WO2018160000A1 - 발효 구아밀 제조방법 - Google Patents

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WO2018160000A1
WO2018160000A1 PCT/KR2018/002457 KR2018002457W WO2018160000A1 WO 2018160000 A1 WO2018160000 A1 WO 2018160000A1 KR 2018002457 W KR2018002457 W KR 2018002457W WO 2018160000 A1 WO2018160000 A1 WO 2018160000A1
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guamyl
guam
bacillus
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PCT/KR2018/002457
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강경일
조성준
류제훈
장경훈
박승원
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씨제이제일제당 (주)
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    • C12N1/20—Bacteria; Culture media therefor

Definitions

  • the present application relates to a method for preparing fermented guam, fermented guam prepared by the method, and a feed composition comprising the same.
  • Guar, Cyamopsis tetragonoloba belongs to the legumes and is used as a substitute for locust bean gum.
  • Guar seeds are known to consist of 14% to 18% shell, 34% to 42% embryo, and 43% to 47% embryo.
  • guar endosperm contains large amounts of galactomannan gum (guar gum), which is used as food additives such as emulsifiers, thickeners and edible adhesives, while producing shale oil and gas. It is known to be used for freckling, hydraulic fracturing.
  • Guarmeal guar meal refers to a mixture of embryos and skin, and is commonly used as feedstock. Guamyl, however, has a relatively low protein content compared to animal protein, does not have the necessary content of essential amino acids, vitamins, minerals and unknown growth factors (UTFs) compared to animal protein for feed of young animals such as fishmeal, milk, and trypsin inhibitors.
  • Anti-nutritional factors such as saponins, residual guar gum and tannins, can reduce digestibility of livestock when used as feed.
  • anti-nutritional factors such as trypsin inhibitors (TI) and saponin (saponin) are not added to feed for young livestock, as they can reduce digestibility and inhibit growth of young livestock. It is also used very limitedly.
  • Concentrated guar protein has been developed to solve this problem of guam, but has a disadvantage of high manufacturing cost.
  • guamyl fermentation method using the complex strain and anaerobic solid fermentation method using lactic acid bacteria and yeast has been proposed (China Patent Publication No. 2015-10384290, China Publication No. 2010-10228079), these methods are required for fermentation It takes a long time, requires a drying process, and has various problems such as quality control by using anaerobic complex strains and continuous conveyors.
  • the present inventors have made intensive efforts to solve the above problems, and as a result, the present invention has been completed by confirming that nutrients and digestibility can be improved when fermenting guam with Bacillus strains.
  • One object of the present application is to (1) pre-treat Guamyl; (2) inoculating a Bacillus strain on the pretreated guamyl; And (3) to provide a method for producing fermented guam, comprising the step of solid culturing the bacteria inoculated in the guam to obtain fermented guam.
  • Another object of the present application is to provide a fermented guamyl prepared by the above method.
  • Another object of the present application is to provide a feed composition comprising the fermented guamyl.
  • fermented guam production method of the present application it is possible to manufacture fermented guam, a high-quality vegetable protein source with improved nutritional composition and digestibility, thereby providing a protein feed composition having a reduced feed compounding ratio and having a probiotic effect. .
  • it reduces the viscosity of guar gum in guam and significantly reduces the content of indigestible oligosaccharides and trypsin inhibitors (TI) in guam, thereby producing high-quality fermented guam with improved digestibility. can do.
  • TI trypsin inhibitors
  • Figure 2 is a flow chart specifically showing the pretreatment step in the fermented guam production method of the present application.
  • 3 is a graph showing the change in viscosity of guar gum according to enzyme type and enzyme concentration.
  • the present application comprises the steps of (1) pre-treating guamyl; (2) inoculating a Bacillus strain on the pretreated guamyl; And (3) it provides a method for producing fermented guam, comprising the step of solid culturing the bacteria inoculated in the guam to obtain fermented guam.
  • Guar, Cyamopsis tetragonoloba is a legume, also called cluster bean (cluster bean), it grows to a maximum of 2 to 3 m and symbiotic nitrogen fixing microorganisms. Mature guar is used primarily for livestock feed and as a green manure to nourish the soil. Guar beans contain many nutrients, but they are not easy to use for food unless anti-nutrients such as trypsin inhibitors are removed.
  • Guar gum also called guaran, refers to galactomannan contained in guar. It is a polysaccharide composed of galactose and mannose and is used in various chemical and pharmaceutical industries.
  • Guam meal is a by-product of guar gum production, which is a mixture of about 25% embryo and 75% shell. Abundant protein can be used as a feed composition, but there is a problem of low digestibility due to anti-nutrients.
  • Pretreatment of the guamyl of the step (1) (1-1) adding water to the guamyl to adjust the water content; (1-2) heat-treating the guamyl with controlled moisture content; And (1-3) may comprise the step of cooling the heat-treated guamyl.
  • Step (1-1) is a hydrolysis step of adjusting the water content by adding water to guam, and corresponds to a pretreatment step necessary for inoculating the germ into fermentation for the purpose of the present application.
  • a method of adding water to guamyl methods known in the art can be used without limitation.
  • the water content of guamyl in step (1-1) is adjusted to 30 to 60% (w / w), specifically 35 to 50% (w / w), more specifically 40 To 45% (w / w), but is not limited thereto.
  • Guamyl having a range of the moisture content may be advantageous in terms of preventing thermal delay of the fermentation rate due to low moisture and the problem of costly in the drying process after the transfer and fermentation of the guam, as well as in terms of thermal efficiency.
  • the moisture content is too low, the fermentation of the guam does not occur sufficiently, which may cause a problem of deterioration due to contaminants. If the moisture content is too high, for example, if the moisture content is 50% or more, there is no problem in quality, but the process design It is difficult, and the workability and cost competitiveness of the solid fermentation can be significantly reduced.
  • the step (1-2) is a heating step of heat-treating the Guamyl water content is controlled, the purpose of the heat treatment is to kill the microorganisms in the raw Guam, while destroying the Guamyl cell wall and denature the protein to actively activate the target microorganism To provide a viable environment.
  • Heat treatment can be carried out using a variety of methods known in the art.
  • the heat treatment temperature is low or the treatment time is short, there is a problem that the sterilization effect of various bacteria is reduced and the subsequent fermentation process does not proceed smoothly, and if the heat treatment temperature is high or the treatment time is long, denaturation of protein in the guam Digestibility is reduced due to this may cause a problem that the quality of the final product is degraded.
  • the heat treatment of step (1-2) may be to treat the guam at 85 °C to 95 °C, more specifically may be to treat at 90 °C to 95 °C, but is not limited thereto.
  • the heat treatment of step (1-2) may be to process the guamyl for 20 minutes to 35 minutes at 85 °C to 100 °C, specifically for 25 to 30 minutes treatment at 90 °C to 95 °C It may be. It is not thermodynamically pressurized and can be treated at temperatures below 100 ° C.
  • the step (1-3) is a step of cooling the heat-treated guam and inoculating Bacillus strain, lowering the temperature of the elevated guam in the heating step and inoculating the Bacillus strain as the fermentation bacterium to induce fermentation.
  • the cooling may proceed naturally after the heat treatment is completed, it can be easily carried out through the transfer process using a conveyor (cooler) to increase the cooling rate to prevent overheating and to uniformly cool.
  • the cooling of the step (1-3) may be carried out at a temperature of 20 °C to 60 °C, more specifically may be carried out at a temperature of 30 °C to 50 °C, but is not limited thereto.
  • the Bacillus strain of step (1-3) may be Bacillus subtilis or Bacillus amyloliquipecience, more specifically, one Bacillus subtilis (ATCC21770), four Bacillus amyloliquipecisence ( Bacillus amyloliquefaciens K2G (Korean Patent No. 10-1517326), ATCC 23842, ATCC 23843, ATCC 23845).
  • the culturing method of the Bacillus strain may be used without limitation methods known in the art, specifically, may be liquid culture.
  • the Bacillus strain may be inoculated at 5 to 20% by weight of guam weight, but is not limited thereto.
  • Step (3) in the present application is a step of obtaining a fermented guamil by solid culture of the bacteria inoculated in the guam, corresponds to the culturing and fermentation step of the fermentation guamyl production method of the present application.
  • the culturing may be carried out in a solid culture, for example, may be fermentation using a packed-bed fermentor or the like.
  • solid culture means to grow microorganisms or cells of plants and animals on a solid medium such as umami and gelatin, and the method known in the art can be used without limitation.
  • Packed bed fermenters are of several types, including batch aeration culture, hermetic culture, continuous aeration, and can be used in the method of the present application without limitation in form if they are useful for solid fermentation of guam. Depending on the appropriate device can be selected and used.
  • a general fermentation process involves a solid fermentation process of 48 hours to 72 hours when using yeast, lactic acid bacteria or mold, because different strains have biological activities such as metabolism and enzyme activity. However, if the Bacillus strain is used, the fermentation process may be terminated within 24 hours, specifically about 16 hours.
  • the step (3) may be carried out for 15 to 25 hours at a temperature of 30 °C to 50 °C solid culture, more specifically to perform for 14 hours to 16 hours at a temperature of 37 °C to 45 °C It may be.
  • a significant number of live bacteria may be present to show a probiotic effect, and the number of live bacteria may be 10 7 to 10 8 CFU / g, but is not limited thereto. .
  • probiotics refers to living bacteria that enter the body and give a health effect.
  • the method of the present application may further comprise the step (4) of drying and grinding the fermented guam after step (3).
  • the solid fermentation using the Bacillus amyloliquipeciency strain according to the present application is very good, but the state of the fermented guam form a slightly entangled lump, so the particle size of the fermented guam after drying need to be uniformly ground have.
  • Drying and grinding may be carried out by various methods known in the art, but when excessively dried at a high temperature, it is necessary to be careful because most of the live bacteria in fermented guam is killed.
  • the live bacteria should be dried at a low temperature that does not die, and can be dried by hot air of low temperature and low humidity, but is not limited thereto.
  • the grinding process may be pulverized into various sizes according to the purpose of using the fermented guam, for example, a hammer mill may be used as the grinding method.
  • the present application provides a fermented guamyl produced by the fermented guamyl production method.
  • the fermented guam may include a Bacillus strain, more specifically, the Bacillus strain may be, but is not limited to, Bacillus amyloliquipeciency.
  • fermenting guam using a Bacillus amyloliquipeciency strain reduces various anti-nutritional factors including TI contained in guam, and improves digestion absorption due to hydrolysis and low molecular weight of proteins.
