KR20170021462A - 육상양식장에서 배출된 고형오물을 이용한 양식용 사료 조성물 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 육상양식장에서 배출된 생물의 고형오물을 포함하는 극피동물문 또는 환형동물문 생물의 양식용 사료 조성물을 제공한다.
Description
본 발명은 양식용 사료 조성물에 관한 것으로서, 더 상세하게는 육상양식장에서 배출된 고형오물을 유효성분으로 함유하는 양식용 사료 조성물에 관한 것이다.
해양어업을 통한 수산물의 생산은 연간 9,000만 톤 수준에서 정체되고 있으나 수산물에 대한 수요는 꾸준히 증가하여 그 부족부분 4,000만톤은 수산양식 생산으로 충족시키고 있다. 현재의 수산양식 방법은 가두리를 이용한 외해양식과 순환여과방식을 이용한 육상양식이 주를 이루고 있다. 외해양식은 자연의존적인 방식인데 반하여 육상양식장은 자연환경의 영향을 받지 않는 독립적인 방식이다. 육상양식장은 기후적 지리적 조건을 극복할 수 있기 때문에 그 중요성이 점차 증대되고 있다.
그러나 전 세계적으로 육상양식장에서 배출되는 고형오물에 의한 환경오염 문제는 날로 그 정도가 심각해지고 있기 때문에 근본적인 해결책이 요구되고 있고 이를 처리하기 위해 바이오 가스화, 식물환경복원화(phytoremediation), 유기질비료화 등 여러 가지 실용화 방안이 시도되었지만 고염류로 인한 유지질 비료화의 어려움과 고농도의 유기물 함량 때문에 도시폐수처리장에서 처리가 곤란하여 실용화 되지 못하였으며 2013년부터 해양투기가 전면 금지되어 이에 대한 대책이 시급하다.
해삼은 최근 전 세계 해삼 생산량의 90%를 소비하는 중국의 경제 성장으로 그 수요가 폭발적으로 증가함에 따라 중국을 중심으로 아시아지역에서 새로운 양식 대상 종으로 각광받고 있다. 해삼(Apostichopus japonicus)은 주로 한국 전 연안과 중국 발해만 그리고 일본과 러시아의 태평양연안에서 한대 해역까지 북동 태평양전역에 분포하고 있는 냉수성 수산양식 생물이다.
해삼의 식성은 독특하여 바다 저층의 뻘을 섭취하는 부식성식성(deposit feeder)으로 바다의 청소부로 불리어지고 있다. 해삼의 이러한 식성을 이용하여 굴 양식장에서 발생된 굴 배설물을 이용하여 해삼을 양식하는 복합양식을 시도하여 좋은 성적을 얻고 있다.
해삼의 이러한 식성 때문에 해삼양식용 사료 조성물에는 뻘이 사료전체의 20%를 차지한다. 현재 해삼사료는 거의 전량 중국으로부터 고가로 수입하고 있기 때문에 저가의 해삼사료 개발이 절실한 실정이다.
대한민국 등록특허 제0366394호는 양식장 오염 퇴적물의 살균화 방법을 이용한 유기질 비료 제조방법을 개시하고 있다.
그러나, 상기 선행기술의 경우, 퇴적물을 처리하는 공정이 복잡하여 이를 자원화하는데 한계가 존재할 뿐만 아니라 해수육상양식장에서 배출되는 고형오물은 염을 다량함유하고 있기 때문에 유기질 비료로 사용할 수 없는 단점을 가지고 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 보다 경제적이고 효율적인 극피동물 또는 환형동물문 생물의 양식용 사료 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 관점에 따르면, 육상양식장에서 배출된 생물의 고형오물을 포함하는 극피동물문 또는 환형동물문 생물의 양식용 사료 조성물이 제공된다.
본 발명의 다른 일 관점에 따르면, 육상양식장으로부터 배출된 고형오물에 미강을 첨가하여 악취를 제거하는 탈취단계;
상기 고형오물에 대두박을 첨가 후 미생물을 접종하여 발효시키는 발효단계; 및
상기 발효 고형오물을 건조기로 건조하는 건조단계를 포함하는 극피동물문 또는 환형동물문 생물의 양식용 사료의 제조방법이 제공된다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따르면, 육상양식장에서 배출된 고형오물을 이용하여 효율적인 해삼사료 생산효과를 구현할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 육상양식장에서 배출된 고형오물을 채취하는 과정을 나타낸 것으로 육상순환양식시스템의 퇴적물 탱크(A), 양식장의 고형오물(B), 고형오물 채취(C) 및 고형오물 시료를 봉투에 담아 운반하는 과정(D)을 나타낸 사진이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 고형오물의 유기물을 태운 후 회분 입자를 현미경으로 관찰한 것으로 뱀장어 양식장에서 채취한 고형오물의 입자(A)이고 상품사료의 뻘 입자(B)를 나타낸 사진이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 뱀장어 양식장 고형오물(EF), 무지개송어 고형오물(RF) 및 상품사료(CF)를 해삼에게 급여하고 상기 해삼의 생존율(survival rate)을 측정한 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 뱀장어 양식장 고형오물(EF), 무지개송어 고형오물(RF) 및 상품사료(CF)를 해삼에게 급여하고 상기 해삼의 먹이섭식율(feed intake)을 측정한 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 뱀장어 양식장 고형오물(EF), 무지개송어 고형오물(RF) 및 상품사료(CF)를 해삼에게 급여하고 상기 해삼의 비성장속도(specific growth rate)를 측정한 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 뱀장어 양식장 고형오물(EF), 무지개송어 고형오물(RF) 및 상품사료(CF)를 해삼에게 급여하고 상기 해삼의 총 증중량(total weight gain)을 측정한 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 미생물을 이용하여 발효공정을 거쳐 발효한 고형오물사료를 제조하는 공정을 나타내는 순서도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 발효사료(FF) 실험군, 미발효사료(UF) 실험군 및 상품사료(CF) 실험군 해삼의 생존율(survival rate)을 측정한 그래프이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따라 발효사료(FF) 실험군, 미발효사료(UF) 실험군 및 상품사료(CF) 실험군 해삼의 먹이섭식율(feed intake)을 