식품의 영양소 함량과 구성은 식품의 영양가를 평가하는 데 중요한 요소이다. 하지만 식품의 섭취 후 소화 과정 중에 발생하는 영양소 흡수 대사와 관련된 소화율 및 생체 이용가능성을 평가하는 것도 중요하다(Bax 등, 2012). 단백질 산화로 인한 단백질 구조적 변화는 단백질 분해효소에 대한 감수성을 변경시켜 낮은 소화율의 원인이 될 수 있으며, 식품의 낮은 단백질 소화율은 낮은 영양학적 가치로 여겨질 수 있다(Lund 등, 2011). 체외 소화 시스템은 생체 내 소화 시스템과 비교하여 약간의 차이가 있을 수 있지만, 체외 소화 모델은 식품의 구조, 생체 이용률 및 식품 소화율의 변화를 평가하기 위한 생체 내 모델 시스템의 대안이다(Hur 등, 2011). 소화 과정 중에 방출되는 영양소를 분석하는 유용한 도구인 체외 소화 모델은 식품의 물리화학적 상태, 다른 영양소와의 상호작용, 생물학적, 물리적 및 열처리의 효과를 평가하는 데 적합하다(Guerra 등, 2012).

식용곤충은 환경문제와 식량 문제로 인해 미래 식량으로 주목받고 있는 지속 가능한 단백질 대체 공급원이다. 한국농촌경제연구원의 곤충산업 실태와 육성정책 방향에 따르면 식•약용으로 활용되는 곤충 시장의 규모는 2015년 80~90억 원에서 2020년 1,053~1,072억 원으로 5년 사이에 급격한 시장 규모의 증가를 전망했다(Kim과 Park, 2016). 가축 사육으로 발생하는 온실가스 및 암모니아 배출량이 매우 적은 식용곤충이 친환경적인 미래 대체 식품으로 주목받고 있다. 농림축산식품부에 따르면 소, 돼지, 닭 사육과 비교하여 식용곤충의 사육은 물 소비량을 약 5배, 사료공급량은 약 3~20배 그리고 이산화탄소 배출량은 약 3배 감소시킬 수 있다고 하였으며, 사육 기간과 시설 및 관리 비용에 대한 비용 또한 절감할 수 있다고 하였다(MAFRA, 2017). 소비자들은 식용곤충이 단백질 함량이 높은 식품임을 인식하고 있지만, 혐오스러운 외관 때문에 곤충 섭취에 대해 부정적인 인식이 있으므로 대부분 식용곤충은 식품에 사용되기 전에 분쇄되어 가공된다(Lee 등, 2021). Lee와 Kang(2019)의 연구에 따르면 식용곤충을 활용한 식품을 구매하지 않는 이유 중에서 혐오스럽기 때문이라는 이유가 가장 높은 비율(29.6%)을 차지하였다. 따라서 식용곤충을 식품으로 이용하기 위하여서는 1차 가공을 통하여 식용곤충 가공품을 제조하여야 한다.

흰점박이꽃무지(Protaetia brevitarsis)와 갈색거저리(Tenebrio molitor) 유충은 풍부한 단백질 공급원으로 사용되는 식용곤충이다(Kim 등, 2019b). 흰점박이꽃무지 유충은 유용한 단백질 이용원으로 간주되고 있지만 흰점박이꽃무지 유충의 단백질 소화율에 대한 논문은 거의 없다(Lee 등, 2021). 또한 Yi 등(2013)의 보고에 의하면 식용곤충 중에서 거저리에 관련된 연구가 주로 이루어져 있으며 다른 식용곤충에 관한 문헌은 부족하다. Kim 등(2019b)은 식용곤충의 기능적 특성이 곤충의 종류와 추출 완충 용액에 따라서 다르다고 보고하였다. 따라서 곤충의 종류와 단백질 용해성에 따른 식용곤충 단백질의 기능적 특성을 평가하여야 할 필요성이 있다. 여러 문헌에 따르면 식용곤충에서 페놀성 화합물 및 항산화 활성이 확인되었다고 보고되었다(Baek 등, 2019; Choi 등, 2019). 또한 흰점박이꽃무지 유충 또는 갈색거저리 유충의 단백질 가수분해물에서 항산화 활성을 확인하였다는 연구도 보고되었다(Lee 등, 2017; Yu 등, 2017). 따라서 본 연구에서는 흰점박이꽃무지와 갈색거저리 유충에서 각각 수용성 및 염용성 단백질을 추출하여 체외 소화 모델에서의 단백질 소화율을 평가하고 소화 과정 중의 곤충 단백질 가수분해물의 항산화 활성을 평가하여 흰점박이꽃무지와 갈색거저리 유충에서 추출한 수용성 및 염용성 단백질에 대한 기초자료를 마련하고자 한다.

