현대 의학의 발달로 평균수명이 늘어가고 있지만 서구화된 식생활과 과도한 스트레스 등으로 각종 난치성 질병의 증가로 건강 기능성식품에 대한 관심이 증가하고 있다. 이러한 측면에 서 단백질, 불포화지방산 및 미네랄이 다량 함유되어 있는 곤 충자원에 대한 식·약용 소재화를 위한 연구들이 활발히 이루어 지고 있으며(Bukkens, 1996), 특히 흰점박이꽃무지 유충은 예 로부터 현재까지 민간에서 약용으로 많이 이용되고 있다(Kang et al., 2000; Lee et al., 2001a). 흰점박이꽃무지(White-spotted flower chafer, Protaetia brevitarsis seulensis)는 딱정벌레목 꽃무지과에 속하는 완전변태곤충으로 한국, 중국, 일본 및 시 베리아 동부지역에 서식하고 있으며 유충의 몸길이는 17 ~ 24 mm 정도의 식식성 곤충이다. 성충은 7월 상순부터 8월 상순 까지 가장 많이 출현하며(Lee et al., 2001a; Park et al., 2012) 유충은 주로 퇴비나 건초더미 등 부식이 된 유기물 속에 서 서식하며(Zhang 1984), 10월 하순까지 3령 유충으로 월동 한다(Kim et al., 2005).
한의학에서는 흰점박이꽃무지 유충을 굼벵이 또는 제조라 하 며 간 손상 보호 및 항암효과에 대해 보고되었다(Kim et al., 2005; Park et al., 1994; Lee et al., 2001b). 흰쥐를 이용한 동물임상 실험에서 안전성이 규명되었으며(Yoon et al., 2007; Hwang et al., 2001) 또한 최근에는 흰점박이꽃무지 함유 음료 의 생리활성효능 및 안전성까지 검증과(Park et al., 2012) 일 반성분과 유해물질에 대한 안전성을 확보하였으며(Chung et al., 2013), Kwon et al.(2013)은 흰점박이꽃무지 유충을 식품 원료로 사용하기 위한 전처리 조건을 확립하였다. 따라서 2014 년 10월부터 식품의약품안전처(Ministry of Food and Drug Safety, MFDS)에서 실시되고 있는 ‘한시적 인정제도’에 따라 한시적 식품허가를 받아 현재 절식 → 세척 → 살균 → 동결건 조 과정을 거쳐 식품원료로 사용되고 있다.
따라서 흰점박이꽃무지 유충을 식품원료로 사용하기 위해 우선 4일간 절식을 통해 배변을 실시하는데 이 기간 동안 흰 점박이꽃무지 유충의 스트레스와 체중감소 등으로 손실이 있 을 것으로 사료된 바, 본 연구는 4일간 절식을 통해 배변을 하지 않고 먹이 급이에 따른 흰점박이꽃무지 유충의 일반성분, 지방, 아미노산 등을 분석하여 현재 시행되고 있는 절식방법 을 대신하여 먹이 급이가 유충의 성분에 미치는 영향을 평가 하여 식품을 위한 기초자료로 활용하고자 한다.
재료 및 방법
공시재료
본 시험에 사용된 흰점박이꽃무지 유충은 경남과학기술대학 교 농장에서 사육하고 있는 것으로 3령 유충을 사용하여 4일 간 먹이 종류를 완숙호박(Cucurbita moschata Duch), 알로에 (Aloe vera L.), 쌀겨(Rice bran)를 급이 하였으며 대조구로 절식하였다. 1시간 스팀처리 후 60℃ 건조기에서 48시간 건조 후 분쇄기(Super grinder JL-1000, Hibell, Hwaseong, Korea) 로 분쇄하고 0.5 mm 체로 선별하여 냉동고에 보관하면서 시 험에 사용하였다.
