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밤나무 (Castanea crenata) 군락이 형성된 충청남도 부여군의 서양종꿀벌 (Apis mellifera)을 사육하는 한 양봉농가에서 2019년도 여름에 수집한 밤화분을 구입하여 분석에 사용하였다 (김 등, 2020).

밤화분의 아미노산 분석은 식품공전 (식품의약품안전처, 2019)의 아미노산 분석법에 따라 실시하였다. Methionine을 포함한 16종의 아미노산 분석은 밤화분에 2-머캅토에탄올 (C₂H₆OS)을 함유한 염산 용액에 넣고 하루 동안 단백질을 가수분해한 다음 염산을 감압농축기를 이용하여 휘발시킨 후 pH 2.2 구연산나트륨 완충액을 넣어 분석시료로 사용하였다. 아미노산 16종의 정성 및 정량분석은 아미노산 자동분석기 (Hitachi L-8900, Tokyo, Japan)를 이용하였다. Cysteine 분석은 밤화분에 과개미산을 넣어 냉동고에서 하루 동안 방치한 후 염산을 추가하여 밤화분에 포함된 단백질을 가수분해한 다음 유도체화하여 RP-HPLC (Shiseido Nanospace SI-2, Tokyo, Japan)를 이용하여 분석하였다. HPLC의 이동상은 (A) 40 mM NaH₂PO₄와 (B) MeCN : MeOH : H₂O=45 : 45 : 10를 사용하였고 용출조건은 (A) 95~44%; 0~31분, (A) 44%; 31~33분이었으며 컬럼온도와 흐름속도는 각각 40℃, 1.5 mL/min이었다. Cysteine의 검출은 형광검출기 (Ex 262 nm, Em 338 nm)를 이용하였다. Tryptophan 분석은 밤화분에 가용성 전분과 수산화나트륨을 넣고 동결시킨 후 22시간 동안 가수분해 한 다음 염산으로 중화하고 pH 4.2 구연산나트륨 완충액을 넣어 분석시료로 사용하였다. Tryptophan의 정성 및 정량 분석은 16종의 아미노산 동시분석에 사용한 아미노산 자동분석기를 이용하였다.

칼슘 (Ca)을 포함한 10종의 무기질 분석은 AOAC (AOAC, 2005)의 무기질 분석법에 따라 실시하였다. 즉, 밤화분을 건조하여 탄화시키고 500℃의 회화로에서 회화시킨 다음 염산을 넣고 여과액을 분석시료로 사용하였다. 밤화분에 포함된 10종의 무기질 정량분석은 유도 결합 플라즈마 발광분석기 (ICAP 7400 Duo, Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA, USA)를 이용하였다.

아미노산은 단백질을 구성하는 기본단위로 체내 다양한 생리적 기능을 유지하는 역할을 한다. 본 연구에서는 서양종꿀벌의 화분원 식물인 밤나무로부터 수집한 밤화분에 대하여 18종의 아미노산을 분석하였으며 그 결과를 Table 1에 나타내었다. 밤화분의 총 아미노산 함량은 19354.1 mg/100 g으로 확인되었으며, 체내 합성이 거의 되지 않아 외부로부터 공급이 필요한 필수 아미노산 8종 (methionine, threonine, valine, isoleucine, leucine, phenylalanine, lysine, tryptophan)의 존재가 확인되었다. 밤화분에는 뇌 기능 향상 (Gollnitz and Wiechert, 1967)에 도움을 주는 glutamic acid가 2421.4±8.5 mg/100 g으로 18종의 아미노산 중 가장 높은 함유량을 나타냈으며, 그다음으로 간 보호효과와 피로회복에 도움 (Sakami and Harrington, 1963)을 주는 aspartic acid가 2051.2±9.6 mg/100 g으로 측정되었다. 밤화분의 아미노산 중 proline은 세 번째로 높은 함유량을 나타내는 식물 유래 비필수 아미노산으로 상처치유 효과를 가지며 벌꿀에서도 높은 함유량을 나타내는 물질로 알려져 있다 (김 등, 1994). 이와 안 (2019)은 국내 지역별로 수집한 12종의 벌화분에서 proline이 가장 많이 함유된 아미노산으로 보고하였고, 홍 등 (2015)의 국내산 다래화분 아미노산 연구에서 aspartic acid가 가장 많은 함유량을 나타내었다. 이는 꿀벌이 수집하는 화분의 종류, 화분원 식물의 서식환경에 띠라 함량 차이를 보이는 것으로 사료된다. Glutamic acid, aspartic acid, proline 이외에도 밤화분에는 serine, alanine, valine, leucine, lysine, arginine 등 6종이 1014.1~1511.2 mg/100 g 범위의 함유량을 나타냈으며 1% (1000 mg/100 g) 미만의 아미노산으로는 cysteine, methionine, threonine, glycine, isoleucine, tyrosine, phenyl alanine, histidine, tryptophan 등 9종이 확인되었다. 특히, 밤화분에 포함된 histidine은 성인에게는 비필수 아미노산이지만 영유아에게는 필수 아미노산으로 분류된다. 이처럼 밤화분에는 성인 및 영유아에게 필요한 다양한 아미노산을 함유하고 있는 천연 건강식품으로 사료되며 인간에게 유익한 건강기능식품 소재로 활용될 가치가 높다고 생각된다.

