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문제 정의
- 본 연구에서는 숲가꾸기 사업시 발생되는 주요 수종들 중에서 참나무류와 리기다소나무를 공시재료로 하여 증해-해섬 과정에 의한 조사료 제조 조건을 구명하고, 조사료의 이용성을 검정하기 위해 정유함량, 화학조성분, TDN 추정, 반추위 소화율 측정 및 상대적인 경제적 가치 평가를 수행하였다.
- 원료 칩을 160℃에서 증해 처리하는 것은 리그닌을 연화시켜 해섬기에서 조사료를 제조하기 쉽게 하고 소화율을 높이기 위한 것과 동시에 소에게 해로울 수 있는 성분을 제거하기 위한 목적을 가진다. 이전 연구(Choi 등, 2002; Lacey 등, 1988)에 따르면 잣나무에서 추출되는 정유가 임신한 한우의 유산을 유도시킬 수 있는 물질이 내재되어 있는 것으로 나타났다.
- 한편, 축산 분야에서 소와 같은 반추위 가축을 사육하는 경우 조사료의 안정적인 공급은 매우 중요하다. 조사료는 지방, 단백질, 전분 등의 함량이 적고 섬유질이 18% 이상으로 가소화총영양소 함량이 적고 섬유질이 많은 사료의 총칭을 말하며, 영양소 공급을 목적으로 하는 농후사료와는 달리 거친 입자와 섬유소로 구성되어 반추동물의 위벽에 물리적 자극을 가해 되새김과 침의 분비를 촉진하고 장기적으로 반추위와 장을 발달시켜 소화기관의 용적을 크게 하며, 사료 흡수율을 높여서 지속적인 성장발육을 향상시키는데 그 목적이 있다(Korea Rural Economic Institute, 2006). 우리나라에서 이용되고 있는 조사료의 공급량은 2013년 기준 연간 5,731천톤이며 이 중 국내산(목초, 사료작물, 볏짚 등)은 4,699천톤(82%)이고 나머지 1,032천톤(18%)은 수입산이 차지하고 있다(Ministry of Agriculture, Food and Rural Affairs, 2014).
제안 방법
- 90분간 증해하여 제조한 참나무류와 리기다소나무 목질 조사료의 영양성분 대비 상대적 경제 가치를 2009년 국내 거래 사료가격을 기준으로 수정한 Petersen식(Seo 등, 2012, 식 10)을 사용하여 비교하였다.
- 가로 8 cm, 세로 15 cm, pore size 45 µm인 nylon bag을 칭량하여 시료5 g을 넣은 후 상단을 묶고 고무줄로 단단히 고정한후, 양파망에 넣어 각 시간대 별(4, 8, 16, 24, 48, 72, 96, 120시간)로 반추위 내에서 배양하고, 반추위에서 꺼내 찬물로 30분간 세척한 후 60℃ 오븐에서 48시간 건조를 하였다.
- 그러므로 목재 기반의 조사료를 이용하려면 정유 성분을 최대한 제거해 주는 것이 필요하다고 판단된다. 따라서 효과적인 증해 처리 시간을 결정하기 위해 증해 처리 시간에 따른 정유 추출량의 추이를 조사하였고, 일본 미야자키미도리제약에서 판매 중인 삼나무 조사료의 정유함량이 0.1 mℓ/kg 이하이므로 이를 정유 함량 기준으로 하였다.
- 박피하지 않은 참나무류와 리기다소나무 통나무를 각각 칩퍼를 사용하여 3∼5 cm 길이의 칩으로 파쇄한 다음 기건하여 공시재료로 하였다.
- 영양성분 대비 구입 적정가격을 산정하기 위해 제조 목질조사료의 상대적 경제 가치를 비교하였다.
- 정유 성분 분석은 추출된 정유 5 µℓ를 n-hexane 2 mℓ로 희석한 다음 Agilent 5975C MSD와 FID를 병렬로 연결한 Agilent 7890A GC (Agilent Technologies, USA)를 이용하여 분석하였다.
- 참나무류 및 리기다소나무 각 60분, 90분, 120분간 증해하여 조사료로 제조하였으며 정유 함량을 기준으로 최적의 증해 시간을 확인하기 위해 증해 시간에 따른 정유 함량을 분석하였다. 참나무류와 리기다소나무 조사료는 증해 처리 시간에 비례하여 정유 추출량이 감소하다가 90분 이상 증해하였을 때 0.