시료 분쇄 및 일반성분 분석
시료를 핀밀분쇄기(DK201, Sejung Tech, Daegu, Korea)를 이용하여 4,600 rpm으로 분쇄하여 일정량의 시료를 취하였다. 일반성분은 association of official agricultural chemists (AOAC) 방법에 따라 분석하였다. 조지방 함량은 soxhlet 방법 으로 분석하였고 회분 함량은 550℃ 직접회화법으로 측정하였 으며 조단백질함량은 Kjeldahl 분석기(2300 Kjeldahl Analyzer Unit, Foss Tecator, Eden Prairie, MN, USA)를 이용하여 정 량 분석하였다. 무기성분 함량은 건식법(NAAS, 2000)으로 측 정하였다. 즉, 시료 1 g을 550℃에서 회화한 후 0.5 N HNO3을 넣고 GF/C (90mm, Cat No. 1822 090, Whatman International Ltd., Maiidstone, England) 여과지로 여과한 다음 0.5 N HNO3 50 mL로 정용하여 Inductively Coupled Plasma Spectrometer (ICP, Thermo Jarrell Ash, Franklin, MA, USA)로 분석하였다.
아미노산 조성분석
구성 아미노산 분석을 위하여 건조된 흰점박이꽃무지 유충 의 분말 1 g과 6 NHCl 40mL을 둥근 플라스틱에 넣고 혼합 한 다음 110℃에서 24시간 동안 질소가스를 가수분해 하였다. 염산을 50℃에서 감압 농축시킨 다음 농축시료는 0.2 N sodium citrate buffer (pH 2.2) 50 mL을 넣어 희석시키고 여 과지(0.25 μm millipore)로 여과하였다. 여과한 시료(20 μl)는 아미노산 분석기(L-8900, Hitachi, Tokyo, Japan)를 이용하여 분석하였다.
유리아미노산 분석을 위하여 건조된 시료 1 g에 증류수 40 mL를 가하여 15분간 끓인 후 증류수를 50 mL로 맞추고 1 mL를 취하여 5% TCA (trichloroacetic acid) 1 mL를 주입하 고 vortex mixer (Genie 2, Scientific industries, Inc USA)로 교반후 10,000 rpm으로 10분간 원심분리한 후 상등액을 취하 여 여과지(0.25 μm millipore)로 여과하였다. 여과한 시료 (20 μl)는 아미노산 분석기(L-8900, Hitachi, Tokyo, Japan)를 이용하여 분석하였다.
항산화성분 분석
시료를 80% 메탄올로 2시간 동안 3회 진탕추출(SK-71 Shaker, JEIO Tech, Kimpo, Korea)한 다음 여과하여 감압농 축(Eyela N-1000, Tokyo, Japan) 하여 추출한 추출물에 대한 총 polyphenol 함량은 Folin-Ciocalteu phenol reagent가 추출 물의 폴리페놀성 화합물에 의해 환원된 결과 몰리브덴 청색으 로 발색하는 원리로 분석하였다(Dewanto et al., 2002). 각 추 출물 50 μl에 2% Na2CO3 용액 1 mL를 가한 후 3분간 방치 하여 50% Folin-Ciocalteu reagent (Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA) 50 μl를 가하였다. 30분 후 반응액의 흡광도 값을 750 nm에서 측정하였고 표준물질인 gallic acid (Sigma- Aldrich)를 사용하여 검량선을 작성하였고 회귀식은 y = 0.003X (R2 = 0.989)로 나타났으며, g 중의 mg gallic acid (dry basis) 로 나타내었다. 총 flavonoid 함량은 Dewanto et al. (2002)의 방법에 따라 추출물 250 μl에 증류수 1 mL와 5% NaNO2 75 μl를 가한 다음, 5분 후 10% ALCL3 6H2O 150 μl 가하 여 6분 방치하고 1 N NaOH 500 μl를 가하였다. 11분 후, 반응액의 흡광도 값을 510 nm에서 측정하였다. 표준물질인 (+)-catechin (Sigma-Aldrich)를 사용하여 검량선을 작성하였고 회귀식은 y = 0.005x (R2= 0.998)로 나타났으며 시료 g 중의 mg catechin (dry basis)으로 나타내었다.
