Ⅰ. 서 론
최근 건강에 대한 관심이 고조되고 축산물 시장개방이 가속화됨에 따라 축산물 품질 향상 및 안전성 확보는 경쟁력 제고를 위해 필수적인 요소가 되었다. 이에 따라 소비자의 고품질 안전 축산물에 대한 수요 충족과 수입 축산물과의 차별화를 위해 친환경 무항생제 축산물 인증 기준 운영 및 배합사료용 항생제 사용 전면 금지 등의 정책과 제도가 추진되고 있다. 그러나 무항생제 사육시 가축 생산성 감소, 생산비용 증대, 질병 발생률 및 폐사율 증가 등의 문제가 발생되어 이를 해결하기 위해 미생물, 유기산, 식물추출물 등 다양한 항생제 대체제 및 기능성 사료첨가제가 개발·이용되고 있다 (Wenk, 2000). 이 중 소비자에게 천연물로 손쉽게 인식될 수 있고, 생리활성이 우수한 약용식물 및 식물추출물에 대한 관심과 연구가 지속적으로 증가하고 있다 (Anderson et al., 1998; Hernandez et al., 2004).
강황 (Curcuma longa. L.)은 생강과 다년생 숙근성 초본으로 인도, 중국 등 아시아 열대지방에서 주로 재배되고 있으며, 카레, 향신료, 약재 및 착색제 등으로 이용되어 왔다 (Jeong et al., 2017). 강황의 주요 생리활성물질은 폴리페놀 (polyphenol)의 일종인 커큐민 (curcumin)으로 항산화, 항염증, 항종양, 소화 및 간 기능 개선, 관절이상 완화 등의 효과가 있는 것으로 알려져 있으며, 예전부터 건강기능식품, 의약품, 한방치료제, 화장품 등 다양한 분야에서 효능 평가 및 적용을 위한 연구가 진행되어 왔다. 세포·조직 및 실험동물을 이용한 여러 연구에서 강황 추출물 또는 커큐민이 염증 유발 물질인 에이코사노이드 (eicosanoid) 생합성을 억제하고, 염증 부위에서 발생하는 활성산소종을 제거하는 동시에 산화에 의한 DNA 손상과 지질과산화를 억제한다고 보고되었으며, 이외에도 지방대사 조절 및 체내 에너지 재분배는 물론, 간 기능 개선 및 손상 예방, 면역조절능 향상 등의 다양한 효과가 보고된 바 있다 (Jeong et al., 2017; Lee et al., 2020; Yoon et al., 2019). 축산 분야에서도 항생제 대체제 및 기능성 사료첨가제 개발을 목적으로 육계에 대한 강황 또는 커큐민의 효과 구명 연구가 일부 수행되었다. 그러나 제형형태, 첨가수준 등에 따라 육계 생산성, 영양소 이용률, 조직 발달 양상, 혈액 특성, 면역조절능, 닭고기 품질 등에 있어서 그 결과의 일관성이 부족하거나, 서로 상반된 결과들이 보고되고 있다 (Arslan et al., 2017; Durrani et al., 2006; Mondal et al., 2015; Rajput et al., 2013; Xie et al., 2019).
따라서 본 연구에서 커큐민 함유 강황 추출물의 사료 내 첨가수준별 육계 생산성, 생체안전성, 장내 미생물총 및 닭고기 저장성 등을 비교·조사함으로써 항생제 대체제로서의 이용 가능성을 확인하고, 적정 첨가수준을 확립하고자 수행되었다.
Ⅱ. 재료 및 방법
건조·분쇄된 강황 분말을 에탄올에 72시간 동안 침지하여 실온에서 추출하고, 이 추출액을 감압여과 후 동결건조를 실시하여 분말 형태의 강황 추출물을 얻었다. 이렇게 얻어진 강황 추출물 내 커큐민 함량을 HPLC로 분석한 결과, 커큐민 함량은 50% 이상인 것으로 나타났다.
