3, 7, 10%를 첨가하여 메주를 제작하였다. 벼메 뚜기 첨가한 메주는 제조 후 볏짚 위에 두고 35°C까지 온도를 올려주고 환기작업을 해주었으며, 메주를 매일 방향을 돌려가 면서 2018년 3월5일까지 3개월간 발효를 시켰다. 이렇게 발효 시킨 메주를 곤충잠업연구소에 가져와서 솔수세미를 활용하여 세척한 후 하루정도 햇빛에 말렸다. 하루정도 물기를 말린 메주 를 42 L 항아리에 염도 20% 소금물 24 L와 메주 8덩이, 고추 5 개, 대추 5개, 숯을 첨가하여 2018년 3월7일~4월11일간 36일동 안 자연상태에서 숙성시켰다. 숙성을 시킨 후에 2018년 4월12 일에 메주와 소금물(간장)을 분리하는 작업을 진행하였다. 소금 물은 냄비에 끓인 다음 항아리에 넣었으며, 이후 한달동안 낮에 는 항아리 뚜껑을 열었다가 저녁에는 닫아주었으며 자연상태에 서 숙성시킨 360일에 시료를 채취하여 사용하였다.
염도
간장 5 ㎖를 칭량하여 증류수 50 ㎖에 희석한 후 교반하여 충 분히 용해한 다음 원심분리기(Gyrozen, 1580)를 활용하여 3,000 rpm에서 10분간 원심분리한 후 여과지(ADVANTEC NO.2, 110 mm)로 여과한 상충액 20 ㎖취하였다. 상층액으로 염도를 측정하였며, 염도측정은 Saltmeter (ES-421)로 3반복 측정하였 으며, 측정값에 희석배수를 곱하여 평균값으로 표시하였다.
pH
pH는 간장 5 ㎖를 칭량하여 증류수 50 ㎖에 희석한 후 교반 하여 충분히 용해한 다음 원심분리기(Gyrozen, 1580)를 활용하 여 3,000 rpm에서 10분간 원심분리한 후 여과지(ADVANTEC NO.2, 110 mm)로 여과한 상층액 20 ㎖ 취하였다. 상층액을 pH meter(Orion 3-star)로 3번 측정하여 평균값으로 표시하였다.
산도
간장 5 ㎖를 칭량하여 증류수 50 ㎖에 희석한 후 교반하여 충 분히 용해한 다음 원심분리기(Gyrozen, 1580)를 활용하여 3,000 rpm에서 10분간 원심분리한 후 여과지(ADVANTEC NO.2, 110 mm)로 여과한 상층액 20 ㎖ 취하였다. 상층액에 0.1 N NaOH (대정, 7574-3705)를 가하여 pH가 8.3이 될 때까지의 소요된 양 을 산출하였다. acetic acid의 양으로 총 산량을 측정하여 다음과 같은 산출식으로 산도(%)를 산출하였다.
아미노태 질소
아미노태질소 함량은 Formol법(Miller, 1959)에 준하여 측 정하였다. 건조시료 5 ㎖에 증류수 50 ㎖를 가하고 교반하여 충 분히 용해한 다음 원심분리기(Gyrozen, 1580)를 이용하여 3,000 rpm에서 10분간 원심분리한 후 상층액 20 ㎖ 취하였다. 그 후 pH meter (Orion 3-star)를 이용하여 0.1 N NaOH (대정, 7574- 3705)용액으로 pH 8.4가 될때까지 조정한 후, 여기에 20 ㎖ 중 성 formalin을 가하고 다시 0.1 N NaOH (대정, 7574-3705) 용 액으로 pH 8.4가 되도록 중화, 적정하였다. 별도로 증류수에 대 한 blank 시험을 실시하여 다음과 같은 산출식으로 아미노태 질 소 함량을 구하였다.
색도
간장을 Cell dish (10 mm)에 담아 색차계(Konica minolta, CM-3600D)로 측정한 후 Hunter Scale에 의해 L(명도, Lightness), a (Red(+)와 Green(-) 정도), b (Yellow(+)와 Blue(-) 정 도) 값으로 표시하였다. 각 처리구 별로 3개씩 시료를 측정하여 평균값으로 나타냈다.
