Research on Edible Insects as an Alternative Food Source through Data Science Approach : Text mining for Perception Survey and Protein Solubility Prediction Machine Learning Models

Kyungmo Kang 고려대학교 대학원 2024 국내박사

Food security is a pressing global issue exacerbated by population growth and climate change. To address this challenge, alternative protein sources are being explored, with edible insects emerging as a promising solution due to their nutritional, environmental and economic advantages. However, public perception and limited research on edible insects hinder their widespread adoption. The advance of big data analysis such as social media data analysis or development predictive model presents a significant opportunity to overcome these barriers. For these reasons, this study aims to explore edible insect research by employing big data analysis techniques. First, the perception survey was conducted using text mining with social media texts. To overcome public reluctance for edible insects, perception surveys are crucial, but traditional methods are costly and time-consuming. Leveraging big data, text mining of social media content offers an innovative approach for perception surveys. The comprehensive results of word frequency, similarity and topic modeling analysis showed that people are steadily recognizing edible insects as future food and interested in the industry and agriculture of edible insects. The analysis also revealed the hidden meanings, such as an increased focus on “regulation” and “education.” While text mining cannot fully replace traditional surveys, it provides valuable auxiliary insights, making it a powerful tool to inform public perception surveys. Second, the feasibility of sentiment analysis on web-based textual data to address negative public perception of edible insects was examined by developing sentiment predictive models using machine learning techniques and product reviews. Despite achieving around 90% accuracy, these models tended to over-predict positive sentiments and were less effective with the original data set, which are skewed to positive. However, employing the Synthetic Minority Oversampling Technique (SMOTE) helped mitigate this issue. While the resultant models are expected to enhance sentiment analysis, more sophisticated technologies may be needed for complex prediction tasks. This methodology holds significant potential as a perception survey tool, given the versatility of big data analysis techniques. Finally, solubility prediction models of edible insect protein were developed and evaluated using various machine learning algorithms, including linear regression (LR), decision tree (DT), random forest (RF) and XGBoost (XGB), trained with experimental data. They compared with traditional prediction model, Response Surface Methodology (RSM). While the RSM model produced statistically significant outcomes, its applicability across diverse datasets was limited, leading to overfitting when cross-validated. Nonlinear models like DT, RF and XGB exhibited exceptional predictive accuracy and reliability, with R2 values exceeding 0.99. DT and XGB models showed improved performance after 10-fold cross-validation, indicating robust model building and accurate predictions. These novel approaches demonstrated superior performance, affirming the potential of big data methodologies to food and protein research. By addressing public perception barriers and advancing research in edible insects, the study contributes to food security and sustainability efforts. This analysis enhances understanding of the public perception and the functional characteristics of edible insect proteins, contributing to their acceptance and adoption as sustainable food sources. Ultimately, the findings of this study have the potential to inform policy decisions and drive innovation in the global food industry, fostering a more sustainable and resilient food system. 인구 증가와 기후 변화로 인해 식량안보는 21세기의 심각한 문제로 자리잡고 있으며 이를 해결하기 위해 대체 단백질 자원에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 식용 곤충은 대체 단백질원의 하나로써 영양, 환경 및 경제적 이점으로 인해 각광받고 있다. 그러나 식용 곤충에 대한 부정적인 인식은 대중들이 식용 곤충을 받아들이기 어렵게 만들고 있으며 아직 많은 연구가 진행되지 못한 것도 식용 곤충 산업의 발전을 저해하고 있다. 지속적으로 발전 중인 빅데이터 분석기술은 이러한 어려움을 극복할 수 있는 해결책으로 사용될 수 있다. 소셜 미디어 및 뉴스 등의 텍스트를 분석하여 대중들의 인식을 보다 쉽고 빠르게 조사할 수 있으며, 식용 곤충 연구에 소모되는 시간과 비용을 줄이기 위해 연구 문헌이나 실험 결과에 대한 머신러닝, 딥러닝 분석방법 등을 이용하면 예측 모델을 개발할 수 있다. 빅데이터 연구방법론의 식용 곤충 연구로의 활용가능성을 살펴보기 위하여 본 연구는 다음과 같은 연구를 진행하였다. 먼저, 텍스트 마이닝(text mining)과 소셜 미디어 텍스트를 활용한 대중들의 식용 곤충 인식조사를 수행하였다. 식용 곤충에 대한 사람들의 거부감을 극복하기 위해 인식 조사는 필수적으로 수행되어야 하지만, 전통적으로 해오던 조사 방법은 많은 비용과 시간을 필요로 한다. 빅데이터를 활용한 소셜 미디어 콘텐츠의 텍스트 마이닝은 인식 조사를 위한 새로운 접근법으로 활용될 수 있다. 단어 빈도, 유사성 및 토픽 모델링 분석을 수행하였으며, 그 결과 대중들은 지속적으로 식용 곤충을 미래 먹거리로서 인식하고 있고, 이와 더불어 식용 곤충 산업 및 농업에도 관심을 갖고 있다는 것을 알 수 있었다. 전통적인 인식조사 결과와 비교해 보았을 때, 텍스트 마이닝은 인식조사를 완전히 대체할 수는 없었지만, 숨겨진 의미나 트렌드 등을 쉽고 빠르게 분석할 수 있었기 때문에 전통적인 인식조사의 보조 도구로서의 활용가능성을 확인할 수 있었다. 둘째, 식용 곤충에 대한 부정적인 대중 인식을 조사하기 위해 식용 곤충 상품 리뷰 데이터와 머신러닝을 활용하여 감정 예측 모델들을 개발했다. 구축된 모델들은 약 90%의 정확도를 보였지만, 모델들을 학습시킨 데이터가 5점으로 편향되어 있었기에 모델들이 긍정적인 감정을 과도하게 예측하는 경향이 있었다. 그러나 Synthetic Minority Oversampling Technique (SMOTE) 기법을 적용하여 편향된 데이터 문제를 완화할 수 있었고 충분한 활용가능성을 확인할 수 있었다. 구축된 예측 모델들은 식용 곤충에 대한 감정을 성공적으로 예측하였고, 더 복잡한 예측 작업을 위해 딥러닝과 같은 더 정교한 기술을 활용하면 고도화된 모델을 구축할 수 있을 것이다. 마지막으로, 식용 곤충 단백질의 용해도 예측 모델을 개발하고 평가하였다. 실험 데이터를 기반으로 linear regression (LR), decision tree (DT), random forest (RF) and XGBoost (XGB)와 같은 다양한 머신러닝 알고리즘을 사용하여 예측 모델을 구축하고 전통적으로 사용해오던 반응표면분석(RSM; Response Surface Methodology) 모델과 비교해 보았다. RSM 모델은 통계적으로 유의한 결과를 보였지만, 10-fold 교차 검증 수행 결과 과적합이 발생한 것으로 보아 다양한 데이터셋에 대한 적용은 제한되는 것으로 분석되었다. DT, RF 및 XGB와 같은 비선형 모델은 0.99 이상의 R2 값을 보여 예측 정확도와 신뢰성이 뛰어났다. DT 및 XGB 모델은 10-fold 교차 검증 후 성능이 향상되는 것을 확인할 수 있었으며 이는 DT와 XGB로 강력한 모델들을 구축할 수 있었고 그 모델들의 정확도도 신뢰할 만하다는 것을 의미한다. 본 연구를 통해 빅데이터 방법론의 식용 곤충 연구에의 적용 가능성을 확인할 수 있었으며, 이를 통해 더욱 적은 비용으로 빠르고 효율적인 식용 곤충 연구를 수행할 수 있을 것이라는 잠재력을 확인할 수 있었다. 대중의 부정적인 인식 문제를 해결하고 식용 곤충 연구를 고도화시킴으로써 본 연구는 식량 안보 문제와 지속 가능성에 기여할 수 있었다. 본 연구를 통해 빅데이터 분석 방법을 활용하여 연구 효율성을 향상시킬 수 있고 식용 곤충 제품 개발을 가속화할 수 있음을 확인하였다. 또한, 식용 곤충 단백질의 영양적 특성 및 기능적 특성에 대한 이해를 높여, 식용 곤충이 지속 가능한 식품 자원으로의 활용가능성을 높이는 데 기여할 수 있었다. 본 연구의 결과는 세계 식품 산업 내에서 더욱 지속 가능한 식품 시스템을 구축하는 데 기여할 수 있을 것이다.