ABTS 및 DPPH 라디칼 소거활성
추출물에 대한 항산화활성은 ABTS (2,2'-azino-bis-3-ethylbenzo- thiazoline-6- sulfonic acid, Sigma-Aldrich) 및 DPPH (1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl, Sigma- Aldrich) radical의 소 거활성을 측정하였다(Lee and Lee, 2006). ABTS radical의 소거활성은 ABTS 7.4 mM과 potassium persulphate 2.6 mM 을 하루 동안 암소에 방치하여 ABTS 양이온을 형성시킨 후 이 용액을 735 nm에서 흡광도 값이 1.4 ~ 1.5가 되도록 몰흡 광계수(ε＝ 3.6 × 104 M−1cm−1)를 이용하여 메탄올로 희석하 였다. 희석된 ABTS용액 1 mL에 추출액 50 μl를 가하여 흡 광도의 변화를 정확히 30분 후에 측정하였으며, 표준물질로서 Trolox (Sigma-Aldrich)를 동량 첨가하였고 mgTE (Trolox equivalent antioxidant capacity) g−1로 표현하였다. DPPH radical 의 소거활성은 0.2 mM DPPH용액 (99.9% methanol에 용해) 0.8 mL에 시료 0.2 mL를 첨가한 후 520 nm에서 정확히 30 분 후에 흡광도 감소치를 측정하였으며, 표준물질로서 Trolox (Sigma-Aldrich)를 동량 첨가하였고 mgTE g−1로 표현하였다.
색차계 색도
유충분말의 색은 색차계(Minolta, spectrophotometer, cm- 3500d, Japan)를 이용하여 측정하였으며, 명도(lightness, L), 적색도(redness, a) 그리고 황색도(yellowness, b) 값으로 나타 내었다.
통계분석
수집된 데이터는 SAS프로그램(V. 9.2, Cary, NC, USA)의 PROC ANOVA procedure를 이용하여 Duncan의 다중범위검 정법(Duncan’s multiple rage test, DMRT)을 통해 평균값을 5% 유의수준에서 비교하였다.
결과 및 고찰
체중감소
배변 기간에 굼벵이 급이 종류에 따른 유충의 무게 감소량 을 조사한 결과 Fig. 1과 같이 먹이를 급이 하지 않은 것은 절식에서 27%, 쌀겨를 급이한 것은 15%, 알로에를 급이한 것 은 2.8%의 체중감소가 일어났으며, 호박을 급이 한 것은 거의 무게가 감소되지 않았다. 따라서 배변작업을 위해 먹이를 급 이 하지 않는 것(Chung et al., 2013; Kwon et al., 2013)보 다 먹이를 급이 하는 것이 흰점박이꽃무지 유충의 체중감소와 스트레스를 줄여줄 뿐만 아니라, 흰점박이꽃무지 유충의 영양 상태에도 영향을 미쳐 식용으로 이용 할 때 유리 할 것으로 사료된다.
일반성분과 무기질
배변 기간에 굼벵이 급이 종류에 따른 조단백질, 지방 및 무기질 함량은 Table 1과 같다. 조단백질 함량은 50.7 ~ 55.4%로 쌀겨 급이 한 것이 55.4%로 가장 높게 나타났으며, 절식한 것이 50.7%로 가장 낮게 나타났다. 일반적인 단백질 식품으로 난류는 8 ~ 14.4%, 육류 15.2 ~ 34.7%, 어류 10.4 ~ 47.7% 보 다 높게 나타났지만, Chung et al. (2013)이 보고한 흰점박이 꽃무지의 단백질 함량 57%보다 조금 낮게 나타났다. 지방함 량의 분포는 16.1 ~ 18.5%로 쌀겨 급이에서 18.5%로 가장 높 게 나타났으며, 다음으로 알로애 17.4, 호박 17.1%로 절식이 16.1%로 가장 낮게 나타났는데 이러한 결과는 Chung et al. (2013)이 발표한 절식한 흰점박이꽃무지 유충에서 지방함량과 유사하였지만 먹이를 급이한 것은 높게 나타났다. 무기물 함 량은 쌀겨를 급이한 것이 인산, 칼륨, 마그네슘의 함량이 가장 높게 나타났으며, 절식한 것은 칼슘의 함량이 다른 먹이 급이 에 비해 높게 나타났다.
