유카의 기능성

[무정묵향]

유카

1. 생물학적 고찰

   1) 학  명 : Yucca schidigera Roezl ex Ortgies, Yucca gloriosa L. 실유카(Yucca filamentosa L.)

   2) 異  名 : 유카, 실유카(실란, 실육카), 조슈아 나무(Y. brevifolia)

   3) 형  태 : 북아메리카 남부가 원산지이다. 상록관목으로 대부분의 종들은 줄기가 없으며 뻣뻣한 잎은 칼 모양으로 아랫부분에서 로제트를 이루고 매끈한 흰꽃은 무리져 핀다. 실유카는 1~1.5m, 유카는 1.5~2m 정도이지만 유카 브레비폴리아(Y. brevifolia)는 줄기가 10m가 넘기도 한다. 꽃은 백색이며, 7∼8월에 많은 송이가 원추꽃차례로 밑을 향하여 달린다. 꽃 지름 1∼2cm, 길이 3.5∼5cm이다. 화피조각은 6개로 두껍고, 안에 6개의 수술과 1개의 암술이 있다. 바깥조각은 연한 녹색, 안조각은 흰색이다. 실유카는 잎 가장자리에서 실이 갈라지기 때문에 실유카라고 하며 섬유를 채취하여 사용한다. 뿌리에서 모여나와 사방으로 퍼진다. 줄 모양 바소꼴이며 길이 30∼100cm, 나비 2cm이다. 빛깔은 청록색이고 가장자리가 실 모양으로 늘어진다.

   4) 설  명 : 유카는 용설란科(Agavaceae [단자옆, 외떡잎 식물])에 속하는 식물로 미국 남서부와 멕시코 북쪽이 원산지이며, 그 높이가 4.5미터를 거의 초과하지 않는다. 아열대 건조지역 출신으로 건조에 강하다. 중부이남에서 노지 월동가능하다. 종자나 포기나누기로 한다. 다육식물로 분류하며 과습하지 않아야한다.

        멕시코 북쪽과 미국 남서부지역의 건조한 지대에 거주하는 인디안 부족들의 생존에 있어서 가장 중요한 요소 중의 하나였으며, 그 식물의 주된 부위(과일, 꼬투리, 꽃잎, 잎, 심지어 뿌리)들은 음식으로, 또한 나머지 부분들은 작은 움집이나 의자 등을 위한 건축 재료 등으로 쓰여져 왔으며 비누나 발효주 등의 제조를 위한 재료로도 쓰여왔다.

        유카의 뿌리에서 추출하는 추출물로 품질 보존을 위해 희석제 및 음료용 천연 기포제로 사용하며, 진한 암갈색의 액체로 특이한 냄새가 있으며, 사포닌 배당체가 포함되어 있어 기포를 형성한다. 유카 추출물은 pH 2~10일때 거품이 안정하게 나며 천연 거품제이다.

        유카 추출물은 항진균, 방부효과를 가지고 있으며 천연샴푸, 여성청결제, 손 세정제등 계면활성제를 사용하지 않고 거품을 만들 때 사용하며, 항산화력이 좋고 보습력이 풍부하며 모발을 재생하고 손실을 방지하는 역할을 합니다. 총양의 20%이상 첨가시 유카 추출물의 방부력으로 인해 보존제를 별도로 넣지 않아도 된다.

        천수란(Y. aloifolia), 유카(Y. gloriosa), 실유카(Y. filamentosa)는 특이한 모양과 꽃이 아름다워 관상용으로 많이 기른다. 한국에는 실유카와 실없는유카(Y. recurvifolia)의 2종이 1910년대에 들어온 것으로 알려져 있으며, 그뒤로 10여 종류가 더 들어와 화분이나 정원 또는 길가에 심고 있다.