- 제조한 조사료 500 g을 증류수 약 5 ℓ와 함께 반응조에 넣고 정유추출장치와 냉각관을 연결한 다음 히팅맨틀을 사용하여 105℃로 가열하였다. 추출 시간은 정유가 더 이상 추출되지 않을 때까지 진행하였고, 정유 추출 종료 후 트랩에 모인 정유는 추출량을 기록한 다음 n-hexane 1 mℓ를 첨가하여 회수하였고, 무수황산나트륨을 사용하여 잔류 수분을 제거하였다.
- 칩 5 kg을 증해기(Digestor, Fig. 1)에 넣고 6기압, 160℃에서 각각 60분, 90분, 120분 동안 증기 가열(증해)처리한 다음, 증해된 칩을 물과 함께 두 개의 원형디스크가 평행으로 설치된 해섬기(Refiner, Fig. 2, 디스크 간격: 2∼2.5 mm, 1500 mm, 1500 rpm)에 넣어 으깬 후 기건하여 조사료를 제조하였다.
대상 데이터
- 90분 증해 처리하여 제조한 참나무류와 리기다소 나무 조사료의 성분 함량은 Table 2와 같이 나타내었다. 대조구인 일반 볏짚은 국립축산과학원 한국표준사료성분표(Rural Development Administration, 2013)의 자료를 사용하였다. 조단백질 함량은 참나무류와 리기다소나무 조사료에서 각각 1.
- 분석 컬럼은 DB-5ms (30 m × 0.25 mm × 0.25 µm, Agilent Technologies, USA)를 사용하였다.
이론/모형
- 90분간 증해하여 제조한 참나무류와 리기다소나무 목질 조사료의 반추위 건물소화율은 NRC (2001)의 in situ Nylon bag 시험방법으로 국립축산과학원 영양생리팀에서 수행하였다. 가로 8 cm, 세로 15 cm, pore size 45 µm인 nylon bag을 칭량하여 시료5 g을 넣은 후 상단을 묶고 고무줄로 단단히 고정한후, 양파망에 넣어 각 시간대 별(4, 8, 16, 24, 48, 72, 96, 120시간)로 반추위 내에서 배양하고, 반추위에서 꺼내 찬물로 30분간 세척한 후 60℃ 오븐에서 48시간 건조를 하였다.
- 90분간 증해하여 제조한 참나무류와 리기다소나무 목질 조사료의 잠재적인 사료 영양 평가는 National Research Council (NRC, 2001)의 nutrient requirement of dairy cattle에서 가소화영양소총량 (total digestible nutrient, TDN) 추정식 모델을 사용하여 수행하였다. NRC 모델은 Weiss (1992) 모델을 기본으로 하여 NFC 소화율에 가공보정계수 (processing adjustment factor, PAF) 보정을 거친 모델이다.
- NRC (2001) 모델은 이론적인 영양소의 소화율을 근거로 하였기 때문에 실험적 방법에 의해 도출된 공식에 비해 새로운 사료자원에 적용할 수 있는 장점이 있다. Table 2에 나타나 있는 영양소 분석결과를 바탕으로 NRC (2001) 공식에 따라 참나무류와 리기다소나무 조사료의 영양소별 진정소화율 및 TDN을 예측하였고 그 결과는 Table 3과 같다. 참나무류와 리기다소나무 조사료의 tdNFC은 각각 6.
- 제조한 참나무류와 리기다소나무 목질 조사료는 정유추출장치(Fig. 3)을 이용한 증류추출법 (hydrodistillation)으로 정유를 추출하였다. 대조구는 증해처리를 하지 않고 해섬기로 분쇄하였다.
- 19) 분석을 실시하였다. 중성세제섬유소 (neutral detergent fiber, NDF)와 산성세제섬유소(acid detergent fiber, ADF)는 ANKOM2000 fiber analyzer (ANKOM Technology Corporation, USA), 중성세제 불용조단백질(neutral detergent insoluble crude protein, NDICP)과 산성세제불용조단백질(acid detergent insoluble crude protein, ADICP)은 Licitra 등(1996)의 방법으로 측정하였다. 비섬유소탄수화물(nonfiber carbohydrate, NFC)는 아래와 같은 식 (1)을 이용하여 산출하였다.