측정한 그래프이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따라 발효사료(FF) 실험군, 미발효사료(UF) 실험군 및 상품사료(CF) 실험군 해삼의 비성장속도(specific growth rate)를 측정한 그래프이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따라 발효사료(FF) 실험군, 미발효사료(UF) 실험군 및 상품사료(CF) 실험군 해삼의 총 증중량(total weight gain)을 측정한 그래프이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 고형오물의 유기물을 태운 후 회분 입자를 현미경으로 관찰한 것으로 뱀장어 양식장에서 채취한 고형오물의 입자(A)이고 상품사료의 뻘 입자(B)를 나타낸 사진이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 뱀장어 양식장 고형오물(EF), 무지개송어 고형오물(RF) 및 상품사료(CF)를 해삼에게 급여하고 상기 해삼의 생존율(survival rate)을 측정한 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 뱀장어 양식장 고형오물(EF), 무지개송어 고형오물(RF) 및 상품사료(CF)를 해삼에게 급여하고 상기 해삼의 먹이섭식율(feed intake)을 측정한 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 뱀장어 양식장 고형오물(EF), 무지개송어 고형오물(RF) 및 상품사료(CF)를 해삼에게 급여하고 상기 해삼의 비성장속도(specific growth rate)를 측정한 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 뱀장어 양식장 고형오물(EF), 무지개송어 고형오물(RF) 및 상품사료(CF)를 해삼에게 급여하고 상기 해삼의 총 증중량(total weight gain)을 측정한 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 미생물을 이용하여 발효공정을 거쳐 발효한 고형오물사료를 제조하는 공정을 나타내는 순서도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 발효사료(FF) 실험군, 미발효사료(UF) 실험군 및 상품사료(CF) 실험군 해삼의 생존율(survival rate)을 측정한 그래프이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따라 발효사료(FF) 실험군, 미발효사료(UF) 실험군 및 상품사료(CF) 실험군 해삼의 먹이섭식율(feed intake)을 측정한 그래프이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따라 발효사료(FF) 실험군, 미발효사료(UF) 실험군 및 상품사료(CF) 실험군 해삼의 비성장속도(specific growth rate)를 측정한 그래프이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따라 발효사료(FF) 실험군, 미발효사료(UF) 실험군 및 상품사료(CF) 실험군 해삼의 총 증중량(total weight gain)을 측정한 그래프이다.
용어의 정의:
본 문서에서 사용되는 용어 "육상순환양식시스템(recirculating aquaculture systems, RAS)"은 양식생물의 대사와 성장과정에서 일어나는 노폐물에 의해 오염된 물을 정화 처리하면서 한 번 사용한 물을 계속 사용하는 양식 방법으로 물이 적은 곳에서도 양식할 수 있고, 단위면적당 생산량을 증가시킬 수 있다는 장점이 있으나, 설비 및 전력 등의 비용문제와 고형오물의 처리는 아직 미비한 상태이다.
본 문서에서 사용되는 용어 "해삼(Apostichopus japonicus)"은 돌기해삼이라고 불리고 있으며 생물학적 분류체계에 따르면 극피동물문(Echinodermata), 해삼강(Holothuroidea), 해삼과(Stichopodiae) 여자삼속(Apostichopus)에 속한다. 건강 기능성물질인 사포닌과 콘드로이친을 다량 함유하고 있으므로 예로부터 바다의 인삼이라 부른다.
본 문서에서 사용되는 용어 "고형오물(solid waste)"은 수산양식에서 발생하는 오염 등의 문제를 해결하고자 도입된 육상양식장으로부터 배출되는 고형 퇴적물로 어류의 배설물과 일부 잔여사료로 구성되어 있다. 어류 1 kg을 생산하기 위하여 사료 1-3 kg을 급여해야 하고 그 중에서 약 36%는 고형오물형태로 배출된다(Naylor et al., Nature. 405: 1017-1024. 2000).
발명의 상세한 설명:
본 발명의 일 관점에 따르면, 육상양식장에서 배출된 생물의 고형오물을 포함하는 극피동물문 또는 환형동물문 생물의 양식용 사료 조성물이 제공된다.
상기 양식용 사료 조성물에 있어서, 상기 양식생물은 어류, 패류, 갑각류 또는 무척추동물일 수 있다. 상기 극피동물문 생물은 해삼, 성게, 불가사리 또는 바다나리일 수 있고 상기 환형동물문 생물은 지렁이, 갯지렁이 또는 거머리일 수 있다.
상기 양식용 사료 조성물에 있어서, 상기 고형오물은 미발효 고형오물 또는 미생물로 발효시켜 제조된 발효 고형오물(fermented solid waste)일 수 있는데, 발효 고형오물인 것이 바람직하나, 이에 제한되는 것은 아니며, 상기 극피동물문 생물은 해삼(Apostichopus japonicus) 또는 성게인 것이 바람직하나 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 고형오물은 어류 배설물, 잔여사료, 노폐물, 퇴적물, 슬러지(sludge), 오니(oni), 뻘(mud) 또는 저질(sediments)일 수 있고 상기 미생물은 유산균(L. lacti), 황국균(Aspergillus oryzae), 고초균(Bacillus subtilis) 또는 원시해양미세조류일 수 있으며, 상기 원시해양미세조류는 Schizochytrium 속의 미세조류일 수 있다.
상기 발효공정은 고형오물에 미강을 첨가 후 악취를 제거하는 탈취단계; 대두박을 첨가하여 발효원료 기질을 제조하는 발효원료 기질 제조단계; 상기 발효원료 기질에 유산균을 접종하는 유산균 처리단계; 황국균을 접종하는 황국균 처리단계; 고초균을 접종하는 고초균 처리단계; 및 원시해양미세조류를 첨가하는 원시해양미세조류 처리단계를 포함할 수 있다.
