KR20220160135A - 아쿠아포닉스 기반의 농수산물 복합재배용 사료 조성물 - Google Patents

아쿠아포닉스 기반의 농수산물 복합재배용 사료 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 아쿠아포닉스 기반의 농수산물 복합재배용 사료 조성물에 관한 것으로, 상기 사료 조성물은 무기분말; 단백질 원료; 탄수화물 원료; 비타민제; 및 미네랄제를 포함하며, 상기 무기분말은 다공성 입자로, 내부 기공 내 천연물로부터 분리된 천연 추출물이 흡착되는 것으로, 본원발명 사료 조성물에 의하는 경우, 양어의 면역 및 생장성을 향상시킬 수 있으며, 이후 아쿠아포닉스 시스템으로 재배되는 식물의 생장성 또한 향상될 수 있다.

Description

아쿠아포닉스 기반의 농수산물 복합재배용 사료 조성물{AQUA PHONICS-BASED FEED COMPOSITION FOR COMPLEX CULTIVATION OF AGRICULTURAL AND MARINE PRODUCTS}
본 발명은 아쿠아포닉스 기반의 농수산물 복합재배용 사료 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 아쿠아포닉스 기반의 사료 조성물을 섭취함으로써 양어의 면역 및 생장성을 높이면서 이후 아쿠아포닉스 시스템에 의해 생장되는 식물의 생장성 또한 향상될 수 있는 사료 조성물에 관한 것이다.
양식업은 기상 이변, 연근해의 어종 변화 등에 따른 어업 피해에 대처하면서 식생활 변화에 대응하여 대량의 어패류를 안정적으로 공급하여 국민의 먹거리를 유지한다는 측면에서 수산업에서 차지하는 비중이 더욱 커지고 있다.
인류의 늘어나는 수산물 소비량을 충당하기 위해 수산양식은 고밀도 사육을 통한 대량생산에 초점이 맞춰지고 있다. 그러나, 인위적인 고밀도 양식 시스템에 의해 양식생물은 다양한 형태의 스트레스(고밀도사육, 물리적 장애, 수질악화)에 노출되었고(Wendelaar Bonga, 1997), 그에 따른 여러 가지 질병에 감염되어 집단 폐사로 이어졌다.
양식어류의 질병 대책으로서는 미연 방지보다 질병 발생 후에 항생제 및 여러 종류의 화학약품을 사용하고 있으며, 이와 같은 약제의 남용은 어류에게 스트레스를 주어 면역반응을 감소시킬 뿐만 아니라, 환경오염 및 병원체의 내성 증가 문제와 나아가서는 인체에도 영향을 줄 수 있는 가능성 등 많은 문제점을 야기하고 있다(Park, 2004).
한편, 아쿠아포닉스(Aquaponics)는 물고기를 키우는 양어양식(Aquaculture)과 식물을 키운다는 뜻의 그리스어 포노스(Ponos)가 결합된 용어로, 아쿠아포닉스는 수조에 영양분을 공급하여 물고기에게 먹이를 주고 물고기의 배설물과 잉여 양분을 통해 식물을 키우는 방식으로서, 물고기와 식물을 동시에 키울 수 있다.
종래 양어용 사료의 경우, 식물의 생장에 필요한 인(P), 칼륨(K) 및 철(Fe)의 성분을 충분히 제공해주지 못하므로 화학약품을 추가로 첨가하여 식물의 생장에 도움을 주는 방식이 개시되어 있다.
또한, 육상동물 및 수중동물은 동식물성 원료 내 인(P)을 효율적으로 이용할 수 없기 때문에, 종래의 양어용 사료에 인산 공급제를 첨가하여 양어 및 식물의 성장에 도움을 받고 있다. 인산 공급제는, 예를 들어, 일인산칼슘(MCP, monocalcium phosphate), 이인산칼슘(DCP, dicalcium phosphate), 삼인산칼슘(TCP, tricalcium phosphate)를 포함하며, 철분(Chelated iron), 수산화칼륨(KOH), 수산화칼슘(Ca(OH)2) 및 돌로마이트(CaMg(CO3)2) 등의 화학약품을 더 포함할 수 있다.
그러나, 이러한 화학약품을 첨가하여 부족한 미량원소를 보충하는 경우에는, 수조 내 수질을 악화시키는 문제점을 일으킬 수 있고, 환경 오염 등의 이차적 피해를 일으키기 때문에 아쿠아포닉스 사료로서의 실질적인 이용에 한계가 있을 수 있다.
이에, 본원발명의 아쿠아포닉스 기반의 농수산물 복합재배용 사료 조성물 내 천연추출물의 구성을 추가로 포함함으로써, 양어의 면역 및 생장성을 향상시키면서도 양어로부터 배출된 배설물에 의해 생산되는 식물의 생장성 또한 향상될 수 있는 아쿠아포닉스 기반의 농수산물 복합재배용 사료 조성물을 제공하고자 하였다.
KR 10-2113974 B1 KR 10-1893030 B1
본 발명의 목적은 무기분말; 단백질 원료; 탄수화물 원료; 비타민제; 및 미네랄제를 포함하며, 상기 무기분말은 다공성 입자로, 내부 기공 내 천연물로부터 분리된 천연 추출물이 흡착된 것으로, SOD 활성 및 리소자임(Lysozyme) 활성과 증체율 및 일간 성장률의 향상에 의한 양어의 면역 및 생장 향상 활성을 나타내는 아쿠아포닉스 기반의 농수산물 복합재배용 사료 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 본원발명의 아쿠아포닉스 기반의 농수산물 복합재배용 사료 조성물을 포함하는 양어용 사료를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 아쿠아포닉스 기반의 농수산물 복합재배용 사료 조성물은 무기분말; 단백질 원료; 탄수화물 원료; 비타민제; 및 미네랄제를 포함하며, 상기 무기분말은 다공성 입자로, 내부 기공 내 천연물로부터 분리된 천연 추출물이 흡착되며, 상기 천연물은 큰물레나물(Hypericum ascyron Linne var. longistylum Max.)을 포함하는 것이다.
상기 무기분말은 šœ가이트, 일라이트, 제올라이트, 맥반석, 벤토나이트, 규조토, 게르마늄, 황토, 백반석 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 것이다.
상기 단백질 원료는 어분, 혈분, 육골분, 곤충분말, 대두박, 면실박, 깻묵, 밀 글루텐 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 것이다.
상기 탄수화물 원료는 소맥분, 감자 전분, 고구마 전분, 옥수수 전분 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 것이다.
상기 비타민제는 비타민 A, 비타민 C, 비타민 D3, 비타민 E, 비타민 B1, 비타민 B2, 비타민 B3, 비타민 B4, 비타민 B6, 비타민 B9, 비타민 B12 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 것이다.
상기 미네랄제는 칼슘, 인, 나트륨, 염소, 마그네슘, 칼륨, 구리, 요오드, 철, 망간, 셀레늄, 아연 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 것이다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 양어용 사료는 상기 아쿠아포닉스 기반의 농수산물 복합재배용 사료 조성물을 이용하여 제조한 것이다.
이하, 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
본 명세서에서 사용되는 용어 ‘추출물’은 상술한 바와 같이 당업계에서 조추출물(crude extract)로 통용되는 의미를 갖지만, 광의적으로는 추출물을 추가적으로 분획(fractionation)한 분획물도 포함한다. 즉, 식물 추출물은 상술한 추출용매를 이용하여 얻은 것뿐만 아니라, 여기에 정제과정을 추가적으로 적용하여 얻은 것도 포함한다. 예컨대, 상기 추출물을 일정한 분자량 컷-오프 값을 갖는 한 외 여과막을 통과시켜 얻은 분획, 다양한 크로마토그래피(크기, 전하, 소수성 또는 친화성에 따른 분리를 위해 제작된 것)에 의한 분리 등 추가적으로 실시된 다양한 정제 방법을 통해 얻어진 분획도 본 발명의 식물 추출물에 포함되는 것이다.
본 발명에서 이용되는 추출물은 감압 증류 및 동결 건조, 분무 건조 등과 같은 추가적인 과정에 의해 분말 상태로 제조될 수 있다.
본 명세서에 사용된 용어 ‘유효성분’이란 단독으로 목적하는 활성을 나타내거나 또는 그 자체는 활성이 없는 담체와 함께 활성을 나타낼 수 있는 성분을 의미한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 아쿠아포닉스 기반의 농수산물 복합재배용 사료 조성물은 무기분말; 단백질 원료; 탄수화물 원료; 비타민제; 및 미네랄제를 포함하며, 상기 무기분말은 다공성 입자로, 내부 기공 내 천연물로부터 분리된 천연 추출물이 흡착되며, 상기 천연물은 큰물레나물(Hypericum ascyron Linne var. longistylum Max.)을 포함하는 것이다.
