서 론

전 세계 약 20억명 이상이 1,900여 종 이상의 곤충을 식 품으로 이용하고 있다 (FAO 2013). 대표적인 식용곤충군으 로 나비목 (Lepidoptera), 딱정벌레목 (Coleoptera), 메뚜기목 (Orthoptera), 흰개미목 (Isoptera), 벌목 (Hymenoptera) 등이 있다 (Chung et al. 2013). 식용곤충은 (edible insects)은 전체 중량대비 고단백질과 미량원소가 다량 함유되어 있으며 (Chung et al. 2013;Köhlerab et al. 2019) 현재는 식용곤충자 원의 식·약용 소재화를 위한 연구가 활발히 이루어지고 있 다 (Bukkens 1997;Van Itterbeeck and van Huis 2012). 우리나 라에는 현재 식품의약품안전처에 총 10종의 곤충이 일반 식품 및 식품원료로 인정·등록되어 있다 (NIFDS and NIAS 2021).

일반 식품으로 분류된 식용곤충 중 흰점박이꽃무지 (white-spotted flower chafer, Protaetia brevitarsis seulensis) 는 딱정벌레목 꽃무지과 꽃무지아과 흰점박이꽃무지속 에 속한다. 알, 유충, 번데기, 성충의 시기를 거치며 완전변 태를 하며 성충은 전체 길이가 약 17~24 mm 정도의 식식 성 곤충으로 한국, 일본, 대만, 중국, 유럽에 분포해 있고 야 생에서 성충은 7월 상순부터 출현하고 8월 상순에 출현빈 도가 가장 높다. 유충은 미생물에 의해 발효된 참나무 톱밥 과 같은 부엽토 속에서 서식하여 10월 하순까지 3령 유충 으로 변태 후 월동에 들어간다 (Cho 1969;Zhang 1984;Kim and Kang 2006). 식용곤충 중 건강보조식품으로 가장 많이 활용되고 있는 흰점박이꽃무지 유충을 정제한 상품 개발 도 이루어지고 있다 (Park et al. 1994;Kang et al. 2000;Lee et al. 2001;Cho et al. 2003;Hwang et al. 2005). 흰점박이꽃무 지 유충의 상품화는 대량사육이 필수적이며 이를 위해 안 정적인 인공사료 공급과 관련된 연구가 뒷받침되어야 한 다. 국내에서 발효 알로에를 대체 먹이로 급여한 결과가 보 고되어 있고 (Kang et al. 2012), 인공사료가 흰점박이꽃무지 유충의 영양성분과 생육에 미치는 영향 (Yoon et al. 2016), 버섯 수확 후 배지를 대체사료로 하여 흰점박이꽃무지 발 육에 미치는 영향 (Lee et al. 2018) 및 한약재 부산물을 대 체사료로 사용하여 흰점박이꽃무지의 발육에 미치는 영향 (Kim et al. 2019) 등이 연구되었다. 흰점박이꽃무지 유충 연 구는 국내에서만 한정된 것이 아니며, 외국에서는 흰점박 이꽃무지 유충의 기능성에 대한 연구 (Kan et al. 2009), 흰 점박이꽃무지의 지리적 차이에 따른 형태적 변형 (Suo et al. 2015) 등이 연구되었다.

흰점박이꽃무지 유충 대량사육 시 유용미생물 (Effective microorganism, EM)을 이용하여 사료를 발효한다 (Yoon et al. 2016;Kim et al. 2019). 상업적으로 EM은 자연 발효된 토 양에서 분리한 여러 미생물을 혼합·배양하여 작물의 생산 성 증가를 위해 사용되곤 한다 (Mohan 2008). EM은 토양 내 미생물 상의 생물다양성을 증가시켜 식물의 양분 획득 에 도움이 되고, 병원성 미생물의 발생을 감소시키는 효과 가 있다고 하며 (Condor et al. 2007), 작물의 광합성 증가, 병 해충의 억제 및 발아에 도움을 주고, 특히 토양에 존재하는 유기물 분해 촉진에 따른 소출된 작물의 영양학적 효능 증 가를 유도한다 (Anon 1995). 토양 미생물 유래 EM 처리는 작물 재배 시 토양 미생물 상에 간접 시너지 효과를 야기 하며, 지역에 따른 토양 미생물 상의 차이는 EM을 조성하 는 미생물 상의 제조지역, 시설에 따라 다르다. 이는 식용곤 충을 위한 사료의 질적 저하가 야기되는 결과로 볼 수 있다 (EM 생산 시 동일 미생물 비율을 구성하는 재현성 문제) (Higa and Parr 1994). 식용곤충을 위한 사료의 질적 저하는, 일정한 생산량을 요구하는 식용곤충 대량사육에 문제가 될 가능성이 있다 (Higa and Parr 1994).

