KR101414221B1 - 발효 홍삼박 성분을 함유하는 기능성 액상사료첨가제 - Google Patents

Abstract

본 발명은 홍삼제품의 부산물인 홍삼박을 소재로 고기능성 동물액체사료의 개발에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 홍삼 가공 시 발생되는 부산물인 홍삼박을 유용미생물을 이용하여 발효시켜 홍삼의 유효성분을 함유하고, 항산화능이 뛰어난 기능성 액상사료(첨가제)를 개발하고자 하는 것이다.
상기와 같은 발명에 따르면 홍삼의 유효 성분과 항산화 물질 및 동물의 장내 환경을 개선시켜주는 젖산균을 포함한 발효 액체사료를 통해 동물의 면역 증진을 통해 가축의 건강성을 강화와 더불어 축사의 악취 개선에도 유용하게 사용될 수 있다.

Description

발효 홍삼박 성분을 함유하는 기능성 액상사료첨가제{Functional Liquid Additive for Stock Feed comprising Red Ginseng Sludge}

본 발명은 발효 홍삼박 성분을 함유하는 기능성 액상 사료첨가제 및 그의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 홍삼 부산물인 홍삼박을 유용 미생물을 이용하여 발효시킴으로써 홍삼의 유효성분을 함유하고, 항산화능이 뛰어난 기능성 액상사료첨가제 및 그 제조방법에 관한 것이다.

홍삼은 지정된 인삼의 재배적지에서 생산된 6년근 수삼 중에서 좋은 품질의 수삼을 정선하고 특수가공기술로 증숙, 건조시켜 인체에 흡수가 잘 되도록 제조한 담황갈색의 인삼을 말한다. 홍삼은 그 제조과정 중에 노화 억제 효능이 뛰어난 말톨(maltol)과 암세포 증식을 억제하는 진세노이드-Rh2, 파낙시트리올 등 홍삼만이 가지는 특수성분이 생성되며, 장기간 보존하여도 유효성분의 변화가 거의 일어나지 않는다. 특히, 홍삼은 가장 많은 사포닌을 함유하고 있다. 이와 같은 홍삼은 콜레스테롤 수치를 낮추고 동맥경화를 예방하며, 피로회복, 강장, 심박수 감소, 면역력 증진의 탁월한 효능을 갖는 것으로 알려져 있다

홍삼을 달인 후 남은 부산물인 홍삼박은 게르마늄 및 사포닌을 함유하고 있어 유용한 자원으로 활용가치가 높아 동물의 사료 첨가제로 개발되고 있으며, 이러한 홍삼부산물은 추출방식(열수 추출 또는 유기용매 추출 등)에 따라 다소 달라지긴 하지만 홍삼 자체에 뒤지지 않는 상당량의 홍삼 사포닌 성분을 포함하므로 홍삼박을 함유한 가축의 사료는 가축의 면역증강에 따른 질병예방, 생체 활성화 등의 효능이 기대되고 있다. 또한 홍삼박은 연간 약 8천여 톤이 배출되며 제과, 제빵 등 식품소재와 동물사료로 일부 활용되고 있지만 대부분은 폐기되고 있어 버려지는 홍삼부산물을 이용함으로써, 원가 절감 및 경제성 향상 또한 도모할 수 있다.

이와 같은 홍삼박 및 한약재박등을 소, 돼지, 닭과 같은 가축의 사료에 이용하면 이들의 유용한 성분들이 가축에 섭취되어 이로부터 높은 품질의 육류 및 계란을 생산할 수 있다. 한국특허공개 제2002-0036381호는 홍삼박과 한약재박을 톱밥, 등겨 등과 혼합하고 이를 발효시켜 사료를 제조하는 방법을 개시하고 있다. 또한, 한국특허공개 제10-2011-0131718호에는 홍삼박에 가축 생균제로서 유용한 균주를 접종하여 발효홍삼박을 제조하고 이를 포함하는 사료첨가제의 제조 및 산란계, 육계, 이유자돈에 대한 사양효능이 향상되는 것을 개시하고 있다.