  • fermented guamyl with increased crude protein content can be obtained, which has a high value as a high quality protein feed material that can replace animal protein with improved absolute value as a feed.
  • Guamyl contains 4% to 6% of oligosaccharides, among which the indigestible oligosaccharides, galacto-oligosaccharides (hereinafter referred to as GOS), raffinose and stachyose. Accounting for 2% to 3%.
  • the indigestible oligosaccharides are a problem because they can be used as a nutrient source of harmful microorganisms in the intestine or cause diarrhea, but the guamyl fermented according to the method of the present application reduces the amount of the indigestible oligosaccharides and is used as a feed composition for excellent digestion. It was confirmed that the absorption rate can be shown.
  • the fermented guam prepared by the method of the present application is a level of 30 to 50% based on the trypsin inhibitor (TI) content in the guam, in which the steps (1) to (3) are not performed. Trypsin inhibitors.
  • the fermented guamyl prepared by the method of the present application may include a level of 10 to 40% of the indigestible oligosaccharide based on the content of the indigestible oligosaccharide in the guam, in which the steps (1) to (3) are not performed. have.
  • fermented guamil of the present application is not a problem in palatability, feed rate is also similar to soybean meal, it can be widely used as a protein source to replace soybean meal.
  • the present application provides a feed composition comprising the fermented guamil produced by the fermented guam production method.
  • the term "feed composition” refers to a substance that maintains the life of an individual and supplies organic or inorganic nutrients necessary for breeding the individual.
  • the feed composition may include nutrients such as energy, proteins, lipids, vitamins, minerals, etc. required by the individual who consumes the feed, but is not particularly limited thereto, and includes grains, fruit fruits, food processing by-products, algae, and fiber. It may be a vegetable feed such as oils, oils, starches, gourds, grain by-products or animal feeds such as proteins, inorganic matters, oils, minerals, unicellular proteins, animal plankton, fish meal.
  • the feed composition is a concept including both the substance added to the feed (ie, the feed additive), the feed material, or the feed itself to the individual.
  • the subject refers to a breeding object and may be included without limitation as long as the organism can eat the feed of the present application.
  • the feed composition of the present application can be applied to a number of animal diets, that is, feed, including mammals, poultry, fish and shellfish.
  • animal diets including mammals, poultry, fish and shellfish.
  • Commercially important mammals such as pigs, cows and goats, zoo animals such as elephants and camels, and livestock such as dogs and cats.
  • Commercially important poultry includes chickens, ducks, geese and the like, and may include commercially raised fish and crustaceans such as trout and shrimp.
  • the content of fermented guamyl in the feed composition according to the present application can be appropriately adjusted according to the type and age of the applied livestock, the application form, the desired effect, for example, 1 to 99% by weight, specifically 10 to 90% by weight, More specifically, it may be used in 20 to 80% by weight, but is not limited thereto.
  • the feed composition of the present application may further include organic acids such as citric acid, fumaric acid, adipic acid and lactic acid; Phosphates such as potassium phosphate, sodium phosphate and polymerized phosphate; One or more of natural antioxidants such as polyphenols, catechins, tocopherols, vitamin C, green tea extracts, chitosan, and tannic acid can be used in combination, and other conventional additives such as anti-influenza, buffer, and bacteriostatic agents can be added as necessary. can do.
  • organic acids such as citric acid, fumaric acid, adipic acid and lactic acid
  • Phosphates such as potassium phosphate, sodium phosphate and polymerized phosphate
  • One or more of natural antioxidants such as polyphenols, catechins, tocopherols, vitamin C, green tea extracts, chitosan, and tannic acid can be used in combination, and other conventional additives such as anti-influenza, buffer, and bac
  • diluents may be additionally added to formulate injectable formulations, capsules, granules or tablets such as aqueous solutions, suspensions, emulsions and the like.
  • the feed composition of the present application is a supplementary ingredient such as amino acids, inorganic salts, vitamins, antioxidants, antifungal agents, antibacterial agents, and vegetable protein feed such as milled or crushed wheat, barley, corn, blood meal, meat meal, fish meal, etc.
  • a supplementary ingredient such as amino acids, inorganic salts, vitamins, antioxidants, antifungal agents, antibacterial agents, and vegetable protein feed such as milled or crushed wheat, barley, corn, blood meal, meat meal, fish meal, etc.
  • animal protein feed animal fat and vegetable fat, such as can be used with nutritional supplements, growth promoters, digestive absorption accelerators, disease prevention agents.
  • the feed composition of the present application When the feed composition of the present application is used as a feed additive, the feed composition may be added as it is or used with other ingredients, and may be appropriately used according to a conventional method.
  • Dosage forms of the feed composition may be prepared in immediate release or sustained release formulation in combination with a nontoxic pharmaceutically acceptable carrier.
  • a nontoxic pharmaceutically acceptable carrier may be corn starch, lactose, sucrose, propylene glycol.
  • a solid carrier it may be a dosage form such as a tablet, a powder, a torokee agent, or the like, and in the case of a liquid carrier, it may be a dosage form of a syrup, a liquid suspension, an emulsion, or a solution.
  • the dosage may contain preservatives, lubricants, solution promoters, stabilizers, and may also contain other inflammatory disease ameliorating agents and substances useful for virus prevention.
  • the feed composition according to the present application may be mixed in a livestock feed in an amount of about 10 to 500 g, specifically 10 to 100 g per kilogram on a dry weight basis, completely mixed and then fed into a mash or further processing process Palletization, expansion, through the extrusion process may be through, but is not limited thereto.
  • the feed composition may further include at least one enzyme selected from the group consisting of galactomannanase, Galultomannanase, Celluclast, and Viscozyme.
  • the enzyme when considering the guar gum content in the fermented guamil of the present application, the enzyme may be included as 0.1% (w / w) to 1.0% (w / w) relative to the weight of the fermented guamyl, more specifically 0.1 % To 0.5% (w / w), more specifically 0.2% (w / w) may be added, but is not limited thereto.
  • the enzyme is an enzyme capable of reducing the viscosity of guar gum in guam, and when the enzyme is additionally included in the feed composition, 1% to 3% of guar gum present in guam may be degraded to improve digestibility. .
  • Example 1-1 Guamyl According to the heat treatment temperature Guamyl Nutritional changes
  • Fermented guam production method of the present invention comprises the step of heat-treating the guamyl moisture content is controlled.
  • the bacterial counts and trypsin inhibitor (TI) of fermented guamyl were measured according to the heat treatment temperature.
  • guam guam was prepared, and water was supplied so that the water content of guam was 42% (w / w). Guamyl was then heat treated at 70 ° C., 80 ° C., 90 ° C. and 95 ° C. for 30 minutes each.
  • the untreated heat guam was 4.0 x 10 4 CFU / g, TI content 2.7 mg / g, and when the heat treatment at 70 °C the number of bacteria in the Guam 3.5 x 10 3 CFU /
  • the g and TI contents were 2.1 mg / g and reached a relative ratio of 79%. Therefore, the bacteria and TI contents were high in the low temperature conditions, and thus the utilization as a feed was low.
  • Example 1-2 Guamyl According to fermentation temperature and moisture content Guamyl Nutritional changes
  • the nutritional content of fermented guamyl was measured according to moisture content and fermentation temperature.
  • guam a guam was prepared, and water was supplied such that the water content of guam was 40%, 45%, and 50% (w / w), respectively. Guamyl was then heat treated at 90 ° C. for 30 minutes each and then cooled to 40 ° C.
  • Guamyl which has different water contents, was inoculated with Bacillus amyloliquefaciens K2G culture solution at 10% by weight of guam weight and 40%, 45%, and 50% (w / w) of water, respectively. The mixture was mixed well, and then fermented at 35 ° C., 40 ° C., 45 ° C., and 50 ° C. for 16 hours at constant temperature and humidity.
  • the guamyl raw material group in which the water content adjusting step, the heat treatment step, and the fermentation step according to the present invention were not performed, was used as a control.
  • the protein content of guamyl was measured according to the water content and fermentation temperature, and the increase rate and relative ratio of protein content based on the guamyl raw material group were calculated and shown in Table 2 below.
  • guamyl may have a high protein content when fermented at 35 to 50 ° C, or at 40 to 45 ° C.
  • guamyl may have a high protein content when it is fermented after being treated to have a water content of 40 to 50%, or a water content of 45 to 50%.
  • Example 1-3 Fermentation by Strain Guamyl Nutritional changes
  • guam 100 g of guam was prepared, and water was supplied such that the water content of guam was 40 to 45% (w / w). Guamyl was then heat treated at 80-95 ° C. for 30 minutes and then cooled to 40 ° C. Bacillus subtilis ( Bacillus subtilis) , 10% by weight of the guamyl ATCC 21770) and four Bacillus amyloliquefaciens K2G, ATCC 23842, ATCC 23843, ATCC 23845 cultures were inoculated into the cooled guam and the final fermented water was 45-50% (w / w). ), Mixed well, and then fermented at 37 ° C. to 45 ° C. for 14 hours to 16 hours.
  • the guamyl raw material group in which the water content adjusting step, the heat treatment step, and the fermentation step according to the present invention were not performed, was used as a control.
  • Protein content, viable cell number and pH of fermented guamyl were measured, and the increase rate and relative ratio of protein content based on the guamyl raw material group were calculated and shown in Table 3 below.
  • the Guamyl fermented with Bacillus species was contained more than 62% crude protein, which was confirmed that the crude protein increased by more than 5% compared to the Guamyl of the control group not inoculated Bacillus species. Therefore, when the fermented guam is added to the feed, it is possible to reduce the feed compounding ratio. In addition, since the number of live bacteria present in the fermented guam reaches 10 7 to 10 8 CFU / g level, when the fermented guam is added to the feed can be expected a probiotic effect.
  • Guam gum is present in the guam 1% to 3%, the viscosity of guar gum is known to slow the digestion rate in the digestive organs to inhibit digestibility.
  • enzymes that can reduce the viscosity of guar gum in guam may be added to the fermented guamyl of the present application.
  • guar gum The effect of degradation or viscosity reduction of guar gum (guar gum, galactomannan) was confirmed according to the enzyme type and enzyme concentration. More specifically, guar gum was dissolved in sterile water to prepare a 1% guar gum diluent. To each guar gum dilution, enzymes galactomannase (hereinafter referred to as GM), cellulastlast (hereinafter referred to as CE), and biskozyme (hereinafter referred to as VI) were added at different concentrations, and guar gum was added. The viscosity change of the guar gum solution with the decomposition of was measured (FIG. 3).
