반추위 발효 특성 개선을 위한 식물추출조성물 및 그 제조방법과 이를 이용한 사료첨가제 제조방법{ Plant Extract Composition and Feed Additive, Using Manufacturing Method Thereof for Diagnosis Improvement of Ruminant Stomach }

본 발명은 반추위 내의 고산증 발생을 방지하고 휘발성 지방산의 생성을 촉진하여 반추위 발효 특성 개선을 위한 식물추출조성물 및 그 제조방법과 이를 이용한 사료첨가제 제조방법에 관한 것이다.

주지하는 바와 같이, 소와 같은 반추동물은 섭취한 음식물을 제1위인 반추위에 모아두고 이를 토해내서 씹은 다음 다시 삼키는 동작을 반복하면서 반추위에서 섬유소를 분해시키게 되며 반추위 위벽에서 초산, 프로피온산, 낙산 등의 휘발성 지방산(VFA)을 흡수하고 타액에 의한 중화작용으로 산도 5.5 ~ 7.2 정도인 반추위내 미생물 환경이 유지되도록 하는 것이다.

이러한 상황에서 젖소와 한육우의 영양소 요구량을 충족시키고 증체와 산유량을 향상시키기 위하여 부피가 작고 섬유소가 적으며 가소화(可消化) 양분이 많은 농후사료를 급여하게 된다.

그 결과, 과량의 전분, 단당류 등이 형성되며 Streptococcus bovis 가 전분을 흡수함에 의하여 젖산을 증가시키게 되고, 이에 더하여 반추위 내의 산도가 6.0 이상인 정상 환경에서 젖산을 이용하여 휘발성 지방산을 생성하던 미생물인 M. Elsdenii 가 산도가 5.5 이하로 떨어지면서 활동을 정지하며 특히 섬유소를 분해하는 미생물은 산도가 낮아질수록 활동이 위축되어 섬유소 분해가 저조하게 되는 등 반추위내 미생물 환경이 파괴됨과 아울러, 과다한 젖산의 증가로 그람양성균 및 유산 간균이 증식되면서 고산화 중독증에 의하여 급사 증후군이 유발되는 것이다. 이에 따라, 소의 소화 불량 및 대사성 질환을 유발할 뿐만 아니라 소의 증체 부족과 젖소의 경우 유성분인 유지방, 유단백질, 유당, 생산량이 저조하게 되는 등의 심각한 문제점이 발생되었던 것이다. 그러므로 반추위 산성도 안정화를 위하여 사료 첨가제로 중조와 같은 완충제를 많이 사용((사)한국난농육우협회 간 월간 낙농육우 2009년 3월호 <반추위 산 중독증과 젖소 및 한육우용 액산형 소화조정제의 이용 효과> )하였으나, 가격이 상승하고 외국에서의 물량 수급이 어려우며 기호성이 저조하여 사료 섭취량 저하가 불가피함에 따라 젖소와 한육우의 증체율이 저하되고 산유량을 감소시키는 생산성 저하의 문제점이 있는 것이다.

그러므로 반추위 내의 발효 조정제로서 아이오노포계열(Ionophores)의 항생제인 라살로이드(Lasalrocid)와 모넨신(Monensin)을 사용하고 있다. 이들은 반추위내 미생물을 변화시키는데 매우 효과적이며 프로피온산 생성의 증가와 초산, 메탄, 이산화탄소의 생산 감소, 반추위내 미생물에 의한 천연단백질의 분해를 감소시켜 반추위 통과량을 증가시키게 되고, 농후 사료를 과다 급여한 반추동물에 있어서 공히 젖산의 생산을 감소시키고 산 중독증의 발생을 감소시키며 효과적인 에너지 공급원인 프로피온산을 증가시키고 반추위내 에너지의 7% ~ 10%를 소실시키는 미생물에 의한 메탄가스의 생성을 억제하여 사료 효율을 높일 수 있으며 반추위가 팽창하여 소화기능장애를 일으키는 일종의 대사질병(代謝疾病)인 고창증(blot; 鼓脹症) 의 발생을 저하시키는 효과가 있는 것이다.(김상호, 이인호, 박수영 저 최신 사료첨가제학(도서출판 흥왕 간) 2003.5.13. 발행)

반면에 이러한 Lasalrocid와 Monensin은 반추위 내의 발효 조정 기능에도 불구하고 항생제 사용으로 인한 규제 및 기피 대상이 되고 있으므로 항생제가 아니면서도 반추위 발효 특성 개선하는 안전한 발효 조정 기능을 갖는 사료 첨가제의 출현이 요구되고 있는 실정이다.

