KR20010008211A

KR20010008211A - 유기산 생성 미생물과 광합성 미생물을 이용한 기능성발효사료

Info

Publication number: KR20010008211A
Application number: KR1020000067854A
Authority: KR
Inventors: 박준봉; 권오면
Original assignee: 박준봉; 바이오 엔비텍 주식회사
Priority date: 2000-11-15
Filing date: 2000-11-15
Publication date: 2001-02-05

Abstract

본 발명은 유기산 생성 미생물인 스트렙토코커스 페칼리스와 카로티노이드계 항 산화물질을 생산하는 광합성 세균을 위주로 한 기능성 발효 사료 제조에 및 이의 사용 방법에 관한 것으로, 더 자세히 설명하면 유기산 중 젖산을 위주로 생성하는 스트렙토코커스 페칼리스와 카로티노이드를 생산하여 세포내에 축적하는 특성을 갖는 광합성 세균, 효모균, 바실러스균 등의 복합 발효 미생물을 이용한 기능성 발효 사료 제조 방법과 이를 가축사료로 사용하는 방법에 관한 것이다. 본 발명의 발효 사료를 가축에 급여함으로써 가축의 건강을 증진하고 질병에 대한 저항력을 증진시켜 폐사율을 감소시키고 사료의 효율을 극대화하는 효과가 있다.

Description

유기산 생성 미생물과 광합성 미생물을 이용한 기능성 발효사료{Functional fermented feed using microorganism producing organic acid and photosynthetic microorganism}

본 발명은 유기산 생성 미생물을 생산하는 스트렙토코커스 페칼리스 와 카로티노이드를 생산하는 광합성 세균을 포함하는 복합 발효 미생물을 이용한 발효 사료 및 이의 용도에 관한 것으로, 좀 더 상세히 설명하면 고분자 유기물을 저분자 유기산으로 전환하여 가축의 정장작용을 유도하는 스트렙토코커스 세균과 카로티노이드를 생산하여 세포내에 축적하는 특성을 갖는 광합성 세균, 다양한 세포의 유기물 분해효소를 생산하는 바실러스균 및 효모균을 순수 배양하고 이 배양물들을 적절한 사료 곡물과 혼합 발효시켜 생산하는 분말 형태의 기능성 복합 발효 사료제조 및 이의 용도에 관한 것이다.

자연 상태로 성장하는 경우와 달리, 밀집 사육되는 동물은 질병에 대한 저항력이 약화되기 쉽고 일단 발병이 되면 급속하게 전파되기 때문에 양계와 양돈을 포함하는 축산가들은 질병의 치료와 예방의 차원에서 항생제를 사용하지 않을 수 없다. 그러나 이런 목적으로 사용된 잔류 항생제는 축산물과 축산 가공식품을 통해 결국에는 사람에게 돌아오게 되는데, 이런 과정에서 병원성 미생물들은 항생제에 대한 내성을 계속적으로 획득하게 되고 이를 해결하기 위해서는 더욱 많은 양의 항생제를 사용하게 되는 악순환이 반복되는 실정이다.

이를 해결하기 위한 대안으로 제시된 것이 항생제인 안티바이오틱(antibiotic)과 대별되는 개념의 프로바이오틱(probiotic)이며, 일반적으로 비타민 함량이 높은 효모균, 장내 균총을 형성하는 유기산 생성균, 분해 효소 활성이 높은 바실러스균 등을 가축의 사료나 음수에 첨가하여 급여함으로써, 가축의 건강을 증진시키고 질병을 예방하여 과도한 항생제의 사용을 억제하고자 하는 것이다. 국내에서 제조되는 프로바이오틱의 대부분은 이런 효모균, 젖산균, 또는 바실러스균을 위주로 하며, 단일 균종으로 구성된다.

일반적으로 사용되는 효모균은 알콜 발효를 수행하므로 사료 섭취에 대한 가축이 기호성을 증진시키며, 효모균 자체로도 비타민 함량이 높기 때문에 가축의 생육과 건강에 도움이 된다. 유기산 생성균은 발효 과정을 통해 사료에 포함된 탄수화물을 유기산 등으로 전환함으로써 장 상피 세포를 통한 탄수화물의 소화와 흡수를 용이하게 하고, 장내의 산도를 조절하고 유지하는 역할을 통해 정장 작용을 유도하며, 장내에 고착하여 장내 균총을 형성하므로 병원균에 대한 경쟁적 배제를 통해 질병으로부터 가축을 보호한다. 바실러스균은 아밀라제, 프로테아제, 리파제 등의 다양한 세포외 분해효소를 분비하므로 사료에 포함된 고분자 유기물을 분해하여 장 상피세포를 통한 영양 물질의 소화와 흡수를 용이하게 하고 사료의 효율을 높인다.