상기 아쿠아포닉스(Aquaponics)란 양어양식(Aquaculture)과 수경재배(hydroponics)가 결합된 용어로, 아쿠아포닉스는 수조에 영양분을 공급하여 물고기에게 먹이를 주고 물고기의 배설물과 잉여 양분을 통해 식물을 키우는 방식으로서, 물고기와 식물을 동시에 키울 수 있는 지속가능한 농수산 융합 생산 시스템이다.
보다 구체적으로, 양어 양식수조 내에는 양어가 배출한 배설물 및 잉여 사료가 존재하며, 상기 양어가 배출시킨 배설물에는 암모니아가 포함되어 있다. 상기 암모니아에는 식물 성장에 필요한 질소 성분을 포함하고 있으나, 식물이 흡수할 수 있는 질산염 형태로 전환이 요구되어 지는데, 질산염 형태로 전환 시킴으로써 식물이 질소성분을 흡수시킬 수 있으며, 식물에 의해 수중의 질소 성분이 제거되어 정화된 물은 다시 양어 양식 수조 내로 제공하여 양어 양식용 물로 제공할 수 있는 순환 시스템이다.
한편, 아쿠아포닉스의 양어 양식수조에는 양어의 생장을 위해 일반 어류용 사료가 제공될 수 있으나, 본원발명에서는 양어의 면역 및 생장성 향상과 더불어, 이후에 재배될 식물의 생장 향상을 위하여 아쿠아포닉스 기반의 농수산물 복합재배용 사료 조성물을 제공할 수 있다.
상기 아쿠아포닉스 기반의 농수산물 복합재배용 사료 조성물은 무기분말; 단백질 원료; 탄수화물 원료; 비타민제; 및 미네랄제를 포함하며, 상기 무기분말은 다공성 입자로, 내부 기공 내 천연물로부터 분리된 천연 추출물이 흡착되는 것일 수 있다.
상기 무기분말은 šœ가이트, 일라이트, 제올라이트, 맥반석, 벤토나이트, 규조토, 게르마늄, 황토, 백반석 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 것이다.
상기 šœ가이트(shungite)는 러시아 Karelia Ladoga호 북부의 Suojδrvi 부근 Shunga에서 원생대 야툴리아 시대(Jatulian)의 작은 흑연 미세 결정이 풍부한 변성도가 낮은 혈암 중에 층(두께 2m에도 달한다)이나 렌즈 모양체로 산출된다. 이는 피치와 같은 흑색이며, 치밀하고, 불투명하며, 금속의 광택을 띄며, 무르다. 불대에서 용융되지 않고 진한 질산에서 석묵산을 만든다.
상기 일라이트(illite)는 운모와 비슷한 구조를 가진 점토광물의 일종으로, 화학조성은 (K,H3O)Al2(Si,Al)4O10(H2O,OH)2이다. 화학성분으로 보아, 백운모에 가까운 것도 있으나 비교적 SiO2, MgO, H2O가 많고, K2O는 적다. 수백운모(水白雲母) 등과 같은 계열의 광물이다. 굳기 1 내지 2, 비중 2.6 내지 2.9이다. 쪼개짐은 ［001］로 완전하며, 조흔색은 백색이며, 토상(土狀)광택이 있다. 화학성분이나 결정구조로 보아 독립된 광물이 아니고, 다른 성분을 포함하고 있는 혼합광물이라는 견해가 있다. 알루미늄이 풍부한 이질(泥質) 또는 응회암질(凝灰岩質) 퇴적암 중에 산출되며, 열수성(熱水性) 광상모암의 변질광물로서 산출된다.
상기 제올라이트(zeolite)는 비석(沸石)이라고도 한다. 종류는 많으나 함수량(含水量)이 많은 점, 결정의 성질, 산상(産狀) 등에 공통성이 있다. 굳기는 6을 넘지 않으며, 비중은 약 2.2이다. 일반적으로 무색 투명하거나 백색 반 투명하다. 취관으로 가열하면 끓어서 팽대하기 때문에 이 이름이 붙었다. 대개의 종류는 염산에 녹아 흔히 아교 모양이 되지만, 소수의 종류는 염산에 녹지 않는다. 주요한 종류로서 방비석, 어안석, 캐버자이트, 소다비석, 휼란다이트, 스틸바이트, 로몬타이트, 이네사이트 등이 있다. 현무암이나 휘록응회암 등 염기성 화성암의 공동(空洞) 속이나 열극에서 산출되며, 때로는 화강암, 편마암 중에 2차광물로서 존재한다. 또한 금광맥 그 밖의 광맥 중에 산출되는 경우도 있다. 결정구조적으로 각 원자의 결합이 느슨하여, 그 사이를 채우고 있는 수분을 고열로 방출시켜도 골격은 그대로 있으므로 다른 미립물질을 흡착할 수가 있다. 이 성질을 이용해서 흡착제로 사용하며, 크기가 다른 미립물질을 분리시키는 분자체(分子篩)로 사용한다.
상기 맥반석(barley stone)은 중국의 한방의학에서 사용한 용어로 알려지고 있으며 지질학적으로 분류하자면 화강암류에 속한다. 석영반암, 장석반암, 화강반암과 같은 것으로서, 암석명으로 석영-몬조나이트와 일치한다. 석영과 장석이 촘촘하게 섞여 있다. 누런 백색, 연한 누런 갈색, 옅은 회색, 짙은 녹색 또는 옅은 녹색 암석에 빨간 점 또는 하얀 점이 고르게 섞여 있는 모습이 보리밥으로 만든 주먹밥과 같다고 하여 맥반석이라는 이름이 붙었다. 주성분은 무수규산과 산화알루미늄이고, 산화제2철이 소량 함유되어 있다. 1㎤당 3~15만 개의 구멍으로 이루어져 있어 흡착성이 강하고, 약 2만 5000종의 무기염류를 함유하고 있다. 중금속과 이온을 교환하는 작용을 하기 때문에 유해금속 제거제로도 사용하며, 이 암석에 열을 가하면 원적외선을 방출하는 것으로 알려져 있다.
상기 벤토나이트(Bentonite)는 석영, 장석(長石), 제올라이트 등을 포함한 것이 많다. 화학성분은 SiO2가 주성분이며, Al2O3, MgO, Fe2O3, CaO, Na2O가 소량 함유되어 있다. 빛깔은 백색, 회색, 담갈색, 담녹색 등을 나타낸다. 진주광택, 납상광택을 가지며 지방감이 있는 치밀한 괴상으로 산출되는데, 물을 흡착하여 팽윤하고, 양이온 교환성이 뚜렷한 것 등 몬모릴로나이트의 성질과 흡사하다. 응회암과 유리질 유문암(流紋岩)이 변질된 것이다. 용도는 매우 넓어 석유정굴진용 이수(石油井掘進用泥水)의 주성분, 주물형(鑄物型)의 결합제, 요업원료의 혼입제, 연고의 기초제로서 사용되기도 한다. 명칭은 발견지인 미국 와이오밍주(州)의 지층에서 유래되었다.
상기 규조토(Diatomite)는 주로 규산(SiO2)으로 되어 있으며, 백색 또는 회백색을 띤다. 가벼우며 손가락으로 만지면 분말이 묻을 정도로 연하다. 입자의 크기는 약 10-200㎛ 크기가 일반적이며 입도에 따라서 거칠 수도 있으며 공극이 클 경우 낮은 밀도를 가질 수도 있다. 건조된 규조토의 일반적인 화학조성은 실리카가 약 80-90%, 알루미나가 약 2-4%, 산화철이 약 0.5-2% 정도를 보이며 알루미나는 주로 점토광물에 의한 영향이 크다. 미세한 다공질(多孔質)이기 때문에 흡수성이 강하고, 열의 불량도체이다.
상기 게르마늄(Germanium)은 원소기호 Ge, 원자번호 32, 원자량 72.59±3이다. 1871년 D. I. 멘델레예프에 의해 그 존재가 예언되어 에카규소로 불렸으나 86년에 독일의 화학자 C. A. 빙클러에 의해 황은게르마늄석(AgGeS) 속에서 발견되어 독일의 라틴명인 「Germania」를 따서 명명되었다. 규소와 유사하므로 지각(地殼) 속의 규산염의 규소와 치환하여 널리 존재하며, 또 구리나 아연 등을 함유한 황화광물이나 석탄 속에 함유되지만 게르마늄을 주체로 하는 광물은 극히 적다.