조단백질 및 총질소
조단백질 및 총 질소함량 분석은 AOAC의 마이크로세미킬 달법(Horwitz, 1970)을 적용한 단백질자동분석기(Vapodest 50 s, Gerhardt. 독일)를 활용하여 측정하였다. 킬달플라스크에 시 료 0.5 g를 유산지(150×140 mm)에 정밀히 달아 같이 넣은 후, 분해를 촉진하기 위해 Copper Sulfate pentahydrate(CuSO4 ∙ 5H2O, 대정, 7758-99-8)와 Poassium sulfate(K2SO4, 대정, 7778- 80-5)를 1:9비율로 혼합한 다음 킬달플라스크에 3 g, Sulfuric acid (H2SO4, 대정, 7664-93-9)를 25 ㎖을 넣고 분해기를 작동 시킨다. 정량화시키기 위해 32%-Sodium hydroxide solution (NaOH, 대정, 7580-1410), H3BO3(대정, 10043-35-3) 60 g+증 류수 2 L에 녹인 것, 증류수를 넣고 정량기를 작동시킨다. Blank 와 처리구별 3반복씩 진행시킨다.
유리 아미노산
유리아미노산은 Sung (1996)의 방법에 따라 3 ㎖에 에탄올 150 ㎖를 가하여 균질화한 다음 원심분리기(Gyrozen, 1580)를 사용하여 6,000 xg, 10 min 처리했다. 잔사에 80% 에탄올 75 ㎖ 를 가하여 2회 반복 추출한 후 상층액을 모아 농축한 다음 에테 르(Kanto, 109-86-4)로 탈지하여 50 ㎖로 정용하였다. 이를 회 전식 진공증발기로 농축한 후 pH 2.2 lithium citrate 완충액으로 10 ㎖로 만들어 membrane filter (ADVANTEC, 0.2 ㎛)로 여과 한 다음 아미노산 자동분석기(Biochrom 30+, 영국)로 분석하 였다.
항산화 활성
DPPH (2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl)라디칼 소거능은 (Blois, 1958)과 (Shin et al., 2010)의 방법을 참조하여 실시하였다. 간 장은 원액 5 ㎖을 증류수 50 ㎖에 가하고 교반하여 충분히 용해 한 다음 원심분리기(Gyrozen, 1580)를 이용하여 3,000 rpm에 서 10분간 원심분리한 후 상충액 20 ㎖ 취한 것을 사용하였다. 간장 상충액을 3차증류수로 희석하여 농도가 50, 100, 200 ㎕/ ㎖ 되도록 조절한다. 간장 희석액 1 ㎖에 DPPH 용액(Sigma, 300267)을 3 ㎖를 가하여 10초간 잘 혼합한 다음 실온에서 20 분간 반응시켜 Microplate reader(Epoch2, Biotek)를 이용하여 525 nm에서 흡광도를 측정하였다. ABTS (2,2'-azino-bis(3- ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid) 라디칼 소거능은 Re et al. (1999)의 방법에 따라 7 mM ABTS 용액(Sigma, 30931-67-0) 에 potassium persulfate(K2S2O8, 대정, 6611-4105)를 2.4 mM 이 되도록 용해시킨 다음 암실에서 12~16시간동안 반응시키고 이것을 Microplate reader (Epoch2, Biotek)를 이용하여 414 nm에서 흡광도가 1.5가 되도록 증류수로 희석하였다. 이 용액 3 ㎖에 동일한 농도의 시료액 1㎖를 가하여 실온에서 10분간 반 응시켜 414 nm에서 흡광도를 측정하였다.
통계분석
실험에서 얻어진 모든 자료들은 평균과 표준편차로 나타내 었으며, IBM SPSS Statistics Data Editor를 이용하여 검정하였 다. One-way analysis of variance (ANOVA)를 실시(유의수준 p < 0.05)하여 유의성이 관찰되면 Group에 대한 각 시험구간의 유의성을 확인하기 위해 Tukey`s HSD, t-test방법을 실시하였다.
결과 및 고찰
이화학적 특성
벼메뚜기 첨가 배합비를 달리하여 제조한 간장의 이화학적 특성은 Table 1과 같다.
간장의 염도는 22.73~29.17% 범위로 나타났으며, 벼메뚜기 첨가구는 3%, 7%, 10%에서 각각 22.73%, 24.53%, 25.67%로 첨가 비율이 증가할수록 염도가 증가하는 경향을 보였으며 대조 구는 29.17%로 가장 높은 값을 나타냈다. 이는 벼메뚜기의 단백 질 특성과 조성 차이에 따른 차별적인 발효 반응으로 해석된다.
마늘을 첨가한 간장의 염도가 20.97%로 전통간장 24.87%보 다 감소하였다는 보고와 같이(Shin et al., 2010), 본 연구에서도 벼메뚜기 첨가를 하였을 때 대조구보다 염도가 감소하는 결과 와 같았다. Kim et al. (1996)에 따르면 재래식 간장에서 염도는 19.8~30.8%의 범위로 본 실험결과와 유사했다.
pH는 미생물의 생육 및 효소 생성량에 영향을 미치고, 장류 의 숙성상태를 간접적으로 알 수 있는 지표이다(Jin et al., 2006). pH는 4.79~5.39 범위로 벼메뚜기 첨가 10 > 7% > 대조구 > 3% 순이었다.