1일령 육계 수평아리 (Ross 308) 192수를 공시하여 4처리, 4반복, 반복당 12수씩 배치하고, 5주간 사양실험을 실시하였다. 시험처리구는 항생제무첨가구 (NC), 항생제첨가구 (PC, avilamycin 10 ppm)를 대조구로 하였으며, 시험사료에 커큐민 함유 강황 추출물을 20 ppm 또는 200 ppm 첨가하여 시험처리구를 두었다.
기초시험사료는 NRC (1994) 및 한국가금사양표준 (2012)에 근거하여 초이 (0-7일, 대사에너지 3,050 kcal/kg, 조단백질 22%), 전기 (8-21일, 대사에너지 3,100 kcal/kg, 조단백질 20%), 후기 (22-35일, 대사에너지 3,150 kcal/kg, 조단백질 19%) 사료로 구분하였다. 기초사료 배합비 및 영양소 조성은 Table 1에 제시하였으며, 기초사료에 강황 추출물 20 ppm 또는 200 ppm을 첨가하여 커큐민 함량이 10 ppm 또는 100 ppm이 되도록 하였다. 사양실험 전 기간 동안 육계 전용 철제케이지 (가로 75 cm×세로 60 cm×높이 55 cm)에서 사육하였으며, 사료급이기 및 급수기 개수는 케이지별 동일하게 배치하였다. 사료와 물은 자유채식 및 자유음수시켰으며, 입추 후 3일은 24시간 종일점등을 실시하였고, 이후 시험종료시까지 23시간 점등을 실시하였다.
Vitamin-mineral mixture provided following nutrients per kg of diet: vitamin A, 15,000 IU; vitamin D3, 1,500 IU; vitamin E, 20.0 mg; vitamin K3, 0.70 mg; vitamin B12, 0.02 mg; niacin, 22.5 mg; thiamin, 5.0 mg; folic acid, 0.70 mg; pyridoxin, 1.3 mg; riboflavin, 5 mg; pantothenic acid, 25 mg; choline chloride, 175 mg; Mn, 60 mg; Zn, 45 mg; I, 1.25 mg; Cu, 10.0 mg; Fe, 72 mg; Co, 2.5 mg.
육계사양시험 개시 (1일령), 전기 (21일령), 후기 (35일령) 종료시에 반복별로 생체중 및 사료잔량을 측정하여 개체별 증체량 및 사료섭취량을 구하였다. 이렇게 조사된 증체량과 사료섭취량을 통해 사료요구율을 산출하였다.
시험 종료시 생체중 평균 범위에 해당하는 개체를 처리구별로 12수씩 희생시킨 후, 간, 비장, 췌장 및 신장을 채취하여 중량을 측정하고, 생체중 100 g당 상대적 중량으로 환산 표기하였다.
시험 종료시 처리구당 12수씩 선발하여 익하정맥에서 혈액을 채취하고, 상온에서 응고시킨 후 원심분리를 통해 혈청을 분리하여 분석에 이용하였다. 자동혈액분석기 (COBAS MIRA plus, ROCHE diagnostics)를 사용하여 blood urea nitrogen (BUN), creatinine, total protein, albumin, globulin, aspartate aminotransferase (AST), alanine aminotransferase (ALT)를 분석하였다.
시험 종료시 처리당 12수씩 선발하여 익하정맥에서 혈액을 채취하여 분석에 이용하였다. 혈액 내 총항산화력 (total antioxidant capacity)은 total antioxidant power colorimeteric microplate assay kit (Oxford biomedical research Inc., UK)를 사용하여 분석하였다. 분리된 혈청 15 μL를 phosphate buffer saline (PBS) 585 μL로 희석한 후 Cu2+를 넣고 3분간 상온에서 반응시켰다. 반응 후 구리이온 흡착제인 bathocuproine를 넣어 환원된 Cu+와 결합시켜 안정화시키고, microplate reader (Bio-rad, USA)로 450 nm에서 흡광도를 측정하였다. Uric acid로 작성한 표준곡선을 이용하여 μM copper equivalents로 나타내었다.