상기 황토(loess)는 주로 실트 크기의 입자들로 구성되어 있으며, 탄산칼슘에 의해 느슨하게 교결되어 있는 연황색 퇴적물이다. 황토는 대개 균질하고 층리가 발달되어 있지 않으며, 공극률이 크다. 또한 퇴적층을 수직방향으로 갈라지게 하는 수직한 열극들이 발달해 있다. 황토크기에 해당하는 입자크기는 0.02~0.05mm이며, 조립질과 중립질의 먼지를 포함한다. 다양한 방법들에 의한 입자크기 분석에 의하면, 이러한 크기의 비율은 무게비로 50％ 정도이다. 점토크기(0.005mm 이하)의 입자들은 5~10％를 구성한다. 황토의 광물조성은 다음과 같다. 60~70％의 석영을 함유하며 그 함량은 최저 40％에서 최고 80％까지 변화한다. 장석과 운모는 10~20％, 탄산염광물은 5~35％를 구성하고 있다. 약 2~5％의 실트는 각섬석, 인회석, 흑운모, 녹니석, 디스텐(남정석), 녹렴석, 석류석, 해록석, 휘석, 금홍석, 규선석, 십자석, 전기석, 지르콘 등과 같은 중광물들로 구성되어 있으며, 입자들은 전형적으로 미약하게 풍화되어 있다. 세립질(0.002mm 이하)의 입자크기에서는 몬모릴로나이트, 일라이트, 캐올리나이트 등과 같은 점토광물들이 쇄설성(파편성)인 것에 비해 우세하다. 점토광물은 황토가 쌓이는 동안이나 쌓인 후에 다양한 콜로이드 작용 또는 물리화학적 작용에 의해 생성된다. 황토의 광물조성은 매우 균질하지만, 입자크기와 기원지의 차이에 의해 약간씩 변화한다.
상기 백반석(alunite)은 알루미늄과 칼륨의 염기성 황산염 광물로 이 물질에 이름 붙여진 예전 명칭 aluminilite를 단축하여 명명하였다. 조마(造岩) 광물이 백반석화 작용, 즉 황기(黃氣) 작용을 받아 변질 생성되며 널리 산출되고 있다. 또, 반토질 암석이 황철광의 산화로 생기는 황산의 작용으로 백반석화하고 있는 예도 있다. 이와 같은 작용은 자주 카올린화 작용, 규화 작용과 병행하여 행해진다. 화학식 조성은 KAl3(SO4)2(OH)6 이며, 물리적 성질은 쪼개짐 [0001]에 좋음이고 쪼개짐 [0112]에 불량이다. 단면은 조개 껍질 모양이며 무른 특성을 가지고, 경도는 3.5 내지 4, 직경은 2.75 내지 2.82이고, 색상은 백색, 회색, 황색, 적색, 적갈색이며 유리 광택을 띈다. 또한, 강한 파이로 전기성을 나타낸다.
상기 기재한 무기분말은 어류의 면역 및 생장성을 향상시키기 위해 포함되는 것으로, 그 종류는 제한하지 않으나 šœ가이트 및 일라이트를 포함하는 것일 수 있으며, 보다 구체적으로는 šœ가이트와 일라이트를 2:1로 포함하는 것일 수 있으나 그 중량비율에 한정하는 것은 아니다.
상기 무기분말은 내부 기공 내 불순물이 제거된 것일 수 있으며, 상기 내부 기공 내 불순물이 제거된 무기분말은 내부 기공에 큰물레나물(Hypericum ascyron Linne var. longistylum Max.) 추출물을 포함하는 것일 수 있다.
상기 큰물레나물(Hypericum ascyron Linne var. longistylum Max.)은 쌍떡잎식물 측막태좌목 물레나물과의 여러해살이풀로 산과 들의 양지바른 곳에서 자란다. 높이 약 1m이며, 줄기는 나무처럼 단단하고 곧게 서며 4개의 능선이 있다. 잎은 마주나고 바소꼴이며 전체적으로 물레나물보다 크고 끝이 뾰족하며 밑부분은 줄기를 감싸고, 가장자리에는 투명한 점이 있다. 꽃은 6∼7월에 노란색으로 피는데, 가지 끝에 1송이씩 달리고 물레나물의 꽃보다 크다. 꽃받침은 5개로 갈라지며 달걀 모양에 맥이 많고, 꽃잎은 휜 달걀 모양이다. 암술대는 5개인데, 길이 약 1cm로서 수술보다 길며 끝이 3분의 1 정도 갈라진다. 열매는 삭과로서 달걀 모양이고 11월에 익는다. 어린 잎은 나물로 먹고 다 자란 것은 민간에서 부스럼, 외상 등에 약으로 쓴다. 한국, 일본, 중국, 우수리강, 헤이룽강, 시베리아에 분포한다.
상기 아쿠아포닉스 기반의 농수산물 복합 재배용 사료 조성물은 무기분말에 큰물레나물 추출물을 포함함으로써 양어의 면역 및 생장성 향상 활성을 나타낼 수 있으며, 뿐만 아니라 이후 아쿠아포닉스 시스템으로 재배되어지는 식물의 생장성 또한 향상시킬 수 있다.
바람직하게, 상기 무기분말에 포함될 수 있는 천연 추출물은 상기 큰물레나물 추출물 이외에 개보리뺑이 추출물 및 진득찰 추출물을 더 포함하는 것일 수 있다.
상기 개보리뺑이(Lapsana apogonoides)는 쌍떡잎식물 초롱꽃목 국화과의 두해살이풀로, 된장뚝갈, 보리뺑풀이라고도 한다. 논밭 근처에서 자라며 높이 4∼20cm이다. 전체에 털이 많이 나나 점차 없어지고 연한 줄기는 뭉쳐나며 가지를 친다. 뿌리에 달린 잎은 뭉쳐 사방으로 퍼지고, 줄기에 달린 잎은 어긋나며 잎은 긴 타원형으로 민들레잎 같다. 줄기에 달린 잎은 1∼3개가 서로 떨어지고 밑쪽 잎은 뿌리에 달린 잎과 비슷하다. 잎 길이 4∼10cm, 나비 1∼2cm이며 위쪽으로 갈수록 점차 작아진다. 3∼6월에 노란색 꽃이 피는데, 처음에는 엉성한 산방상(揀房狀)이지만 가지가 자라서 밑으로 처지며 꽃대는 1.5∼5cm이다. 총포는 원뿔형으로 바깥조각은 짧고 털이 나며, 안조각은 5개이고 가장자리가 막질(膜質:얇은 종이처럼 반투명한 것)이다. 작은꽃은 6∼9개이고 화관은 길이 5∼6mm이다. 열매는 수과로서 길이 3∼4.5mm이며 긴 타원형이고 갈색이다. 한국(제주, 전남, 전북), 일본, 중국 중부 등지에 분포한다.
상기 진득찰(Siegesbeckia glabrescns Makino.)은 국화과에 속하는 일년생 초본식물로 들이나 밭 근처에서 흔히 자라는 식물로 높이는 1m 내외이다. 잎은 난상 삼각형으로 마주나며, 길이 5∼13㎝, 너비 3.5∼11㎝로서 가장자리에 불규칙한 톱니가 있다. 잎은 위로 올라갈수록 작아져서 긴 타원형 또는 선형이 된다. 꽃은 황색으로 8, 9월에 피며, 열매는 수과(瘦果)로서 도란형이다. 상기 진득찰은 희렴초(稀草), 화렴(火), 저고매(猪膏), 화험초(火草) 등으로 불리기도 하며, 한방에서는 전초를 약으로 쓴다. 약효는 혈관 확장작용이 있어서 혈압하강작용을 나타내고, 사지마비, 근육골격동통, 허리·무릎의 무력감, 급성간염 등에 유효하다. 고혈압환자는 차로 복용할 수도 있다.
바람직하게, 상기 사료 조성물은 무기분말에 큰물레나물 추출물 이외에 개보리뺑이 추출물 및 진득찰 추출물을 추가로 더 포함하는 경우, 상기 천연 추출물의 혼합 사용에 따른 상승효과로 큰물레나물 추출물만을 포함한 경우에 비해 보다 우수한 어류의 면역 및 생장성 향상 활성과 이후 아쿠아포닉스 시스템으로 재배되는 식물의 생장성 또한 향상될 수 있다.
보다 바람직하게, 상기 사료 조성물은 무기분말 100 중량부에 대하여, 큰물레나물 추출물 10 내지 30 중량부, 개보리뺑이 추출물 10 내지 30 중량부 및 진득찰 추출물 5 내지 15 중량부를 포함할 수 있다.
상기 중량부 범위 내로 포함하는 경우, 각 구성의 상호 작용에 의한 상승효과로 임계적 의의가 있는 정도의 상승효과가 발현되며, 상기 범위를 벗어나는 경우 상승 효과가 급격히 저하되거나 거의 없게 된다.
