전라남도 담양에서 생산된 pH 2.6 이하의 죽초액에서 본 발명의 균주를 분리 및 동정하였고, 분리된 균주는 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis)로 동정되었다. 상기 균주는 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis) GU1로 명명하고, 한국유전자은행에 2007년 11월 21일 기탁번호 KCCM 10890P로 부다페스트조약에 따라 국제기탁하였다.
본 발명의 균주는 목(죽)초액과 혼합되거나 또는 목(죽)초액을 함유하는 배지에서 발효된 배양액의 형태로 목(죽)초액 단독으로 달성할 수 없는 가축 폐사율 감소, 출하기간 단축 및 육질 개선 등의 효과를 가져온다.
본 발명의 균주의 배양을 위한 배지, 사료첨가제의 유효성분 또는 악취물질 제거제의 유효성분으로 사용되는 목(죽)초액은 침엽수, 활엽수, 교목, 관목, 상록수, 낙엽수, 상록침엽수, 낙엽침엽수, 상록활엽수, 낙엽활엽수, 및 초목의 잎, 줄 기, 뿌리, 열매, 꽃 중에서 선택된 어느 하나 이상을 열분해, 가온, 증류, 추출, 및 덖음 중에서 선택된 하나 이상의 과정에서 생성한 액체 또는 정유 또는 증기를 포집하여 냉각, 응축, 분리, 숙성, 여과, 증발, 및 증류 중에서 선택된 하나 이상의 가공 과정을 통하여 제조될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 목(죽)초액은 침엽수, 활엽수, 교목, 관목, 상록수, 낙엽수, 상록침엽수, 낙엽침엽수, 상록활엽수, 낙엽활엽수, 및 초목의 잎, 줄기, 뿌리, 열매, 꽃 중에서 선택된 하나 또는 둘 이상을 혼합하여 150 내지 350 ℃에서 직접 또는 간접 열분해 하거나, 가마솥에서 대기압 또는 감압 상태에서 80 내지 150 ℃로 가온하거나, 용매 추출 또는 초임계유체 추출 방법에 의하여 추출하거나, 또는 가마솥에서 데워 익히는 덖음을 하고, 상기 열분해, 가온, 추출, 또는 덖음 과정에서 발생하는 액체 물질 또는 증기를 포집하여 이를 냉각 및 응축하고, 상기 냉각 또는 응축된 목(죽)초액 속에 함유된 식물 정유 성분을 회수하기 위하여 유수 분리하고, 상기 목(죽)초액 속에 함유된 이물질 및 타르를 여과하고, 상기 목(죽)초액을 화학적 안정화를 위하여 상온 또는 가온하여 숙성하고, 상기 목(죽)초액 속에 함유된 이물질 및 타르를 분리하여 제조한다. 특히 열분해하여 탄화시키지 않은 온도에서 가마솥에 넣어 상압 또는 감압 상태로 80 내지 150 ℃에서 가온하거나, 용매 추출 또는 초임계유체 추출 방법에 의하여 추출하거나, 가온 또는 증류 또는 덖는 과정에서 발생하는 액체 물질 또는 증기 또는 정유를 포집하고 이를 냉각 및 응축 및 분리 과정을 거쳐 제조된 목(죽)초액 조성물이 타르 함량이 낮아 바람직하다. 본 발명의 목(죽)초액은 원재료나 제조방법이 다른 2종 이상의 목(죽)초액을 혼합하여 사용할 수 있다.
본 발명의 균주가 목(죽)초액을 포함하는 배지에서 발효된 배양물은 목(죽)초액이 가지는 영양학적 또는 면역학적 특성을 현저히 상승시킴과 동시에 악취제거 효율을 높인다. 상기 배지는 액상 또는 고상일 수 있고, 사료첨가제로 사용되는 경우에는 고체상의 사료에 균일하게 혼합되기 쉽고, 고체 배지 자체가 영양원이 될 수 있으므로 고체 배지를 사용하는 것이 바람직하다. 고체 배지의 원료로 바람직한 것은 사료의 원료로 사용되는 곡류, 두류, 효모 또는 목재를 포함한 식물체 가공의 부산물이 이용될 수 있고, 탈지강, 대두박, 톱밥 등 다양한 원료가 필요에 따라 하나 이상 조합되어 사용될 수 있다.
