Introduction
2050년 인구 수가 90억명을 돌파할 것으로 전망되며 이에 따른 식량문제와 유기성 폐기물 처리 문제가 발생할 것으로 보인다(Wise, 2013). 또한 인구 증가는 육류 소비를 증가시키고 가축 사료 내 옥수수와 대두박과 같은 원료 사용을 증가시킬 수 있다(Cullere et al., 2016). 대두박의 경우 전 세계적으로 가축 생산에 필요한 단백질 원료로써 사용되고 있으며 수요 증가에 따라 가격이 증가하고 있다(Marono et al., 2015). 이러한 문제를 해결하기 위한 대체 단백질 자원으로 곤충이 각광받고 있으며 가금을 활용한 실험이 진행되었다(Bovera et al., 2015; 2016; Park et al., 2021).
곤충 중에서 동애등에(Hermetia illucens, HI) 유충박(HI larvae meal, HILM)은 대두박에 비해 높은 단백질 함량 때문에 대체 자원으로 사용 될 수 있을 것으로 보인다(De Marco et al., 2015; Kim et al., 2021a). 하지만, 유충 외골격 세포 벽을 구성하는 키틴은 소화관 내에서 단백질의 소화를 방해하는 역할을 한다(Nafisah et al., 2019). 이러한 항영양 특성 때문에 산란계 사료 내 대두박을 100% 대체하였을 경우 산란 성적이 감소하였으며 낮은 함량(7% 이하)으로 급여하는 것이 단백질 소화율 측면에서 바람직하다고 보고되었다(Bovera et al., 2018; Liu et al., 2021; Park et al., 2021). 뿐만 아니라 육계 사료 내 HILM을 20% 첨가한 결과 생산성 및 도체중이 감소하였으며(Murawska et al., 2021) 사료 내 유충박을 10% 이하로 첨가 및 급여하는 것이 생산성 측면에서 부정적인 영향이 없다고 보고되었다(Dabbou et al., 2018). HILM의 사료 내 첨가 비율 증가는 생산성 저하 문제뿐만 아니라 계육 및 계란과 같은 동물성 식품의 지방산 조성에도 영향을 미치게 된다(Schiavone et al., 2019; Kim et al., 2021b; Park et al., 2021). 특히, HILM의 지방산 조성은 대두박에 비해 포화지방산(saturated fatty acid, SFA)이 높고 다가불포화지방산(polyunsaturated fatty acid, PUFA) 함량이 낮다(Schiavone et al., 2019; Kim et al., 2021b). 이러한 지방산 조성 특성 때문에 사료 내 HILM첨가 비율의 증가에 따라 가슴육의 SFA 함량이 증가하고 PUFA 함량은 감소하게 된다(Schiavone et al., 2019).
본 연구에서 사용된 HILM은 마이크로웨이브 건조 방식으로 가공되었으며 이전 연구와는 다른 건조 방식을 사용하였다. 하지만, 마이크로웨이브 건조 방식으로 생산된 HILM을 육계 사료 내 첨가 및 급여하였을 때 도체 특성 및 계육 품질에 미치는 영향에 대한 연구가 부족하다. 따라서 본 연구에서는 대두박을 HILM로 대체하여 육계 사료 내 낮은 함량(0%, 2% 및 4%)으로 첨가하였을 때 도체 특성, 가슴육 품질 및 다리육 지방산 조성에 미치는 영향을 알아보고자 하였다.
Materials and Methods
본 연구는 동물실험윤리위원회 승인을 받았으며(No. NIAS-2020-498) 국립축산과학원 내 동물사육시설에서 진행되었다.
공시 동물, 실험 사료 및 설계
본 연구에서 사용된 HILM은 세척한 유충을 탈수 한 후 마이크로웨이브 건조기로 건조 후(70 - 80℃) 냉압착 착유기로(NF-80; Karaerler, Aankara, Turkey) 탈지하여(45 - 48℃) 다른 사료 원료들과 혼합하기 위해 분쇄하였다.