상기 추출물은 물, C1 내지 C6의 알코올 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 용매로 추출된다.
상기 추출물을 제조하는 방법은 초음파 추출법, 침출법 및 환류 추출법 등 당업계의 통상적인 추출 방법일 수 있다. 구체적으로 세척 및 건조로 이물질이 제거된 천연물을 물, 탄소수 1 내지 6의 알코올 또는 이들의 혼합 용매로 추출한 추출물일 수 있으며, 상기 용매들을 순차적으로 시료에 적용하여 추출한 추출물일 수 있다.
상기 초음파 추출법은 30 내지 50℃, 0.5 내지 2.5시간 동안 반응을 진행하며, 추출용매는 물 또는 50 내지 100%의 탄소수 1 내지 6의 알코올에 의한 것이다. 구체적으로는 40 내지 50℃, 1 내지 2.5시간 동안 추출하며, 추출용매로 물 또는 70 내지 80%의 탄소수 1 내지 6의 알코올에 의한 것이다.
상기 침출법은 15 내지 30℃, 24 내지 72시간 동안 진행하며, 추출 용매로 물 또는 50 내지 100%의 탄소수 1 내지 6의 알코올을 이용한다. 보다 구체적으로는 20 내지 25℃, 30 내지 54시간 동안 진행하며, 추출 용매는 물 또는 70 내지 80%의 탄소수 1 내지 6의 알코올에 의한 것이다.
상기 환류 추출법은 물, 탄소수 1 내지 6의 알코올 100mL기준으로, 천연물의 분쇄물 10 내지 30g, 환류 시간 1 내지 3시간 및 50 내지 100%의 탄소수 1 내지 6의 알코올 또는 물에 의한다. 보다 구체적으로, 탄소수 1 내지 6의 알코올100mL 또는 물 100mL 기준으로, 천연물의 분쇄물 10 내지 20g, 환류 시간 1 내지 2 시간 및 70 내지 90%의 탄소수 1 내지 4의 알코올 또는 물에 의한 것이다.
상기 추출 용매는 시료의 중량 기준으로 2 내지 50배를 사용할 수 있으며, 바람직하게는 2 내지 20배이다. 추출을 위해 시료는 추출 용매에서 침출을 위해 1 내지 48 시간 동안 방치될 수 있으며, 상세하게는 1 내지 24시간 동안 방치될 수 있다.
추출 후, 추출물은 새로운 분획 용매를 순차적으로 적용하여 분획할 수 있다. 분획시 사용하는 분획 용매는 물, 헥산, 부탄올, 에틸아세트산, 에틸아세테이트, 메틸렌클로라이드 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상이며, 바람직하게는 에틸아세테이트 또는 메틸렌클로라이드이다.
추출물 또는 분획물을 얻은 후에는 농축 또는 동결건조 등의 방법을 추가적으로 사용할 수 있다.
상기 단백질 원료는 어분, 혈분, 육골분, 곤충분말, 대두박, 면실박, 깻묵, 밀 글루텐 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 것이다.
본원발명의 사료 조성물에는 상기 단백질 원료를 모두 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않으며, 바람직하게는 곤충분말, 어분 및 혈분을 2:2:1의 비율로 포함할 수 있다.
상기 곤충분말은 곤충을 건조 및 분말화 한 것으로, 곤충은 단백질 함량이 높고, 성장이 빠르며 번식률이 높아 고밀도 집약 생산이 가능하여, 양어용 단백질 원료로의 사용이 바람직하다. 사용될 수 있는 곤충의 종류는 제한하지 않으며 양어의 단백질 보충이 가능한 종류인 경우 모두 사용 가능하다.
상기 어분(fish meal)은 생선을 전체 또는 일부를 증기로 찌고 압착하여 액즙을 제거하고 고형부분을 건조하여 분쇄한 것으로, 붉은살 생선으로부터 만든 것을 브라운 밀(brown meal), 흰살 생선으로부터의 것을 화이트밀(white meal)이라 한다. 주로 가축이나 양식어에게 주는 배합사료의 원료로 사용된다.
상기 혈분(blood meal)은 건혈(乾血)이라고도 하며, 도축장에서 나오는 혈액을 가열, 응고 및 압착하여 탈수시킨 후 건조시켜 분쇄한 것이다. 흑갈색을 띠며, 질소는 피브린, 알부민 등의 단백태(蛋白態)이며 약 12% 함유되었다. 비교적 분해가 빠르고 비료효과도 높다.
이에, 본원발명 아쿠아포닉스 기반의 농수산물 복합재배용 사료 조성물은 상기 곤충분말, 어분 및 혈분을 2:2:1의 비율로 포함함으로써 양식용 어류에 필요한 단백질 성분을 공급할 수 있다.
상기 탄수화물 원료는 소맥분, 감자 전분, 고구마 전분, 옥수수 전분 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 것이다.
어류는 주된 먹이가 플랑크톤, 갑각류 등의 동물성으로 구성되어 있어, 진화 과정을 거치며 단백질 및 지방을 주된 에너지 공급원으로 사용하도록 소화기관이 진화되었으며, 어류는 탄수화물 섭취로 인해 증가된 혈당치를 정상수준으로 회복하는데 상당한 시간이 소요된다.
이에, 어류에 있어서 탄수화물은 필수적인 영양소를 공급하지 않으며, 과량의 탄수화물은 소화 또는 대사적 장애를 유발할 수도 있다. 따라서, 탄수화물 원료는 주로 사료원을 성형시키는 점결제 역할을 위해 포함될 수 있다.
본원발명의 아쿠아포닉스 기반의 농수산물 복합재배용 사료 조성물은 바람직하게 감자 전분 및 소맥분이 1:1의 비율로 포함되는 것이 바람직하나 이에 제한하는 것은 아니다.
상기 비타민제는 비타민 A, 비타민 C, 비타민 D3, 비타민 E, 비타민 B1, 비타민 B2, 비타민 B3, 비타민 B4, 비타민 B6, 비타민 B9, 비타민 B12 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 것이다.
비타민제는 양어의 성장과 질병에 대한 저항성을 향상시키기 위한 필수 구성요소이며, 어류는 체내에서 비타민을 합성할 수 없어 사료를 통해 비타민의 섭취가 요구된다. 또한, 비타민이 부족한 사료 공급 시, 체질변화 및 폐사 등을 일으키게 될 수 있다.
이에, 본원발명에서는 상기 기재한 비타민제의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 비타민제를 포함할 수 있으나, 바람직하게는 비타민 A, 비타민 C, 비타민 D3, 비타민 E, 비타민 B1, 비타민 B2, 비타민 B6 및 비타민 B12를 포함할 수 있으며, 이에 제한하지 않으며 통상의 기술자의 수준에서 필요로 하는 비타민 성분을 가감할 수 있다.
상기 미네랄제는 칼슘, 인, 나트륨, 염소, 마그네슘, 칼륨, 구리, 요오드, 철, 망간, 셀레늄, 아연 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 것이다.
자연 어류의 경우 서식지인 바다에서 필수 미네랄을 제공받아 미네랄 보충이 필수적이지 않으나, 양식용 어류의 경우 미네랄에 대한 보충이 필수적이다.
이에, 본원발명에서는 상기 기재한 미네랄제의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있으나, 바람직하게는 칼슘, 나트륨, 칼륨, 망간 및 아연을 포함할 수 있으며, 이에 제한하지 않고 필요로 하는 미네랄제를 가감할 수 있다.
추가적으로, 상기에 기술하지 않았으나, 본원발명의 아쿠아포닉스 기반의 농수산물 복합재배용 사료 조성물은 지질원을 더 포함할 수 있다.
어류는 체내 세포기능유지를 위해 특정 지방산을 필요로 하나 이러한 지방산은 어류의 체내 자체적으로 합성될 수 없어 사료를 통해 공급되어야 한다.
상기 지질원으로 고도불포화지방산인 EPA 및 DHA를 포함하는 어유를 포함할 수 있으며, 상기 어유는 전어체에서 채취한 어체유(Fish Body Oil), 간장에서 채취한 간유(Liver Oils)로 나뉘어진다.
바람직하게 본원발명에서는 간유, 그 중에서도 오징어간유(squid liver oil)를 포함할 수 있다. 상기 오징어간유(squid liver oil)는 마른오징어 기타 오징어를 가공할 때 부산물로 나오는 간장 기타 내장을 원료로써 내장 중에 들어있는 효소를 이용하여 자가 소화법으로 채취할 수 있다.
이외에도 공지의 사료 첨가물, 옥수수글루텐, 어분흡착사료 등 어류의 생장환경 및 생존율, 생장효율을 향상시키는 등 기능성을 강화하기 위하여 유효한 양 또는 바람직한 양을 적절히 선택하여 더 포함할 수 있다.