  • GM galactomannase
  • CE cellulastlast
  • VI biskozyme
  • GM, CE, and VI all reduced the viscosity of guar gum, and in particular, it was confirmed that the effect of reducing the guar gum viscosity of GM and VI was excellent. Therefore, when the enzyme is additionally included in the feed composition comprising the fermented guamyl prepared by the manufacturing method of the present application, it is possible to provide a feed composition that can improve the digestibility and absorption rate of the feed.
  • Guamyl contains from 4% to 6% of oligosaccharides, of which 2 are indigestible oligosaccharides, galacto-oligosaccharides (hereinafter referred to as GOS), raffinose and stachyose. % To 3%.
  • the indigestible oligosaccharides are used as a nutrient source of intestinal harmful microorganisms or may cause diarrhea, so it is necessary to reduce its content in guamyl.
  • guam 100 g of guam was prepared, and water was supplied such that the water content of guam was 40 to 45% (w / w). Guamyl was then heat treated at 80-95 ° C. for 30 minutes and then cooled to 40 ° C.
  • Bacillus subtilis ATCC 21770 and 4 Bacillus amyloliquefaciens K2G, ATCC 23842, ATCC 23843, ATCC 23845, and Saccharomyces cerevisiae ( Saccharomyces cerevisiae ), a culture of Lactobacillus acidophilus , and a mixed culture of Saccharomyces and Lactobacillus ashdophyllus were inoculated on the guam, respectively.
  • guamyl inoculated with Saccharomyces cerevisiae, Lactobacillus ashidophyllus culture, and a mixed culture of Saccharomyces and Lactobacillus ashidophilus were anaerobic fermented.
  • the content of indigestible oligosaccharides in fermented guamyl inoculated with Bacillus species was found to be reduced by more than 80% on average.
  • the content of indigestible oligosaccharides was lowest in fermented guamyl fermented with Bacillus amyloliquefaciens K2G.
  • guaryl anaerobic fermented with Saccharomyces cerevisiae culture, Lactobacillus ashdophyllus culture, and their complex cultures, GOS was removed to an average of 20 to 30%. Therefore, it was confirmed that the fermented guamyl of the present application can improve the digestibility of livestock when used as a feed because of the low content of indigestible oligosaccharides.
  • Example 4 Bacillus By fermentation TI Content and in vitro Change in digestibility
  • Trypsin inhibitor (hereinafter referred to as TI) content and in vitro digestibility were measured in fermented guamyl according to the present application.
  • guam 100 g was prepared, and water was supplied so that the water content of guam was 40 to 45% (w / w). Guamyl was then heat treated at 90 ° C. for 30 minutes and then cooled to 40 ° C.
  • Bacillus subtilis (10% Bacillus subtilis) ATCC 21770) and four Bacillus amyloliquefaciens K2G, ATCC 23842, ATCC 23843, ATCC 23845, Saccharomyces cerevisiae , and Lactobacillus acidophilus The culture solution and Saccharomyces and Lactobacillus ashidophilus mixed culture solution were respectively inoculated into the guam.
  • guamyl inoculated with Saccharomyces cerevisiae, Lactobacillus ashidophyllus culture, and a mixed culture of Saccharomyces and Lactobacillus ashidophilus were anaerobic fermented.
  • the fermented guam and fermented TI content in the above method were measured according to AOAC Ba 12-75 (American Oil Chemists' Society), and in vitro digestibility was measured by Biosen et al (1997) 2 step method.
  • the measured TI content (mg / g) is shown in Table 5 below, and in vitro digestibility is shown in Table 6 below.
  • the Guam fermented with Bacillus species according to the present application showed an average TI content of 1.0 mg / g, which is an average of 60% reduced compared to the Guam raw material.
  • guamyl anaerobic fermented with Saccharomyces cerevisiae culture, Lactobacillus ashidophilus culture, and their complex cultures is not as effective in reducing TI content due to fermentation compared to guam fermented with cultures of Bacillus species.
  • guamyl anaerobic fermented with Saccharomyces cerevisiae culture, Lactobacillus ashidophilus culture, and their complex cultures is not as effective in reducing TI content due to fermentation compared to guam fermented with cultures of Bacillus species. Did.
  • the fermentation guam production method of the present invention comprising the step of fermenting the guam with a culture of Bacillus species, since the TI content in the guam can be reduced, when using the fermented guam of the present invention as feed It was confirmed that the protein digestion rate can be improved.
  • Guamyl contains a protein that is similar to or higher than the protein content of soybean meal, but has a disadvantage in that it is difficult to use in young livestock due to its low digestion absorption rate because it contains a large amount of anti-nutrient factors and high molecular weight low digestibility proteins.
  • Low digestibility proteins can be converted into hydrolyzed peptide forms or digested into low molecular weight proteins that are easy to digest to improve the digestibility of the proteins.
  • the degree of hydrolysis or molecular weight of the fermented guamyl protein was measured.
  • guam a guam was prepared, and water was supplied so that the water content of guam was 40 to 45% (w / w). Guamyl was then heat treated at 90 ° C. for 30 minutes and then cooled to 40 ° C.
  • line 4 is a graph showing the degree of hydrolysis of the guam protein according to the strain type. From the left, line 1 is the extraction supernatant of the guam raw material group, in which the water content adjusting step, the heat treatment step, and the fermentation step according to the present invention are not performed, and the line 2 is the extraction of the guam fermented with Saccharomyces cerevisiae. The supernatant was treated, line 3 was treated with extracted supernatant of guamyl fermented with Lactobacillus ashidophilus, and line 4 was treated with extracted supernatant of guam fermented with Bacillus amyloliquipeciency K2G.
  • both Bacillus amyloliquefaciens K2G increased the crude protein content of 5.4% to 6.5% of the crude protein content of guam, and the number of viable cells was 10 log level. It was confirmed that growth and growth are possible according to metabolism.
  • the anti-nutritional factors TI and GOS were reduced compared to the anti-nutritive content of raw materials, respectively. All of the pH was increased due to ammonia produced during the metabolism of Bacillus protease activity.
  • the fermented guamyl / soybean meal mixture according to the present application is very suitable for Bacillus fermentation, the content of crude protein is increased through fermentation, and the anti-nutrient factors TI and GOS are reduced, it is possible to greatly improve the digestibility.
  • Example 7 fermentation Guamyl Evaluation of effects through broiler breed test
  • Broiler breeding tests were conducted to evaluate the effect of fermented guamyl. A four-day acclimatization period was used to carry out the specification test, and for the total 21 days (3 weeks), 3%, 5% and 7% of soybean meal and soybean meal were replaced with fermented guam to check broiler weight and feeding rate. It was. The broiler was tested for 80 treatments with 4 treatments x 4 repetitions x 5 fish.

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Abstract

본 출원은 발효 구아밀(Guar meal) 제조방법에 관한 것으로, 구체적으로 구아밀을 전처리하는 단계; 상기 전처리된 구아밀에 바실러스 균주를 접종하는 단계; 및 상기 구아밀에 접종된 균을 고체 배양하여 발효 구아밀을 수득하는 단계를 포함하는 발효 구아밀의 제조방법, 상기 방법에 의하여 제조된 발효 구아밀 및 이를 포함하는 사료 조성물에 관한 것이다.

Description

발효 구아밀 제조방법
본 출원은 발효 구아밀(Guar meal)의 제조방법, 상기 방법에 의하여 제조된 발효 구아밀, 및 이를 포함하는 사료 조성물에 관한 것이다.
구아(Guar, Cyamopsis tetragonoloba)는 콩과류에 속하며, 로커스트 빈 검 (locust bean gum)의 대체원으로 사용되고 있다.
구아 종자는 14% 내지 18%의 껍질, 34% 내지 42%의 배유, 그리고 43% 내지 47%의 배아로 구성되는 것으로 알려져 있다. 특히, 구아 배유는 많은 양의 갈락토만난 검 (구아 검: guar gum)을 포함하고 있으며, 이는 유화제, 증점제 및 식용 접착제와 같은 식품용 첨가물질로 사용됨과 동시에 셰일유 (shale oil) 및 가스 생산을 위한 프래킹 공법 (fracking, hydraulic fracturing)에 사용되는 것으로 공지되어 있다.
구아검 생산에 따른 부산물로 구아 배아(guar germ)와 구아 껍질(guar hull)이 발생된다. 구아밀(guar meal)은 배아와 껍질이 혼합된 상태를 지칭하며, 일반적으로는 사료원료로 사용되고 있다. 하지만, 구아밀은 동물성 단백질에 비하여 단백질 함량이 비교적 낮고, 어분, 우유 등과 같은 어린 가축의 사료용 동물성 단백에 비해 필수 아미노산, 비타민, 광물질 및 UGF (Unknown Growth Factor) 함량이 우수하지 못하며, 트립신 저해인자, 사포닌, 잔류 구아검 및 탄닌과 같은 항영양인자 (anti-nutritional factor, ANF)들이 함유되어 있기 때문에 사료로 사용되는 경우에 가축의 소화율을 저하시킬 수 있다. 특히, 트립신 저해인자 (trypsin inhibitor, TI)와 사포닌 (saponin) 같은 항영양인자들은 어린 가축의 소화율을 저하시키고 성장을 억제할 수 있기 때문에, 어린 가축용 사료에 첨가되지 않을 뿐만 아니라 육성돈이나 축우의 사료에도 매우 제한적으로 사용되고 있다.
이러한 구아밀의 문제점을 해결하기 위하여 농축된 구아 단백질이 개발되었으나 제조원가가 높다는 단점을 갖는다. 또한, 복합균주를 사용한 구아밀 발효방법과 유산균과 효모를 이용한 혐기성 고체발효방법이 제시되었으나 (중국공개특허 제2015-10384290호, 중국공개특허 제2010-10228079호), 이러한 방법들은 발효에 소요되는 시간이 길고, 건조 공정이 필요하며, 혐기 복합균주 및 연속컨베이어 사용에 따른 품질 관리가 요구되는 등의 다양한 문제점들을 가지고 있다.
이러한 배경하에서, 본 발명자들은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 예의 노력한 결과, 구아밀을 바실러스 균주로 발효시킬 경우 영양성분 및 소화율이 향상시킬 수 있음을 확인함으로써 본 출원을 완성하게 되었다.
