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Kafe 바로가기주관연구기관 | 경상국립대학교 |
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연구책임자 | 양재경 |
참여연구자 | 최양호 |
보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 | 한국어 |
발행년월 | 2023-04 |
과제시작연도 | 2022 |
주관부처 | 산림청 Korea Forest Service |
등록번호 | TRKO202300004958 |
과제고유번호 | 1405005351 |
사업명 | 산림생명자원소재발굴연구 |
DB 구축일자 | 2023-08-16 |
키워드 | 가금.난용성 식이섬유.비전분다당류.페놀성화합물.장내미생물.Poultry.Insoluble dietary fiber.Nonstarch-polysaccharides.Phenolic compound.Intestinal microorganism. |
□ 연구개발 목표 및 내용
◼ 최종 목표
목질 유래 프리바이오틱스 성분을 함유하는 가금류 장내건강 증진용 사료첨가제 개발 및 육계 적용을 통한 장내 건강 변화 구명
◼ 전체 내용
○ 1차년도
- 목질 원료로부터 난용성 리그노셀룰로스 중합체 변환을 위한 최적 고온 증기 처리 공정 조건 도출
- 식이섬유 특성이 우수한 난용성 리그노셀룰로스 중합체 원료 생산
- 난용성 리그노셀룰로스 중합체의 육계 급여에 따른 육계의 장 건강 효능 구명
○ 2차년도
- 고온증기처리된 목질 원료로부터
□ 연구개발 목표 및 내용
◼ 최종 목표
목질 유래 프리바이오틱스 성분을 함유하는 가금류 장내건강 증진용 사료첨가제 개발 및 육계 적용을 통한 장내 건강 변화 구명
◼ 전체 내용
○ 1차년도
- 목질 원료로부터 난용성 리그노셀룰로스 중합체 변환을 위한 최적 고온 증기 처리 공정 조건 도출
- 식이섬유 특성이 우수한 난용성 리그노셀룰로스 중합체 원료 생산
- 난용성 리그노셀룰로스 중합체의 육계 급여에 따른 육계의 장 건강 효능 구명
○ 2차년도
- 고온증기처리된 목질 원료로부터 수용성 비전분 다당류 생산을 위한 최적 추출 공정 도출
- 프리바이오틱스 활성이 우수한 수용성 비전분 다당류 원료 생산
- 수용성 비전분 다당류의 육계 급여에 따른 육계의 장 건강 효능 구명
○ 3차년도
- 고온증기처리된 목질 원료로부터 저분자 phenolic compounds의 생산을 위한 최적 추출 공정 조건 도출 및 가금류 장내건강 증진용 사료첨가제 조성물 제조
- 병원성 미생물 억제 활성 및 항산화 활성이 우수한 저분자 phenolic compounds 원료 생산 및 저분자 phenolic compounds 지표 물질 선정
- 저분자 phenolic compounds의 육계 급여에 따른 육계의 장 건강 효능 구명
◼ 1년차
❏ 목표
○ 고온증기처리기술을 이용한 난용성 리그노셀룰로스 중합체 분리 기술 개발
○ 난용성 리그노셀룰로스 중합체의 육계 생산성 및 장 건강에 대한 영향 구명
❏ 내용
○ 목질 자원으로부터 난용성 리그노셀룰로스 중합체 변환을 위한 고온증기처리 severity factor 모델링 적용
○ Severity factor 모델링 조건에 따라 고온증기 처리된 목질원료의 화학적 조성 및 식이섬유 특성 평가
○ 고온증기처리된 목질 원료로부터 식이섬유 특성이 우수한 난용성 리그노셀룰로스 중합체 생산을 위한 최적 공정 조건 도출
○ 난용성 리그노셀룰로스 중합체의 육계 적용을 통한 사양실험 및 고온 환경 스트레스 실험
○ 난용성 리그노셀룰로스 중합체가 급여된 육계의 장 발달 및 장 건강지표 분석
○ 난용성 리그노셀룰로스 중합체가 급여된 육계의 생체 방어기전 분석
◼ 2년차
❏ 목표
○ 고온증기/열수추출기술을 이용한 수용성 비전분 다당류 분리 기술 개발
○ 수용성 비전분 다당류의 육계 생산성 및 장 건강에 대한 영향 구명
❏ 내용
○ 목질 원료에 함유된 hemicellulose의 수용성 비전분 다당류 전환에 적합한 severity factor 선정
○ Severity factor 최적 조건으로 처리된 목질 원료로부터 수용성 비전분 다당류 분리에 적합한 추출 조건 도출
○ 최적 추출 조건으로 분리된 수용성 비전분 다당류의 당 특성 및 프리바이오틱스 활성 평가
○ 수용성 비전분 다당류의 육계 적용을 통한 사양실험 및 고온 환경 스트레스 실험