흰점박이꽃무지 유충 가공 전에 먹이의 종류에 따라 일반성 분과 무기질의 함량이 다르게 나타난 것은 먹이의 성분에 따 른 것으로 판단되며 본 시험의 결과에서 체중감소(Fig. 1)와 일반성과 무기질 함량을 고려하면 흰점박이꽃무지 유충 가공 을 위해 절식을 하는 것보다 호박과 쌀겨를 먹이를 급이 하는 것이 유리 할 것으로 사료된다.
지방산 조성
배변 기간에 먹이 급이에 따른 흰점박이꽃무지 유충 분말의 전체 지방산 함량 중 불포화지방산은 76.4 ~ 75.5%로 알로에 를 급이한 유충의 불포화지방산이 76.5%로 가장 많았으며 절 식을 한 유충의 불포화지방산이 75.5%로 가장 적었습니다 (Fig. 2). 흰점박이꽃무지 유충의 포화지방산 조성은 myristic acid (C14:0), palmitic acid (C16:0), stearic acid (C18:0)과 함량은 불포화지방산 palmitoleic acid (C16:1), oleic acid (C18:1), linoleic acid (C18:2), linolenic acid (C18:3), eico- senoic acid (C20:1) 을 분석한 결과 oleic acid (C18:1) 62.5 ~ 67.1%로 가장 많았으며, Chung et al. (2013)과 Yeo et al. (2013)의 결과와 유사한 결과를 보였다. 호박을 급이한 유충의 oleic acid (C18:1) 함량이 67.1%로 가장 높게 나타났 다. Oleic acid는 혈중의 고밀도 지질 단백질 (high density lipoprotein, HDL)의 함량을 높이고 절미도 지질 단백질(low density lipoprotein, LDL)의 함량을 낮추고 혈관계 질환을 예 방하는 기능을 한다고 보고되고 있다(Nam and Lee, 2007; Zamora et al., 2001). 흰점박이꽃무지 유충에 함유된 다량의 불포화지방산과 미량의 필수지방산은 좋은 식품의 원료가 될 수 있으며, 육류나 어류를 대신 할 수 있으며(Chung et al., 2013) 특히, 배변작업을 위해 호박, 알로에, 쌀겨 등 먹이를 급이 하는 것이 좋을 것으로 사료된다.
아미노산 함량
배변 기간에 먹이 급이에 따른 흰점박이꽃무지 유충의 조단 백질 함량이 50.7 ~ 55.4%로 나타났으며 이중 대표적인 아민 노산 21종의 유리, 구성 아미노산(Fig. 4)을 분석하였다. 유리 아미노산조성에 필수아미노산인 methionine, threonine, valine isoleucine, leucine, phenylanine, histidine 그리고 lysine의 총 함량은 178.5 ~ 206.7 mg 100 g−1으로 나타났다(Fig. 3). 먹이 급이 별로는 쌀겨를 급이 한 것이 206.7 mg 100 g−1으로 가장 높게 나타났으며, 먹이를 급이하지 않은 것이 178.5mg 100 g−1 가장 낮게 나타났다. 필수아미노산 중에 histidine 함량이 47.5 ~ 77.6 mg 100 g−1가장 높게 나타났다. 먹이 급이 별로는 쌀겨를 급이한 것이 77.6 mg 100 g−1으로 가장 높게 나타났으 며, 알로에를 급이한 것이 45.6으로 가장 낮게 나타났다. 비필 수아미노산 694.9 - 1036.0 mg 100 g−1으로 필수아미노산 보다 함량이 많게 나타났다(Chung et al., 2013). Valine 특히 필수 아미노산은 체내에서 합성되는 것이 아니라 반드시 음식물을 통해 섭취해야 한다.
