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(2)• 곤충음식을 개발하여 곤충에 대한 사람들의 인식을 바꿀 수 있다

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Academic year: 2022

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1. 개요

□ 연구동기 및 목적

○ 연구 환경

본교는 2010년에 과학중점학교로 지정되어 2011년부터 과학중점학 교과정을 진행하고 있음으로 해서 학생들이 과학과 기술의 중요성을 인식하고, 과학・수학을 좋아하는 학생들이 모여 동아리를 구성하여 항상 탐구활동을 함으로써 연구의 환경이 조성되고 있다.

○ 연구 동기

생물·환경 동아리 활동 중 지속가능발전교육(ESD)을 받으며 인구 문제와 식량 문제의 심각성을 인식하게 되었다. 동물성단백질 생산과 정에서 비용과 식량부족, 탄소의 배출량, 온실가스 배출량, 수질오염 문제 등 많은 문제를 야기하고 있다는 것을 알게 되었고, 해결하는 방법을 조사하던 중 곤충식량을 알게 되었다. 곤충식량 중에서 갈색 거저리의 유충인 밀웜(mealworm)은 저단가에 고품질 애완동물 사료 로 사용될 뿐만 아니라 나트륨, 칼륨, 철, 아연, 셀레늄이 풍부해 타 곤충들보다 많은 영양분을 가지고 있고 식량과 환경문제를 해결할 수 있을 것이다.

표 1. 갈색거저리 애벌레 분말의 영양 평가 검사 결과

시험항목 결과

열량 544.67 kcal/100g

탄수화물 8~11%

단백질 45~57%

지방 25~34%

수분 2.47%

회분 3.17%

식이섬유 5.89%

○ 연구 목적

• 밀웜을 미래식량화 함으로써 환경·식량부족 문제를 보완할 수 있다.

• 밀웜의 특성을 파악하여 밀웜을 사육하는 데에 생산과정의 효율성을 높일 수 있다.

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• 곤충음식을 개발하여 곤충에 대한 사람들의 인식을 바꿀 수 있다.

□ 연구범위

1) 밀웜의 발육 특성 분석

먹이를 줄 때 어떻게 주는 지에 따라 더 빨리, 많이 먹을지를 파악하고, 밝기 조절하여 어떤 밝기를 더 선호하는지와 잡식인 식성을 고려해 어떤 먹이를 주었을 때 더 잘먹는지를 분석을 하여 밀웜의 사육특성을 알아낸다.

2) 분리판 설계 및 제작

인력이 많이 소모되는 채란방법과 밀웜의 배설물을 버리고 새로운 밀기 울로 가는 방법을 자동화 시켜 적은 비용과 인력이 소비되도록 한다.

2. 연구 수행 내용

□ 이론적 배경 및 선행 연구

○ 이론적 배경

․ 동물성 단백질 생산과 식량 및 탄소 배출량 문제

인구의 증가속도를 감안하면 전문가들은 인구가 40년 이내에 90억으 로 증가할 것이라고 예측한다. 또 1970년대에 비해서 현재의 세계 육 류수요는 세배가 증가했고 동물성 단백질 생산은 비용적인 측면 이외 에도 탄소의 배출량, 온실가스 배출량, 수질오염 문제 등 수많은 문제 를 야기하고 있다.

그림 2 . 세계 식량부족 현황 단계 구분도 그림 3 . 세계인구 증가 추이 그래프

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․ 곤충의 미래식량화 연구배경

곤충은 가축에 비해 사육 면적이 좁아 높은 토지 이용 효율을 보이 고, 한 번에 수십 개에서 수백 개의 알을 낳으며, 약 3개월 정도의 짧 은 생활사로 1년에 4차례 정도 새로운 세대가 나와 생산성이 높다.

또한 한 1kg 생산 시 필요한 사료가 육류에 비해 매우 낮고, 고단백, 고불포화지방산으로 영양적 가치가 높다는 장점이 있어 FAO는 미래 식량으로 곤충에 주목하고 있다. 그중에 밀웜은 타 곤충보다 단백질 과 불포화지방산 함량과 셀레늄 등이 매우 높아 영양 가치가 우수하 다.