Reduction of off-flavor volatiles in edible insects by fermentation and printing of edible insects and wheat flour mixture : 발효를 통한 식용곤충의 휘발성 이취 저감화와 식용곤충과 밀가루의 혼합물에 3D 프린팅 가능성 탐색

이하은 경북대학교 대학원 2021 국내석사

식용곤충은 환경적, 경제적, 영양 측면에서 이점이 많아 미래 식량자원으로 주목받고 있다. 최근 인류의 인구 증가, 환경 문제 등이 쟁점이 되면서 하나의 해결책으로 식용곤충 연구 개발이 활발해지고 있다. 그러나 우리나라에서 식용곤충이 주목받은 지 얼마 되지 않아 활용에 대한 국내·외 적으로 연구가 부족한 실정이다. 본 연구는 식용곤충의 식품 소재화 활용성에 기여 하고자 식용곤충의 이취 저감화를 연구하고, 곤충을 이용한 영양강화 밀가루 반죽을 제조하여 3D 프린팅을 이용해 실험하였다. 곤충의 이취 저감화 실험은 HS SPME (head space-solid phase microextraction) 가스 크로마토 그래피 / 질량 분광법 (GC / MS)를 이용하여 분석하였으며, 이취의 기여도를 알기 위해 분획과정을 거쳤고 그 중 이취 주요 타켓 물질을 정한 후 발효시켜 변화를 살펴보았다. 세 가지 균주로 발효시킨 각 샘플을 분석한 결과 이취의 주요 타켓 물질들이 감소된 것을 확인했다. 발효를 통한 이취 저감은 앞으로 다양한 균주를 사용함으로써 활용 범위가 넓어질 것이다. 마지막으로 곤충을 이용한 영양강화 밀가루 반죽 제조하여 3D 프린팅을 이용한 실험은 일반성분, 수분흡수지수, 아미노산, 색도, FTIR, SEM, TPA 분석을 진행하였다. 결과는 곤충 함량이 높을수록 단백질과 지방, 아미노산 등의 함량이 일반 밀가루보다 높아졌으며, 구조적, 화학적 특성이 특별히 변하지 않은 것으로 보아 밀가루의 첨가했을 때 밀가루 본연의 특성을 방해하지 않고 영양강화를 시킬 수 있어 다양한 활용이 가능한 첨가제로서 역할을 할 수 있을 것이라 생각한다. 두 가지의 연구가 이취 저감을 통한 식용곤충의 관능성 향상에 대한 기초자료를 제공하며 식용곤충 첨가물의 영양분석, 3D Printing의 소재화 분석을 통해 식용 곤충 산업의 발전에 이바지하는 기초자료를 제공하는 역할을 할 수 있기를 기대한다. Edible insects have many advantages in terms of environmental, economic, and nutritional aspects, and thus are in the spotlight as future food resources. Recently, as because of human population growth and environmental issues, research and development of edible insects, which are selected as a solution, are becoming active. In this study, to enhance utilizability of off flavors edible insects and to form basic data, the study of reduction of edible insects and the production of nutrient-enhanced flour dough using insects. For the analysis of the volatiles compounds in the insect HS-SPME (head space-solid phase microextraction) gas chromatography/mass spectroscopy (GC/MS) analysis of the edible insect and using the fractionation were performed to determine the contribution of off-flavor. After it was determined, it was fermented to examine the changes. Samples fermented with three strains were analyzed, and it was confirmed that target substances, which are the major off-flavors, were reduced. Reduction of off-flavor through fermentation will broaden the scope of application by using various strains in the future. Lastly, an experiment using 3D printing by making nutrient-enhanced flour dough using insects was carried out by general component analysis, moisture absorption index, amino acid analysis, chromaticity, FTIR, SEM, and TPA. The results show that the higher the insect content, the higher the content of protein, fat, and amino acids than that of ordinary flour, and the structural and chemical properties have not changed in particular, so the addition of flour can enhance nutrition without disturbing the natural properties of flour. I think it can play a role as an additive that can be used in various ways. Two studies provide basic data on improving the sensory performance of edible insects through reduction of off-flavor, and contributing to the development of the edible insect industry through nutritional analysis of edible insect additives and materialization analysis by 3D printing.

식용곤충에 대한 정보가 소비자 구매의향 변화에 미치는 영향에 관한 연구 : Food Neophobia를 중심으로

한동근 경상대학교 대학원 2021 국내석사

The world population is expected to be around 9 billion by 2050 and the demand for protein will inevitably increase. However, breeding livestock, such as cows, pigs and chickens, which are used as major sources of protein, will be limited due to a lack of resources and greenhouse gas emissions. As an alternative to this problem, edible insects have been recommended in recent. This is because edible insects are more nutritious than meats are, and farming them uses resources more efficiently and emits lower greenhouse gas than farming of meats does. In addition, the Korean government has been providing legal and policy support to insect farmers and the industry over the recent decade. However, despite the promising prospects for the edible insect industry and the support of the Korean government, recent sales of edible insects have been declining and the number of new farmers has been stagnant. Many prior studies attribute the poor consumption of edible insects to the indifference of related organizations and the reluctance of consumers to new foods. In particular, rather passive solutions are being proposed as alternatives to the unacceptability, which requires more effective ways to overcome the hesitance to new food. Thus, this study measures the moderation effect of information to see if the related information could overcome consumers’ food reluctance, which is called Food Neophobia. In addition, a three-stage consumption path was considered by a consumer behavior sequence established in existing prior research: propensity, attitude, and purchase intention. In this study, Food Neophobia is considered as a propensity. As a result, positive information has a greater impact on purchase intention than negative information. In other words, consumers who received positive information about edible insects showed a higher willingness to purchase than consumers who received negative information. Secondly, the mediation path leading to propensity(food neophobia), attitude, and purchase intention was significantly analyzed, indicating a mediation effect exists. Therefore, if governments or related organizations use some information to promote consumption of edible insects, positive information would have more effect on that rather than negative information. Although this implication is mentioned in some previous studies, it has importance in that this study demonstrates the effectiveness of positive information through a practical experiment unlike them. Furthermore, the result showing that the three-stage path initiated from Food Neophobia exists suggests that consumer’s food neophobia must be considered in order to activate the consumption of edible insects.