재래식 조선간장의 pH는 5.11~6.68, 항아리에 담근 간장은 숙성 180일까지 5.27~6.08까지로 보고되었으나(Kim et al., 1996), 벼메뚜기를 첨가한 간장에서는 pH가 더 낮았으며 이는 벼메 뚜기의 단백질 분해에 따른 산 생성과 관련이 있으며 벼메 뚜기가 함유하고 있는 발효 균주의 유기산 생성 능력과도 밀접 된 것으로 해석된다.
산도는 0.911~1.14% 범위로 벼메뚜기 첨가 비율이 높을수록 대조구 보다 높은 산도를 나타냈으며, 벼메뚜기분말이 단백질 분해 과정에서 생성되는 유기산 및 미생물 대사 활성 증가와 관 련이 있는 것으로 판단된다. Hwang et al. (2017)에 따르면 여주 분말 첨가 간장 결과에 따르면 발효 90일째 5%첨가구가 0.28%, 10% 첨가구가 0.36%로 첨가비율이 높을수록 산도가 높게 나타 났다는 결과와 일치하였다. 간장은 발효 과정 중 미생물의 효소 작용으로 콩이 가수분해 되어 아미노산이 생성된다(Cho et al., 2014). 아미노태질소는 아미노산에서 유리아미노기로 존재하 는 질소의 화학형태를 의미하며, 아미노태질소는 protease activity가 높고, 대두의 양이 많을수록 저분자 peptide와 아미노산 이 다량으로 생성됨에 따라 간장의 숙성 정도와 관능적 특성 및 영양적 특성에 관련이 있다(Nishiwaki et al., 2001). 벼메뚜기 첨가비율이 높을수록 아미노태질소함량이 높아졌다. 벼메뚜기 의 조단백질 함량은 76.77 g/100 g으로(Hyun, 2010), 식물성 단 백질인 대두와 동물성 단백질인 벼메뚜기가 첨가된 간장이기 때문에 미생물의 작용으로 가수분해되어 아미노태질소 함량이 증가된 것으로 판단된다. 반면 Kwon et al. (2020) 결과에 따르 면 우엉 첨가 함량이 높을수록 아미노태질소함량은 낮아졌다. 이와 같은 결과는 우엉첨가구에서 대조구보다 메주함량이 적 고, 우엉의 항균작용으로 발효를 억제시켜 아미노태질소 함량 이 낮아졌다고 사료했다. 조단백질 함량은 9.08~14.5% 범위로 나타났으며, 벼메뚜기 첨가 비율이 증가할수록 유의적으로 증 가하였다. 10% 첨가구에서 가장 높은 값을 나타내었으며, 대조 구보다 높은 수준을 보였다. (Jang et al., 2014)에 따르면 황기를 10%첨가한 것 보다 5% 첨가한 것이 단백질 함량이 높았는데, 벼메뚜기 첨가 간장은 벼메뚜기를 첨가할수록 단백질 함량이 증가되었는데 이는 황기첨가 결과와는 차이가 있었다. 총 질소 함량은 1.45~2.32% 범위로 나타났으며, 벼메뚜기 첨가 비율이 증가할수록 유의적으로 증가하였다. 모든 처리구는 한국산업규 격 및 전통식품 기준(0.7% 이상)을 충족하였다. 특히 7% 및 10% 첨가구는 각각 1.83% 및 2.32%로, 품질 등급 기준에 따라 특급 간장 수준에 해당하며, 3% 첨가구(1.45%)는 고급 간장 수 준으로 평가된다. (Kim et al., 1985)에 따르면 조선간장에서는 총 질소함량이 0.9~1.1%로 보고 되었으며, 검정콩 간장은 콩의 증자 조건을 달리함에 따라 총 질소 함량이 308.3~925 mg%로 차이가 있다는 보고가 있다(Ko et al., 2003). 간장 고유의 맛은 질소화합물 함량에 의존적이라는 보고가 있어(Park and Sohn, 1997) 벼메뚜기 첨가 간장이 대조구보다 우수한 관능적 품질을 가질 가능성이 있다.
