KR20130123515A

KR20130123515A - 사료첨가용 은나노 조성물

Info

Publication number: KR20130123515A
Application number: KR1020120046686A
Authority: KR
Inventors: 노복남; 남원모
Original assignee: 노복남; 남원모
Priority date: 2012-05-03
Filing date: 2012-05-03
Publication date: 2013-11-13
Also published as: KR101348687B1

Abstract

본 발명은 사료첨가용 은나노 조성물에 관한 것으로 전해질로서 무해한 포타시움 글루메이트(potaciumglumate), 소디움 글루메이트(sodiumglumate) 중에서 선택되는 하나의 글루탐산염을 전해질로 사용하여 전기분해한 은나노용액에 은나노입자의 산화를 방지하므로서 은나노입자의 기능을 지속적으로 유지할 수 있도록 하는 탈산조제 그리고 유화안정성을 증진시키고 사람이나 동물의 체내에 축적된 카드뮴, 바륨, 구리, 망간 등의 금속을 체외로 배출하는 기능성 소듐알지네이트, 면역증진제로 조성되는 사료첨가용 은나노 조성물에 관한 것이다.

Description

사료첨가용 은나노 조성물{A composition of silver nanoparticle for additive of animal feed}

본 발명은 사료첨가용 은나노 조성물에 관한 것으로 구체적으로는 전해질로서 무해한 포타시움 글루메이트(potaciumglumate), 소디움 글루메이트(sodiumglumate) 중에서 선택되는 하나의 글루탐산염을 전해질로 사용하여 전기분해한 은나노용액에 은나노입자의 산화를 방지하므로서 은나노입자의 기능을 지속적으로 유지할 수 있도록 하는 탈산조제 그리고 유화안정성을 증진시키고 사람이나 동물의 체내에 축적된 카드뮴, 바륨, 구리, 망간 등의 금속을 체외로 배출하는 기능성 소듐알지네이트, 면역증진제로 조성되는 사료첨가용 은나노 조성물에 관한 것이다.

금속의 나노입자라함은 원자 및 분자수준에서 물질을 물리적 화학적으로 제어하여 유용한 구조와 기능을 발현시키며 이를 통해 종래와는 전혀 다른 원리의 디바이스구축을 가능케하므로서 활용성이 큰 기술분야라 할 수 있다.

여기에서 나노(nano)라 함은 10억분의 1미터를 나타내는 단위로 이와 같은 물질이 나노미터크기로 초미세화되면 본래의 벌크물질과는 전혀 다른 물리적 화학적특징을 가지게 된다. 그예로서 벌크상태의 금용융점이 1064℃인 반면에 2nm의 미세입자들은 융점이 500℃로서 전혀 다른 용융점을 갖이게 되고 색상도 금색이 아닌 진한포도주색상으로 변하게 된다. 마찬가지로 금속의 나노화는 본래의 벌크상과는 전혀 다른 특징을 가지게 된다.

은이온(A+)을 이용한 살균소독의 경우 수십년전부터 연구가 진행되어 왔으며 기존의 연구로부터 강력하고 광범위한 항균활성이 있음을 알 수 있으며 은은 동물에 해가 없고 독성이 없으며 미생물 체내의 신진대사기능을 다방면으로 억제하여 650여종류의 유해세균을 죽이는 것으로 알려져 있다. 이러한 신진대사기능 억제 이외에도 금속은이 방출하는 은이온(Ag+)의 전기적능력으로 인체 미생물의 생식기능에 영향을 주어 항균 및 살균작용을 하는 것 또한 알려져 있다.

은이온의 항균활성메카니즘을 이해하기 위한 다양한 설명들 중 가장 널리 알려져 있는 메카니즘으로 효소 등의 단백질을 구성하고 있는 아미노산의 하나인 시스테인(cysteine) -SH기와 은이온이 반응하므로서 S-Ag가 형성되어 미생물을 불활성화시키는 메카니즘이라 할 수 있다.

그 이외에 미생물의 세포질막에 있는 K+이온을 방출시키므로서 미생물을 불활성화시키거나 미생물의 DNA에 존재하는 염기와 직접 반응하므로서 미생물의 세포분열을 방해한다는 연구결과가 발표되었다.

