서양종꿀벌이 수집한 밤화분의 아미노산 및 무기질 분석

서 론

꿀벌 (Honey bees)에 의하여 생산되는 벌꿀, 벌화분, 프로폴리스, 로열젤리 등의 양봉산물은 인체에 유익한 건강식품으로 널리 알려져 있으며 다양한 식품소재로 활용될 뿐만 아니라 향장품의 원료로 사용되고 있다 (Viuda-Martos et al., 2008; Fratellone et al., 2016; Bujang et al., 2021). 이 중 벌화분은 다래나무, 메밀, 벚나무 등 화분원 식물의 꽃에서 꿀벌이 수집하는 단백질 먹이원이며 꿀벌의 유충 및 여왕벌의 영양원으로 사용되는 로열젤리의 원료 물질이다 (홍 등, 2015, 2016). 벌화분은 국내 양봉산업에서 2017년도 기준으로 생산액이 57억 원에 달하는 국내 양봉농가의 부가 소득원이다 (김, 2019). 벌화분은 화분원 식물에 따라 다양한 색상을 가지고 있으며 탄수화물, 지방, 단백질의 필수 3대 영양소를 비롯한 비타민, 아미노산, 무기질이 포함된 천연 영양제로 알려져 있다 (Węglińska et al., 2020). 벌화분에는 영양성분 이외에도 식물의 생장에 관여하지 않는 저분자 물질인 2차 대사산물이 (secondary metabolite) 포함되어 있다. 벌화분에 포함된 식물 유래 2차 대사산물은 플라보노이드를 포함한 페놀성화합물, 안토시아닌, 터페노이드, 탄닌, 폴리아민류가 있으며 항산화, 항균, 항염, 혈관신생 억제 효과와 같은 생리활성을 나타내는 것으로 알려져 있다 (Almeida-Muradian et al., 2005; Pascoal et al., 2014; Bang and Ahn, 2019; Naseri et al., 2021). 특히, 신갈나무 (Quercus mongolica) 유래 벌화분에 포함된 스퍼미딘 계열 폴리아민류는 강력한 미백효과를 나타낸다 (Kim et al., 2018).

밤나무 (Castanea crenata)는 참나무과 (Fagaceae)의 낙엽교목이며 6월에 꽃을 피우는 꿀벌의 밀원식물 및 화분원 식물로 알려져 있다. 김 등 (2020)에 따르면 밤나무 꽃 유래 벌화분에는 탄수화물, 조단백질, 조지방이 각각 65.04%, 24.81%, 1.85% 함유되어 있다고 보고한 바 있지만 이외의 성분 연구는 보고된 바가 없다.

본 연구에서는 서양종꿀벌 (Apis mellifera)이 수집한 밤나무 화분의 아미노산, 무기질 분석을 통하여 영양학적 가치를 확인하고자 하였다.

재료 및 방법

결과 및 고찰

1. 아미노산 분석

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.

Table 1.

Amino acids contents in bee pollen collected from Castanea crenata by Apis mellifera

2. 무기질 분석

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.

Table 2.

Minerals contents in bee pollen collected from Castanea crenata by Apis mellifera

적 요

벌화분은 천연 영양제로 알려져 있으며 국내 양봉산업에서 벌꿀, 프로폴리스 다음으로 생산량이 많은 양봉농가의 부가 소득원이다. 국내 유통 벌화분은 다양한 화분원 식물의 꽃에서 꿀벌이 수집하여 생산되고 있다. 현재까지 서양종꿀벌이 밤나무 꽃으로부터 수집한 화분에 대한 성분 연구는 미비한 실정이다. 본 연구에서는 밤화분의 영약학적 가치를 평가하기 위하여 필수영양소로 알려진 아미노산과 무기질을 분석하였다. 밤화분의 아미노산은 필수 아미노산 8종을 포함하여 18종이 확인되었다. 18종의 아미노산 중 glutamic acid가 가장 많은 함유량을 나타냈으며 그다음으로 aspartic acid, proline 순이었다. 밤화분의 무기질은 9종이 검출되었다. 밤화분에는 칼륨 (K)과 인 (P)이 500 mg/100 g 이상으로 주요 무기질로 확인되었으며 그다음으로 칼슘이 141.6 mg/100 g으로 측정되었다. 본 연구결과를 통하여 서양종꿀벌이 수집한 밤화분에는 인체에 유익한 18종의 아미노산과 9종의 무기질이 존재하는 천연 건강식품으로 건강기능식품의 소재로 충분히 활용될 수 있을 것이라 생각된다.

Acknowledgments

본 연구는 농촌진흥청 어젠다연구사업 (과제번호: PJ01512903)의 지원에 의해 수행된 결과입니다.

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