상기 양식사료는 펠렛(pellet), 크럼블(crumble), 반죽 또는 분말 사료일 수 있다.
본 발명의 다른 일 관점에 따르면, 육상양식장으로부터 배출된 고형오물에 미강을 첨가하여 악취를 제거하는 탈취단계; 상기 고형오물에 대두박을 첨가 후 미생물을 접종하여 발효시키는 발효단계; 및 상기 발효 고형오물을 건조기로 건조하는 건조단계를 포함하는 극피동물문 또는 환형동물문 생물의 양식용 사료 조성물의 제조방법이 제공된다.
상기 제조방법은, 상기 건조된 발효 고형오물을 분쇄기로 분쇄 후 펠렛제조기로 압출성형 후 크럼블화(crumble)하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
상기 발효단계는 상기 고형오물에 대두박을 첨가 후 수분을 조절하여 발효원료 기질을 제조하는 발효원료 기질 제조단계; 상기 발효원료 기질에 유산균을 접종하는 유산균 처리단계; 상기 발효원료 기질에 황국균을 접종하는 황국균 처리단계; 상기 발효원료 기질에 고초균을 접종하는 고초균 처리단계; 및 상기 발효원료 기질에 원시해양미세조류를 첨가하는 원시해양미세조류 처리단계를 포함할 수 있다. 상기 발효단계에 있어서, 상기 유산균 처리단계 및 고초균 처리단계는 순차적으로 또는 동시에 수행될 수 있다.
기존의 해삼사료는 모두 분말형태로 가공되어 적정량의 물을 첨가하여 반죽형태로 해삼에게 급여하고 사료가 바닥에 침전될 때까지 사육수 교환과 에어레이션을 중지시켰다. 상기 급여 방법은 수질을 오염시키고 수온, 용존산소, pH의 변화를 유발할 수 있다(Xia et al., Aquaculture. 384-387, 2013). 또한 순환여과시스템에서 반죽사료를 사용하면 사료로부터 대량의 유기물질이 사육소로 용출되어 스키머와 여과조의 부담을 가중시키며 미세한 사료입자가 생물학적여과조로 유입되면 대량의 산소를 소모하여 혐기성 환경이 만들어져 여과기능이 파괴된다(Han et al., The 9th Asian Fisheries & Aquaculture Forum, 165. 2011). 본 발명은 해삼육상양식장의 최대 난제인 사료문제에 있어 크럼블사료를 해삼에게 공급함으로써 상기와 같은 문제점들을 해결하였다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있는 것으로, 이하의 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.
실시예 1: 고형오물의 채취와 일반성분 분석
본 발명의 일 실시예에 따라 충청북도 충주에 소재하는 뱀장어 양식장과 무지개 송어 양식장에서 채취한 고형오물과 해삼사료의 일반성분을 분석하였다(도 1).
구체적으로, 육상양식장에서 채취한 고형오물과 시판중인 해삼 상품사료(DL Co., Ltd)의 일반성분 분석은 AOAC(Association of Official Analytical Chemists. Washington DC., AOAC. Official method of analysis. 16th ed. U.S.A., 1-43, 1995)방법, 조단백질은 Kjeldahl법으로 분석하였으며, 조지방은 클로로포름(choloroform)과 메탄올(methanol)을 2:1 비율로 혼합한 용액을 용매로 한 Bligh and Dyer추출법(1959)에 준하였다. 수분은 상압가열 건조법으로 105℃의 드라이오븐(dry oven)에서 6시간 동안 건조 후 측정하였고, 조회분은 직접회화법(Dry ashing)으로 600℃ 회화로에서 4시간 동안 태운 후 정량하였으며 탄수화물 함량도 AOAC에 따라 계산하였다. 고형오물의 경우는 분말형태가 아닌 액상형태이므로, 우선 시료 내 침전물을 고르게 하기 위하여 수차례 흔들어 샘플을 채취하였고, 건조물의 형태로 전환하여 실험을 수행하였으며 조섬유는 자동분석장치(Fibertec, Tecator)를 이용하여 측정하였다.
그 결과, 뱀장어 양식장에서 채취한 고형오물의 경우 수분함량은 72.2%, 수분을 제외한 건물질의 단백질은 10.9%, 지질은 1.2%, 그리고 조회분은 85.8%였으며, 무지개송어 양식장에서 채취한 고형오물의 경우 수분함량은 87.0%, 수분을 제외한 건물질의 조 단백질은 20.5%, 지질은 3.2% 그리고 조회분은 70.9%로 나타났다. 상품사료의 수분함량은 5.4%, 수분을 제외한 건물질의 조 단백질은 21.0%, 지질은 1.7%, 그리고 조회분은 41.0%였다. 특히 해삼사료로 사용되는 상품사료의 경우 조단백질 함량이 21% 전후로 제조 판매되고 있는데 무지개송어 양식장에서 채취한 고형오물의 경우 조단백질 함량이 20.5%로 해삼사료로서 단백질 함량 측면에서 볼 때 상당히 높은 함량이었다. 이러한 차이는 두 어종의 소화흡수나 생리적 차이보다는 급이하는 사료의 형태에서 기인한 것으로 생각된다. 무지개송어 양식장에서는 펠렛형 침강사료를 급이하고 있었으나, 뱀장어양식장에서는 반죽사료를 급이하고 있었다. 무지개송어 양식장의 고형오물 속에는 먹다 남은 침강사료의 일부가 포함되었기 때문에 두 양식장에서 채집한 고형오물의 단백질 함량이 차이가 나타나는 것으로 생각된다. 무지개송어 양식장 고형오물의 단백질함량이 시판용 해삼 상품사료와 비슷한 수준인 점은 사료자원화가치와 가능성을 더욱 높여주었다. 또한 뱀장어 양식장에서 채취한 고형오물의 경우 회분함량이 85.8%로 높게 측정되어 현미경으로 자세히 관찰한 결과 지하수로부터 유입된 토양입자에서 기인된 것으로 판단되고 그 토양입자의 크기와 정도는 시판용 뻘(mud)과 거의 유사한 형태로 나타나 해삼사료로서 상기 고형오물의 이용가능성을 더욱 높여 주었다(도 2). 상기 고형오물의 일반성분 분석 결과를 하기 표 1에 표시하였다.