홍삼박에는 산성다당체외에 다양한 탄수화물이 함유되어 있어, 미생물의 성장에도 도움이 된다. 홍삼박을 첨가한 배지에서 효모를 배양한 결과, 배양 효율이 30~40% 증가하고, 효모균체내의 아미노산 함량도 증가한다는 연구가 보고된 바 있다 (고려임산학회지 10:1-10; 김상달 외, 1986).

따라서 홍삼추출과정에서 부산물로 얻어진 홍삼박에는 다양한 생리활성 물질이 잔류하여 가축 사료첨가제로서 활용이 가능하며, 또한 발효과정으로 통하여 그 효능을 증진시켜 가축의 생산성을 향상시킬 수 있다. 결과적으로 부산물을 발효과정을 통하여 재활용하며, 또한 그 부가가치도 상당히 높힐 수 있다.

그러나, 유용한 성분을 사료에 첨가하여도 가축이 이를 충분히 섭취하고 효율적으로 이용하지 못하면 기대하는 효과를 거둘 수 없다. 실제로, 홍삼을 비롯한 인삼이나 한약재를 포함한 사료가 많이 시도되고 있으나, 강한 풍미나 향미 때문에 가축들이 거부감을 갖기 때문에 섭취량이 높지 않다는 문제가 있었다. 또한, 섭취되어도 충분히 체내에 흡수되지 못하고 그대로 배출되는 경우가 많았다.

일반적으로 홍삼박을 이용한 동물 사료 및 사료첨가제는 홍삼박의 건조/분쇄 과정을 통해 분말형태로 만든 후 다른 사료성분과 혼합하거나 홍삼박을 기타 유기물질과 함께 섞은 후 발효 및 건조과정을 거쳐 시판되고 있다. 하지만, 홍삼박을 이용한 액상형태의 사료는 개발되지 않았다. 액체사료는 균일한 혼합, 동물의 소화흡수의 촉진및 거부감 감소, 운송/보관/사용에 있어서 편리한 장점이 있다. 또한 홍삼박을 통해 얻어진 액상 발효사료는 면역증진에 기여하는 홍삼의 유효성분, 동물의 장내환경 개선에 유익한 유산균뿐만 아니라 항균 및 항산화 물질도 고농도로 포함하고 있기 때문에 천연 항생제 대체제로도 사용될 수 있다.

항생제는 가축의 질병예방, 성장촉진, 치료용으로 사용되지만, 내성균에 대한 위험성이 제기되면서 국제기구(WTO, OIE) 및 식약청(FDA)는 오남용 방지 등 신중 사용을 권장하고 있으며, 우리나라도 2011년 7월부터 축산물 사료용 항생제를 전면 금지하고 EU는 2006년 1월 세계에서 가장 먼저 사료용 항생제 사용을 전면 금지했고, 미국, 일본, 캐나다도 항생제에 대한 위험도를 평가하고 있으며 이를 토대로 규제를 준비하고 있다. 이 시점에서 홍삼박 발효 액체사료는 항생제의 대체제로서 응용 가능성이 매우 크다.

홍삼박을 상업적 사료 첨가체로 사용하기 위해서는 일반적으로 건조와 분쇄과정을 거치게 되는데, 홍삼박의 경우 높은 수분함량 때문에 건조비용이 많이 든다. 따라서, 본 발명에서는 홍삼박을 건조시키는 대신 유용미생물 (EM, effective microorganism)을 활용한 액상발효를 통하여 홍삼의 효능과 더불어 장기능개선에 도움이 되는 젖산, 젖산균뿐만 아니라 항산화물질을 포함한 고기능성 액체 발효사료를 개발하고자 하였다.