1일령 육계(Ross 308) 150수를 공시하여 개시 체중을 고려하여 대조구와 두 처리구 총 세 그룹으로 그룹당 10반복 한 펜당 5수씩 배치하였다. 본 실험은 총 5주 동안 진행되었으며 초이(1 - 7 d), 전기(7 - 21 d) 및 후기(21 - 35 d) 총 세 단계로 나누고 각 단계별 영양소 요구량을 달리하여 옥수수와 대두박 위주로 사료를 배합하였다(NIAS, 2017). 또한 대두박을 대체하기 위해 HILM을 2%와 4%를 첨가하고자 영양소 요구량을 고려하여 다른 원료사료의 비율을 조정하였다. 사료는 물과 함께 자유채식하도록 하였으며 사료 원료 및 화학적 조성을 Table 1에 나타내었다.
도계 및 도체 특성
실험 마지막 날(35일령) 펜 당 1수씩(10반복) 총 30수를 처리구별 평균 체중을 고려 및 선발하여 도계하였다. 도계 전 생체중을 측정하고 머리, 발 및 내장을 제거한 후 도체, 간, 심장, 비장 및 F낭 무게를 측정하였다. 측정된 도체 및 내장 무게는 생체중 대비 수율 및 무게로 계산하였다.
가슴육 화학적 조성 및 품질
가슴육 왼쪽 부위는 AOAC 분석방법을 통해 일반성분 분석에 사용되었고(Horwitz and Latimer, 2005) 오른쪽 부위는 품질 검사에 사용되었다. 육색은 서로 다른 두 부위에서 밝기(L*), 적색도(a*) 및 황색도(b*)를 측정하였으며(CR-20; Konica Minolta, Ramsey, NJ, USA) pH는 같은 대흉근(pectoralis major) 부위에서 측정하였다(AM-7; Nihonseiki Kaisha Ltd., Tokyo, Japan). 그 후 진공포장하여 가슴육 중심부 온도가 75℃에 도달하도록 항온수조에서 80℃로 가열하였다. 방냉 후 무게와 수분을 측정하여 가열 감량 및 보수력을 계산하였으며 직경 0.5인치로 잘라 전단력을 측정하였다(Model 4465, Instron Corp., MA, USA).
다리육 지방산 조성
지방산 조성 분석은 이전 연구를 바탕으로 실시하였으며(Folch et al., 1957) 지질을 chloroform과 methanol을 2 : 1로 혼합한 유기용매로 추출하였으며 지방산 분석은 가스 크로마토그래피(Star 3600; Varian Technologies, Palo Alto, CA, USA)를 이용하였다. Column은 Omegawax 205 fused-silica bond capillary (30 m × 0.32 mm × 0.25 µm)를 사용하였으며 오븐 온도는 50℃로 1분 동안 유지시킨 후 1분에 25℃씩 200℃까지 올려주었다. 주입구와 검출기 온도는 각각 250℃와 260℃로 유지하였고 운반 기체로 질소(1 mL·min-1)를 사용하였으며 샘플은 2 µL를 주입하였다.
통계 분석
실험 단위로 처리구별 하나의 개체(n = 10 per treatment)를 이용하였고 SAS 프로그램(SAS, 2009)의 GLM procedures를 사용하여 통계 처리를 하였다. 처리구간 평균 차이를 비교하고자 Tukey’s test를 사용하였으며 평균값의 선형 효과(linear effect)와 2차 효과(quadratic effect)를 보기 위해 orthogonal polynomial contrasts 방법을 사용하였다. 결과 값은 평균과 표준오차(standard error of the means)로 표기하였고 유의성 검정은 95% 유의수준으로 분석하였다.
Results and Discussion
마이크로웨이브 건조 방식은 일반적인 열풍 건조 방식과 비교하였을 때 유충 외 주위의 공기와 벽을 가열하지 않기 때문에 에너지 효율이 높고 건조 시간을 절약할 수 있어 제품의 대량 생산이 가능하다는 장점이 있다(Khodifad and Dhamsaniya, 2020). HILM은 대두박에 비해 상대적으로 높은 단백질 함량(61.24% vs. 45.76%) 때문에 가금 사료 내 대체 단백질 자원으로 활용 가능할 것으로 보인다. 하지만 HILM을 사료로 급여하였을 때 계육 품질에 미치는 영향과 이에 대한 소비자들의 인식을 개선하기 위한 연구가 필요하다.
