This study was conducted to compare in vitro rumen fermentation characteristics among corn grains imported from America, Brazil, Argentina and Ukraine A and Ukraine B. Two Holstein steers, each surgically fitted with a ruminal cannula, consuming total mixed ration were used as rumen fluid donors. In...
This study was conducted to compare in vitro rumen fermentation characteristics among corn grains imported from America, Brazil, Argentina and Ukraine A and Ukraine B. Two Holstein steers, each surgically fitted with a ruminal cannula, consuming total mixed ration were used as rumen fluid donors. In vitro rumen fermentation experiments were performed in a completely random design which included a control (no corn) and treatments with 3.0 g of corn from different geographical origins, i.e., America, Brazil, Argentina, and Ukraine A and Ukraine B, respectively. Ruminal pH, ammonia-N, volatile fatty acid (VFA) and total gas production were measured at 0, 1, 3, 6, 12, 24 and 48 h post-incubation, respectively. No differences (p > 0.05) in mean ruminal pH appeared among the treated groups, however, ruminal pH patterns differed; i.e. corn treated groups had dramatically lower pH compared with control during the entire incubation period. Similarly, no different patterns between the groups in ammonia-N (p > 0.05) appeared until 6 h post-incubation. Unexpectedly, higher ammonia-N concentration for control than that for the corn treated groups appeared after 12 h post-incubation despite that for all groups increased. Total VFA was similar between the groups until 6 h post-incubation, but VFA after 12 h post-incubation was different (p < 0.05), i.e. VFA for corn from Argentina, Ukraine A, Ukraine B, and Brazil were comparatively higher than for America. Overall, data in this study showed that the corns of different origins may have different feed values to ruminants despite having similar chemical compositions.
This study was conducted to compare in vitro rumen fermentation characteristics among corn grains imported from America, Brazil, Argentina and Ukraine A and Ukraine B. Two Holstein steers, each surgically fitted with a ruminal cannula, consuming total mixed ration were used as rumen fluid donors. In vitro rumen fermentation experiments were performed in a completely random design which included a control (no corn) and treatments with 3.0 g of corn from different geographical origins, i.e., America, Brazil, Argentina, and Ukraine A and Ukraine B, respectively. Ruminal pH, ammonia-N, volatile fatty acid (VFA) and total gas production were measured at 0, 1, 3, 6, 12, 24 and 48 h post-incubation, respectively. No differences (p > 0.05) in mean ruminal pH appeared among the treated groups, however, ruminal pH patterns differed; i.e. corn treated groups had dramatically lower pH compared with control during the entire incubation period. Similarly, no different patterns between the groups in ammonia-N (p > 0.05) appeared until 6 h post-incubation. Unexpectedly, higher ammonia-N concentration for control than that for the corn treated groups appeared after 12 h post-incubation despite that for all groups increased. Total VFA was similar between the groups until 6 h post-incubation, but VFA after 12 h post-incubation was different (p < 0.05), i.e. VFA for corn from Argentina, Ukraine A, Ukraine B, and Brazil were comparatively higher than for America. Overall, data in this study showed that the corns of different origins may have different feed values to ruminants despite having similar chemical compositions.
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문제 정의
또한, 원료 사료는 배합 시 사료의 소화율이나 영양소 이용성을 고려하지 않고 총에너지가나 화학적 분석치 만으로 사료를 제조하게 되면 영양소의 과부족 또는 과잉공급이 생기고 가축의 생산성이 저하하게 되거나 경제적으로 손실이 발생될 수 있다(Moon, 2014; Choi, 2015). 따라서 본 연구는 원산지별 옥수수의 반추위 이용률을 보다 정확하게 평가하여 경제적으로 가축의 요구량을 충족하고 생산성을 향상시킬 수 있는 기초 자료를 확보하고자 수행하였다.
제안 방법
Column은 300 mm × 7.8 mm I.D. MetabCarb 87H (Varian, Palo Alto, CA, USA)를 이용하여 분석하였다.