EM균은 유용 미생물군 (Effective Microorganisms)의 약자로 자연계에 존재하는 많은 미생물 중에서 유익한 미생물 수십 종을 조합 및 배양한 것이다. 효모, 유산균과 같은 발효미생물과 광합성균이 EM을 구성하고 있는 주요 균종이며, 이들 균들간의 복잡한 공존공영관계가 만들어내는 발효생성물의 항산화력이 EM의 효과라고 할 수 있다. EM에 의해 Rb1, Rg1과 같은 진세노사이드가 홍삼박으로부터 분리되어 발효액내에 축적된다. 홍삼박으로부터 분리된 진세노사이드는 EM에 의해 장내흡수율이 높은 Rh1, Rh2, Rk 등으로 전환되기도 한다. 진세노사이드는 장내 미생물에 의해 분해되어 흡수되기 때문에 장내미생물의 개인차이로 인한 진세노사이드 흡수와 효능의 차이가 나타날 수 있다. 이러한 차이를 없애기 위해 진세노사이드를 미생물을 통해 발효처리를 하기도 한다 (Hasegawa et al., Planta Medica 63:436, 1997; Hasegawa et al., Planta Medica 64:696, 1998).

효모, 유산균 및 광합성 세균이 주요 균종을 이루고 있는 유용미생물(effective microorganisms)는 농업, 축산업, 환경 등에 광범위하게 사용되고 있으며, 이를 활용한 발효사료는 가축의 면역력 증진과 사료효율의 개선은 물론 축사의 악취 개선에도 기여하고 있다.

이에, 본 발명자들은 상기 문제점을 해결하기 위하여 예의 노력한 결과, 홍삼박을 유용미생물로 발효시켜 액체동물사료를 제조하는 경우, 진세노사이드의 함량 및 종류가 증가되고, 항생제 대체 기능을 수행할 수 있다는 것을 확인하고, 본 발명을 완성하게 되었다.

본 발명의 목적은 홍삼박을 유용 미생물을 통해 발효시킴으로써 홍삼의 유효성분, 항산화 물질, 젖산, 유산균을 함유한 고기능성 동물용 액상사료첨가제의 제조방법을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, (a) 홍삼박 함유 배지에 유용미생물을 접종하여 발효시키는 단계; 및 (b) 유용 미생물을 제외한 고형분을 제거하여 유용미생물과 발효산물을 함유하는 액상사료 첨가제를 제조하는 단계를 제공한다.

본 발명은 또한, 젖산균을 함유하고 있는 액상사료첨가제를 제공한다.

본 발명에 따르면, 면역 증진에 기여할 수 있는 홍삼의 유효성분(진세노사이드)과 더불어 장내환경 개선 및 항균에 유용한 젖산균, 산화 및 노화를 방지해 주는 항산화 물질을 함유한 기능성 액상 동물사료 첨가제를 생산할 수 있다.

도 1은 홍삼박 발효액의 시간에 따른 pH, 유기산(젖산, 초산)의 농도변화를 나타낸다.
도 2는 HPLC에 의한 홍삼박 발효액의 진세노사이드(Rg1과 Rb1) 농도를 나타낸다.
도 3은 홍삼박 발효액의 항산화능을 보여주는 사진이다 [(왼쪽: DPPH 용액 + ethanol (대조구), 가운데: DPPH 용액 + BHA 용액 (양성 대조구), 오른쪽: DPPH 용액 + 홍삼박 발효액(상등액).

본 발명에서는 홍삼 부산물인 홍삼박을 유용미생물 (EM, effective microorganism)을 이용하여 발효시킴으로써 홍삼의 유효성분(진세노사이드), 항산화 물질, 고농도의 젖산 및 젖산균을 포함하는 기능성 액체동물 사료 및 그 제조 방법을 확인하고자 하였다.

본 발명은 일 관점에서, (a) 홍삼박에 유용미생물을 접종하여 발효시키는 단계; 및 (b) 유용 미생물을 제외한 고형분을 제거하여 유용미생물과 발효산물을 함유하는 액상사료 첨가제 제조에 관한 것이다.

