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Kafe 바로가기주관연구기관 | 서남대학교 Seonam University |
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보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 | 한국어 |
발행년월 | 2013-07 |
과제시작연도 | 2012 |
주관부처 | 농림축산식품부 Ministry of Agriculture, Food and Rural Affairs(MAFRA) |
등록번호 | TRKO201400020194 |
과제고유번호 | 1545004019 |
사업명 | 수산실용화기술개발사업 |
DB 구축일자 | 2014-11-10 |
DOI | https://doi.org/10.23000/TRKO201400020194 |
Ⅳ. 연구개발결과
1. 인삼배양근 및 병풀잎의 대량생산 및 공정개발
인삼배양근의 대량생산은 mini-pilot 시스템을 활용하여 대량배양하였으며, 대량배양을 위한 수조로는 20L 플라스틱 수조를 사용하였으며 20 g FW를 접종하여 6주간 배양하면 수확한 후 동결 혹은 음건하여 분말화 한 후 뱀장어 사육에 사용하였다. 인삼배양근의 대량배양에 적합한 생물반응기의 형태는 cyclinder, bulb, ballon, cone type 중에서 bulb와 cone type이 인삼뿌리배양에 적합한 것으로 나타났으며, 공기유량은 0.
Ⅳ. 연구개발결과
1. 인삼배양근 및 병풀잎의 대량생산 및 공정개발
인삼배양근의 대량생산은 mini-pilot 시스템을 활용하여 대량배양하였으며, 대량배양을 위한 수조로는 20L 플라스틱 수조를 사용하였으며 20 g FW를 접종하여 6주간 배양하면 수확한 후 동결 혹은 음건하여 분말화 한 후 뱀장어 사육에 사용하였다. 인삼배양근의 대량배양에 적합한 생물반응기의 형태는 cyclinder, bulb, ballon, cone type 중에서 bulb와 cone type이 인삼뿌리배양에 적합한 것으로 나타났으며, 공기유량은 0.05 ∼ 0.3 vvm 처리구에서, 같은 유량에서 분사기 직경은 8.0 cm로 나타났다. 배양기의 인삼배양근 접종 후 40일간의 배양기간 동안 탄소원인 sucrose 농도는 배양기간에 비례하여 감소하며 40일 경은 거의 제로에 가까운 감소를 보였다. 질산태 질소는 10일 이후 급속감소 되었다가 30일 이후는 거의 제로수준으로 감소하였다. 배지 내 인산염 역시 20일이면 거의 제로수준으로 감소하였다. 바이로리엑터에서의 진세노사이드 함량변화는 methyl jasmonate 처리 혹은 절단시 증가하는 경향을 보였다.
병풀의 바이오리액터를 활용한 유묘 대량생산을 시도한 결과, 3L와 5L air bubble type bioreactor에서 각기 100 ∼1 20, 130 ∼ 150 개체의 유묘를 생산할 수 있었다. 생산된 유묘의 포장 재배의 순화를 위한 차광비율에서는 차광비율을 55% 이상으로 조절하였을 때 유묘의 포장에서의 생존율이 99% 이상 유지되었다.
유묘의 이식 시기는 4월이 이후이면 대부분 포장에서 생존할 수 있는 것으로 나타났다. 포장에의 이식거리는 묘와 묘사이의 거리가 30 ∼ 35cm의 경우 최적 이식범위로 나타났다. 병풀의 재배시기별 아시아티코사이와 마케카소사이드의 함량변화는 개절별로 부침이 있었지만, 일조시간이 200시간이 넘는 9월 이후 병풀의 잎을 수확하는 것이 가장 바람직한 것으로 확인되었다. 병풀의 대량재배는 해남의 일부 논에 하우스를 설치하고 유묘를 이식하여 대량생산 한 다음 음건하고 마쇄하여 본 연구인 뱀장어 사료첨가제로 활용하였다. 병풀의 대량재배에 따른 소득작물로서의 경제성을 평가한 결과, 2011년 기준으로 다른 시설원예작물의 소득율을 넘어서는 고소득 작물이 될 수 있음을 확인하였다.
