1. 서론
해조류는 단백질, 다당류와 생리활성화합물인 폴리페놀, 펩타이드, 카로티노이드, 비타민과 미네랄 등 유용한 성분을 다량 함유하여(Yuan and Walsh 2006; Matanjun et al. 2009; Mišurcová et al. 2011), 항산화, 항암, 항염증, 면역증강에 효과가 있는 것으로 알려져(MacArtain et al. 2007; An et al. 2012) 인간과 동물의 영양물질로 사용되었다(Patarra et al. 2011; Moussavou et al. 2014). 해조류의 단백질 함량은 건중량 기준으로 5-30%이지만(MacArtain et al. 2007), 다양한 필수아미노산을 함유하고, 균형 잡힌 고도불포화지방산(n-3, n-6) 함량, 그리고 다양한 미네랄, 비타민과 폴리페롤(polyphenols)을 함유하여 신진대사 촉진, 비만과 콜레스테롤 감소 등 기능성 원료로 관심을 받고 있다(Lunn and Theobald 2006).
이처럼 해조류의 영양적 가치, 유용성 및 저비용 때문에 사료 첨가제로 사용되어 왔으며(Nakagawa et al. 2007), 초기에는 Macrocytis, Ulva, Porphyra/Pyropia/Neopyropia, Kappaphycus, Gracilaria/Gracilariopsis 속(genus) 등의 해조류가 어류와 새우 양식 사료에 활용되었다(Marinho-Soriano et al. 2007; Ragaza et al. 2015). 해조류 첨가제는 식이 단백질과 지질의 효율적 흡수를 돕기 때문에 양식 어류의 생장과 사료 이용효율을 높이며, 생리적 활동 증가, 스트레스 감소, 면역반응 증강 등에 효과가 있다고 보고되었다(Ragaza et al. 2015; Wang et al. 2019).
국외에서, 해조류를 해산 어류의 사료첨가제로 활용하기 위한 연구는 1980년대 후반부터 수행되었으며 미역(Undaria pinnatifida)과 갈파래(Ulva sp.) 등의 해조류 첨가 사료는 비특이적 면역(non-specific immune)에 활성 효과 등 다양한 효능들이 보고되었다(Satoh et al. 1987; Park et al. 2003). 한 예로, 감성돔(Acanthopagrus schlege) 사료에 구멍갈파래(Ulva australis), 미역과 김(Porphyra yezoensis=Neopyropia yezoensis)을 첨가제로 사용하였고(Nakagawa et al. 1987; Khan et al. 2008), 참돔(Pagrus major)과 대서양 대구(Gadus morhua) 사료에 김(Porphyra spp.)을 첨가제로 활용하였다(Kalla et al. 2008; Walker et al. 2009). 최근에 중국에서 대발생을 일으킨 갈조류 괭생이모자반(Sargassum horneri)을 대문짝넙치(Scophthalmus maximus)의 사료 첨가제(2.5, 5, 7.5, 10%)로 사용하였을 때, 모든 실험구에서 대조구(해조류 무첨가)와 유사한 생장을 보였고 질병원인균인 Edwardsiella tarda에 대한 저항성을 보였다(Wang et al. 2019). 또한, 열대해역의 홍조류인 Eucheuma denticulatum을 첨가제로 사용하였을 때 일본산 넙치(Paralichthys olivaceus)의 생장률과 사료 효율이 개선되었으며, 혈액의 콜레스테롤과 triglyceride 농도를 확연하게 감소시키는 효능을 보였다(Ragaza et al. 2015).
국내에서 해산 어류 양식에 있어 해조류를 사료첨가제로 활용하기 위한 연구는 1980년도 후반부터 최근까지 지속되고 있다. 선행 연구에서 넙치 사료에 감태(Ecklonia cava) 첨가 시 면역 증강을 보였고(Kim and Lee 2008), 톳(Sargassum fusiforme)과 감태 분말을 첨가 시 E. tarda에 저항성을 보임으로써(Kim et al. 2014), 사료 첨가제로서 관심이 증대되고 있다. 또한, 해조류가 함유하는 다양한 기능성 성분들은 넙치 및 조피볼락(Sebastes schlegeli)과 같은 양식 어류의 생장과 사료 이용성 및 면역성 향상에 도움이 되는 것으로 보고되었기 때문에(Lee and Chang 1994; Park et al. 2003; Kim et al. 2009; Seo et al. 2009a, b; Cho et al. 2013), 기존에 보고된 해조류 이외에 첨가제로 활용될 수 있는 새로운 해조류 탐색이 필요한 상태이다.