그러나 사료효율을 극대화하여 소비되는 사료의 양을 줄이거나 폐사율의 감소를 통한 축산가의 경제적 이익, 가축의 성장에 대한 영양학적 조절과 질병의 예방 및 건강상태 유지, 밀집사육에서 기인하는 스트레스의 해소 등을 감안하면 단일 균주 보다는 여러 종류의 유익한 기능성 미생물로 구성된 복합체제가 더욱 효율적이다. 아울러, 베타-카로틴(β-carotene), 라이코펜(lycopene), 에키네논(echinenone), 파이토엔(phytoene), 제아잔틴(zeaxanthin), 칸타잔틴(canthaxanthin) 등의 카로티노이드계 물질들은 세포 대사과정에서 생성된 반응성 산소종(oxygen-radical)을 세포에 무해한 형태로 전환하기 위해 광합성 식물 및 미생물들이 생합성하고 축적하는 기능성 색소 및 전구 물질들이다.

이런 카로티노이드계 물질들은 그들이 지니는 황색이나 적색의 독특한 색깔과 강력한 항 산화능, 자가면역 촉진 등의 기능을 가지고 있으므로, 식품산업분야에서 착색제로 널리 사용되고 있으며, 의약품분야에서 노화방지제, 황산화제, 항스크레스제, 항암제로의 사용이 확대되고 있는 생리활성 물질이다. 또한 연어와 무지개 송어의 육질을 개선하고 색도를 증진하므로 양식산업에 사용되고 있다.

광합성 세균 중 로도슈도모나스 속 세균은 박테리오클로로필(bacteriochlorophyi1) 등을 광수용체로 이용하여 광합성작용을 수행하는 자색 비유황세균의 일종이며, 라이코펜(lycopene), 로도비브린(rhodovibrin), 스피릴로잔틴(spirilloxanthin), 모노하이드록시 카로틴(monohydroxy carotene) 등의 항 산화 기능성 카로티노이드계 물질들을 생산하여 세포 내에 축적한다.

이와 같이 광합성 세균, 특히 로도슈도모나스속 세균을 이용한 선행특허로서, 한국 공고특허 제98-143954호에서는 로도슈도모나스속의 광합성 세균 농축 배양물과 아스페르길루스 속(Aspergillus sp.) 및 리조푸스 속(rhizopus sp.)의 진균 발효 농축물을 필수 구성성분으로 하는 동물의 번식력 및 증체량 증진용 조성물 및 이를 포함하는 제제를 개시하고 있다. 상기 특허는 특히 성숙한 가축에 있어서 산란 증진, 난중량 증가 및 번식 성적을 개선시키고, 가축의 증체 및 사료효율을 개선시켜 경제성을 높여주고, 분변냄새와 악취를 경감시키고 분변의 발효를 촉진하여 우수한 유기질 비료화를 촉진하고 부패분해 및 병원균 번식을 억제하고 식물 성장과 탄소동화작용을 도와 비료효과를 높이는 효과가 있다. 또한 한국 특허출원 제94-018144호 광합성 세균을 배지에서 배양하고, 농축기를 이용하여 1cc 당 1,000∼5,000억 세포의 수준으로 농축시킨 광합성 세균을 양식어의 먹이로 이용되는 인공사료에 대해 0.1 내지 1중량%에, 황곡균 배양 발효물 3∼30중량% 및 제오라이트 분쇄물 50∼75중량%로 구성된 사료첨가제 조성물을 개시하고 있다.

이에 본 발명자들은 효모균의 영양학적 특성, 바실러스균의 역가 높은 분해효소를 이용한 사료효율의 극대화의 가능성과 로도슈도모나스속 세균이 카로티노이드계 물질을 생산한다는 점, 유기산 생성균의 정장작용 유도 및 경쟁적 배제를 통 한 질병 예방 등에 착안하여, 유기산 생성 미생물 스트렙토코커스 속 세균과 광합성 세균인 로도슈도모나스속 세균을 위주로 하고 효모균, 바실러스균을 이용한 복합 발효 사료가 상술한 프로바이오틱의 기능을 효율적으로 달성할 수 있음을 발견하였고, 또한, 본 발명을 통해 조합된 미생물 균주를 각각 순수 배양하고 배양물을 발효 사료 대상인 곡물에 혼합하여 발효시킨 다음 분말 형태의 발효 사료로 제조한 후, 가축 사육 시험에 적용하고 그 결과를 확인함으로써, 본 발명을 완성하였다.