이상과 같이 미생물을 불활성화하게되는 메카니즘에는 차이가 있지만 은나노입자는 상기와 같은 강력하고 광범위한 항균활성이 있음에 착안하여 사료첨가용 항균조성물을 조성함에 목적이 있다.

종래기술로서 동물사료첨가제로서 국내등록특허공보(등록번호 제493851호)에는 "고농도 셀레늄함유 효모 가수분해물의 제조방법 및 이를 함유하는 가축용 기능성 첨가제"에 관한 기술내용으로 사카로 마이세스세레비시에(sacharomycescerevisiae)에 셀레늄염을 첨가시킨 배지에서 배양한후 원심분리한후 침전된 균체를 건조시켜 셀레늄함유효모를 얻고 건조효모를 5.0~7.5pH 및 50~70℃의 온도조건하에서 건조효모에 대해 0.5~2중량%의 단백질분해효소를 첨가하여 5000dalton 이하의 효모펩타이드로 가수분해시키고 가수분해된 효모펩타이드 100~140g에 대해 75~80mg의 셀레늄염(30~40mg의 셀레늄함유)을 첨가시켜 40~60℃에서 20~30시간 반응시켜 설레늄결합효모 펩타이드를 얻고 이를 건조시켜서된 고농도 셀레늄함유 세레늄효모 가수분해물을 제조하고 이를 가축용 기능성 첨가제로 사용하므로서 가축의 항스트레스효과를 높히므로서 가축의 생산성을 높히는 기술에 관한 것으로 본원출원에서와 같이 동물사료에 첨가하므로서 각종 병원균과 항생제 내성균주에 대한 강력한 항균 및 살균효과, 병원체에 대한 면역증진효과를 갖는 사료용 은나노 조성물과는 큰 차이가 있다.

국내등록특허공보(등록번호 제552577호)에는 "대사성질병을 저감하는 젖소용 사료 첨가제"에 관한 기술이 소개되고 있다. 기술의 내용은 옥수수분말, 당밀, 나이아신, 콜린, 보호메치오린, 크롬, 피콜레이트 및 비타민E로 조성되는 대사성질병 저감용 사료첨가제로서 이 또한 동물의 질병방지 및 면역성의 증진목적인 사료첨가제 조성물과는 큰차이가 있다.

그밖에 국내등록특허공보(등록번호 제3750064호)에는 "기능성 음료의 제조방법"에 관한 기술이 소개되고 있으며, 기술내용으로는 80~100℃로 유지되는 열수에 탄산칼륨(K₂CO₃), 중탄산나트륨, 소디움실리케이트 및 감미성 탄수화물을 용해시킨후 서서히 냉각하여 음전하 알카리 수용액을 얻고 이어서 불활성가스인 질소가스의 치환(분위기)하에 알카리 수용액에 희귀금속(은, 금의 미세입자) 콜로이드용액을 첨가하여 안정화시킨 기능성 음료 원액의 제조방법이라 할 수 있다. 이상에서 기능성음료를 얻기 위해 열수 1kg에 대하여 소디움실리케이트(물유리분말) 상당량(100~200g)을 첨가하고 있으나 소디움실리케이트는 100℃이상의 고압하에서 물에 용해하는 것으로 알고 있고 이와 같은 물유리용액을 음용해도 문제가 없는지 분명하지 않다.

본 발명은 동물사료첨가용 은나노 조성물에 관한 것으로 은나노 미세입자의 세균 및 바이러스에 대한 광범위하고 강력한 항균 및 살균성을 이용한 은나노 조성물을 사료에 첨가하므로서 섭취에 따라 발생할 수 있는 병원균에 의한 각종 질병예방과 면역력을 증진시키고 항생제 내성유해 세균 및 바이러스의 활성을 억제하여 사멸시킬 수 있고 또한 은나노입자의 산화변질에 의한 기능성 저감을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 동물에 무해한 동물사료첨가용 은나노 조성물을 제공함에 있다.

중량비로 0.01~0.5%농도의 글루타민소다 또는 글루타민산카리의 전해질용액으로한 뱃치(batch) 시스템으로 전기분해한 10~50ppm의 은나노수용액을 얻고 이 은나노수용액에 아스코르빈산을 첨가하여 100ppm이 되도록 분산시킨 아스코르빈산분산 은나노수용액 85중량%에 20중량%의 알지네이트수용액 14.5중량%, 면역제증진제 0.5중량%을 첨가해서된 동물사료첨가용 은나노조성물을 제공하므로서 본 발명 목적을 달성할 수 있다.