따라서, 본 연구는 국내·외에 알려진 유용한 해조류의 종류 및 활용 현황을 조사 및 분석하여 제시함으로써 해산 양식 어류의 면역력과 질병에 대한 저항성을 증가시킬 수 있는 해조류 첨가제 개발 가능성을 확인하여 사료에 첨가되는 약품이나 항생제의 사용을 최소화하기 위한 근거 자료를 확보하기 위한 목적으로 수행되었다.
2. 재료 및 방법
본 연구는 유용 해조류의 자원 가치에 대해서 언급한 국내 및 국제 논문을 참고 문헌으로 확인하였다. 자원 탐색 범위는 녹조류, 갈조류와 홍조류의 산업 자원 탐색, 생리활성 물질 및 기능성에 대하여 조사하였으며, Elsevier, Springer, Pubmed 등에 수록된 국내, 국외 논문 및 특허(NDSL, RISS, DBpia 등)를 검색하여 총 9,264편의 문헌을 확인하였다. 유용 해조류의 자원 검색은 다양한 해조산업 관련 검색어(food, feed, fertilizer, medical, cosmetic, industry 등)와 생리활성물질(antibacterial, antioxidant, anti-inflammatory 등) 관련 키워드 및 분류군(seaweed, alga, feed, chlorophyta, phaeophyta, rhodophyta 등)에 대한 키워드를 단일 혹은 복합적으로 검색하여 구분하였다.
유용한 해조 자원 중에서 해산 어류의 사료로 활용된 해조류에 관하여 문헌조사를 실시하였으며, 국내 논문 14편과 국외 논문 29편이 확인되었다. 시대별로 해조류의 사료 활용에 관한 연구 경향을 확인하기 위하여, 참고문헌을 10년 주기로 구분하였으며, 다양한 키워드는 seaweed, alga, year, decade, feed 등을 사용하였다. 어류를 포함한 수산생물의 사료로 해조류의 활용도를 확인하기 위해서는 seaweed, feed, supplement, paralichthys, mugil, oplegnathus 등의 키워드를 사용하였으며, 분류군 별로 구분하였다.
3. 결과
국내·외 유용한 해조류 136종 중에서 식용은 45종(녹조류 9종, 갈조류 28종, 홍조류 8종)이었으며, 사료와 비료로 사용되는 종은 56종(녹조류 6, 갈조류 28, 홍조류 22종), 의약용 61종(녹조류 4종, 갈조류 26종, 홍조류 31종)이었다. 해조산업에서 아가(agar), 캐러기난(carrageenan), 알긴산(alginic acid)을 원료로 활용하는 종은 31종이었으며, 그 중에서 갈조류가 10종이었고 홍조류가 21종이었으나 녹조류는 확인되지 않았다. 화장품의 원료인 해조류는 16종(녹조류 2종, 갈조류 11종, 홍조류 3종)으로 파악되었다(Fig. 1).
해조류에 함유된 생리활성 물질과 효능을 검색한 결과, 다시마(Saccharina japonica), 주름진두발(Chondrus crispus) 등에 함유된 카로티노이드는 항암, 비만 방지 등의 효과가 있는 것으로 확인되었다(Table 1). 해조류의 페놀화합물(phenolic compounds)은 김, 꼬시래기, 불등풀가사리(Gloiopeltis furcata) 등 홍조류에서 확인되었으며, 항균, 항산화, 항염증 등의 효능을 보였다. 홍조류인 김류의 세포 내용물인 피코빌린은 항균과 항당뇨 기능이 있는 것으로 조사되었으며, 갈조류인 미역, 다시마, 뜸부기 등에서 추출되는 폴리페놀은 항염증, 항균 등의 활성을 나타냈다. 황산성다당류(sulphated polysaccharides)는 구멍갈파래, 괭생이모자반, 다시마 등에서 확인되었고 항암, 항산화, 항염증, 항균 등의 생리활성이 있는 것으로 나타났다.
해조류 유래 비타민은 모자반류, 꼬시래기(Gracilaria verrucosa=Agarophyton vermiculophyllum), 주름진두발 등에 함유되어 있으며 항산화 기능이 탁월하였으며, 김 등에 함유된 펩타이드(peptide)는 항균, 항산화 및 면역력 증강 등의 기능이 있는 것으로 확인되었다(Table 1).