Optimal production of γ-aminobutyric acid (GABA) from Enterococcus avium JS-N6B4 and its production in the edible insect

조민호 전남대학교 2018 국내석사

The aim of this study was to increase the industrial availability of edible insect proteins with high value-added γ-aminobutyric acid (GABA). The GABA-producing strains, Enterococcus. avium No-22-1, E. avium HJ-N6, E. avium JS-N6B4, or Proteus sp. G-7, were isolated from four edible insects [mealworm (Tenebrio molitor larvae), Protaetia brevitarsis larvae, Allomyrina dichotoma larvae, or two-spotted cricket (Gryllus bimaculatus)] and they were identified by 16S rRNA sequence analysis. Each strain was evaluated on GABA production by changing carbon and nitrogen source. The optimal carbon and nitrogen sources for Proteus sp. G-7 were glucose and tryptone, for E. avium No-22-1 were mannitol and yeast extract, for E. avium HJ-N6 were sucrose and proteose peptone No. 3, and for E. avium JS-N6B4 were sucrose and beef extract. E. avium JS-N6B4 was the highest GABA-producing strain among four GABA-producing strains (GABA = 6.40 g/L). Also, the culture conditions such as incubation temperature, initial pH, existence of air, initial concentration and feeding of mono-sodium glutamate (MSG) on GABA production by E. avium JS-N6B4 was evaluated. The highest GABA production using E. avium JS-N6B4 was observed at 37℃ and the initial pH of 6.5, and GABA production was higher in anaerobic than aerobic culture. It was observed that when the initial MSG concentration was high, GABA production was decreased due to inhibition of cell growth; the reduction of GABA production could be restored through modifying the MSG feeding method using E. avium JS-N6B4. In addition, the medium composition was optimized towards the concentration of glucose, yeast extract, or MSG using response surface methodology (RSM). GABA production was predicted up to 16.64 g/L under the conditions of glucose 7 g/L, yeast extract 45 g/L, and MSG 6.21% (w/v) through optimization of medium composition by RSM using central composite design (CCD). Experimental GABA production was 13.68 g/L, which was close to the predicted value (16.64 g/L) calculated by analysis of variance. GABA production using E. avium JS-N6B4 was increased by 2.79-fold [4.90 g/L (un-optimized medium) to 13.68 g/L (optimized medium)] through optimization of medium composition. E. avium JS-N6B4 was also supplied with various concentration of MSG during breeding of mealworm to produce GABA in mealworm. GABA was produced in mealworm when 5-15% (w/w) of MSG was fed during the breeding period of the mealworm. And it was extracted most efficiently when the freeze-dried mealworm was extracted with water. In addition, when E. avium JS-N6B4 was supplied with a nutrient source, GABA production was increased compared with the case which GABA-producing strain was not supplied. In conclusion, GABA-producing strains were isolated from a new source, edible insects, and GABA production was improved by optimizing carbon and nitrogen sources. Also, it is possible to produce high-value, edible insect-protein containing GABA by enhancing the GABA content in mealworm through manipulations during breeding. Therefore, it is expected that the industrial availability of edible insect proteins will be improved using this process.

