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본 연구에 사용된 곤충은 농촌진흥청에서 공급 받은 갈색거저리(Tenebrio molitor) 유충을 사용하였다. 건조방법별로 영양성분 변화를 조사하기 위하여 살아있는 상태의 갈색거저리를 이용하여 상온건조, 열풍건조(60℃) 및 동결건조로 각각 처리하였으며, 모든 실험구의 건조 시간은 72시간으로 설정하였다. 건조시킨 후 1mm 입자로 분쇄하여 –70℃ 초저온냉동고에 보관하면서 분석 시료로 사용하였다.

단백질원으로 멸치어분, 탄수화물원으로 소맥분을 이용하여 표준사료(reference diet)를 제조하였다(<Table 1>). 농촌진흥청에서 제공받은 동결 건조된 갈색거저리를 사료 원료로 사용하였다. 갈색거저리의 소화율을 측정하기 위하여 표준사료와 갈색거저리를 7:3의 무게비로 혼합하여 원료의 소화율 측정을 위한 실험 사료를 제조하였다. 소화율을 분석하기 위한 지시제로 산화크롬(Cr₂O₃, Sigma)을 0.5% 첨가하였다. 제조된 실험 pellet 사료를 건조 한 후 –30℃에 보관하면서 공급하였다.

강릉원주대학교 해양생물연구교육센터에서 상업용 사료로 사육 중이던 평균체중 150g 전후의 조피볼락 육성어를 선별하여, Lee(2002)이 사용한 장치와 같은 시스템을 구성하여 분을 수집하였는데, 분 수집통이 연결된 400L 원형 수조에 각각 20마리씩 3반복으로 수용하였다. 분 수집을 위한 사육실험기간은 4주간이며, 1일 2회(09:00, 17:00) 사료를 공급하였다. 사육기간 동안의 평균 수온은 21.1±0.21℃였다.

본 실험에서는 어체에 흡수되지 않는 산화크롬을 지표물질로 사료에 첨가하고, 어류에게 공급 후 분에 남은 산화크롬을 측정하여 소화율을 분석하였다(Nengas et al., 1995; De,la Noue & Choubert, 1986).

오후에 사료 공급 후, 수조와 분 수집통에 남아있는 배설물 및 찌꺼기를 제거하고, 다음날 오전 사료 공급 전에 분 수집통에 모인 분을 수집하였다. 수집된 분은 여과지(Whatman #1)에 담은 후 저온(-4℃)에 1시간정도 보관하면서 수분을 최대한 제거 후 –60℃에 보관하였다. 동결보관하던 분은 동결냉동건조기(freezer dryer)를 이용하여 동결건조 시키고, 비늘 등의 이물질을 제거하고 분쇄 후 분석에 사용하였다. 소화율계산은 Cho(1982)가 사용한 아래의 공식을 이용하였다.

건물소화율 = 100 - (사료중의 Cr₂O₃ × 100 / 분중의 Cr₂O₃)

영양소 소화율 = 100 - [(분중의 영양소 × 사료중의 Cr₂O₃) / (사료중의 영양소 × 분중의 Cr₂O₃)] × 100

사료원료의 소화율 = 100/30 × (실험사료의 영양소 소화율 – 0.7 × 표준사료의 영양소 소화율)

원료와 분의 일반성분은 AOAC(1990)의 방법에 따라 조단백질(N×6.25)은 Auto Kjeldahl System(Buchi B-324/435/412, Switzerland; Metrohm 8-719/806, Swizerland)을 사용하여 분석하였고, 조지방은 ether를 사용하여 추출하였으며, 수분은 105℃의 dry oven에서 6시간 건조 후 측정하였다. 조회분은 600℃ 회화로에서 4시간 동안 태운 후 측정 하였으며, 총에너지는 bomb calorimeter(Parr 1356, USA)를 사용하여 측정하였다.

아미노산은 시료를 6N HCl로 110℃ sand bath 상에서 24시간 가수분해한 후, 감압 농축한 시료액을, 아미노산 자동 분석기(L-8800, Hitachi, Column : Ion exchange, Injection Pump : Pressure 0-19.6Mpa, Flow Rate 0.05-0.99 ml/min, Column Oven : Electrothermal cooling (30-70℃), Reaction Unit : Reaction Column (135℃, 50℃), Photometer : Wavelength 570nm, 440nm)를 사용하여 분석하였다.