공시재료 및 곤충 단백질 추출물 준비

본 실험에 사용된 식용곤충은 흰점박이꽃무지와 갈색거저리 유충으로 단백질 추출 이전에 절식하였다. 절식 과정을 거친 흰점박이꽃무지와 갈색거저리 유충은 -70°C에 급속 동결하여 수용성 및 염용성 단백질 추출에 이용되었다. 동결된 흰점박이꽃무지와 갈색거저리 유충 400 g과 50 mM phosphate buffer(pH 6.25) 800 mL를 4°C 조건에서 1분 30초 균질한 후 930×g 조건에서 15분 원심분리(Supra 22K, Hanil Science Medical)하여 얻어진 상층액을 수용성 단백질로 이용하였다. 그리고 염용성 단백질은 0.1 M NaCl을 함유한 50 mM phosphate buffer(pH 6.25) 800 mL로 4°C 조건에서 1분 30초 균질한 후 930×g에서 15분 원심분리하여 얻어진 pellet을 0.1 M NaCl solution(pH 6.25)으로 washing 한 후 곤충의 외피 분리를 위해 멸균거즈를 이용하여 필터링하였다. 그리고 최종적으로 930×g에서 15분 원심분리하여 염용성 단백질을 얻었다. 얻어진 수용성 및 염용성 단백질의 농도는 BCA Protein Assay Kit(#23227, Thermo Fisher Scientific)을 사용하여 측정하였으며, 그 결과는 Table 1에 나타냈다.

Table 1 . Protein concentration of water- and salt-soluble proteins extracted from Protaetia brevitarsis larvae and Tenebrio molitor larvae.

Treatment1)	Protein concentration (mg/mL)
PB-W	8.98±6.11c2)
TM-W	15.8±4.95c
PB-S	36.0±2.33b
TM-S	54.3±9.62a

¹⁾PB-W, water-soluble protein extracted from Protaetia brevitarsis larvae; TM-W, water-soluble protein extracted from Tenebrio molitor larvae; PB-S, salt-soluble protein extracted from Protaetia brevitarsis larvae; TM-S, salt-soluble protein extracted from Tenebrio molitor larvae..

²⁾Means with different superscripts (a-c) in the same column are significantly different (P<0.05)..

흰점박이꽃무지 유충에서 추출한 수용성 및 염용성 단백질은 각각 PB-W 및 PB-S로 명명하였으며 갈색거저리 유충에서 추출한 수용성 및 염용성 단백질은 각각 TM-W 및 TM-S라고 명명하였다.

체외 소화 모델(in vitro digestion model)

흰점박이꽃무지와 갈색거저리 유충의 수용성 및 염용성 단백질 추출물의 단백질을 20 mg으로 조정하여 실온에서부터 80°C에 도달할 때까지 항온수조에서 가열하였다. 그리고 Lee 등(2016)의 방법을 변형하여 모의 체외 소화를 진행하였다. 체외 소화 과정은 Fig. 1에 도식화하였다. 모든 소화 과정은 37°C에서 150 rpm으로 설정된 shaking water bath(LSB-030S, Daihan Labtech Co., Ltd.)에서 진행되었으며, 구강 소화에서는 saliva(α-amlyase 290 mg/L; mucin 25 mg/L; pH 6.8)를 시료의 동량 첨가하여 5분 shaking incubation 시켰다. 위 소화는 gastric juice(pepsin 2.5 g/L; mucin 3 g/L; pH 1.5)를 시료의 2배수 첨가하여 2시간 진행하였다. 마지막으로 소장 소화는 duodenal juice(pancreatin 9 g/L; lipase 1.5 g/L; pH 8.0)를 샘플의 2배수, 그리고 bile juice(bile 30 g/L; pH 7.0)를 샘플의 동량 첨가하여 2시간 shaking 시켰다. 소화 샘플은 0°C에서 12,000×g로 5분 원심분리한 후에 소화되지 않은 residue와 supernatant를 분리하여 실험 전까지 -70°C에 급속 동결하여 보관하였다. Residue는 소화 단계별 전기영동에 이용되었으며, supernatant는 protein digestibility, DPPH 라디칼 소거 활성, 환원력 측정에 사용되었다.