본 발명의 균주가 접종될 배지에 첨가되는 배지 중량을 기준으로 목(죽)초액의 함량은 2~10 중량%인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 2~5 중량%이다. 또한 본 발명의 배양물은 15 ~ 45 ℃, 바람직하게는 20 ~ 42 ℃, 더욱 바람직하게는 30 ~ 40 ℃에서 배양하는 것이 바람직하면, 배양시간은 12시간 이상, 바람직하게는 24시간 이상, 더욱 바람직하게는 36시간 이상, 더더욱 바람직하게는 48시간 배양하는 것이고, 최대 배양시간은 특별히 한정할 필요는 없으나, 48시간 이상을 배양하더라도 본 발명의 균주량이 증대되지 않으므로 60시간 이내에서 배양하는 것이다.
또한 본 발명의 균주는 목(죽)초액과 혼합되어 발효과정을 거치지 않은 상태로 제형화되어 사료첨가제나 악취물질 제거제로 사용되는 경우에도, 제형화가 이루어진 후 후발효가 진행되어 본 발명의 사료첨가제로서의 효과를 달성할 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예 및 실험예에 의해 상세히 설명한다. 단, 하기 실 시예 및 실험예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1: 균주의 분리, 동정 및 특성
(1) 분리
죽초액에서 내산성이 강한 유용균주를 분리하기 위해서 6개월 이상 숙성시킨 전라남도 담양에서 생산한 pH 2.6 이하의 죽초액을 사용하였다. 죽초액에 존재하는 미생물을 분리하기 위하여 LB 한천배지, MRS 한천배지, PDA 한천배지 및 MEP(mannitol eggyolk polymyxine) 배지에 도말하였다. 이들 배지중 미생물이 성장한 PDA 한천배지와 MEP 배지에서 성장한 균주를 1차 선발한 후, 1차 선발된 균주중에서 pH 2.6에서 성장이 빠르며 아밀라아제 및 프로테아제 활성이 우수한 균주를 최종 선발하였다. 최종 선발된 균주는 광학현미경을 이용하여 확인하였고 그람염색법을 실시하였다. 상기 균주는 죽초액의 낮은 pH조건에서 기타 미생물의 성장이 어려운 조건에서 성장이 가능하고 고체배지에서 성장이 가능한 균주로서 확인되었다.
(2) 분자생물학적 동정
상기 균주에서 DNA를 추출하고 16s rDNA를 분석한 결과 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis) HDYM-11 균주와 가장 높은 상동성을 나타내어바실러스 서브틸리스로 동정하였다(1515개 서열 중 1511개 일치, 99% 상동성). 얻어진 16s rDNA의 서열은 서열목록 1에 나타내었다.
(3) 내열성
사료첨가제로 사용되기 위해서는 일반 펠렛팅처리(80 ℃)나 압출(120 ℃) 등과 같은 고온 고압 조건에서 생존할 수 있어야 한다. 일반적으로 바실러스 속 미생물은 효소, 무독성 항균물질, 살충물질 등을 포함한 여러 가지의 유용한 물질들을 생산하며 또한 그램양성(陽性)균으로 높은 온도에서 포자(胞子)를 형성하는 특징이 있다.
본 발명의 균주(바실러스 서브틸리스 GU01)의 내열성 검사를 위해 흡광도(Opical Density, 600nm) 값이 1.0 일때 각각의 온도에서 10분동안 열처리 후 균수를 측정하여 도 1에 나타내었다. 도 1에 나타낸 바와 같이 사료첨가제의 유용미생물로 많이 사용되는 유산균의 통상적인 사멸온도인 60 를 훨씬 초과하는 80 로 처리한 경우에도 생존력이 매우 뛰어남을 확인할 수 있었다.
(4) 죽초액내 미생물 균수의 변화
죽초액은 pH 2.6의 강산성 조건으로서, 죽초액을 증류수에 일정비율로 희석한 후 각 농도에서의 본 발명의 균주의 배양시간에 따른 성장변화를 600 nm에서 흡광도 변화로 측정하여 표 1에 나타내었고, 또한 배양시간에 따른 미생물 균수의 변화를 표 2에 나타내었다. 죽초액은 증류수에 각각 10, 20, 30, 40 및 50 중량%로 희석하였고, 초기 미생물 접종농도는 1.00E+05 cfu/ml 이고, 37 ℃에서 배양하였다.
시간 |
10% |
20% |
30% |
40% |
50% |
0 24 48 |
0.239 0.335 0.375 |
0.254 0.378 0.385 |
0.280 0.423 0.477 |
0.288 0.456 0.523 |
0.319 0.375 0.516 |
시간 |
10% |
20% |
30% |
40% |
50% |
0 24 48 |
4.00E+05 1.00E+07 1.03E+07 |
8.00E+05 1.20E+07 1.04E+07 |
6.00E+05 7.00E+06 1.04E+07 |
2.00E+05 6.00E+06 1.07E+07 |
1.40E+06 3.00E+07 1.07E+07 |
본 발명의 균주의 성장(600 nm의 흡광도)은 배양시간이 증가할수록 증대되었고, 죽초액 농도 40중량%까지는 증대되다가 50 중량%부터는 더이상 증대되지 않았다. 또한 본 발명의 균주의 균수는 24 시간까지 증대되다가 48 시간 배양하더라도 균수의 변화는 미미했고, 죽초액 농도에 다른 균수의 변화도 미미했다.