따라서, 본 발명의 목적은 기능성 복합 발효사료를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 상기 복합발효 사료를 사용하는 방법을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 발효사료는 생명공학연구소에 2000년 10월 30일자로 기탁된 스트렙토코커스 페칼리스 세균(Streptococcus faecalis KCTC 18051P) 0.2∼0.5중량%, 효모균 0.5∼1.0중량%, 광합성균 0.1∼0.5중량%, 바실러스균 0.2 ∼0.5중량 및 발효대상 곡물 97.5∼99중량%로 이루어진 분말 혹은 입제상 제제이다.

이하 본 발명을 좀 더 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.

본 발명에 따른 발효 사료는 생명 공학 연구소에 2000년 10월30일자로 기탁된 스트렙토코커스 페칼리스 세균(Streptococcus faecalis. KCTC 18051P), 광합성균, 효모균, 바실러스균 및 발효대상 곡물로 이루어진다.

본 발명에 상기된 스트렙토코커스 페칼리스는 기존의 유기산 생성미생물에 비해 발효사료에 혼합된 광합성균, 효모균 및 바실러스균의 생장에 상승효과를 유도하는 특징을 가지고 있다. 따라서 본 발명의 발효사료를 급여하면 동물의 장내에서 안정된 미생물 개체수를 유지하고 장내에 잘 고착하게 하며, 제품에 포함된 미생물의 안정성을 유지하게 한다. 그 사용량의 50중량%∼60중량%이며, 50중량% 미만이면 발효 사료의 안전성 및 동물에 급여시 기대한 만큼의 충분한 효과를 보장할 수 없고, 60중량%를 초과하면 동물의 영양 균형에 문제가 발생할 수 있다.

상기 젖산균은 장내 균총을 형성하며 유기산을 생성하여 적장작용을 유도하는 특징과 여타의 미생물 성장을 억제할 수 있는 박테리오신과 같은 일종의 자연항생물질을 생성하는 특징을 갖는데, 그 사용량은 0.2∼0.5중량%이며, 0.2중량% 미만이면 상기 적장작용의 효과를 단기간 내에 기대하기 어려우며, 1.0중량%를 초과하면 발효사료에 포함된 다른 미생물의 생장을 억제하는 경향이 있다.

상기 효모균은 성장이 빠르고 균내 함유 비타민의 양이 높으며, 여기에는 동물의 정상적인 성장에 필요한 필수 아미노산과 미지 생장인자가 포함되어 있다. 또한 효모균은 알콜발효를 통해 탄수화물을 알콜로 전환시킬 수 있으므로 동물의 사료에 대한 기호성을 증진시키는 효과를 갖는다. 이때 효모균의 사용량은 0.5∼1.0중량%이며, 0.5중량% 미만이면 본 발명의 발효사료를 통한 급여 가축의 생육에 충분한 효과를 기대할 수 없으며, 1.0중량%를 초과하면 알콜이 과도하게 생성되어 아세트산 생성으로 전환되어 오히려 기호성을 떨어뜨리는 경향이 있다.

상기 바실러스균은 고역가의 탄수화물, 단백질, 지질, 섬유소 및 폴리포스페이트를 분해하는 분해효소를 생성하므로 가축의 소화, 흡수를 증진시켜 사료 효율을 높이고, 소화에 따른 스트레스를 감소시켜 가축의 생육을 원활하게 하며 분변 발생량을 감소시키는 효과를 갖는다. 이때 바실러스균의 사용량은 0.2∼0.5중량%이며, 0.2중%량 미만이면 분해효소 생성량이 적어 기대하는 만큼의 사료 효율을 보장할 수 없으며, 0.5중량%를 초과하면 가스 발생으로 인해 제품이 변질될 가능성이 있다.

