가금 생산성 향상에 식물추출물 티몰과 카바크롤의 효과

티몰, 항산화제, 항염증제, 항균제, 항종양 활성 등 다양한 약리학적 특성 있어

카바크롤, 향미와 항균 활성도 뛰어나 식품 산업에서 천연 식품 방부제로 사용

장내 병원균을 감소시키고 가금류의 전반적인 성장효율에 긍정적인 영향 미쳐

김명진 CTO

(주)에스씨아이

항생제는 동물의 감염성 질병을 예방 또는 치료하는 수단으로 사용해 왔지만 항생제가 동물의 성장 개선에도 효과가 있다는 사실이 알려지면서 1950년을 시점으로 하여 그 사용 목적이 성장 촉진 및 사료 효율 개선으로 전환되었고 이후부터 치료 수준 이하로 사료에 첨가되기 시작하였다.

항생제는 가축의 질병 치료 및 생산성 향상 등 산업 발전에 긍정적인 기여를 했다. 그러나 이와 같은 긍정적인 효과가 있음에도 불구하고 그 사용에 있어서 문제점이 생기기 시작했다. 많은 항생제 내성 관련 연구 자료에 의하면 치료 수준 이하의 항생제 사용이 항생제 내성균의 출현을 높일 수 있는 조건이라고 하였다.

게다가 항생제 사용이 늘어나면서 동물로부터 인체 질병과 관련된 병원균으로 항생제 내성 유전자가 전달될 수 있다는 가능성이 제시되면서 항생제 사용과 관련된 문제점이 국제적 관심사가 되었다. 이와 같은 상황들로 인하여 관련 업계 연구자들은 이를 대체하기 위한 대안을 모색하기 시작했다. 기능성 미생물제, 유기산제, 효소제 등이 항생제 대체제로 관심받고 있었지만 최근 들어 다양한 식물유래 사료첨가제가 항생제의 대안으로 등장했으며 실제로 축산산업에서 긍정적 효과를 발휘하고 있다.

식물은 인류의 중요한 식량자원으로써 오랜 시간 함께 해왔으며 지구상의 약 25~50만 여종이 존재하는 것으로 예측하고 있다. 그리고 이들 중 매우 소수만이 식품이나 기능성 물질 원료로 이용된다고 알려져 있다. 피토케미컬(phytochemical), 또는 식물추출물이라고도 불리는 피토바이오틱스(phytobiotics)는 식물에서 자연적으로 만들어진 생리활성물질을 뜻한다.

현재까지 과일, 야채, 견과류 및 허브 등의 식물에서 페놀, 플라보노이드, 탄닌 등의 피토바이오틱스가 발견되었으며, 피토바이오틱스는 6가지 범주인 페놀화합물, 알칼로이드, 질소 함유 화합물, 유기 황화합물, 피토스테롤 및 카로티노이드로 나뉜다.

식물에서 얻은 에센셜 오일은 박테리아, 효모 및 곰팡이에 대한 항균 활성을 나타내는 대표적인 식물 추출물이다. 이들 오일은 티몰, 유게놀, 사포닌, 카바크롤, 테르펜 등의 항균활성 성분을 지니고 있다. 이러한 에센셜 오일은 동일한 식물이더라도 추출 부위(씨앗, 잎, 뿌리), 수확 계절, 지리적 기원에 따라 생리활성 화합물의 구성이 다르게 나타나기도 한다.

지난 20년간 진행된 많은 연구들은 식물추출물이 항염증, 항균, 항산화 등의 효과를 발휘한다고 밝혀냈다. 식물추출물은 현재 양계산업에서도 개체의 성장을 촉진하고 육류와 계란의 품질을 개선하는 데 사용되고 있다. 정확한 작용 기전이 밝혀지진 않았지만, 식물추출물이 장내 병원성 미생물 수를 줄임으로써 장 내 미생물을 유리하게 바꾸는 것으로 추측하고 있다. 본고에서는 식물추출물의 생리활성 물질 중 티몰과 카바크롤이 가금류의 성장 촉진에 기여하는 작용기전과 그 효과에 대해 알아보고자 한다.