본 출원의 하나의 목적은, (1) 구아밀을 전처리하는 단계; (2) 상기 전처리된 구아밀에 바실러스 균주를 접종하는 단계; 및 (3) 상기 구아밀에 접종된 균을 고체 배양하여 발효 구아밀을 수득하는 단계를 포함하는, 발효 구아밀의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 출원의 다른 목적은 상기 방법에 의하여 제조된, 발효 구아밀을 제공하는 것이다.
본 출원의 다른 목적은 상기 발효 구아밀을 포함하는 사료 조성물을 제공하는 것이다.
본 출원의 발효 구아밀 제조방법을 통해 영양성분 및 소화율이 향상된 고품질의 식물성 단백원인 발효 구아밀을 제조할 수 있으며, 이를 함유하여 사료 배합비가 감소되고 프로바이오틱스 효과를 갖는 단백 사료 조성물을 제공할 수 있다. 뿐만 아니라, 구아밀 내 구아검의 점도를 감소시키고, 특히 구아밀 내 난소화성 올리고당 및 트립신 저해인자 (trypsin inhibitor, TI)의 함량을 현저하게 감소시켜, 소화율이 더욱 향상된 고품질의 발효 구아밀을 제조할 수 있다.
도 1은, 본 출원의 발효 구아밀 제조방법의 각 단계에 관한 순서도이다.
도 2는, 본 출원의 발효 구아밀 제조방법에서 전처리 단계를 구체적으로 표시한 순서도이다.
도 3은, 효소 종류와 효소 농도에 따른 구아검의 점도 변화를 나타낸 그래프이다.
도 4는, 균주 종류에 따른 구아밀 단백질의 가수분해 정도를 나타낸 그래프이다.
이를 구체적으로 설명하면 다음과 같다. 한편, 본 출원에서 개시된 각각의 설명 및 실시형태는 각각의 다른 설명 및 실시 형태에도 적용될 수 있다. 즉, 본 출원에서 개시된 다양한 요소들의 모든 조합이 본 출원의 범주에 속한다. 또한, 하기 기술된 구체적인 서술에 의하여 본 출원의 범주가 제한된다고 볼 수 없다.
상기 목적을 달성하기 위한 하나의 양태로서, 본 출원은 (1) 구아밀을 전처리하는 단계; (2) 상기 전처리된 구아밀에 바실러스 균주를 접종하는 단계; 및 (3) 상기 구아밀에 접종된 균을 고체 배양하여 발효 구아밀을 수득하는 단계를 포함하는, 발효 구아밀의 제조 방법을 제공한다.
구아(Guar, Cyamopsis tetragonoloba)는 클러스터콩(cluster bean)이라고도 불리는 콩과 식물로, 최대 2 내지 3 m까지 자라며 질소 고정 미생물과 공생한다. 성숙한 구아는 가축 사료로 주로 사용되며, 토양에 영양성분을 공급하는 녹비 (green manure)로도 사용된다. 구아의 콩에는 많은 영양물질이 함유되어있으나, 트립신 저해제와 같은 항영양물질이 제거되지 않는 한 식용으로 사용하기는 쉽지 않다.
구아 검(Guar gum)은 구아란 (guaran)으로도 불리며, 구아에 포함된 갈락토만난 (galactomannan)을 의미한다. 갈락토오스와 만노오스로 구성된 다당류로서, 화학 및 의약 산업에서 다양하게 사용되는 물질이다.
구아밀(Guar meal)은 구아 검을 생산하면서 발생하는 부산물로서, 약 25%의 배아와 75%의 껍질이 섞인 혼합물이다. 단백질이 풍부하여 사료 조성물로 이용될 수 있으나, 항영양물질 등으로 인해 소화율이 낮은 문제점이 있다.
본 출원에서는 구아밀을 사료 조성물로 사용하는 데 발생하는 문제점을 해결하기 위해, 구아밀을 바실러스 균주로 발효시킬 경우 조단백 함량이 증가하고, 난소화성 올리고당이 감소하며, 트립신 저해인자와 같은 항영양물질이 감소하여 소화율이 증가하므로, 바실러스 균주로 발효된 발효 구아밀을 사료 조성물로 사용할 수 있음을 확인하였다.
상기 단계 (1)의 구아밀을 전처리하는 단계는, (1-1) 물을 구아밀에 첨가하여 수분함량을 조절하는 단계; (1-2) 상기 수분함량이 조절된 구아밀을 열처리하는 단계; 및 (1-3) 상기 열처리된 구아밀을 냉각시키는 단계를 포함할 수 있다.
상기 단계 (1-1)은 물을 구아밀에 첨가하여 수분함량을 조절하는 가수 단계로서, 본 출원의 목적상 구아밀에 균을 접종하여 발효시키는데 필요한 전처리 단계에 해당한다. 구아밀에 물을 첨가하는 방법으로서는 당업계에 공지된 방법이 제한 없이 사용될 수 있다.
구체적으로, 상기 단계(1-1)의 수분함량이 조절된 구아밀은 수분함량이 30 내지 60 % (w/w), 구체적으로는 35 내지 50 % (w/w), 더욱 구체적으로는 40 내지 45 % (w/w)인 것일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 수분 함량의 범위를 갖는 구아밀은 저수분으로 인한 발효속도의 지연을 방지하고 구아밀의 이송 및 발효 후 건조 공정에 많은 비용이 소요되는 문제점을 개선할 뿐만 아니라 열효율 측면에서 유리할 수 있다.
수분함량이 지나치게 낮을 경우 구아밀의 발효가 충분하게 일어나지 않아 오염균으로 인한 품질 저하 문제가 발생할 수 있으며, 수분함량이 너무 높을 경우, 예컨대 수분함량이 50% 이상인 경우 품질에는 문제가 없으나 공정 설계가 어려우며, 고체발효 진행에 있어서 작업성 및 제조원가 경쟁력이 현저히 저하될 수 있다.
상기 단계 (1-2)는 수분함량이 조절된 구아밀을 열처리하는 가열 단계로서, 열처리의 목적은 원료 구아밀 중의 잡균을 사멸시키는 동시에 구아밀 세포벽을 파괴하고 단백질을 변성시킴으로써 목적하는 미생물이 활발히 생육할 수 있는 환경을 제공해주기 위한 것이다. 열처리는 당업계에 공지된 다양한 방법을 이용하여 수행될 수 있다.
열처리 온도가 낮거나 처리 시간이 짧은 경우에는 잡균의 살균 효과가 저하되고 이후의 발효 공정이 원활하게 진행되지 않는 문제점이 있으며, 열처리 온도가 높거나 처리 시간이 길어지는 경우에는 구아밀 내 단백질의 변성으로 인한 소화율이 감소되어 최종 제품의 품질이 저하되는 문제점이 발생할 수 있다.
이러한 열처리 과정을 통하여 구아밀에 존재하는 오염균이 거의 사멸되고 이후 공정인 발효가 원활하게 진행되는 화학적 환경이 조성되는 효과가 있을 뿐만 아니라 소화율을 저해하는 트립신 저해인자 (TI)와 같은 항영양인자가 감소하는 효과도 기대할 수 있다. 열처리 온도가 낮거나 처리 시간이 짧을 경우, 상기 TI와 같은 항영양인자의 감소가 일어나지 않고 구아밀 원료 내 미생물, 예컨대 이종 바실러스 균주, 곰팡이 및 병원균이 사멸되지 않는 문제점이 발생할 수 있다.
구체적으로, 상기 단계 (1-2)의 열처리는 구아밀을 85℃ 내지 95℃에서 처리하는 것일 수 있으며, 보다 구체적으로 90℃ 내지 95℃에서 처리하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
구체적으로, 상기 단계 (1-2)의 열처리는 구아밀을 85℃ 내지 100℃에서 20분 내지 35분 동안 처리하는 것일 수 있으며, 구체적으로 90℃ 내지 95℃에서 25분 내지 30분 동안 처리하는 것일 수 있다. 열역학적으로 가압을 하지 않아 100℃ 이하의 온도에서 처리할 수 있다.
상기 단계 (1-3)은 열처리된 구아밀을 냉각하고 바실러스 균주를 접종하는 단계로서, 가열 단계에서 높아진 구아밀의 온도를 낮추고 발효균으로서 바실러스 균주를 접종하여 발효를 유도하는데 필요한 과정이다.
상기 냉각은 열처리가 종결된 후 자연적으로 진행될 수 있는데, 냉각 속도를 높여 과열을 방지하고 균일하게 냉각하기 위하여 컨베이어 (conveyor)식 방냉기를 이용한 이송과정을 거쳐 쉽게 진행할 수 있다.
구체적으로, 상기 단계 (1-3)의 냉각은 20℃ 내지 60℃의 온도에서 실시할 수 있으며, 보다 구체적으로 30℃ 내지 50℃의 온도에서 실시하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 단계 (1-3)의 바실러스 균주는 바실러스 서브틸리스 또는 바실러스 아밀로리퀴페시언스일 수 있으며, 보다 구체적으로 1종의 바실러스 서브틸리스 (ATCC21770), 4종의 바실러스 아밀로리퀴페시언스 (Bacillus amyloliquefaciens K2G (한국등록특허 제10-1517326), ATCC 23842, ATCC 23843, ATCC 23845)일 수 있다. 바실러스 균주의 배양 방법은 당업계에 공지된 방법이 제한 없이 사용될 수 있으며, 구체적으로 액상 배양일 수 있다.
상기 바실러스 균주는 구아밀 중량의 5 내지 20 중량%로 접종될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 출원에서 상기 단계 (3)은 상기 구아밀에 접종된 균을 고체 배양하여 발효 구아밀을 수득하는 단계로서, 본 출원의 발효 구아밀 제조 방법의 배양 및 발효 단계에 해당한다.
상기 배양은 고체 배양으로 실시하는 것일 수 있으며, 예컨대 충진층 발효기 (packed-bed fermentor) 등을 사용하여 발효시키는 것일 수 있다.
본 출원에서 용어, "고체배양"은 미생물이나 동식물의 세포 등을 우무나 젤라틴 따위의 고형 배지 위에서 기르는 것을 의미하며, 그 방법으로서는 당업계에 공지된 방법이 제한 없이 사용될 수 있다.
충진층 발효기에는 회분식 통기배양장치, 밀폐식 배양장치, 연속식 통기배양장치 등 여러 가지 형식이 있으며, 구아밀의 고체 발효에 유용한 것이라면 그 형식에 제한 없이 본 출원의 방법에 사용될 수 있고, 생산 규모에 따라 적절한 장치를 선택하여 사용할 수 있다.