   5) 분  포 : 멕시코 북쪽, 미국 남서부지역

   6) 비  고 : 용설란과 유카 및 실유카의 차이는 종류에 따라 다르지만 대체적으로 용설란은 알로에와 같이 잎이 좀 두툼하고 잎의 끝을 물론 잎 가장자리에도 뾰족한 가시가 있다. 이에 비해 유카는 잎이 얇은 편이고 잎의 끝에만 뾰족한 가시가 있다. 실유카는 유카와 비슷하나, 잎의 가장자리에 실같은 섬유질이 나온다. 용설란은 꽃이 100년에 한번 핀다고 해서 세기의 식물이라고 하지만 10년이 지나면 꽃이 피며, 유카와 실유카는 매년 7~8월에 꽃이 핀다.

   전세계에 걸쳐 약 40~50종의 유카가 알려져 있다.

2. 유카추출물의 기능성

유카추출물(Yucca Extract)은 유카 뿌리를 물로 추출하여 얻어지는 물질로 품질 보존을 위하여 희석제 및 기타 식품첨가물을 첨가할 수 있다. 암갈색의 액체로 특이한 냄새가 있는 착향료로 사포닌 배당체가 포함되어 있어 물과 진탕하면 기포가 생긴다. 청량음료, 칵테일 등에 첨가하면 기포가 오랫동안 유지되며, pH 2~10에서 거품이 생기고 거품은 안정성을 가지게 된다.

   1) 관절염에 효과

   2) Triglyceride와 콜레스테롤 수치의 감소

   3) 비정상적 고혈압의 치료

   4) 편두통 완화

3. 유카추출물의 응용

   1) 화장품 : 천연거품제, 피부유연, 노화방지, 모발재생, 탈모방지

   2) 세정제 : 노화피부, 여드름피부, 세정제, 샴푸(순한 베이비샴푸), 바디워시(여성청결제)등

   3) “부영양” 장기 식물계의 개선

   4) 음료용 천연 기포제 (사용이 허가된 국가)

   5) 가축 사료

   6) 농장에서의 암모니아와 기타 독성 가스 감소

4. 식품첨가물 공전

   1) 식품첨가물명 : 유카추출물 (Yucca Extract)

   2) 정  의 : 이 품목은 용설란과 유카(Yucca brevifolia Engelm, Yucca schidigera)의 뿌리를 물로 추출하여 얻어지는 것이다. 다만, 품질보존 등을 위하여 희석제 및 기타 식품첨가물을 첨가할 수 있다.

   3) 성  상 : 이 품목은 암갈색의 액체로서 특이한 냄새가 있다.

   4) 확인 시험 : 이 품목의 1g에 물을 가하여 1,000ml로 한 액의 흡광도를 측정할 때, 파장 250∼300nm에 극대흡수부가 있다.

   5) 순도 시험

      ① 액  성：이 품목의 pH는 3.8∼4.0이어야 한다.

      ② 중금속 : 이 품목 1g을 석영제 또는 자제도가니에 넣고 조용히 약하게 가열하여 탄화시킨다. 식힌 다음 질산 2ml 및 황산 5방울을 가하여 흰 연기가 발생하지 않을 때까지 가열한 후 450∼550°에서 회화가 될 때까지 강열한다. 식힌 다음 염산 2ml를 가하여 수욕상에서 증발건고하고 잔류물에 염산 3방울을 가하여 주고 열탕 10ml를 가하여 2분간 가온하고 식힌 후 페놀프탈레인시액 1방울을 가하고 암모니아시액을 액이 엷은 홍색이 될 때까지 가해 주고 나서 물을 사용하여 네슬러관에 옮겨 주고 다시 희석한 초산(1→20) 2ml 및 물을 가하여 50ml로 한 것을 시험용액으로 하여 중금속시험을 할 때, 그 양은 20ppm 이하이어야 한다. 다만, 표준색은 시료와 재질이 같은 도가니에 질산 2ml, 황산 5방울 및 염산 2ml를 넣고 가열하여 증발건고하고 잔류물에 염산 3방울을 가하여 이하 시험용액의 조제와 같이 처리하여 네슬러관에 옮겨주고 이에 납표준용액 2ml, 희석한 초산(1→20) 2ml 및 물을 가하여 50ml로 한 것을 사용한다.