그림 4 . 갈색거저리의 영양 성분 비교 그림 5 . 갈색거저리의 영양 성분 비교

․ 갈색거저리 성장 과정

갈색거저리는 주로 유충 형태로 월동하여 이듬해 번데기가 된 후 우 화하여 번식한다. 성충의 수명은 50∼160일이며 산란기는 22∼137일 이며 알기간은 약 1∼2주 정도이다. 유충은 완전변태하며 기간은 약 4∼10개월로 용화된 번데기는 1∼2주후에 우화하며 우화 후 4∼5일 후부터는 교미와 산란을 시작한다.

그림 6 . 갈색 거저리의 성장과정

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․ 채란판

기존에 제작되어 있는 채란판은 갈색거저리 가 알을 산란했을 때 와이어메쉬 사이로 빠 져나가 일손을 줄일 수 있도록 제작되어 있 다. 하지만 밀웜이 다시금 성장해서 크기가 달라지면 크기별로 나눠주어야 하기 때문에 똑같은 일손이 적용되어 효율적이지 않고 채 란판을 사용하는 과정에서 인간에게 해로운

먼지들이 발생하여 사용되지 않고 있다. 따라서 분리판을 개발하여 자동으로 밀웜을 크기별로 구분하고 배설물이 섞인 밀기울을 쉽게 갈 아주어 일손을 줄이고 생산 과정의 효율성을 높이는 것이다.

․ 갈색거저리 외부 형태 및 특징

갈색거저리 성충은 체장이 15∼20 mm 정도 이며 긴 타원형의 짙은 흑갈색을 띈다. 우화 초기에 유백색에서 점차 짙은 색으로 변화된 후 교미하여 산란한다. 산란된 알은 유백색으 로 장 타원형이며 크기는 1.25 mm이다. 알껍 데기는 연약하여 외부충격에 손상되기 쉬우 나 점액이 있어 사료와 사육용기 바닥 등에

부착하여 산란한다. 알의 표면은 점성이 있어 사료와 붙게 되어 있다.

유충은 25∼35 mm까지 자라며 탈피 시 연한유백색에서 황갈색으로 변한다. 이렇게 갈색거저리의 크기가 확연히 달라 분리판의 와이어메 쉬에 잘 걸러져 일손을 줄일 수 있을 것이다.

○선행연구

그림 7 . 기존의 채란판

그림 8 . 갈색 거저리와 밀웜

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연도 연구한 인물 주제 연구내용

2012

박영규, 최영철, 이영 보, 이상현, 이준석, 강승호

갈 색 거 저 리 ,Te n e b r i o L . (C o l e o p t e r a : Tenebrionidae)의 산란 수, 수명, 발육기간 및 번 데기 중량

사료종류와 번데기 중량, 사육 밀도에 따라 미치는 산란수, 발육기간, 수명, 번데기 중량에 대한 연구

2013

구희연, 김선곤, 오형 근, 김정은, 최덕수, 김도익, 김익수

갈색거저리 (Tenebrio molitor L.) 유충의 온도 발육 모형

온도에 따른 유충의 발육 특성 및 발육 모형에 대한 연구

□ 연구주제의 선정

○ 생물·환경 동아리 활동 중 지속가능발전교육(ESD)을 받으며 인구 문제와 식량 문제의 심각성을 인식하게 되었다. 동물성단백질 생산과정 에서 비용과 식량부족, 탄소의 배출량, 온실가스 배출량, 수질오염 문제 등 많은 문제를 야기하고 있다는 것을 알게 되었고, 해결하는 방법을 조사하던 중 곤충식량을 알게 되었다. 곤충식량 중에서 갈색거저리의 유충인 밀웜은 저단가에 고품질 애완동물 사료로 사용될 뿐만 아니라 나트륨, 칼륨, 철, 아연, 셀레늄이 풍부해 타 곤충들보다 많은 영양분을 가지고 있고 식량과 환경문제를 해결할 수 있다. 이에 우리는 밀웜을 미래식량화 하기 위한 방안을 세우고자 하였다.

