ICT기술을 활용한 곤충스마트팩토리팜의 현황과 미래

석영식 한국산업식품공학회 2022 식품과 기계 Vol.19 No.1

ICT 기술을 활용한 곤충스마트팩토리팜의 현황과 미래

석영식 한국산업식품공학회 2022 학술대회 및 심포지엄 Vol.2022 No.04

WSN 시스템을 사용한 누에 사육환경 정보에 대한 모니터링 시스템의 구현

석영식,김성완 한국지식정보기술학회 2020 한국지식정보기술학회 논문지 Vol.15 No.5

This study was carried out for the purpose of collecting basic data by monitoring the silkworm breeding environment for the development of an automated silkworm breeding system. Therefore, the silkworm growth characteristics according to the CO2 concentration, the silkworm growing environment according to the temperature change, and the silkworm wet change according to the humidity change were investigated. As a result, silkworms showed low CO2 concentration during the process of transformation from larva to moth during the pupa period. In addition, it shows the characteristic that the concentration of CO2 is particularly high from the 3rd day of the 4th to the 5th, when the feeding activity is active. In addition, when breeding while raising the breeding density, it can be seen that the CO2 environmental control condition is maintained at around 1,000 ppm, so that the silkworm density can be increased while being raised healthy. It was confirmed that breeding temperature management should be kept low as silkworm breeding progresses, and indoor humidity has a close influence on the feeding activity of silkworms. Therefore, the results of this study will be used as basic data for the development of an automated silkworm breeding systems and are expected to contribute to the improvement of farm household income.