구성아미노산 조성에서 필수아미노산의 36%, 비필수아미노 산이 34%로 나타났다(Fig. 4). 필수아미노산인 methionine, threonine, valine isoleucine, leucine, phenylanine, histidine 그리고 lysine의 총 함량은 5348 ~ 5894 mg 100 g−1으로 나타 났다. 먹이 급이 별로는 쌀겨를 급이 한 것이 5894 mg 100 g−1으로 가장 높게 나타났으며, 먹이를 급이 하지 않은 것 이 5348 mg 100 g−1 가장 낮게 나타났다. 필수아미노산 중에 칼슘의 흡수를 도와 성장과 뼈의 생성에 관여하며 체내에서 균형을 유지시켜 주는 lysine 함량이 937 - 1012 mg 100 g−1가 장 높게 나타났다. 먹이 급이 별로는 쌀겨를 급이한 것이 1012 mg 100 g−1 으로 가장 높게 나타났으며, 호박을 급이한 것이 937로 가장 낮게 나타났다. 흰점박이꽃무지 유충을 가공 하기 위해서는 배변작업을 그쳐야 하는데 Kwon et al.(2013) 이 보고한 절식보다 배변을 위해 식용으로 가능한 호박, 알로 에, 쌀겨 등 먹이를 급이 하여 가공하는 것이 유리할 것으로 사료된다.
항산화성분의 함량
페놀성 화합물은 다양한 구조와 분자량을 가지며 페놀성 화합물의 phenolic hydroxyl기가 단백질과 같은 거대분자와 결 합을 통해 항산화, 항암 및 항균 등의 생리기능을 가지는 것 으로 알려져 있다(Rice-Evans et al., 1997). 배변 기간에 먹 이 급이에 따른 흰점박이꽃무지 유충의 총 polyphenol 함량을 측정한 결과 쌀겨를 급이한 것은 23.57, 알로에는 23.38, 호박 은 23.05, 절식구는 22.7 mg g−1으로 먹이종류에 따른 차이는 인정되지 않았지만, 먹이를 급이 하지 않은 절식과 급이 한 것에는 유의적인 차이가 인정되었다(Fig. 5(A)).
Flavonoid는 주로 anthocyanidins, falvonols, flavones, cathechins 및 flavanones 등으로 구성되어 있으며, 그 구조에 따라 특정 flavonoid는 항산화 및 항균성 등 다양한 생리활성 을 갖고 있는 것으로 보고되고 있다(Middleton and Kandaswami, 1994; Choi et al., 2013). 배변 기간에 먹이 급이에 따른 흰점박이꽃무지 유충의 총 flavonoid 함량은 쌀겨, 호박, 절식 그 리고 알로에 순으로 각각 0.316, 0.222, 0.078, 0.096 mg g−1으 로 쌀겨와 호박을 급이 한 것이 다른 시험구에 비해 유의성이 인정되었다(Fig. 5(B)).
따라서 지방산 조성(Fig. 2)과 아마노산조성(Fig. 3, 4)에서 도 나타난 것과 같이 배변작업에 절식을 하는 것보다 호박, 쌀겨, 알로에 같은 먹이를 급이 하는 것이 흰점박이꽃무지 유 충의 약리적 효과가 더 높을 것으로 사료된다.
ABTS, DPPH radical 소거활성
천연물의 항산화활성은 활성 radical에 전자를 공여하고 식 품 중의 지방질 산화를 억제하는 특성을 가지고 있고 인체 내 에서는 활성 radical에 의한 노화를 억제시키는 역할을 하는 radical 소거작용은 ABTS radical 소거활성법(Kim et al., 2009)과 DPPH radical 소거활성법(Nieva et al., 2000)을 표 준물질인 Trolox와 비교하여 mgTE (Trolox equivalent antioxidant capacity) g−1으로 나타낸 결과는 Fig. 6으로 나타 내었다.