본 발명 동물사료첨가용 은나노 조성물은 동물에게 무해하고 안전하며 다양한 유해세균 및 바이러스에 대한 강력한 항균 및 살균성을 가지며 전기한 세균 및 바이러스중 항생제에 내성을 갖는 세균 및 바이러스에 대해서도 항균 및 살균성을 가지며 또한 이와 같은 기능을 지속적으로 유지시킬 수 있어 동물의 질병의 예방과 면역성을 갖게되는 동물사료첨가용 은나노 조성물이라 할 수 있다.

본 발명은 종래 일반적인 전기분해장치를 사용하되 동물에 무해한 전해질로 10~50ppm의 비교적 낮은 농도의 은나노 수용액과 또한 동물체내 금속축적 제거기능을 갖는 알지네이트를 조성물로 사용하므로서 안정성을 확보함과 동시에 환원성의 탈산소제인 아스코르빈산을 사용하므로서 은나노입자의 본래 기능을 지속적으로 유지할 수 있는 동물사료첨가용 은나노 조성물에 관한 것으로 이를 구체적으로 설명하면, 중량비로 0.01~0.5중량%농도의 글루타민산가리 또는 소다전해질용액으로 뱃치시스템으로 전기분해한 10~50ppm의 은나노수용액에 아스코르빈산을 첨가 100ppm의 아스코르빈산이 용해된 은나노 수용액 85중량%에 20중량%의 알지네이트수용액 14.5중량%, 면역력증진제 0.5중량%를 첨가해서된 동물사료첨가용 은나노 조성물에 관한 것이라 할 수 있다.

상기 조성물에서와 같이 은나노입자를 전해방법으로 제조하는 경우에는 전해질로서 황산과 질산과 같은 동물에 유해한 전해질을 사용하므로서 이를 중화하거나 다른 방법으로 제거한다 하더라도 처리과정에서 은나노입자에 변질이 있을 수 있고 안전성을 보장할 수 없는 문제점이 있다. 그러나 본원에서는 전해법에서 사용한 글루타민산소다 또는 글루타민산 가리는 글루타민산염으로 물이나 알콜에 쉽게 용해하며 약 0.3% 농축액으로 식품방향증진제(flavour enchancers)로 사용하며 식품의 식감을 좋게하는 작용을 갖게되는 전해질이라 할 수 있다.

또한 본 발명에서 사용하는 범위의 10~50ppm의 비교적 낮은 은나노 수용액으로서도 동물사료용으로 충분한 항균 및 살균기능을 발휘하므로서 굳이 종래 고농도의 은나노입자를 얻기 위해 전해조 저면이나 측면 외측부에 전자장을 형성시키거나 나노입자의 응집성장을 방지하기 위하여 전해조내에 교반기를 설치하거나 바이브레숀장치를 설치하는가하면 음극에 은나노입자가 도금되지 않도록 제어하는 수단 등 번거롭고 복잡한 장치의 설치가 불필요하다.

경우에 따라 본 발명에서 한정하고 있는 은나노입자의 범위 이내에서 조정이 필요하면 전해질의 농도, 전압을 조절하므로서 가능하다.

첨가조성물로 소디움알지네이트 또는 포타시움알지네이트는 식품첨가제로 사용되는 물질로 식품의 유화안정을 증진하여 식품의 물성촉감을 부드럽게하는 작용이 있으며 특히 소디움알지네이트는 인체 또는 동물에 축적되는 카드뮴, 구리, 망간 등의 금속까지 몸밖으로 배출하는 기능이 있으며 이와 함께 낮은 농도의 은나노 수용액을 사용하므로서 우선 동물에 무해하다 할 수 있으나 장기복용으로 동물체내에 금속축적에 대한 안정성도 고려하고 있다.

그밖에 은나노 조성물에 첨가되는 면역증강제로는 셀레늄, 비타민A,D,E 중에서 선택되는 하나 이상을 사용한다.