ICT기술을 활용한 곤충스마트팩토리팜의 현황과 미래

석영식(Young-Seek Seok) 한국식품과학회 2022 식품과학과 산업 Vol.55 No.2

최근 곤충산업은 애완곤충, 천적 등 산업에서 사료, 식용, 약용곤충으로 그 활용범위가 확대되면서 곤충 원료의 품질관리에 대한 요구가 커지고 곤충제품의 안전성 확보에 관심이 높아지고 있다. 전세계 곤충산업 시장은 많은 소규모 농가형 기업과 소수의 대기업으로 구성되어 있으며 전통적인 수작업 사육에서 고도로 자동화되고 기술적으로 진보된 플랜트형 사육 등 다양한 기술 수준의 사육형태가 존재한다. 산업규모가 확대되는 과정에서 사육환경의 설계는 온습도, 공기질 조절과 병원체 및 기타 오염 물질의 전파를 방지하는 것은 중요한 성공 요인이 되며 사육에서 부화, 사육, 가공에 이르기까지 생산의 안전성을 유지하기 위해서 통일된 운영시스템 아래 통제된 환경이 필요하다. 따라서 곤충의 생육과 사육환경의 빅데이터화 된 데이터베이스를 기반으로 외부환경 변화에도 안정적인 사육환경 유지가 가능하고 곤충성장에 맞추어 사육환경을 제어하며 노동력 감소와 생산성 향상을 이루기 위한 ICT 기반 곤충 스마트팩토리팜의 설계 및 운용알고리즘을 개발하는 것은 곤충산업 발전의 필수 선결조건이 되고 있다. 특히 유럽 상업용 곤충사육시설은 상당한 투자자의 관심을 받아 곤충 회사가 대규모 생산시설로 건설하고 있는데 이는 EU가 2017년 7월 물고기양식 사료원료로 곤충 단백질의 사용을 승인한 후 가능해졌으며 이를 기반으로 곤충산업의 식용, 의료 등 다른 분야도 첨단기술을 접목하는 현상이 가속화되었다. 외국 곤충산업은 주로 전세계 식품 생산량의 30%에 이르는 소비 전 폐기물이라고 불리는 식품회사의 생산과잉 원료 등을 업사이클링을 통해 재활용생태계를 형성하는데 반해 우리나라는 가정 및 가게에서 발생하는 음식물폐기물 또는 농산물 가공부산물을 주로 이용한다는 점에서 사료 수집과 영양성분 유지, 위생 등 지속가능한 산업생태계를 이루는 데 어려움을 겪고 있다. 또한, 각 곤충 종은 고유하고 특정사육기술을 요구하고 있다는 점을 감안할 때 곤충사육자는 각기 다른 종별 접근 방식을 채택해야 하는데 대부분의 곤충기업은 여전히 소규모로 운영되며 특히 농가형 기업의 경우 지식과 경험이 도제식으로 전승되는 경우가 많아 표준화되고 규격화된 사육기술이 유지되기 어려운 반면, 일부 곤충 기업은 대규모 사육시설에 스마트 통합 제어시스템을 도입하여 먹이주기, 물주기, 취급, 수확, 청소 시스템, 가공, 품질관리, 포장 및 보관과 같은 곤충 생산과 관련된 요소가 최적화된 사육 환경과 사육프로세스로 표준화되어가는 모습을 보이고 있으며 심지어 일부 유럽기업은 AI기술로 구동되는 완전 자율 모듈식 곤충시스템으로 사육 유지관리를 하고 있는 사례도 등장하기 시작하였다. 향후 전세계 곤충산업은 공급업체로부터 알이나 작은 유충을 구입하고 곤충을 성숙시키기까지 애벌레의 비육 즉 생산원료에 중점을 두는 시스템과 알을 낳고 수확하고 유충의 초기 전처리에 이르기까지 전체 생산 과정을 다루는 시스템, 곤충 유충 생산의 모든 단계와 제분, 지방 제거 및 단백질 또는 지방 분획 등 추가 가공 단계를 다루는 대규모 생산시스템 등으로 점점 세분화할 것으로 본다. 우리나라에서도 인공지능 및 ICT 첨단기술을 활용한 곤충스마트팩토리팜 연구 및 개발 등이 가속화되고 있어 곤충이 기존 사료, 식품 뿐만 아니라 천연플라스틱 또는 천연성형소재 등 2차산업의 탄소제로 소재로 활용할 수 있도록 특정 종 육종과정 단축이나 기능성 강화를 위한 사육제어가 가능하도록 곧 곤충 스마트팩토리팜 한국형 맞춤사육시스템이 등장할 수 있을 것으로 보이며, 특히 곤충 제품의 지속 가능성을 높이기 위해 사료 및 자원 사용에 대한 통합 소프트웨어 접근 방식을 개발하는 것에 중점을 두고 진행되고 있다. In the insect industry, as the scope of application of insects is expanded from pet insects and natural enemies to feed, edible and medicinal insects, the demand for quality control of insect raw materials is increasing, and interest in securing the safety of insect products is increasing. In the process of expanding the industrial scale, controlling the temperature and humidity and air quality in the insect breeding room and preventing the spread of pathogens and other pollutants are important success factors. It requires a controlled environment under the operating system. European commercial insect breeding facilities have attracted considerable investor interest, and insect companies are building large-scale production facilities, which became possible after the EU approved the use of insect protein as feedstock for fish farming in July 2017. Other fields, such as food and medicine, have also accelerated the application of cutting-edge technology. In the future, the global insect industry will purchase eggs or small larvae from suppliers and a system that focuses on the larval fattening, i.e., production raw material, until the insects mature, and a system that handles the entire production process from egg laying, harvesting, and initial pre-treatment of larvae. , increasingly subdivided into large-scale production systems that cover all stages of insect larvae production and further processing steps such as milling, fat removal and protein or fat fractionation. In Korea, research and development of insect smart factory farms using artificial intelligence and ICT is accelerating, so insects can be used as carbon-free materials in secondary industries such as natural plastics or natural molding materials as well as existing feed and food. A Korean-style customized breeding system for shortening the breeding period or enhancing functionality is expected to be developed soon.