○ 수용성 비전분 다당류가 급여된 육계의 장 발달 및 장 건강 지표 분석
○ 수용성 비전분 다당류가 급여된 육계의 생체 방어기전 분석
◼ 3년차
❏ 목표
○ 고온증기/알콜추출기술을 이용한 저분자 phenolic compounds 분리 기술 개발
○ 피드백을 통한 목질 유래 프리바이오틱스 사료첨가제 제조
○ 저분자 phenolic compounds의 육계 생산성 및 장 건강에 대한 영향 구명
❏ 내용
○ 목질 원료에 함유된 리그닌의 저분자 phenolic compounds 전환에 적합한 severity factor 선정
○ Severity factor 최적 조건으로 처리된 목질 원료로부터 저분자 phenolic compounds 분리에 적합한 추출 조건 도출 및 지표물질 선정
○ 최적 추출 조건으로 분리된 저분자 phenolic compounds의 항산화 활성 및 병원성 미생물 억제 활성 평가
○ 피드백을 통한 목질 유래 프리바이오틱스 사료첨가제 조성물 제조
○ 저분자 phenolic compounds의 육계 적용을 통한 사양실험 및 고온 환경 스트레스 실험
○ 저분자 phenolic compounds가 급여된 육계의 장 발달 및 장 건강지표 분석
○ 저분자 phenolic compounds가 급여된 육계의 생체 방어기전 분석
□ 연구개발성과
< 1차년도 >
○ 반응 온도 180 ~ 230℃, 반응 시간 0.4 ~ 20분을 조합하여 severity factor (Ro) 3.1 ~ 5.0 범위의 고온 증기처리 severity factor 모델링 조건 도출
○ Severity factor (Ro) 4.0 ~ 5.0의 고온증기처리 처리조건에서 변화된 화학적 조성(식이섬유 함량, 리그닌 함량, 탄수화물 함량, 조지방 함량, 회분 함량 및 조단백질 함량) 및 식이섬유 특성 (수분 보유력, 오일 흡착력 및 팽창력) 변화 구명
○ 계층적 군집분석, 주성분 분석, 피어슨 상관관계 분석, 다중회귀 분석을 통해, 최적 물리적 특성을 나타내는 난용성 리그노셀룰로스 중합체 생산 severity factor 조건으로 severity factor (Ro) 4.0 (모델링 No. 11; 200℃, 11.5분) 조건을 선정
○ 정상 환경에서 난용성 리그노셀룰로스 중합체의 육계 급여 (0%, 1% 및 2%)는 생산성(폐사율, 평균일일증체량, 평균일일사료섭취량, 사료요구율, 소장과 맹장의 길이, 체중대비 소장, 간 및 비장의 상대무게, 혈액 내 포도당 함량, 단백질, 트리글리세리드, 콜레스테롤에 영향을 미치지 않았으며, 육계의 맹장에서 Anaerobutyricum 및 Mediterraneibacter과 같은 섬유 분해성 박테리아 속의 풍부함을 강화시키는 것을 확인
○ 장기간 고온 스트레스 환경에서 난용성 리그노셀룰로스 중합체가 급여된 육계는 평균일일증체량, 평균일일사료섭취량, 사료요구율이 향상되었으며, 난용성 리그노 셀룰로스 중합체 1% 함유된 사료가 급여된 육계 맹장에서 Bacillus 속과 Saccharofermentans이 유의적으로 높은 결과를 나타냄
○ 급성 고온스트레스 환경에서 난용성 리그노셀룰로스 중합체의 육계 급여는 육계의 체중 저하를 완화시키며, 육계 맹장 내의 Alistipes, Alkalibacter, Lachnotalea 및 Turicibacter를 감소시키는 것으로 나타남
< 2차년도 >
○ 소나무 칩에 함유된 hemicellulose의 수용성 비전분 다당류 전환에 적합한 severity factor 조건으로 수율, 총 당 함량, 환원당 함량, 탄수화물 함량, 탄수화물 조성 및 프리바이오틱스 활성 (72% 이상)이 높게 나타난 severity factor (Ro) 3.5 (200℃, 3.5분) 선정
○ CCD 실험 설계(추출 온도의 범위는 70 ~ 80 ℃, 추출 시간의 범위는 180 ~ 300분, 추출 액비의 범위는 1/30 ~ 1/50 (w/v)의 범위로 설정)에 의한 최적 수용성 비전분 다당류 분리조건은 추출 온도 79.9537℃, 추출 시간 212.618분, 추출 액비 1/46.3365(w/w)로 도출
○ 소나무 유래 수용성 비전분 다당류의 탄수화물 함량, 총 당 함량, 환원당 함량은 각각 171.3 mg/g, 158.3 mg/g 및 44.04 mg/g의 당 특성을 나타내었으며, Enterococcus spp. 및 Lactocacillus spp.에 있어서 프리바이오틱스 활성은 약 80% 이상의 활성을 나타냄