- 화학성분 분석은 AOAC 법(AOAC international, 2013)에 따라 건물(dry mater, DM; AOAC official method 930.15), 조단백질(crude protein, CP; AOAC official method 984.13), 조지방(ether extract, EE; AOAC official method 2003.05), 조회분(crude ash, Ash; AOAC official method 942.05), 산성세제리그닌(acid detergent lignin, ADL; AOAC official method 973.19) 분석을 실시하였다. 중성세제섬유소 (neutral detergent fiber, NDF)와 산성세제섬유소(acid detergent fiber, ADF)는 ANKOM2000 fiber analyzer (ANKOM Technology Corporation, USA), 중성세제 불용조단백질(neutral detergent insoluble crude protein, NDICP)과 산성세제불용조단백질(acid detergent insoluble crude protein, ADICP)은 Licitra 등(1996)의 방법으로 측정하였다.
성능/효과
- 1 mℓ/kg 이하의 정유 함량을 보였다. 90분 증해하여 제조된 참나무류 조사료와 리기다소나무의 DM, CP, EE, NDF, ADF, ADL, NFC함량은 각각 95.4와 94.37, 1.36과 1.33, 3.11과 5.48, 90.05와 87.89, 83.85와 86.88, 17.33과 30.56, 6.50과 6.32%로 측정 되어, 두 조사료는 저단백 고섬유소 사료인 것으로 나타났다. NRC 모델링을 이용한 영양 평가에서는 참나무류 조사료의 TDN 40.
- 99%에 비하여 높게 측정되었다. NDF 함량에서는 각각 90.05와 87.89%로써 두 목질 조사료에서 큰 차이가 없었으나 볏짚 66.70%에 비하여 매우 높게 측정되었고, ADF 함량에서는 각각 83.85와 86.88%로써 NDF와 마찬가지로 큰 차이가 없었으며, ADL 함량은 각각 17.33과 30.56%로 참나무류 조사료가 낮은 함량을 보였다. NFC는 각각 6.
- 32%로 측정 되어, 두 조사료는 저단백 고섬유소 사료인 것으로 나타났다. NRC 모델링을 이용한 영양 평가에서는 참나무류 조사료의 TDN 40.55%, DE 1.79 Mcal/kg 이었고 리기다소나무 조사료는 TDN 31.22%, DE 1.38 Mcal/kg으로 참나무류 조사료가 더 높은 영양가를 가진 것으로 나타났다. 참나무류와 리기다소 나무 조사료의 반추위 건물소화율은 각각 18.
- 그 결과 참나무류 조사료는 235원, 리기다소나무 조사료는 210원, 볏짚은 236원으로 나타났다. 따라서 리기다소나무 조사료의 경우 영양성분 대비 상대적 경제 가치가 볏짚에 비해 낮은 것으로 나타난 반면 참나무류 조사료는 볏짚과 동등한 것으로 확인되 었다.
- 2%보다 높게 나타났다. 기본적으로 NDF의 함량이 다른 영양소에 비해 매우 크기 때문에 결과적으로 참나무류 조사료가 리기다소나무 조사료보다 많은 에너지 함량을 가질 것으로 예측할 수 있으며, 실제 추정치 역시 TDN이 각각 40.55와 31.22%로 참나무류 조사료가 높게 나타났고 이로부터 소화되는 에너지는 각각 1.79와 1.38 Mcal/kg으로 예측되었다. 한편, 한국표준사료성분표 (Rural Development Administration, 2013)에 의하면 볏짚의 TDN은 43.
- 그 결과 참나무류 조사료는 235원, 리기다소나무 조사료는 210원, 볏짚은 236원으로 나타났다. 따라서 리기다소나무 조사료의 경우 영양성분 대비 상대적 경제 가치가 볏짚에 비해 낮은 것으로 나타난 반면 참나무류 조사료는 볏짚과 동등한 것으로 확인되 었다.
- 90분과 120분간 증해 처리한 참나무류 조사료에서 정유 추출량의 차이는 없었다. 리기다소나무 조사료는 대조구에서 1.4 mℓ/kg의 정유가 추출되었고, 60분 증해 조건에서 제조된 조사료는 0.8 mℓ/kg 의 정유가 추출되었으며, 90분 및 120분 증해 조건에서 제조된 조사료는 0.1 mℓ/kg 이하로 정유 추출량이 크게 감소하였고 둘 사이의 차이는 나타나지 않았다. 추출한 정유를 동일한 희석배수로 희석하여 GC로 분석한 결과(Fig.
- 비섬유소탄수화물(nonfiber carbohydrate, NFC)는 아래와 같은 식 (1)을 이용하여 산출하였다. 모든 화학 분석결과는 건물함량(% 원물)을 제외하고 건물기준으로 환산하여 나타내었다.