      ③ 대장균군：이 품목은 「식품의 기준 및 규격」일반시험법의 미생물시험법 중 대장균군에 따라 시험할 때, 음성(-)이어야 한다.

      ④ 기포도：물 1.9l를 3.8l 유리병(지름 16.3cm)에 넣고 85% 인산 6방울을 가한 다음 이 품목의 수용액(1.1→1,000) 60ml를 가하여 100번 세게 흔들 때, 거품의 높이가 1.2cm 이상으로 30초간 유지되어야 한다.

      ⑥ 비소 : 이 품목 0.5g을 백금제, 석영제 또는 자제도가니에 취하여 질산마그네슘의 에틸알콜용액(1→50) 10ml를 넣고 에틸알콜에 점화하여 연소시킨 다음 서서히 가열하여 450～550°로 회화한다. 만일 탄화물이 존재하면 소량의 질산으로 적신 다음 다시 강열하고 450～550°로 회화한다. 식힌 다음 잔류물에 염산 3ml를 가하여 수욕상에서 가온하여 녹인 것을 시험용액으로 하여 비소시험법에 따라 시험할 때, 그 양은 2ppm 이하이어야 한다.

   6) 강열잔류물 : 이 품목은 강열잔류물시험법에 따라 시험할 때, 그 양은 5.0% 이하이어야 한다.

양돈분야에서의 유카(Yucca) 추출물의 응용

I. 서론

양돈경영의 규모확대에 따라 분뇨처리량은 증대하는 한편 환원용지의 부족 등에 의해 분뇨 특히 유통이용에 장애로 작용하는 분뇨오수처리의 곤란성이 여전히 존재하고 있는 실정에서 축산경영에 기인하는 큰 불편은 악취와 수질오염에 관한 것이 대부분이다.

냄새는 직접 인간이 감지하는 것이기 때문에 불평건수도 전체의 비율중에서 가장 높은 것으로 알려지고 있지만 환경오염의 관점에서는 인간의 감시를 떠날 수 없는 수질오염의 쪽이 오히려 중요하다. 또한 축종별로 보면 모든 환경오염에 관한 불평은 양돈이 가장 유감스럽게도 제 1위를 차지하고 있다고 해도 과언이 아니다. 냄새에 관해서는 축사구조의 개량, 소취(消臭) 탈취제의 사용, 미생물에 의한 발효퇴비, 사료화등 많은 기술이 응용되고 있지만 가축분뇨에 의한 토양오렴, 수질 오탁(汚濁)에 대해서는 근본적인 개선이 요구되고 있기 때문에 많은 곤란이 도사리고 있다.

특히 생산성에 직접적으로 기여하지 않는 후처리의 공해대책은 축산농가의 경영을 직접 압박하는 것이기 때문에 추후에도 양돈을 위시한 국내의 축산이 종속하기 위해서는 생산자, 소비자, 행정 및 관련업계의 종사자들이 서로 협력해서 어떠한 대책을 고려해야 하는가를 진정으로 지속적으로 계속 검토해서 국내 실정에 부합되는 대안이 제시되어야 한다.

최근들어서 수입돈육과의 경쟁이나 식품으로서의 안전성에 대한 소비자의 감시의 눈이 대단히 엄격해지고 있는 실정이다. 따라서, 본고에서는 2005년 2월부터 국내에서도 악취방지법이 시행되고 있는 상황에서 악취 대책의 한가지 수단으로서 천연소재인 유카추출물(Yucca extracts)을 이용한 악취대책을 소개하고자 한다.