일반적인 발효 공정은, 효모, 젖산균 또는 곰팡이를 이용할 경우 48시간 내지 72시간의 고체발효 공정을 수반하며, 이는 균주마다 대사, 효소 활성과 같은 생물학적 활성이 다르기 때문이다. 그러나 바실러스 균주를 사용할 경우 24시간 이내에 발효 공정이 종료될 수 있으며, 구체적으로 약 16시간 동안 이루어질 수 있다.
구체적으로, 상기 단계 (3)은 고체 배양은 30℃ 내지 50℃의 온도에서 15 내지 25시간 동안 실시하는 것일 수 있으며, 보다 구체적으로 37℃ 내지 45℃의 온도에서 14시간 내지 16시간 동안 실시하는 것일 수 있다.
상기 단계 (3)을 통해 제조된 발효 구아밀 내에는 상당수의 생균이 존재하여 프로바이오틱스 효과를 나타낼 수 있으며, 상기 생균수는 구체적으로 107 내지 108 CFU/g일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 출원에서 용어, "프로바이오틱스"는 체내에 들어가서 건강에 좋은 효과를 주는 살아있는 균을 말한다.
본 출원의 방법은 상기 단계(3) 이후에, 상기 발효 구아밀을 건조하고 분쇄하는 단계 (4)를 추가로 포함할 수 있다.
발효 과정에서 구아밀 중의 수분은 일부 증발하지만 발효 종료 직후에는 잔존 수분 함량이 상당히 높다. 그러나 발효 구아밀 제품의 최종 수분 함량을 조절하기 위해, 건조 공정이 추가로 필요할 수 있다.
또한, 본 출원에 따른 바실러스 아밀로리퀴페시언스 균주를 이용한 고체 발효 시 발효 구아밀의 상태가 매우 양호하지만 부분적으로 약하게 엉긴 덩어리를 형성하므로 건조 후 발효 구아밀의 입자 크기가 균일하게 분쇄될 필요가 있다.
건조 및 분쇄는 당업계에 공지된 다양한 방법으로 실시할 수 있으나, 과하게 고온에서 건조할 경우에는 발효 구아밀 중의 생균이 대부분 사멸되므로 주의할 필요가 있다. 이에 생균이 사멸되지 않는 저온에서 건조해야 하며, 저온 저습도의 열풍으로 건조할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 분쇄과정은 발효 구아밀을 이용하고자 하는 목적에 따라 다양한 크기로 분쇄할 수 있으며, 분쇄 방법으로 예컨대, 햄머 밀 (hammer mill)을 이용할 수 있다.
본 출원의 다른 하나의 양태로서, 본 출원은 상기 발효 구아밀 제조방법에 의하여 제조된 발효 구아밀을 제공한다.
구체적으로, 상기 발효 구아밀은 바실러스 균주를 포함할 수 있으며, 보다 구체적으로, 상기 바실러스 균주는 바실러스 아밀로리퀴페시언스일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상술한 본 출원의 방법에 따라 바실러스 아밀로리퀴페시언스 균주를 이용하여 구아밀을 발효함으로써 구아밀에 함유된 TI를 비롯한 각종 항영양인자가 감소되고, 단백질의 가수분해 및 저분자화로 소화 흡수율이 향상되며, 조단백 함량이 증가된 발효 구아밀을 수득할 수 있고, 이는 사료로서의 절대적인 가치가 개선된 것으로 동물성 단백질을 대체할 수 있는 고품질 단백질 사료 재료로서 이용가치가 매우 높다.
또한, 구아밀은 4% 내지 6%의 올리고당을 함유하고 있으며, 상기 올리고당 중에서 난소화성 올리고당, 즉 갈락토올리고당(galacto-oligosaccharides, 이하 GOS로 지칭함)인 라피노스(raffinose)와 스타치오스(stachyose)이 2% 내지 3%를 차지하고 있다. 상기 난소화성 올리고당은 장내 유해 미생물의 영양원으로 사용되거나 설사를 유발할 수 있어 문제가 되나, 본 출원의 방법에 따라 발효된 구아밀에는 난소화성 올리고당의 함량이 상당량 감소하여 사료 조성물로 이용될 경우 우수한 소화 흡수율을 나타낼 수 있음을 확인하였다.
구체적으로, 본 출원의 방법에 의하여 제조된 발효 구아밀은 상기 (1) 내지 (3)단계가 수행되지 않은 구아밀 내 트립신 저해인자 (trypsin inhibitor, TI) 함량을 기준으로 30 내지 50 % 수준의 트립신 저해인자를 포함할 수 있다. 또한, 본 출원의 방법에 의하여 제조된 발효 구아밀은 상기 (1) 내지 (3)단계가 수행되지 않은 구아밀 내 난소화성 올리고당 함량을 기준으로 10 내지 40 % 수준의 난소화성 올리고당을 포함할 수 있다.
또한, 본 출원의 발효 구아밀은 기호성에 문제가 없으며, 사료 요구율 또한 대두박과 유사하므로, 대두박을 대체할 수 있는 단백원으로 널리 활용될 수 있다.
본 출원의 또 다른 하나의 양태로서, 본 출원은 상기 발효 구아밀 제조방법에 의하여 제조된 발효 구아밀을 포함하는 사료 조성물을 제공한다.
본 출원의 용어 "사료 조성물"이란 개체의 생명을 유지하고 상기 개체를 사육하는데 필요한 유기 또는 무기 영양소를 공급하는 물질을 의미한다. 상기 사료 조성물은 사료를 섭취하는 개체가 필요로 하는 에너지, 단백질, 지질, 비타민, 광물질 등 영양소를 포함할 수 있으며, 특별히 이에 제한되지 않으나, 곡물류, 근과류, 식품가공부산물류, 조류, 섬유질류, 유지류, 전분류, 박류, 곡물부산물류 등의 식물성 사료 또는 단백질류, 무기물류, 유지류, 광물성류, 단세포 단백질, 동물성 플랑크톤류, 어분 등의 동물성 사료가 될 수 있다. 본 출원에서 상기 사료 조성물은 사료에 첨가되는 물질 (즉, 사료 첨가제), 사료 원료 또는 개체에 급여되는 사료 자체를 모두 포함하는 개념이다.
상기 개체는 사육 대상을 의미하는 것으로 본 출원의 사료를 섭취할 수 있는 생명체라면 제한 없이 포함될 수 있다. 이에, 본 출원의 사료 조성물은 포유류, 가금류, 어류 및 갑각류를 포함하는 다수의 동물 식이 즉, 사료에 적용할 수 있다. 상업용으로 중요한 돼지, 소, 염소 등의 포유류, 코끼리, 낙타 등의 동물원 동물, 개, 고양이 등의 가축에게 사용할 수 있다. 상업적으로 중요한 가금류에는 닭, 오리, 거위 등이 포함되며, 송어와 새우와 같은 상업적으로 사육되는 어류 및 갑각류를 포함 할 수 있다.
본 출원에 따른 사료 조성물 내 발효 구아밀의 함량은 적용 가축의 종류 및 연령, 적용 형태, 목적하는 효과 등에 따라서 적절하게 조절 가능하며, 예컨대 1 내지 99 중량%, 구체적으로는 10 내지 90 중량%, 더욱 구체적으로는 20 내지 80 중량%로 사용될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 출원의 사료 조성물은 투여를 위해서 발효 구아밀 이외에 추가로 구연산, 푸마르산, 아디프산, 젖산 등의 유기산; 인산칼륨, 인산나트륨, 중합 인산염 등의 인산염; 폴리페놀, 카테친, 토코페롤, 비타민 C, 녹차 추출물, 키토산, 탄니산 등의 천연 항산화제 중 1종 이상을 혼합하여 사용할 수 있으며, 필요에 따라 항인플루엔자제, 완충액, 정균제 등 다른 통상의 첨가제를 첨가할 수 있다. 또한 희석제, 분산제, 계면활성제, 결합제 또는 윤활제를 부가적으로 첨가하여 수용액, 현탁액, 유탁액 등과 같은 주사용 제형, 캡슐, 과립 또는 정제로 제제화할 수 있다.
또한, 본 출원의 사료 조성물은 보조성분으로 아미노산, 무기염류, 비타민, 항산화제, 항진균제, 항균제 등과 같은 각종 보조제 및 분쇄 또는 파쇄된 밀, 보리, 옥수수 등의 식물성 단백질 사료, 혈분, 육분, 생선분 등의 동물성 단백질 사료, 동물성 지방 및 식물성 지방 같은 주성분 이외에도 영양 보충제, 성장 촉진제, 소화 흡수 촉진제, 질병 예방제와 함께 사용될 수 있다.
본 출원의 사료 조성물을 사료 첨가물로 사용할 경우, 상기 사료 조성물을 그대로 첨가하거나 다른 성분과 함께 사용될 수 있고, 통상적인 방법에 따라 적절하게 사용될 수 있다. 사료 조성물의 투여 형태는 비독성 제약상 허용 가능한 담체와 조합하여 즉시 방출 또는 서방성 제형으로 제조할 수 있다. 이러한 식용 담체는 옥수수 전 분, 락토스, 수크로스, 프로필렌 글리콜일 수 있다. 고체형 담체의 경우에는 정제, 산제, 토로키제 등의 투여 형태일 수 있으며 액체형 담체의 경우에는 시럽제, 액체 현탁액제, 에멀젼제, 용액제 등의 투여 형태일 수 있다. 또한, 투여제는 보존제, 윤화제, 용액 촉진제, 안정화제를 함유할 수 있으며 다른 염증 질환 개선제 및 바이러스 예방상 유용한 물질을 함유할 수도 있다.
본 출원에 따른 사료 조성물은 가축사료에 건조 중량 기준으로 1 ㎏ 당 약 10 내지 500 g, 구체적으로는 10 내지 100 g의 양으로 혼합될 수 있고, 완전히 혼합한 후 매쉬로 공급하거나, 추가 가공 공정을 통하여 팰렛화, 팽창화, 압출 공정을 거칠 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 상기 사료 조성물은 갈락토만나네이즈 (Galactomannanase), 셀룰클라스트 (Celluclast), 및 비스코자임 (Viscozyme)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나의 효소를 추가로 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 효소는 본 출원의 발효 구아밀 내 구아검 함량을 고려할 때, 상기 발효 구아밀 중량 대비 0.1 %(w/w) 내지 1.0 %(w/w)로 포함될 수 있으며, 보다 구체적으로 0.1% 내지 0.5%(w/w), 더욱 구체적으로는 0.2%(w/w)로 첨가될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 효소는 구아밀 내 구아검의 점도를 감소시킬 수 있는 효소로, 상기 효소가 사료 조성물에 추가로 포함될 경우 구아밀 내에 존재하는 1% 내지 3%의 구아검이 분해되어 소화율이 향상될 수 있다.