본 발명은 혼합미생물을 사용하여 홍삼박을 혐기 발효시켜, 적어도 3~4주 동안 발효시킴으로서, 홍삼박에 들어있는 섬유질로부터 홍삼의 사포닌의 추출을 극대화할 수 있다는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명에서, 홍삼박으로부터 분리된 진세노사이드는 EM에 의해 장내흡수율이 높은 Rh1, Rh2, Rk 등으로 전환되는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명에서, 유용미생물은 유산균(예, Lactobacillus plantarum, Lactobacillus casei), 효모(예, Saccharomyces cerevisiae, Candida utilis), 광합성 세균(예, Rhodopseudomonas palustris, Rhodobacter sphaeroides)을 주요 균종으로 이루어진 미생물 혼합균을 일컫으며, 바람직하게는 젖산균을 사용할 수 있다.

상기 유용미생물은 자연계에 존재하는 많은 미생물 중에서 사람에게 유익한 미생물 수십 종을 조합, 배양한 것으로서 주요 균종을 이루고 있는 효모, 유산균 및 광합성 세균은 복잡한 공존공영관계가 만들어 내는 발효 생성물의 항산화력이 유용미생물의 효과라고 할 수 있다.

본 발명에 있어서 "발효산물"은 홍삼박을 포함하는 배지를 유용미생물로 발효시켜 진세노사이드 등의 유효성분과 유용미생물을 함유하는 액상부분을 의미한다.

본 발명의 일 양태에서, 제조된 홍삼박 발효액체사료의 경우, 100g/L의 홍삼박을 통해 얻어진 진세노사이드 Rg1, Rb1및 Rh1의 농도는 각각 0.022mg/g, 0.02mg/g및 0.008mg/g 이었다.

다른 관점에서, 본 발명은 젖산균 및 발효 홍삼박의 액상추출물을 유효성분으로 함유하는 액상사료첨가제에 관한 것이다.

본 발명에 있어서 홍삼박에 내재된 사포닌은 거의 액상으로 추출되며, 일부는 소화흡수에 유리한 사포닌 형태로 전환되기 때문에 고급영양분으로 사용이 가능 할 수 있다.

본 발명의 액상사료첨가제는 사료에의 균일한 혼합, 동물의 소화흡수의 촉진및 거부감 감소, 운송/보관/사용에 있어서 편리한 장점이 있다. 또한 홍삼박을 통해 얻어진 액상 발효사료는 면역증진에 기여하는 홍삼의 유효성분, 동물의 장내환경 개선에 유익한 유산균뿐만 아니라 항균 및 항산화 물질도 고농도로 포함하고 있기 때문에 천연 항생제 대체제로도 사용될 수 있다.

본 발명의 다른 양태에서, 기능 개선이 되는 젖산균과 젖산의 양을 향상시키기 위해서 당밀의 양을 추가적으로 공급해 주는 것이 효과적임이 확인되었다. 하지만, 당밀의 농도가 지나치게 높을 경우 (10g/L), 유용미생물의 의한 항산화물질의 생성이 떨어졌기 때문에 당밀의 양은 적은 양을 10g/L 이하로 유지하면서 공급해 주는 것이 바람직하다.

본 발명의 또 다른 양태에서, 진세노사이드의 농도를 증가시키기 위해 홍삼박의 농도를 증가시킬 수는 있지만, 농도가 300g/L이상이면 발효액의 균일한 혼합이 문제가 발생한다. 이러한 문제를 해결하기 위해 셀룰라아제 혹은 펙티나아제 등과 같은 섬유소 분해효소를 첨가할 수도 있다.

본 발명에 의해 생산 전 제조된 홍삼박 발효 액체사료는 발효 종료후, 원심분리하고 상청을 회수하는 추출공정 등의 통상의 방법으로 회수할 수 있다.

따라서 본 발명에서는 홍삼 가공시 발생되는 부산물인 홍삼박을 유용미생물을 이용하여 발효시켜 홍삼의 유효성분, 항산화물질 및 고농도의 젖산, 젖산균을 함유하는 액체동물 사료(첨가제)를 개발할 수 있으며 홍삼의 유효 성분과 항산화 물질 및 동물의 장내 환경을 개선시켜주는 젖산균을 포함한 발효 액체사료를 통해 동물의 면역 증진을 통해 가축의 건강 강화와 더불어 축사의 악취 개선에도 유용하게 사용될 수 있는 장점이 있다.