Fig 1. Schematic diagram of in vitro digestion model.

전기영동

전기영동 단백질 로딩 샘플 제조를 위해 시료의 단백질 농도를 BCA protein assay kit(Thermo Fisher Scientific)을 이용하여 측정하였다. 단백질 로딩 샘플에 함유된 시료의 단백질을 15 μg이 되도록 조정하였으며 2×Laemmli sample buffer(#161-0737, Bio-Rad)와 함께 최종적으로 15 μL 로딩되었다. 단백질 standard marker는 Precision plus protein standards(#161-0373, Bio-Rad)를 사용하였다. 전기영동은 Mini PROTEAN 3 Cell(Bio-Rad)을 이용하여 실시되었다. 4%의 acrylamide stacking gel과 12% acrylamide separation gel에 샘플을 로딩하여 150 V에서 약 1시간 30분 동안 단백질을 분리하였다. Coomassie brilliant blue staining solution과 destaining solution에서 염색 및 탈색과정을 거친 후 단백질 밴드를 확인하였다.

단백질 소화율

단백질 소화율(%)은 Câmara 등(2020)의 방법을 약간 수정하여 실시하였다. 체외 소화 후 단백질 소화율을 계산하기 위해 supernatant를 사용하였다. Supernatant의 단백질 농도를 측정하기 위하여 BCA protein assay kit(Thermo Fisher Scientific)을 사용하였다. 단백질 소화율은 다음 식에 따라 소화 전 단백질(A)과 소화 후 단백질(B)의 농도 차이를 이용하여 계산되었다.

1,1-Diphenyl-2-picrylhydrazyl(DPPH) 라디칼 소거능 측정

DPPH 라디칼 소거능은 Huang 등(2006)의 방법을 따라 수행하였다. 체외 소화 후 얻어진 supernatant 1 mL와 메탄올에 용해된 0.2 mM DPPH 용액을 0.25 mL 혼합하여 실온에서 20분 암실에서 반응시켰다. Spectrophotometer(X-ma 1200, Human Corporation)를 이용하여 반응물의 흡광도를 517 nm에서 측정하였다. 흡광도는 하단의 식에 대입하여 DPPH 라디칼 소거능의 값을 도출하였다.

환원력 측정

환원력 측정은 Huang 등(2006)의 방법을 따라 수행하였다. 체외 소화 후 얻어진 2.5 mL의 supernatant와 2.5 mL의 potassium ferricyanide(10 mg/mL)를 혼합한 후 50°C에서 20분 반응시켰다. Trichloroacetic acid(100 mg/mL) 2.5 mL를 첨가하여 반응을 정지시킨 후 200×g에서 10분 원심분리하여 얻어진 상층액 2.5 mL를 test tube에서 증류수 2.5 mL와 혼합한 후 ferric chloride(1 mg/mL)와 10분 실온에서 반응시켰다. 환원력은 spectrophotometer(X-ma 1200, Human Corporation)를 이용하여 700 nm에서 측정한 반응물의 흡광도로 나타내었다.

통계분석

통계처리는 IBM SPSS software(version 27.0, SPSS)를 이용하여 실시하였다. 흰점박이꽃무지와 갈색거저리 유충에서 추출한 수용성 및 염용성 단백질 농도는 일원배치분산분석(one-way analysis of variance, ANOVA)으로 통계분석을 하였으며 단백질 소화율과 DPPH 라디칼 소거능 그리고 환원력은 two-way ANOVA로 통계분석을 시행하였다. Duncan’s multiple range test로 사후분석을 하였으며 유의차는 P<0.05의 유의적인 수준에서 나타냈다.

