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실험은 2021년 7월 경상남도 진주시에 소재하는 기기를 이용하여 로열젤리를 생산하는 양봉농가에 방문하여 실시하였다. 실험에 사용된 재료로는 성봉의 수가 2만 마리 이상인 건강한 봉군을 이용하였으며, 각 봉군마다 8매의 소비를 넣어 관리하였다. 로열젤리 채유광 1개당 1줄에 64구의 왕대를 형성하는 왕대틀을 2개씩 설치하여 1개의 봉군당 총 128개의 유충을 이충하였으며, 이를 6개의 봉군에 넣어 로열젤리를 생산하였다.

사양관리는 전 시험구에 대하여 기존의 일반적인 관리 방식에 의거하여 관리 (조, 1997)하였으며, 전 시험구에 동일하게 화분을 공급하였다. 로열젤리 채집은 유충제거 및 채유과정을 일일이 수작업으로 진행하는 일반적인 방법과 유충제거기와 채유기 등의 기기를 이용하는 반자동 시스템을 이용하였다. 각각의 방법에 대한 접수율을 조사하기 위해 왕대가 형성된 왕완을 일일이 세었으며, 로열젤리 생산량을 측정하기 위해 채집 즉시 무게를 측정하였다.

로열젤리 생산 시 소요되는 노동력 및 시간의 절감 효과를 비교해보기 위해 이충 단계에서 소요되는 시간과 유충제거 및 채유 단계에서 소요되는 시간을 각각 측정하였다. 로열젤리 생산 효율을 비교하기 위해 로열젤리 총생산량을 소요된 시간으로 나누어 시간당 생산량을 계산하였다.

기존의 로열젤리 생산 시스템은 양봉협회보에 실린 ‘로얄제리 생산기술’ (고, 2002)과 Sherif et al. (2018)을 참고하였다. 별도의 소비 제작 없이 이충용 소비를 찾는 방법으로 로열젤리 생산군과 이를 뒷받침하는 보조군을 함께 이용하였다. 생산군으로는 세력이 강한 계상을 이용하였으며, 생산군의 공소비와 보조군의 봉충·봉개 소비를 교환시켜 생산군의 세력을 유지하였다. 보조군에 넣어준 공소비는 여왕벌이 곧 산란하게 되므로 일령에 맞추어 이충용 유충 소비로 활용하였다. 보조군에서 소비를 선별하여 이충을 실시하였으며, 이것을 다시 생산군에 넣고 72시간 경과 후 채유하였다. 채유 과정은 왕대를 잘라낸 후 핀셋을 이용하여 유충을 제거하였으며, 채유용 스푼을 이용하여 로열젤리를 채집하였다.

유충제거기 (청산양봉원, 창원) 및 채유기 (청산양봉원, 창원) 등의 기기를 이용하여 로열젤리를 생산하는 기술로 해당 과정은 이충에 필요한 유충을 직접 제작하는 단계, 적합한 유충을 채유광으로 옮기는 이충 단계, 유충제거기를 이용하여 유충을 한 번에 제거하는 유충 제거 단계, 채유기를 이용하여 로열젤리를 채집하는 채유 단계로 나눌 수 있다 (Fig. 1).

Fig. 1. 
Schematic diagram of process using machines for royal jelly production.

1) 이충용 유충 소비 제작

이충 효율을 높이기 위해 별도의 유충 소비를 제작하여 사용하였다. 벌통에서 공소비 한 장을 꺼내서 흐르는 물을 이용하여 꿀이나 알 등을 깨끗하게 세척한 후 그늘에서 건조시켰다. 이후 벌통에 수직 격왕판을 설치하여 여왕벌을 한쪽으로 격리시키고 먹이장 1장과 세척한 공소비 1장을 함께 넣어 소비장 전체에 동일한 시기에 산란이 일어나도록 유도하였다 (Fig. 2). 소비를 넣은 후 4일 뒤에 유충을 확인하고 이충을 위해 사용하였다.

Fig. 2. 
The process of making larvae comb. (A) washing comb, (B) and (C) display of each combs in hive.

3) 유충제거기를 이용한 유충제거

왕대가 형성된 채유광을 꺼내 왕완을 분리한 후 커팅기를 이용하여 밀납을 제거하였다. 밀납이 제거된 왕완을 유충제거기의 핀셋 하단에 넣고 레버를 당겨 유충을 제거하였다. 유충이 제거된 왕완을 빼내고 레버를 밀어 유충을 따로 모아 수거하였다 (Fig. 3).

Fig. 3. 
Process of removing larvae. (A) removing cover of cells, (B) operating of larvae remover, (C) collected larvae.