본 발명의 목적은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 항생제가 아닌 천연 식물추출조성물과 젖산 생성 억제 및 섬유소 분해 활성을 가지는 미생물 균주를 혼합하여 사료 첨가제를 제조하고 이를 사료에 혼합하여 급여함으로써, 반추위 내에서 젖산을 생성하는 미생물의 성장을 억제하고 휘발성 지방산 생성을 촉진시키기 위한 반추위 발효 특성 개선을 위한 식물추출조성물 및 그 제조방법과 이를 이용한 사료첨가제 제조방법을 제안한다.

본 발명은 이러한 목적을 달성하기 위하여 식물 건조 원료에서 살리실산 및 쿼세틴, 헤스피리딘, 글리시리진을 열수추출하고 이를 여과한 후 원심분리하여 상층액만을 감압여과하고, 감압 여과한 추출물을 농축시킨 후 동결건조한 후 분쇄하여서 된 항염, 항산화, 해독 효능을 갖는 식물추출조성물과 반추위 내에서 젖산을 생성하는 S. bovis 의 성장을 억제하며 높은 섬유소 분해능을 갖는 바실러스 리체니포르미스( B. licheniformis ) 균주를 혼합하고 이를 사료에 혼합하여 투여함으로써, 반취위내의 젖산 증가를 억제하여 고산증을 개선하고, 휘발성 지방산을 생성하는 미생물인 M. Elsdenii 의 활성을 유지시켜 더 많은 프로피온산을 생성할 수 있는 조건을 제공함과 동시에 그람 양성균 및 유산 간균의 증식을 억제할 수 있게 되는 반추위 발효 특성 개선을 위한 식물추출조성물 및 그 제조방법과 이를 이용한 사료첨가제 제조방법을 제공한다.

이와 같이 하여 본 발명은 항생제를 급여하지 않아 안전한 식품을 생산할 수 있을 뿐만 아니라 고산증이 예방되고 휘발성 지방산의 생성이 촉진되어 사료의 효율이 향상될 뿐만 아니라 기호가 개선되어 소의 사료 섭취량의 감소가 없으므로 젖소의 경우 산유량이 증가하고, 유량의 증가에도 불구하고 희석 효과 없이 유성분인 유지방, 유단백질, 유당 생산량을 유용 함량을 증진시킬 수 있게 되는 효과가 있다.

본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 먼저 만삼 1.7중량%내지 2.7중량%, 금은화 1.7중량%내지 2.7중량%, 감초 1.7중량%내지 2.7중량%, 목단피 1.7중량%내지 2.7중량%와 증류수 89.2중량% 내지 93.2중량%를 가열탱크에 넣고 2시간 30분 내지 3시간 30분동안 90℃ 내지 100℃에서 가열하는 유용성분 열수 추출 공정을 실시한다.

이어서, 5㎛ 내지 10㎛의 여과공으로 된 부직포 여과지를 이용하여 압착 여과를 진행하며 여과된 추출물을 3,000rpm 내지 4,000rpm에서 25분 내지 35분간 원심분리하여 여분의 분말 찌꺼기를 침전시키는 분말 침전 공정을 실시한다.

이어서, 분말 침전 공정을 실시한 상층액만을 수거하여 이에서 회전증발농축기 등 수분을 제거하는 수분 제거 공정을 실시한다.