상용 복합사료 및 마이크로바이옴 분석을 통한 식용곤충 갈색거저리의 대량사육 최적화 연구

조준호 전남대학교 2023 국내박사

국내 식용곤충으로 등재된 거저리과 곤충인 갈색거저리의 건식 대체사료 탐색, 습식 인공사료 개발, 사육농가별 갈색거저리의 병원성 박테리아 분석 등의 연구를 진행하였다. 갈색거저리(Tenebrio molitor)는 국·내외에서 식용으로 널리 사용되는 종으로, 국내에 식용곤충으로서 활용이 가능한 10종 중 식품으로 가장 많이 활용되고 있다. 갈색거저리를 사육하기 위해서는 밀을 탈곡하고 남은 밀기울이라는 먹이원을 사용해 사육해야 한다. 적은 밀 생산량을 가지고 있는 국내의 경우 비교적 높은 밀기울 가격을 형성하고 있다. 반면, 국외에서 들여오는 밀기울은 저렴한 가격을 형성하고 있으나, 멸균 과정을 거치지 않아 다양한 저곡성 해충, 곰팡이, 미생물 등이 발생하는 것으로 알려져 있다. 이러한 문제점들을 해결하고자 대조군인 밀기울과, 산란계 사료, 펠릿 사료, 소사료를 사용해 체장 및 증체량 분석, 영양소 함량 분석, 사료 단가 분석 등의 실험을 진행하였다. 체장 성장률 실험 결과, 36일 차에 밀기울 2.95 cm, 산란계 사료 2.88 cm, 펠릿 사료 2.92 cm, 소사료 2.95 cm의 체장 성장률을 확인하였으며, 통계적 유의차는 확인되지 않았다. 증체량 실험 결과, 각 처리구별 1일 차 0.82 g로 시작하여 36일차 실험 종료 시점에서 밀기울 7.87 g, 산란계 사료 7.43 g, 펠릿 사료 7.60 g, 소사료 7.63 g의 증체량을 확인하였으며, 36일차 산란계 사료에서 통계적 유의차(**p < 0.01)가 확인되었다. 본 실험에서 상용 가축사료 실험군의 체장, 증체량은 대조군인 밀기울과 유사한 성장률을 보여주고 있어, 밀기울을 대신하여 상용 가축사료를 사용하는 것은 부족함이 없을 것으로 판단된다. 갈색거저리 유충의 건식사료별 섭취량 및 배설량에 따른 사료 전환율을 확인하였다. 36일간 밀기울과 상용 가축사료를 갈색거저리에게 급여한 결과, 총 건식사료 급여량 290 g에서 밀기울 280.4 g(96.7%), 산란계 사료 137.7 g(47.5%), 펠릿 사료 220.2 g(75.9%), 소사료 230 g (79.4%)의 사료 섭취량을 확인할 수 있었으며, 산란계 사료(**p < 0.01), 펠릿 사료(*p < 0.05)에서 통계적 유의차를 확인할 수 있었다. 대조군인 밀기울을 가축사료 처리군과 비교 시 산란계 사료 142.7 g(49.2%), 펠릿 사료 60.2 g(20.8%), 소사료 50.1 g(17.3%) 만큼 적게 섭취하였으나, 대조군인 밀기울과 유사한 성장률을 확인할 수 있었다. 건식사료 섭취량에 따른 배설량 확인 결과, 처리구별 분변의 양은 밀기울 161.6 g, 산란계 사료 93.4 g, 펠릿 사료 93.4 g, 소사료 133.9 g이 확인되었으며, 산란계 사료(***p < 0.001), 펠릿 사료(***p < 0.001), 소사료(*p < 0.05)에서 통계적 유의차가 확인되었다. 건식사료 섭취량 및 배설량 실험 결과에서 상용 가축사료가 밀기울 대비 적은 양을 섭취하고, 배설량도 더 적은 것을 확인할 수 있었다. 본 결과를 통해 상용 가축사료가 밀기울보다 더 적게 섭취하였으나 유사한 성장률을 보여주고 있어, 높은 사료 전환율을 나타내는 것으로 판단된다. 섭취량 및 배설량이 적은 상용 가축사료를 사용할 경우 밀기울 보다 적은 농업 폐기물과 적은 질소 폐기물이 발생할 것으로 보이며, 갈색거저리를 사육할 때 건조한 곡물 먹이원에서 발생하는 분진 등의 피해 또한 줄일 수 있을 것으로 판단된다. 대조군인 밀기울과 상용 가축사료를 급여하여 사육한 갈색거저리의 9대 영양소 함량 분석을 진행하였다. 검사 항목은 조단백질, 탄수화물, 당류, 조지방, 포화지방, 트랜스지방, 콜레스테롤, 나트륨, 열량 총 9개의 영양소 분석을 진행하였다. 분석 결과 조단백질, 조지방, 열량이 대조군보다 펠릿 사료에서 더 높은 함량이 확인되었고, 소사료에서는 조지방, 포화지방, 열량이 밀기울보다 높게 확인되었다. 탄수화물은 펠릿 사료, 소사료에서 밀기울보다 낮은 함량을 보여주고 있다. 사용한 가축사료들은 대조군인 밀기울보다 높거나 유사한 영양소 함량을 가지고 있어, 대체 사료로 사용할 경우 영양학적으로 부족함이 없을 것으로 판단된다. 갈색거저리를 사육할 때 건식사료뿐만 아니라 습식 먹이원도 같이 급여를 해줘야 한다. 습식 먹이원은 갈색거저리의 체장, 증체량 등의 성장을 돕는 요인 중 하나로 알려져 있다. 습식 먹이원은 주로 채소를 급여하여 사육하고 있으나, 공급받은 채소는 별도의 멸균 과정을 거치지 않고 간단한 물 세척 후 급여하고 있는 실정이다. 그러므로, 외부 미생물, 곰팡이, 응애 등의 다양한 요인으로부터 안정성 확보가 힘든 상황이다. 해당 문제점을 해결 및 보완하고자 갈색거저리에 대조군인 양배추와 인공 습식사료를 급여하여 증체량, 섭식률, 단가 비교 분석 등의 실험을 진행하였다. 습식사료 처리구별 증체량 분석을 진행한 결과, 18일간 습식사료 급여 시 양배추는 590.00 g, WJ 523.67 g, LJ 520.33 g, BJ 509.33 g의 섭취량을 확인하였다. 대조군과 WJ, LJ, BJ 간에 통계적 유의차가 확인되었다(**p < 0.01). 습식사료 급여별 증체량을 확인한 결과, 123.0 g으로 시작하여, 최종 18일차에 증체량을 측정하였다. 양배추 451.33 g, WJ 450.00 g, LJ 463.00 g, BJ 457.33 g의 증체량을 확인하였으나, 통계적 유의차는 확인되지 않았다. 본 실험 결과로 보아, 인공 습식사료는 양배추보다 섭취량은 적으나, 유사한 증체량을 보여주고 있다. 인공 습식사료가 양배추에 비해 사료 전환율이 높은 것으로 판단된다. 그러므로 인공 습식사료를 사용하는 것은 갈색거저리 대량 사육 시 채소류에서 발생하는 미생물 오염, 잔류 농약, 응애 등의 외부 요인으로부터 안정성을 확보할 수 있을 것으로 판단된다. 현재 국내 축산물, 식품, 식용곤충 등은 식품의약품안전처의 식품공전 시험법을 근거하여 안정성이 확보된 원료만이 식품으로서 가치를 인정받고 있다. 그러나, 식용곤충의 식품 안정성에 대한 연구는 축산물에 비해 많이 부족한 실정이다. 본 연구는 농가에서 사육 중인 갈색거저리에 존재하는 박테리아의 다양성, 풍부도 등을 확인하고 인간 병원성 박테리아 유무를 확인하고자 마이크로바이옴 분석 진행하였다. 실험결과 A농가, B농가, C농가의 Live, Dead 갈색거저리 샘플에서, 평균 106,200.7개의 reads를 확인하였다. 이후 Quality control, denoising, merging, chimera를 제거하여 총 97,496개의 높은 퀄리티 reads를 얻었으며, 평균 16,249.3개의 reads를 확인하였다. Silva 데이터베이스를 사용하여 박테리아 분류를 진행한 결과, A농가, B농가, C농가의 Live, Dead 갈색거저리 샘플에서 25개의 박테리아가 분류되었다. A농가 live에서 Spiroplasma 추정 박테리아가 85.37%로 가장 많이 확인되었고, A농가 Dead에서 Dickeya 추정 박테리아가 29.09%로 가장 많이 확인되었다. B농가 Live에서는 Spiroplasma 추정 박테리아가 92.55%로 가장 많이 확인되었고, B농가 Dead에서 Staphylococcus 추정 박테리아가 61.96%로 가장 많이 확인되었다. C농가 Live에서는 Dickeya 추정 박테리아가 23.29%로 가장 많이 확인되었고, C농가 Dead에서는 Bacillus 추정 박테리아가 53.34%로 가장 많이 확인되었다. A농가, B농가, C농가의 Live, Dead 갈색거저리 샘플에서 확인한 결과, Spiroplasma, Staphylococcus, Dickeya 등의 순으로 박테리아 속이 확인되었다. 농가별, 샘플 상태별 종의 다양성을 확인하기 위하여 Shannon 지수의 alpha rarefaction 곡선과 faith phylogenetic diversity (faith pd) 분석을 진행하였다. Shannon index, faith pd 분석에서 모두 10,000 sequence depth에서 안정적인 상태를 보여줬으며, C농가 Live 갈색거저리 샘플에서 Shannon index가 4 이상의 값을 보여주고 있어, 높은 박테리아 군집 다양성을 가지고 있는 것을 확인하였다. faith pd 분석 결과, B농가 live 갈색거저리 샘플에서 faith pd 값이 2.5 이상으로 확인되어, 계통적 관련 종 풍부도가 다른 농가의 갈색거저리 샘플들에 비해 높게 나타났다. Observed features 분석 결과, C농가 live 갈색거저리 샘플에서 Observed features 값이 45 이상으로 확인되어, 박테리아 종 분포수 추정값이 다른 농가의 갈색거저리 샘플들에 비해 높게 나타났다. 농가별 갈색거저리의 박테리아 종 균일성 분석을 진행하였다. 종 균일성 분석 결과, C농가에서 0.72 이상의 유효범위로 가장 높은 종 균일성이 나타났다. 갈색거저리 상태별 박테리아 종 균일성 분석 결과, Dead 갈색거저리에서 0.72 이상의 유효범위로 가장 높은 종 균일성이 나타났다. 지역별 갈색거저리의 박테리아 faith pd 분석 결과, B농가에서 2.8 이상의 유효범위로 가장 높은 다양성이 분석되었다. 갈색거저리의 상태별 박테리아 faith pd 분석 결과, Live 갈색거저리에서 1.8 이상의 유효범위로 가장 높은 다양성이 분석되었다. Beta diversity 분석은 Bray curtis emperor로 진행하였다. beta diversity 결과, Unweighted UniFrac emperor은 축1에서 36.01%, 축2에서 28.99%, 축3에서 16.53%로 확인되었다. 해당 결과는 B농가 Dead 갈색거저리를 제외한 나머지 샘플이 유사한 박테리아 조성을 보여주고 있음을 나타내고 있다. Weighted UniFrac emperor은 축1에서 63.94%, 축2에서 33.55%, 축3에서 1.308%로 확인되었다. 본 결과를 통해 B농가 Live, C농가 Dead가 그룹을 이루고 있고, B농가 Live, A농가 Live가 그룹화, C농가 Live, A농가 Dead가 그룹을 이루고 있어, 서열 유사성과 종의 풍부도가 유사함을 나타내고 있다. A농가, B농가, C농가 지역의 농가에서 사육 중인 갈색거저리에 존재하는 병원성 박테리아를 조사하였다. A농가, B농가, C농가 지역의 Live, Dead 갈색거저리에서 확인된 인간 병원성 박테리아로 추정되는 종은 Enterococcus faecalis, Klebsiella oxytoca, Klebsiella aerogenes 등 총 15종이 확인되었다. 그중 A농가의 Live 갈색거저리에서 가장 적은 병원성 박테리아가 확인되었다. 해당 농가들에서 확인된 병원성 박테리아의 경우, 식품으로 가공하기 전에 열처리를 진행하여 비활성화가 가능한 것으로 조사되어, 식품으로 사용 시 문제가 없을 것으로 판단된다. 향후 전국의 갈색거저리 농가를 대상으로 본 실험을 진행할 경우, 어떤 사육 방법에서 유해 박테리아가 적게 발생하는지를 조사할 수 있으며, 결과에 따른 사육 방법 통일화를 진행하여, 사전에 병원성 박테리아들을 예방하고 방제하는 방안으로 활용할 수 있을 것으로 판단된다. 본 연구 자료는 기존 건식, 습식사료에서 부족했던 부분인 원활한 사료 공급, 먹이 안정성 확보, 사료 비용 절감에 따른 경제성 확보 등의 갈색거저리 사육 농가 및 앞으로 진행될 대량 사육의 소득향상 부분에 기여할 기초자료로 활용될 것으로 사료된다. 또한, 갈색거저리 사육 농가별 병원성 박테리아 분석 결과를 기반으로, 식용곤충 사육 시설에서 발생하는 병원균을 예방하고, 방제할 수 있는 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다. Exploration of dry food substitutes for yellow mealworms (Tenebrio molitor), development of wet artificial feed, and pathogen analysis of yellow mealworms by farm were conducted. T. molitor) is a species widely used for food within the country and abroad, and is the most widely used food among 10 species that can be used as edible insects in Korea. In order to breed T. molitor, they must be raised using a food source called wheat bran, which is left after threshing wheat. In the case of Korea, which has a small amount of wheat production, wheat bran prices are relatively high. On the other hand, wheat bran imported from abroad forms a low price. However, there is a possibility that various stored grain pests and pathogens may occur, because it does not go through a sterilization process. To solve these problems, it is necessary to develop a assorted feed for T. molitor. However, the scale of the Korean edible insect industry is small, research is needed to apply commercially available assorted feed for livestock which is industrially used and safe to edible insects. Here, the fitness (body length and weight) and nutrient contents of T. molitor analysis, and the price of tested feeds were investigated using commercially available chicken powder , chicken pellet , and cattle pellet feeds with wheat bran as a control. As a result of the body length, starting with 1.20 cm (control group), 1.17 cm (chicken powder feed feeding group; chicken powder), 1.13 cm (chicken pellet feed feeding group; chicken pellet), 1.17 cm (cattle pellet feed feeding group; cattle pellet) on day 1, 2.95 cm (control group), 2.88 cm (chicken powder), 2.92 cm (chicken pellet), 2.95 cm (cattle pellet) were confirmed on day 36. No significant difference was confirmed. As a result of the weight, each feeding group started with 0.82 g on the first day and at the end of the experiment on the 36th day, the weight gain of 7.87 g (control group), 7.43 g (chicken powder), 7.60 g (chicken pellet), 7.63 g (cattle pellet) were confirmed. A significant difference (**p < 0.01) was found. In this experiment, body length of the commercial livestock feed feeding group showed a similar growth with a control group, so it is suggested that there is possibility to use commercial livestock feed instead of wheat bran. The feed conversion rate according to the intake and excretion of each dry feed of T. molitor larvae was investigated. As a result of feeding wheat bran and commercial livestock feed to T. molitor larvae for 36 days, 280.4 g (control group), 137.7 g (chicken powder), 220.2 g (chicken pellet), 230 g (cattle pellet) were investigated, and statistically significant differences were identified in the chicken powder feed feeding group (**p < 0.01) and chicken pellet feed feeding group (*p < 0.05). Compared to the control group (280.4 g), 142.7 g (chicken powder), 60.2 g (chicken pellet), 50.1 g (cattle pellet) were consumed, but a similar growth rate to that of the control was observed. As a result of checking the excretion amount according to the dry feed intake, the amount of feces by feeding group were 