| 샘플 | 수분(%) | 영양성분(%) | |||
| 조 단백질 | 조 지질 | 탄수화물 | 회분 | ||
| 고형오물(뱀장어 양식장) | 72.2±0.6b | 10.9±0.2 b | 1.2±0.1b | 2.1±0.2b | 85.8±3.1a |
| 고형오물(무지개 송어 양식장) | 87.0±2.7a | 20.5±0.8a | 3.2±0.2a | 5.4±0.5b | 70.9±0.8b |
| 해삼 사료 | 5.4±0.2c | 21.0±0.1a | 1.7±0.1b | 36.3±0.1a | 41.0±0.2c |
실시예 2: 실험 사료(feed stuff)
본 발명의 일 실시예에 따라 실험에 사용한 사료는 뱀장어 고형오물과 무지개송어 고형오물로 제조한 2종류 사료와 중국으로부터 수입한 해삼배합사료 총 3종류의 사료를 사용하였다. 고형오물사료의 제조는 육상양식장에서 채집한 고형오물을 건조기에 넣어 65℃에서 48시간 건조시키고 볼밀을 이용하여 충분히 분쇄시킨 후 펠렛제조기로 압출성형 하였으며, 표준체(sieve)로 고르게 친후 입자크기가 120 ㎛인 크럼블(crumble)사료로 제조하여 사용하였다.
실시예 3: 실험해삼 사육관리
본 발명의 일 실시예에 따라 실험에 사용될 해삼을 분양받아 사육실험을 수행하였다.
구체적으로, 본 연구에 사용한 돌기해삼 치삼(Apostichopus japonicus)은 경남 통영시 산양면의 종묘생산업체에서 분양받아 실험실로 운반하여 1,000 L 수조에 입식한 후, 실험환경에 적응할 수 있도록 17℃, 32 psu의 해수에서 기초사료를 공급하면서 5주간 예비사육을 실시하였다. 그 후 평균체중 1.5±0.2 g인 치삼을 96 L의 4각 수조에 각각 20개체씩 수용하여 해삼사육을 위하여 설계한 순환여과시스템(RAS)에서 각 실험군당 사육실험을 3회 반복하였다. 각 실험수조의 사육수 순환율은 20 주기/일로 조절하였고 실험기간동안의 사육환경은 수온 16.5-17.5℃, 염분 32 psu, pH 7.9-8.2, 용존산소 5.2-7.1 mg/L 및 총 암모니아 0.3-10.2 ppm의 범위로 유지하였으며 1일 사료공급량은 해삼체중의 5%를 1일 1회(17:00) 충분하게 공급하면서 8주간 사육을 실시하였다.
그 결과, 뱀장어 고형오물(EF) 실험군 해삼의 생체량은 95.1±4.5 g, 무지개송어 고형오물(RF) 실험군은 92.5±2.0 g 및 상품사료(CF) 실험군은 120.9±2.8 g으로 나타났다. 상기 사육실험 분석 결과를 하기 표 2에 표시하였다.
| 뱀장어 고형오물 | 무지개송어 고형오물 | 상품사료 | ||
| 최초 |
총 중량(g) | 30.0±0.5a | 30.0±0.7a | 30.0±.0.7a |
| 개수 | 20 | 20 | 20 | |
| 개별 중량(g) | 1.5±0.2a | 1.5±0.2a | 1.5±0.2a | |
| 최종 |
총 중량(g) | 95.1±4.5ga | 92.5±2.0ga | 120.9±2.8gb |
| 개수 | 20 | 20 | 20 | |
| 개별 중량(g) | 4.8±0.2ga | 4.2±0.2ga | 6.0±0.1gb |
실시예 4: 육상양식장 고형 오물 포함 사료의 성능 분석
본 발명의 일 실시예에 따라 뱀장어 고형오물(EF) 실험군, 무지개송어 고형오물(RF) 실험군 및 상품사료(CF) 실험군의 생존율(survival rate), 먹이섭식율(feed intake), 비성장속도(specific growth rate) 및 총 증중량(total weight gain)은 하기와 같은 공식으로 계산하였다.
생존률(SR):
상기 식에서 N2는 최종생존개체수, N1은 최초개체수를 나타낸다.
먹이섭식율(FI):
비성장속도(SGR):
상기 식에서 W 1 은 최초무게, W 2 는 최종무게, I는 섭식한 사료량 및 T는 사육기간을 나타낸다.
총 증중량(TWG):
상기 식에서 W I 는 수조당 수용한 해삼의 최초 총 중량, W F 는 최종 총 중량을 나타낸다.
모든 통계분석은 SPSS 16.0 프로그램을 사용하여 One-way ANOVA test를 실시한 후 Duncan smultiple rang test(Duncan, 1995)로 평균간의 유의성(P<0.05)을 검정하였다.
그 결과, 뱀장어 고형오물(EF) 실험군, 무지개송어 고형오물(RF) 실험군 및 상품사료(CF) 실험군 모두 100% 생존율을 나타내어 고형오물로 제조된 사료가 해삼에 대하여 독성을 나타내지 않는다는 것을 증명하였다(도 3).