기존의 생산 방식과 반자동 생산 시스템을 통해 생산된 로열젤리의 10-HDA 함량 차이를 확인해보기 위해 Waters (Minneapolis, MN, USA) ACQUITY UPLC I-Class를 이용해 분석하였으며, 분석조건은 Table 1과 같다.

모든 데이터는 6회 반복 실험 후 평균±표준편차로 나타내었으며, 그룹 간의 평균비교는 IBM SPSS ver 25.0을 이용하여 독립표본 t-검정을 통해 p<0.05에서 유의성을 검정하였다.

보조군에서 이충용 유충소비를 선별하는 방식 (고, 2002)에 의한 로열젤리 생산은 균일한 일령의 유충을 다량 생산하기 어렵다. 이충에 적합한 소비를 찾기 위해서 여러 봉군을 탐색해야 하며, 여왕벌의 산란이 불규칙하여 하나의 소비에 다양한 일령의 유충들이 존재하며 소비의 상부에는 꿀이 저장되어 있기도 하여 효율적인 이충이 어렵다 (Fig. 4A). 본 연구에 사용된 유충 소비를 제작하여 이충을 할 경우 (Aparna, 2020)에는 소비 전체에 1~2일령 유충이 균일하게 들어 있었으며 별도로 적합한 유충을 선별할 필요가 없었다 (Fig. 4B).

Fig. 4. 
Comparison of (A) larvae comb in conventional process and (B) larvae comb made by queenbee excluder.

결과적으로 접수율을 비교해 봤을 때, 기존의 방식을 이용하였을 때는 128개의 유충 중에서 평균적으로 95.5±8.2개의 유충이 이충에 성공하였다 (Table 2). 6회 반복 실험에 대한 접수 성공 정도를 비교해 보면 85~111개로 편차가 크게 나타났다. 이는 꿀과 다양한 일령의 유충들이 혼재되어 있다보니 이충에 적합한 1~2일령 유충의 개수가 제한적이었으며, 부적합한 유충을 이충하여 일벌에 의해 제거되는 경우가 발생하였기 때문이다 (Woo et al., 1998). 이충용 유충소비를 제작하여 이충한 경우에는 128개의 유충 중에서 평균적으로 110.5±1.6개의 유충이 이충에 성공하였다 (Table 2). 기존의 방식을 이용했을 때보다 이충용 유충소비를 제작하여 생산하였을 경우 접수율이 높았으며, 통계적으로 유의하였다 (t-test, t=-3.708, p<0.05).

전체적인 접수 정도를 비교해 봤을 때도 108~113개로 편차가 크지 않았다. 이는 소비 전체에 동일한 1~2일령의 유충이 존재하여 별도로 선별할 필요가 없었으며, 이충 기술이 미숙하지만 않으면 부적합한 유충을 이충할 확률이 현저히 낮아 높은 접수율을 보였다.

소비를 제작하여 이충할 경우 작업시간 또한 단축되었는데, 기존의 방식대로 이충할 경우 14.2±1.4분이 소요되었으며, 소비 제작을 통한 개선된 방식을 이용할 경우 8.2±0.3분 (t-test, t=9.520, p<0.05)이 소요되었다. 기기를 이용할 경우 기존 방식에 비해 6분 정도의 시간이 절감됨을 알 수 있었다 (Table 4).

기존의 일반적인 생산 방법과 기기를 이용한 방법에 따른 로열젤리 생산량을 비교해 본 결과 기기를 이용하여 생산한 경우 생산량이 더 높게 나타났다. 기존의 일반적인 생산 방법을 통해 로열젤리를 생산할 경우 6개의 봉군에 대한 총 생산량은 255.8 g이었으며, 평균 42.6±3.5 g이 생산되었다. 기기를 이용하여 생산한 경우에는 총 생산량이 342.3 g이었으며, 평균 57.1±0.8 g이 생산되었다 (Table 3). 기기를 이용할 경우 14.5 g 정도 더 많은 양이 생산됨을 알 수 있었으며 (t-test, t=-8.849, p<0.05), 이는 이충용 유충 소비를 제작하여 이충하였기 때문에 접수율이 높아 생산량 또한 높게 나타났다. 왕완 1개에서 생산되는 로열젤리의 양을 비교해 보면 기존 생산 시스템에서는 0.4±0.01 g이 생산되었고, 기기를 이용할 경우 0.5±0.01 g으로 0.1 g 더 생산됨을 알 수 있었으며 유의적인 값을 나타냈다 (t-test, t=-48.829, p<0.05). 기존의 생산 방식에 비해 유충소비를 제작할 경우 이충에 적합한 동일한 일령의 유충이 이충되기 때문에 유충이 성장을 위해 실제 먹는 로열젤리의 양이 상대적으로 적어 생산량이 높았다 (Sahinler and Kaftanoglu, 1997).