상기에 사용되는 발효 대상 곡물은 옥분, 옥대, 대두박, 말분, 면실박, 미강, 탈지강, 건조 분말 형태의 음식물 및 제올라이트로 이루어진 군으로부터 하나 또는 그 이상 선택되며, 그 사용량은 97.5중량%∼99.0중량%를 초과하면 상기의 각종 복합균주로부터 기대하는 효과를 거두기 어렵다. 상기 옥분, 옥대, 대두박, 말분, 면실박, 미강(혹은 탈지박), 건조분말의 음식물 및 제올라이트의 혼합 중량비는 1.5 : 1 : 1 : 1.4 : 1 : 4 : 0.1이 바람직하나, 이에 제한되는 것은 아니다.

이렇게 이루어진 상기 발효 사료를 실온(20∼25℃)으로 정체 발효시켜 분말의 형태로 제조한다.

상기 발효 사료의 총 균체수 평균 2∼5 x 10⁷/g(발효사료)의 최대 50중량%의 양으로 가축에 급여함으로써 가축의 건강을 증진하고 질병에 대한 저항력을 증진시켜 폐사율을 감소시키고 사료의 효율을 극대화하며 궁극적으로는 항생제의 남용을 억제하는 프로바이오틱의 제조 발효법을 제공할 수 있다. 본 발명에 따른 발효사료의 총균체수 10⁷/g(발효사료) 미만이면 상기 설명된 발효사료 구성 미생물 균주의 효능, 효과를 기대하기 어려우며, 10⁸/g(발효사료)/톤(사료)을 초과하면 민감한 동물의 경우 과다급여로 인한 설사 등의 과민반응을 일으킬 수 있다.

본 발명의 발효사료는 모든 가축사료를 포함하나, 특히 젖소, 비육우, 육계, 산란계 또는 육성 비육돈에 공급되는 사료가 바람직하다.

이하, (실시예)를 통하여 본 발명을 좀더 구체적으로 설명하지만, 하기 예에 본 발명의 범주가 한정되는 것은 아니다.

(실시예 1)

광합성 세균의 배양

500ℓ 발효기를 이용하여 유기산 생성 미생물인 스트렙토코커스 페칼리스와 광합성 세균을 고농도로 배양하였다. 이때 사용한 배지는 로도슈도모나스 액체배지(ATCC Medium 543) 조성의 3배 농도로 제조하여 사용하였으며, 초기 배지의 pH는 7.0으로 조정하였다. 또한 배양온도는 25℃를 계속적으로 유지하였고, 배양이 진행되면서 교반속도는 100∼150rpm으로 조절하였고, 통기량은 0.5∼1.0vvm으로 조절하였다. 상기 조건으로 5일간 배양하여 획득한 배양물은 흡광도 160의 균체량을 나타냈다.

(실시예 2)

광합성 세균의 총 카로티노이드의 추출 및 함량분석

디메틸설폭사이드(Dimethyl sulphoxide ; DMSO) 추출방법을 이용하여 총 카로티노이드를 추출하였다. 원심분리를 통해 습득한 균체를 동결 건조한 후, 여기에 DMSO를 첨가하여 현탁하고 원심분리를 통해 균체를 파괴하였다. 여기에 에테르와 아세톤을 혼합한 용매를 사용하여 카로티노이드를 추출하고 분광분석기를 이용하여 이 용액의 흡광도를 측정하여 하기 수학식 1에 적용함으로써 총 카로티노이드의 함량을 분석하였다.

-수학식 1

분석결과, 건조균체량 100g에 대하여 박테리오클로로필의 함량은 1,140㎍으로 측정되었으며, 총 카로티노이드의 함량은 970㎍으로 측정되었다.

(실시예 3)

유기산생성균, 효모균, 바실러스균의 배양 및 제제화

500ℓ발효기를 이용하여 젖산균, 효모균 및 바실러스균을 고농도로 각각 순수배양하였다. 이렇게 배양한 배양물은 유기산 생성균인 스트렙토코커스의 경우 흡광도가 74, 효모균은 127, 바실러스균은 89의 균체농도를 나타냈다. 이 배양물을 동량으로 혼합한 배양핵 1ℓ를 옥분, 옥대, 대두박, 말분, 면실박, 미강(혹은 탈지박), 건조분말의 음식물 및 제올라이트의 혼합 중량비는 1.5 : 1 : 1 : 1.4 : 1 : 4 : 0.1kg에 첨가하고 혼합하여 24시간, 실온(20∼25℃) 건조후 포장함으로써 분말형태의 기능성 발효사료를 제조하였다.