노지재배에 적응한 아열대산 뽕나무의 특성과 양잠에서의 응용

석영식 ( Young Seek Seok ),박상조 ( Sang Jo Park ),안신헌 ( Sin Hun An ),한상미 ( Sang Mi Han ),여주홍 ( Joo Hong Yeo ),한명세 ( Myung Sae Han ) 한국잠사학회 2005 한국잠사곤충학회지 Vol.47 No.2

뽕나무 계통별 오디의 rutin 함량 및 품종변이

김현복,서상덕,구희연,석영식 한국응용곤충학회 2013 한국응용곤충학회 학술대회논문집 Vol.2013 No.10

Rutin은 GABA(γ-aminobutyric acid)와 더불어 콜레스테롤 저하, 혈당상승 억 제, 고혈압 치료, 동맥경화 및 중풍 예방 등 다양한 기능성을 나타내는 생리활성물 질로서 인식되고 있다. 기능성 및 천연색소 자원으로서 유망시 되고 있는 오디를 뽕 나무 계통별로 수확하여 rutin 분석을 실시하고 계통간 특성을 살펴봄으로써 품종 육종 효율을 높임은 물론 오디의 기능성 및 이용성을 증대시키고자 하였다. 그 결과 를 요약하면 다음과 같다. 1. 공시계통의 평균함량은 0.14 ± 0.050% DW이었으며, ‘사방소’는 0.29% DW로 가장 높은 함량을 나타낸 반면, ‘심설’은 가장 낮은 함량인 0.05% DW를 나타냈다. 2. 생육시기에 따른 rutin 함량의 경시적(經時的)인 변화를 살펴본 결과, ‘암뢰상’, ‘청노상’, ‘강선’, ‘만생백피노상’ 및 ‘사방소’ 5계통 모두 수확시기가 이른 것의 오디에서 함량이 높았다. 3. Rutin 고함유 계통에 대한 오디로서의 이용가능성을 검토하기 위해 ‘사방소’, ‘휘카스’, ‘강선’, ‘중호상’, ‘만생백피노상’ 및 ‘팔청시평’ 6계통의 과실적 특성을 조사한 결과, ‘휘카스’, ‘강선’ 및 ‘팔청시평’ 3계통은 수량, 과중, 당도 등 과실적 특성도 양호한 성적을 나타냈으므로 금후 오디생산과 기능성을 동시에 고려한 품종선택시 활용할 가치가 있는 우수계통으로 선발하였다. 4. 건조방법 및 저장방법이 식물체의 rutin 함량에 영향을 미치므로 오디 건조 및 저장시 지나친 고온과 저온을 피해야 하며, 식품으로 가공시에도 이 점에 주의하여 생리활성물질인 rutin의 섭취량을 늘리도록 하여야 할 것이다.