□ 연구 방법

○ 재료 및 사육방법

실험에 사용한 갈색거저리는 곤충 체험장 실내에서 사육하고 판매중 인 갈색거저리를 구매하여 사용했다. 성충 및 유충의 사육용기는 시 중에서 판매되는 10단 이동식 수납정리함의 플라스틱상자 (29×39×7cm)에 밀기울을 2∼3cm 높이로 배설물이 80%이상 채워질 때마다 공급하여 성충의 산란용과 유충사육용으로 이용하였으며 갈색

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거저리의 실험은 23±5, 63±10%RH 실내 사육실 조건에서 사육하면 서 실험하였다.

○ 전문가(곤충체험장)

생물·환경 동아리 활동을 하면서 주변 법인 곤충체험장(아이벅스캠 프)을 방문하고 다양한 방면에서 서로 협력할 수 있는 관계를 만들었 다. 이를 바탕으로 경기도 시흥시에 축제, 교육활동 등에 참여하면서 식용 곤충을 알리고, 시식해볼 수 있는 기회를 제공할 수 있다. 특히 곤충체험장과 연계하여 지역 축제 중 하나인 시흥갯골축제에서 곤충 체험 부스를 운영하고, 밀웜을 포함한 다양한 곤충 음식을 직접 만들 고 시식할 수 있도록 구성하여 시흥지역민을 대상으로 곤충 음식에 대한 인식을 조사할 수 있었다.

생리학 박사이며 가천대학교 교수인 정근영 박사님을 만나서 곤충 의 생리적·병리적인 특성을 알게 되었으며, 분리판을 제작하는 과정에 서 사용될 모터의 구입이나 구동 방식 등에 대한 조언을 얻기도 하였 다.

□ 연구 활동 및 과정

○ 가설 설정

가. 밀웜의 먹이 형태에 따른 실험

․밀웜의 먹이 형태에 따라 밀웜의 성장속도가 다를 것이다.

잡식성인 밀웜은 똑같은 먹이를 주었을 때 먹이 형태에 따라 성장속 도가 달라질 것이라고 가설을 설정하였다.

나. 곤충음식 인식 설문 조사

․사람들은 곤충 음식에 대해 거부감을 가지고 있을 것이다.

곤충음식을 먹기 전에는 먹고 싶어 하지 않고 곤충음식을 먹고 난 후 에 인식이 달라질 것이다.

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다. 분리판 제작

․기존의 밀웜 분리 방식과 비교하여 제작된 분리판을 이용한 방식이 분리 시간을 감소시킬 것이다.

○ 실험 설계

가. 밀웜의 먹이 형태에 따른 실험

밀웜의 먹이 형태에 따라 성장속도와 먹는 양 이 달라지는지 알아보기기 위해 먹이의 형태를 다르게 하여 시간의 경과에 따른 섭취 정도를 비교하고, 밀웜의 체질량을 확인한다.

27, 62%PH의 실내에서 플라스틱 사육장 (29×39×7cm) 3통에 각각 밀기울 90g과 전자저 울로 측량한 밀웜 70마리씩 넣고, 무를 100g씩 채썰기, 깍둑썰기, 갈기로 먹이 형태를 다르게 하여 실험 전과 후 밀웜의 무게를 재보고 증가 량을 통해 성장속도와 먹는 양을 파악한다.

통제변인 조작변인 종속변인

사육통, 밀웜 개체 수, 먹이 무게, 먹이 종류

먹이 형태의 종류

(채썰기,깍둑썰기,갈기) 밀웜무게

1) 준비물: 사육통 3개, 무300g, 밀웜 210마리, 밀기울90g, 저울, 믹 서기, 칼, 비닐봉지

2) 실험과정

➀ 사육통 3개에 밀기울 90g씩 담는다.

➁ 밀웜 70마리씩 무게를 잰 다음 사육통에 넣는다.

➂ 무를 각각 100g씩 3개 저울에 재서 비닐봉지에 나눠담는다.

그림 9 . 밀웜 사육장

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➃ 3개 나눠 담은 무를 깍둑썰기(10 mm), 채썰기(0.5 mm), 갈기 를 하여 한 통씩 각각 무를 담는다.

➄ 하루 뒤에 한 사육통 마다 밀웜의 무게를 재본다.

그림 10 . 먹이 형태 구분 그림 11 . 채썰기 그림 12 . 먹이 공급

나. 곤충 음식에 대한 인식 조사

곤충음식을 먹기 전과 후의 인식을 알기 위해 건조된 곤충을 갈아 곤충가루로 만든 후 모든 음식에 약 2-5%를 넣어서 음식을 만들어 시식 부스활동을 통해 사람들이 직접 시식한 후 설문조사를 한다.

