Saponin 함유 식물 추출물의 첨가가 반추위 발효성상과 메탄생성에 미치는 영향 Effects of Saponin Contained Plant Extracts on Ruminal Fermentation Characteristics and Methane Production원문보기
본 연구는 saponin 함유 식물 추출물을 이용하여 반추위 발효성상과 메탄생성에 미치는 영향을 알아보고자 실시하였다. 반추위액은 볏짚과 농후사료를 5:5 비율로 급여한 거세한우 2두의(체중: $803{\pm}0.5$ kg) 반추위 cannula를 통하여 채취하였다. 채취한 반추 위액은 buffer와 1:2 (V/V)의 비율로 혼합하여 배양액으로 사용하였으며, 15 ml 배양액에 옥수수 전분 0.2 g를 첨가하고, saponin 함유 식물 추출물 (비누풀, 오가피, 유카, 인삼 및 차나무)을 0.5% 첨가하여 $39^{\circ}C$에서 24시간동안 배양하였다. 반추위 발효성상에 있어서 pH 값은 배양 시간동안 모든 처리구가 대조구에 비해 유의적(p<0.05)으로 낮게 나타났으며, 총 휘발성 지방산의 함량은 배양 12시간부터 모든 처리구에서 유의적 (p<0.05)으로 높았다. Acetate의 농도는 배양 6시간부터 처리구에서 낮았고, propionate의 농도는 높아 역의 관계를 나타내었다. 암모니아의 농도는 최종 발효시간인 24시간에 오가피와 유카추출물 처리구는 대조구와 비슷한 수준이었지만, 다른 처리구는 유의적(p<0.05)으로 낮았다. 반추위 protozoa의 수는 비누풀 추출물 처리구를 제외한 모든 처리구에서 대조구에 비해 유의적(p<0.05)으로 적었다. 총 가스 발생량은 배양 12시간부터 처리구에서 높은 경향이었지만, 메탄 발생량은 오가피와 비누풀 추출물 처리구를 제외한 나머지 처리구에서 낮게 나타났다. 따라서 본 시험 결과를 볼 때 saponin의 첨가에 의해 메탄 발생량이 감소하는 것은 반추위 protozoa의 감소에 의해 나타난 것으로 생각된다.
본 연구는 saponin 함유 식물 추출물을 이용하여 반추위 발효성상과 메탄생성에 미치는 영향을 알아보고자 실시하였다. 반추위액은 볏짚과 농후사료를 5:5 비율로 급여한 거세한우 2두의(체중: $803{\pm}0.5$ kg) 반추위 cannula를 통하여 채취하였다. 채취한 반추 위액은 buffer와 1:2 (V/V)의 비율로 혼합하여 배양액으로 사용하였으며, 15 ml 배양액에 옥수수 전분 0.2 g를 첨가하고, saponin 함유 식물 추출물 (비누풀, 오가피, 유카, 인삼 및 차나무)을 0.5% 첨가하여 $39^{\circ}C$에서 24시간동안 배양하였다. 반추위 발효성상에 있어서 pH 값은 배양 시간동안 모든 처리구가 대조구에 비해 유의적(p<0.05)으로 낮게 나타났으며, 총 휘발성 지방산의 함량은 배양 12시간부터 모든 처리구에서 유의적 (p<0.05)으로 높았다. Acetate의 농도는 배양 6시간부터 처리구에서 낮았고, propionate의 농도는 높아 역의 관계를 나타내었다. 암모니아의 농도는 최종 발효시간인 24시간에 오가피와 유카추출물 처리구는 대조구와 비슷한 수준이었지만, 다른 처리구는 유의적(p<0.05)으로 낮았다. 반추위 protozoa의 수는 비누풀 추출물 처리구를 제외한 모든 처리구에서 대조구에 비해 유의적(p<0.05)으로 적었다. 총 가스 발생량은 배양 12시간부터 처리구에서 높은 경향이었지만, 메탄 발생량은 오가피와 비누풀 추출물 처리구를 제외한 나머지 처리구에서 낮게 나타났다. 따라서 본 시험 결과를 볼 때 saponin의 첨가에 의해 메탄 발생량이 감소하는 것은 반추위 protozoa의 감소에 의해 나타난 것으로 생각된다.
This study was conducted to evaluate the effects of saponin contained plant extracts on in vitro rumen fermentation characteristics and methane production. Ruminal fluid was collected from rumen cannulated Hanwoo steers fed rice straw and concentrate (5:5). Collected rumen fluids, corn starch and bu...