균류 (fungi)에 의한 발효는 천연생리활성 물질의 생산 (Stierle and Stierle 2000), 재생 가능 자원의 생물처리로 인 한 단백질 함량 증가 (El-Enshasy 2007) 및 고형 자원 발효 (Wang and Yang 2007) 측면에서 널리 사용되고 있으며, 특 히 동물사료에 사용되는 균류에 의한 발효는 다른 미생물 로 인한 모든 부정적인 상호작용을 회피하고, 사료 대상물 의 직접적인 가수분해, 사료섭취 특성 (기호성; palatability) 개선 등의 효과가 있다 (Ghorai et al. 2011). 이러한 균류 중 식용버섯은 인간에게 무해하며, 항산화 활성, 혈전용해 활 성, 면역증강 및 항염증에 효과가 있으므로 (Roupas et al. 2012), 식용버섯종균 (edible mushroom fungi)은 EM 대체제 로 적절하다고 볼 수 있다.

본 연구는 흰점박이꽃무지 유충의 대체 먹이원인 한약 재 부산물의 발효를 위해 목재 부후균 중 백색 부후균이며 식용버섯으로 상대적으로 저렴한 가격과 구입이 용이한 느타리버섯 종균 (Oyster mushroom fungi) 처리에 따른, 대 체 사료의 영양성분 비교와 유충의 생육에 미치는 영향을 비교 분석하고자 한다.

재료 및 방법

1. 공시충

본 실험에서 사용한 공시충인 흰점박이꽃무지 유충은 경상남도 합천군 ‘희망곤충농장’에서 공급 받았다. 공시충 은 의령곤충생태학습관의 곤충사육실에서 16L : 8D, 25± 2°C, 60±5% RH 조건으로 사육하였다.

2. 흰점박이꽃무지 유충 대체 먹이 제조

대체 먹이 제조를 위해 한약재 부산물은 의령 소재 한 의원 (인제한의원)에서 탕재한 후 나온 한약재를 수거하 여 70°C에서 12시간 건조 (agricultural products dryer KED- 035A) 후 고속채 분쇄기 (GRC-12, Garyeo industry, Siheung, Korea)로 처리하여 분쇄한 이후 농업기술실용화재단 (FACT; The Foundation of Agri, Tech, Commercialization & Transfer, Iksan, Korea)에 의뢰하여 조단백질, 조섬유, 조지 방 및 조회분의 일반 영양조성과 중금속 검출을 의뢰하였 다. 한약재 부산물 분석 결과, 일반영양성분의 함량을 각각 확인하였으며, 이 중 중금속은 검출되지 않았다 (Table 1).

한약재부산물의 발효를 위해 농가에서 관행적으로 사용 하는 유용미생물 (effective microorganisms, EM; yeast, lactic acid bacteria, Bacillus, photosynthetic bacterium, 의령군 유용 미생물 배양센터에서 분양)과 대체 발효원인 느타리버섯 종균 (oyster mushroom fungi, OM, 충남 예당 버섯 농장 분 양, Potato Dextros 배지를 이용하여 28°C에서 7일간 액상 배양)을 이용하여 중량대비 20%의 비율로 EM균과 느타 리버섯 종균 액상배양액 (×10¹⁰ cfu 이상)을 각각 첨가하여 혼합한 후 상온 25°C에서 30일간 발효하였다. 발효된 한약 재 부산물을 이용한 대체사료는 흰점박이꽃무지 유충에게 1주일 간격으로 공급하였다.