II. 본론

1. 사포닌(Saponin)

유카(Yucca)추출물은 미국 남부에서 중미에 걸쳐 반사막지대에서 자생하는 유카 시드게라(Yucca shidgera)에서 분리한 사포닌(Saponin)이다. 사포닌은 화학적으로는 당과 스테로이드(steroid) 또는 트리테르페노이드에서 생긴 배당체로 자연계에 널리 존재한다. 식물 스테로이드에는 가지각색의 생리작용을 가진 것이 있으며 그 중에는 강심제로 사용되고 있는 디기탈리스(digitalis)와 같이 강한 약리작용을 가진 것도 있지만 사포닌은 이와 같은 강한 작용을 가진 것을 제외한 배당체의 총칭이다.

사포닌은 예로부터 인류에게 사용되어 왔으며 그 종류는 많지만 공통적으로 심하게 거품이 나는 비누와 같은 수용액을 만들어 여기에서 라틴어의 石劍(석검)을 의미하는 말을 따서 사포닌이라고 이름을 지었다. sapon 및 sapothin과 같은 어원(語源)이다.

사포닌은 완화(緩和)한 계면활성제로 이것을 이용하여 세포막의 파괴, 용혈(溶血), 난용성물질의 정량에 응용되고 있는 것도 있다. 유카(yucca)추출물의 주성분은 사사포닌(Sarsaponin)으로 예로부터 생약의 거담제로 사용되어 왔다. 강한 작용을 가지지는 않는다.

2. 사사포닌(Sarsaponin)의 응용

사포닌(Saponin)의 역사는 재미있다. 예전에는 기포성을 이용, 비누 대용(代用)으로 사용하기 시작하여 1950년대에 들어와 의약품의 원료로 각광을 받게 되었다. 부신피질 호르몬 등 스테로이드(steroid) 호르몬 및 성호르몬 등의 스테로이드 호르몬이 식물 스테로이드를 원료로 한 발효에 의해 구조변화가 가능하게 되었다. 효율이 좋은 출발물질(starter)을 위해 식물 스테로이드의 검색이 이루어졌다. 그 결과, 사포닌에 대한 과학적 지식이 축적되어 용도개발이 활발히 이루어지게 되었다.

사포닌의 축산분야에의 응용은 먼저 미국의 대 제약회사인 화이자(Pfizer)에 의해 시작되었다. 1961년 Pfizer社의 연구진은 龍舌蘭(용설란)에서 추출분리한 smilageni 및 sarsaponin등의 식물 스테로이드를 육우 및 면양사료에 2~24g/ton 수준으로 첨가하여 급여한 결과, 가축의 증체 및 사료효율이 개선되었다고 보고했다. 그 후 같은 효과가 돼지에서도 확인되어 특허를 취득했지만 상품화 되지는 않았다.

1970년대에 와서는 다른 용도로 개발되었다. Distributor’s Processing 社(DPI)에 의해 환경과 가축의 건강에 응용되었다. DPI는 유카(yucca)에서 추출한 사사포닌(sarsaponin)에 대하여 성상을 주의깊게 조사하여 다음과 같은 결과를 얻었다.

   1) 발육촉진 및 사료효율의 개선효과는 성호르몬을 투여한 경우와 같았지만 성호르몬을 투여한 것과는 달리 호르몬에 의한 부차적인 장애는 확인되지 않았다.

   2) 거세우의 비육에는 Ionophore 系 항생물질(모넨신)의 효과를 한층 좋게한다.

   3) 탄수화물의 이용율에서는 모넨신과 sarsaponin을 병용함으로써 소의 제1위에서 프로피온산 생성을 증가시키고 메탄 발생을 억제하는 효과가 있다(10%정도 개선). 이 이유는 산과 가스간의 상호교환에 사포닌이 관여한다고 추정된다.