이러한 수분 제거 공정은 원심증발농축기 또는 회전증발농축기등으로 등을 사용할 수 있으며, 이와 같이 하여 얻은 고형물을 동결하여 진공상태에서 1차 건조시킨 조성물 분말을 입도 10㎛ 내지 100㎛의 크기로 분쇄하는 1차 조성물 건조 공정을 실시한다.

이어서 상기 1차 조성물 건조공정에 의하여 얻은 분말을 전분과 혼합하되, 전분을 100중량부로 할 때 조성물을 150중량부 내지 250 중량부로 혼합하여 수분이 전분에 흡수됨으로써 수분이 2차 제거되어 최종 조성물을 얻는 2차 조성물 건조 공정이 실시되도록 한다.

이러한 과정으로 본 발명에 의한 식물추출물 조성물은 상기한 바와 같이 목단피의 유용성분인 살리실산(salicylic acid) (2.1g/kg), 쿼세틴(Quercetin) (8.2g/kg) 및 만삼의 유용성분인 살리실산(salicylic acid) (11.9g/kg), 금은화의 유용성분인 헤스페리딘(Hesperidin) (0.9g/kg), 감초의 유용성분인 글리시리진(Glycyrrhizin) (12.1g/kg)의 함유량에 의하여 전분을 제외하고 살리실산 29중량% 내지 45.9중량%, 쿼세틴 17.2중량% 내지 27.3중량%, 헤스페리딘 1.9 중량% 내지 2.9중량%, 글리시리진25.1중량% 내지 41.6중량%로 된다.

이와 같이 하여 얻은 최종조성물 2 ~ 4중량부와 젖산 생성 억제 및 휘발성 지방산 생성 촉진 기능을 갖는 미생물 1000중량부를 혼합하여 사료 첨가제를 얻는다.

특히, 상기 미생물은 B. licheniformis 를 사용하는 것이 바람직하며, 균수는

이러한 B. licheniformis 는 대량 배양을 위하여 먼저 순수 배양을 실시한다. 이를 위하여 영양한천배지(NB agar)를 이용하여 배양하였으며, 배양 후 미생물 균수를 콜로니 카운터를 이용하여 측정하였을 시

이와 같이 하여 얻은 사료 첨가제를 원물 TMR 기준 99.8 중량% ~ 99.9 중량%에 상기 사료첨가제 0.1중량% ~ 0.2중량%를 혼합하여 급여하게 되는 것이다.

이와 같이 된 본 발명에 의한 반추위 발효 특성 개선을 위한 식물추출조성물 및 그 제조방법 구체적인 실시예를 살펴보면 다음과 같다.

실시예1

본 실시예에서는 유용성분 열수 추출 공정를 위하여 만삼 1.7중량%, 금은화 2중량%, 감초 2.7중량%, 목단피 2.3중량%와 증류수 91.3중량%를 가열탱크에 넣고 3시간 동안 95℃로 가열하는 열수 추출 공정을 실시한다.

이와 같이 하여 얻은 열수를 7㎛의 여과공으로 된 부직포 여과지를 이용하여 압착 여과를 진행하며 여과된 추출물을 3,500rpm서 30분간 원심분리하여 여분의 분말 찌꺼기를 침전시키는 분말 침전 공정을 실시한다.

이어서, 분말 침전 공정을 실시한 상층액만을 수거하여 수분 제거 공정을 실시하며, 수분 제거 공정은 회전증발농축기를 사용함으로써 상층액 중의 고형물만을 추출하는 수분 제거 공정을 실시한다.

이와 같이 하여 얻은 고형물을 동결시키고 진공상태에서 건조시키고 다음 입도 50㎛의 크기로 분쇄하는 1차 조성물 건조 공정을 실시한다.

이와 같이 1차 조성물 건조 공정으로 얻은 식물추출조성물을 전분과 중량비 기준 2:1로 혼합하여 2차 조성물 건조 공정이 실시되도록 하여 최종 조성물을 얻고,

B.

licheniformis 997중량부, 상기 당 최종 조성물 3중량부를 넣어 혼합하여 사료 첨가제를 얻는다.