• 곤충음식

녹차밀웜, 초코 귀뚜라미 상투과자, 밀웜 쿠키, 귀뚜라미 머핀, 메뚜기 마들렌, 밀웜,메뚜기, 귀뚜라미 만디앙

그림 13 . 귀뚜라미 가루, 다양한 곤충 음식 및 곤충 음식 부스 활동

다. 분리판 제작

기존에 제작되어있는 채란판 보다 효율적인 분리판을 만들기 위해

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직접 설계도를 그린다. 아크릴의 크기를 주문제작하여 조립한 후 와 이어메쉬를 끼워 자동으로 밀웜과 밀기울을 걸러낼 수 있도록 한다.

분리판을 만듦으로써 효율성을 증명하기 위해 사람이 밀웜을 골라내 는 시간과 분리판을 이용해 밀웜을 골라내는 시간을 비교한다.

1) 준비물

· 분리판 제작 : 설계도, 주문제작한 아크릴, 1∼4mm 와이어메쉬, 순간접착제, 선풍기 모터, 드라이버, 나사

· 분리판 효율성 비교 실험 : 밀웜 80마리, 사육통 2개, 젓가락, 분 리판

그림 14 . 밀웜 분류 작업 그림 15 . 분리판 이용

2) 실험과정

➀ 밀웜 40마리와 밀기울 50g을 두 통에 나눠 담는다.

➁ 하나의 통을 분리판에 담고 작동시킨 후 밀웜을 모두 거를 때 까지 시간을 잰다.

➂ 다른 하나의 통에 있는 밀웜을 한사람이 40마리 모두 골라내는 시간을 잰다.

➃ 분리판의 시간과 인력이 소모된 시간을 비교한다.

➄ 이 과정을 세 번 반복한 뒤 평균 시간차를 구한다.

통제변인 조작변인 종속변인

사육통, 밀웜 개체수,

밀기울 양 밀웜을 걸러내는 방법 걸리는 시간

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3. 연구 결과 및 시사점

□ 연구 결과

가. 밀웜의 먹이 형태에 따른 실험

깍둑썰기, 채썰기, 갈기의 형태를 한 먹이의 밀웜이 실험 전과 후의 무게가 순서대로 증가한 결과를 보고 밀웜의 먹이형태가 밀웜이 먹기 어려운 큰 형태의 먹이보다는 먹기 쉬운 작은 먹이형태를 더 많이 섭 취한다는 사실을 알아내었다.

썰기 종류

무게(g) 실험 전 실험 후 증가량

깍둑썰기 8.50 9.10 0.60

채썰기 8.29 9.37 1.08

갈기 8.37 9.50 1.13

그림 16 . 실험 전 그림 17 . 실험 후

나. 곤충음식 인식 설문 조사

사람들이 곤충음식을 처음 본 후에는 곤충음식을 별로 먹고 싶어 하 지 않았다. 처음 곤충음식을 봤을 때와는 다르게 음식을 맛보고 난후 에는 맛있다고 설문조사에 응한 사람이 많았다. 이로써 알게 된 사실 은 사람들의 인식을 조금만 바꾸면 곤충음식에 대해 좋은 인식을 심 어줄 수 있을 것이라는 것이다

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그림 18 . 곤충 음식에 대한 인식 그림 19 . 곤충 음식을 먹고 난후 변화

다. 분리판 제작

․기존의 채란판보다 분리판이 시간이 적게 들것이다.

그림 20 . 분리판 설계도 그림 21 . 모터 분리 작업 그림 22 . 와이어메쉬 틀

분리판을 만듦으로써 채란판보다 일손이 적게 든다는 사실을 알아 내었다. 사람이 직접 고르지 않고 모터가 움직이기 때문에 시간이 적 게 든다.

그림 23 . 완성된 분리판 그림 24 . 밀웜 분리 작업 그림 25 . 분리판 사용

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채란판을 사용하게 되면 밀웜을 크기별로 다시 골라내어야 하는데 분리판은 와이어메쉬가 4∼1mm 크기로 되어있어 저절로 분류가 되 기 때문에 일손이 적게 든다는 사실을 알 수 있다.