바람직하게, 본원발명의 아쿠아포닉스 기반의 농수산물 재배용 사료 조성물은 단백질원료 100 중량부에 대하여, 무기분말 40 중량부, 탄수화물원료 20 중량부, 지질원 20 중량부, 비타민제 10 중량부 및 미네랄제 10 중량부를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 양어용 사료는 상기 아쿠아포닉스 기반의 농수산물 복합재배용 사료 조성물을 이용하여 제조한 것이다.
상기 사료는 수분함량, 제작방식 및 가라앉거나 뜨는 사료로 크게 세가지 방법으로 나뉠 수 있다.
첫번째로 수분함량에 따라 건사료 및 습사료로 구분할 수 있다. 상기 건사료(Extruded pellet, EP)는 Extruder라는 기계를 통해 제작된 사료로 수분함량이 낮으며, 이에 따라 부패될 가능성이 낮아 오랜 기간 보관할 수 있다. 상기 습사료(Moist pellet, MP)은 상기 건사료에 비해 수분함량이 높다.
두번째로 제작 방식에 따라 생사료 및 배합사료로 구분할 수 있다. 상기 생사료(Raw feed)는 어류를 갈아 일정 모양을 만들어 낸 사료이나, 이는 물에 쉽게 풀린다는 단점이 있다. 한편, 상기 배합사료(Formula feed)는 어류에 필요한 필수 및 미량의 영양소, 단백질원 등을 포함하여 제조한 사료로, 생사료에 비해 물에 쉽게 풀리지 않아 수질오염을 감소시킬 수 있으며, 사료 제작 시 어류에 필요한 영양소 함량을 조절할 수 있어 어류성장에 보다 도움을 줄 수 있으며, 보관 및 관리가 용이하다.
세번째로 뜨는 사료(Floating pellet)와 가라앉는 사료(Sinking pellet)로 구분할 수 있다. 물고기는 특성에 따라 떠있는 사료를 먹거나 가라앉는 사료를 섭취하는 종이 있다. 이에, 어류의 섭취 특징에 따라 적절한 사료를 제공하여야 한다.
본원발명에서 제공하는 양어용 사료는 어류의 섭취 특징에 맞는 사료를 제공할 수 있으나, 상기 기재한 사료 종류에 제한하는 것은 아니다.
또한, 본원발명의 아쿠아포닉스 시스템은 하기 도 4에 나타난 바와 같이, 크게 어류양식부(100); 바이오 처리부(200); 및 식물재배부(300);를 포함할 수 있다.
상기 어류양식부(100)는 양어용 어류를 양식할 수 있는 구성으로, 내부에 어류가 양식될 수 있도록 상측이 개구된 형상으로, 그 크기는 양어의 수에 따라 변경될 수 있으며, 그 개수 또한 하나 이상으로 구성될 수 있다.
상기 어류양식부(100)에서 양식되는 어류는 암모니아와 용존산소량에 민감하지 않은 어류인 경우가 바람직하나, 이에 제한하는 것은 아니다.
상기 바이오 처리부(200)는 상기 어류양식부로부터 이송된 양식수에 함유된 어류 배설물을 식물이 흡수할 수 있도록 변환하여 식물재배부로 공급할 수 있는 구성으로, 상기 바이오 처리부(200) 내부에는 상기 어류 배설물을 식물이 흡수할 수 있는 성분으로 변환 가능한 미생물이 흡착된 필터를 포함할 수 있다.
상기 식물재배부(300)는 상기 바이오 처리부(200)로부터 공급받은 양식수를 이용하여 식물을 재배할 수 있는 구성으로, 상기 식물재배부(300) 상측은 식물을 재배할 수 있으며, 하측은 바이오 처리부(200)로부터 공급하는 양식수가 흐를 수 있다.
상기 식물재배부(300)는 식물이 재배될 수 있는 식물재배판(310) 및 상기 식물재배판(310)에 일정 간격으로 이격되어 배치된 식물재배구(311)가 형성될 수 있으며, 식물재배부(300) 하측은 식물재배용 양식수가 흐르는 식물재배용수 저장부(320)가 구성될 수 있다.
또한, 본원발명의 아쿠아포닉스 기반의 농수산물 복합재배 시스템(10)은 산소공급부(700)를 더 포함할 수 있다.
상기 산소공급부(700)는 공기중의 산소를 공급하는 것으로, 상기 어류양식부(100) 및 바이오 처리부(200)에 산소를 공급하도록 함으로써 어류 및 질산화 세균에 산소를 공급하여 산소에 의해 호흡 및 생장하도록 하는 구성이다.
상기 바이오 처리부는 내부에 바이오 필터를 포함하는 것이다.
상기 바이오 처리부(200)는 상기 어류양식부(100)로부터 이송된 양식수 내 어류 배설물을 식물이 흡수할 수 있도록 변환하는 미생물이 부착된 바이오 필터(210)를 포함하는 것이다. 상기 바이오 필터(210)는 어류양식부(100) 및 수용되는 어류 개체 수 등에 따라 다수의 필터가 설치될 수 있다.
상기 바이오 필터는 상기 어류양식부로부터 이송된 양식수에 함유된 어류 배설물 내의 암모니아를 질산염으로 변환시키는 것을 특징으로 하는 것이다.
구체적으로, 상기 어류양식부(100) 내부에는 양어가 배출한 배설물 및 잉여 사료가 존재하며, 특히 상기 양어가 배출시킨 배설물에는 암모니아가 포함되어 있다. 상기 암모니아에는 식물 성장에 필요한 질소 성분을 포함하고 있으나, 암모니아 자체로 식물에게 투입될 경우 독성을 나타내어 식물 생장에 치명적일 수 있다. 따라서, 양어로부터 배출된 배설물 내의 암모니아는 식물이 흡수할 수 있는 질산염 형태로 전환이 요구되어 진다.
상기 질산염(NO3 -)은 암모니아(NH3, NH4 -)의 질산화 과정에서 생성되는 물질로, 두 종류의 질산화 세균에 의해 순서대로 진행된다. 우선, 암모니아 산화세균에 의해 암모니아(NH3, NH4 -)가 아질산염(NO2 -)이 되고, 이후 아질산 산화세균을 통해 질산염(NO3 -)이 생성된다. 상기 질산화 과정을 통해 독성인 암모니아(NH3)는 독성이 적은 질산염(NO3 -)으로 전환되어 식물의 질소원으로 사용될 수 있게 된다.
상기 암모니아 산화세균(Ammonia-oxidizing bacteria;AOB)은 Nitrosomonas, Nitrosospira (β-Proteobacteria), Nitrosococcus (γ-Proteobacteria) 등이 있으며, 상기 아질산 산화세균(Nitrite-oxidizing bacteria; NOB)은 Nitrospira(Nitrospirae), Nitrobacter(α-Proteobacteria), Nitrococcus(γ-Proteobacteria), Nitrospina(δ-Proteobacteria)의 네 그룹으로 구분된다.
본원발명에서는 암모니아 산화세균으로 Nitrosomonas(니트로소모나스), 아질산 산화세균으로 Nitrobacter(α-Proteobacteria, 니트로박터)를 포함하도록 하였으나, 이에 제한하는 것은 아니며 통상의 기술자의 수준에서 필요에 따라 변경될 수 있다.
이에, 본원발명의 바이오 처리부(200) 내부에 설치된 바이오 필터(210)는 질산화 세균이 부착되어 어류로부터 배출된 암모니아를 식물에 독성을 띄지 않는 질산염 형태로 전환시켜 영양원으로 제공할 수 있다.
또한, 본원발명의 아쿠아포닉스 기반의 농수산물 복합재배 시스템은 양식수 저장부(400)를 더 포함할 수 있다.
상기 양식수 저장부(400)는 양식수 저장부 A(410) 및 양식수 저장부 B(420)로 구성되며, 상기 양식수 저장부 A(410)는 상기 바이오 처리부(200) 및 식물재배부(300) 사이에 구성될 수 있으며, 상기 양식수 저장부 B(420)는 상기 식물재배부(300) 및 상기 어류양식부(100) 사이에 구성될 수 있다.
상기 양식수 저장부 A(410)는 바이오 처리부(200)로부터 처리된 양식수가 식물재배부(300)로 제공되기 전에 양식수가 임시 저장되는 곳으로, 저장된 양식수 내 암모니아(NH3, NH4 -)의 농도를 측정함으로써, 암모니아(NH3, NH4 -) 농도가 높은 경우, 양식수를 다시 바이오 처리부(200)로 제공하여 양식수 내 암모니아(NH3, NH4 -) 농도를 낮출 수 있도록 하기 위한 구성이다.