   4) 질소 이용율에서는 비단백태 질소인 요소를 소사료에 이용할 때, 위내에서 우레아제(urease)에 의해 암모니아가 생성되어 이것이 소에 장해를 야기할 우려가 있었으나 사사포닌 우레아제에 의해 암모니아 생성을 막기 때문에 이로 인해 미생물이 요소를 이용하여 단백질을 합성하는 것을 돕는다.

   5) 소화효율에서는 사사포닌은 장관에서 흡수되지 않지만 소화관 내용물의 응고가 느리게 되어 사료효율이 좋게된다.

사사포닌(sarsaponin)의 작용에 대해서는 가축의 발육촉진 외에도 흥미있는 현상이 관찰되었다. 사사포닌을 추출하고 남은 식물섬유박에 다시 유카 추출물을 첨가하면 혐기발효가 촉진되어 이 폐기물에서 발생한 악취가 제거된 것이다.

가축의 발육촉진과 악취의 경감이라고 하는 2가지 다른 영역에서의 효과도 작용기작 있어서는 공통적이며, 우레아제 활성의 억제에 의한 암모니아 발생방지와 이에 수반하여 혐기성균의 활동을 도와 혐기발효를 촉진한다. 이러한 작용은 가축의 체내에서는 가축의 건강 및 발육에도 유용하고 폐기물에 있어서도 악취를 줄이는데 효과가 있다.

3. 악취억제제의 응용

유카(yucca)추출물은 폐기물의 악취를 억제하는 것으로 밝혀져 새로운 용도와 방법이 개발되었다. 그것은 가축의 분뇨에서 발생하는 악취의 억제이다. 방법은 대별하여 두 가지이다.

한가지는 분뇨 저장조에 첨가하여 암모니아(Ammonia)등의 발생을 방지하는 방법이고 또다른 한가지는 가축에 급여하여 분변중의 유레아제 활성을 억제하는 방법이다. 응용예는 다음과 같은 것이 있다.

   1) 분뇨 저장조에의 응용

분뇨 1㎥당 액상 yucca 추출물 40g을 균일하게 살포 또는 혼합한다. 수일 후 악취는 감소되지만 효과는 10~14일 정도밖에 지속되지 않으므로 주 1회의 빈도로 첨가한다. 슬럿지가 생성된 때에도 반복 첨가하면 분해되어 액비(液肥)가 된다. 암모니아 냄새가 경감되려면 10g/㎥정도의 첨가로 악취를 억제한다. 유카 추출물을 분뇨에 혼합하여 사용할 경우 주의해야 할 점은 혐기발효를 행하기 때문에 가능한 한 액을 정치시키고 유카 추출물을 첨가할 때에도 가능한 한 단시간에 조심스럽게 행할 필요가 있다.

   2) 양돈사료에의 첨가

유카 추출물을 양돈사료에 56~113ppm 첨가하여 돼지의 발육을 개선하고 배설된 분뇨의 악취를 감소시키는 방법이다.

DPI의 보고에 의하면 1982년부터 1985년까지 23회에 걸쳐 시험한 결과 유카 추출물의 첨가는 증체, 사료 효율을 4.3% 개선하였다고 보고되었다. 또, 이 효과는 육성기, 비육기에도 확인되어 클로르테트라싸이클린(CTC), 옥시테크라싸이클린(OTC), 타이로신 및 황산동 첨가유무와 관계없이 확인되었다고 보고되었다.

더욱이 이들의 개선효과는 사육밀도가 높은 일반농장에서의 성적이 사육밀도가 낮은 대학 실험농장에서의 성적보다 컸다. 퍼튜(Perdue)대학에서는 사육밀도와의 관계를 직접 조사하기 위해 사육면적을 0.7㎡/頭와 0.9㎡/頭로 하여 실험하였다. 그 결과 유카 추출물 무첨가군 간에 사육 밀도에 의한 차이는 확인되지 않았지만 첨가군의 비교에서는 유카추출물의 첨가에 의해 증체 4.1%, 사료효율 3.6%의 개선이 확인되었다. 이 사실에서 유카 추출물의 첨가는 돼지에 악영향을 미치고 있는 환경인자를 경감시킨다고 추정되어 다음의 실험을 행하였다.