따라서 본 발명의 균주는 죽초액이 50%까지 첨가된 배지에서도 그 성장에는 큰 영향을 받지 않을 것으로 판단되었다.
실험예 1: 육계의 생산성에 미치는 효과
본 발명의 실시예의 사료첨가제에 포함되는 죽초액이 육계의 생산성에 미치는 영향을 확인하기 위하여, 수분함량을 40 중량%로 조정한 탈지강을 사료첨가제 대신 첨가한 군(비교예 1) 및 탈지강에 죽초액 2 중량% 첨가하고 수분함량을 40 중량%로 조정한 사료첨가제(비교예 2)를 각각 일반 육계용 사료에 0.2 중량% 첨가하여 사용하였다.
크기가 동일한 육계용 병아리 175수를 비교예 3 및 4와 실시예 3의 축사에 각각 입식하였다. 육계를 35일간 사육한 후, 폐사수 및 육성율을 측정하였고 각 실험군에서 10 수의 육계를 임의로 선발하여 개시체중, 종료체중, 증체량 및 육계의 화학적 특성을 분석하였다.
항목 |
비교예 1 |
비교예 2 |
시험수 |
175 |
175 |
개시체중(g) |
44.82±0.15 |
44.86±0.10 |
종료체중(g) |
2079.29±1.67 |
2055.71±9.18 |
사육일수 |
35 |
35 |
증체량(g) |
2034.46±1.79 |
2010.86±9.17 |
사료섭취량(g) |
3453.99±1.78 |
3416.86±1.81 |
비교예 1 및 2를 비교한 결과 사료에 죽초액만을 첨가한 경우에는 죽초액 무첨가군과 증체량 및 사료섭취량에서 차이를 나타내지 않았고, 오히려 더 나쁜 결과를 가져와 죽초액의 첨가만으로는 육계의 증체량 및 사료섭취량에 긍정적인 영향을 주지 않는 것으로 판단되었다.
본 발명의 본 발명 균주와 죽초액을 고체발효시킨 사료첨가제의 효과를 확인하기 위하여, 탈지강에 죽초액 2 중량%, 본 발명의 균주 1.00E+05 cfu/ml 농도로 증류수에 희석된 균주 희석액 2 중량%를 첨가하고 수분함량을 40 중량%로 조정한 후 37 에서 48시간 발효시켜 고체상의 사료첨가제(실시예 1)를 제조하였다.
상기 실시예 1과 수분함량을 40 중량%로 조정한 탈지강을 사료첨가제 대신 첨가한 군(비교예 1)을 대비하여 본 발명의 효과를 확인하였다. 시험동물 축사의 규모는 각각 638 m2(11m X 8m)로 일반 육계용 사료에 실시예 1 및 비교예 1의 사료를 0.2 중량% 첨가하여 사용하였다. 크기가 동일한 육계용 병아리 14,000수를 비교예 1 및 실시예 1의 축사에 각각 입식하였다. 육계를 35일간 사육한 후, 폐사수 및 육성율을 측정하였고 각 실험군에서 100 수의 육계를 임의로 선발하여 개시체중, 종료체중, 증체량 및 육계의 화학적 특성을 분석하였다.
항목 |
비교예 1 |
실시예 1 |
시험수 |
14,000 |
14,000 |
개시체중(g) |
42.0 |
42 |
종료체중(g) |
1,789 |
1,870 |
사육일수 |
35 |
35 |
일당증체량(g/d) |
49.91 |
52.23 |
사료섭취량(kg) |
2.68 |
3.24 |
폐사수 |
426 |
419 |
육성율(%) |
96.96 |
97.01 |
사육시험 결과 일당 증체량은 실시예 1이 52.23g, 비교예 1이 49.91g로 비교예 1에 비해 실시예 1이 2.32g 높게 나타났으며, 육성율의 경우도 실시예 1이 97.09%, 비교예 1이 96.96%로 0.13% 더 높게 나타났다(표 4). 육계에 본 발명의 사료첨가제를 급여함으로써 폐사율감소, 일당증체량 증가는 미생물에 의해 면역력이 증가하여 질병에 의한 폐사가 줄어든 것으로 사료된다. 또한 본 발명의 균주와 죽초액의 혼합 첨가에 의한 상승 작용을 하여 육계의 소화율을 증가시키고 장내 유해균의 성장을 억제하였기 때문이라고 사료된다.