3. 대체 먹이원과 흰점박이꽃무지 영양성분 비교

흰점박이꽃무지 유충의 대체 먹이원으로 안전성과 영 양성분 확인 및 흰점박이꽃무지 유충의 사료에 따른 영양 성분 확인은 한국식품연구원 (KFRI; Korea Food Research Institute, Wanju, Korea)에 분석 의뢰하였으며, 영양성분의 경우 분석된 자료를 제시하고 비교하였다 (Tables 2~4).

4. 흰점박이꽃무지 유충 발육 특성 및 분석

EM과 OM을 이용해 발효된 사료와 비발효된 사료를 흰 점박이꽃무지 1령 초기 유충부터 각각 급이하였다. 실험 은 투명한 폴리프로필렌 (polypropylene) 재질의 원형 (외 경 ø 12 cm, 내경 ø 9 cm, 높이 8 cm)용기에서 1령 초기 유 충 10마리씩 사용하였으며 번데기 방을 짓는 날까지 처리 군 간 생육속도를 비교하기 위하여 주 1회 미량전자저울 (HS3130F; Hansung Inc.)을 이용하여 무게를 측정하였고 유충의 생존율, 마리당 유충 무게, 유충의 발육기간을 비교 관찰하였다. 모든 실험은 3회 반복 진행하였다. 수집된 유 충의 무게 데이터는 SAS프로그램의 PROC GLIMMIX를 이용한 Repeated measure ANOVA로 시기별, 처리별 평균값 을 5% 유의수준에서 비교 분석하였다 (SAS institute 2010).

결과 및 고찰

1. 대체 사료 영양성분, 중금속 분석과 사료별 흰점박이꽃무지 유충의 영양성분 비교

비발효 및 EM과 OM으로 발효시킨 한약재 부산물의 일 반 영양학적 조성 분석 결과, 비발효시킨 한약재 부산물의 영향성분이 매우 낮은 함량을 보였으며, EM과 OM으로 발 효시킨 경우, 큰 차이를 보이지 않았다 (Table 2). EM과 OM 으로 발효한 대체사료로 사육된 흰점박이꽃무지 유충 분 말 100 g의 일반 영양성분 분석 결과, 차이가 크지 않은 것 으로 나타났다. OM 발효 한약재 부산물 급이 흰점박이꽃 무지 유충은 EM 발효와 비교하여 수분과 조지방 함량이 높았으며, 조단백질과 조회분 함량은 적었으나 그 차이가 미미하였으며, 중금속은 검출되지 않았다 (Table 3).

발효원에 의한 유기물의 천연생리활성 물질 증가가 있 다는 보고가 있으므로 (Stierle and Stierle 2000), 발효된 사료 의 경우 대사에 도움이 될 수 있는 것으로 생각된다. 분석 결과, 단백질의 경우 발효 시 한약재 부산물의 단백질 함량 증가가 관찰되며, 이는 미생물 발효에 따른 사료 간 영양성 분 차이가 생긴 것으로 판단된다 (El-Enshasy 2007). 자연생 태계에서 흰점박이꽃무지 유충은 발효된 유기물을 먹이로 이용하는 습성이 있으므로 (Cho 1969;Zhang 1984;Kim and Kang 2006), 발효 유무에 따라 섭식 선호도 역시 영향을 줄 것으로 보이나, 이를 확인하기 위해서는 추가 실험이 필요 하다.

먹이원의 안전성을 확인하기 위하여 카드뮴, 납, 수은 등 의 중금속 함량을 분석 의뢰한 결과 비발효, EM 및 OM 발 효 한약재 부산물에서 불검출로 확인되었다. 따라서 한약 재 부산물의 경우 인체에 영향을 줄 수 있는 식용곤충인 흰 점박이꽃무지 유충의 사료로 안정적이며, 발효과정을 거쳐 서 그 영양학적 효과를 높여야 한다고 본다 (Table 2).