대나 띠로 발처럼 엮어 만든 돈사밑에 분뇨저장조가 있는 무창돈사에서 사육하고 있는 돼지에게 유카 추출물을 112ppm첨가한 사료를 급여하고 분뇨저장조에는 주1회 40g/㎥비율로 첨가하여 실내 공기중의 유해가스 농도를 측정하였다. 그 결과 4주동안 황화수소가 50%, 암모니아가 34.1% 감소하였다.

유카추출물을 사료에 112ppm첨가하여 돼지에게 급여한 실험결과가 있다. 이 실험결과에 의하면 무첨가하였을 때 돈사 내의 암모니아 농도가 22ppm 이었으나 2주째부터 유카 추출물을 첨가함으로써 암모니아 농도가 감소하기 시작하여 4주째에는 6ppm이 되어 73%의 개선효과를 나타냈다. 유카 추출물을 첨가하여 암모니아 농도가 6ppm으로 낮아진 돈사에 유카 추출물의 첨가를 중지하였더니 2주후에는 10ppm으로 상승하였다. 이처럼 유카 추출물의 첨가는 유해가스 감소시켜 돼지의 발육성적을 개선하였다.

공기중의 암모니아 가스는 호흡에 의하여 돼지의 체내로 들어와 점막을 손상시키고 섬모의 운동의 마비시킨다고 알려져 있다. 이처럼 점막조직이 손상되면 병원균 및 아주작은 먼지가 침입하여 호흡기 질환의 원인이 된다. 또 혈중 암모니아 농도가 높게되면 신경계 장애의 원인이 된다. 유카 추출물의 첨가효과에 의한 가축의 생산성 개선효과는 이와같은 유해요인을 감소시키는데 크게 관여한다고 생각된다.

4. 유카추출물의 첨가효과

유카추출물은 사사포닌(sarsaponin)을 주성분으로 하는 천연물이지만 이것이 축산분야에 흥미있는 효과를 나타낸다. 예를들면 혐기성 발효촉진(peakstok, 1979), 반추동물의 제1위 발효증강(Goodall등, 1973), 소의 성장촉진(Hale 등, 1961; Goodall 등, 1979), 제 1위의 암모니아 농도저하 (Gibson 등, 1985), 돼지의 발육성적 및 사료효율 개선 (Foster, 1983;Brumm 등, 1935)등이 보고되고 있다. 또 이처럼 가축의 발육 및 영양소화에 관한 직접적인 효과외에 가축을 사육하고 있는 농장의 암모니아 농도를 경감시켜 이로 인해 가축의 발육성적을 개선한다는 보고(Russel, 1984)도 있다.

Ⅲ. 결론

랫트(Rat)를 사용한 실험에서도 Sarsaponin이 urease 활성을 저해하는 것은 명확하지만 동물의 발육 및 분변에서의 암모니아 발생 억제는 실험 방법에 따라 결과도 달랐다. 이들 성적을 통해서 보면 유카 추출물의 작용은 장내 세균(Enterobacteria)등의 세균이 생산하는 urease에 표적이 되기 때문에 투여방법은 음수보다도 사료에 첨가하는 것이 더 효율적이다. 또한 효과는 동물의 장내세균총 및 사료와도 관계되며 가축과 생리조건이나 사료가 다른 실험동물에서 효과를 재현시키는 데에는 실험조건을 상당히 한정할 필요가 있다고 생각된다.

유카 추출물의 약리작용은 향균제의 약효처럼 실험동물을 사용하여 나타내는 것은 어렵지만 어떠한 실험예도 그 작용을 부분적으로 설명하는 결과가 얻어졌다고 하는 것은 가축과 Rat가 다르다는 것을 생각한다면 흥미있는 성적이다.