곤충 단백질 추출물의 단백질 농도

Table 1에 나타난 단백질 농도 측정 결과에서 수용성 단백질(PB-W와 TM-W)의 농도는 차이가 없었으나(P>0.05), 염용성 단백질(PB-S와 TM-S)에서는 TM-S가 PB-S보다 추출된 단백질 농도가 높았다(P<0.05). 대체로 염용성 단백질이 수용성 단백질보다 단백질 추출 농도가 높았다(P<0.05). 따라서 흰점박이꽃무지와 갈색거저리 유충 단백질 추출 시 수용성 단백질보다 염용성 단백질의 추출도가 높았고 갈색거저리 유충의 염용성 단백질 추출도가 흰점박이꽃무지 유충의 염용성 단백질의 추출도에 비하여 높은 것으로 사료된다. Lee 등(2021)의 연구에서는 흰점박이꽃무지 유충 동결건조 분말과 소 등심 동결건조 분말의 조단백질 함량을 비교하였을 때, 흰점박이꽃무지 유충 동결건조 분말이 소 등심과 비교하여 더 높았지만 탈지 동결건조 분말에서는 차이가 없었다. Kim 등(2019b)의 연구에서는 탈지된 곤충 분말의 조단백질은 갈색거저리가 76.05%이고 흰점박이꽃무지가 61.14%로 갈색거저리의 단백질 함량이 비교적 높았다. 단백질 용해성에서는 수용성 및 염용성 단백질 용해성이 모두 흰점박이꽃무지가 갈색거저리보다 높았다. 이는 본 연구와는 다른 결과였는데, 시료의 상태나 단백질 추출 시 사용한 완충 용액의 차이 그리고 전처리 방법에 따른 차이에서 나타난 결과라고 판단된다. Yi 등(2016)의 갈색거저리 유충에서 추출한 수용성 상층액에는 주로 혈림프 단백질, α-amylase 및 근육 단백질 등이 관찰되었으며, 불용성 단백질 펠릿에서는 수용성 상층액보다 트로포미오신(tropomyosin) 1 및 액틴(actin)과 같은 근육 단백질이 100배 이상 풍부하다고 보고하였다. 수용성 추출물 분획과 불용성 단백질 분획에 존재하는 단백질의 성분이 다를 수 있으므로 추출물 분획에 따른 식용곤충 단백질의 조성에 관한 연구를 진행해야 할 필요성이 있다.

곤충 수용성 및 염용성 단백질의 전기영동

열처리 전과 후의 흰점박이꽃무지와 갈색거저리 유충에서 추출한 수용성 및 염용성 단백질의 전기영동(SDS-PAGE) 결과는 Fig. 2에 나타내었다. 그 결과 곤충의 종류와 단백질 용해성에 따라서 전기영동 단백질 패턴이 다르게 나타났다. 수용성 단백질과 비교하여 염용성 단백질이 상대적으로 분자량이 큰 단백질 밴드가 더 형성되어 있는 것을 확인할 수 있었다. 특히 TM-S에서는 가열 전에도 젤 상단에 biopolymer band가 형성된 것을 확인할 수 있었다. 단백질을 열처리한 후(80°C)에는 수용성 단백질의 경우 가열 전에 분포되어 있던 단백질 밴드들이 사라지거나 옅어지고 젤 상단에 biopolymer가 형성되었다. 염용성 단백질도 가열로 인해 단백질 밴드들이 약해지거나 사라졌고 젤 상단에 biopolymer가 형성되었다. 특히 TM-S의 단백질 밴드가 PB-S와 비교하여 비교적 높은 분자량의 단백질 밴드를 보였다. Kim 등(2021)의 흰점박이꽃무지의 물 추출물과 헥산 추출물의 전기영동을 통한 단백질 분자량과 패턴은 10 kDa에서 250 kDa까지(약 25, 37, 75 및 250 kDa) 광범위하게 분산되어 나타났다. Kim 등(2019b)은 염용성 단백질에서 TM과 비교하여 PB가 분자량 35에서 180 kDa까지 풍부하게 단백질에 용해되었기 때문에, 염용액에 PB를 추출했을 때 좋은 기능적 단백질 공급원으로 이용될 수 있다고 보고했다. 하지만 본 연구에서는 TM도 마찬가지로 25부터 250 kDa 이상까지 다양한 단백질 밴드가 관찰되었다. 따라서 TM 또한 염용액에 추출 시 PB와 마찬가지로 좋은 단백질 공급원으로 이용될 수 있다고 판단된다. Kim 등(2019b)의 연구에서는 n-헥산을 이용한 탈지된 식용곤충 분말에서 수용성 및 염용성 단백질을 추출했기 때문에 탈지 과정을 거치지 않고 단백질을 추출한 본 연구와 차이가 있을 수 있다.