161.6 g (control group), 93.4 g (chicken powder), 93.4 g (chicken pellet), 133.9 g (cattle pellet), and the chicken powder feed feeding group (***p < 0.001), chicken pellet feed feeding group ( ***p < 0.001) and cattle pellet feed feeding group (*p < 0.05) showed statistically significant differences. From the dry feed intake and excretion test results, it was confirmed that commercial livestock feed consumed and excreted less than wheat bran. Through this result, although commercial livestock feed consumed less than wheat bran, it showed a similar growth rate, indicating a high feed conversion rate. When commercial livestock feed is used, it is expected that less agricultural waste and less nitrogen waste will be produced than wheat bran. The analysis of the nine major nutrient contents was carried out in T. molitor produced by feeding commercial livestock feed and wheat bran as a control group. A total of nine nutrients were analyzed as test items: crude protein, carbohydrates, sugars, crude fat, saturated fat, trans fat, cholesterol, sodium, and calories. The results showed that the contents of crude protein, crude fat, and calories were higher in the chicken pellet feed feeding group than in the control group, and the crude fat, saturated fat, and calories in the cattle pellet feed feeding group were higher than those in wheat bran. Carbohydrate content is lower than wheat bran in chicken pellet and cattle pellet feeds feeding groups. The livestock feeds have higher or similar nutrient content than the control group, so it is suggested that there will be no nutritional deficiency when used as an alternative feed. When breeding T. molitor, not only dry food but also wet food sources must be fed. Wet food sources are known as one of the factors that help the growth of T. molitor, such as body length and growth rate. In Korea, the vegetables were mainly used for rearing edible insect as a wet feed source, but the situation is that they are fed after simple water washing without going through a separate sterilization process. Therefore, it is difficult to secure stability from various factors such as external microorganisms, fungi, and mites. In order to solve and supplement the problem, jelly-based artificial wet feeds for T. molitor were developed and tested with cabbage as a control. When feeding wet feeds for 18 days, the intake was 590.00 g (CA; cabbage), 523.67 g (WJ; Water-based jelly, control), 520.33 g, (LJ; Lysobacter-based jelly) and 509.33 g (BJ; Bacillus-based jelly). A statistically significant difference was obaserved in WJ, LJ, and BJ (**p < 0.01) compared to the control. As a result of checking the growth rate for each wet feed, starting with 123.0 g, the weight was measured on the final 18th day. The weight of 451.33 g (CA), 450.00 g (WJ), 463.00 g (LJ) and 457.33 g (BJ) were investigated, but no significant difference was identified. These results showed artificial wet feeds have a lower intake than cabbage, but shows a similar weight. The artificial wet feeds have a higher feed conversion rate than cabbage. Therefore, it is suggested that using artificial wet feed can secure stability from external factors such as microbial contamination, residual pesticides, and mites, generated from vegetables during mass breeding of T. molitor. Currently, for domestic livestock products, foods, and edible insects, only raw materials whose stability is secured based on the food code test method of the Ministry of Food and Drug Safety are recognized as food. However, studies on the food safety of edible insects are lacking compared to livestock products. In this study, the diversity and abundance of bacteria present in T. molitor cultivated on farms were examined by microbiome analysis, in addition the presence or absence of human pathogenic bacteria was invesetigated. The results indicated that an average of 106,200.7 reads were identified in live and dead T. molitor larvae from the farms A, B, and C. After quality control, denoising, merging, and chimera sequence removing, a total of 97,496 high-quality reads were obtained. And an average of 16,249.3 read values were identified. The bacterial classification results using the Silva database suggested that the 25 bacteria were classified from live and dead T. molitor samples. In live T. molitor sample from farm A, Spiroplasma estimated bacteria were identified the most with 85.37%. In dead T. molitor sample from farm A, Dickeya estimated bacteria were identified the most with 29.09%. In live T. molitor sample from farm B, the estimated Spiroplasma bacteria were identified the most with 92.55%. In dead T. molitor sample from farm B, Staphylococcus estimated bacteria were identified the most with 61.96%. In live T. molitor sample from farm C , Dickeya estimated bacteria were identified the most with 23.29%. In dead T. molitor sample from farm C, Bacillus estimated bacteria were identified the most with 53.34%. These results showed that the bacterial genera were identified in the order of Spiroplasma, Staphylococcus, and Dickeya. In order to confirm the diversity of species by farmhouse and sample condition, alpha rarefaction curve of Shannon index and faith phylogenetic diversity (faith pd) analysis were performed. Both the Shannon index and faith pd analysis showed a stable state at 10,000 sequence depth, and the Shannon index showed a value of 4 or higher in the live T. molitor sample from C farms, confirming that it had high bacterial community diversity. As a result of the faith pd analysis, the faith pd value was confirmed to be 2.5 or higher in the live T. molitor sample from farm B, indicating that the richness of systematically related species was higher than that of T. molitor samples from other farms. As a result of the observed features analysis, the observed features value was confirmed to be 45 or more in the live T. molitor sample from farm C, and the estimated value of the distribution number of bacterial species was higher than that of T. molitor samples from other farms. Bacterial species uniformity analysis was conducted on T. molitor samples from each farm. The results showed that the farm C showed the highest species uniformity with an effective range of 0.72 or more. As a result of analyzing the bacterial species uniformity for each . molitor state, the highest species uniformity was found in the dead T. molitor sample with an effective range of 0.72 or more. As a result of bacterial faith pd analysis of T. molitor samples by region, the highest diversity was analyzed with an effective range of 2.8 or higher in farm B. As a result of bacterial faith pd analysis for each state of T. molitor, the highest diversity was analyzed with an effective range of 1.8 or higher in live T. molitor sample. Beta diversity analysis was conducted with Bray curtis emperor. The beta diversity analysis results indicated that, Unweighted UniFrac emperor were identified as 36.01% in Axis 1, 28.99% in Axis 2, and 16.53% in Axis 3. Except for the dead T. molitor in farm B, all samples have similar bacterial composition. The weighted UniFrac emperor was identified as 63.94% in Axis 1, 33.55% in Axis 2, and 1.308% in Axis 3. Through this result, farm B live and farm C dead T. molitor samples form a group. Farm B live and farm A live T. molitor samples form a group. Farm C live and farm A dead T. molitor samples form a group. These results incicated that the sequence similarity and species richness were similar represents. Pathogenic bacteria were investigated in the bacteria, listed in T. molitor samples obtained from farms A, B, and C. A total of 15 species, including Enterococcus faecalis, Klebsiella oxytoca and Klebsiella aerogenes were presumed to be human pathogenic bacteria identified. Among them, the bacteria with the lowest pathogenicity was identified from live T. molitor in farm A. In the case of the pathogenic bacteria identified in the farms, it was investigated that they could be inactivated by heat treatment before processing into food, and it was suggested that there would be no problem when used as food. In the future, when this experiment is conducted in T. molitor farms across the country, it is possible to investigate which breeding method produces fewer harmful bacteria, and forthermore, based on this result, it is possible to estimate a plan to prevent and control pathogenic bacteria in advance by unifying the breeding method. Taken together, this studies may support the basic information that will contribute to improve the income of T. molitor breeding farms and future mass breeding companies, such as amicable feed supply, securing food stability, and securing economic feasibility by reducing feed cost. In addition, based on the analysis results of pathogenic bacteria by T. molitor farms, it is expected to be used as basic data to prevent and control pathogens generated in edible insect breeding facilities in advance.