인체를 구성하는 무기질은 필수 미량 영양소로 아미노산처럼 체내에서 다양한 생리적 기능을 가지며 체내 합성이 되지 않기 때문에 식품을 통하여 섭취하여야 하는 물질로 알려져 있다 (Blumfield et al., 2013). 본 연구에서는 서양종꿀벌이 밤나무로부터 수집한 밤화분에 대하여 10종의 무기질을 분석하였으며, 그 결과를 Table 2에 나타내었다. 밤화분에 포함된 무기질은 크롬 (Cr)을 제외한 영양상 중요한 칼슘 (Ca), 구리 (Cu), 철 (Fe), 칼륨 (K), 마그네슘 (Mg), 나트륨 (Na), 인 (P), 황 (S), 아연 (Zn) 등 9종이 무기질이 검출되었다. 밤화분에는 칼륨 (596.6±3.5 mg/100 g)과 인 (575.1±4.3 mg/100 g)이 8종의 무기질보다 5배 이상 높은 함유량을 나타내었으며 그다음으로 칼슘이 141.6±2.3 mg/100 g으로 측정되었다. 가장 높은 함량을 나타낸 칼륨은 세포의 성장에 관여하며 나트륨 배출을 도와 혈압을 유지하고 골다공증의 예방에 도움을 주는 것으로 보고된 바 있으며 인과 칼슘 뼈와 치아의 구성성분으로 알려져 있다 (Ophir et al., 1983; Anderson et al., 2006). 국내 유통 국산 및 수입산 벌화분의 무기질 함량에서도 칼륨 (594.08 mg/100 g)과 인 (470.51 mg/100 g)이 다른 무기질보다 높은 함량을 나타낸다고 보고된 바 있는데 이는 밤화분의 무기질 분석 결과와 동일하였으나 함량 차이를 보이는 것으로 확인되었다. 칼륨, 칼슘, 인 이외에도 밤화분에는 뼈의 구성성분인 마그네슘, 산소 전달 헤모글로빈의 구성성분인 철, 체내 수분 조절 및 신경 자극 물질로 작용하는 나트륨이 14.5~91.8 mg/100 g으로 함유되어 있다 (Forbes, 1984; Anderson et al., 2006; Baek et al., 2017). 체내 면역시스템을 강화 및 각종 효소의 원료로 사용되는 아연, 뼈와 적혈구를 생성하는 물질인 구리와 연조직의 구성성분인 황은 각각 5.4±0.1, 4.1±0.2, 0.3±0.0 mg/100 g으로 미량 존재하였다. 따라서, 밤화분에는 다양한 무기질이 존재하는 것으로 본 실험을 통하여 확인되었고 다양한 식품 소재로 활용될 수 있을 것이라 생각된다.