Fig 2. SDS-PAGE results of water- and salt-soluble proteins extracted from Protaetia brevitarsis larvae and Tenebrio molitor larvae according to thermal treatment. Treatment: PB-W, water-soluble protein extracted from Protaetia brevitarsis larvae; TM-W, water-soluble protein extracted from Tenebrio molitor larvae; PB-S, salt-soluble protein extracted from Protaetia brevitarsis larvae; TM-S, salt-soluble protein extracted from Tenebrio molitor larvae.

곤충 수용성 및 염용성 단백질의 체외 단백질 소화율

Protein digestibility의 결과는 Table 2에 나타내었다. 단백질 소화율은 곤충 종류에 따라서는 위, 소장 소화에서 유의적인 차이를 보이지 않았다(P>0.05). 위 소화에서는 염용성 단백질이 수용성 단백질보다 소화율이 높아졌으나, 최종적으로 소장 소화에서 수용성 단백질이 염용성 단백질보다 소화율이 높았다(P<0.05). Yi 등(2016)은 갈색거저리의 유충에서 수용성 및 불수용성 단백질 분획의 in vitro 단백질 소화율을 확인했을 때 수용성 단백질의 소화율이 높았다고 하였다. Storcksdieck 등(2007)의 연구에 따르면 우육, 돈육, 양고기 및 계육의 경우에 근섬유 및 근형질 단백질 추출물의 펩신/판크레아틴 소화 후의 분해물의 질소 및 분자량 분포를 살펴보았을 때 근형질 단백질(2~6%)이 근섬유 단백질(15~23%)과 비교하여 불용성 질소 함량이 매우 낮아 쉽게 소화됨을 보여주었다. 따라서 곤충 단백질 섭취 시 염용성 단백질보다 수용성 단백질이 높은 소화율로 인해 생체이용률이 더 높을 것으로 사료된다. 다른 동물성 단백질과 식용곤충 단백질의 소화율을 비교한 Lee 등(2021)의 연구에서는 in vitro 위장 소화 후 생성된 α-amino group 함량이 우육 분말과 비교하여 흰점박이꽃무지 유충 분말에서 높다고 보고하였으며, 3 kDa 이하의 저분자 단백질 함량도 높아 식육 단백질보다 곤충 단백질이 단백질 소화율이 높다고 하였다. Bosch 등(2014)은 갈색거저리 유충의 in vitro 질소(N) 소화율이 계육이나 어육 사료보다 높다고 보고하였다. 따라서 곤충 단백질을 활용한 단백질 식품 섭취 시에 체내 소화율에 긍정적인 영향을 미칠 수 있을 것으로 사료된다.

Table 2 . Protein digestibility of water- and salt-soluble proteins extracted from Protaetia brevitarsis (PB) larvae and Tenebrio molitor (TM) larvae during in vitro digestion (%).

		Oral-gastric digestion	Oral-gastrointestinal digestion
Insect type	PB	40.7±8.11a1)	59.6±5.75a
	TM	41.2±4.59a	57.9±6.95a
Solubility	Water	39.2±7.05b	63.7±5.09a
	Salt	42.7±5.48a	53.8±1.13b

¹⁾Means with different superscripts (a,b) in the same column are significantly different (P<0.05)..