This study was conducted to evaluate the effects of saponin contained plant extracts on in vitro rumen fermentation characteristics and methane production. Ruminal fluid was collected from rumen cannulated Hanwoo steers fed rice straw and concentrate (5:5). Collected rumen fluids, corn starch and buffer including saponin contained plant extracts (ginseng, Ogapi, soapwort, tea plant and yucca; 0.5%/15 ml) were incubated at $39^{\circ}C$ for 24 h. All incubations were repeated five times. Rumen pH in all treatments was lower (p<0.05) compared with that of the control (no addition) during incubation time. The concentration of total VFA in all treatments was higher (p<0.05) than that of the control after 12h incubation. Compared with the control, the concentration of acetate and propionate in all treatments was lower and higher after 6h incubation, respectively. The concentration of $NH_3$-N in all treatments was lower (p<0.05) than that of the control except for Ogapi or yucca extracts supplementation. The number of protozoa in all treatments was significantly (p<0.05) lower than that of the control except for soapwort extract supplementation. The total gas production and methane production in all treatments was higher (p<0.05) and lower (p<0.05) compared with the control, except for ogapi or soapwort extracts supplementation after 12h incubation, respectively. Therefore, reduction in methane production by saponins may could be results from decreased protozoal population without any negative in vitro fermentation.
This study was conducted to evaluate the effects of saponin contained plant extracts on in vitro rumen fermentation characteristics and methane production. Ruminal fluid was collected from rumen cannulated Hanwoo steers fed rice straw and concentrate (5:5). Collected rumen fluids, corn starch and buffer including saponin contained plant extracts (ginseng, Ogapi, soapwort, tea plant and yucca; 0.5%/15 ml) were incubated at $39^{\circ}C$ for 24 h. All incubations were repeated five times. Rumen pH in all treatments was lower (p<0.05) compared with that of the control (no addition) during incubation time. The concentration of total VFA in all treatments was higher (p<0.05) than that of the control after 12h incubation. Compared with the control, the concentration of acetate and propionate in all treatments was lower and higher after 6h incubation, respectively. The concentration of $NH_3$-N in all treatments was lower (p<0.05) than that of the control except for Ogapi or yucca extracts supplementation. The number of protozoa in all treatments was significantly (p<0.05) lower than that of the control except for soapwort extract supplementation. The total gas production and methane production in all treatments was higher (p<0.05) and lower (p<0.05) compared with the control, except for ogapi or soapwort extracts supplementation after 12h incubation, respectively. Therefore, reduction in methane production by saponins may could be results from decreased protozoal population without any negative in vitro fermentation.
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문제 정의
따라서 본 연구는 saponin 함유 식물 추출물을 이용하여 in vitro 반추위 발효성상, 반추위 protozoa 및 메탄생성에 미치는 영향과 기작을 구명하기 위해 실시하였다.
제안 방법
0mm SS, VARIAN) column이 장착된 GC (Gas Chromatography; VARIAN CP-3800, USA)를 이용하여 분석하였다. Gas-tight syringe를 이용하여 gas 시료를 1.0 ml씩 주입하였으며, 0.1%, 1%, 2%, 10% methane (balance nitrogen)을 standard gas로 사용하였다. GC 분석 시 기계조건은 oven temperature 60℃, injector temperature 120℃, TCD (Thermal conductivity) temperature 120℃, FID (Flame ionization detector) temperature 200℃로 하였으며, total run time은 3분이었고, carrier gas로는 nitrogen을 이용하였다.
pH는 각 발효시간대별(6, 12 및 24시간)로 pH meter(Pinnacle M530, Corning, NY, USA)를 이용하여 조사하였다.
각 배양시간대별로 serum bottle을 shaking water bath (100 rpm)에서 꺼낸 후, 온도에 따른 변화를 감안하여 상온에서 20분간 방치시킨 후, 총 gas 발생량, pH 및 protozoa 수 조사는 즉시 수행하였고, 메탄, 암모니아 및 VFA 측정은 sample 채취 후 조사하였다.
5% 첨가수준으로 넣고, 고무마개로 입구를 막은 후 알루미늄 캡을 씌워 최대한 가스의 유출을 방지하였다. 각 처리구별 bottle은 39℃의 shaking water bath (100 rpm)에서 배양시간대별 (6, 12, 및 24 시간)로 5처리 5반복으로 시험을 수행하였다.