먹이섭식율(feed intake)을 비교해본 결과 뱀장어 고형오물(EF) 실험군에서 최고의 섭식율을 나타냈으나, 무지개송어 고형오물(RF) 실험군과 비교했을때 유의한 차이를 나타내지 않았으며, 상품사료(CF) 실험군보다 현저하게 높은 결과를 관찰하였다(도 4). 현재까지 중국의 해삼 사육현장에서는 반드시 사료 내 뻘(mud)을 첨가시키는 것과 해삼의 섭이생태가 데트라이터스(detritus) 식성인 점으로 미루어 보아 뱀장어 고형오물에 월등히 많이 함유되어 있는 입자가 이러한 현상과 관련이 있을 것이라 사료된다.
이어 고형오물 실험군의 비성장속도를 비교해본 결과 뱀장어 고형오물(EF)와 무지개송어 고형오물(RF) 사이에서는 유의한 차이가 없었으나, 상품사료(CF) 실험군과 비교할 때는 현저히 낮은 결과를 나타내었다(도 5). 뱀장어 고형오물의 단백질 수준(10.9%)이 무지개송어 고형오물(20.5%)의 절반 밖에 되지 않음에도 불구하고 성장도와 비성장속도가 높게 나타났다. 이는 해삼의 사료가치를 평가할 때 단순히 단백질 함량만으로 비교평가하는 것은 곤란하다는 것을 시사한다.
상기 3개 실험군의 총 증중량을 비교한 결과 상품사료 > 뱀장어 고형오물 > 무지개송어 고형오물 순으로 나타났는데, 상품사료와 고형오물 실험군에서 현저한 차이를 나타내었다(도 6). 따라서 뱀장어 고형오물과 무지개송어 고형오물로 제조한 사료를 급여한 실험군은 상품사료 실험군과 비교하여 더 많은 먹이섭식율을 나타내었으나 성장이 많이 떨어지는 것을 확인하였다.
실시예 5: 발효 사료(fermented feedstuffs)
본 발명의 일 실시예에 따라 성장률이 떨어지는 고형오물 사료의 문제점을 해결하기 위하여 해삼의 고형오물에 대한 이용성을 개선하는 목적으로 4단 발효공정을 거친 고형오물 사료를 해삼에게 공급하고 사육실험을 수행하였다.
구체적으로, 실험사료 디자인은 3종류 실험군으로 발효사료(fermented feed, FF) 실험군, 미발효사료(unfermented feed, UF) 실험군 및 시판중인 해삼배합사료(commercial feed, CF) 실험군을 대조군으로 사용하였다. 사료조성은 발효사료에서 수분고정을 위하여 미강(rice bran)을 첨가하였고 단백질 질(quality)을 개선하기 위하여 탈지 대두박(defatted soybean)을 첨가하였다(표 3 참조).
상기 발효사료와 미발효사료의 원료배합은 고형오물, 미강 및 대두박을 2:1:1 비율로 혼합하였다(표 4 참조). 무지개 송어양식장에서 채집한 고형오물에 대두박과 미강을 첨가 후 수분을 75%로 조절하여 발효원료 기질을 제조하였다. 제1단 발효는 미생물 증식에 필요한 영양원 즉 기질을 살균하기 위한 목적으로 발효원료에 항균물질 생산능력이 있는 유산균(L. lacti IFO 12007)을 이용하였고 제2단과 제3단 발효과정은 고형오물 중 고분자 물질과 난 분해성 물질을 분해하는 단계로서 제2단 황국균(Aspergillus oryzae)과 제3단 고초균(Bacillus subtilis KFCC 11293)을 이용하였으며, 제4단 발효는 고도불포화지방산 DHA(docosa hexaenoic acid) 함량을 증가시키기 위하여 대두박을 기질로 한 Schizochytrium sp. GNU226 (KCTC12487BP)을 첨가하였다.
제조공정은 발효원료에 Lactococcus lactis IFO 12007의 배양액(106 CFU/g)과 A. oryzae(106 spores/g)를 발효원료에 분무접종하여 30℃에서 48시간동안 1단과 2단 발효를 연속으로 실시하였다.
다음으로 증류수를 첨가하여 수분을 90%로 조절하고 B. subtilis GSK3580(106 CFU/g)를 다시 접종해서 43℃에서, 24시간동안 제3단 발효를 실시하였으며 마지막으로 대두박을 기질로 한 원시해양미세조류 Schizochytrium sp. GNU 226 발효공정을 완료하였다(도 7). 모든 실험사료는 입자크기가 350 ㎛인 크럼블 사료로 가공하였고 건조기에 건조시켜 수분함량을 5.4%로 조절하였으며 냉장고에 보관하여 실험에 사용하였다. 상기 발효공정에 사용된 원료의 일반성분을 하기 표 3에, 발효사료와 미발효사료의 원료배합비율을 하기 표 4에 표시하였다.
|
샘플
|
수분(%)
|
영양 성분 | |||
| 조단백질(%) | 조지질(%) | 조섬유(%) | 회분(%) | ||
| 고형오물(RF) | 87.0 | 20.5 | 3.2 | 2.1 | 70.9 |
| 미강 | 5.6 | 12.5 | 15.2 | 45.32 | 6.6 |
| 대두박 | 8.27 | 47.0 | 1.86 | 4.19 | 7.37 |
| 성분 | UF | FF | CF |
| 고형오물 | 60.00 | 60.00 | - |
| 미강 | 20.00 | 20.00 | - |
| 대두박 | 20.00 | 20.00 | 15.00 |
| L. lactis IFO 12007 | 0.3 | - | |
| A. oryzae | 0.15 | - | |
| B. subtilis GSK 3580 | 0.05 | - | |
| S. mangrovei GNU 226 | 1.00 | ||
| 건조갯뻘 | 20.00 | ||
| 대형조류 분말 | - | - | 35.00 |
| 밀가루 | - | - | 13.00 |
| 페루 어분 | - | - | 15.00 |
| 굴 껍질 분말 | - | - | 1.00 |
| 대두 레시틴 | - | - | 1.00 |
| 총량 | 100.00 | 100.00 | 100.00 |
| 일반조성 | |||
| 조단백질 | 20.5±0.40a | 20.5±0.40a | 21.8±0.43a |
| 조지질 | 4.7±0.04a | 4.7±0.04a | 1.7±0.03b |
| 조회분 | 50.6±0.50a | 50.6±0.50a | 50.0±0.85a |
| 수분 | 17.8±0.26a | 17.7±0.26a | 5.2±0.17b |
실시예 6: 발효 사료의 분석
본 발명의 일 실시예에 따라 상기 제조한 발효사료의 기능성을 검토하고자 4단 발효전과 후 사료의 일반성분 분석, 유리아미노산 함량 및 지방산조성을 비교 검토하였다.