이와 같이 하여 얻은 사료 첨가제 0.1중량%와 원물 TMR 기준 99.8 중량%를 혼합하여 공시축 체중 평균 650㎏의 젖소(Holstein) 10두에 급여하였다.

본 발명은 사료를 일일 23㎏씩 5개월 간 급여하였던 바, 일반 TMR 사료를 동량 급여한 대조구에 비하여 평균 산유량 2.4kg/day 증가 (시험 개시전: 39kg/d, 급이 후: 41.4kg/day), 유당 생산량 : 대조구 (1.79g/kg), 처리구 (1.90g/kg), 유지방 생산량 : 대조구 (1.7g/kg), 처리구 (1.64g/kg)로 되었다.

이같은 유지방 생산량은 대조구보다 본 발명에 의한 식물추출조성물을 혼합한 사료를 급여한 처리구에서 오히려 감소한 듯 보이나 실제로는 처리구는 유량 2.4kg이 더 많아 전체 양으로 보면 처리구가 더 높은 것이다.

또한, 유단백질 생산량면에서 대조구 (1.22g/kg), 처리구 (1.29g/kg)로 되어 처리구에서 유단백질 생산량이 증가되었음을 알 수 있다.

실시예2

본 실시예에서는 유용성분 열수 추출 공정를 위하여 만삼 2.1중량%, 금은화 1.7중량%, 감초 2.3중량%, 목단피 2중량%와 증류수 91.9중량%를 가열탱크에 넣고 2시간 30분 동안 100℃로 가열하여 열수 추출 공정을 실시한다.

이와 같이 하여 얻은 열수를 10㎛의 여과공으로 된 부직포 여과지를 이용하여 압착 여과를 진행하며 여과된 추출물을 3,500rpm서 30분간 원심분리하여 여분의 분말 찌꺼기를 침전시키는 분말 침전 공정을 실시한다.

이어서, 분말 침전 공정을 실시한 상층액만을 수거하여 수분 제거 공정을 실시하며, 수분 제거 공정은 회전증발농축기를 사용함으로써 상층액 중의 고형물만을 추출하는 수분 제거 공정을 실시한다.

이와 같이 하여 얻은 고형물을 동결시키고 진공상태에서 1차 건조시킨 다음 입도 70㎛의 크기로 분쇄한다.

이와 같이 1차 조성물 건조 공정으로 얻은 식물추출조성물을 전분과 중량비 기준 1.5:1로 혼합하여 2차 조성물 건조 공정이 실시되도록 하여 최종 조성물을 얻고,

B.

licheniformis 997중량부, 상기 당 최종 조성물 2중량부를 넣어 혼합하여 사료 첨가제를 얻는다.

이와 같이 하여 얻은 사료 첨가제 0.15중량%와 원물 TMR 기준 99.85 중량%를 혼합하여 공시축 체중 평균 650㎏의 젖소(Holstein) 10두에 급여하였다.

본 발명은 사료를 일일 23㎏씩 5개월 간 급여하였던 바, 일반 TMR 사료를 동량 급여한 대조구에 비하여 평균 산유량 2.2kg/day 증가 (시험 개시전: 39kg/d, 급이 후: 41.2kg/day) (p<0.05) 유당 생산량 : 대조구 (1.79g/kg), 처리구 (1.88g/kg), 유지방 생산량 : 대조구 (1.7g/kg), 처리구 (1.65g/kg)로 되었다.

이같은 유지방 생산량은 대조구보다 본 발명에 의한 식물추출조성물을 혼합한 사료를 급여한 처리구에서 오히려 감소한 듯 보이나 실제로는 처리구는 유량 2.2kg이 더 많아 전체 양으로 보면 처리구가 더 높은 것이다.

또한, 유단백질 생산량면에서 대조구 (1.22g/kg), 처리구 (1.30g/kg)로 되어 처리구에서 유단백질 생산량이 증가되었음을 알 수 있다.

실시예3

본 실시예에서는 유용성분 열수 추출 공정을 위하여 만삼 2.3중량%, 금은화 1.9중량%, 감초 2.2중량%, 목단피 2.7중량%와 증류수 90.9중량%를 가열탱크에 넣고 3시간 30분 동안 90℃로 가열하는 열수 추출 공정을 실시한다.