이하 본 출원을 실시예를 통하여 보다 상세하게 설명한다. 그러나 이들 실시예는 본 출원을 예시적으로 설명하기 위한 것으로 본 출원의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1-1: 구아밀의 열처리 온도에 따른 구아밀의 영양성분 변화
본 발명의 발효 구아밀 제조방법은, 수분함량이 조절된 구아밀을 열처리하는 단계를 포함한다. 열처리 온도에 따른 발효 구아밀의 세균 수 및 트립신 저해인자 (trypsin inhibitor, TI)를 측정하였다.
보다 구체적으로는, 구아밀 100g을 준비하고, 구아밀의 수분함량이 42%(w/w)가 되도록 수분을 공급하였다. 이어서 구아밀을 70℃, 80℃, 90℃ 및 95℃로 각각 30분 동안 열처리 하였다.
각각 다른 온도에서 열처리 된 후, 구아밀의 세균 수 및 트립신 저해인자 (TI)를 측정하였으며, 열처리되지 않은 구아밀을 대조군으로 상대비(%)를 계산하여, 하기의 표 1에 나타내었다.
Figure PCTKR2018002457-appb-T000001
상기 표 1을 참고하면, 열처리 온도가 높을수록 구아밀의 세균수 및 TI함량은 감소하였다. 특히, 90℃에서 열처리 된 경우에는, 구아밀의 세균수 5.0 x 102CFU/g 및 TI 함량 1.5 mg/g 였으며, 95℃에서 열처리 된 경우에는, 구아밀의 세균수 7.0 x 101 CFU/g 및 TI 함량 0.9 mg/g 였다.
즉, 열처리가 이루어지지 않은 구아밀은 세균수 4.0 x 10 4 CFU/g, TI 함량 2.7 mg/g을 나타냈으며, 70℃의 온도에서 열처리 된 경우 구아밀의 세균수는 3.5 x 10 3CFU/g, TI 함량은 2.1 mg/g으로 상대비 79%에 달하였으므로, 비교적 온도가 낮은 조건에서는 세균수와 TI 함량이 높아 사료로서의 활용도가 낮음을 알 수 있다.
반면, 구아밀의 열처리 온도가 높을수록 세균수와 TI함량이 감소하였으며, 특히, 구아밀의 열처리 온도가 80 내지 95℃일 경우 우수한 효과가 나타났으며, 90 내지 95℃일 경우 보다 더 우수한 효과가 나타났음을 확인하였다. 상기 조건의 열처리에 따른 결과는 발효 구아밀을 대량생산 하는 데 있어 매우 효율적이며 경제적인 효과를 기대할 수 있다.
실시예 1-2: 구아밀의 발효 온도 및 수분함량에 따른 구아밀의 영양성분 변화
수분 함량 및 발효 온도에 따른 발효 구아밀의 영양성분을 측정하였다.
보다 구체적으로는, 구아밀 100g을 준비하고, 구아밀의 수분함량이 각각 40 %, 45 %, 50 % (w/w)가 되도록 수분을 공급하였다. 이어서 구아밀을 90℃에서 각각 30분 동안 열처리 한 후, 40℃로 냉각하였다.
각각 다른 수분함량을 갖는 구아밀에, 바실러스 아밀로리퀴페시언스 (Bacillus amyloliquefaciens K2G) 배양액을 구아밀 중량의 10 중량% 접종하고 수분함량이 각각 40 %, 45 %, 50 % (w/w)가 되도록 하여, 잘 섞어준 다음 35℃, 40℃, 45℃, 및 50℃에서 각각 16시간 동안 항온항습이 유지되는 조건에서 발효시켰다. 본 발명에 따른 수분함량 조절 단계, 열처리 단계, 및 발효 단계가 수행되지 않은, 구아밀 원료군은 대조군으로 사용되었다.
수분함량 및 발효 온도에 따른 구아밀의 단백함량을 측정하였으며, 구아밀 원료군을 기준으로 단백함량의 증가율과 상대비율을 계산하여, 하기 표 2에 나타내었다.
Figure PCTKR2018002457-appb-T000002
상기 표 2를 참고하면, 발효 온도 40℃, 수분함량 50% 조건에서, 대조군 대비 가장 높은 63.5% 단백함량과 110% 증가율을 나타내었다. 즉, 구아밀은 35 내지 50℃에서, 또는 40 내지 45℃에서 발효되는 경우에 높은 단백 함량을 가질 수 있음을 확인하였다. 또한, 구아밀은, 는 40 내지 50%의 수분함량, 또는 45 내지 50 %의 수분함량을 갖도록 처리된 후 발효되는 경우에 높은 단백 함량을 가질 수 있음을 확인하였다.
실시예 1-3: 균주에 따른 발효 구아밀의 영양성분 변화
구아밀 100g을 준비하고, 구아밀의 수분함량이 40 내지 45%(w/w)가 되도록 수분을 공급하였다. 이어서 구아밀을 80 내지 95℃에서 30분 동안 열처리 한 후, 40℃로 냉각시켰다. 상기 구아밀 중량의 10 중량%의 바실러스 서브틸리스 1종(Bacillus subtilis ATCC 21770)과 바실러스 아밀로리퀴페시언스 4종의(Bacillus amyloliquefaciens K2G, ATCC 23842, ATCC 23843, ATCC 23845) 배양액을 상기 냉각된 구아밀에 각각 접종하고 최종 발효수분을 45 내지 50%(w/w)로 하여, 잘 섞어준 다음 37℃ 내지 45℃에서 14시간 내지 16시간 동안 항온항습이 유지되는 조건에서 발효시켰다. 본 발명에 따른 수분함량 조절 단계, 열처리 단계, 및 발효 단계가 수행되지 않은, 구아밀 원료군은 대조군으로 사용되었다.
발효된 구아밀의 단백함량, 생균수 및 pH를 측정하였으며, 구아밀 원료군을 기준으로 단백함량의 증가율과 상대비율을 계산하여, 하기 표 3에 나타내었다.
균주별 처리에 따른 영양성분 변화 (발효 16시간 기준)
원료 및 균주 단백함량 ( % , ds기준 ) 생균수(CFU/g) pH
증가율(%) 상대비(%)
Guar meal 57.2 - - - 6.6
Bacillus subtilis ATCC 21770 62.3 5.1 88 8.9 x 109 7.1
Bacillus amyloliquefaciens ATCC 23842 62.3 5.1 88 1.2 x 1010 7.4
Bacillus amyloliquefaciens ATCC 23845 62.5 5.3 91 1.2 x 1010 7.5
Bacillus amyloliquefaciens ATCC 23843 62.9 5.7 98 1.2 x 1010 7.5
Bacillus amyloliquefaciens K2G 63.0 5.8 100 1.2 x 1010 7.6
상기 표 3을 참고하면, 바실러스 종이 접종되어 발효된 구아밀은 62% 이상의 조단백질을 함유하였으며, 이는 바실러스 종이 접종되지 않은 대조군의 구아밀에 비하여 조단백질이 5% 이상 증가한 것임을 확인하였다. 따라서, 상기 발효 구아밀이 사료에 첨가되는 경우, 사료 배합비를 감소시킬 수 있다. 또한, 상기 발효 구아밀 내 존재하는 생균수는 107 내지 108 CFU/g 수준에 달하므로, 상기 발효 구아밀이 사료에 첨가되는 경우 프로바이오틱스 효과를 기대할 수 있다.
실시예 2: 구아밀 내 구아검의 분해 및 점도 변화
구아밀 내에는 1% 내지 3%의 구아검이 존재하며, 구아검의 점도는 소화 기관 내에서 소화물의 흐름을 느리게 하여 소화율을 저해하는 것으로 알려져 있다. 따라서, 구아밀 내 구아검의 점도를 감소시킬 수 있는 효소가 본 출원의 발효 구아밀에 첨가될 수 있다.
효소 종류와 효소 농도에 따른 구아검(guar gum,galactomannan)의 분해 또는 점도 감소 효과를 확인하였다. 보다 구체적으로는, 구아검을 멸균수에 용해하여 1%의 구아검 희석액을 준비하였다. 구아검 희석액 각각에 효소 갈락토만나네이즈 (Galactomannanase: 이하 GM으로 지칭함), 셀룰클라스트 (Celluclast: 이하 CE로 지칭함), 그리고 비스코자임 (Viscozyme: 이하 VI으로 지칭함) 를 농도별로 첨가하고, 구아검의 분해에 따른 구아검 용액의 점도 변화를 측정하였다 (도 3).
그 결과, GM, CE, 및 VI 모두 구아검의 점도를 감소시켰으며, 특히 GM 및 VI의 구아검 점도 감소 효과가 우수하였음을 확인하였다. 따라서, 본 출원의 제조방법으로 제조된 발효 구아밀을 포함하는 사료 조성물에 상기 효소가 추가적으로 포함될 경우, 사료의 소화율과 흡수율을 개선할 수 있는 사료 조성물을 제공할 수 있다.
실시예 3: 바실러스 발효에 따른 구아밀 내 당류 함량 변화
구아밀은 4% 내지 6%의 올리고당을 함유하고 있으며, 이들 올리고당 중에서 난소화성 올리고당, 즉 갈락토올리고당(galacto-oligosaccharides, 이하 GOS로 지칭함)인 라피노스(raffinose)와 스타치오스(stachyose)이 2% 내지 3%이다. 상기 난소화성 올리고당은 장내 유해 미생물의 영양원으로 사용되거나, 설사를 유발할 수 있으므로, 구아밀 내 이의 함량을 감소시키는 것이 필요하다.
