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Organic acids 의 첨가가 in vitro 반추위 발효성상과 메탄 생성에 미치는 영향
Effects of Organic Acids on In Vitro Ruminal Fermentation Characteristics and Methane Emission 원문보기

생명과학회지 = Journal of life science, v.22 no.10 = no.150, 2012년, pp.1324 - 1329  

옥지운 (농촌진흥청 국립축산과학원 영양생리팀) ,  하동욱 (경상대학교 응용생명과학부(BK21 program) & 농업생명과학연구원) ,  이신자 (경북도립대학 축산과) ,  김언태 (경상대학교 응용생명과학부(BK21 program) & 농업생명과학연구원) ,  이상석 (순천대학교 동물자원학과) ,  오영균 (농촌진흥청 국립축산과학원 영양생리팀) ,  김경훈 (농촌진흥청 국립축산과학원 영양생리팀) ,  이성실 (경상대학교 응용생명과학부(BK21 program) & 농업생명과학연구원)

초록
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본 연구의 목적은 organic acids를 첨가하여 in vitro 상의 반추위 발효성상과 반추위 내 메탄 억제에 미치는 영향에 대한 효과를 알아보고자 하였다. 반추위액은 순천대학교 부속목장의 반추위 cannula가 시술된 Holstein에서 채취하였고, organic acids는 반추위액과 버퍼의 혼합액에 첨가하여 배양하였다. 그 결과 pH 값은 lactic acid, malic acid 및 succinic acid첨가구에서 6.69에서 6.16 정도로, 대조구와 다른 첨가구보다 낮았다. 총 가스 발생량은 배양 48시간에 aspartic acid, malic acid 및 succinic acid첨가구에서 유의적(p<0.05)으로 높았고, 메탄 발생량은 lactic acid 첨가구에서 대조구보다 낮았다. 총 VFA와 propionic acid의 농도는 배양 12시간에 모든 첨가구가 대조구에 비해 높았다. 반추위 미생물 측정 결과에서는 Fumaric acid와 malic acid의 bacteria수가 대조구에 비해 유의적으로 증가하였으며(p<0.05), protozoa수는 유의적(p<0.05)으로 감소되었다. 이상의 실험 결과를 종합해 보면, organic acids의 첨가는 반추위 내 pH를 감소시키고 가스 발생량, 반추위 미생물 성장량 및 propionic acid 모두 증가시켰으며, 특히 lactic acid는 메탄생성을 억제하였다. 앞으로 Organic acid와 다른 메탄억제 물질과 혼합하여 반추위 내 메탄생성 억제에 관한 구체적인 연구가 필요한 것으로 사료된다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The objective of this study was to evaluate the in vitro effects of organic acids on methane emission and ruminal fermentation characteristics. We expected our methodology to result in a decrease of methanogens attached to the surface of rumen ciliate protozoa by addition of organic acids and in par...

주제어

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문제 정의

  • 그리고 propionic acid전구물질은 H2를 제거하고[19], 섬유소 분해 bacteria와 cellulose분해율을 증가한다고 알려져 있다[2,18]. 따라서, 본 연구의 목적은 여러 가지 organic acids를 첨가하여 in vitro 반추위 발효 성상, 건물소화율, 반추위 혐기성 미생물 수(bacteria, fungi 및 protozoa) 및 메탄생성에 미치는 영향과 기작을 규명하고자 한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
반추위 내 fumaric acid, malic acid 와 같은 organic acids의 첨가는 어떤 효과를 갖는가? 반추위 내 H2를 이용하여 메탄생성균에 의해 메탄(CH4)이 발생되는데, 반추위 내 H2를 제거함으로써 메탄생성을 감소시킬 수 있을 것이다. 반추위 내 organic acids의 첨가는 대사 H2의 경합에 의해, propionic acid의 생성을 증가시키고, 메탄에 의한 에너지의 손실을 감소시킬 수 있다[3]. 이러한 반추위 내 메탄생성 억제를 위해 사료 내 organic acids의 첨가는 반추위 propionic acid 생성과정의 중간 대사물질로써 대사과정의 H2를 대신 이용함으로써 메탄생성을 감소하는 작용을 하는 것으로 알려져 있다[5,11,14].
반추위에서 메탄이 생성되는 기작은 무엇인가? 최근, 반추위 내 미생물을 제어를 통해 반추위 내 메탄생성을 억제시키고, 영양소 효율을 극대화하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. 반추위 내 H2를 이용하여 메탄생성균에 의해 메탄(CH4)이 발생되는데, 반추위 내 H2를 제거함으로써 메탄생성을 감소시킬 수 있을 것이다. 반추위 내 organic acids의 첨가는 대사 H2의 경합에 의해, propionic acid의 생성을 증가시키고, 메탄에 의한 에너지의 손실을 감소시킬 수 있다[3].
반추동물의 반추위에서 생성하는 메탄은 전세계적으로 연간 얼마의 규모인가? 반추위 내 메탄생성은 지구온난화를 가속화 하고 반추위내 에너지 소실을 야기하는 것으로 알려져 있다[17]. 반추동물은 메탄생성의 가장 큰 원인 중의 하나로, 전 세계적으로 연간 81-92 MT의 메탄을 생성하는데, 이는 인류가 발생하는 메탄생성량의 23-27%를 차지한다[10]. 최근, 반추위 내 미생물을 제어를 통해 반추위 내 메탄생성을 억제시키고, 영양소 효율을 극대화하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다.
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참고문헌 (21)