곤충 수용성 및 염용성 단백질의 소화 과정에 따른 전기영동

흰점박이꽃무지와 갈색거저리 유충에서 추출한 수용성 및 염용성 단백질의 소화 과정 중의 전기영동 결과는 Fig. 3에 나타냈다. 구강-위 소화 단계의 전기영동 결과에서는 흰점박이꽃무지와 갈색거저리 유충에서 추출한 수용성 및 염용성 단백질에서 공통적으로 약 42 kDa의 단백질 밴드가 관찰되었는데, 이 밴드는 곤충의 근육 단백질 중의 하나인 액틴 밴드인 것으로 사료된다(Yi 등, 2016). 구강-위장관 소화 후의 단백질 전기영동 결과에서는 37 kDa 이하의 단백질 밴드가 관찰되었다. 소화 단계가 진행됨에 따라서 단백질 밴드들이 점차 순차적으로 저분자로 분해되는 것을 확인하였다. 구강-위장관 소화 단계에서는 PB-S에서 약 37 kDa 부근에 다른 처리구와 비교하여 상대적으로 큰 분자량을 가진 단백질 밴드가 관찰되었다. 이는 PB-S가 상대적으로 단백질이 덜 분해되어 보이지만, Table 2의 단백질 소화율 결과에서 곤충의 종류에 따른 단백질 소화율의 차이보다는 단백질 용해성에 의한 단백질 소화율의 차이가 나타났다. 전기영동 결과에서도 25~32 kDa에서 나타난 PB-S와 TM-S의 단백질 밴드들의 강도보다 PB-W와 TM-W의 단백질 밴드 강도가 더 낮았다. 본 연구 결과와 유사하게 Lee 등(2020)의 소 등심과 흰점박이꽃무지 분말의 in vitro 위장 소화 후의 전기영동 결과에서도 36 kDa 미만에서만 단백질 밴드가 나타났다고 하였다. Storcksdieck 등(2007)의 연구에서는 위장 소화 후에 근형질 추출물의 10 kDa 미만 저분자 질소(N)가 근섬유 추출물보다 높아 근형질 단백질이 근섬유 단백질보다 단백질 소화율이 높을 수 있다고 하였다. 따라서 20 kDa 미만의 저분자 단백질 분획도 확인하여 단백질 소화율을 평가하여야 할 필요성이 있다.

Fig 3. SDS-PAGE results of water- and salt-soluble proteins extracted from Protaetia brevitarsis larvae and Tenebrio molitor larvae during in vitro digestion. Treatment: PB-W, water-soluble protein extracted from Protaetia brevitarsis larvae; TM-W, water-soluble protein extracted from Tenebrio molitor larvae; PB-S, salt-soluble protein extracted from Protaetia brevitarsis larvae; TM-S, salt-soluble protein extracted from Tenebrio molitor larvae.