Kim et al. (2019)은 참나무발효톱밥 급이 흰점박이 꽃무 지 유충의 단백질 함량을 45.6%로 보고하였으며, 이는 OM 과 EM 발효 한약재 부산물을 급이할 경우 약 20% 정도 단 백질 함량의 증가가 있음을 나타낸다. 일반적인 식품에 서 단백질 함량이 100 g 기준 난류 8.5~14.4%, 육류 15.2~ 34.7%, 어류 10.4~47.7%인 것을 감안하면 (Food nutrition ingredient database, Ministry of Food and Drug Safety, Korea), 흰점박이꽃무지 유충의 단백질 함량이 월등히 높은 편이 라 할 수 있다. Lee et al. (2018)은 참나무발효톱밥과 두 종 류 버섯 (새송이, 표고버섯) 수확 후 배지로 사육한 흰점 박이꽃무지 유충의 총질소 함량이 새송이버섯 (Pleurotus eryngii) (10.28%), 표고버섯 (Lentinula edodes) (9.86%), 발효 톱밥 (9.06%) 순으로 나타났다고 하였다. 본 연구 결과와 일 부 상이한 방법으로 조사하였으나, 상대적인 함량임을 감 안하더라도 본 연구에서 제시한 단백질 함량과 50% 이상 차이를 보이고 있음을 알 수 있다. 이 결과는 Table 2의 분 석 결과에서 언급했듯이 대체 사료인 한약재 부산물의 조 단백 함량이 매우 높게 나왔기 때문으로 사료되며, 일반적 인 식품류와 비교하여도 난류에 비해 높고, 일부 육류와 어 류의 단백질 함량과 비슷한 정도이므로 식용곤충으로 흰 점박이꽃무지 유충의 영양성분 비율이 다른 식품에 비해 월등함을 알 수 있다 (Table 3).

Kim et al. (2019)은 참나무 EM 발효톱밥을 급이한 흰점 박이꽃무지 유충의 아미노산 조성을 분석하였으며, 이 중 어린 곤충에 있어 중요한 histidine 함량을 약 1,000 (단백질 함량 단위: mg/100 g) 정도로 보고하였다. 본 연구 결과, EM 균과 OM균으로 발효시킨 대체사료를 급이한 흰점박이 꽃무지 유충에서 각각 1252.6, 1253.8으로 약 16% 정도 높 게 나타났으며, 발효원 간 차이는 거의 없었다 (Table 4). 또 한, 비 필수 아미노산인 asparatic acid, serine, glutamic acid, glycine, tyrosin, arginine, proline의 함량을 Kim et al. (2019) 의 결과와 비교하면, glutamic acid가 EM균으로 발효시킨 사료를 공급한 흰점박이꽃무지 유충에서 상대적으로 높게 나왔고, proline이 대조구 대비 EM과 OM으로 각각 발효시 킨 사료를 급이한 흰점박이꽃무지 유충에서 약 3배 정도 높은 수치를 나타내었다 (Kim et al. 2019; Table 4).

전체 지방산은 포화지방산과 불포화지방산으로 나누어 분석되었고, EM 발효 대체 먹이군의 경우 포화지방산이 22.8%, 불포화지방산은 75.0%이고, OM 발효 대체 먹이군 의 경우 포화지방산 21.6%, 불포화지방산은 76.5%로 각각 나왔다 (Table 5). 각 지방산별 조성에서 가장 높은 비율은 oleic acid로 60.6%였다 (Table 5). Kim et al. (2019)은 참나무 EM 발효톱밥을 사료로 흰점박이꽃무지 유충의 지방산 조 성을 보고하였는데, 본 연구 결과와 비슷한 조성비율을 보 이고 있었다.

OM으로 발효된 대체 사료로 사육된 흰점박이꽃무지 유 충 영양성분 분석 결과 주요 아미노산과 지방산의 비율이 기존 발효원인 EM으로 발효된 사료를 이용한 결과와 비 슷하거나 높았으며, 비필수 아미노산인 Proline의 경우 매 우 높은 수치를 보였다 (Kim et al. 2019; Tables 4, 5). 따라서 OM으로 사료발효 시 식용곤충에게 미치는 영향은 차이가 없는 것으로 사료된다.