지방산 분석은 Folch et al.(1957)의 방법에 따라 클로로포름과 메탄올 2:1비율 혼합액으로 총 지질을 추출하여 14% BF3-methanol (Sigma, USA) 용액으로 지방산을 methylation 시킨 후, capillary column (SPTM-2560, 100m×0.25mm i.d.,film thickness 0.20um, USA)이 장착된 gas chromatography (PerkinElmer, Clarus 600, USA)로 지방산을 분석하였다. Carrier gas는 헬륨을 사용하였으며, Oven 온도는 최초 140℃에서 240℃까지 4℃/min 증가시켰다. 이때, Injector 온도는 250℃, detector(FID) 온도는 260℃로 각각 설정하였으며, 표준 지방산으로 37개 지방산 혼합물(PUFA 37 Component FAME Mix, Sigma, USA)을 사용하였다.

칼슘과 인은 시료를 600℃에서 24시간 회화한 후, 질산과 증류수 1:1 비율 혼합액으로 가하여 분해시킨 시료액을 유도결합플라즈마분광계(Joninyvon, USA)를 사용하여 측정하였다.

셀레늄 및 비소는 마이크로웨이브분해기(Ethos, Milestone, Itlay)로 시료를 전처리한 후, 유도결합플라즈마분광계를 사용하여 측정하였다.

크롬, 납, 카드뮴은 시료를 550℃에서 24시간 회화한 후, 질산과 증류수 1:1 비율 혼합액을 가하여 분해시킨 시료액을 원자흡광분광광도계(Analyticjena, Germany)를 사용하여 측정하였다.

통계학적 분석은 분석결과는 SPSS(Version 21.0)프로그램을 이용하여 One-way ANOVA-test를 실시한 후, Duncan's multiple test로 평균간의 유의성(p<0.05)을 검정하였다.

갈색거저리, 멸치어분(칠레), 명태어분(미국), 청어어분(덴마크) 및 대두박의 일반성분 분석 결과를 <Table 2>에 나타내었다. 갈색거저리의 조단백질 함량은 52.6%로 동물성 원료인 멸치어분, 명태어분 및 청어어분의 67.3~73.4%보다 낮은 값을 나타내었으며, 식물성 원료인 대두박의 단백질 함량인 47.4%보다 높은 값을 나타내었다. 갈색거저리의 조지질 함량은 34.4%로 동물성 및 식물성 원료의 지질함량인 1.1~10.4%보다 매우 높은 값을 나타냈다. 갈색거저리의 회분함량은 3.5%로 멸치어분 및 명태어분의 회분함량인 19.7~8%보다 매우 낮은 값을 나타냈으며, 대두박의 회분함량(6.2%)보다 낮은 값을 보였다. 에너지 함량은 6.4kcal/g으로 동물성 및 식물성 원료의 에너지함량(4.5~4.9kcal/g)보다 높은 값을 나타내었다.

갈색거저리의 건조조건별 일반성분 분석결과를 <Table 3>에 나타내었다. 건조조건에 따른 갈색거저리의 단백질함량은 열풍 건조 시 52.3%으로 가장 높은 값을 나타냈으며, 동결건조 시에는 47.1%, 상온건조 시에는 47.5%를 나타냈다. 반면에, 건물은 열풍건조 방법에서 가장 높게 나타났다. 지질, 회분 및 에너지는 건조조건에 따라 큰 차이를 보이지 않았으며, 지질함량은 35.2~36.9%, 회분함량은 3.3~3.6%, 에너지함량은 6.7kcal/g을 나타냈다.

본 실험에서 건조방법에 따라 갈색거저리의 영양성분 함량이 큰 차이가 나타나지 않았으므로, 사용하고자 하는 용도에 따라서 적절한 방법을 이용하는 것이 좋을 것으로 사료된다. 하지만, 건조방법에 따라 수분 함량이 다른 것을 고려하여 건조방법이 결정되어야 할 것이다. 또한, 단백질과 가용무질소물(NFE) 함량이 건조방법에 따라 다르게 측정되는 것에 대해서는 차후 상세한 연구가 필요하다.

갈색거저리 지질, 어유와 대두유의 지방산 조성을 분석한 결과를 <Table 4>에 나타내었다. 갈색거저리 지질에 oleic acid(C18:1n-9) 및 linoleic acid(C18:2n-6) 각각의 함량이 29.1%와 42.7%로 나타나 대두유(26.1%와 48.2%)와 비슷하였으며, 어유(7.0%, 1.5%)보다 높은 값을 나타냈다. 갈색거저리 지질은 arachidonic acid(C20:4n-6), EPA(C20:5n-3) 및 DHA(C22:6n-3)와 같은 고도불포화지방산은 함유되지 않았으며, 이는 식물성원료인 대두유와 유사한 결과를 나타냈다.