, CA, USA)를 이용하여 측정하였다. 가스 발생량 측정 후, serum bottle의 aluminum cap 및 butyl rubber를 제거하고 배양액의 pH (Pinnacle M503, Corning, NY, USA)를 측정하였다. pH 측정 후 배양 상등액 1.
companion, Seoul, Korea)에서 120 rpm으로 교반하면서 배양하였으며 배양시간은 0, 1, 3, 6, 12, 24, 48시간으로 하였다. 각 배양시간 경과 후 배양액의 시료를 채취하고 rumen fermentation parameter인 pH, 총가스발생량, 암모니아태 질소농도 및 휘발성지방산(VFA) 농도를 분석하여 원산지별 옥수수의 반추위 내 발효성상을 평가하였다.
반추위액은 반추위 캐뉼라가 장착된 2두의 홀스타인 거세우(평균체중: 452 ±42)로부터 채취하였다. 반추위액 공여축은 1일 2회 분할하여 섬유질배합사료(TMR)를 섭취하였고(Table 1), 물과 미네랄 블록은 자유 섭취토록 하였다. 반추위액은 오전 사료 급여 2시간 후에 반추위 캐뉼라를 통하여 4겹의 cheese cloth를 이용하여 사료입자를 제거하고 CO2 가스를 충진시킨 보온병(39℃)에 담아 채취된 위액이 외부온도에 따른 변화를 최소화하기 위하여 신속하게 실험실로 운반하였다.
상등액을 0.20μm syringe filter로 여과 후 HPLC를 이용하여 VFA를 분석하였다(Lee et al., 2016).
완충용액은 McDougall (1948)의 방법으로 제조하였으며, 반추위액과 1 : 1의 비율로 혼합하여 CO2 가스를 주입하여 혐기상태를 유지하여 수행하였다. 시험구로써 첨가된 사료는 TMR 3.0 g (control), 미국산, 브라질산, 아르헨티나산, 우크라이나산 A 및 우크라이나산 B 옥수수 사료를 각각 3.0 g씩을 120 mL serum bottle에 넣고 혐기상태에서 rumen inoculum 25 mL을 주입하고 bottle은 butyl-rubber stopper와 aluminum cap으로 밀봉한 후 39℃로 설정된 항온교반기(SI-600R, Lab. companion, Seoul, Korea)에서 120 rpm으로 교반하면서 배양하였으며 배양시간은 0, 1, 3, 6, 12, 24, 48시간으로 하였다. 각 배양시간 경과 후 배양액의 시료를 채취하고 rumen fermentation parameter인 pH, 총가스발생량, 암모니아태 질소농도 및 휘발성지방산(VFA) 농도를 분석하여 원산지별 옥수수의 반추위 내 발효성상을 평가하였다.
암모니아 분석을 위해 1.5 mL micro tube에 미생물의 작용을 정지시키는 HgCl2 10 μL를 첨가하여 voltexing한 후 12,000 rpm에서 5분간 원심분리 후 상층액을 이용하여 분석하였다.
대상 데이터
반추위액은 반추위 캐뉼라가 장착된 2두의 홀스타인 거세우(평균체중: 452 ±42)로부터 채취하였다.
수입산 옥수수의 선발은 국내 사료회사의 옥수수 사료 수입국 결정이 옥수수 생산국의 작황상태에 따른 경제성이 고려됨을 감안하였으며, 또한 수입한 옥수수의 품질은 수송 모선별 차이가 날 수 있음을 반영하여 결정하였다. 시험사료로 사용된 원산지별 옥수수는 2015년 5월 국내 N사료회사로 수입된 4개국 총 5개 종류의 옥수수로써 미국산, 브라질산, 아르헨티나산, 우크라이나산(A), 우크라이나산(B)을 사용하였고, 우크라이나산 A 및 B는 수입된 선박에 따라 구분되었다. 시험에 이용된 기초사료 및 원산지별 옥수수의 건물, 조단백질, 조지방, 조회분, 칼슘 및 인 함량은 Choi (2015)에 설명한 바와 같이 분석하였으며, acid detergent fiber (ADF)와 neutral detergent fiber(NDF)는 Van Soest et al.