유리아미노산(mg/g)
간장 중 감칠맛의 주역은 단백질 분해효소에 의해 단백질이 분해되어 생성된 아미노산으로 알려져 있다(Shin et al., 2010). 단 맛을 내는 아미노산은 Alanine, Glycine, Proline, Serine, Threonine, Lysine 등으로 알려져 있으며, 쓴맛을 내는 아미노산은 Arginine, Histidine, Isoleucine, Leucine, Methionine, Phenylalanine, Valine 등으로 알려져 있다(Choi et al., 2016). 벼메뚜 기를 첨가량이 많을수록 유리아미노산 함량이 증가되었고 가장 많이 함유된 아미노산은 Alanine, Isoleucine, Leucine, Valine 등으로 주로 쓴맛을 나타내는 아미노산이 많았다. 벼메뚜기를 첨가한 간장의 유리아미노산함량과 Choi et al. (2016)의 결과 에 전통식 간장의 Glycine, Glutamic acid 함량이 높았던 것과는 대조적이었다. 대조구 간장과 비교하였을 때 벼메뚜기를 첨가 한 간장에서 단맛을 내는 아미노산인 Alanine, Lysine 함량이 높았다(Table 2).
색도
간장의 색은 maillard 반응이 주를 이루는 갈변반응에 의해 형성되는데 이는 당, 아미노산, 온도 및 pH가 갈변방응에 큰 영 향을 미친다(Kim et al., 2006). 적색색소의 최대 흡수 파장은 500 nm이고, 황색색소 400 nm임을 고려하여 두 파장에서의 흡 광도 비율로 간장의 색도를 측정할 수 있으며, 국내 시판간장은 3.13~3.99의 비율을 나타낸다(Jeong et al., 2002;Lee et al., 1997). 벼메뚜기 첨가량이 많을수록 간장의 L (명도), a (적색도), b (황 색도)가 낮아졌다. Jeon et al. (2002)에 따르면 전통메주로 담근 간장에서 숙성기간 180일까지 L, a, b값이 숙성이 길어짐에 따 라 낮아졌다고 보고됐으나, 전통메주로 담근 간장 보다 벼메뚜 기 첨가 간장에서 L값 더 낮았으며 a, b값은 더 높았다. Hashiba (1976)에 따르면 호기적 상태보다 혐기적 상태에서 당-아미노 산 혼합액의 갈변이 더 많이 일어난다고 보고하였으며, 양파 착 즙액을 첨가한 간장이 polyphenol oxidase를 포함한 효소적 활 성과 maillard 반응을 포함한 비효소적 반응에 의해 종합적 갈변 현상이 일어난 것으로 보고하였다(Kim et al., 2024). 벼메뚜기 를 첨가한 간장도 숙성기간 동안 갈변현상이 간장의 색도에 영 향을 미친 것으로 판단된다(Table 3).
항산화 효능
벼메뚜기 10% 첨가구가 ABTS 자유 라디칼 소거활성이 46 %로 가장 높았고 7% > 대조구 > 3% 순이었다(Table 4). (Hwang et al., 2012)에 따르면 Non-GMO콩으로 제조한 간장에서 진양 콩으로 제조한 간장의 활성이 가장 우수하였으며 3%농도에서 64.53%, 20% 농도에서 99.36%였으며 태광콩으로 제조한 간장 의 활성이 가장 낮았다. 대조구와 벼메뚜기 첨가 간장 제조에 태 광콩을 사용하여 ABTS 자유 라디칼 소거활성이 낮은 것으로 판단된다. DPPH 라디칼 소거 활성능이 벼메뚜기 첨가 7, 10% 가 95%로 라디칼 소거능이 가장 높았으며, 7 = 10% > 대조구 > 3% 순이었다(Table 4). Kim et al. (2015)에 따르면 벼메뚜기 항 산화 활성이 70% 에탄올추출물 > 50% 에탄올추출물 > 증류수 > 100% 에탄올추출물 순으로 높았으며, 이는 벼메뚜기 첨가가 높은 항산화 활성에 기여한 것으로 판단된다. 간장에서 항산화 활성을 발휘하는 원인물질로는 대두 중의 이소플라본, 각종 아 미노산류 및 펩타이드 등이 알려져 있는데, 특히 간장의 갈색색 소인 멜라노이딘도 중요한 역할을 하는 것으로 밝혀져 있다 (Cheigh and Moon, 1990). 멜라노이딘은 라디칼 소거와 금속이 온 킬레이트 기능을 모두 가지므로 갈색물질의 경우 항산화 활 성에 시너지 효과를 나타내는 것으로 보고돼 있다(Ryu et al., 2011). 간장의 숙성과정에서 생성되는 다양한 아미노산 펩타이 드 및 페놀 화합물 등의 상호작용에 의해 항산화 활성에 영향을 미친 것으로 판단된다.








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