3D 프린팅 기술을 이용한 누에 알 미세주입 기술 개선

정찬영,이창훈,석영식,용상엽,김성완,김기영,박종우 한국응용곤충학회 2022 한국응용곤충학회지 Vol.61 No.1

Silkworms, which have for long been used as an insect resource for industrialization, have recently attracted attention as potential bio-factories for the production of novel biomaterials. In this regard, material production is typically achieved based on transformation technology, mediated via microinjection, in which a target gene is inserted into eggs containing an embryo. However, an essential step in the microinjection procedure is egg fixation, which can be a time-consuming and laborious task. Therefore, in this study, using the 3DCADian program, we adopted a 3D printing approach to model egg liners and glue drawers, which can contribute to facilitating egg alignment and fixation, thereby enhancing transformation efficiency by reducing time consumption and fatigue. After rendering using Fusion 360, the two supplementary tools were produced by printing with nylon resin (PA12) and Sinterit Lisa Pro. Subsequent analysis of the time required to fix eggs on glass slides using the two manufactured tools, revealed that the processing time was reduced by approximately 18.6% when the two tools were used compared with when these tools were not used. These innovations not only reduced fatigue but also contributed to more effective use of the microscope and manipulator for microinjection. Consequently, we believe that with additional research and refinement, the egg liner and glue drawer developed in this study could be used to enhance silkworm transformation efficiency and study similar transformation systems in other industrial insects. 오래전부터 산업곤충으로서 이용되어온 누에는 최근 바이오 신소재 생산을 위한 생체공장으로써 주목받고 있다. 소재생산을 위해서는 주로 형질전환 기술을 이용하게 되며, 이는 배아가 있는 알 속으로 목적 유전자를 삽입하는 마이크로인젝션(microinjection) 방식으로 이루어진다. 마이크로인젝션을 위해서는 알을 고정하는 과정이 필수적이며 시간 소모 및 피로도가 높은 작업이다. 따라서 본 연구에서는 시간 소모 및 피로도 개선을 통하여 형질전환 효율을 높이고자 3D 프린팅을 이용하여 알의 정렬 및 고정에 도움을 줄 수 있는 알 배열판(egg liner) 및 접착제 줄눈판 (glue drawer)을 3DCADian 프로그램을 이용하여 모델링하고, Fusion 360를 이용하여 3차원 도면을 제작 후 프린팅하여 제작하였다. 제작된두 도구를 이용하여 슬라이드 글라스에 알을 고정하고, 소요된 시간을 분석한 결과 도구를 사용하지 않았을 때에 비하여 2가지 도구를 이용했을때 작업시간이 약18.6% 감소하였으며, 연구자의 작업 편의성을 향상시키고 마이크로인젝션을 위한 현미경 및 로봇 팔(manipulator) 조작을 유리하게 하였다. 따라서 알의 배열 수 또는 조작 편의성을 개선할 수 있는 추가적인 연구 및 개량이 이루어진다면, 알 배열판 및 접착제 줄눈판이 누에 형질전환 효율성 개선 및 다른 산업 곤충의 형질전환 연구에도 이용될 수 있을 것으로 판단된다.

Effect of hot press time on the structure characteristics and mechanical properties of silk non-woven fabric

김예은,배유정,석영식,엄인철 한국잠사학회 2022 International Journal of Industrial Entomology Vol.44 No.1

In this research, the silk web was hot-pressed for various times, the effect of press time on the structure and mechanical properties of silk non-woven fabric was also investigated. The yellowing appeared in the silk non-woven fabric and became more apparent as press time was increased. The crystallinity of silk was decreased by the hot press treatment and it did not change significantly with an increase of hot press time. The porosity of silk non-woven fabric was constantly decreased until 120 s and it did not change much after that. The thickness of silk non-woven fabric was significantly decreased by a press time of 10 s and slightly decreased with a further increase of hot press time. The hot press treatment increased the maximum stress and elongation of silk non-woven fabrics. The press time had a significant impact on the mechanical properties of silk non-woven fabric, with 90 s being the optimum condition for the best work of rupture of silk non-woven fabric.

오디 탄산음료 제조를 위한 최적 품종 선발 및 제조된 탄산음료의 품질평가

김현복,고은지,석영식,류병렬,김경주,신예림,이지영,이현태,임정대 한국약용작물학회 2023 한국약용작물학회지 Vol.31 No.2

Background: The study aimed to identify the optimal variety of mulberry for soft drinks production. Methods and Results: Fruity characteristics, minerals, and functional composition [total flavo- noid, total anthocyanin, and 1-deoxynojirimycin (1-DNJ)] of 11 different mulberry varieties were investigated and compared. The ‘Iksu’ variety was optimal for soft drink production. Mulberry extracts and concentrated fruit were carbonated before evaluating different properties, including physicochemical (total soluble solid (TSS), titrable acidity, °Brix : Acid ratio, and total sugar) and sensory characteristics (color, flavor, taste, mouth feel, and overall acceptability) using different mulberry extract concentration in combination with various levels of additional sugar. Optimum physiochemical parameters were obtained with mulberry extract concentration level of 0.1112% with 12 °Brix (mulberry base formulation T7). Based on the hedonic sacale, the sensory evaluation identified the optimum combination of mulberry extract concentrates with the additonal sugar level. T7 contained superior sensory qualities. The T7 mulberry base carbonated at 120 psi pressure had the highest for sensory quality than those at 75 or 120 psi. Conclusions: Ssoft drinks developed using the Iksu mulberry variety with the base formulation T7 were optimal for all physicochemical characteristics. This formula generally produced impressive sensory characteristics, providing a promising alternative to synthetic soft drinks.