본 연구에서 육계 사료 내 HILM의 급여 비율의 증가는 생체중 및 도체중에 부정적인 영향을 주었지만(Table 2) 장기 무게를 측정한 결과 간, 심장, 비장 및 F낭은 처리구간 차이가 없었다. 이전 연구결과에서도 HILM을 20%까지 급여하여도 장기 무게의 차이는 없었지만 30% 급여할 경우 간의 무게가 대조구에 비해 약 14.7% 증가하였다(Murawska et al., 2021). 뿐만 아니라 본 연구에서는 측정하지 않았으나 HILM 첨가 비율이 증가할수록 복강 지방의 무게가 선형으로 증가하였으며 40% 첨가할 경우 약 2.25배 증가하였다(Schiavone et al., 2019; Murawska et al., 2021). 본 연구에서 HILM이 도체 특성에 미치는 영향을 분석한 결과 생체중과 도체중 모두 첨가 비율이 증가할수록 유의적으로 감소하였지만(p < 0.01) 생체중 대비 도체중 비율은 처리구간 차이가 없었다. 그리고 생체중 및 도체중이 4HILM 처리구에서 CON과 2HILM 처리구에 비해 유의적으로 감소하였지만(p < 0.01) CON 그룹과 2HILM 처리구간 유의적인 차이는 없었다. 이러한 체중 감소는 HILM 내 키틴에 의한 단백질 소화율 저하로 인한 것으로 판단되며(Bovera et al., 2018) 육계 사료 내 낮은 함량(2%)으로 급여하는 것이 바람직할 것으로 보인다. 이전 연구결과에 의하면 육계 사료 내 5%, 10% 및 15%를 급여하였을 때 15%를 급여할 경우 생체중과 도체중이 감소하였지만, 5%와 10%를 급여하여도 대조구와 차이가 없었으며(Schiavone et al., 2019) 다른 연구결과에서는 낮은 함량(5%)을 급여한 결과 생체중, 도체중 및 도체율이 오히려 증가하는 결과를 보여주었다(Popova et al., 2021). 반면에 메추리(broiler quails)에게 HILM을 15%까지 급여하여도 도체중 및 일당증체량은 처리구간 차이가 없었으며 이는 HILM의 체내 이용성이 종에 따라 다를 수 있다는 것을 알 수 있다(Cullere et al., 2016). 본 연구에서는 이전 연구에서 첨가한 비율보다 낮은 함량인 4%를 급여한 결과 도체중이 감소하였는데 이는 마이크로웨이브 건조에 의한 피가열물의 단백질 입자 중합반응으로 인해 증가한 입자 크기와 이로 인한 소화효소와의 접촉면적 감소로 인해 체내에서 단백질 소화율이 저하 된 것으로 판단된다(Huang et al., 2019). 따라서 마이크로웨이브 건조 방식으로 가공된 HILM의 체내 이용성 개선에 대한 추가적인 연구가 필요할 것으로 보인다.
HILM의 급여가 가슴육 품질에 미치는 영향을 분석한 결과 pH, 가열감량, 보수력, 전단력 및 일반성분에 미치는 영향은 없었다(Table 3). 하지만 황색도(b*) 측정 결과 HILM 급여 비율 증가에 따라 선형으로 증가하였으며(p = 0.001) 2HILM 처리구와 4HILM 처리구 모두 대조구에 비해 유의적으로 증가하였다(p = 0.002). 이전 연구결과에 의하면 HILM 급여는 가슴육의 적색도(a*)를 증가시켰고(Kim et al., 2021b) 본 연구결과와는 반대로 황색도는 감소시켰다(Schiavone et al., 2019). 하지만 동애등에 유충유를 급여하였을 때에는 가슴육의 적색도는 차이가 없었으나 황색도가 증가하였으며(Kim et al., 2020) 다리육에서도 적색도는 차이가 없었고 황색도(b*)가 증가하는 경향을 보였다(Cullere et al., 2019). 계육 뿐만 아니라 산란계 사료 내 HILM 급여는 난황의 적색도를 증가시켰으며 이러한 효과는 HILM 내 존재하는 카로티노이드(carotenoid) 성분에 의한 것으로 판단된다(Secci et al., 2018; Park et al., 2021). 카로티노이드는 주황색 또는 노란색을 띄는 색소 성분으로 HILM 내 2.15 mg·kg-1 함유되어 있으며 그 중 루테인(lutein)은 1.15 mg·kg-1, 제아잔틴(zeaxanthin)은 0.96 mg·kg-1 그리고 β-carotene이 0.04 mg·kg-1 함유되어 있다고 보고되었다(Secci et al., 2018).