또한, 상기 양식수 저장부 B(420)은 식물재배부(300)로부터 처리된 양식수가 다시 어류양식부(100)로 제공되기 전에 양식수가 임시 저장되는 곳으로, 양식수 내 질산염(NO3 -)의 농도를 측정함으로써, 질산염(NO3 -)의 농도가 높을 경우, 양식수를 다시 식물재배부(300)로 제공하여 양식수 내 질산염(NO3 -) 농도를 낮출 수 있도록 하기 위한 구성이다.
상기 양식수 저장부(400)의 내부에는 암모니아(NH3, NH4 -) 또는 질산염(NO3 -)의 농도를 측정할 수 있는 농도측정부(600)가 설치될 수 있다.
상기 농도측정부(600)은 농도측정부 A(610) 및 농도측정부 B(620)로 구성되며, 상기 양식수 저장부 A(410) 및 양식수 저장부 B(420)는 각각 암모니아 (NH3, NH4 -) 농도를 측정할 수 있는 농도측정부 A(610) 및 질산염(NO3 -) 농도를 측정할 수 있는 농도측정부 B(620)를 포함할 수 있다.
상기 아쿠아포닉스 기반의 농수산물 복합재배 시스템은 사료 공급부;를 더 포함하는 것으로, 상기 사료 공급부는 사료 저장탱크; 및 사료 공급관;을 포함하며, 상기 사료 공급관은 상기 사료 저장탱크로부터 사료를 이송하여 상기 어류양식부로 사료를 제공하는 것이다.
본원발명의 아쿠아포닉스 기반의 농수산물 복합재배 시스템은 어류에 제공되는 사료를 자동으로 공급할 수 있도록 하여, 사료 투여에 들어가는 노동력을 절감할 수 있다.
상기 사료 공급부(500)는 사료 저장탱크(510) 및 사료 공급관(520)을 포함하는 것으로, 상기 사료 저장탱크(510)에 저장된 사료를 상기 사료 공급관(520)을 통하여 상기 어류양식부(100)로 공급할 수 있으며, 상기 사료 공급관은 제어부(800)를 통해 제어된다.
상기 사료 공급부(500)는 전원부(530) 및 사료공급 설정부(540)를 추가로 포함할 수 있으며, 상기 전원부(530) 및 사료공급 설정부(540)는 제어부(800)를 통해 제어될 수 있다.
상기 전원부(530)는 ON/OFF의 스위치(미도시)를 통하여 사료 공급부의 전원을 ON/OFF로 설정할 수 있다. 이를 통해 사용자는 사료의 자동 공급이 필요 여부에 따라 설정 조절이 가능하다. 또한, 상기 사료공급 설정부(540)는 사료 공급부(500)로부터 어류양식부(100)로의 사료를 공급하는 시간, 횟수, 사료 제공량에 대한 설정 및 조절이 가능하다.
한편, 상기 사료 저장탱크는 본원발명의 아쿠아포닉스 기반의 농수산물 복합재배용 사료 조성물을 포함하는 것이다.
상기 아쿠아포닉스 기반의 농수산물 복합재배용 사료 조성물을 투입하여 어류 및 식물을 재배하는 경우, 본원발명의 아쿠아포닉스 기반의 농수산물 복합재배 시스템으로 재배되는 어류의 생장 및 면역력이 향상되며, 식물의 생장성 또한 향상되어 보다 우수한 농수산물을 재배할 수 있다.
본 발명의 아쿠아포닉스 기반의 농수산물 복합재배용 사료 조성물에 의해 양어의 면역 및 생장성을 높이면서 이후 생장되는 식물의 생장성 또한 향상될 수 있다.
본 발명은 상기 아쿠아포닉스 기반의 농수산물 복합재배용 사료 조성물을 포함하는 사료를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 큰물레나물 추출물의 세포 내 독성 평가에 대한 실험 결과이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 개보리뺑이 추출물의 세포 내 독성 평가에 대한 실험 결과이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 진득찰 추출물의 세포 내 독성 평가에 대한 실험 결과이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 아쿠아포닉스 기반의 농수산물 복합재배 시스템의 블록도이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
[제조예 1: 아쿠아포닉스 기반의 농수산물 복합재배용 사료조성물의 제조]
1. 무기분말(CL)의 제조
šœ가이트 및 일라이트를 각각 2:1의 중량비율로 혼합하고, 평균 직경이 3 내지 6㎛ 이며, 평균 직경의 표준 편차가 1 내지 2㎛가 되도록 분쇄한 뒤, 정제수에 혼합하여 내부 기공 내 불순물을 제거한 후 건조하여 무기분말(CL)로 제조하였다.
2. 천연추출물의 제조
2-1. 큰물레나물 추출물(HT)의 제조
큰물레나물을 깨끗하게 세척하고, 건조한 이후 분쇄기를 이용하여 분쇄하였다. 시료에 추출 용매인 증류수를 1:10(w:v)의 비율로 가한 다음 완전히 침지시킨 후, 80℃에서 환류시키면서 3시간씩 3회 반복 추출하였다. 추출액은 Whatman No. 2 여과지로 여과하였다. 여과액은 60℃에서 감압 농축하여 큰물레나물 추출물(HT)을 제조하였다.
2-2. 기타 추출물의 제조
상기 큰물레나물 추출물(HT)의 제조 방법과 동일한 방법을 이용하여 개보리뺑이 추출물(LT) 및 진득찰 추출물(ST)을 제조하였다.
3. 천연추출물이 흡착된 무기분말의 제조
상기 제조된 무기분말(CL) 및 천연추출물(HT, LT, ST)을 하기 표 1에서 나타난 바와 같이 혼합하여 천연추출물이 혼합된 무기분말(C1 내지 C11)을 제조하였다.
C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8 C9 C10 C11
CL 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100
HT - 1 10 20 30 40 20 20 20 20 20
LT - - - - - - 1 10 20 30 40
ST - - - - - - 1 5 10 15 20
(단위 : 중량부)
4. 사료 조성물의 제조
상기 표 1에서 제조된 천연 추출물 혼합된 무기분말(C1 내지 C11)에 단백질원료, 탄수화물 원료, 비타민제, 미네랄제 및 지질원을 포함하여 하기 표 2와 같이 아쿠아포닉스 기반의 농수산물 복합재배용 사료 조성물(S1 내지 S11)을 제조하였다.
S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 S9 S10 S11
무기분말 C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8 C9 C10 C11
(단백질 원료는 곤충분말, 어분 및 혈분 2:2:1 비율, 탄수화물 원료는 감자 전분 및 소맥분 1:1 비율, 지질원은 오징어 간유, 비타민제는 비타민 A, 비타민 C, 비타민 D3, 비타민 E, 비타민 B1, 비타민 B2, 비타민 B6 및 비타민 B12, 미네랄제는 칼슘, 나트륨, 칼륨, 망간 및 아연을 포함하며, 단백질 원료 100 중량부에 대하여, 무기분말 40 중량부, 탄수화물 20 중량부, 지질원 20 중량부, 비타민제 10 중량부 및 미네랄제 10 중량부로 포함.)
[실험예 1: 무기분말 내 천연 추출물의 세포 독성 평가]
1. 세포 배양
RAW264.7 세포는 10% 소태혈청(fetal bovine serum; FBS)과 1% 페니실린-스트렙토마이신(penicillinstreptomycin)이 첨가된 DMEM 배지를 사용하였으며, 2-3일 주기로 계대 배양하여 실험을 진행하였다.
2. 큰물레나물 추출물(HT) 처리에 의한 세포 생존률 측정
아쿠아포닉스 기반의 농수산물 복합재배용 사료 조성물에 포함되는 큰물레나물 추출물(HT)의 안전성 평가를 위하여 이에 대한 세포독성 측정 시험을 진행하였다. 96 well plate에 RAW264.7 세포를 1.5Х105 cells/well로 분주하여 24시간 동안 배양하였다. 실험을 하기 전에 새로운 배양액으로 교체하였고, 큰물레나물 추출물을 각각 1, 10, 100 ㎍/㎖의 농도로 처리하여 다시 24시간 동안 배양하였다. 배양 후 10 ㎕의 EZ-Cytox 용액을 첨가하여 세포배양기에서 30분간 반응시켰다. 반응 후 450㎚에서 흡광도의 변화를 측정하여 대조군에 대한 세포 생존율을 백분율로 표시하였으며, 그 결과는 하기 도 1과 같다.
하기 도 1을 참조하면, 본원발명의 아쿠아포닉스 기반의 농수산물 복합재배용 사료 조성물에 포함되는 큰물레나물 추출물(HT)은 세포에 독성을 나타내지 않음을 확인하였다.