구아밀 100g을 준비하고, 구아밀의 수분함량이 40 내지 45%(w/w)가 되도록 수분을 공급하였다. 이어서 구아밀을 80 내지 95℃에서 30분 동안 열처리 한 후, 40℃로 냉각시켰다. 상기 구아밀 중량의 10%의 바실러스 서브틸리스 1종(Bacillus subtilis ATCC 21770)과 바실러스 아밀로리퀴페시언스 4종 (Bacillus amyloliquefaciens K2G, ATCC 23842, ATCC 23843, ATCC 23845), 사카로미세스 세레비시아(Saccharomyces cerevisiae), 락토바실러스 애시도필러스 (Lactobacillus acidophilus)의 배양액, 및 사카로미세스와 락토바실러스 애시도필러스 혼합 배양액을 상기 구아밀에 각각 접종하였다. 균주가 접종된 구아밀을 잘 섞어준 후, 이들을 37℃ 내지 45℃에서 14시간 내지 16시간 동안 항온항습이 유지되는 조건에서 발효시켰다. 단, 사카로미세스 세레비시아, 락토바실러스 애시도필러스 배양액, 및 사카로미세스와 락토바실러스 애시도필러스 혼합 배양액이 접종된 구아밀은 혐기 발효시켰다.
동일한 시간 동안 발효된 각각의 발효 구아밀로부터 물 추출하고 0.22㎛ 필터로 여과한 후, Carbo PA-1(컬럼 온도 30℃) 사용하여 난소화성 올리고당의 함량을 측정하였다. 본 발명에 따른 수분함량 조절 단계, 열처리 단계, 발효 단계가 수행되지 않은, 구아밀 원료군이 대조군으로 사용되었다. 발효된 구아밀의 난소화성 올리고당 함량과 구아밀 원료군을 기준으로 상대비를 계산하여, 하기의 표 4에 나타내었다.
균주별 처리에 따른 잔류 난소화성 올리고당 함량
원료 및 균주 상대비( % ) 난소화성 올리고당
Raffinose(%) Stachyose(%) 합계(%)
Guar meal 100 1.71 0.51 2.22
Bacillus subtilis ATCC 21770 39.6 0.20 0.68 0.88
Bacillus amyloliquefaciens ATCC 23842 30.2 0.02 0.65 0.67
Bacillus amyloliquefaciens ATCC 23845 19.4 0.02 0.41 0.43
Bacillus amyloliquefaciens ATCC 23843 15.3 ND1) 0.34 0.34
Bacillus amyloliquefaciens K2G 10.4 ND 0.23 0.23
Saccharomyces cervisiae 71.2 1.00 0.58 1.58
Lactobacillus acidophilus 89.2 1.46 0.52 1.98
Saccharomyces cervisiae + Lactobacillus acidophilus 71.2 1.11 0.47 1.58
1)ND : not detected
상기 표 4를 참고하면, 대조군에 비하여, 바실러스 종이 접종된 발효 구아밀 내 난소화성 올리고당의 함량은 평균적으로 80% 이상 감소한 것으로 나타났다. 특히, 바실러스 아밀로리퀴페시언스 (Bacillus amyloliquefaciens) K2G 로 발효된 발효 구아밀에서의 난소화성 올리고당의 함량이 가장 낮았다. 반면에, 사카로미세스 세레비시아 배양액, 락토바실러스 애시도필러스 배양액 및 이들의 복합 배양액으로 혐기발효된 구아밀은 평균 20 내지 30% 수준으로 GOS가 제거되었다. 따라서, 본 출원의 발효 구아밀은 난소화성 올리고당의 함량이 적으므로 사료로 사용되는 경우에 가축의 소화율을 향상시킬 수 있음을 확인하였다.
실시예 4: 바실러스 발효에 따른 TI 함량 및 in vitro 소화율(digestibility) 변화
본 출원에 따라 제조된 발효 구아밀 내 트립신 저해인자(Trypsin inhibitor, 이하 TI 표기) 함량과 in vitro 소화율을 측정하였다.
보다 구체적으로는, 구아밀 100g을 준비하고, 구아밀의 수분함량이 40 내지 45%(w/w)가 되도록 수분을 공급하였다. 이어서 구아밀을 90℃에서 30분 동안 열처리 한 후, 40℃로 냉각시켰다. 상기 구아밀 중량의 10%의 바실러스 서브틸리스 1종(Bacillus subtilis ATCC 21770)과 바실러스 아밀로리퀴페시언스 4종 (Bacillus amyloliquefaciens K2G, ATCC 23842, ATCC 23843, ATCC 23845), 사카로미세스 세레비시아(Saccharomyces cerevisiae), 및 락토바실러스 애시도필러스 (Lactobacillus acidophilus)의 배양액, 및 사카로미세스와 락토바실러스 애시도필러스 혼합 배양액을 상기 구아밀에 각각 접종하였다. 균주가 접종된 구아밀을 잘 섞어준 후, 이들을 37℃ 내지 45℃에서 16시간 동안 항온항습이 유지되는 조건에서 발효시켰다. 단, 사카로미세스 세레비시아, 락토바실러스 애시도필러스 배양액, 및 사카로미세스와 락토바실러스 애시도필러스 혼합 배양액이 접종된 구아밀은 혐기 발효시켰다. 본 발명에 따른 수분함량 조절 단계, 열처리 단계, 및 발효 단계가 수행되지 않은, 구아밀 원료군이 대조군으로 사용되었다.
상기의 방법으로 발효된 발효 구아밀과 대조군 내 TI 함량은 AOAC Ba 12-75 (American Oil Chemists' Society)에 따라 측정되었고, in vitro 소화율은 Biosen et al(1997) 2 step 법으로 측정되었다. 측정된 TI 함량(㎎/g)은 하기 표 5에 나타내었고, in vitro 소화율은 하기 표 6에 나타내었다.
균주별 처리에 따른 항영양인자 TI 함량
원료 및 균주 TI함량 (mg/g)
상대비(%)
Guar meal 2.5 100
Bacillus subtilis ATCC 21770 1.1 45
Bacillus amyloliquefaciens ATCC 23842 1.1 45
Bacillus amyloliquefaciens ATCC 23845 1.1 45
Bacillus amyloliquefaciens ATCC 23843 0.9 36
Bacillus amyloliquefaciens K2G 0.9 36
Saccharomyces cervisiae 1.6 65
Lactobacillus acidophilus 1.9 77
Saccharomyces cervisiae +Lactobacillus acidophilus 1.6 65
상기 표 5를 참고하면, 본 출원에 따른 바실러스 종으로 발효된 구아밀은 평균 1.0 ㎎/g의 TI 함량을 나타내었으며, 이는 구아밀 원료에 비하여 평균 60% 가 감소한 것이다. 반면에, 사카로미세스 세레비시아 배양액, 락토바실러스 애시도필러스 배양액 및 이들의 복합 배양액으로 혐기발효된 구아밀은 바실러스 종의 배양액으로 발효된 구아밀에 비하여 발효에 따른 TI 함량 저감 효과가 크지 않았다. 따라서, 바실러스 종의 배양액으로 구아밀을 발효시키는 단계를 포함하는, 본 발명의 발효 구아밀 제조방법은 구아밀 내 TI 함량이 저감시킬 수 있으므로, 본 발명의 발효 구아밀을 사료로 사용하는 경우 가축 내 단백소화율을 개선할 수 있음을 확인하였다.
균주별 처리에 따른 in vitro 소화율(%) 변화
원료 및 균주 in vitro digestibility(%)
1 step(pepsin) 2 steps(pepsin+pancreatin) 상대비(%)
Guar meal 81.0 87 -
Bacillus subtilis ATCC 21770 85.0 91 105
Bacillus amyloliquefaciens ATCC 23843 84.0 90 103
Bacillus amyloliquefaciens K2G 89.0 95 109
Saccharomyces cervisiae 81.0 87 100
Lactobacillus acidophilus 82.0 86 99
상기 표 6을 참고하면, 바실러스 종의 배양액으로 발효된 구아밀의 in vitro 소화율은, 락토바실러스 애시도필러스의 배양액으로 발효된 구아밀, 사카로미세스와 락토바실러스 애시도필러스 혼합 배양액으로 발효된 구아밀 및 대조군 구아밀의 in vitro 소화율 보다 더 높았다. 이는 바실러스 종의 배양액으로 구아밀을 발효하는 단계에서, 구아밀 단백이 저분자화되기 때문인 것으로 추정된다. 하지만, 사카로미세스 세레비시아와 락토바실러스 애시도필러스는 바실러스 종과 달리 구아밀 단백을 저분자화하지 못하는 것으로 보인다. 따라서, 본 발명의 발효 구아밀 제조방법으로 제조된, 발효 구아밀을 사료로 사용하는 경우 가축 내 단백소화율을 개선할 수 있을 것으로 보인다.
실시예 5: 바실러스 발효에 따른 구아밀 단백질의 가수분해 변화
구아밀은 대두박의 단백질 함량과 유사하거나 더 높은 단백질을 함유하고 있으나, 다량의 항영양인자와 고분자량의 저소화율 단백질을 포함하고 있기 때문에 소화 흡수율이 낮아 어린 가축에 사용하기에는 어렵다는 단점이 있다. 저소화율 단백질은 가수분해된 펩타이드 형태로 변환시키거나 소화가 용이한 저분자량의 단백질로 분해하여 단백질의 소화율을 개선시킬 수 있다.
따라서, 본 출원에 따른 방법으로 제조된 발효 구아밀의 소화율 개선 정도를 확인하기 위하여, 발효 구아밀 단백질의 가수분해 정도 또는 분자량을 측정하였다.
보다 구체적으로는, 구아밀 100g을 준비하고, 구아밀의 수분함량이 40 내지 45%(w/w)가 되도록 수분을 공급하였다. 이어서 구아밀을 90℃에서 30분 동안 열처리 한 후, 40℃로 냉각시켰다. 상기 구아밀 중량의 10%의 바실러스 아밀로리퀴페시언스 K2G (Bacillus amyloliquefaciens K2G), 사카로미세스 세레비시아(Saccharomyces cerevisiae), 및 락토바실러스 애시도필러스 (Lactobacillus acidophilus)의 배양액, 및 사카로미세스와 락토바실러스 애시도필러스 혼합 배양액을 상기 구아밀에 각각 접종하였다. 균주가 접종된 구아밀을 잘 섞어준 후, 이들을 37℃ 내지 45℃에서 16시간 동안 항온항습이 유지되는 조건에서 발효시켰다. 단, 사카로미세스 세레비시아, 락토바실러스 애시도필러스 배양액 및 사카로미세스와 락토바실러스 애시도필러스 혼합 배양액이 접종된 구아밀은 혐기 발효시켰다.