시험 종료시 처리구당 6수씩 희생시켜 맹장 내용물을 채취한 후 Salmonella spp., coliform bacteria 및 lactic acid bacteria 수를 측정하였다. 채취된 맹장 내용물을 생리식염수로 10—9까지 계단희석한 후, 단계적으로 희석된 내용물을 SS agar, MacConkey agar 및 Rogosa agar 평판배지에 각각 접종하였다. Lactic acid bacteria는 혐기적으로, 나머지는 호기적 조건에서 24-48시간 배양한 후, 균수를 측정하여 맹장 내용물 1g당 CFU (colony forming unit)로 계산한 후 log10으로 환산 표기하였다.
시험 종료시 생체중의 평균 범위에 해당하는 개체를 처리구당 6수씩 희생시킨 후, 가슴육을 채취하여 4℃ 냉장보관을 하였다가 0일, 5일, 10일 경과 후 닭고기 내 지방과산화물가 (thiobarbituric acid reactive substances, TBARS) 및 단백질변성도 (volatile basic nitrogen, VBN)를 분석하였다. 지방과산화물가는 Beuge와 Aust (1978)의 방법을 변형하여 지방 과산화시 형성되는 malondialdehyde (MDA) 함량을 측정하여 MDA mg/mL로 나타내었으며, 단백질변패도는 高坂 (1978)의 방법의 이용하여 volatile basic nitrogen (VBN)을 측정하였다.
실험에서 얻어진 모든 자료들의 통계분석은 Statistical Analysis System (SAS release ver 9.1, 2002)의 General Linear Model procedure를 이용하여 분산분석을 실시하였고, 처리구간에 유의성은 Duncan's multiple range-test (Duncan, 1955)를 이용하여 오차범위 5% 수준에서 검정하였다.
Ⅲ. 결과 및 고찰
커큐민 함유 강황 추출물의 사료 내 첨가 급여가 육계 생산성에 미치는 영향은 Table 2에 제시하였다. 강황 추출물 첨가 급여시 종료체중 및 일당증체량이 항생제무첨가구 (NC)에 비해 유의하게 증가하거나 증가하는 경향을 보였다 (p<0.05). 특히 강황 추출물 200 ppm 처리구의 5주 종료체중은 1,823 g으로 항생제첨가구 (PC)를 포함한 모든 처리구 중에서 가장 높게 나타났다 (p<0.05). 또한 강황 추출물 첨가 급여로 체중 및 증체량이 증가함으로써 사료요구율 역시 유의적으로 개선되는 결과를 나타냈다 (p<0.05).
강황 분말 및 추출물 또는 커큐민 등을 사료 또는 음수를 통해 육계에 첨가 급여한 연구가 다수 수행되었으나, 일부 상반된 결과가 보고되고 있다 (Durrian et al., 2006; Mondal et al., 2015; Rajput et al., 2019; Xie et al., 2019). Durrian 등 (2006)과 Mondal 등 (2015)은 강황 분말을 수준별로 사료 내 첨가 급여한 육계사양실험을 통해 강황분말 0.5% 첨가 급여시 육계 생산성이 유의적으로 개선되었다고 보고하였다. 또한 Rajput 등 (2013)은 커큐민을 100, 150 또는 200 ppm 수준으로 42일간 육계에 첨가 급여한 실험에서 커큐민 200 ppm 첨가구에서 체중, 증체량 및 사료요구율이 증가하였으며, 이는 소장 융모 발달에 따른 영양소 흡수율 향상과 함께 체내 지방대 촉진에 기인한 것이라고 보고하였다. 반면, 강황 추출물 또는 커큐민을 고농도 (강황 추출물 2-10%, 커큐민 500-2,000 ppm)로 육계에 첨가 급여한 실험에서는 체중, 증체량 및 사료요구율이 유의적으로 감소하였다고 보고되었다 (Hidayat et al., 2017; Xie et al., 2019).