실험예 2: 육계의 육질, 육색, 일반 성분 및 지방산 조성에 미치는 효과
실험예 1에서의 실시예 1 및 비교예 1의 35일 사육 후의 육계의 가슴살 부위를 채취하여 육질, 육색, 일반성분 및 지방산 조성에 미치는 효과를 대비하여 각각 표 5 내지 8에 나타내었다.
가열감량(%)은 시료를 일정한 모양으로 정형(250±50g)한 후, 폴리에틸렌 백에 넣어 80℃ Water bath에 넣고 물속에 완전히 잠기도록 한 후, 40분간 가열하고, 흐르는 물속에서 20분간 수냉하였다. 냉각된 시료의 물기를 제거한 후 무게를 재어 가열감량을 계산하였다. 가열감량을 측정한 시료의 표면부를 제거한 속부분을 전단력 측정 시료로 하여 Salter(Warner Bratzler Shear, USA)를 이용해 전단력을 측정하였다.
보수력 측정을 위해서 시료를 필터관(VIDAS 튜브, BIOMERIEUX, 프랑스) 넣고, 80℃ water-bath에 넣고 20분간 가열한 후, 10분간 방냉시켰다. 방냉시킨 필터관을 2000rpm에서 10℃, 10분간 원심분리하여, 계산식으로 유리수분과 보수력을 계산하였다.
유리수분=[(원심분리전후 무게의 차이)/시료무게]X지방계수(1-지방함량)X100
보수력(%)=[(전수분-유리수분)/전수분]X100
분석항목 |
비교예 1 |
실시예 1 |
가열감량 |
22.48 |
22.36 |
전단력(kg/0.5inch2) |
1.81 |
1.21 |
보수력 |
60.53 |
61.18 |
pH |
5.96 |
5.88 |
전단력에서 실시예 1이 비교예 1에 비해 현저히 낮아 육질이 연하게 잘 잘라지는 것을 알 수 있었고, 역시 실시예 1에서 수분을 보존하는 보수력이 우수함을 확인할 수 있었다.
분석항목 |
비교예 1 |
실시예 1 |
L(명도) |
45.66 |
51.79 |
a(적색도) |
3.53 |
4.77 |
b(황색도) |
4.46 |
4.25 |
육색에서 실시예 1이 비교예 1에 비해 명도가 높고 황색도가 낮아 밝은 육색을 띰을 알 수 있었고, 적색도는 더 낮았다.
분석항목 |
비교예 1 |
실시예 1 |
수분 |
75.73 |
75.26 |
조지방 |
0.17 |
0.49 |
조단백질 |
22.95 |
23.13 |
조회분 |
1.16 |
1.12 |
실시예 1에서 조회분의 함량은 비교예 1보다 더 낮았고, 조지방 및 조단백질은 더 높아 더 나은 육질을 제공함을 알 수 있었다.
지방산 함량은 가스크로마토그래피(모델명 : Varian 3600)을 이용하여 측정하였다.
지방산 |
비교예 1 |
실시예 1 |
Myristic acid (C14:0) |
0.89 |
0.83 |
Palmitic acid (C16:0) |
25.06 |
23.55 |
Stearic acid (C18:0) |
6.82 |
6.41 |
Palmitoleicacid (C16:ln7) |
5.32 |
5.65 |
Oleic acid (C18:ln9) |
44.76 |
45.76 |
Vaccenic acid (C18:ln7) |
0.01 |
0.02 |
Linoleic acid (C18:2n6) |
15.52 |
15.91 |
v-Linoleic acid (C18:3n6) |
0.16 |
0.19 |
Linolenic acid (C18:3n3) |
0.66 |
0.68 |
Eicosenoic acid (C20:ln9) |
0.50 |
0.55 |
Arachidonic acid (C20:4n6) |
0.30 |
0.44 |
Eicosapentaenoicacid(EPA)(C20:5n3) |
0.00 |
0.00 |
Docosatetraenoic acid (C22:4n6) |
0.00 |
0.00 |
Docosahexaenoicacid(DHA)(C22:6n3) |
0.00 |
0.00 |
Total |
100.00 |
100.00 |
saturated fatty acid |
32.76 |
30.79 |
Unsaturated fatty acid |
67.24 |
69.21 |
지방산의 조성에 있어서도, 실시예 1은 비교예 1에 비해 포화지방산의 함량이 낮고 불포화지방산의 함량이 높은 우수한 품질의 육계를 제공함을 확인할 수 있었다.