수득된 각각의 발효 구아밀 건조시료 0.1g 에 8M urea 용액 5.0 mL 을 넣고 혼합한 후, 25℃에서 13000 rpm으로 5분간 원심분리하여 상등액을 분리하였다. 분리된 상등액을 염색 완충액으로 염색 및 변성 시킨 후 10 ㎕를 SDS-PAGE 수행하여 분자량에 따른 단백질 이동상을 확인하였다.
도 4는, 균주 종류에 따른 구아밀 단백질의 가수분해 정도를 나타낸 그래프이다. 왼쪽부터 라인 1은 본 발명에 따른 수분함량 조절 단계, 열처리 단계, 및 발효 단계가 수행되지 않은, 구아밀 원료군의 추출 상등액이며, 라인 2는 사카로미세스 세레비시아로 발효된 구아밀의 추출 상등액을 처리한 것이고, 라인 3은 락토바실러스 애시도필러스로 발효된 구아밀의 추출 상등액을 처리한 것이며, 라인 4는 바실러스 아밀로리퀴페시언스 K2G로 발효된 구아밀의 추출 상등액을 처리한 것이다.
결과적으로, 바실러스 아밀로리퀴페시언스 K2G를 이용하여 제조된 발효 구아밀은, 구아밀 원료군 또는 다른 균주를 이용하여 제조된 발효 구아밀에 비하여 확연히 분자량 크기가 작아진 것을 확인할 수 있었다. 따라서, 바실러스 종이 고분자량의 구아밀 단백질을 크기가 작은 펩타이드 형태로 가수분해하였으며, 이로 인하여 본 출원의 발효 구아밀은 어린 가축용 단백질 공급원으로도 사용될 수 있다.
실시예 6: 구아밀과 대두박 혼합 바실러스 발효에 따른 영양성분의 변화
구아밀(Guar meal, GM)과 대두박(Soybean meal, SBM)의 비율이 각각 1:9, 5:5, 9:1이 되도록 혼합한 혼합물을 준비한 후, 혼합물의 수분함량이 40 내지 45%(w/w)가 되도록 수분을 공급하였다. 상기 혼합물을 잘 섞은 후 이를 90 내지 95℃에서 25 내지 30분 동안 열처리하고, 열처리 이후에는 냉각시켰다. 상기 냉각된 구아밀/대두박 혼합물에 5% 내지 20 중량%의 바실러스 아밀로리퀴페시언스 2종(Bacillus amyloliquefaciens K2G, ATCC 23843)의 배양액을 각각 접종하고, 잘 섞어준 다음 37℃ 내지 45℃에서 14시간 내지 16시간 동안 항온항습이 유지되는 조건에서 발효 시켰다. 발효된 구아밀/대두박 혼합물의 영양성분은 하기 표 7에 나타내었다.
구아밀과 대두박의 혼합비에 따른 발효 후 영양성분 변화
원료(비) 및 균주 단백함량 ( % , ds기준 ) 생균수(CFU/g) pH TI(mg/g) GOS(%, R.+S.*)
증가율(%) 상대비(%)
Raw materials
GM 1: SBM 9 54.6 - - - 6.6 4.1 5.2
GM 5: SBM 5 55.8 - - - 6.2 3.5 3.9
GM 9: SBM 1 56.9 - - - 6.5 2.9 2.5
Bacillus amyloliquefaciens ATCC 23843
GM 1: SBM 9 60.7 6.1 93.8 1.1 x 1010 7.2 0.6 0.4
GM 5: SBM 5 61.5 5.7 87.7 9.7 x 109 7.2 0.5 0.6
GM 9: SBM 1 62.3 5.4 83.1 1.1 x 1010 6.9 0.6 0.5
Bacillus amyloliquefaciens K2G
GM 1: SBM 9 61.1 6.5 100.0 1.4 x 1010 7.4 0.5 0.3
GM 5: SBM 5 62.2 6.4 98.5 1.2 x 1010 7.2 0.5 0.4
GM 9: SBM 1 62.8 5.9 90.8 1.1 x 1010 7.2 0.8 0.4
*The contents of Raffinose and Stachyose
그 결과, 바실러스 아밀로리퀴페시언스(Bacillus amyloliquefaciens K2G, ATCC 23843) 2종 모두 원료 구아밀의 조단백질 함량 대비 5.4% 내지 6.5% 의 조단백 함량이 증가하였고, 생균수는 바실러스 2종 모두 10 로그 수준으로 대사에 따른 생육 및 생장 가능함을 확인하였다. 또한, 항영양인자인 TI와 GOS 는 각각 원료의 항영양인자 함량 대비 모두 감소하였다. pH의 경우 모두 증가하였는데 이는 바실러스의 단백질 분해효소 활성에 따른 대사과정 중 생성되는 암모니아로 인한 것이다.
따라서, 본 출원에 따른 발효 구아밀/대두박 혼합물은 바실러스 발효에 매우 적합하며, 발효를 통하여 조단백질의 함량이 증가하고, 항영양인자인 TI와 GOS가 감소되므로, 소화율을 크게 개선시킬 수 있다.
실시예 7: 발효 구아밀의 육계 사양시험을 통한 효과 평가
발효 구아밀의 효과를 평가하기 위하여 육계 사양시험을 진행하였다. 사양시험을 진행하기 위하여 4일간 적응기간을 주었고 총 21일(3주) 동안 대두박과 대두박 의 3%, 5%, 7% 를 발효 구아밀로 대체한 사료를 급이하여 육계 체중과 급이율을 확인하였다. 육계는 총 80수로 4처리x4반복x5수로 시험설계 하였다.
보다 구체적으로는, 구아밀 100g을 준비하고, 구아밀의 수분함량이 40 내지 45%(w/w)가 되도록 수분을 공급하였다. 이어서 구아밀을 90℃에서 30분 동안 열처리 한 후, 40 ℃로 냉각시켰다. 상기 구아밀 중량의 10%의 바실러스 아밀로리퀴페시언스 K2G (Bacillus amyloliquefaciens K2G)의 배양액을 상기 구아밀에 각각 접종하였다. 균주가 접종된 구아밀을 잘 섞어준 후, 이들을 37℃ 내지 45℃에서 14시간 내지 16시간 동안 항온항습이 유지되는 조건에서 발효 시킨 후 건조하여 대두박 대체율별 발효 구아밀을 혼합한 시험사료를 급이 하였다. 발효 구아밀 급이에 따른 육계 사양시험 결과는 하기 표 8에 나타내었다.
Figure PCTKR2018002457-appb-T000003
그 결과, 바실러스 아밀로리퀴페시언스(Bacillus amyloliquefaciens K2G)를 사용하여 제조된 발효 구아밀을 5% 대체한 경우, 육계 체중과 사료섭취량(feed intake, FI)이 대두박만 급이한 경우 보다 높은 것을 확인할 수 있었다. 즉, 이는 발효 구아밀의 기호성에 문제가 없을 뿐 아니라 구아밀 원료 고유취인 강한 풀냄새가 저감되었음을 나타내며, 사료요구율(feed conversion ratio, FCR) 또한 대두박과 유사하였다. 따라서, 향후 대두박을 대체하는 단백원으로 본 출원에 따라 제조된 발효 구아밀이 널리 활용될 수 있다.
이상의 설명으로부터, 본 출원이 속하는 기술분야의 당업자는 본 출원이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 이와 관련하여, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 출원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 출원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (16)

  1. 다음의 단계를 포함하는 발효 구아밀의 제조 방법:
    (1) 구아밀을 전처리하는 단계;
    (2) 상기 전처리된 구아밀에 바실러스 균주를 접종하는 단계; 및
    (3) 상기 구아밀에 접종된 균을 고체 배양하여 발효 구아밀을 수득하는 단계.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 단계 (1)의 전처리하는 단계는
    (1-1) 물을 구아밀에 첨가하여 수분함량을 조절하는 단계;
    (1-2) 상기 수분함량이 조절된 구아밀을 열처리하는 단계; 및
    (1-3) 상기 열처리된 구아밀을 냉각시키는 단계를 포함하는, 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 단계 (1-1) 후의 구아밀의 수분함량이 40 내지 45%인, 방법.
  4. 제2항에 있어서, 상기 단계 (1-2)의 열처리는 90℃ 내지 95℃에서 수행되는, 방법.
  5. 제2항에 있어서, 상기 단계 (1-3)의 냉각은 고체발효 가능한 온도까지 낮추는 것인, 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 단계 (3)의 고체 배양은 30℃ 내지 50℃의 온도에서 15 내지 25시간 동안 실시하는 것인, 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 단계(3) 이후에, 상기 발효 구아밀을 건조하고 분쇄하는 단계(4)를 추가로 포함하는, 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 바실러스 균주는 바실러스 서브틸리스 또는 바실러스 아밀로리퀴페시언스인, 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 발효 구아밀은, 상기 (1) 내지 (3)단계가 수행되지 않은 구아밀 내 트립신 저해인자 (trypsin inhibitor, TI) 함량을 기준으로 30 내지 50 % 수준의 트립신 저해인자를 포함하거나, 또는
    상기 발효 구아밀은, 상기 (1) 내지 (3)단계가 수행되지 않은 구아밀 내 난소화성 올리고당 함량을 기준으로 10 내지 40 % 수준의 난소화성 올리고당을 포함하는, 방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항의 방법에 의하여 제조된, 발효 구아밀.
  11. 제10항에 있어서,
    바실러스 균주를 포함하는, 발효 구아밀.
  12. 제11항에 있어서,
    바실러스 균주는 바실러스 서브틸리스 또는 바실러스 아밀로리퀴페시언스인, 발효 구아밀.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 발효 구아밀은, 제1항의 (1) 내지 (3)단계가 수행되지 않은 구아밀 내 트립신 저해인자 (trypsin inhibitor, TI) 함량을 기준으로 30 내지 50 % 수준의 트립신 저해인자를 포함하거나, 또는
    상기 발효 구아밀은, 제1항의 (1) 내지 (3)단계가 수행되지 않은 구아밀 내 난소화성 올리고당 함량을 기준으로 10 내지 40 % 수준의 난소화성 올리고당을 포함하는 것인, 발효 구아밀.
  14. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항의 방법에 의하여 제조된 발효 구아밀을 포함하는 사료 조성물.
  15. 제14항에 있어서,
    갈락토만나네이즈 (Galactomannanase), 셀룰클라스트 (Celluclast), 및 비스코자임 (Viscozyme)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나의 효소를 추가로 포함하는, 사료 조성물.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 효소는, 상기 발효 구아밀 중량 대비 0.1 %(w/w) 내지 1.0 %(w/w)로 포함되는 것인, 사료 조성물.
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