이와 같이 하여 얻은 열수를 10㎛의 여과공으로 된 부직포 여과지를 이용하여 압착 여과를 진행하며 여과된 추출물을 4,000rpm서 25분간 원심분리하여 여분의 분말 찌꺼기를 침전시키는 분말 침전 공정을 실시한다.

이어서, 분말 침전 공정을 실시한 상층액만을 수거하여 수분 제거 공정을 실시하며, 수분 제거 공정은 회전증발농축기를 사용함으로써 상층액 중의 고형물만을 추출하는 수분 제거 공정을 실시한다.

이와 같이 하여 얻은 고형물을 동결시키고 진공상태에서 건조시키고 다음 입도 50㎛의 크기로 분쇄하는 1차 조성물 건조 공정을 실시한다.

이와 같이 1차 조성물 건조 공정으로 얻은 식물추출조성물을 전분과 중량비 기준 2.5:1로 혼합하여 2차 건조되도록 하여 최종 조성물을 얻고,

B.

licheniformis 997중량부, 상기 당 최종 조성물 2.5중량부를 넣어 혼합하여 사료 첨가제를 얻는다.

이와 같이 하여 얻은 사료 첨가제 0.2중량%와 원물 TMR 기준 99.8 중량%를 혼합하여 공시축 체중 평균 650㎏의 젖소(Holstein) 10두에 급여하였다.

본 발명은 사료를 일일 23㎏씩 5개월 간 급여하였던 바, 일반 TMR 사료를 동량 급여한 대조구에 비하여 평균 산유량 2.5kg/day 증가 (시험 개시전: 39kg/d, 급이 후: 41.5kg/day), 유당 생산량 : 대조구 (1.79g/kg), 처리구 (1.91g/kg), 유지방 생산량 : 대조구 (1.7g/kg), 처리구 (1.65g/kg)로 되었다.

이같은 유지방 생산량은 대조구보다 본 발명에 의한 식물추출조성물을 혼합한 사료를 급여한 처리구에서 오히려 감소한 듯 보이나 실제로는 처리구는 유량 2.4kg이 더 많아 전체 양으로 보면 처리구가 더 높은 것이다.

또한, 유단백질 생산량면에서 대조구 (1.22g/kg), 처리구 (1.30g/kg)로 되어 처리구에서 유단백질 생산량이 증가되었음을 알 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 의한 식물추출조성물과 미생물을 혼합한 사료첨가제를 TMR 사료와 함께 급여한 처리구에서 젖소의 경우 유량, 유지방, 유단백 증가 효과를 얻을 수 있었으며, 이는 식물추출조성물과 미생물을 혼용함으로써 획득되는 상승효과에 따른 것으로 판단된다.

즉, 본 발명의 식물추출조성물의 성분을 살펴보면 목단피의 유용성분인 살리실산(salicylic acid) (2.1g/kg), 쿼세틴(Quercetin) (8.2g/kg) 및 만삼의 유용성분인 살리실산(salicylic acid) (11.9g/kg), 금은화의 유용성분인 헤스페리딘(Hesperidin) (0.9g/kg), 감초의 유용성분인 글리시리진(Glycyrrhizin) (12.1g/kg)이며, 이중에 쿼세틴 및 헤스페리딘 등의 폴리페놀 화합물은 지질과산화물 형성 억제를 통하여 항산화, 항염증, 모세혈관 보호 및 항암작용 등의 다양한 기능이 있는 것이고, 살리실산은 해열 및 진통의 작용을 지니고 있으며,

글리시리진은 감초에 있는 대표적인 물질로써 감초의 단맛의 원인이 되는 물질이며, 일종의 사포닌으로 기호를 개선하고 해독작용 및 종양 억제효과가 있으며, 간 보호효과가 있는 물질로 소의 간농양 억제에 작용한다.