2. 뱀장어 양식에서 인삼배양근, 병풀 잎의 단독 혹은 복합처리 효과
인삼배양근, 병풀 잎 건조물 및 대조구로서 키토산을 각기 농도별로 처리한 뱀장어의 증체율 및 몇 가지 주요 영양성분에 대한 평가를 수행하였다. 그 결과, 증체율과 뱀장어육 내 일반성분 (수분, 조단백, 조지방, 회분 등)에서 일반사료 급이구와 처리구간 유의적인 차이를 보이지 않았다. 한편, 비타민 A는 대조구와 처리구 사이에 큰 차이를 보이지 않은 반면에, 비타민 E는 인삼, 병풀 및 키토산 처리구에서 공히 대조구에 비교하여 유의적인 함량개선의 효과를 보였다. 콜레스테롤 수치에서는 대조구와 처리구간 유의적인 변화를 보이지 않았다. 반면, 키토산 처리구에서는 콜레스테롤 수치의 유의적 상승이 확인되었다.
한편, 이러한 연구의 보다 체계적인 수행을 위하여 동일한 방법으로, 7주간 인삼 배양근을 농도별 (0, 0.5, 1, 2%) 급이한 후 증체율과 사료효율, 주요 영양성분 및 면역관련 지표를 측정하였다. 인삼배양근의 0.5, 1% 처리구는 증체율과 사료효율에서 대조구에 비교하여 유의적 증가를 나타내었지만, 2% 처리구는 오히려 감소하는 경향을 보였다. 일반성분은 대조구와 처리구간 유의적 차이는 없었다. 비타민 A는 2%에서의 유의적 증가를 제외하고는 큰 변화를 보이지 않았지만, 비타민 E는 1%, 2% 처리구에서 증가를 보였다. 콜레스테롤 수치는 약간의 상승추세는 있었지만 통계적 유의성을 보이지 않았다. 지방산 구성비는 대조구와 처리구간 포화지방산, 단 불포화지방산 및 오메가-6 불포화지방산의 조성비가 오차범위내의 차이만을 보였지만, 오메가-3 불포화지방산 조성비는 대조구 (8.87%)에 비교하여 인삼배양근 건조분말 첨가사료 처리구 (0.5%, 9.36%; 1.0%, 9.05%; 2.0%, 9.24%)에서 증가하는 경향을 보였다. 특히, 오메가-3 지방산 (linolenic acid, Eicosapetaenoid acid, Docosahexaenoic acid) 중 Eicosapetaenoid acid (EPA)의 함량이 증가하는 경향을 나타내었다
면역관련 지표검사에서, 대조구에 비교하여 인삼배양근 건조분말 0.5%, 1.0% 및 2.0% 첨가사료 처리구의 혈청 내 항산화 활성을 비교한 결과 처리구에서 대조구 혈청의 2 ∼ 3배에 이르는 유의적인 항산화 활성증가를 나타내었다. 중성백혈구 활성은 대조구에 비교하여 0.5%, 1.0% 및 2.0% 처리구에서 높은 활성을 유지하였으며, 1.0%에서는 유의적인 증가를 나타내었다. Edwardsiella tarda 균에 대한 공격 실험에서도 처리구의 유의적인 저항성을 보여주었다.
인삼배양근과 병풀잎 혼합분말 첨가제인 PGCA2의 동 실험을 실험실 내 수조에서 수행하였다. 그 결과, 대조구에 비교하여 처리구에서의 낮은 폐사율을 확인하였다. 대조구에 비교하여 증체율과 사료효율에서의 효과가 인정되었지만, 사육조의 크기가 스트레스 요인으로 작용한 결과로 사료되어 추후 반복연구의 필요성이 있다 하겠다. 일반성분에서는 대조구와 처리구간 큰 차이가 없었지만, 조단백질의 경우 대조구에 비교하여 처리구에서 다소 높은 수치를 보였다. 근육 내 유리 아미노산 역시 대조구와 처리구 간 큰 차이를 보이지 않았다. 지방산 구성비는 다가불포화지방산은 대조구 (10.31±0.20%)와 처리구 (0.5%, 10.69±0.28%; 1%,
10.46±0.16%; 2%, 10.89±0.92%)간 약간의 차이, 처리구에서 높은 수치를 나타내었다. 특히, 다가 불포화 지방산 중 오메가-3 지방산인 Eicosapetaenoid acid(EPA), Docosahexaenoic acid(DHA) 함량은 대조구 (EPA, 1.87±0.08%; DHA, 6.76±0.13)에 비교하여 처리구 (EPA: 0.5%, 1.98±0.04%; 1%, 1.9±0.07%; 2%, 1.9±0.07%; DHA: 0.5%, 7.02±0.21%; 1%, 6.93±0.03% ; 2%, 7.14±0.61%)에서 증가하는 경향을 나타내었다. 비타민 A는 통계적 유의성은 없지만 처리구에서 다소 낮은 경향을 보였으며, 비타민 E는 대조구 (1.83±1.24 mg/100g, dry wt)와 비교하여 처리구 (0.5%, 3.49±1.97l mg/100g, dry wt; 1%, 1.46±0.78 mg/100g, dry wt; 2%, 4.48±2.56 mg/100g, dry wt)로 처리구간 차이가 크지만 첨가사료의 비타민 E 함량 증가에의 효과를 예상할 수 있었다. 콜레스테롤은 대조구보다 처리구에서 다소 높은 경향을 나타내었다.