3. 기타 추출물 처리에 의한 세포 생존률 측정
상기 큰물레나물 추출물(HT)의 세포 생존률 평가와 동일하게 개보리뺑이 추출물(LT) 및 진득찰 추출물(ST)의 세포 독성 평가 실험을 진행하여, 그 결과를 하기 도 2 및 도 3에 나타내었다.
하기 도 2 및 도 3을 참조하면, 개보리뺑이 추출물(LT) 및 진득찰 추출물(ST) 모두 세포에 독성을 나타내지 않음을 확인하였다.
[실험예 2: 큰물레나물 추출물(HT)을 포함하는 사료 조성물의 송어의 면역 및 생장성 평가]
1. 송어의 사육
송어는 200L 수조에 10일간 기초사료를 제공하여 예비사육하였다.
이후, 평균 어체중 6.13 ± 0.13g(평균±SD)인 송어를 60L 사각 수조에 15마리씩 수용하고 무작위 배치하여, 일반 양어용 사료와 본원발명 사료 조성물을 3:7로 혼합하여 사료로 제공하였다. 평균 수온은 15±0.5℃를 유지하였으며, 충분한 산소 공급을 위하여 에어스톤을 설치하였다. 1일 사료 공급량은 전체 실험기간 동안 1일 3회, 어체중의 3 내지 3.3%로 공급하였으며, 사육실험은 총 6주동안 실시하였다. 또한, 실험 결과의 비교를 위하여 본원발명 사료 조성물을 포함하지 않고, 일반 양어용 사료만을 제공하여 비교예 1로 하였다.
2. 생체 측정
모든 실험은 매 2주마다 개체수 및 체중을 측정하여 증체율, 사료효율, 일간 성장률, 단백질 전환 효율, 생존율을 측정 실험하였다.
- 증체율(WG, %) = (최종 중량 - 최초 중량) × 100% / (최초 중량)
- 사료효율(FE, %) = (wet weight gain / dry feed intake) × 100%
- 일간 성장률(SGR, %) = (loge 최종 중량 - loge 최초 중량) × 100% / (실험수행기간일)
- 단백질 전환 효율(PER) = (wet weight gain / protein intake)
- 생존율(%) = (전체 물고기 수 - 죽은 물고기 수) × 100% / (전체 물고기 수)
최종 6주간 사육 후, 증체율, 사료효율, 일간 성장률, 단백질 전환 효율 및 생존율을 측정한 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
구분 비교예1 S1 S2 S3 S4 S5 S6
증체율(%) 209.18 214.84 220.66 236.19 240.11 242.54 222.44
사료효율(%) 94.13 94.64 96.13 98.51 99.08 99.12 96.47
일간성장률(%) 2.49 2.53 2.61 2.78 2.81 2.83 2.64
단백질 전환효율 0.42 0.43 0.43 0.45 0.46 0.46 0.43
생존율(%) 90.1 91.3 93.5 96.4 96.7 96.8 93.7
상기 표 3에 따르면, 비교예 1에 비하여 S1 내지 S6의 증체율, 사료 효율, 일간성장률, 단백질 전환효율 및 생존률 모두 향상된 결과 값을 나타내는 것을 확인할 수 있으며, 특히 바람직한 중량부의 큰물레나물 추출물을 포함하는 S3 내지 S5의 경우, 보다 향상된 결과 값을 나타내는 것을 확인할 수 있다.
3. 전어체 일반 성분 분석
각 수조별로 무작위로 추출하여 분쇄한 전어체를 사용하여, AOAC(Association of Official Analytical Chemists, 2000) 방법에 따라 수분은 상압가열건조법(135°C, 2시간), 조단백질은 Kjeldahl 질소정량법(N×6.25), 조회분은 직접회화법으로 분석하였다. 조지방은 샘플을 12시간 동결 건조한 후, soxtec system 1046(Tacator AB, Sweden)을 사용하여 Soxhlet 추출법으로 분석하였고, 그 결과를 하기 표 4에 나타내었다.
구분 비교예1 S1 S2 S3 S4 S5 S6
수분 (중량%) 73.11 73.61 72.84 72.05 72.16 73.01 72.84
단백질 (중량%) 18.24 18.28 18.59 18.83 18.9 18.85 18.64
지질 (중량%) 7.76 7.72 7.68 7.53 7.42 7.51 7.69
회분 (중량%) 1.74 1.76 1.72 1.73 1.75 1.77 1.73
상기 표 4를 참조하면, 성분 분석 결과 영양소가 거의 유사한 것을 확인할 수 있으며, 단백질 함량에 있어서 특히 본원발명의 사료 조성물을 섭취한 S1 내지 S6의 경우 비교예 1에 비해 보다 높은 단백질 함량을 나타내었으며, 특히 S3 내지 S5의 경우 보다 우수함을 확인하였다.
4. 혈액 측정 실험
어류의 혈액성분은 영양, 건강상태 및 스트레스 해석의 차원으로 사용이 가능하고, 사료의 필수영양소의 결핍이나 그 어종이 처해 있는 서식환경 및 성장에 따라서도 변화되는데, 사료 내 무기분말 또는 천연추출물이 포함된 무기분말의 첨가가 실험어의 생리상태에 미치는 영향을 평가하기 위해 혈액성분을 조사하였다.
6주간의 사육실험 종료 후 혈액성분 분석을 위하여 실험어를 채혈하기 전까지 약 24시간 동안 절식시킨 후 각수조별로 3 마리씩 무작위로 선별하여 혈액 주사기(1 mL)를 사용하여 미부 혈관에서 30초 이내에 혈액을 채취하였다. 채취한 혈액의 일부를 원심분리 (3,000 RPM 10분) 하여 혈청을 분리하였고, Glutamic oxaloacetic transaminase(GOT), glutamic pyruvic transaminase(GPT), 글루코스(glucose)와 총 콜레스테롤(total cholesterol)을 상업용 키트(Kit)를 이용해 DRI-CHEM 4000i- Fuji Dri-Chem Slide- 3150(Minato-ku, Tokyo,Japan)으로 분석하였으며, 그 결과를 하기 표 5에 나타내었다.
구분 비교예1 S1 S2 S3 S4 S5 S6
GOT(U/L) 21.6 21.5 21.3 20.1 19.5 19.4 21.2
GPT(U/L) 22.1 21.8 21.6 21.3 20.1 20.9 21.6
Glucose(mg/dL) 38.4 35.9 33.2 31.5 31.1 31.9 33.1
T-Cholesterol(mg/dL) 122.8 121.1 120.8 117.6 120.4 121.7 122.9
- GOT : Glutamic oxaloacetic transaminase. One unit is defined as the amount of enzyme causing the transamination of 1.0 μmol of L-aspartate per minute at 25℃ and pH 7.4
- GPT : Glutamic pyruvic transaminase. One unit is defined as the amount of enzyme causing the transamination of 1.0 μmol of L-alanine per minute at 25℃ and pH 7.4
상기 표 5를 참고하면, 혈장 내 GOT, GPT 및 T-Cholesterol 모두 유의한 차이가 없었으나, Glucose의 경우 비교예 1에 비해 큰물레나물 추출물(HT) 및 무기분말이 포함된 사료 조성물을 포함하는 S1 내지 S6 경우 보다 낮은 정도의 Glucose 함량을 나타내었으며, 특히 S3 내지 S5의 경우 보다 더 낮은 정도의 Glucose 함량을 나타냄을 확인하였다. 어류를 포함한 대부분의 동물은 외부스트레스 환경에 노출되는 경우 glucose 함량이 상승하는 바, 상기 실험을 통해 본원발명의 사료 조성물에 의한 양어의 스트레스 정도가 높지 않은 것을 확인할 수 있다.
5. 비특이적 면역반응 실험
5-1. SOD 활성 측정 실험
각각의 실험구별 어류에서 분리한 혈청으로 SOD Assay Kit(Sigma-Aldrich, 191600)을 사용하여 제조사의 지시를 따라 WST-1(Water Soluble Tetrazolium dye) 와 xanthine oxidase으로 효소의 저해율을 백분위로 계산하였다.
그리고, 각각의 샘플이 인큐베이터(Incubator)에 37℃로 20분간 반응시켜 평행시간에 도달하였을 때, 450nm파장 (WST-1과 활성산소가 반응하여 나타난 유색을 측정하기 위한 파장의 흡광도)에서 흡광도를 측정한다. 저해율은 mg 단백질(protein)당 SOD 활성 단위로 나타냈으며, 그 결과를 하기 표 6에 나타내었다.