- 대조구인 일반 볏짚은 국립축산과학원 한국표준사료성분표(Rural Development Administration, 2013)의 자료를 사용하였다. 조단백질 함량은 참나무류와 리기다소나무 조사료에서 각각 1.36과 1.33%로써 두 목질 조사료에서 차이가 없었으나 일반 볏짚 5.07 %에 비하여 낮았으며, 조지방 함량은 각각 3.11과 5.48%로 리기다소나무 조사료가 높았으나 둘 모두 일반 볏짚 1.99%에 비하여 높게 측정되었다. NDF 함량에서는 각각 90.
- 75로 NFC와 마찬가지로 서로 비슷하였다. 진정소화율 tdFA가 각각 2.11와 4.48%로 리기다소나무 조사료가 참나무류 조사료보다 높게 나온 반면 진정소화율 tdNDF는 참나무류 조사료가 35.73%로써 리기다소나무 조사료 21.2%보다 높게 나타났다. 기본적으로 NDF의 함량이 다른 영양소에 비해 매우 크기 때문에 결과적으로 참나무류 조사료가 리기다소나무 조사료보다 많은 에너지 함량을 가질 것으로 예측할 수 있으며, 실제 추정치 역시 TDN이 각각 40.
- 38 Mcal/kg으로 참나무류 조사료가 더 높은 영양가를 가진 것으로 나타났다. 참나무류와 리기다소 나무 조사료의 반추위 건물소화율은 각각 18.07%, 10.02%로 참나무류 조사료가 리기다소나무 조사료 보다 높았다. 영양성분 대비 상대적 경제 가치는 참나무류 조사료는 235원, 리기다소나무 조사료는 210원, 볏짚은 236원으로 나타났다.
- 참나무류 및 리기다소나무 각 60분, 90분, 120분간 증해하여 조사료로 제조하였으며 정유 함량을 기준으로 최적의 증해 시간을 확인하기 위해 증해 시간에 따른 정유 함량을 분석하였다. 참나무류와 리기다소나무 조사료는 증해 처리 시간에 비례하여 정유 추출량이 감소하다가 90분 이상 증해하였을 때 0.1 mℓ/kg 이하의 정유 함량을 보였다. 90분 증해하여 제조된 참나무류 조사료와 리기다소나무의 DM, CP, EE, NDF, ADF, ADL, NFC함량은 각각 95.
- 참나무류와 리기다소나무 조사료에서 정유를 추출한 결과, 증해 시간 경과에 따라 정유 추출량이 감소 되는 것으로 나타났다(Table 1). 참나무류 조사료는 증해 처리하지 않은 대조구와 증해 처리한 모든 조사료에서 0.
- Table 2에 나타나 있는 영양소 분석결과를 바탕으로 NRC (2001) 공식에 따라 참나무류와 리기다소나무 조사료의 영양소별 진정소화율 및 TDN을 예측하였고 그 결과는 Table 3과 같다. 참나무류와 리기다소나무 조사료의 tdNFC은 각각 6.37과 6.19%로 계산되었으며 따라서 NFC의 소화율은 두 목질조사료 모두 98%로 추정되 었다. 이는 Table 2에서 보인 참나무류 조사료의 경우 NFC 함량 6.
- 1 mℓ/kg 이하로 정유 추출량이 크게 감소하였고 둘 사이의 차이는 나타나지 않았다. 추출한 정유를 동일한 희석배수로 희석하여 GC로 분석한 결과(Fig. 5)를 보면 리기다소나무와 참나무류 조사료 모두 90분까지는 증해 처리 시간이 늘어날수록 점차 정유 성분들의 피크가 작아지는 것이 관찰되었고, 90분과 120분 증해 처리한 시료 사이에서는 그 차이가 나타나지 않았다. 따라서 정유 성분을 최소화할 수 있는 증해 처리 시간은 두 조사료 모두 90분이 효과적이라고 판단되며, 사료 평가 분석은 90분 증해 처리하여 제조한 조사료를 사용하였다.
후속연구
- 따라서 리기다소나무는 사료 가치가 낮아 이용가치가 떨어지지만 참나무류는 조사료로써 이용 가능성이 있는 것으로 사료된다. 추후 실제 급여 실험을 통해서 조사료로써 적용이 가능한지에 관한 연구를 수행할 예정이다.
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