Functional comparison of protaetia brevitarsis seulensis powders defatted by different defatting methods

KEXIN WU 고려대학교 대학원 2024 국내석사

Protaetia brevitarsis seulensis (PBS) has been approved as a food ingredient in Korea. However, due to insects' low acceptance, insect powder is considered to be added to food products instead of a whole to improve the consumer's acceptance. In this study, PBS powder was prepared using three defatting methods: hexane, press, and supercritical CO2 (sCO2) extraction. Press extract (8.22%) had a higher fat content than the other extracts (H: 1.32 and S: 0.46%), with a 71.90 to 72.00% protein content. Supercritical CO2 extract had significantly higher water holding capacity than others. The total phenolic content (TPC) was highest in the pressing method (11.82 mgGAE/g), followed by SC (11.48mg GAE/g) and H (10.27 mgGAE/g). The DPPH radical scavenging activity also showed a similar trend with TPC (Press: 73.90%, sCO2: 55.91%, and hexane: 55.16%). The results showed that the defatting method can affect the functional properties of PBS powders. Press extraction may be helpful in producing PBS powder with higher TPC and antioxidant activity. PBS(protaetia brevitarsis seulensis)는 국내에서 식품원료로 승인되었다. 그러나 곤충의 낮은 수용도로 인해 곤충 분말은 소비자의 수용도를 향상시키기 위해 식품에 전체 대신 첨가되는 것으로 간주된다. 본 연구에서는 헥산, 압착, 초임계 CO2(sCO2) 추출의 세 가지 탈지 방법을 사용하여 PBS 분말을 제조하였다. 압착 추출물(8.22%)은 71.90~72.00%의 단백질 함량으로 다른 추출물(H: 1.32, S: 0.46%)에 비해 높은 지방 함량을 보였다. 초임계 CO2 추출물은 다른 추출물에 비해 상당히 높은 보수능을 보였다. 총 페놀 함량(TPC)은 압착 방법(11.82mgGAE/g)이 가장 높았고 SC(11.48mgGAE/g), H(10.27mgGAE/g) 순이었다. DPPH 라디칼 소거 활성도 TPC(Press: 73.90%, sCO2: 55.91%, hexane: 55.16%)와 유사한 경향을 보였다. 결과는 탈지 방법이 PBS 분말의 기능적 특성에 영향을 줄 수 있음을 보여주었다.압착 추출은 TPC와 항산화 활성이 더 높은 PBS 분말을 생산하는데 도움이 될 수 있다.