본 연구에서는 커큐민 함유 강황 추출물을 200 ppm 수준까지 사료 내 첨가 급여하였기 때문에 고농도에서의 육계 생산성 변화는 확인할 수는 없었으나, 강황 추출물 내 커큐민 등 생리활성물질이 영양소이용률 증진 및 체내 에너지 재분배 등의 작용을 통해 육계 생산성에 긍정적인 영향을 미친 것으로 사료된다.
육계에 대한 커큐민 함유 강황 추출물의 생체안전성을 확인하기 위하여 주요 장기의 상대적 중량과 혈액 내 간 및 신장 손상지표를 조사한 결과는 Table 3 및 Table 4에 제시한 바와 같다. 간, 비장, 췌장, 신장 및 F낭의 상대적 중량은 대조구를 비롯한 전 처리구에서 유의한 차이가 관찰되지 않았다. 반면, 복강지방은 강황 추출물 처리구에서 대조구에 비해 유의하게 감소하는 결과를 나타냈다 (p<0.05). 혈액 생화학적 지표 중 AST 및 ALT는 항생제 무첨가구 (NC)에 비해 유의하게 감소하였으며 (p<0.05), BUN, creatinine, total protein, albumin, globlulin 역시 다소 감소하는 경향은 보였으나, 통계적 유의성은 인정되지 않았다.
강황 분말 또는 추출물 및 커큐민 등의 사료 내 첨가 급여가 육계 주요 장기와 조직의 상대적 중량에 미치는 영향을 조사한 대부분의 연구에서 간, 신장 등 주요 장기 발달에 부정적인 영향을 미치지 않은 반면, 지방대사 촉진 및 에너지 재분배 등에 의해 복강지방은 유의적으로 감소를 하였다고 보고하였다 (Mondal et al., 2015; Rajput et al., 2019; Xie et al., 2019). BUN, creatinine, total protein, albumin, globlulin, AST, ALT 등의 혈액성분은 염증, 대사장애, 기능저하, 조직 손상 여부를 나타내어 신규 사료원료 및 첨가제의 안전성을 평가하기 위한 지표로 이용된다 (Diaz, 2003; Lumeij, 1997). 커큐민을 포함한 강황 추출물은 강력한 항산화 작용을 통해 체내 존재하는 유리기 (free radical)를 효율적으로 제거하는 동시에 염증 유발 물질인 에이코사노이드의 생합성을 억제하고, 중금속 등 독성물질을 효과적으로 분해·배출하여 간, 신장 등 주요 조직의 손상을 예방한다고 다수 연구에서 보고하였다 (Anderson, 1998; Jeong et al., 2017; Lee et al., 2020; Rahmani et al., 2018; Reda et al., 2020; Yoon et al., 2019).
본 연구 결과에서도 커큐민 함유 강황 추출물은 항산화·항염증 효과로 간, 신장 등 조직의 손상을 감소시키는 한편, 주요 장기 발달에도 부정적인 영향을 미치지 않아 신규 사료첨가제로서 사용할 수 있음을 확인할 수 있었다.
커큐민 함유 강황 추출물의 사료 내 첨가 급여가 혈액 총항산화력에 미치는 영향은 Table 5에 제시하였다. 강황 추출물 첨가 급여시 혈액 총항산화력이 대조구에 비해 유의하게 증가하거나, 증가하는 경향을 보였다 (p<0.05).
| NC | PC | Turmeric extract | SEM | p-value | ||
|---|---|---|---|---|---|---|
| 20 ppm | 200 ppm | |||||
| Total antioxidant activity (μM copper equivalents) | 62.13b | 63.01b | 65.04ab | 69.77a | 0.05 | <0.05 |
커큐민 및 강황 추출물의 항산화 효과는 이미 여러 선행 연구에서 보고된 바 있다 (Jeong et. al., 2017; Lee et al., 2020; Yoon et al., 2019; Zhang et al., 2015). 동물은 superoxide anion radical, hydrogen peroxide, hydroxy radical, singlet oxygen 등 활성산소종의 독성으로부터 자신을 보호하기 위하여 일련의 항산화 시스템을 구축하고 있다. 이들 체내 항산화 시스템은 크게 효소계와 비효소계로 구성되어 있으며, 이들의 상호 작용에 의해 체내 항산화 시스템이 원활하게 유지된다 (Halliwell and Gutteridge, 1989). 커큐민은 glutathione S-transferase 유도를 통해 효소계 항산화 시스템에 관여하는 동시에 그 자체로도 강력한 항산화 활성을 발휘하여 비효소계 항산화 시스템에도 영향을 미친다고 보고된 바 있다 (Reda et al., 2020; Sharma et al., 2001).