티몰(Thymol)

티몰(C10H14O)은 식물 유래 에센셜 오일에서 주로 발견되는 모노테르펜으로, 페놀 화합물이며 무색의 결정성분이다. 티몰은 수세기 동안 전통의학에서 항산화제, 항염증제, 항균제, 항종양 활성 등 다양한 약리학적 특성을 갖는 물질로 알려져 있으며 심혈관, 위장, 신경, 류머티즘, 대사 장애 및 악성 질환에 대한 치료 효과를 갖는 것으로 밝혀졌다.

표 1. 티몰의 주요 효과 및 작용기전

카바크롤(Carvacrol)

카바크롤(C10H14O)은 모노테르페노이드 페놀로 액체이다. 주로 오레가노, 백리향, 다닥냉이, 베르가못에서 추출 가능하며 항균, 항진균, 항바이러스, 항산화, 면역반응조절, 항염증 및 항암 등의 광범위한 약리학적 활성을 가진다. 카바크롤은 향미 및 항균 활성도 뛰어나 식품 산업에서 천연 식품 방부제로도 사용되고 있다. (표 2)

항균 활성

에센셜 오일 중 특히 티몰과 카바크롤 성분은 장 질병의 주요 원인인 대장균(Escherichia coli), 살모넬라(Salmonella typhimurium)와 같은 병원성균에 대해 강력한 항균 효과를 나타낸다. 한 연구에 따르면 양계 사료에 에센셜 오일을 혼합하여 공급했을 때 클로스트리디움 퍼프린젠스 (Clostridium perfringens)와 대장균에 대한 강력한 억제 효과를 보였고, 장 질환 및 체중 감소가 개선되는 것을 확인하였다

표 2. 카바크롤의 주요 효과 및 작용기전

소수성(물과 친화력이 적은 성질) 특징을 갖는 식물성 생리활성 물질은 인지질로 이루어진 미생물 세포막의 물질 투과성을 높이고 세포 항상성을 방해하여 세포 성분의 손실을 가져오고 결국 세포 사멸을 일으키는 방식으로 항균 활성을 나타내는 것으로 알려져 있다. 에센셜 오일도 대부분 소수성이기 때문에 미생물 세포막의 투과성을 높여 세포 성분의 손실을 일으키고, 더 나아가 세포를 사멸시킨다. 지질다당류(Lipopolysaccharide)는 그람 음성균의 외막을 구성하는 성분으로 세포가 사멸할 경우 방출된다고 알려져 있으며, 페놀화합물인 카바크롤과 티몰을 그람 음성균에 처리했을 때 지질다당류가 방출되는 것을 확인하였다.

두 가지 이상의 에센셜 오일 성분이 혼합되어 있을 때 항균효과는 더 우수한 것으로 알려져 있다. 특히 유사한 구조를 갖는 티몰, 카바크롤, 유게놀은 함께 사용할 경우 낮은 농도에서도 높은 시너지효과를 일으켜 강력한 항균 활성을 갖는다. 그러나 에센셜 오일의 정균 및 살균 효과는 일반 항생제보다 낮기 때문에 유효 효과를 얻기 위해서는 보다 높은 수준으로 사용해야 한다. 따라서 비용적인 부분을 고려할 필요가 있다.

그림 1. 티몰 및 카바크롤의 구조식

항바이러스 활성

에센셜 오일의 항바이러스 효과에 대해서도 많은 연구가 이루어졌다. 카바크롤은 로타바이러스(Rotavirus)에 대해 항바이러스 효과가 있는 것으로 알려져 있다. 연구에 따르면 오레가노(Lippia graveolens) 추출물에 존재하는 생리활성 화합물이 동물 및 인간의 바이러스성 질병을 억제한다고 밝혔는데 오레가노의 페놀 화합물이 헤르페스 바이러스 1형(herpes simplex virus type 1)과 인간 호흡기세포융합바이러스(Respiratory syncytial virus, RSV)에 대한 항바이러스 활성에 효과가 있으며, 오레가노에 포함된 카바크롤이 유행성 인플루엔자 바이러스와 노로바이러스 같은 바이러스성 질병을 억제하는데 매우 효과적이었다.