양식어종의 성장과 사료이용효율은 사료 내 필수지방산의 충족 여부에 영향을 받을 수 있다(Lee, 2001). 넙치를 비롯한 대부분의 해산어류의 필수지방산은 DHA 및 EPA와 같은 n-3계 고도불포화지방산을 요구한다고 알려져 있으며, 담수어류는 linoleic acid 또는 linolenic acid를 요구한다고 알려져 있다(Webster and Lovell, 1990; Ruyter et al., 2000; Kim et al., 2002, Lee et al., 2003; Fonseca-Madrigal et al., 2005; Kim and Lee., 2005; Mourente et al., 2005; Kim et al., 2010). 또한, 서식환경에 따라 필수지방산의 양과 종류는 달라질 수 있다(NRC, 1993). 담수어종 중 뱀장어(Takeuchi et al., 1980)는 linoleic acid와 linolenic acid를 모두 필수지방산으로 요구하지만, 무지개송어는 linolenic acid만을 필수지방산으로 요구한다고 보고되어있다(Castell et al., 1972a,b,c). 본 연구 결과 갈색거저리 지질에는 담수어류의 필수지방산인 linoleic acid가 높게 함유되어 있으므로 이를 필수지방산으로 요구하는 담수어류의 사료 내 지질원으로 사용하면, 좋은 효과가 있을 것으로 전망된다.

갈색거저리, 멸치어분 및 명태어분의 아미노산 조성 결과를 <Table 5>에 나타내었다. 아미노산 중 필수아미노산은 체내 합성이 불가능하여 먹이를 통해 섭취해야 한다. 갈색거저리 내 필수아미노산 중 갈색거저리의 histidine 및 valine의 함량은 각각 3.2% 및 6.4%로 어분들보다 높았고, 준필수아미노산인 tyrosine은 어분보다 매우 높은 값을 보였다. 반면에 lysine과 methioine의 함량은 비교적 낮은 값을 나타내었다. 사료내 대체 단백원의 첨가에 따라 필수아미노산이 부족하여 어류의 성장이 저하된다는 많은 연구 결과들이 보고된 바 있어므로(Cowey et al., 1971; Dabrowski & Kozak, 1979; Jackson et al., 1982), 이에 대한 고려가 필요하다. 대두박에 부족한 methionine을 사료에 보충하여 공급하면 어류의 성장이 개선된다고 보고되어있지만(Murai et al., 1982, 1986, 1989), 조피볼락의 경우에는 대두박 첨가사료 내 아미노산 보충효과가 없다는 결과도 있다(Lee & Jeon, 1996b). 또한, 원료마다 다른 영양소 함량을 고려하여 여러 원료들을 혼합하여 첨가 하는 것이 더 효과적으로 어분을 대체할 수 있다고 보고되어 있어(Lee et al., 1996c; Lee & Jeon, 1996b), 갈색거저리도 사료내 단독으로 사용하는 것보다는 혼합 첨가하여 사용하는 것이 효과가 좋을 것으로 판단된다.

갈색거저리, 멸치어분, 명태어분, 청어어분 및 대두박의 칼슘(Ca), 인(P) 및 세레늄(Se) 함량을 <Table 6>에 나타내었다. 갈색거저리의 칼슘은 0.1%로 대두박의 0.3%와 비슷한 값을 나타냈었으나, 어분들의 2.2~5.0%보다는 낮았다. 갈색거저리의 인은 0.7%로 대두박의 0.4%와 비슷한 값을 나타냈으며, 멸치어분, 명태어분, 청어어분의 2.0~3.0%보다는 낮았다. 칼슘과 인은 골격 구성에 필수적이며, 삼투압 조절 및 체내 대사과정에 중요한 기능을 가진 영양소이다(NRC, 1993). 틸라피아, 채넬메기, 뱀장어 및 잉어의 사료내 칼슘 요구량은 0.34~0.7%로 보고되었으며, 인은 대부분의 어종에서 0.5~0.8%를 요구한다고 보고되어있다(Ketola, 1975; Ogino & Takeda, 1976; Ogino & Takeda., 1978; Watanabe et al., 1980; Robinson et al., 1986, 1987). 또한, 조피볼락 사료내 Ca 및 P을 첨가하지 않은 경우 사료효율 및 성장이 저하되었다고 보고되어있다(Lee & Park, 1998). 갈색거저리를 사료원료로 이용시에는 어분에 비해 다소 부족한 칼슘과 인을 보충해주는 것이 필요할 것이다.