데이터처리
본 실험의 결과는 SAS package program의 일반선형모형 GLM procedure를 이용하여 분산분석을 시행하였고, 처리 평균 간 비교를 위하여 Duncan 다중비교 검정방법으로 95% 신뢰 수준에서 검증하였다(SAS, 2002). 발효 시간별 가스발생량은 Ørskov and McDonald (1979)의 모델 계수를 통해 effective gas production rate를 계산하였으며, 그 식은 다음과 같다.
Gp = a + b (1 - exp-c × time), Gp는 시간 t에서의 가스발생량, a는 y축 절편의 계수인자, b는 잠재적 가스발생량, c는 시간당 가스발생량의 속도상수, time은 발효 시간을 나타낸다. 원산지별 옥수수의 effective gas production rate 데이터는 SAS package program (SAS Inst. Inc.)의 비선형회귀방정식 NLIN procedure 와 Duncan 다중비교 검정방법으로 95% 신뢰 수준에서 검증하였다.
이론/모형
각 배양 시간별 배양이 끝난 serum bottle을 incubator에서 꺼낸 후, Theodorou et al. (1994)의 방법으로 serum bottle의 head space에 있는 가스 발생량을 detachable pressure transducer 및 digital read-out voltmeter (Laurel Electronics, Inc., CA, USA)를 이용하여 측정하였다. 가스 발생량 측정 후, serum bottle의 aluminum cap 및 butyl rubber를 제거하고 배양액의 pH (Pinnacle M503, Corning, NY, USA)를 측정하였다.
발효 시간별 가스발생량은 Ørskov and McDonald (1979)의 모델 계수를 통해 effective gas production rate를 계산하였으며, 그 식은 다음과 같다.
시험사료로 사용된 원산지별 옥수수는 2015년 5월 국내 N사료회사로 수입된 4개국 총 5개 종류의 옥수수로써 미국산, 브라질산, 아르헨티나산, 우크라이나산(A), 우크라이나산(B)을 사용하였고, 우크라이나산 A 및 B는 수입된 선박에 따라 구분되었다. 시험에 이용된 기초사료 및 원산지별 옥수수의 건물, 조단백질, 조지방, 조회분, 칼슘 및 인 함량은 Choi (2015)에 설명한 바와 같이 분석하였으며, acid detergent fiber (ADF)와 neutral detergent fiber(NDF)는 Van Soest et al. (1991)의 방법에 준하여 분석하였다(Table 1). 공시재료는 60℃ dry oven에서 48시간 건조시켜 2 mm screen으로 분쇄 후 in vitro 배양에 사용하였다.
5 mL micro tube에 미생물의 작용을 정지시키는 HgCl2 10 μL를 첨가하여 voltexing한 후 12,000 rpm에서 5분간 원심분리 후 상층액을 이용하여 분석하였다. 암모니아 분석은 Chaney and Marbach (1962)의 방법에 따라 phenol color reagent와 alkali-hypochlorite reagent로 배양액의 암모니아를 발색한 후 spectrophotometer (BIO-RAD, Model 680, CA, USA)를 이용하여 630 nm에서 optical density 값을 구하여 측정하였다.
반추위액은 오전 사료 급여 2시간 후에 반추위 캐뉼라를 통하여 4겹의 cheese cloth를 이용하여 사료입자를 제거하고 CO2 가스를 충진시킨 보온병(39℃)에 담아 채취된 위액이 외부온도에 따른 변화를 최소화하기 위하여 신속하게 실험실로 운반하였다. 완충용액은 McDougall (1948)의 방법으로 제조하였으며, 반추위액과 1 : 1의 비율로 혼합하여 CO2 가스를 주입하여 혐기상태를 유지하여 수행하였다. 시험구로써 첨가된 사료는 TMR 3.