(실시예 4)

발효사료의 젖소 및 비육우 적용시험

(실시예 3)에서 제조된 기능성 발효사료를 젖소의 사육에 적용하며 발효사료의 효과를 확인하였다. 우유를 생산하는 젖소 40마리를 반분하여 대조구와 시험구로 나누고 대조구에는 기존의 기존사료를 급여하였으며, 시험구에는 기존 사료 50%와 본 발명의 기능성 발효사료 50%를 혼합하는 비율로 하여 5개월간 급여하며 유량변화 및 유지방 변화 등을 확인하였다. 그 결과 처음 3주정도는 대조구와 시험구 사이에 뚜렷한 차이를 볼 수 없었으나, 3개월 후부터는 대조구에 비해 유량이 1.3배정도 증가하고, 유지방도 점차 증가하여 5개월 후부터 대조구가 3.3%인데 반해 실험구는 3.7%로 증가하였다. 비육우의 적용에서는 층체의 정도가 대조구에 비해 3개월 정도 일찍 출하하는 효과를 확인하였다.

(실시예 5)

본 발효 사료의 산란계 적용시험

(실시예 3)에서 제조된 분말형태의 기능성 발효사료를 산란계의 사육에 적용하며 기능성 발효사료의 효과를 확인하였다. 시산기의 중추 2만수를 반분하여 대조구와 시험구로 나누고 대조구에는 기존의 분말사료를 급여하였으며, 시험구에는 기존배합사료 70%와 본 발효사료 30%를 혼합하는 비율로 하여 3개월간 급여하며 산란율, 난황의 색도 변화 등을 확인하였다. 그 결과 처음 3주정도는 대조구와 시험구 사이에 뚜렷한 차이를 볼 수 없었으나, 1개월 후 부터는 산란율과 난황의 색도에 커다란 차이를 보이기 시작했다. 차이가 나타난 2개월간의 대조구의 평균 산란율은 78.4%인데 비해 시험구는 81.3%로 약 3%의 산란율 증가를 보였다. 또한, 난황의 색도도 시험구에서는 평균 9.4도였는데 반해 대조구는 12.6도로 약3.2도의 색도증가를 보였다.

(실시예 6)

(실시예 3)에서 제조된 분말형태의 기능성 발효사료를 육성비육돈의 사육에 적용하며 발효사료의 효과를 확인하였다. 이후 20일령의 자돈 500두를 반분하여 대조구와 시험구로 나누고 대조구에는 기존의 분말사료를 급여하였으며, 시험구에는 100% 비율로 하여 출하시기까지 급여하며 출하일별, 사육시의 변화 및 도축시 판정등급을 비교하였다. 그 결과 대조구의 출하일령은 155일 이었으나 시험구의 출하일령은 152일로 3일 단축되었고, 도축시의 등급판정 또한 대조구 A등급이 47%인데 비해 시험구는 68%로 훨씬 높은 육질 등급을 받았다. 또한, 사육시에 발생하는 분변의 악취강도도 대조구에 비해서 시험구의 육성비육돈에서는 관능적으로 훨씬 낮은 수준임이 확인되었다.

전술한 바와 같이, 본 발명의 기능성 발효사료를 제조하여 가축에 급여함으로써 가축의 건강을 증진하고 질병에 대한 저항력을 증진시켜 폐사율을 감소시키고 사료의 효율을 극대화하는 효과가 있다.

Claims

스트렙토코커스 페칼리스 세균(Streptococcus faecalis KCTC 18051P) 0.2∼0.5중량%, 효모균 0.5∼1.0중량%, 광합성균 0.1∼0.5중량%, 바실러스균 0.2 ∼0.5%중량으로 만들어진 발효사료
제1항에 있어서, 상기 부재료가 옥분, 미강, 음식물 찌꺼기, 탈지강 및 제올라이트로 이루어진 군으로부터 하나 또는 그 이상 선택됨을 특징으로 하는 스트렙토코커스 페칼리스 세균을 포함하는 복합미생물 발효사료.
제1항 내지 제2항 중 어느 한 항에 따른 복합미생물 발효사료를 가축용 배합사료와 본 발효사료 30%∼100%의 양으로 첨가하는 것을 특징으로 하는 스트렙토코커스 페칼리스와 로도슈도모나스속 세균을 포함하는 미생물 발효사료의 제조 및 사용방법.
제3항에 있어서, 상기 가축이 젖소, 비육우, 육계, 산란계 또는 육성비육돈임을 특징으로 하는 스트렙토코커스 페칼리스와 로도슈도모나스속 세균을 포함하는 발효사료의 사용방법.