상기와 같은 방법으로 얻어진 사료첨가용 은나노 조성물의 사료에 첨가하는 량은 사료 100중량부에 은나노 조성액 10~30중량부를 첨가 혼련가소화하여 일정형태의 펠릿형이나 구상형의 소편의 사료로 만들 수 있고 일정형태로 만들어진 사료의 표면층에 코팅하여 막을 형성하는 경우의 어느쪽도 가능하다. 이는 상기 사료첨가용 조성물로서 소다 또는 가리의 알긴산염은 미역귀 또는 곤피 등 갈조류의 주성분인 알긴산의 염으로서 점성이 큰 접착력을 가지고 있어 사료조성물의 결합제로서는 아주 적절한 결합제라 할 수 있고 또한 상기 알긴산염은 필름(막)성형이 뛰어나 스프레이코팅시 사료표면층에 막이 형성되므로서 사료의 보존성이 향상된다.

상기 본 발명 사료첨가용 은나노 조성물의 특징을 열거하면 유해균이나 바이러스에 대하여 강력한 항균성 및 살균력을 보유하고 있으며 항생제에 내성을 갖는 유해균이나 바이러스에 대해서도 강력한 항균성 및 살균력을 가지며 모든 조성물이 동물에 유익하거나 적어도 무해한 조성물을 사용하므로서 안전성을 기할 수 있고 또한 은나노입자의 변질을 방지하므로서 은나노입자의 본래 기능성을 지속적으로 유지시킬 수 있고 동시에 사료의 보존성도 향상시킬 수 있으며 각종 질병에 대한 동물의 면역성을 높힐 수 있는 사료첨가용 은나노 조성물이라 할 수 있다.

상기 사료첨가용 은나노 조성물의 항균 및 살균성에 관한 효과를 측정하기 위해 실시예에서와 같이 사료첨가용 은나노 조성물을 조성하였다.

본 발명의 사료첨가용 은나노 조성물의 조성방법에 따라 중량비로 0.2농도의 글루타민산소다의 전해질용액으로 20~25ppm의 은나노 수용액을 얻고 이 은나노 수용액에 아스코르빈산을 첨가하여 100ppm의 아스코르빈산 은나노 수용액을 제조하고 이 수용액 85중량%에 20중량%의 소디움 알지네이트수용액 14.5중량%, 면역력증진제 0.5중량%을 첨가용해시켜 사료첨가용 은나노 조성물을 제조하였다.

실시예(1)의 은나노 조성물(액)에 동량의 물을 첨가 희석시킨다음 상온으로 유지시킨 희석액에 가장일반적인 유해균인 대장균(escherichia coli 25922), 녹농균(pseudomonas aeruginosa ATCC 15442), 화농균(Staphylococcus aureus 6538)의 각각의 배양액을 첨가 일정농도로 한후 시간경과에 따른 항균시험을 실시한 경과 표(1)과 같은 시험결과를 얻었다.

사료첨가용 은나노 조성물(액)의 항균시험결과.

시험항목	시험경과에 따른 항균상태
시험항목	초기농도 (CFU/40P)	1일후 농도 (CFU/40P)	2일후 농도 (CFU/40P)	3일후 농도 (CFU/40P)	4일후 농도 (CFU/40P)
대장균에 대한 항균시험	411	62	13	0	0
녹농균에 대한 항균시험	428	126	21	8	0
화농균에 대한 항균시험	396	112	16	4	0

상기 표에서 나타난 바와 같이 본 발명에 의한 은나노 조성물이 대장균, 녹농균, 화농균의 활성을 저감시키므로서 4일 후에는 상기 모든 균이 사멸함을 보여주고 있다.

그밖에도 그람양성(Gram positive), 그람음성(Gram negative) 그리고 항생제 내성을 지닌 세균에서부터 곰팡이나 바이러스에 이르는 미생물에 대한 은나노입자의 반응을 알아본 보고들에 의하면,

◎ 그람양성에 대해서는 Bacillus subtilis, Mycobacterium bovis, Mycobacterium segmatis, Staphylococcus aureus의 균주에 대하여 MIC(Minimum Inhibitory Concentration) 값을 측정하였고 고체배지속에 실시예(1)의 은나노 조성액을 첨가하여 억제되는 영역이 크기를 가지고 영향력을 알아본 결과 전반적으로 기존의 항생제보다 더 민감한 반응을 보였으며 상기 그람양성세균을 억제하는 효과를 보인 것으로 보고되고 있다.