본 연구 결과에서도 혈액의 총항산화력이 대조구에 비해 유의하게 증가하였는데, 이를 통해 커큐민 함유 강황 추출물의 사료 내 첨가 급여가 체내 항산화 시스템에 긍정적인 영향을 미치는 것을 확인할 수 있었다.
Table 6은 커큐민 함유 강황 추출물의 사료 내 첨가 급여에 따른 맹장 미생물총 변화를 제시한 결과이다. 장내 유해균 중 하나인 coliform bacteria는 항생제첨가구 (PC)를 비롯한 강황 추출물을 첨가 급여한 모든 처리구에서 항생제무첨가구 (NC)에 비해 유의하게 감소하였으며 (p<0.05), Salmonella spp.는 감소하는 경향을 보였지만 통계적 유의성은 인정되지 않았다. 반면, 장내 유익균인 lactic acid bacteria는 대조구를 비롯한 전 처리구에서 통계적 유의성이 관찰되지 않았다.
강황 또는 커큐민의 강력한 항균 활성에 대해서는 이미 다수의 in vitro 및 in vivo 시험에서 보고하고 있다 (Rahmani et al., 2018; Reda et al., 2020; Scazzicchio et al., 2020; Ürüsan et al., 2017). Ürüsan 등 (2017)은 강황 분말을 육계사료 내 0.2-1.0% 첨가 급여한 실험에서 강황 분말을 첨가한 모든 처리구에서 대조구에 비해 장내 E. coli 수가 유의하게 감소하였다고 보고하였으며, Rahmani 등 (2018)은 저온 환경 하에서 커큐민의 사료 내 첨가급여 효과를 조사한 연구에서 사료 내 커큐민 200-400 ppm 첨가 급여시 맹장 내 E. coli는 유의적으로 감소하고 Lactobacillus는 증가한다고 보고하였다. Reda 등 (2020) 역시 일본메추라기에 나노 입자화된 커큐민 100-500 ppm를 첨가급여한 시험을 통해 커큐민의 장내 유해균 (coliform bacteria, E. coli 및 Salmonella spp.) 감소 효과를 보고하였다.
본 연구 결과를 통해 커큐민 함유 강황 추출물은 coliform bacteria 등 유해균을 효과적으로 저해하여 장관 미생물균총 안정화에 긍정적인 영향을 미치는 것을 확인할 수 있었다.
육계사료 내 강황 추출물 첨가 급여가 닭고기 저장성에 미치는 영향은 Table 7에 제시한 바와 같다. 저장기간이 경과함에 따라 닭고기 내 지방과산화물가 및 단백질변성도는 지속적으로 증가하였다. 저장 10일 차에 강황 추출물 첨가구에서 닭고기 내 지질과산화물 및 휘발성 염기태 질소 함량이 유의적으로 감소하거나 감소하는 경향을 보였다 (p<0.05).
닭고기 저장성을 높이기 위해 커큐민을 활용한 연구가 일부 진행되었다 (Choi et al., 2007; Kanani et al., 2017; Zhang et al., 2020). Choi 등 (2007) 및 Arshad 등 (2018)은 닭고기에 강황 분말을 처리한 시험을 통해 커큐민의 항균·항산화 작용에 의해 닭고기 저장성이 유의하게 개선되었다고 보고한 바 있으며, Kanani 등 (2017)은 사료 내 강황 및 계피 분말을 첨가 급여한 육계사양시험에서 강황 분말 0.5% 첨가시 닭 가슴육 내 지질과산화물이 유의적으로 감소하였다고 보고하였다. 이외에도 Zhang 등 (2020)은 육계사료 내 커큐민 50-100 ppm 첨가급여시 닭고기 산화 안정성이 향상된다고 보고한 바 있다.