5 kg)로부터 채취하였다. 공시동물은 볏짚과 농후사료의 비율을 5:5로 하여 1일 2회 분할 (07:00, 18:00) 급여하였고, 사료의 영양소 함량은 Table 1과 같다. 그리고 물과 미네랄 블록은 자유로이 섭취토록 하였다.
메탄의 농도는 각 배양시간대별로 배양이 끝난 후 60 ml serum bottle의 알루미늄 캡 상단을 제거 후 실린지를 이용하여 12 ml의 가스를 채집하여 Molecular sieve 13 × 45-60 MESH (2.0M×1/8〃×2.0mm SS, VARIAN) column이 장착된 GC (Gas Chromatography; VARIAN CP-3800, USA)를 이용하여 분석하였다.
총 가스발생량은 water displacement apparatus를 이용하여 gas 발생량을 측정하였다 (Ferorak와 Hrwdey, 1983). 메탄의 농도는 각 배양시간대별로 배양이 끝난 후 60 ml serum bottle의 알루미늄 캡 상단을 제거 후 실린지를 이용하여 12 ml의 가스를 채집하여 Molecular sieve 13 × 45-60 MESH (2.
본 시험에서 얻은 결과들은 SAS (Statistical Analysis System) 통계 package (1999)의 GLM (General Linear Model) procedure를 이용하여 분산분석을 하였고, Duncan의 다중검정방법 (Duncan, 1995)으로 평균 간의 유의성을 검정하였다.
이론/모형
Protozoa의 수는 TBFS 용액 (trypan blue- formalin-salin; 증류수 900 ml, 35% formaldehyde 용액 100 ml, trypan blue 2 g, NaCl 8 g; dark blue 용액으로 living cell의 핵을 염색)으로 염색한 다음 Abe 등 (1972)의 방법에 따라 plankton counter glass를 이용하여 현미경 하에서 protozoa의 수를 측정하였다.
VFA의 농도는 Erwins 등 (1961)의 방법으로 다음과 같이 분석을 실시하였다. 각 배양시간별 배양 후 배양액 5 ml을 채취하여 HgCl2 0.
암모니아는 Chaney와 Marbach (1962)의 방법으로 다음과 같이 분석하였다. 암모니아 분석을 위한 전처리 과정은 우선 10 ml 원심분리관에 배양액 6.
성능/효과
Propionate의 농도는 모든 처리구에서 시험 종료 시 (배양 24시)까지 계속 증가하였고, 배양종료 시에 비누풀 추출물 처리구를 제외한 모든 처리구에서 대조구보다 유의적 (p<0.05)으로 높았다.
각각의 VFA 농도 변화에서 acetate의 농도는 배양 6시간부터 모든 처리구에서 낮은 경향을 나타내었고, 시험 종료 시 (배양 24시간) 비누풀 추출물을 제외한 모든 처리구가 대조구에 비해 낮았다(p<0.05).
그 결과 반추위 배양액 내 protozoa 수는 대조구와 비누풀 추출물 처리구에서 유의적(p<0.05)으로 많았고, 차나무 및 유카 추출물 처리구에서 유의적 (p<0.05)으로 적었다.
그 결과 암모니아의 농도는 배양 6시간부터 대조구에 비해 처리구에서 낮은 경향을 나타내었고, 배양 24시에서도 오가피와유카 추출물 처리구는 대조구와 비슷한 경향을 나타내었지만, 다른 모든 처리구에서 대조구 보다 낮게 나타났다 (p<0.05).
05)으로 낮았다. 또한 증가된 propionate의 농도는 반추위 내 수소 이용에 propionate와methane이 경쟁 관계라는 가설을 입증하는 것으로서, 메탄 발생량감소에 따라 반추위 내 생성된 수소는 propionate의 전구물질로 이용되어 propionate의 농도가 증가한 것으로 생각된다. Butyrate의농도는 배양 6시간부터 대조구와 처리구에서 비슷한 경향을 나타내었고, 비누풀 추출물 처리구에서만 유의적 (p<0.
메탄 발생량은 배양 6시간부터 차나무와 유카 추출물 처리구에서 대조구에 비해 낮았고, 비누풀 추출물의 경우, 전 배양시간동안 대조구에 비해 유의적(p<0.05)으로 높았다.