배변 기간 먹이 급이에 따른 ABTS radical 소거활성은 쌀 겨를 급이한 흰점박이꽃무지 유충에서 17.94 mgTE g−1 으로 가장 높게 나타났으며, 알로에를 급이한 흰점박이꽃무지 유충 에서 16.32 mgTE g−1절단 가장 낮게 나타났다. 먹이 종류에 따라 ABTS radical 소거활성에 유의적인 차이를 보였다. 배변 기간 먹이 급이에 따른 DPPH radical 소거활성에서 쌀겨를 급이한 것이 2.00 mgTE g−1 가장 높게 나타났으며, 다른 먹 이에 비해 유의적인 차이가 인정되었다. Park et al., (2005)은 많은 약용곤충에서 항산화물질을 확인하고 곤충의 종류에 따 라 정도의 차이가 난다고 하였는데, 본 연구에서는 배변기간 먹이에 따라 차이가 남을 확인 할 수 있었다. 따라서 곤충의 종류 뿐 만 아니라 먹이의 종류에 따라 항산화능에 차이를 보 여 곤충의 사육기간 중 먹이에 따른 항산화능에 대한 연구도 이루어져야 할 것으로 사료된다.
색 도
먹이 급이에 따른 흰점박이꽃무지 유충을 분쇄기로 분쇄하 여 색도를 측정하였다(Table 2). 흰점박이꽃무지 유충 명도를 나타내는 L 값은 호박을 급이한 것이 72.3로 알로에를 급이한 것이 64.7 쌀겨를 급이한 것이 58.3 급이를 하지 않은 것은 44.3으로 호박을 급이한 것이 가장 밝게 나타났으며, 급이를 하지 않은 것이 가장 어둡게 나타났다. 적색도를 나타내는 a 값은 절식, 쌀겨, 알로에, 호박순으로 각각 14.7, 10.7, 4.0, 3.0으로 나타났다. 황색도를 나타내는 b값은 L값과 같은 경향 으로 나타났다. 급이를 하지 않아 어두운 색을 나타내는 것보 다 호박을 급이한 것이 가장 밝게 나타나 소비자들의 선택성 이 좋아 상품성으로도 좋을 것으로 사료된다.
적 요
본 연구는 4일간 절식을 통해 배변을 하지 않고 먹이 급이 에 따른 흰점박이꽃무지 유충의 일반성분, 지방, 아미노산 등 을 분석하였다. 먹이 급이에 따른 체중감소는 호박, 알로에 쌀 겨, 절식 순으로 각각 0, 2.8, 15, 27% 나타났다. 조단백질 함 량은 50.7 ~ 55.4%, 지방함량의 분포는 16.1 ~ 18.5% 쌀겨 급 이 한 것이 가장 높게 나타났다. 전체 지방산 함량 중 불포화 지방산은 75.5 ~ 76.4%로 나타났으며, 알로에 급이가 76.4%로 가장 높게 나타났다. 구성아미노산 조성에서 필수아미노산의 36%, 비필수아미노산이 34%로 나타났다. 총 polyphenol 함량 은 쌀겨, 알로에, 호박, 절식 순으로 각각 23.57, 23.38, 23.05, 22.70 mg g−1으로 나타났다. ABTS DPPH radical 소거활성은 쌀겨를 급이한 흰점박이꽃무지 유충에서 각각 17.94 mgTE g−1, 2.00 mgTE g−1 가장 높게 나타났다. 흰점박이꽃무지 유충 명 도를 나타내는 L 값은 호박을 급이한 것이 72.3로 알로에를 급이한 것이 64.7, 쌀겨를 급이한 것이 58.3, 급이를 하지 않 은 것은 44.3으로 호박을 급이한 것이 가장 밝게 나타났으며, 급이를 하지 않은 것이 가장 어둡게 나타났다.