2. 한약재부산물 발효방법에 따른

흰점박이꽃무지 유충 발육특성 및 중량 변화 비교

발효방법에 따른 대체사료로 사육한 흰점박이꽃무지 유 충의 평균중량 변동은 Fig. 1과 같다. 비발효사료 실험군과 발효사료 실험군은 1~2주차까지 차이가 없었으나 3주차 부터 체중 계측을 완료한 7주차까지 유충 중량이 발효사료 실험군에서 유의하게 높아지기 시작했다 (Fig. 1, LSD test in Repeated measured ANOVA, P<0.05, SAS institute 2010). 흰점박이꽃무지 유충 중량계측 3주차부터 OM 발효사료 실험군에서 EM 발효사료 실험군보다 높은 중량이 관찰되 었다. OM 발효사료 실험군과 EM 발효사료 실험군의 관찰 주별 비교 시 3, 5, 7주차 계측시기에 유의한 차이가 관찰되 었으나, 비발효사료 실험군과의 차이를 비교한다면 EM과 OM 관찰군의 차이는 그리 크지 않았으며, 4, 6주차에는 유 의한 차이를 보이지 않았다. 또한, 주별 중량증감을 비교한 결과 6주차에서 7주차에 중량 변화가 없이 번데기 전단계 로 발육됨을 확인할 수 있었다 (Fig. 1, P>0.05).

모든 발효사료 실험군에서 흰점박이꽃무지 유충은 96.7%의 생존율을 보였으며, 비발효사료 실험군의 경우 10% 미만의 생존율이 관찰되었다 (Table 6).

야외 흰점박이꽃무지 유충 개체군이 서식처는 낙엽 내 토양으로, 그 외 지역에서 발견될 확률이 낮으므로, 충분히 발효된 먹이원이 아니면 그 생존율이 현저하게 떨어지는 것으로 사료된다 (Table 6, Cho 1969;Zhang 1984;Kim and Kang 2006). 다만, Lee et al. (2018)은 버섯 수확 후 남은 배 지를 별도의 발효작업 없이 대체 먹이원으로 급여하여 흰 점박이꽃무지를 사육하였는데, 사용한 버섯이 새송이버섯 (P. eryngii)과 표고버섯 (L. edodes)이며 표고버섯과 새송이 버섯 배지의 주원료가 참나무톱밥임을 고려할 때, 버섯 종 균에 의한 참나무톱밥의 발효가 유도된 것으로 사료된다. 이러한 결과를 종합하면 흰점박이꽃무지 사육 시 먹이원 의 발효과정이 흰점박이꽃무지 유충의 생장에 필수적인 것으로 사료된다 (Fig. 1, Table 6).

Kim et al. (2019)은 일반적인 관행 사육 시 발효된 참나 무 톱밥을 사용한 경우 생존율이 약 90%라고 하였으며, 본 실험결과와 약 6.7% 차이를 보이기는 하지만 이는 크게 유 의하지 않은 결과이다. 따라서 본 연구에서 사용된 발효방 법에 따른 대체사료는기존의 관행적인 발효톱밥 사료와 비교하여 흰점박이꽃무지 급이원으로 안정적이다 (Fig. 1, Table 6).

Park et al. (2012)은 항온, 항습 조건에서 (L : D=16 : 8, 27.5±2.5°C, 65±5% R.H.) 발효된 톱밥을 급이한 유충이 번데기 전 단계까지의 발육에 10주가 걸린다고 보고하였 으므로, 본 연구의 흰점박이꽃무지 유충의 중량 변화 및 발 육기간 결과에서도 한약재 부산물이 영양학 및 경제적으 로 측면에서 우수한 급이원임을 확인할 수 있었다 (Table 2, Fig. 1).

곤충산업시장에서 학습, 애완용 곤충, 화분매개곤충, 천 적곤충과 달리 식용곤충은 인체 내에 직접 작용함으로 그 사료의 안정성에 대한 지속적인 감시와 관리가 요구되며, 곤충시장의 활성화를 위한 이익의 극대화, 지속적인 곤충 자원의 보급을 위해 안전한 사료의 확보가 무엇보다 중요 하다 (RDA 2016, 2017). 본 연구와 다른 연구 결과를 종합 해 보면, 식용곤충인 흰점박이꽃무지 유충의 먹이원은 발 효가 선행되어야 한다 (Table 6, Cho 1969;Zhang 1984;Kim and Kang 2006), 일반적인 농가는 EM으로 발효된 사료로 흰점박이꽃무지를 사육하고 있으나 (Yoon et al. 2016;Kim et al. 2019), EM은 생산 시설에 따라 동일 미생물 비율을 구 성하는 재현성이 불가능하므로 (Higa and Parr, 1994), 각 생 산지역, 시기에 따라 미생물 비율이 상이한 실정이다. 항상 동일한 비율의 미생물을 유지할 수 없다는 점은 EM이 대 량 사육을 위한 사료의 발효원으로 안정적이지 못하므로 식용곤충 사료 공급의 안정성과 경제성을 담보할 수 없으 며 (Kang et al. 2012;Lee et al. 2018), 필연적으로 국내 곤충 산업규모의 확대에 따른 경제적인 대량 사육방법확립에 적신호가 될 것이다 (RDA 2016).