실험예 3: 오리의 생산성에 미치는 효과
본 발명 균주와 죽초액을 고체발효시킨 사료첨가제의 효과를 확인하기 위하여, 탈지강에 죽초액 2 중량%, 본 발명의 균주 1.00E+05 cfu/ml 농도로 증류수에 희석된 균주 희석액 2 중량%, 락토바실러스 애시도필러스 1.00E+05 cfu/ml 농도로 증류수에 희석된 균주 희석액 0.2 중량%, 락토바실러스 플란타룸 1.00E+05 cfu/ml 농도로 증류수에 희석된 균주 희석액 0.2 중량%, 맥반석 0.5 중량%, 대나무 숯가루 0.1 중량%를 첨가하고 수분함량을 40 중량%로 조정한 후 37 에서 48시간 발효시켜 고체상의 사료첨가제(실시예 2)를 제조하였다. 대조군으로 수분을 40 중량%로 조정한 탈지강을 사료첨가제 대신 첨가한 군(비교예 1)을 이용하였다.
시험동물 축사의 규모는 각각 400 m2(10m X 40m)로 일반 오리 사육용 사료에 실시예 2 및 비교예 4를 일반 오리 사육용 사료의 0.2 중량% 첨가하여 사용하였다. 크기가 동일한 오리 10,000수를 실시예 2 및 비교예 1의 축사에 각각 입식하였다. 오리를 43일간 사육한 후, 폐사수 및 육성율을 측정하였고 각 실험군에서 100 수의 오리를 임의로 선발하여 개시체중, 종료체중, 증체량 및 사료효율을 분석하였다.
항목 |
비교예 1 |
실시예 2 |
시험수 |
10,000 |
10,000 |
개시체중(g) |
48 |
48 |
종료체중(g) |
3.190 |
3.280 |
사육일수 |
43 |
43 |
일당증체량(g) |
74.19 |
76.27 |
사료섭취량(kg) |
65.709 |
65.922 |
평균체중(g) |
3.190 |
3.280 |
폐사수 |
141 |
118 |
사료요구량(g) |
2.10 |
2.03 |
육성율(%) |
96.96 |
97.09 |
실시예 2에서 비교예 1에 비해 일당 증체량, 사료효율 및 육성율이 개선되었다. 비교예 1은 일당증체량이 74.19g인데 비해 실시예 2는 76.27g으로 실시예 2가 높게 나타났으며, 육성율도 실시예 2가 98.82%, 비교예 1이 98.57%로 비교예 1이 0.25% 더 높게 나타났다.
실험예 4: 양돈의 생산성에 미치는 효과
평균 체중이 79.66±0.12 kg인 60마리의 돼지를 최초 평균체중이 동일하게 3개군으로 나누어서, 수분함량을 40중량%로 조정하여 사료첨가제를 대신한 것(비교예 1)을 일반 양돈용 사료에 0.2 중량% 첨가한 군, 실시예 2의 사료첨가제를 일반 양돈용 사료에 0.1 중량% 첨가한 군, 실시예 2의 사료첨가제를 일반 양돈용 사료에 0.2 중량% 첨가한 군으로 구분하여 4주간 동일 조건에서 생육시키면서, 일당증체량, 일당사료섭취량 및 사료효율을 계산하여 표 10에 나타내었다.
구분 |
비교예1 |
실시예2 |
실시예2 |
SE |
첨가량 |
0.2중량% |
0.1중량% |
0.2중량% |
- |
일당증체량(g) |
772b |
825a |
821a |
13.3 |
사료섭취량(g) |
2,356 |
2,480 |
2,413 |
65.3 |
사료효율(%) |
32.8 |
33.3 |
34.0 |
0.009 |
비교예1에 비해 실시예2는 첨가량을 0.1 중량% 또는 0.2 중량% 사용한 군 모두 일당 증체량이 현저히 증가하고, 사료섭취량도 증가하였으며, 사료효율 또한 증대되었음을 확인할 수 있었다.
한편, 본 발명의 실시예 2의 사료첨가제를 정읍의 양돈농가에서 일반 유산균을 포함한 사료첨가제를 대체하여 일반 양돈용 사료에 0.2 중량% 첨가하여 급이한 결과, 일반 유산균을 포함한 사료첨가제에 비하여 실시예 2의 사료첨가제 사용시 돼지의 출하일은 9일 단축되었고, 폐사율은 7~8%에서 3%미만으로 감소하였다.