구체적으로, 일반성분 분석은 상기 실시예 2의 방법으로 분석하였고 발효사료의 유리 아미노산 분석은 동결 건조한 발효전후의 사료 각각 1 g에 70% 에탄올 10 mL 첨가하여 24시간 동안 추출과정을 거친 후 3,000 rpm에서 20분간 원심분리 하고 상등액을 취하였다. 상기 상등액을 감압 농축 후 아미노산 분석용 시트르산 리튬 로딩 버퍼로 용해시키고, 0.22 μm 멤브레인 필터로 여과하여 아미노산 자동 분석기(Biochrom 30+ amino acid analyzer, Biochrom, Cambridge, UK)로 분석하였다(표 5 참조).
또한 발효사료의 지방산 조성 분석은 Bligh and Dyer(1959) 방법에 준하여 추출된 지방을 사용하였고 지방산 Methyl Ester 유도체화는 시료 일정량과 내부 표준물질(C23:0 메틸 에스테르) 1 mL(1 mg C23:0)를 캡 튜브에 취하고, 0.5 N NaOH-메탄올 용액 1.5 mL를 첨가하여 100℃에서 8분간 가열하고 검화(saponification)하였다. 방냉 후 12% BF3-메탄올 2 mL를 넣고, 다시 100℃에서 11분간 가열하여 메틸화(methylation) 한 후 약 30-40℃로 냉각하여 이소옥탄(iso-octane) 층이 분리되도록 하였다. 상기 이소옥탄층을 시료 병(4 mL)에 옮기고 이를 지방산 메틸에스테르(methylester) 시료로 사용하였다(표 5 참조).
가스 액체 크로마토그래피(gas liquid chromatography)를 이용한 지방산 분석은 OmegawaxTM-320(bonded polyglycol phase) 모세관 컬럼(30 m × 0.32 mm × 0.25 μm, i.d., SUPELCO, Supelco Park, PA, USA)을 장착한 Clarus 600(Perkin Elmer, USA)를 이용하였고 지방산의 분석은 동일 조건에서 분석한 표준품의 ECL과 비교하여 동정하였으며, 지방산 표준품은 14:0, 16:0, 18:1, 18:2, 18:3, 20:0, 22:1 및 24:0(D-104 Doosan Serdary Research Lab., Kyungkido, Korea)과 GC-MS로 동정된 멘헤이덴유(menhaden oil)를 사용하였다. 상기 유리아미노산 분석 조건을 하기 표 5에, 지방산의 분석 조건은 표 6에 표시하였다.
| 항목 | 조건 |
| 아미노산 분석기 | Biochrom 30+ |
| 컬럼 | Biochrom Lithium Column u-2299 |
| 버퍼 수용액 | 스트리산 리튬 버퍼(pH 2.80, 3.00, 3.15, 3.50, 3.55) |
| 유량 | 버퍼 유량 20 mL/hr, 닌하이드린 유량 20 mL/hr |
| 샘플 주입량 | 40 ㎕ |
| 컬럼 온도 | 35-80℃ |
| 항목 | 조건 |
| 장비 | Clarus 600 (Perkin Elmer, USA) |
| 컬럼 | Omegawax-320 (bonded polyglycol phase) capillary Column (30 m × 0.32 mm × 0.25μm, i.d, SUPELCO, Supelo Park, PA, USA) |
| 측정기 | Flame Ionization Detector (FID) |
| 운반 기체 | 헬륨 가스(1.0 kg/cm2) |
| 컬럼 온도 | 185℃(10 min) to 230℃(8 min) at 3℃/min |
| 주입 온도 | 250℃ |
| 측정 온도 | 270℃ |
| 분할 비율(split ratio) | 1 : 100 |
상기 분석결과, 일반성분의 경우, 조단백질은 20.5%에서 23.0%로 증가하였으며 조회분은 50.6%에서 52.3%로 증가하였다. 조지방의 경우 4.7%에서 4.6%5으로 거의 차이가 없었고 조섬유는 17.7%에서 5.4%로 낮아졌다. 해삼은 조섬유를 거의 이용하지 못하기에 조섬유 함량이 높으면 단위동물 사료원료로서 적합하지 않다. 그러나 발효과정을 통하여 조섬유가 분해되는 동시에 단백질을 포함한 대부분의 영양소가 소실되지 않아 사료로서의 영양적 가치가 개선되었음을 확인하였다(표 7 참조). 또한 미발효사료와 발효사료의 유리아미노산 분석결과, 총 유리아미노산은 발효전에 172.66 mg/100 g에서 발효 후에 784.21 mg/100 g으로 증가한 것으로 나타났다. 발효과정을 통해 발효된 사료의 유리아미노산 글루탐산(glutamic acid) 함량은 22.95%에서 4.44%로 낮아 졌고 L-타이로신(L-Tyrosine) 함량은 18.6%에서 8.37%로 낮아 졌으며 L-이소류신(L-Isoleucine) 함량이 15.59%에서 10.87%로 낮아진 것을 확인하였다. 반면에 L-아르기닌(L-Arginine)은 0.02%에서 1.9%로 높아진 것으로 나타났고 L-류신(L-Leucine)은 1.41%에서 6.8%로, L-메치오닌(L-Methionine) 함량은 0%에서 3.13%로 높아진 것을 관찰하였다(표 8 참조). 이러한 결과는 발효균주의 프로테아제(protease) 활성에 의하여 원료에 함유하고 있는 단백질이 분해된 것으로 생각된다.