이러한 식물추출물의 효능에 더하여 본 발명은 B. licheniformis 에 의하여 S. bovis 의 성장을 억제하는 것( F. Baruzzi, L. Quintieri, Morea and L. Caputo . Anitimicrobial compounds produced by Bacillus spp. and applications in food . Science against microbial pathogens ; FORMATEX . 2011. 1102 - 1104)

( HC Mantovani, AMOCruz, AD Paiva. Bacteriocin activity and resistance in livestock pathogens. Science against microbial pathogens ; FORMATEX . 2011. 853-857 )이며, 이를 하기 실험 결과 인 [사진1]에 의하여 확인할 수 있었다.

[사진1]

상기 사진에서 볼 수 있는 바와 같이 흑색선으로 표기한 2번 위치는 천연식물추출조성물만을 도포한 상태이며 그 주변의 제한된 면적의 S. bovis 가 억제된 상태를 볼 수 있고,

붉은 화살표로 표기한 3번 위치는 천연식물추출조성물과 B. licheniformis를 혼합하여 도포한 결과 넓은 면적의 S. bovis 가 억제된 상태를 볼 수 있으며,

흑색선으로 표기한 1번 위치는 증류수를 도포한 상태이며 그 주변의 S. bovis 는 아무런 영향을 받지 않음을 볼 수 있다.

(P. Pattnaik , JK Kaushikㅰ, S. Grover and VK Batish. Purification and characterization of a bacteriocin-like compound (Lichenin) produced anaerobically by Bacillus licheniformis isolated from water buffalo. J. Applied Microbiol .(발행처 기재) 2011. 91. 636 - 645,

F. Baruzzi, L. Quintieri, M. Morea and L. Caputo. Antimicrobial compounds produced by Bacillus spp. and applications in food . Science against microbial pathogens ; communicating current research and technological advances. 2011. 1102-1111)

아울러, 본 발명에 의한 사료 첨가제는 섬유소 분해에도 탁월함이 확인되었으며, 이러한 사실은 반추위액내 미생물 포함된 식물 추출물 첨가제를 이용한 섬유소 분해 효과를 시험하기 위하여 난분해성 섬유질(볏짚) 원물을 반추위액 100ml에 1% 넣은 후 본 발명에 의한 사료 첨가제 및 모넨신을 각각 0.1% 및 30ppm 첨가하여 48시간 동안 배양하여 사료 첨가제를 넣지 않은 대조구와 사료첨가제를 넣은 처리구 그리고 모넨신을 첨가한 처리구 간의 잔유물량을 측정하였던 바,

대조구의 경우 섬유질 분해율은 42% 였고, 사료첨가제를 넣은 처리구는 53%로 매우 높은 섬유질 분해율을 보였으며, 모넨신을 첨가한 처리구의 섬유질 분해율은 44%로 대조구와 큰 차이를 보이지 않았음을 보더라도 본 발명에 의한 사료첨가제의 B. licheniformis 에 의한 섬유소 분해율 향상은 위벽에서의 휘발성 지방산 흡수율의 향상으로 이어져 젖소의 유량 등을 증가시키고 사료비의 절감 효과를 얻을 수 있어서 생산성 향상에 기여할 수 있게 된다.

쿼세틴 및 헤스페리딘 등의 폴리페놀 화합물은 지질과산화물 형성 억제를 통하여 항산화, 항염증, 모세혈관 보호 및 항암작용 등의 다양한 기능이 있는 것이고, 살리실산은 해열 및 진통의 작용을 지니고 있으며,

글리시리진은 감초에 있는 대표적인 물질로써 감초의 단맛의 원인이 되는 물질이며, 일종의 사포닌으로 기호를 개선하고 해독작용 및 종양 억제효과가 있으며, 간 보호효과가 있는 물질로 소의 간농양 억제에 작용하는 것이어서 항생제를 사용하지 않고도 소의 도체 등급 향상 및 면역력 증가에 기여할 수 있게 되는 것이다.

이상과 같이, 본 발명은 전술한 실시예에 한정되지 않고, 본 발명이 의도하는 요지 및 개념 내에서 다양하게 변화시켜 실시하는 것이 가능하다.