뽕나무 계통(품종)별 뽕잎의 rutin 함량 변이(I)

김현복,김선림,석영식,이선호,조유영,권해용,이광길,Kim, Hyun-Bok,Kim, Sun-Lim,Seok, Young-Seek,Lee, Sun-Ho,Jo, You-Young,Kweon, HaeYong,Lee, Kwang-Gill 한국잠사학회 2014 한국잠사곤충학회지 Vol.52 No.1

뽕나무를 포함한 식물유전자원은 수집, 보존 및 이용 방법에 따라 그 자체로 이용하거나 새로운 품종 및 물질 등을 개발하여 막대한 경제적 이익을 창출할 수 있다. 현재 뽕나무 유전자원에 대한 가치와 활용도를 높이기 위해 형태적, 유전적 특성을 분석평가하여 데이터베이스를 구축중에 있으며, 기능성 성분이나 효능에 대한 소비자들의 관심이 높아짐에 따라 기초정보 외에 이들의 항목에 대한 정보를 추가할 필요성이 제기되었다. 따라서 우리나라 620 계통(품종)의 뽕나무 유전자원 중 재배환경 및 재배법이 동일한 219 계통(품종)의 춘기 5개엽기 뽕잎을 채취한 후 동결건조 및 분말로 제조하여 뽕나무 유전자원의 계통별 rutin 함량을 분석하였다. 그 결과, 뽕잎의 rutin 평균 함량은 $0.52{\pm}0.25%$이었으며, 변이계수(CV)는 47.9%로 계통간 변이가 매우 심하게 나타났다. '부영상'의 rutin 함량이 1.37%로 가장 높았으며, '천근십문자', '무전십문자'는 0.06%로 가장 낮았다. 뽕나무 유전자원 중 전체 평균 함량의 2배 이상 되는 rutin 고함유 계통을 9 계통 선발하였다. '부영상', '율본', '당상5호', 'A8', '아자', '성수5', '사원뽕12호', '환엽조생노상', '환십조생'이다. 또한 누에 사육용 뽕품종(16 품종)의 rutin 함량을 비교한 결과, 공시품종 중 '청올뽕'의 함량은 0.69%로 가장 높았으며, '청일뽕'은 0.14%로 가장 낮았다. We analyzed rutin content using mulberry genetic resources. They were grown under the same environment and conditions. Mulberry leaves were collected and then freeze-dried and powdered for rutin test. As a result, mean content of mulberry strains was $0.52{\pm}0.25%$, and the coefficient of variation (CV) was 47.9%. The variation between the strains was greatly severe. Among the tested strains, 'Buyoungsang' was showed the highest content of 1.37%, whereas 'Cheongeunsipmunja' and 'Mujeonsipmunja' were showed the lowest content of 0.06% respectively. The content of rutin of 16 mulberry varieties for silkworm rearing were compared. 'Cheongolppong' was showed the highest content of 0.69%, whereas 'Cheongilppong' was showed the lowest content of 0.14 %. Finally we selected rutin high-containing 9 strains. They are as follows. 'Buyoungsang', 'Yeulbon', 'Dangsang 5', 'A8', 'Aja', 'Seongsu 5', 'Sawonppong 12', 'Hwanyoupjosaengnosang' and 'Hwansipjosaeng' which are more than twice of the overall average content.