Protective Effect of Edible Insects against H₂O₂-induced Oxidative Damages in Skeletal Muscle Cells

정택영 충북대학교 2021 국내석사

Oxidative stress caused by the excessive production of reactive oxygen species (ROS) is an important initiating factor in various chronic diseases. ROS are generated by muscle contraction and physical exercise in skeletals. Continuous high-intensity exercises generate high levels of ROS, which promote a skeletal muscle contractile dysfunction resulting in muscle damages and/or muscle fatigues. Edible insects contatin abundant protein of a high biological value with good amino acid profiles and high levels of digestibility. Furthermore, edible insects are a potential source of a variety of micronutrients such as minerals and vitamins. Edible insects are known to exhibit antioxidant, hepatoprotective, and antidiabetic activities. However, few investigations have reported the protective effect of edible insects on H₂O₂-induced oxidative stress in skeletal muscle cells. The aim of this study was to investigate the protective effect of edible insects on H₂O₂ induced oxidative stress in C2C12 muscle cells. The contents of total polyphenolics and flavonoids in edible insects were significantly higher in Oxya chinensis sinuosa. Edible insects showed significant protective effect on H₂O₂-induced cell damages in C2C12 cells. Furthermore, H₂O₂-induced ROS generation was markedly attenuated by pretreatment of edible insects, demonstrating that edible insects are to be a potent ROS scavenger. Edible insects significantly decreased lactate dehydrogenase and creatine kinase activity in media. Moreover, edible insects increased the protein and mRNA levels of MyHC, a marker of myscle differentiation, and increased the size of the diameter of myotubes, thereby affecting the the increase of muscle hypertrophy. These results indicate that edible insects protect skeletal muscle cells from H₂O₂-induced oxidative damages and therefore have the potential for use in health functional foods.

Comparative characterization and identification of bioactive peptides in protein hydrolysates from edible insects

윤성원 중앙대학교 대학원 2019 국내석사

Edible insects have been attracting attention as an alternative protein source. So, at present a comprehensive study of insect proteins is greatly needed. The objective of our study was to deliver an inclusive investigation of protein hydrolysates from seven species of edible insects through a determination of their physicochemical and physiological properties obtained after partial purification and identification of active fractions. Proteins were extracted from defatted samples, and then treated with commercial proteases including flavourzyme, alcalase and a mixture of both. The physicochemical properties of the hydrolysates, including solubility and emulsifying properties generally increased as compared to the control. For the hydrolysate of crickets, it was determined that alcalase was the proper emulsifying agents to employ due to its high stability. As results of evaluating foaming properties, the protein solution of silkworm pupae recorded the highest protein level, being comparable to sodium caseinate. With regards α-glucosidase inhibitory effects, bombyx batryticatus was found to be the most effective. Anti-inflammatory activity was only found in silkworm pupae and bombyx batryticatus, but this decreased as it underwent hydrolysis. Significant increases were observed in ACE inhibition with hydrolysis, especially in the case of the alcalase treated hydrolysates from crickets. Therefore, its hydrolysate was selected for partial purification using preparative HPLC with the alcalase treated hydrolysate from silkworm pupae, which showed the highest yield. As a result of purification, silkworm pupae 3-2b.b and crickets 4-3a fractions, which recorded the highest activities, were selected, and then identified by MALDI-TOF/TOF. Silkworm pupae 3-2b.b was identified as having DRF, DGRL, ATYK and LRW peptides. In addition, CF and DWM peptides were found in crickets 4-3a. These results presented the functional properties of protein and hydrolysates from edible insects that may be potentially useful in the food and functional food industry in the future. 식용 곤충은 기존 단백질의 대체 자원으로 주목받고 있다. 따라서, 곤충 단백질에 대한 추가 연구가 필요한 시점이다. 본 연구의 목적은 식용 곤충 7종의 단백질 가수분해물의 물리적 특성 및 생리활성 특성을 규명 및 비교하고 활성 분획물을 분리 및 정제 후 규명하는 것이다. 탈지 시료로부터 단백질을 추출한 후 상업 효소인 flavourzyme, alcalase와 두 효소의 mixture를 처리하여 가수분해물을 제조해 실험이 이용하였다. 물리적 특성에서 용해도와 유화특성은 전체적으로 효소처리 시 수치가 증가하였다. 귀뚜라미 alcalase 분해물은 높은 안정성으로 적절한 유화제로 결정되었다. 기포 특성 측정 결과, 번데기 단백질용액이 가장 우수했고 이 수치는 기존에 사용되는 카세인 나트륨에 필적하였다. α-glucosidase 저해능 측정 결과, 백강잠이 가장 효과적이었으며 항염증 활성 측정 결과, 번데기와 백강잠에서 활성이 측정되었지만 가수분해 시 활성이 감소하였다. Angiotensin-I 전환효소(ACE) 저해능은 가수분해 시 유의적으로 증가하였고, 특히 귀뚜라미 alcalase 분해물이 가장 우수하였다. 이 분해물과 수율이 가장 좋았던 번데기 alcalase 분해물을 분취용 HPLC로 분리 및 정제하였다. 이 결과, 가장 활성이 좋은 번데기 3-2b.b, 귀뚜라미 4-3a 정제물을 얻었고, MALDI-TOF/TOF로 분석하였다. 분석 결과, 번데기 정제물에서는 DRF, DGRL, ATYK, LRW가, 귀뚜라미에서는 CF, DWM이 구성 펩타이드로 규명되었다. 이 결과는 식용 곤충 유래 단백질과 가수분해물의 기능 특성이 미래 식품 및 건강기능식품 시장에서 이용될 가능성이 충분하다는 것을 보여준다.

Quality and staling characteristics of white bread fortified with lysozyme-hydrolyzed mealworm powder (Tenebrio molitor L.)