경북대학교 자연과학대학 생명과학부의 은나노입자의 항균작용과 작용기작에 관한 보고(Korean, Journal of Microbiology and Biotechnology)

인용문헌 : 6, 12, 18, 24, 40, 49

◎ 또한 그람음성에 대해서는 Acinetobacter baumanii, Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa, Salmonella typhi, Vibrio cholerae 등에 대한 효과에 대한 실험결과는 그람 양성에 비하여 더 낮은 농도의 은나노 조성물로 더 효과적인 억제효과를 볼 수 있었던 균주가 있는 반면 오히려 불활성 효과가 약한 균주들도 있었다.

인용문헌 : 6, 12, 18, 24, 25, 40, 49

◎ 그리고 항생제 내성균주에 대한 은나노 조성액의 항균작용에 대한 결과로서 대표적인 메티실린 내성균 MRSA(Methicillin-Resistant Staphylococcus. aureus), MRSE(Methicillin-Resistant Staphylococcus. epidermidis)에 대해서 알아보았다.

일반적으로 MRSE, MRSA에 대한 은나노 조성액의 항균작용은 그람양성에 대한 효과와 유사함을 알 수 있었고 고체배지에 첨가결과배지에서의 억제작용반경이 가장 길게 나타난 것으로 보고되고 있다.

인용문헌 : 1, 18, 40

◎ 그밖에 곰팡이, 바이러스에서도 은나노입자의 미생물 불활성화에 대한 연구가 보고된바 있다. Candida albicans, Aspergillus fumigatus, Cryptococcus neoformans, Candida tropicalis, Candida parapsilosis 및 Candida krusei 등의 연구결과에 따르면 MIC 측정, 세포주기의 지연, 균사 형성억제와 관련하여 형태적인 변화 등에 대해서 다양한 실험이 이루어졌으며 그 결과 영향력이 있음을 확인되었고 다만, MIC 값이 위에서 다뤘던 세균들에 비하여 높게 나타나는 경향을 보였다. 이는 기본적으로 곰팡이는 진핵생물이고, 특유의 세포벽을 갖고 있기 때문이며, 바이러스에 관한 연구중에 HIV-1에 관한 논문에서는 세포독성이 없는 낮은 온도에서도 은나노입자가 바이러스외피에 있는 gp120 당단백질과 결합하여 CD4와 gp120의 상호작용에 영향력을 미친다고 보고되고 있다.

인용문헌 : 14, 18, 25, 28, 29, 34

이상의 본 발명 실시예(1)에 의한 은나노 조성물의 실험결과와 경북대학교 자연과학대학 생명공학부의 참고문헌을 바탕으로한 은나노입자의 항균작용과 작용기작의 보고에 의하면 은나노 조성물이나 은나노입자는 유해균에 대한 강력한 항균 및 살균작용이 있고 항생제 내성균주에 대해서는 항균 및 살균효과가 있음을 알 수 있으며 유해곰팡이나 바이러스도 불활성화시키는 효과가 있음을 알 수 있다.

이와 같이 은나노입자를 사용한 은나노 조성물을 사료에 첨가하므로서 사료에 의해서 발생하는 각종 질병을 사전에 예방할 수 있는 효과가 있다.

Claims

중량비로 0.01~0.5중량% 글루타민산염을 전해질로하여 뱃치시스템으로 전기분해한 10~50ppm의 은나노 수용액에 아스코르빈산을 첨가 100ppm의 아스코르빈산이 용해된 은나노 수용액 85중량%에 20중량%의 알지네이트수용액 14.5중량%, 면역증강제 0.5중량%를 첨가해서되는 동물사료첨가용 은나노 조성물.
청구항 제1항에 있어서,
글루탐산염이 소다 또는 가리 글루탐산염임을 특징으로 하는 동물사료첨가용 은나노 조성물.
청구항 제1항에 있어서,
알지네이트는 소다 또는 가리의 알긴산염임을 특징으로 하는 사료첨가용 은나노 조성물.
청구항 제1항에 있어서,
면역증강제는 셀레늄, 비타민A,D,E 중에서 선택되는 하나 이상의 면역증강제임을 특징으로 하는 동물사료첨가용 은나노 조성물.
청구항 제1항에 있어서,
사료첨가용 은나노 조성물의 첨가량을 사료 100중량부에 대하여 10~30중량부를 첨가함을 특징으로 하는 동물사료첨가용 은나노 조성물.