로열젤리만을 순수 채유하기 위해서는 왕대 내에 존재하는 유충을 제거하는 작업을 거쳐야 한다. 일반적으로 유충제거는 왕대의 밀랍 부분을 칼로 제거한 후 핀셋을 이용하여 유충을 하나씩 수작업으로 제거하는 방법을 이용하였다 (Krell, 1996). 본 연구에서는 기기를 이용하여 밀랍 제거부터 유충 제거까지의 과정을 단순화하였다.

수작업으로 작업 시 128개의 왕대의 밀랍 제거한 후 유충을 제거하는데까지 평균적으로 3.2±0.2분의 시간이 소요되었으며, 기기를 이용하여 유충을 제거할 경우에는 0.5±0.1분 (t-test, t=4.969, p<0.05)의 시간이 소요되었다 (Table 4). 기기를 이용할 경우 작업에 걸리는 시간을 6배 이상 단축시켜 노동력을 절감할 수 있었다.

유충이 제거된 로열젤리는 일반적으로 채유스푼을 이용하여 수작업으로 채집하였다. 이러한 방법은 다량의 로열젤리를 채집하기에는 많은 작업시간과 노동력을 요구하는 작업으로 생산력을 낮추는 주요 요인이었다. 반면 기기를 이용한 반자동화된 채유 방법은 왕완 (64구)에 존재하는 로열젤리가 기기적인 원리에 의해 한번에 채유되는 방식으로 작업시간과 노동력을 대폭 줄일 수 있었다.

기존의 방식을 이용하여 수작업으로 채유할 경우, 하나의 봉군에 존재하는 로열젤리를 채집하는데 7.2±0.5분의 시간이 소요되었으며, 채유기를 이용하여 작업할 경우 0.2±0.1분의 시간이 소요되었다 (Table 4). 작업시간을 비교해봤을 때 기기를 이용할 경우 36배의 효율을 나타내었으며 통계적으로 유의하였다 (t-test, t=29.495, p<0.05). 한번에 왕완 1개를 채유하는 방식이 아니라 64개의 왕완을 채유하기 때문에 작업시간을 매우 절감할 수 있었다. 또한 레버만 돌리면 채유기가 회전하면서 알아서 채유해주기 때문에 매번 채유스푼을 이용하여 퍼내야 하는 기존 방법에 비해 노동력을 절감할 수 있었다.

각각의 봉군에서 생산되는 로열젤리의 평균 생산량을 생산에 소요된 평균 작업시간으로 나누어 시간당 생산되는 로열젤리의 양 (생산효율)을 계산하였다. 생산에 소요된 작업시간은 충판을 찾는 과정, 이충과정, 유충제거과정, 로열젤리 채집과정 등의 시간을 각각 계산하여 더하였다. 기존의 생산 방식에 의해 생산된 로열젤리의 평균 생산량은 42.6±3.5 g이었으며, 소요된 평균 작업시간은 33.3±3.1분으로 생산효율은 1.28±0.9 g/min으로 나타났다. 기기를 이용한 로열젤리의 평균 생산량은 57.1±0.8 g이었으며 (t-test, t=-8.849, p<0.05), 이때 소요된 평균 작업시간은 9.0±0.4분 (t-test, t=19.336, p<0.05)으로 6.38±0.2 g/min (t-test, t=-48.829 p<0.05)의 생산효율을 보였다. 기존의 생산 방식에 비해 기기를 이용할 경우 4.9배의 생산 효율성을 나타냈다 (Table 4).

Fig. 5. 
Comparison of conventional process (A) and process using machines (B) for gathering royal jelly.

로열젤리에 존재하는 10-HDA는 로열젤리의 품질평가 지표물질로 이용되고 있다 (Bloodworth et al., 1995). ISO 국제 표준화기구에서 규정하는 로열젤리의 10-HDA 함량기준은 1.4% 이상이다(Kanelis et al., 2015). 기존의 생산 방식과 기기를 이용하여 생산된 로열젤리의 10-HDA의 함량을 비교해 본 결과 기존 방식에서는 2.3±0.4%였으며, 기기를 이용한 생산 방식에서는 2.2±0.3%로 유의적인 차이를 보이지 않았다(t-test, t=5.533, p<0.05). 두 시스템 모두 국제 기준치인 1.4% 이상을 만족하였으며, 기기를 이용한 생산 방식을 적용하더라도 주요성분인 10-HDA의 함량변화에 영향을 미치지 않음을 알 수 있었다(Table 5).