곤충 수용성 및 염용성 단백질의 소화 과정에 따른 DPPH 라디칼 소거능

소화 단계에 따른 흰점박이꽃무지 및 갈색거저리 유충에서 추출한 수용성 및 염용성 단백질의 DPPH 라디칼 소거능 결과는 Table 3에 나타냈다. DPPH 라디칼 소거능은 구강 단계에서만 곤충의 종류와 용해성에 따른 유의적인 차이가 나타났다(P<0.05). 갈색거저리 유충 단백질이 흰점박이꽃무지와 비교하여 구강 단계에서 높은 활성을 보였으며, 용해성에 따라서는 염용성 단백질보다 수용성 단백질이 더 높은 항산화 활성을 보였다(P<0.05). 일반적으로 항산화 활성은 양성자와 수소를 DPPH 라디칼에 제공할 수 있는 페놀 화합물의 함량과 양의 상관관계가 있다(Chen 등, 2021). Jang 등(2022)의 연구에서 갈색거저리와 흰점박이꽃무지 유충과 쌍별귀뚜라미 분말을 첨가한 쌀쿠키가 대조군 쌀쿠키보다 높은 DPPH 라디칼 소거능을 보였으며, 곤충 분말 7.5 g을 첨가한 쌀쿠키에서 갈색거저리 유충과 쌍별귀뚜라미 분말 첨가구가 흰점박이꽃무지 유충 분말 첨가구보다 DPPH 라디칼 소거능이 높았다. Baek 등(2019)에 따르면 동결건조된 갈색거저리 유충(2 mg/mL)은 α-tocopherol 40 μM과 유사한 DPPH 라디칼 소거 활성을 보였으며, 갈색거저리 유충에서 나타나는 항산화 활성은 페놀 성분의 존재로 인한 것으로 동결건조 처리된 갈색거저리 유충에서 9.23±0.09 GAE mg/g 페놀 함량을 보고하였고, 이는 갈색거저리 유충에 급여하는 사료에서 기인한 것일 수 있다고 보고하였다. Choi 등(2019)은 흰점박이꽃무지 유충의 총 페놀 함량을 측정한 결과 10.45±0.51 GAE mg/g이었다고 보고하였고, 산양삼 먹이를 급여한 흰점박이꽃무지 유충과 페놀 함량에서 유의적인 차이를 보이지 않았다고 보고하였다. 하지만 Kim 등(2019a)은 참나무톱밥과 큰느타리버섯 수확 후 배지를 급여한 흰점박이꽃무지 유충 추출물의 폴리페놀 함량에 차이가 있었으며, 32 mg/mL 농도 미만에서 DPPH 라디칼 소거 활성에 차이가 발생했다고 보고했다. 소화 과정 중에 위장관의 환경(pH, 효소의 존재, 온도 등)은 생체 활성을 가지는 화합물의 화학 구조를 다양한 방식으로 전환할 수 있으며, 페놀 화합물은 위장관에서 그 안정성이 낮을 수 있다(Barak 등, 2019). Pino 등(2020)의 연구에서는 갈색거저리의 단백질 가수분해물은 가수분해되지 않은 단백질보다 DPPH 라디칼 소거능을 향상시켰다고 보고했다. 따라서 소화 단계에 따른 곤충 단백질의 항산화 활성은 곤충에 함유된 페놀성 화합물(phenolic compounds) 함량으로 인한 차이일 수 있으며 곤충 단백질이 소화 과정을 거치면서 생성되는 단백질 가수분해물로 인한 항산화 활성일 수 있을 것으로 사료된다.

Table 3 . DPPH radical scavenging activity of water- and salt-soluble proteins extracted from Protaetia brevitarsis (PB) larvae and Tenebrio molitor (TM) larvae during in vitro digestion (%).

		Oral digestion	Oral-gastric digestion	Oral-gastrointestinal digestion
Insect type	PB	12.0±8.46b1)	19.3±10.6a	30.0±19.1a
	TM	16.7±4.47a	28.3±14.2a	25.0±16.6a
Solubility	Water	19.7±1.69a	26.6±15.3a	34.0±12.8a
	Salt	9.03±5.82b	21.0±10.5a	20.9±19.8a

¹⁾Means with different superscripts (a,b) in the same column are significantly different (P<0.05)..

곤충 수용성 및 염용성 단백질의 소화 과정에 따른 환원력

소화 단계에 따른 흰점박이꽃무지와 갈색거저리 유충에서 추출한 수용성 및 염용성 단백질의 환원력 결과는 Table 4에 나타냈다. 환원력 측정 실험에서 사용되는 시험용액의 노란색은 환원제(항산화제)의 환원력에 의해 Fe³⁺/ferricyanide 복합체를 환원시키면서 녹색과 파란색의 혼합물로 변하고 Perls Prussian blue를 측정함으로써 Fe²⁺의 농도 모니터링이 가능하다(Ferreira 등, 2007). 환원력 결과는 DPPH 라디칼 소거능과 마찬가지로 구강 소화 단계에서 곤충의 종류와 용해성에서 유의적인 차이를 보였으며, 곤충 종류에 따라서는 갈색거저리 유충이 환원력이 높았으며 용해성에 따라서는 수용성 단백질의 환원력이 염용성 단백질과 비교하여 높았다(P<0.05). Baek 등(2019)과 Choi 등(2019)의 연구에서 갈색거저리(9.23±0.09 GAE mg/g)와 흰점박이꽃무지(10.45±0.51 GAE mg/g)의 페놀 함량을 확인하였다. Liu 등(2020)의 연구에서 갈색거저리의 환원력은 11.66~13.10 μmol ascorbic acid equivalent/g dry mass라고 보고하였으며 식물성 식이섬유에 따른 환원력의 차이는 큰 영향을 발견하지 못하였다. Zhang 등(2023)은 흰점박이꽃무지 유충에서 다양한 방법으로 추출한 추출물의 환원력을 비롯한 항산화 활성을 확인하였다. Pino 등(2020)은 갈색거저리 단백질을 가수분해시켰을 때 DPPH 및 환원력 활성이 개선되었다고 하였으며, 0.5~2.0 kDa의 2~10개의 아미노산 잔기로 이루어진 펩타이드 분획에서 더 나은 활성을 보였다고 하였다. 따라서 흰점박이꽃무지와 갈색거저리는 항산화 활성을 가지고 있으며 염용성 단백질 추출물보다는 수용성 단백질 추출물에서 항산화 활성이 높고 소화 과정 중에 위장관의 환경 조건으로 인해서 항산화 활성의 변화에 영향을 미친다고 사료된다.