○ 정상 환경에서 수용성 비전분 다당류의 육계 급여는 평균일일증체량, 평균일일사료 섭취량, 사료요구율, 장 길이, 무게 및 혈액 내 포도당 함량, 단백질, 트리글리세리
드, 콜레스테롤에 영향을 미치지 않았으며, 육계 맹장내 Ruminococcus albus 및 Butyricicoccus pullicaecorum과 같은 유익한 박테리아가 증가되는 것을 확인
○ 장기간 고온 스트레스 환경의 육계에 수용성 비전분 다당류 급여 시, 장 무결성 및 열충격단백질의 발현을 안정화 시키는 경향이 확인되었으며, Bacteroides 속을 감소 시키는 결과를 나타냄
○ 급성 고온 스트레스 환경의 육계에 수용성 비전분 다당류 0.4% 함유된 사료를 급여 시, 육계의 체중 감소 및 체온 증가를 완화시켰으며, 육계 맹장 내 Anaerofustis, Erysipelatoclostridium 및 Rhabdanaerobium속을 감소시키는 결과를 나타냄
< 3차년도 >
○ 소나무 칩에 함유된 리그닌의 저분자 phenolic compounds 전환에 적합한 severity factor 조건으로 높은 총 페놀성 화합물 함량을 나타낸 severity factor (Ro) 3.1 ~ 4.0 범위 선정
○ 저분자 phenolic compounds 분리에 있어서, severity factor (Ro)가 가장 큰 영향을 미치는 요인으로 나타났으며, BBD 실험 설계에 의한 최적 저분자 phenolic compound 분리조건은 severity factor (Ro) 3.6, 에탄올 농도 74.3 %, 추출 액비 1/45.8 (w/v)로 도출
○ 프리바이오틱스 활성 개선을 위한 사료첨가제 조성물로서 저분자 phenolic compounds와 수용성 비전분 다당류가 1:9 (v/v) 및 2:8 (v/v)로 혼합되는 것이 효과적이며, 병원성 미생물 억제활성을 위한 사료첨가제 조성물로서 저분자 phenolic compounds와 수용성 비전분 다당류가 9:1 (v/v)로 혼합되는 것이 효과적이라고 판단됨
○ 정상 환경에서 정상 환경에서 육계 사료에 포함된 저분자 phenolic compounds의 급여는 육계의 평균일일증체량 및 사료요구율의 개선효과를 보였으며, 육계 사료에 포함된 저분자 phenolic compounds의 급여는 0.5% 첨가되었을 때, 문 수준에서, Bacteroidetes, 속 수준에서 Alistipes의 풍부함을 향상시켰음
○ 장기간 고온 스트레스 환경의 육계에서 저분자 phenolic compounds의 급여에 따라, 평균일일사료섭취량를 증가시켰으며, 저분자 phenolic compounds가 0.5% 함유된 사료가 급여된 육계 맹장에서 문 수준에서 미생물 군집 구성의 변화에 영향을 미쳤음
○ 급성 고온 스트레스 환경의 육계에 저분자 phenolic compounds가 1% 함유된 사료를 급여 시, 육계의 체온을 낮추는 효과가 나타났으며, Faecalibacterium는 저분자 phenolic compound 함량에 따라 증가하였음
○ 저분자 phenolic compounds가 0.5% 및 1% 함유된 사료를 4주 동안 육계 급여 시, 육계 가슴육의 일반성분에 영향을 미치지 않았으며, 작지만 pH 및 황색도를 낮추고, 산패도를 증가시켰음
□ 연구개발성과 활용계획 및 기대 효과
○ 연구 수행 중 확보한 기초 데이타는 상품화를 위한 기초 자료 및 마케팅 자료로 활용
○ 개발과 관련된 기술 및 Know-how는 논문 발표, 국내 및 국외 지식재산권 출원
○ 사료첨가제로서 목질자원 가공산물의 성분 특이적인 기능성 확인
○ 해외 원료 수입에 의존하고 있는 기능성 원료를 국내 기술로 대체함으로써 경제적 이익 창출 및 국내 산업 활성화 가능
○ 친환경적 소재의 기능성 사료첨가제 사용으로 안전성 및 위생에 대한 소비자 욕구 충족
(출처 : 요약문 2p)
과제명(ProjectTitle) : | - |
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연구책임자(Manager) : | - |
과제기간(DetailSeriesProject) : | - |
총연구비 (DetailSeriesProject) : | - |
키워드(keyword) : | - |
과제수행기간(LeadAgency) : | - |
연구목표(Goal) : | - |
연구내용(Abstract) : | - |
기대효과(Effect) : | - |
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