아울러 발효전후 사료의 지방산 조성을 분석한 결과 발효과정을 통해 발효된 사료의 20:5n-3(EPA)는 0.23에서 1.75로 증가하였고 22:6n-3(DHA)는 0.89%에서 3.36%로 증가한 것으로 나타났다(표 9 참조). 상기 발효한 고형오물 사료의 일반성분, 유리아미노산 및 지방산 조성 분석 결과를 하기 표 7, 8 및 9에 표시하였다.
| 샘플 | 수분(%) | 영양 성분(%, 건조량 기준) | |||
| 조단백질 | 조지방 | 조섬유 | 회분 | ||
| 미발효 사료(UF) | 5.5±0.23a | 20.5±0.23a | 4.7±0.02a | 17.7±0.26c | 50.6±0.28a |
| 발효 사료(FF) | 5.5±0.14a | 23.0±0.24b | 4.6±0.02b | 5.4±0.5b | 52.3±0.14b |
| 상품 사료(CF) | 5.4±0.17a | 21.8±0.25a | 1.7±0.01c | 5.2±0.17a | 50.9±0.49a |
| 유리 아미노산(%) | UF | FF |
| L-Aspartic Acid | 3.38 | 4.92 |
| L-Threonine | 2.29 | 6.78 |
| L-Serine | 0.41 | 5.79 |
| L-Asparagine | 0.02 | 0.61 |
| L-Glutamic acid | 22.95 | 4.44 |
| L-Proline | 14.57 | 18.16 |
| Glycine | 5.23 | 2.35 |
| L-Alanine | 11.4 | 12.23 |
| L-Valine | 3.87 | 10.45 |
| L-Cystine | 0.21 | 1.20 |
| L-Methionine | ND | 3.13 |
| L-Isoleucine | 15.59 | 10.87 |
| L-Leucine | 1.41 | 6.80 |
| L-Tyrosine | 18.6 | 8.37 |
| L-Histidine | 0.05 | 2.00 |
| L-Arginine | 0.02 | 1.90 |
| 총 아미노산 | 172.66 | 784.21 |
* ND: Not detected.
| 지방산 | UF | FF |
| 14:0 | 6.53±0.03 | 6.64±0.03 |
| 15:0 | 0.59±0.02 | 0.64±0.01 |
| 16:0 | 34.13±0.15 | 34.44±0.19 |
| 16:1n-9 | 0.49±0.02 | 0.51±0.01 |
| 16:1n-7 | 1.01±0.01 | 1.02±0.01 |
| 17:0 | 0.74±0.02 | 0.77±0.02 |
| 18:0 | 9.38±0.13 | 9.54±0.09 |
| 18:1n-9 | 16.01±0.11 | 15.33±0.07 |
| 18:1n-7 | 1.31±0.02 | 1.39±0.01 |
| 18:2n-6 | 23.00±0.14 | 19.09±0.11 |
| 18:3n-3 | 1.77±0.01 | 1.57±0.02 |
| 20:0 | 1.09±0.01 | 1.23±0.01 |
| 20:1n-11 | 0.12±0.03 | 0.12±0.01 |
| 20:1n-9 | 0.22±0.02 | 0.3±0.00 |
| 20:4n-6 | 0.07±0.03 | 0.07±0.01 |
| 20:5n-3(EPA) | 0.23±0.03 | 1.75±0.02 |
| 22:0 | 0.93±0.01 | 0.53±0.02 |
| 22:1n-9 | 0.12±0.02 | 0.12±0.01 |
| 22:5n-6 | 0.04±0.01 | 0.25±0.01 |
| 22:5n-3 | 1.31±0.01 | 1.31±0.01 |
| 22:6n-3(DHA) | 0.89±0.01 | 3.36±0.03 |
| ∑ SFA | 52.39 | 53.79 |
| ∑ MUFA | 19.16 | 18.67 |
| ∑ PUFA | 27.33 | 27.42 |
| ∑ n-3 HUFA | 2.43 | 6.42 |
| ∑ n-6 HUFA | 0.11 | 0.32 |
실시예 7: 생존율, 섭식율 및 비성장속도
본 발명의 일 실시예에 따라 발효사료(FF) 실험군, 미발효사료(UF) 실험군 및 상품사료(CF) 실험군의 생존율을 분석한 결과 상기 3개의 실험군 모두 100%의 생존율을 나타내었다(도 8). 이 결과를 통하여 고형오물이 해삼에 대해 독성이 없는 것을 재확인 하였으며 고형오물 발효과정에 사용한 미생물도 해삼의 생존율에 영향을 미치지 않은 것을 증명하였다. 또한 섭식율을 분석한 결과 발효사료(FF) 실험군 해삼의 섭식률은 8.57 mgㅇg-1ㅇh-1이고 상품사료(CF) 실험군 해삼의 섭식률 8.04 mgㅇg-1ㅇh-1로 서로 유의적인 차이를 나타내지 않았으나 미발효사료(UF) 실험군의 15.81 mgㅇg-1ㅇh-1보다 현저하게 낮은 섭식율을 나타냈다(도 9). 이러한 결과는 발효공정 처리를 통한 해산의 고형오물에 대한 이용성이 개선되었음을 의미하므로 해삼사육에 있어 사료비용 절감효과를 나타낼 것으로 사료된다.
아울러 비성장속도를 분석한 결과, 발효사료(FF) 실험군과 상품사료(CF) 실험군의 생체중량 230 g씩 수용하여 90일 동안 사육하여 1,000 g 이상 성장한 것을 확인하였다. 실험초기 11.5 g의 치삼의 평균체중은 실험 후 발효사료(FF) 실험군 56.0 g, 미발효사료(UF) 실험군 25.3 g 및 상품사료(CF) 실험군 55.4 g으로 성장하였다.