시간

횟수 분리판 인력 시간차

(인력-분리판)

평균 시간차

1 3분 11초 6분 41초 3분 11초

1분 47초

2 2분 40초 3분 49초 1분 9초

3 3분 21초 2분 30초 - 51초

횟수 그림 26 . 밀웜 분리 작업 비교

□ 시사점

○ 분리판 개발

기존에 개발되어 있는 채란판은 무겁고 나무로 되어 있어서 부식되기가 쉬웠다. 이런 단점을 보완하기 위해서 분리판을 개발하였는데 기계의 작동 에 대한 지식이 없는 상태에서는 진행이 쉽지 않았다. 또한 여학생으로만 구성되어 있다 보니 공구를 다루는 데에 서툴러서 더 어려웠다. 설계도를 작성하고 업체에 문의해서 제작을 의뢰하려고 했으나, 직접 만들어보는 것이 의미가 있을 것이라는 생각에 끝까지 최선을 다해서 개발을 완료할 수 있었다. 밀웜을 크기별로 분리하는 기능의 경우 계획했던 것과 같이 정상적으로 이루어졌으나, 투박한 작동 방식으로 인하여 손실되는 밀웜의

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양도 많았다. 또 모터와 여러 가지 기어를 이용한 구동 방식이 공간과 제작 재료를 낭비하는 단점이 있었다. 이러한 점을 보완하여 다시 제작하고 단가를 낮추는 방법을 고안한다면 농가에 보급하여 일손을 덜고 밀웜을 쉽게 분리할 수 있을 것이다.

○ 곤충 음식 만들기

제과와 제빵에 관심이 많은 팀원의 도움으로 다양한 종류의 곤충 음식을 만들어 볼 수 있었다. 밀웜을 포함한 다양한 곤충 음식을 만들면서 곤충 음식에 대한 거부감이 사라졌으며, 곤충을 갈아서 음식을 만들 때 식감을 더하는 것을 확인하였다. 곤충 음식에 대한 전반적인 설문지를 개발하고 조사를 실시하였으나, 전문가의 자문을 통해 보완하지 못한 점이 아쉽다.

설문을 보완하고 재조사 한다면 좋을 것이다.

4. 홍보 및 사후 활용

□ 특허출원

○ 기존에 특허출원되어 있는 분리판이 없으므로, 개발된 분리판의 단점 을 보완하여 특허출원을 할 예정이다.

□ 대회 참가

○ 곤충 식량과 관련하여 제4회 아시아·태평양 국제 환경포럼 참가하였 으나, 본선에 오르지 못했다. 밀웜과 관련된 생리학적인 실험을 보강하 여 2015년 전국과학전람회에 출품할 계획을 하고 있다.

□ 부스활동

○ 갯골생태공원 곤충음식시식 부스운영 활동함.

○ 귀농귀촌창업박람회 곤충 체험부스운영 활동함.

○ 한국산업기술대학교 다문화·과학축제 곤충 초콜릿 만들기 체험 부스운영 활동함.

□ 네트워크 활동

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○ 교내 생물·환경 동아리에서 운영하는 카페와 페이스북을 이용해 인 구, 식량, 환경 등의 문제점을 알리고 경각심을 일ㅇ킬 수 있도록 활동 하며 곤충 음식에 대한 인식을 변화시킬 수 있도록 노력할 것이다.

5. 참고문헌

□ 농촌진흥청 홈페이지

○ 농촌진흥청, ‘곤충산업과 곤충, 우리 식탁 먹거리로 오른다.’

http://www.rda.go.kr/board/board.do?mode=view&prgId=day_farmprmninfoEntry&dataNo=100000554643

□ 도서

○ 최영철 외 5명 채란용 채반 보급 국립농업과학원 곤충산업과 p.296

○ 박영규 외 5명 갈색거저리, 산란수, 수명, 발육기간 및 번데기 중량, 126-129, 126∼132 (2012)

○ 구희연 외 6명 갈색거저리 유충의 온도발육 모형 p.387, 한국응용 곤충학회지, 387-394 (2013)

○ 김남정 외 5명 갈색거저리 성충, 알의 생물학적 특성 구명 p.80

참조

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