성장개선

피토바이오틱스는 사료의 기호성을 높여 닭의 성장과 성능을 향상시킬 수 있다. 여러 연구 결과에 따르면 에센셜 오일을 이용한 사료 첨가제는 육계 성장을 촉진하는 효과가 있는 것을 확인했다. 사료에 카바크롤을 혼합했을 때 대조구보다 사료 섭취량 및 체중이 증가하고 사료 요구율(FCR)이 감소한 것이다. 또한 육계에서 백리향 에센셜 오일을 1000mg/kg 수준으로 첨가했을 때 사료섭취량이 약 10% 감소함에도 불구하고 닭의 체중이 증가했으며, 소화율 및 최종 생산성이 향상된 것을 확인하였다.

그러나 에센셜 오일의 종류, 닭의 주령, 사료 성분 구성, 환경 요인 등 일부 요인으로 인해 그 효과가 일정하지 않을 수 있다. 전 세계적으로 약 3,000개의 다양한 유형의 에센셜 오일이 알려져 있으며, 그중 약 300개가 상업적으로 사용되고 있는데 이는 활성 성분의 구성, 추출 방법에 따른 생리활성 물질의 농도, 사용된 식물의 원산지, 재배 매개변수에 따라 효과에 대한 차이가 있을 수 있다. 예를 들어, 오레가노 에센셜 오일에서 항균 기능을 갖는 주요 활성 물질인 카바크롤과 티몰의 함량이 추출물에 따라 5%에서 85%까지 크게 다르게 나타난다는 것이다.

결론

항생제 사용이 점차 제한되면서 동물의 성장 및 건강개선을 목적으로 식물추출물(Phytochemical)에 대한 관심이 크게 증가되고 있다. 식물추출물이 동물의 소화 증진뿐만 아니라 다양한 생리학적 기능에 긍정적 영향을 주기 때문이다. 식물추출물의 이점은 천연물질이라는 점과 사용 시 부작용이 거의 없고 친환경적이며 저항성 균주 문제가 비교적 덜하다는 장점이 있다.

식물 유래 에센셜 오일의 주 성분인 티몰과 카바크롤은 항균 효과가 있어 장내 병원균을 감소시키고 정상적인 장 기능을 도우며 가금류의 전반적인 성장효율(사료 섭취량, 체중 증가, 사료요구율, 영양소 소화율)에 긍정적인 영향을 미치는 것으로 밝혀졌다. 지속적인 연구를 통해 티몰 및 카바크롤의 작용 기전을 이해함으로써 축산산업에 에센셜 오일을 적용할 수 있는 방향을 제시한 것이다.

특히 이들 성분이 가지고 있는 항균·항바이러스 효과는 항생제 대체제로서도 이용 가능함 보여준 것이다. 일반적으로 식물추출물이 양계 산업에 긍정적인 효과를 나타내지만 가금류 영양에 대한 연구는 여전히 제한적이므로 추가적인 연구가 필요할 것으로 보인다.

앞서 짧게 언급하였지만, 우선 효과가 균일하게 나타나지 않는다는 점, 복잡한 성분 구성으로 인하여 제품의 표준화가 어려운 점 그리고 작용 모드가 불확실하다는 점이 앞으로 해결해야 할 과제로 여겨진다. 게다가 같은 식물이라도 재배 환경에 따라 그 성분이 달라지는 것 역시 식물추출물의 사용을 어렵게 하는 이유 중의 하나일 것으로 판단된다.

다양한 연구에서 보여준 식물 추출물의 효과를 보면 축산산업에 적용할 수 있는 잠재적 가치가 충분하다고 본다. 따라서 유효성분을 효율적으로 추출하여 효과를 증가시키고 가격 경쟁력을 확보한다면 농장에서의 이용률 점차 증가할 것으로 기대한다.