발효사료(FF) 실험군의 비성장속도는 상품사료(CF) 실험군과 비교하여 유의적 차이를 나타내지 않았으나 미발효사료(UF) 실험군보다 현저히 높은 성장률을 나타내었다(도 10). 또한 발효사료(FF) 실험군의 총 증중량은 미발효사료(UF) 실험군과 비교하여 현저히 높은 총 증중량을 나타내었으나 상품사료(CF) 실험군과는 유의적인 차이를 나타내지 않았다(도 11).
따라서 발효전후의 사료를 각각 섭식한 해삼은 성장에서 유의적인 차이를 나타내었으며 발효공정을 통하여 해삼의 사료 이용성이 개선된 것을 증명하였다. 상기 실험군에 대한 사육결과를 하기 표 10에 표시하였다.
| 미발효사료(UF) 실험군 | 발효사료(FF) 실험군 | 상품사료(CF) 실험군 | ||
| 초기 |
총중량(g) | 230±3.7a | 230±3.5a | 230±2.1a |
| 개수 | 20 | 20 | 20 | |
| 개별 중량(g) | 11.5±1.2a | 11.5±1.2a | 11.5±1.2a | |
| 최종 |
총 중량(g) | 506.4±63.7gb | 1,121.8±102.5a | 1,108.3±113.7a |
| 개수 | 20 | 20 | 20 | |
| 개별 중량(g) | 25.3±6.2b | 56.0±7.5a | 55.4±5.7a |
결론적으로 육상순환 여과시스템(RAS)에서 대량으로 배출되는 고형오물을 본 연구의 발효공정을 통하여 처리하면 EPA와 DHA 함량이 높아지는 등 영양학적 가치가 개선되고 생존율과 성장률 또한 상품사료의 품질과 비교하여 동일한 효과를 나타내므로 해삼을 비롯한 다양한 수산생물 양식의 급여사료로 활용될 수 있다.
본 발명은 상술한 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
Claims (11)
- 육상양식장에서 배출된 생물의 고형오물을 포함하는 극피동물문 또는 환형동물문 생물의 양식용 사료 조성물.
- 제1항에 있어서
상기 양식생물은 어류, 패류, 갑각류 또는 무척추동물인 양식용 사료 조성물. - 제1항에 있어서
상기 극피동물문 생물은 해삼, 성게, 불가사리 또는 바다나리인, 양식용 사료 조성물. - 제1항에 있어서
상기 환형동물문 생물은 지렁이, 갯지렁이 또는 거머리인, 양식용 사료 조성물. - 제1항에 있어서
상기 고형오물은 미발효 고형오물 또는 상기 미발효 고형오물을 미생물로 발효시켜 제조된 발효 고형오물(fermented solid waste)인, 양식용 사료 조성물. - 제1항에 있어서,
상기 고형오물은 어류 배설물, 잔여사료, 노폐물, 퇴적물, 슬러지(sludge), 오니(oni), 뻘(mud) 또는 저질(sediments)인, 양식용 사료 조성물. - 제5항에 있어서,
상기 미생물은 유산균(L. lacti), 황국균(Aspergillus oryzae), 고초균(Bacillus subtilis) 또는 원시해양미세조류인, 양식용 사료 조성물. - 제7항에 있어서,
상기 원시해양미세조류는 Schizochytrium 속의 미세조류인, 양식용 사료 조성물. - 제5항에 있어서,
상기 발효공정은 고형오물에 미강을 첨가 후 악취를 제거하는 탈취단계;
대두박을 첨가하여 발효원료 기질을 제조하는 발효원료 기질 제조단계;
상기 발효원료 기질에 유산균을 접종하는 유산균 처리단계;
황국균을 접종하는 황국균 처리단계;
고초균을 접종하는 고초균 처리단계; 및
원시해양미세조류를 첨가하는 원시해양미세조류 처리단계를 포함하는, 양식용 사료 조성물. - 제1항에 있어서,
상기 양식사료는 펠렛(pellet), 크럼블(crumble), 반죽 또는 분말 사료인, 양식용 사료 조성물. - 육상양식장으로부터 배출된 고형오물에 미강을 첨가하여 악취를 제거하는 탈취단계;
상기 고형오물에 대두박을 첨가 후 미생물을 접종하여 발효시키는 발효단계; 및
상기 발효 고형오물을 건조기로 건조하는 건조단계를 포함하는 극피동물문 또는 환형동물문 생물의 양식용 사료조성물의 제조방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020150115838A KR20170021462A (ko) | 2015-08-18 | 2015-08-18 | 육상양식장에서 배출된 고형오물을 이용한 양식용 사료 조성물 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020150115838A KR20170021462A (ko) | 2015-08-18 | 2015-08-18 | 육상양식장에서 배출된 고형오물을 이용한 양식용 사료 조성물 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20170021462A true KR20170021462A (ko) | 2017-02-28 |
Family
ID=58543183
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020150115838A KR20170021462A (ko) | 2015-08-18 | 2015-08-18 | 육상양식장에서 배출된 고형오물을 이용한 양식용 사료 조성물 |
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| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20170021462A (ko) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107373031A (zh) * | 2017-08-17 | 2017-11-24 | 大连理工大学 | 一种裂殖壶菌在刺参养殖上的应用 |
| KR20200001408A (ko) * | 2018-06-27 | 2020-01-06 | 경상대학교산학협력단 | 천식 개선물질을 포함하는 해삼사료 조성물 및 그 제조방법 |
| KR20210001245A (ko) | 2019-06-27 | 2021-01-06 | 신우특수건설 (주) | 에너지 융합형 복합양식 시스템 |
-
2015
- 2015-08-18 KR KR1020150115838A patent/KR20170021462A/ko active Search and Examination
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