표수현 중앙대학교 대학원 2024 국내석사

전세계적으로 인구 증가에 의한 식량 안보 문제가 대두되고 있으며, 이에 대체 단백질 공급원에 대한 연구가 진행되고 있다. 식용 곤충은 기존 동물성 단백질 식품에 비해 친환경적이면서 영양이 풍부하여 차세대 단백질 공급원으로 장려되고 있으며, 추출물 및 파우더 등 다양한 형태로 가공되어 식품에 사용되고 있다. 하지만 빵에 영양 강화를 목적으로 곤충 가루를 첨가하면 빵의 부피 감소, 경도 상승, 소비자 수용도 저하 등 다양한 품질 특성에 부정적인 영향을 미치는 것을 알려져 있다. 따라서 본 연구에서는 갈색거저리 유충에 포함된 키틴 성분이 빵 품질 특성에 부정적으로 기여할 수 있다고 보고 키틴을 리소자임으로 가수분해하면 갈색거저리 유충 첨가 빵의 품질 특성을 개선할 수 있는지 확인하고자 하였다. 리소자임에 의한 키틴의 가수분해정도는 DNS와 MALDI-TOF를 통해 평가되었다. 물과 400 mM 아세테이트 버퍼(pH 4.5) 2가지 용매를 비교한 결과, 탈지 갈색거저리 분말(DF-M)에 대한 리소자임의 가수분해 효율은 6시간까지 두 용매에서 유의한 차이가 없었으며 이에 물을 본 연구에서 가수분해 시 분산 용매로 선택하여 추후 실험을 진행하였다. 리소자임을 통한 효소적 가수분해는 DF-M의 물과 오일 결합 능력을 향상시켰으며 추가로 DF-M이 가진 항산화 능력 또한 증가되었다. 갈색거저리 유충 첨가 빵을 제조할 때, DF-M의 효소적 가수분해는 빵의 부피를 증가시키고 텍스처를 더 부드럽게 만들 수 있는 것으로 나타났다. 특히 밀가루 중량 대비 10%를 4시간동안 가수분해한 DF-M으로 대체한 빵(ED4-MB)은 제조 후 표준 빵과 가장 가까운 품질 특성을 나타내었으며, 총 5일 간의 저장 후에 가장 높은 수분 함량을 나타내고 저장 중 품질 변화가 적었다. 관능 분석에서도 가수분해 시간 증가는 소비자 수용도 향상에 긍정적으로 기여했으며, 이러한 결과는 DF-M에 포함된 키틴의 가수분해가 곤충 첨가 빵의 품질 특성을 개선할 수 있음을 시사하였다. 본 연구의 결과는 식용 곤충 원료에 효소적 가수분해를 적용함으로써 식용 곤충을 이용한 양질의 기능성 베이커리 제품 생산을 위한 새로운 방안을 제공하였으며, 나아가 식품 재료로써 식용 곤충의 적용 가능성을 향상시키는데 기여할 수 있을 것으로 사료된다. Edible insects have a low environmental impact but are rich in nutrients and have been promoted as alternative protein sources. However, adding insect flour to bread negatively affects the overall quality, especially loaf volume and textural properties. Furthermore, relevant studies on chitin are limited. Therefore, this study examined chitin hydrolysis using lysozymes to enhance the quality characteristics in defatted mealworm (Tenebrio molitor L.) powder (DF-M)-supplemented bread. The chitin hydrolysis degree by lysozymes was evaluated using the 3,5-dinitrosalicylic acid assay and matrix-assisted laser desorption ionization–time-of-flight mass spectrometry. The amount of chitin oligomers increased with time, and no significant difference in the hydrolysis efficiency between water and 400 mM acetate buffer was observed. Enzymatic hydrolysis improved the DF-M water- and oil-binding and antioxidant capacities. In addition, chitin hydrolysis increased the volume and softened the texture of white bread. In particular, bread supplemented with DF-M hydrolyzed for 4 h at 10% had the highest moisture content among the mealworm-added bread groups during storage for 5 days. Moreover, sensory evaluation showed a positive effect of chitin hydrolysis on acceptability. Our findings indicate that chitin hydrolysis can improve the quality of bread containing insect additives. In conclusion, this study provides novel insights into producing high-quality and functional bakery products from edible insects by the enzymatic hydrolysis of edible insect powders. The present study will expand the applications of edible insects as food ingredients.

Physicochemical Properties of Meat Products Added with Edible Silkworm Pupae (Bombyx mori) : 누에 번데기 첨가 육제품의 품질특성

박유선 건국대학교 대학원 2017 국내석사

본 연구는 식용 번데기를 육제품에 활용하기 위해 transglutaminase (TG)를 함께 첨가하여 육 배터, 유화형 소시지를 제조하고, 물리 화학적, 관능적 특성을 평가하였다. 열풍건조 번데기 분말과 TG가 육에 미치는 영향을 알아보기 위해 번데기 분말을 0, 5, 10, 15% 첨가한 육 배터를 제조하고 각 처리구 마다 1%의 TG첨가 처리구를 설정하여 물리 화학적 특성을 평가하였다. 번데기 분말의 첨가는 수분함량을 제외한 단백질, 지방, 회분 함량을 증가시켰다 (p<0.05). 번데기 첨가량이 증가함에 따라 pH가 증가하였고, 이는 가열감량, 점도의 향상에 영향을 미쳤다 (p<0.05). 번데기 분말뿐만 아니라 TG의 첨가도 점도뿐만 아니라 물성 증가에도 영향을 미쳤다 (p<0.05). 이러한 물리 화학적 특성의 효과는 번데기 분말을 육제품에 적용할 수 있는 가공 적성을 보여주었고, TG의 첨가로 결착력 증진도 기대할 수 있다. 번데기 분말을 유화형 소시지에서 육 대체로 첨가하고, 뿐만 아니라 TG를 첨가하여 제조한 육제품의 물리 화학적, 관능적 특성을 평가하였다. pH와 색도는 번데기 분말의 첨가량 변화에 따라 유의적 차이를 보였다 (p<0.05). 유화형 소시지에서 번데기 분말 비율의 증가는 가열감량과 유화안정성을 향상시켰고, 15% 번데기 분말, TG혼합 처리구를 제외하고 TG를 첨가한 처리구에서도 번데기 분말의 첨가는 유화안정성 상승효과를 보였다 (p<0.05). 또한 번데기 분말과 TG 첨가는 육제품의 물성을 증가시켰다 (p<0.05). 점도와 여러 관능적 특성에서도, 번데기 분말 첨가와 TG의 혼합은 유의적인 차이를 보였다 (p<0.05). 육제품에서 번데기의 육 대체는 가열감량 뿐만 아니라 유화 안정성 향상을 보였고, 또한 TG의 사용은 물성과 점도의 개선에 효과를 보였다. 결론적으로, 육 대체로 10% 번데기 분말과 TG의 혼합사용이 물리 화학적 개선 효과 뿐만 아니라 관능적 특성에도 큰 영향을 미치지 않아 육제품 제조시 육 대체 첨가물로 적합하였다. Meat batters were prepared with fresh pork meat, back fat, water and salt and formulated with different amount of added silkworm (Bombyx mori) powder and transglutaminase (TG) to study the effect of physicochemical properties in the meat batters. The meat batters formulated with 5%, 10%, and 15% added silkworm pupae powder were significantly higher in protein, ash content, and significantly lower in cooking loss than control. Moreover, the meat batter containing 15% silkworm pupae had no significant difference on redness value as control. The pH, viscosity, hardness, gumminess, chewiness were improved by addition of silkworm pupae. Furthermore, meat batter formulated with TG and silkworm pupae showed improved binding ability and apparent viscosity of meat batters. Addition of 1% TG with 15% silkworm pupae showed significant high pH, texture properties, and viscosity of meat batters. Therefore, combination with silkworm pupae and TG on meat batter showed improved physicochemical properties that could be added as a new source from meat products. In second study, we conducted to investigate the effects by adding transglutaminase (TG) and silkworm pupae on the quality characteristics of emulsion sausage. Pork meat 60% in the control was partically substitued by silkworm pupae powder at 5% in addition to reducing the pork meat to 45%. Each emulsion sausages were set TG added treatment. pH of emulsion sausage was significantly increased as silkworm pupae level increase (p<0.05). Silkworm pupae significantly reduced the L* and a* value on emulsion batter (p<0.05), but cooked batter with silkworm pupae had higher a* value than control treatment (p<0.05). Control treatments without silkworm pupae and TG had the highest value of cooking loss, and cooking loss of emulsion sausage with silkworm pupae showed decrease tendency as silkworm pupae increase (p<0.05). Emulsion sausage with 10% or 15% silkworm pupae and TG had lower cooking loss value than control samples (p<0.05). Water/ Oil exudation of emulsion sausage was reduced as silkworm pupae increase (p<0.05). TG had no significant effect on emulsion stability except treatments with 15% silkworm pupae and TG (p>0.05). Furthermore, Texture of emulsion sausage was increased as silkworm pupae and TG addition (p<0.05). Emulsion batter with 5% and 10% silkworm pupae with TG had high viscosity. The treatments of reduced pork meat emulsion sausage formulated with 10% silkworm puapae and TG had similar to the control emulsion sausage on color, flavor and overall acceptability evaluations. The results demonstrate that emulsion sausage with 10% silkworm pupae and TG can be readily effective with physic-chemical properties.