  1. Abe, M., Shibu, H. and Kumeno, F. 1972. Improved method for counting rumen protozoa. Jap. J. Zootech. Sci. 43, 535. 

  2. Asanuma, N., Iwamoto, M. and Hino, T. 1999. Effect of the addition of fumarate on methane production by ruminal microorganisms in vitro. J. Dairy Sci. 82, 780-787. 

  3. Castillo, A. R., Gallardo, M. R., Maciel, M., Giordano, J. M., Conti, G. A., Gaggiotti, M. C., Quaino, O., Gianni, C. and Hartnell, G. F. 2004. Effects of feeding rations with genetically modified whole cottonseed to lactating Holstein cows. J. Dairy Sci. 87, 1778-1785. 

  4. Callaway, T. R. and Martin, S. A. 1996. Effects of organic acid and monensin treatment on in vitro mixed ruminal microorganism fermentation of cracked corn. J. Anim. Sci. 74, 1982-1989. 

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  6. Dehority, B. A. and Scott, H. W. 1967. Extent of cellulose and hemicellulose digestion in various forages by pure cultures of rumen bacteria. J. Dairy Sci. 50, 1136-1141. 

  7. Duncan, D. B. 1995. Multiple range and multiple F test. Biometrics 11, 1-6. 

  8. Fedorah, P. M. and Hrudey, S. E. 1983. A simple apparatus for measuring gas production by methanogenic cultures in serum bottles. Environ. Tech. Lett. 4, 425-432. 

  9. Hungate, R. E. 1966. The rumen and its microbes. Academic press, NY. 

  10. IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change) (2007) Climate Change. 2007. The Scientific Basis, (Cambridge University Press, Cambridge, UK). 

  11. Johnson, K. A. and Johnson, D. E. 1995. Methane emissions from cattle. J. Anim. Sci. 73, 2483-2492. 

  12. Lopez, S., Valdes, C., Newbold, C. J. and Wallace, R. J. 1999. Influence of sodium fumarate addition on rumen fermentation in vitro. Br. J. Nutr. 81, 59-64. 

  13. Lowe, S. E., Theodorou, M. K., Trinci, A. P. J. and Hespell, R. B. 1985. Growth of anaerobic rumen fungi on defined and semi-defined media lacking rumen fluid. J. Gen. Microbiol. 131, 2225-2229. 

  14. Martin, S. A. and Park, C. M. 1996. Effect of extracellular hydrogen on organic acid utilization by the ruminal bacterium Selenomonas ruminantium. Curr. Microbiol. 32, 327-331. 

  15. Martin, S. A. and Streeter, M. N. 1995. Effect of malate on in vitro mixed ruminal microorganism fermentation. J. Anim. Sci. 73, 2141-2145. 

  16. Martin, S. A. 1998. Manipulation of ruminal fermentation with organic acids: a review. J. Anim. Sci. 76, 3123-3132. 

  17. Moore, J. E. 1970. Procedure for two-stage in vitro digestion of forage. In L. E. Harrison (ed.). Nutrition research technique for domestic and wild animals. J. Brit. Grassl. Sci. 18, 119. 

  18. Moss, A. R., Jouany, J. P. and Newbold, J. 2000. Methane production by ruminants: its contribution to global warming. Ann. Zootech. 49, 231-253. 

  19. Newbold, C. J., Lopez, S., Nelson, N., Ouda, J. O., Wallace, R. J. and Moss, A. R. 2005. Propionate precursors and other metabolic intermediates as possible alternative electron acceptors to methanogenesis in ruminal fermentation in vitro. Br. J. Nutr. 94, 27-35. 

  20. SAS. 1996. SAS User Guide. Release 6. 12th eds., SAS Inst. Inc. Cary NC. USA. 

  21. Ungerfeld, E. M., Rust, S. R. and Burnett, R. 2003. Use of some novel alternative electron sinks to inhibit ruminal methanogenesis. Reprod. Nutr. Dev. 43, 189-202. 

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