Table 4 . Reducing power of water- and salt-soluble proteins extracted from Protaetia brevitarsis (PB) larvae and Tenebrio molitor (TM) larvae during in vitro digestion.

		Oral digestion	Oral-gastric digestion	Oral-gastrointestinal digestion
Insect type	PB	0.72±0.44b1)	0.57±0.24a	0.68±0.23a
	TM	0.91±0.91a	0.85±0.20a	0.90±0.33a
Solubility	Water	1.13±0.02a	0.78±0.28a	0.87±0.34a
	Salt	0.50±0.21b	0.64±0.23a	0.71±0.25a

¹⁾Means with different superscripts (a,b) in the same column are significantly different (P<0.05)..

본 연구는 흰점박이꽃무지(PB) 및 갈색거저리(TM) 유충에서 추출한 수용성 및 염용성 단백질의 체외 소화 과정 중의 단백질 소화율 및 항산화 활성을 평가하는 것이다. 본 연구에서는 흰점박이꽃무지 유충에서 추출한 수용성 단백질(PB-W) 및 염용성 단백질(PB-S) 그리고 갈색거저리 유충에서 추출한 수용성 단백질(TM-W) 및 염용성 단백질(TM-S)의 처리구를 실험에 이용하였다. 각 곤충 유충에서 추출한 단백질의 농도는 TM-S(54.3 mg/mL)가 가장 높았으며 PB-S(36.0 mg/mL)가 그다음으로 높았다. 전기영동에서 곤충 종류와 단백질 용해성에 따라 단백질 분획이 다르게 형성되어 있었으며 수용성 단백질보다 염용성 단백질이 상대적으로 분자량이 더 큰 단백질 밴드가 존재했다. 특히 TM-S에서는 가열 전에도 젤 상단에 biopolymer 밴드가 확인됐다. 가열 후(80°C)에는 기존의 단백질 밴드 강도가 감소하고 젤 상단에 biopolymer 밴드가 형성됐다. 특히 TM-S가 PB-S와 비교하여 분자량이 큰 단백질 밴드가 형성되어 있었다. 소화가 진행됨에 따라 단백질 밴드는 저분자량 단백질로 순차적으로 분해되었고, 수용성 단백질은 염용성 단백질보다 더 저분자량 단백질로 분해되었다. 경구-위 소화에서는 수용성 단백질이 염용성 단백질보다 소화율이 낮았으나, 경구-위장 소화에서는 곤충 종류와 관계없이 수용성 단백질이 염용성 단백질보다 높았다. 경구 소화 단계에서 곤충 종류에 따라 TM이 PB보다 높은 DPPH 활성과 환원력을 나타냈고, 수용성 단백질은 용해도에 따라 염용성 단백질보다 높은 DPPH 활성과 환원력을 보였다. 결론적으로, 수용성 단백질은 염용성 단백질보다 경구-위장관 소화에서 단백질 소화율이 더 높았고 경구 소화에서 항산화 활성이 더 높았다. 또한 TM은 구강 소화 단계에서 PB보다 높은 항산화 활성을 보였다.

본 연구는 본 결과물은 농림축산식품부의 재원으로 농림식품기술기획평가원의 고부가가치식품기술개발사업의 지원을 받아 연구되었음(#122024-02-1-HD02).