5-2. 리소자임(Lysozyme) 활성 측정 실험
각각의 실험구별 어류에서 분리한 혈청 0.1 ml과 0.05M sodium phosphate buffer(pH 6.2)에 Micrococcus lysodeikticus(0.2 mg/ml)를 부유 시킨 suspension 2 ml과 혼합했다. 그리고, 반응은 20℃ 조건에서 분광 흡광도계의 흡광도 530 nm에서 0.5분과 4.5분에 측정했다. 리소자임의 활성 단위는 분당 0.001의 흡광도 감소를 나타내는 효소 양으로 정의했다. 측정 결과는 하기 표 6에 나타내었다.
구분 비교예 1 S1 S2 S3 S4 S5 S6
SOD (% inhibition) 36.88 40.84 43.06 50.99 51.01 50.84 43.11
Lysozyme (U/ml) 0.81 0.85 0.91 1.16 1.18 1.16 0.94
대식세포는 체내에 침입한 세균, 바이러스 등을 가수분해함으로 활성산소(reactive oxygen species, ROS)를 증가시키게 되는데, SOD 활성은 과산화이온을 산소와 과산화수소로 바꿔주는 반응을 촉매하는 대표적인 항산화 효소로써, 체내에 침입한 병원체를 제거하는 역할을 하고(Fattman et al., 2003), 리소자임(Lysozyme)은 항생물질과 같은 성상을 나타내는 임파구 유래의 점액 용균성 효소로 내인성 방어기구의 일부가 된다(Ingram, 1980).
상기 표 6을 참조하면, SOD 활성 실험에 있어서 S3 내지 S5가 대조구인 비교예 1에 비해 유의하게 높게 나타났으며, 리소자임 활성 결과를 살펴보면, S3 내지 S5가 대조구인 비교예 1에 비해 유의하게 높게 나타났다.
이를 통해 본원발명의 사료 조성물의 경우 SOD 활성 및 Lysozyme 활성이 향상되어 양어의 면역 증강 효과가 있음을 확인하였다.
[실험예 3: 복합추출물을 포함하는 사료 조성물의 송어 면역 및 생장성 향상 평가]
본원발명의 개보리뺑이 추출물 및 진득찰 추출물을 더 포함하는 무기분말을 포함하는 사료 조성물 S7 내지 S11의 어류에 대한 면역 및 생장성 향상 활성을 평가하기 위해 상기 실험예 2의 실험방법과 동일하게 진행하였으며, 실험 결과의 비교를 위해 실험예 2에서 진행한 S4의 실험 값을 지수 5로 고정하여 지수 1 내지 10의 범위 내로 평가하였다.
S7 내지 S11의 생체 측정 결과 값은 하기 표 7에, 혈액 측정 실험 및 비특이적 면역반응 실험 결과 값은 하기 표 8에 종합적으로 나타내었다.
또한, 하기 표 7 과 표 8의 SOD, Lysozyme의 결과 값은 지수 10에 가까울수록 생장성 및 비특이적 면역 반응이 우수함을 의미하며, 하기 표 8의 GOT, GPT, Glucose 및 T-Cholesterol의 결과 값은 지수 1에 가까울수록 어류의 생리상태가 양호한 것을 의미한다.
구분 S4 S7 S8 S9 S10 S11
증체율 5 7 9 9 10 7
사료효율 5 6 9 10 10 7
일간성장률 5 6 9 10 9 6
단백질 전환효율 5 5 8 9 9 6
생존율 5 6 8 9 8 7
(단위 : 지수)
구분 S4 S7 S8 S9 S10 S11
GOT(U/L) 5 4 2 1 1 2
GPT(U/L) 5 4 2 1 2 2
Glucose(mg/dL) 5 4 3 2 2 3
T-Cholesterol(mg/dL) 5 3 1 1 2 2
SOD (% inhibition) 5 6 8 9 9 5
Lysozyme (U/ml) 5 6 8 9 8 6
(단위 : 지수)
상기 표 7 및 표 8을 참조하면, 본원발명의 아쿠아포닉스 기반의 농수산물 복합재배용 사료 조성물 S7 내지 S11의 경우, 무기분말 내 큰물레나물 추출물(HT) 만을 포함하는 S4 에 비해 어류의 증체율, 사료효율, 성장률, 단백질 전환효율 및 생존율 모두 보다 향상된 정도의 지수 값을 나타냄을 확인하였으며,
어류의 생리상태 및 비특이적 면역 반응에 있어서도 보다 우수한 결과를 나타냄을 확인하였다.
특히, 상기 큰물레나물 추출물(HT), 개보리뺑이 추출물(LT) 및 진득찰 추출물(ST)의 바람직한 중량부를 포함하는 S8 내지 S10의 경우 S4, S7 및 S11에 비해 그 활성이 보다 우수하게 향상되는 것을 확인하였다.
결과적으로, 본 발명의 아쿠아포닉스 기반의 농수산물 복합재배용 사료 조성물에 의하는 경우, 양식어류의 성장과 면역을 증강시킬 수 있음을 의미한다.
[실험예 4: 본원발명 사료 조성물 투여에 의한 아쿠아포닉스 시스템 내 식물 생장 향상 평가]
본원발명 사료조성물 S4, S8 내지 S10과 일반 어류용 사료(비교예 1)를 각각 준비하고, 어종은 송어 200 내지 240g, 식물로는 케일 및 로메인 2종(종류별 30개체)을 선택하여 식물 재배면적 4m2인 아쿠아포닉스 시스템을 통한 식물의 생장을 6주 동안 분석하고 그 결과를 하기 표 9에 나타내었다.
구분 비교예1 S4 S8 S9 S10
식물 종 케일 평균(g) 30.8 34.8 37.6 40.2 38.7
합계(g) 924 1044 1128 1206 1161
로메인 평균(g) 25.3 28.4 31.8 35.4 32.4
합계(g) 759 852 954 1062 972
(단위 : g)
상기 표 9를 참조하면, 비교예 1에 비하여 본원발명의 사료 조성물인 S4, S8 내지 S10의 사료 조성물을 이용한 경우, 식물의 더 우수한 생장을 나타내는 것을 알 수 있으며, 비교예 1의 케일 및 로메인의 총 합계는 각각 924g 및 759g으로 나타나 본원발명의 경우 보다 더 큰 식물 생장 효과를 나타냄을 확인하였다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
10 : 아쿠아포닉스 기반의 농수산물 복합재배 시스템
100 : 어류양식부
200 : 바이오처리부
210 : 바이오필터
300 : 식물재배부
310 : 식물재배판
311 : 식물재배구
320 : 식물재배용수 저장부
400 : 양식수 저장부
410 : 양식수 저장부 A
420 : 양식수 저장부 B
500 : 사료공급부
510 : 사료 저장탱크
520 : 사료공급관
530 : 전원부
540 : 사료공급 설정부
600 : 농도측정부
610 : 농도측정부 A
620 : 농도측정부 B
700 : 산소공급부
800 : 제어부

Claims (7)

  1. 무기분말; 단백질 원료; 탄수화물 원료; 비타민제; 및 미네랄제를 포함하며,
    상기 무기분말은 다공성 입자로, 내부 기공 내 천연물로부터 분리된 천연 추출물이 흡착되며,
    상기 천연물은 큰물레나물(Hypericum ascyron Linne var. longistylum Max.)을 포함하는
    아쿠아포닉스 기반의 농수산물 복합재배용 사료 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 무기분말은 šœ가이트, 일라이트, 제올라이트, 맥반석, 벤토나이트, 규조토, 게르마늄, 황토, 백반석 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는
    아쿠아포닉스 기반의 농수산물 복합재배용 사료 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 단백질 원료는 어분, 혈분, 육골분, 곤충분말, 대두박, 면실박, 깻묵, 밀 글루텐 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는
    아쿠아포닉스 기반의 농수산물 복합재배용 사료 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 탄수화물 원료는 소맥분, 감자 전분, 고구마 전분, 옥수수 전분 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는
    아쿠아포닉스 기반의 농수산물 복합재배용 사료 조성물.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 비타민제는 비타민 A, 비타민 C, 비타민 D3, 비타민 E, 비타민 B1, 비타민 B2, 비타민 B3, 비타민 B4, 비타민 B6, 비타민 B9, 비타민 B12 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는
    아쿠아포닉스 기반의 농수산물 복합재배용 사료 조성물.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 미네랄제는 칼슘, 인, 나트륨, 염소, 마그네슘, 칼륨, 구리, 요오드, 철, 망간, 셀레늄, 아연 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는
    아쿠아포닉스 기반의 농수산물 복합재배용 사료 조성물.
  7. 제1항 내지 제6항에 따른 아쿠아포닉스 기반의 농수산물 복합재배용 사료 조성물을 포함하는
    양어용 사료.
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