면역지표에 대한 검사에서는, 중성구의 식균작용은 처리구에서 공히 활성도가 증가하였다. Lysozyme 활성도 대조군에 비교하여 0.5%, 1% 및 2% 처리구에서 유의성 있는 활성의 증가를 나타내었다 (p<0.05). 기타 혈구성분변화에서는 유의성 있는 결과를 얻지 못하였다.
3. 지수식과 고밀도 순환여과식 양식 뱀장어간 영양성분의 평가
국내 뱀장어 양식의 대표적 방법인 지수식과 순환여과식 뱀장어간의 품질에 대한 차이를 비교하였다. 그 결과, 두 가지 양식방법에 따른 일반성분의 차이는 거의 없었지만, 순환여과식 양식 뱀장어가 약간 지방산 함량에서 다소간 높은 경향을 나타내었다. 비타민 A, E 함량 역시 사육방식에 대한 차이보다는 양식장간의 차이가 훨씬 두드러져 보였다. 한편, 지방산 함량에서는 통계적 유의성은 없지만 지수식 양식뱀장어가 불포화지방산이 순환여과식 장어에 비하여 다소 높은 것으로 조사되었다.
4. 국내 시판 배합사료 및 양식장별 뱀장어 영양성분의 평가
상기의 실험과정에서 뱀장어 주요 영양성분 양만장간 차이가 크다는 사실에 기인하여 뱀장어 양식에서 먹이사료 혹은 각 양식장의 양식환경이 미치는 효과의 중요함을 평가해보고자 하였다. 국내 시판되는 사료간의 단백질을 비롯한 사료 구성 주요성분, 칼로리 및 지방산 조성비 등을 평가한 결과, 사료별 약간의 차이를 확인하였지만 기본 배합사료 요건에서는 큰 차이가 두드러지지는 않았다.
배합사료의 종류에 따른 비타민, 단백질, 지방산 함량 및 지방산 구성비의 차이는 예상했던 것 보다 크지 않았으며, 국내배합사료와 수입사료 간의 약간의 차이도 인정되었다. 다만, 동일한 사료 급이라 할지라도 일부 영양성분이나 조성비에서 양만장 사이의 차이가 현저하여, 양만장의 물리화학적 기준의 규격화가 요구된 다 하겠다.
5. 뱀장어 면역관련 유전자 클로닝 및 활용성 평가
면역반응은 pathogen에 반응하는 생체내 수용체 작용에 의한 PAPMS(pathogen associated molecular pattern) 기작에 의해 다양한 세포내 신호전달이 시작 되며 면역반응에 필요한 IL-1, IL-8, TNF, IFN, iNOS, COX-2 등의 다양한 유전자 발현을 유도한다. 본 연구에서도 유럽산 뱀장어로부터 질병을 유도하고 질병 발병 시 발현되는 면역 관련 유전자 발현을 조사하고자 하였다.
Ⅳ. Results of this study
1. Mass production and process development of P. gnseng culture roots and C. asiatica leaves
The mass production of P. ginseng culture root was performed using mini-pilot. 20L scale of plastic vessel was used for mass culture, 20 g FW root was inoculated, cultured for
Ⅳ. Results of this study
1. Mass production and process development of P. gnseng culture roots and C. asiatica leaves
The mass production of P. ginseng culture root was performed using mini-pilot. 20L scale of plastic vessel was used for mass culture, 20 g FW root was inoculated, cultured for 6 weeks, harvested, dried in the shade, homogenized and used for formula food additives for eel culture. Among cylinder, bulb, ballon, cone type, bulb and cone type of bioreactor was suitable for mass culture of P. ginseng, and 0.05 ∼ 0.3 vvm of aeration rate and 8.0 cm diameter of sparger was best for P. ginseng root growth. During 40 days culture of bioreactor, sucrose concentration, carbon source, decreased close to zero in 40 days. Nitrate nitrogen decreased rapidly since 10 days and decreased close to zero level since 30 days. Phosphate in medium also decreased to almost zero level at 20 days. Ginsenosides contents in bioreactor showed a tendency to increase when methyl jasmonate added or roots were cutted.