이와 비교하여 균류 (fungi)는 발효원으로 한 종의 균류 를 사용한다는 점에서 상대적으로 안정적이다. 균류를 이 용한 고형자원인 목재발효는 발효과정에서 천연생리활 성 물질을 생산하고 (Stierle and Stierle 2000;Wang and Yang 2007), 균류처리로 인한 생체 내 필수 영양분인 단백질 함 량 증가를 유도한다 (El-Enshasy 2007). 균류를 발효원으 로 동물사료를 개발하는 경우, 기타 다른 미생물로 인한 모 든 부정적인 상호작용을 회피하고, 사료 대상물의 직접적 인 가수분해, 기호성 개선 등의 효과가 있다고 보고되었다 (Ghorai et al. 2011). 특히 발효원으로 사용 가능한 균류 중 식용버섯종균은 인간에게 무해하며, 여러 가지 영양학적 효과가 있다고 보고됐다 (Roupas et al. 2012).

본 연구에서 대체 발효제로 그 가능성을 확인한 OM은 여러 미생물이 섞인 EM과는 달리 단일종으로 이루어진 식 용버섯종균 (edible mushroom fungi) 발효원으로, 버섯농가 를 위한 종균 제작시설에서 안정적으로 연중 공급 및 기능 을 항상 일정하게 유지하므로 불안정한 EM을 대체할 좋은 발효원이라고 할 수 있다.

종합하면 흰점박이꽃무지 유충의 대체사료로 한약재 부 산물이 가능하지만, 발효과정이 수반되어야 하며, 기존의 EM이 아닌 OM을 안정적인 발효원으로 대체 가능함을 알 수 있었다. 또한, 한약재 부산물을 이용한 대체사료로 키 운 유충의 영양학적 우수성과 사육기간 단축을 통한 식용 곤충으로서 출하시기도 앞당길 수 있어 사육 농가의 사료 비를 절감할 수 있는 부가적 효과가 있음을 확인하였다. 본 연구 결과는 식용곤충으로 안전하고 경제적으로 사육되어 야 하는 흰점박이꽃무지 유충의 대량사육법 확립에 도움 을 줄 것으로 사료된다.

적 요

흰점박이꽃무지 (Protaetia brevitarsis seulensis) 유충의 대 체사료인 한약재 부산물 발효원인 유용미생물 (Effective microorganism, EM)과 느타리버섯 종균 (Oyster mushroom fungi, OM)을 비교하였다. 각 발효된 사료의 영양성분을 비 교한 결과, 조회분을 제외한 조단백, 조지방, 조섬유 함량 이 OM 발효사료에서 높게 나타났다. 각 발효된 사료로 사 육된 흰점박이꽃무지 유충의 영양성분을 비교한 결과 차 이가 관찰되지 않았다. 각 발효사료별 흰점박이꽃무지 유 충의 생체중을 주별 비교 분석한 결과, 3주차 관찰시기부 터 EM과 OM을 이용한 사료에서 흰점박이꽃무지 유충 평 균중량이 유의하게 높았다. 유충 사육 시 생존율은 발효사 료의 경우 동일하게 96.7%이나, 비발효사료의 경우 9.8%로 매우 낮았다. 본 실험결과, 흰점박이꽃무지의 생육에 먹이 원의 발효는 꼭 필요했으며, OM은 EM을 대체할 수 있는 흰점박이꽃무지 대체사료의 발효원으로 더 안정적이었다.