Table 1.
Biochemicals originated from macroalgal species and their bioactivities.
해조 자원 중에서 사료로 활용된 녹조류는 모두 갈파래류(Ulva spp.)로 6종이었으며 관련된 선행 연구는 13회 수행되었다. 사료용으로 사용되는 갈조류는 15종이었고 활용가능성에 대한 실험은 모자반류 10회, 미역류(Undaria spp.) 4회, 감태류(Ecklonia spp.) 4회, Ascophyllum nodosum이 3회 이상이었고 이들을 포함하여 총 26회의 연구결과가 기록되어 있다. 홍조류는 꼬시래기류(Gracilaria spp.) 10회와 김류가 10회(Pyropia spp. 4회, Porphyra spp. 6회)로 대부분을 차지하였으며, 이외에도 2종(Gracilariopsis sp., Pterocladia sp.)에 대한 실험이 확인되었다. 해조류에 포함되지는 않지만, Spirulina platensis, Chlorella vulgaris, Azolla pinnata를 이용한 사료 실험도 4회 진행되었다(Fig. 2).
Fig. 2.
The number of scientific research using seaweeds as marine animal feed. Data are classified by the taxon groups of seaweeds (Neopyropia, Pyropia and Porphyra are different genus originated from Porphyra. In the present study, however, we just grouped them followed by the references that reported only genus name).
수산생물 사료에 해조류를 첨가제로 넣은 양식 대상생물은 광어(P. olivaceus), 농어류(Lateolabrax spp.), 돔류(Oplegnathus spp.), 새우(Litopenaeus vannamei), 숭어(Mugil cephalus), 해삼(Apostichopus japonicus)과 기타로 구분되었으며, 해조류는 총 65종이 활용되었다(Fig. 4). 이중에서 어류인 돔류 사료의 첨가제로서 해조류 19종(녹조류 4종, 갈조류 5종, 홍조류 9종, 기타 1종)이 활용되어 다른 수산 생물에 비해 가장 많은 해조류가 실험 원료로 연구되었으며, 이 중에서 홍조류에 대한 연구가 약 50%를 차지하였다. 넙치 사료에 사용된 해조류는 10종이었으며, 갈조류 8종과 홍조류 2종이었다. 무척추동물인 새우 사료실험은 갈조류(2종)와 기타 3종이 사용되었고 극피동물인 해삼 사료에 관한 연구는 갈조류(2종)와 홍조류(1종)에 대해서 수행되었다(Fig. 3).
어류 사료에 활용된 해조류 종수를 10년 단위로 구분하면, 1980년대는 해조류 3종(녹조류 1종, 갈조류 1종, 홍조류 1종)이었으며, 1990년대는 7종(녹조류 2종, 갈조류 1종, 홍조류 3종, 기타 1종)이었다. 2000년대에 어류의 사료로 활용된 해조류는 총 20종(녹조류 5종, 갈조류 5종, 홍조류 10종), 그리고, 2010년대에는 총 35종(녹조류 5종, 갈조류 16종, 홍조류 11종, 기타 3종)으로서 시대의 흐름에 따라 어류 사료 자원에 대한 연구는 증가하였으며, 특히, 최근에는 갈조류에 대한 연구가 뚜렷한 증가를 보였다(Fig. 4).
4. 고찰
전 세계적으로 해조류는 136종이 활용되고 있으며, 이들은 식용 45종, 사료와 비료 원료 56종, 의약용 61종, 공업용 31종, 화장품 원료가 16종이었다. Oh et al. (1990)에 의하면, 국내산 해조류는 식용 87종, 약용 54종, 산업용으로 74종이 활용되었다고 하였다. 이처럼 해조류가 다양한 용도로 활용되는 이유는 항암과 비만방지 등에 효능을 보이는 카로티노이드(carotenoids)와 항균, 항산화 및 항염증에 효능이 있는 페놀화합물 등의 생리활성 물질을 함유하고 있기 때문이다(Lee et al. 2007). 해조자원 중에서 사료로 활용되는 해조류에 대한 연구는 총 65회로서, 녹조류가 35회(6종)였고, 갈조류가 26회(15종), 그리고 홍조류가 20회(2종)였으며, 이외에도 남조류와 미세조류를 사료로 활용하기 위한 연구가 4회 진행되었다. 사료의 원료 사용된 해조류는 갈파래류(Ulva spp.), 모자반류, 미역류, 감태류, Ascophyllum nodosum, 꼬시래기류, 김류로서 모두 3회 이상 연구가 진행되었다. 이러한 수산생물의 사료첨가제로 연구되었던 종은 공통적으로 양식생산되거나 야외 개체군의 생물량이 많은 종이었다.