As a results attempting seedling mass production by bioreactor culture, 3L and 5L air bubble type bioreactor could produced 100 ∼ 120 and 130 ∼ 150 seedlings, respectively. When the ratio of sun shading was tested for adaptation of seedlings in soil cultivation, 55% of sun shading is optimal condition and above 99% survival rate was possible. In the survey of optimal time for transplanting, almost all seedling could survive if the most since April. The transplanting distance for optimal plant growth was 30 ∼ 35cm.
Asiaticoside and madecassoside contents depending on all the year round was ups and downs, but to harvest plants since september when the duration of sunshine is above 200 hr was identified as desirable. Vinyl House for mass cultivation of C. asiatica was installed at Haenam-gun, Chonranam-do and leaves of C. asiatica were produced, dried in the shade, homogenized and used as a formula food additives. In economical estimation as an economical crop for mass cultivation, it can be confirmed mass culture of C. asiatica is to be higher income than those of other horticultural crops by 2011.
2. Evaluation on single or combined treatments of P. ginseng culture roots and C. asiatica leaf in mature eel culture
The evaluation on growth rate and some of major nutrients following P. ginseng culture roots, C. asiatica leaf dry powder and chitosan treatment was performed. As a results, growth rate and general proximate components (moisture, crude protein, crude lipids, ash) between control formula foods (FFs) and treated FFs were not significantly different. The difference in the content of vitamin A between control and treatments was not significant, but the contents of vitamin E was increased meaningfully in all treatments (P. ginseng roots, C. asiatica leat, chitosan) compared to that of control.
Cholesterol content was not different between control and treatments of P. ginseng root and C. asiatica leat dry powder, whereas, it was somewhat increased in chitosna treatments.
In the meantime, in order to confirm these experimental results more systematically, after feeding with P. ginseing root additives (0, 0.5, 1 and 2%) for 7 weeks at eel farms, Growth rate, feed efficiency, major nutritive components and immune related study was measured. Growth rate and feed efficiency of eel fed with P. ginseng root dry powder 0.5, 1% treatments was significantly increased, but those are rather decreased in 2% treatments. The proximate components were not significantly different between control and treatments. Vitamin A did not show significant changes in treatments except meaningful enhancement at 2% treatments. However, vitamin E was increased in 1% and 2% P. ginseng root dry powder treatments. Cholesterol showed the trend of rising in all treatments, but there was no statistically significant.
Saturates, unsaturates and further monoenes and omega-6 polyenes among fatty acid compositions between control and treatments showed differences within the margin of error, but the content of omega 3 unsaturates is higher in P. ginsneg root powder treatments (0.5%, 9.36%; 1.0%, 9.05%; 2.0%, 9.24%) compared to control (8.87%). Especially, Eicosapetaenoid acid (EPA) among omega-3 FA (linolenic acid, Eicosapetaenoid acid, Docosahexaenoic acid) showed a tendency to increase.
In immune-related indicators test, through comparative analysis of anti-oxidative activity between control and P. ginseng treatments (0.5%, 1.0% and 2.0% additives), anti-axidative activities in treatments were significantly increased 2 ∼ 3 times. Activity of neutrophil was higher in 0.5%, 1.0% and 2.0% treatments than control, 1.0% treatments showed a significant increase statistically. Eels fed with P. ginseng culture root powder showed a meaningful and enhanced resistance even in challenge test through inoculation with Edwardsiella tarda, a fish pathogen.