05)으로 가장 높았다. 미생물 발효에 있어서 가스 발생량은 발효의 정도를 나타내는 중요한 지표로서 간주되고 있는데, 본 시험에서 비누풀 추출물의 경우, 대조구에 비해 전 배양시간동안 가스 발생량이 유의적으로 높고, 또한 메탄 발생량 및 총 VFA 생성량도 유의적으로 높은 것으로 보아 반추위 혐기성 미생물 발효를 증진시키는 추출물인 것으로 생각된다.
반추위 혼합 미생물 배양액의 pH 값은 배양시간 동안 처리에 관계없이 6.01～7.26 범위로 배양시간이 경과함에 따라 낮아졌으며, 처리구에 비해 대조구에서 유의적 (p<0.05)으로 높았고, 비누풀 추출물 처리구에서 유의적으로 낮았다(p<0.05).
본 시험에서도 protozoa의 수 (Table 6)가 대조구에 비해 적었던 비누풀 추출물 처리구를 제외한 모든 처리구에서propionate 농도가 대조구에 비해 유의적(p<0.05)으로 높았고, acetate의 농도가 대조구에 비해 유의적 (p<0.05)으로 낮았다.
본시험 결과에서도 메탄 발생량이 유의적(p<0.05)으로 낮았던 차나무와 유카 추출물 처리구에서 protozoa의 수 역시 유의적(p< 0.05)으로 적었으며, 비누풀 추출물 처리구를 제외한 모든 처리구에서 protozoa의 수가 적은 경향이었다.
05)으로 높았다. 비누풀 추이 유의적으로 높은 것으로 보아 반추위 혐기성 미생물 활성을 높여 VFA 생성량 또한 높은 것으로 생각된다. Lila 등 (2003)은sarsaponin의 첨가로 총 VFA의 농도가 증가하고, Guo 등(2008)도 tea saponin을 첨가하였을 때 배양 24시간 후 총 VFA 생성량이 증가하였다고 보고하였다.
총 VFA의 농도는 배양 6시간까지는 대조구와 모든 처리구에서 비슷한 경향을 나타내었으나, 배양 12시간 이후에는 모든 처리구에서 대조구에 비해 유의적 (p<0.05)으로 높았다.
총 가스 발생량의 경우, 배양 초기인 6시간에는 인삼과 비누풀 추출물 처리구를 제외한 나머지 처리구에서 낮은 경향이었지만, 배양 12시간부터는 대조구에 비해 모든 처리구에서 총 가스 발생량이 높았고, 비누풀 추출물 처리구는 전 배양시간 동안 유의적(p<0.05)으로 가장 높았다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
메탄생성 박테리아는 어떻게 메탄생성을 감소시키는가?
메탄생성 박테리아(Methanogen)는 protozoa와 공생관계를 이루며 (Finlay 등, 1994), saponin의 anti-protozoa 작용으로 인해 공생관계의 메탄생성 박테리아를 감소시킴으로서 반추위 내 메탄생성을 감소시킬 수 있다. 또한 반추위 내 saponin의 첨가는 특정bacteria를 억제하여 반추위 발효를 조절할 수 있다고 하였다(Cheeke, 2000).
IPCC에서 선정한 지구온난화를 일으키는 6대 온실가스는?
IPCC (Intergovernmental Panel on Climatic Change)는 이산화탄소 (CO2), 메탄 (CH4), 아산화질소(N2O), 수소화불화탄소(HFCS), 불화탄소(PFCs), 불화유황 (SF6)을 지구온난화를 일으키는 6대 온실가스로 선정하였으며, 그 중에서 주요 온실가스원인 이산화탄소, 메탄 및 아산화질소는 대기권에 축적되어 지구 표면 온도를 상승시키고 있으며(IPCC, 1994; Cole 등, 1997; Moss 등, 2000), 매년 0.3~0.
saponin 성분은 무엇으로 이루어져 있는가?
Saponin으로 통칭되고 있는 화합물은 모두 배당체로 구성되어 있고, 일반적으로 당 잔기 부분을 친수기로 하는 계면활성제로triterpenoid나 steroid 계로 이루어져 있고 (Francis 등, 2002), 천연 물질로서 membranolytic 특성을 가지고 있다. 이러한 성질은protozoa 세포막의 스테롤과 결합하여 세포 용해를 일으키는 것으로 알려져 있다.
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