HILM을 가금에게 급여하였을 때 계육과 계란과 같은 동물성 식품에 미치는 영향에 대한 연구가 진행되었다(Cullere et al., 2018; Kim et al., 2021b; Park et al., 2021). HILM을 육계에게 급여하였을 때 가슴육의 물리 및 화학적 품질에 부정적인 영향이 없었으며(Schiavone et al., 2019) 산란계에게 급여하여도 계란 품질을 저하시키지 않았다(Park et al., 2021). 하지만 동애등에 유충의 경우 불포화지방산(unsaturated fatty acid, UFA) 함량이 다른 유충들(구더기, 갈색거저리 및 귀뚜라미)에 비해 낮은 반면에(19 - 37% vs. 60 - 70%) SFA 함량이 58 - 72% 정도로 상대적으로 높다(Makkar et al., 2014; Schiavone et al., 2019). 뿐만 아니라 HILM의 지방산 조성의 경우 SFA 함량이 대두박에 비해 약 2.4배 높고(55.15% vs. 22.89%) UFA 함량의 경우 대두박이 HILM 보다 약 2.76배 낮다(51.87% vs. 18.80%). 특히 SFA 중에서 중쇄지방산인 라우릭산(lauric acid) 함량이 약 30% 정도로 SFA 함량 중 대부분을 차지하고 있다(Kim et al., 2021b). 이러한 HILM의 지방산 조성은 가슴육 지방산 조성에 영향을 주었으며 급여 비율 증가에 따라 단일불포화지방산(monounsaturated fatty acid, MUFA) 함량이 증가하고 PUFA 함량을 감소시켰다(Schiavone et al., 2019). 본 연구에서 다리육의 지방산 조성을 분석한 결과(Table 4) HILM 급여 비율 증가에 따라 SFA 중에서 라우릭산(lauric acid), 미리스트산(myristic acid), 스테아르산(stearic acid) 및 아라키드산(arachidic acid) 함량이 선형으로 증가하였지만(p < 0.01) 헨에이코실산(heneicosylic acid)은 선형으로 감소하였다(p = 0.0056). 또한 MUFA인 미리스트올레산(myristoleic acid)과 팔미톨레산(palmitoleic acid) 함량은 선형으로 증가하였지만(p < 0.001) PUFA인 도코사헥사엔산(docosahexaenoic acid)은 선형으로 감소하였다(p = 0.0029). 하지만 총 SFA, MUFA 및 PUFA함량은 처리구간 차이를 보이지 않았으며 이는 이전 연구에 비해 HILM 급여 비율이 상대적으로 낮았기 때문인 것으로 보인다(Schiavone et al., 2019).
Conclusion
육계 사료 내 HILM 급여 비율 증가에 따라 생체중과 도체중이 감소하는 부정적인 영향이 있었지만 낮은 함량(2%) 급여시 도체특성, 가슴육 품질 및 다리육 지방산 조성에 부정적인 영향이 없었으므로 육계 사료 내 대두박 대체 단백질 원료로써 사용이 가능할 것으로 보인다. 하지만 HILM의 체내 이용성을 개선할 수 있는 추가적인 연구와 이를 통한 급여 비율을 증가 시킬 수 있는 방안이 필요할 것으로 보인다.
Acknowledgements
본 연구는 농촌진흥청 연구사업(세부과제명: 유용곤충 가공 사료소재별 닭 이용성 평가, 세부과제번호: PJ01456002)의 지원과 2022년도 농촌진흥청 국립축산과학원 전문연구원 과정 지원사업에 의해 수행되었습니다.
Authors Information
Byeonghyeon Kim, https://orcid.org/0000-0003-4651-6857
Minji Kim, https://orcid.org/0000-0003-2106-1921
Hye Ran Kim, https://orcid.org/0000-0003-2207-3668
Jin Young Jeong, https://orcid.org/0000-0002-8670-7036
Hyunjung Jung, https://orcid.org/0000-0002-7004-2017
Seol Hwa Park, https://orcid.org/0000-0002-7218-8212