체내 세포 손상을 막는 항산화 효소의 생성을 돕는 셀레늄은 갈색거저리에 2.2ppm이 함유되어 있어 대두박의 0.6ppm보다 높은 값을 나타냈으며, 어분들의 2.6~3.2ppm과 큰 차이는 없었다. 조피볼락 사료 내 Se을 첨가하지 않은 경우 증체율이 낮았다고 보고되어있다(Lee & Park, 1998). 셀레늄은 새판 팽창, 피부병변 등 어류에게 영향을 끼친다고 보고되어있다(Lemly, 1997, 2002; Lohner et al., 2001). 따라서 어종별 셀레늄의 적정 요구량에 대한 추가적인 연구가 필요하다고 사료된다.

갈색거저리, 멸치어분, 명태어분, 청어어분 및 대두박의 중금속 조성을 <Table 7>에 나타내었다. 납(Pb)은 갈색거저리가 0.14ppm으로 대두박과 같은 수치를 나타냈으며, 멸치어분, 명태어분 및 청어어분은 0.1ppm이하를 나타냈다. 카드뮴(Cd)의 함량은 갈색거저리가 0.06ppm을 나타냈으며, 멸치어분 및 청어어분은 각각 0.45ppm 및 0.39ppm을 나타냈다. 대두박은 카드뮴이 검출되지 않았다. 갈색거저리의 크롬(Cr)함량은 0.33ppm으로 멸치어분, 명태어분, 청어어분의 1.05~1.98ppm보다 낮았으며, 대두박의 0.05ppm보다는 높은 수치를 나타냈다. 비소(As)의 함량은 갈색거저리가 0.29ppm으로 가장 낮은 값을 나타냈으며, 멸치어분은 5.12ppm으로 가장 높은 값을 나타냈다. 수은(Hg)은 갈색거저리에서 0.01ppm미만의 값을 나타내어 멸치어분, 명태어분, 청어어분 및 대두박의 0.05~0.13ppm보다 낮았다.

국내 사료관리법에서의 수산동물용 배합사료 내 중금속 종류별 허용기준은 수은(Hg) 0.4ppm, 납(Pb) 20ppm, 카드뮴(Cd) 2ppm 및 비소(As) 20ppm으로 규정되어 있다(Ministry of Agriculture, Food and Rural Affairs, 2017). 갈색거저리의 유해중금속의 함유량은 사료관리법의 허용기준 이내의 범위에 해당된다.

조피볼락의 갈색거저리에 대한 단백질, 지질 및 에너지 소화율을 <Table 8>에 나타내었다. 갈색거저리 원료의 단백질 소화율은 93%로 나타났다. 양어사료 원료 중 단백질은 어류 성장에 영향을 미치는 주된 요인이며, 어류의 단백질 이용성을 평가하기 위해 단백질 소화율을 측정한다(Kim et al., 2010). 소화율은 대상어종의 소화 능력과 원료의 화학적 조성에 따라 영향을 받는데, 본 실험에서의 갈색거저리 단백질 소화율 값은 Lee (2002)의 조피볼락 육성어 소화율 실험에서의 우모분 63% 및 대두박 84%보다 높은 결과값을 나타내며, 육분 90%, 소맥분 91%, 콘글루텐밀 92% 및 멸치어분 92%와 비슷한 결과를 나타냈다. 잉어, 참돔, 송어 및 채넬메기의 어분 내 단백질 소화율이 85~95%의 결과 값을 나타내어(Cho et al., 1985; Lovell, 1977; Spyridakis et al., 1989; Furuichi and Yone, 1982), 본 실험과 유사한 값을 보였다. 본 연구에서 갈색거저리의 지질 소화율은 97%를 나타냈다. 이 값은 채넬메기, 농어, 대구 및 송어의 어분 내 지질 소화율(약 97%)과 비슷한 값이다(Cho et al., 1985; Lovell, 1977; Spyridakis et al., 1989; Lie et al., 1988). 갈색거저리 원료의 에너지 소화율 88%의 값은 기존에 보고된 조피볼락 육성어 실험에서 백색어분 90%, 멸치어분 93% 및 콘글루텐밀 89%의 값과 큰 차이가 없었다(Lee et al., 2002).