The effect of PGCA2, combined additives of P. ginseng culture root and C. asiatica leaves was performed at in vitro culture tanks using mature eels. As a results, Death rate was lower in treatments than that of control, as in previous experiments using P. ginseng culture root additives. Compared to control, growth rate and feed efficiency was affected by PGCA2 treatments, further research will need to get exact conclusion because of results obtained possibly from stressful situation by culture tank size. The proximate components was not significant differences, but in case of crude protein, the contenrt in treatments were higher than control. the contents of free amino acids within eel muscle were almost identical between control and treatments. Among fatty acids, unsaturates was a little bit higher in treatments (0.5%, 10.69±0.28%; 1%, 10.46±0.16%; 2%, 10.89±0.92%) than control (10.31±0.20%). Especially, the contents of eicosapetaenoid acid (EPA) and docosahexaenoic acid(DHA) among polyenes of treatments (EPA: 0.5%, 1.98±0.04%; 1%, 1.9±0.07%; 2%, 1.9±0.07%; DHA: 0.5%, 7.02±0.21%; 1%, 6.93±0.03% ; 2%, 7.14±0.61%) tended to increase compared to control (EPA, 1.87±0.08%; DHA, 6.76±0.13).Vitamin A showed a tendency with lower content in treatments, although statistical significance was not. Vitamin E contents in treatments (0.5%, 3.49±1.97l mg/100g, dry wt; 1%, 1.46±0.78 mg/100g, dry wt; 2%, 4.48±2.56 mg/100g, dry wt) was variable, but they were higher than control(1.83±1.24 mg/100g, dry wt), so, PGCA2 was to expected to be vitamin E enhancement effect in eel culture. Cholesterol showed a slightly higher tencency in treatments than the control.
In immune-related indicators test, phagocytic activity of neutrophil was enhanced in all treatments. Lysozyme activity also showed significant enhancement in 0.5%, 1% and 2% treatments (p<0.05). A significant change in blood components did not get the results.
3. Evaluation of major nutrients of eels cultured in stop water culture system and recirculating system, respectively.
To evaluate the proximate composition and main nutritive ingredients (vitamin A, VA; vitaminE, VE; cholesterol; the composition of fattyacids) between eel sculture dindifferent domestic eel farms, we analyzed edible parts of eels that were cultured in three "Water Recirculation System" farms and three "Stop Water System" farms. We found differences incrude protein, crude ipids and the ash content of eel meat between the farms, but water content showed no significant difference. VA and VE contents did not show meaningful differences between the two culture methods, but there was a noticeable distinction between the eel farms. In particular, VE contents showed significant differences between the eels of each farm (highest farm, about 25mg/100g dry wt; lowest farm, about1 mg/100 g drywt). The fatty acids of cultured eels were composed of monoenes (MUFA,55-60%), saturates (SFA,30-33%), ω-6 highly unsaturates (HUFA,1.6-2%) and ω-3HUFA (8-9.2%). The MUFA content of “recirculation culture” eels (59.9±1.97%) was higher than that of “stop water culture” eels (55.8±0.48%). The contents of other fatty acids were higher in “stop water culture” eels (SFA, 33.0±0.52%; ω-6 FUFA, 1.98±0.2%; ω-3 HUFA, 9.2±0.67%) than in “recirculation culture” eels (SFA, 30.5±1.34%; ω-6 HUFA, 1.62±0.19%; ω-3HUFA, 8.0±0.5%).
4. Comparison of Major Nutrients in Eels Cultured with Different Formula Feeds or at Different Farms
To determine which of the two main factors−diet or culture environment−affecting the proximate compositions and main nutritive ingredients (vitamin A, VA; vitaminE, VE; cholesterol; the composition of fatty acids) in cultured eels is more important, we analyzed eels fed with formula feeds (FFs) produced by four different companies and analyzed eels cultured at five different eel farms where diet consist of only one of the four different FFs. There was no noticeable distinction between commercial eel FFs with regard to the proximate compositions and major nutritive compounds, and those levels in cultured eels did not show any significant differences; the FF imported from Japan was a little superior to domestic commercial FFs and FF imported from Taiwan in the proximate composition and main nutritive ingredients of the FF itself and the eels fed with it. However, the compounds between eels cultured at five different farms fed with four different FFs, respectively, were significantly different compared to eels fed with four different FFs at the same farm. In conclusion, the difference in the quality of domestic FFs and Japanese FFs regarding eel culture was slight, and physical or chemical environmental differences between farms used for/during eel culture might affect the proximate composition and main nutritive ingredient levels in cultured eels.
5. The cloning of immune related gene and evaluation on an application of those genes
Immune response responding to pathogen is initiated by PAPMS (pathogen associated molecular pattern) by receptor function in vivo and gene expression of IL-1, IL-8, TNF, IFN, iNOS, COX-2, etc required for immune response is induced. In this study, disease induced expression of immune-related gene expression was investigated.
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