국내의 경우, 수산생물의 사료에 활용된 국내산 해조류는 7종이었으며, 지충이(Sargassum thunbergii), 미역, 톳, 다시마, 김류, 감태, 구멍갈파래류가 대부분이었고 수입산 Ascophyllum nodosum도 가끔 사용되었으며, 대상종은 해삼(Apostichopus japonicus), 조피볼락, 감성돔, 돌돔(Oplegnathus fasciatus)과 같은 돔류, 넙치, 이스라엘 잉어(Cyprinus carpio)였다(Yi and Chang 1994; Jeon et al. 2013; Kim et al. 2017). 어류의 경우에는 횟감으로 인기가 높은 조피볼락(Sebastes schlegeli)과 넙치가 대상종이었으며, 조피볼락 사료에는 김, 다시마, 구멍갈파래, 미역 3종이, 그리고 넙치 사료에는 김, 톳, 감태, 미역이 첨가제로 사용되었다(Jeon et al. 2013). 조피볼락의 사료에 미역 분말 5%를 첨가제로 넣은 실험구에서 조피볼락은 길이와 무게 생장에서 최대를 보여 생장 촉진 효능을 나타냈다(Yi and Chang 1994). 현재 국내에서 중요한 양식대상종의 하나인 넙치 생산의 난제가 그람음성균인 Edwardsiella tarda는 질병 원인균인데, 톳과 감태를 넙치 사료에 6% 첨가하면, 생물량은 감소하지 않으면서 E. tarda에 대해서 저항성을 보였다(Kim et al. 2014).
해조류가 함유하는 페놀화합물, 폴리페놀, 비타민과 다당류는 많은 해조류에서 관찰되며, 다양한 생리활성을 가지는 물질로 확인되었다(Table 1). 어류의 사료 첨가제로 사용된 다시마는 카로티노이드, 황산성 다당류 등의 화합물이 존재하였고, 김은 페놀, 피코빌린, 황산성다당류, 비타민과 펩티드가 풍부하여 항산화, 항염증 및 면역증가에 효능을 보이는 것으로 확인되었다. 이러한 해조류 화합물이 양식어류의 질병에 대한 저항성과 생장촉진 등에 효능이 확인되고 있어 향후 경제성을 가진 어류의 사료 첨가제로서 관심과 활용가능성이 지속적으로 증가하고 있다. 최근에 제주도와 남해안 연안에 중국산 괭생이모자반이 대량으로 유입되어 사회적 이슈가 되고 있지만, 이 해조류 역시 항산화, 항염증과 같은 다양한 생리활성 효능을 가지는 것으로 확인되었다(Sanjeewa et al. 2017; Kim et al. 2020). 중국에서도 대문짝넙치(Scophthalmus maximus)의 사료에 괭생이모자반을 첨가하여 조단백질과 비특이적 면역반응이 증가함을 증명하였으므로(Wang et al. 2019), 향후, 괭생이모자반을 이용한 다양한 어류사료 개발에 많은 연구가 진행될 것으로 기대된다.
결론적으로, 해조류가 함유한 다양한 화합물이 항산화, 항암, 항염증 등에 효능을 보임으로써, 현재 136종이 식용, 사료와 비료, 의약품, 공업용, 화장품 원료로 사용되고 있다. 특히, 해조류 중에서 생물량이 많은 갈파래, 모자반, 미역, 감태, 김, 꼬시래기 속의 해조류는 식용뿐 만 아니라, 수산생물 사료 첨가제, 그리고 어류 사료 첨가제로 활용되어 내병성, 면역 증진 효능이 확인되었다. 또한, 어류 사료 첨가제로 활용하기 위한 연구 대상 해조류는 1980년대 3종에서 2010년대에는 35종으로 약 12배 증가하였다. 따라서, 해조류 대량생산이 가능한 국내 해조류 양식기술을 발판으로 해조류를 첨가한 기능성 어류 사료 개발은 향후에 촉망받는 연구분야가 될 것으로 판단된다.