본 연구에서도 강황 추출물의 사료 내 첨가 급여가 닭고기 저장기간 경과에 따른 지질과산화물 생성을 감소시켜 닭고기 저장 안정성 및 품질 유지에 긍정적인 영향을 미칠 수 있다는 것을 확인할 수 있었다.
Ⅳ. 요 약
본 연구는 육계에 대한 커큐민 함유 강황 추출물의 사료 내 첨가 급여가 육계 생산성, 생체안전성, 혈액 총항산화력, 맹장 미생물총 및 닭고기 저장성에 미치는 영향을 조사하여 항생제 대체제 및 기능성 사료첨가제로서의 이용가능성을 구명하고자 수행되었다. 1일령 육계 수평아리 (Ross 308) 192수를 공시하여 4처리, 4반복, 반복당 12수씩 배치하고, 5주간 사양실험을 실시하였다. 시험처리구는 항생제무첨가구 (NC), 항생제 첨가구 (PC, avilamycin 10 ppm)를 대조구로 하였으며, 시험사료에 커큐민 함유 강황 추출물을 20 ppm 또는 200 ppm을 첨가하여 시험처리구를 두었다.
강황 추출물 첨가 급여시 종료체중 및 일당증체량이 항생제무첨가구 (NC)에 비해 유의하게 증가하거나 증가하는 경향을 보였다 (p<0.05). 특히 강황 추출물 200 ppm 처리구는 항생제첨가구 (PC)를 포함한 모든 처리구 중에서 가장 높게 나타났다 (p<0.05). 또한 강황 추출물 첨가 급여시 사료요구율 역시 유의적으로 개선되는 결과를 나타냈다 (p<0.05). 간, 비장, 췌장, 신장 및 F낭의 상대적 중량은 대조구를 비롯한 전 처리구에서 유의한 차이가 관찰되지 않았다. 반면, 복강지방은 강황 추출물 처리구에서 대조구에 비해 유의하게 감소하는 결과를 나타냈다 (p<0.05). 혈액 생화학적 지표 중 AST 및 ALT는 항생제무첨가구 (NC)에 비해 유의하게 감소하였으며 (p<0.05), BUN, creatinine, total protein, albumin, globlulin 역시 다소 감소하는 경향은 보였으나, 통계적 유의성은 인정되지 않았다. 또한 강황 추출물 첨가 급여시 혈액 총항산화력이 대조구에 비해 유의하게 증가하거나 증가하는 경향을 보였다 (p<0.05). 장내 유해균 중 하나인 coliform bacteria는 항생제첨가구 (PC)를 비롯한 강황 추출물을 첨가 급여한 모든 처리구에서 항생제무첨가구 (NC)에 비해 유의하게 감소하였으며 (P<0.05), Salmonella spp.는 감소하는 경향을 보였지만 통계적 유의성은 인정되지 않았다. 반면, 장내 유익균인 lactic acid bacteria는 대조구를 비롯한 전 처리구에서 통계적 유의성이 관찰되지 않았다. 닭고기 저장성에 있어서는 닭고기 4℃냉장 보관 10일차에 강황 추출물 첨가구에서 닭고기 내 지질과산화물 및 휘발성 염기태 질소 함량이 유의적으로 감소하거나 감소하는 경향을 보였다 (p<0.05).
본 연구를 통해 커큐민 함유 강황 추출물의 육계 사료 내 첨가 급여는 육계 생산성 및 건강성에 긍정적인 영향을 미치는 한편, 닭고기 저장성을 증진시켜 항생제 대체제 및 기능성 사료첨가제로서의 이용가능성이 높은 것으로 판단되었다.