[실시예]

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지 않는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

실시예 1: 홍삼박 발효액체 사료의 진세노사이드 및 젖산의 함량확인

1 리터 발효조에 분쇄된 홍삼박 100g, 당밀 10g, 천일염 5g을 넣고 유용미생물 (EM-1, (주)에버미라클)을 투입한 다음, 물을 채워서 부피가 1리터가 되게 한다. 발효는 외부의 공기가 차단된 혐기조건에서 진행하였으며, 온도는 38℃로 고정하고 임페러는 진공 교반 씰을 이용하여 회전시켰다. 당밀의 추가 공급이 없는 경우에는 젖산의 농도는 발효 10일 이후에는 거의 증가하지 않았지만, 샘플링 할때마다 4g 혹은 6g의 당밀을 추가로 공급한 경우에는 젖산의 농도는 발효시간과 더불어 꾸준히 증가하였다 (도 1). 반면, pH는 당밀의 추가투입과 관계없이 모두 거의 3.0 근처로 유지되었다. 유용미생물의 EM-1의 경우, pH가 3.0이면 상당히 안정한 것으로 알려져 있다. 샘플링 시 6g의 당밀을 추가 투입한 경우, 젖산의 농도는 20g/L였으며, 진세노사이드 Rg1과 Rb1의 농도는 각각 0.022및 0.020 mg/g 이었다 (도 2). 젖산균의 수는 2x10⁷ CFU/g이었다.

실시예 2: 홍삼박 발효액체 사료의 항산화능 확인

홍삼박 발효액체 사료의 전자공여능을 측정하기 위하여 Bondet 등(Lebensmittel - Wissenschaft und - Technologie 30:609, 1997)의 방법을 변형하여 측정하였다.

실시예 1 에서 얻어진 최종 발효액(젖산 20g/L, 진세노사이드 Rb1+Rg1 0.042 mg/g, 젖산균 2x10⁷ CFU/g)을 10배 희석한 희석액 0.8ml에 0.25mM DPPH 용액 0.2 mL을 가한 다음, vortex mixer로 10초간 진탕하고 실온(암실)에서 30분간 방치 후 517 nm에서 흡광도를 측정하였다. 양성 대조구로서 0.25mM BHA (butylated hydroxyanisole) 용액을 사용하였다. DPPH 라디칼의 소거능은 아래와 같이 계산하였다.

DPPH Scavenging (%) = (1-S/C) X 100

C: ethanol + DPPH의 흡광도

S: 시료 + DPPH의 흡광도

BHA 용액과 발효 희석액의 DPPH 라디칼의 소거능은 각각 46%와 50%였다. 이는 발효액은 0.25mM BHA용액보다 거의 10배이상의 전자공여능을 가지는 것을 보여준다 (도 3).

이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시 양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.

Claims (7)

1. 다음 단계를 포함하는 발효 홍삼박 성분을 함유하는 액상사료첨가제의 제조방법:
   (a) 홍삼박 10 g/L 내지 500 g/L 함유 배지에 유용미생물을 접종하고, 홍삼박의 분해를 촉진시키기 위해 셀룰라아제 또는 펙티나아제의 효소를 첨가하고, 혐기 발효시켜, 젖산 및 진세노사이드를 함유하는 홍삼박 발효액을 제조하는 단계;
   (b) 상기 홍삼박 발효액에 1 g/L 내지 10 g/L의 당밀을 첨가하고 추가로 발효시키는 단계; 및
   (c) 유용 미생물을 제외한 고형분을 제거하여 유용미생물과 20 g/L의 젖산, 2 X 10⁷ CFU/g의 젖산균 및 진세노사이드 Rg1 및 Rh1을 각각 0.022 mg/g 및 0.020 mg/g 함유하는 홍삼박 발효액을 포함하는 액상사료 첨가제를 제조하는 단계.
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