성능/효과
Total volatile fatty acid (total VFA) 및 propionate의 in vitro 반추위 발효 농도변화는 발효 24시간을 제외하고는 전 구간에서 아르헨티나산 옥수수가 가장 높은 농도를 보였다(p < 0.05).
옥수수는 가축 배합사료의 주 에너지 공급원으로서 사용비율이 가장 높은 원료로서 옥수수의 품질은 곧 배합사료의 품질에 직접적으로 큰 영향을 미친다. 따라서 본 연구는 현재 수입되는 원산지가 다변화되고 있는 점을 고려하여 수입 원산지별 옥수수의 in vitro 사료가치 평가를 수행하였으며, 그 결과 원산지별 옥수수의 영양소 성분함량이 비슷하다 하더라도 반추위내 영양소의 분해 및 이용에 차이가 있음을 확인하였으며, 이는 가축의 생산성에 영향을 줄 수 있으므로 옥수수 선택 시 고려해야 할 조건이라 판단된다. 향후 정확한 자료 확보를 위해 생체 대사시험, 현장실증시험 등이 추가적으로 요구된다 할 것이다.
, 2009). 따라서 원산지별 옥수수 사료 내 NFC 함량에 따라 암모니아태 질소 농도가 일치하는 것은 반추위내 미생물 활성의 증가로 인한 사료 단백질분해가 증가하여 암모니아태 질소 농도가 증가하는 것으로 사료된다.
또한, 원산지별 옥수수의 effective gas production rate는 미국산, 브라질산, 아르헨티나산, 우크라이나산 A, 우크라이나산 B가 각각 10.41, 17.63, 16.31, 16.69, 17.82%의 결과를 보였으며, 미국산 옥수수의 effective gas production rate의 값이 가장 낮게 나타났으며(p < 0.05), 다른 원산지별 옥수수에서는 유의적인 차이를 보이지 않았다.
발효 12시간과 24시간에서 미국산 옥수수의 가스발생량이 다른 원산지별 옥수수에 비하여 낮은 수치를 보였으며(p < 0.05), 발효 48시간에서는 브라질산 옥수수의 가스발생량이 가장 높은 수치를 보였다(p < 0.05).
발효 시간이 경과할수록 pH는 점점 낮아지고 있으며, 원산지 간 pH 변화의 차이는 비교적 크지 않았으며, 전체 평균값에 있어서도 원산지별 유의적인 차이는 보이지 않았다(p > 0.05).
3과 같다. 발효시간이 경과할수록 옥수수 원산지별 암모니아태 질소 농도변화는 발효 24시간까지는 비교적 큰 변화는 없었다. 발효 48시간에서는 브라질산 옥수수가 가장 큰 농도를 나타낸 반면 우크라이나산 A가 가장 낮은 농도를 보였다(p < 0.
, 1999). 본 실험에서도 옥수수 처리구에 비해 대조구의 pH의 변화가 완만하게 감소하고 pH 6.0이상을 유지하는 가장 큰 이유는 원료사료내 NFC 함량의 영향이 큰 것으로 사료된다.
원산지별 옥수수의 가스발생량 데이터를 통해 계산된 반추위에서 분해되는 영양소는 미국산, 브라질산, 아르헨티나산, 우크라이나산 A, 우크라이나산 B가 각각 55.39, 40.11, 30.82, 31.90, 32.18%이었고, 미국산이 다른 옥수수에 비하여 반추위내에서 분해가능한 영양소를 많이 함유하고 있었다(p < 0.05).
후속연구
05). 최근 수입산 옥수수의 원산지가 다변화 되고 있는 점을 고려하면(Moon, 2014), 본 연구 결과는 화학적 분석치가 비슷한 성분함량의 옥수수라 하더라도 반추위내 영양소의 분해 및 이용에 차이가 발생할 수 있음을 의미하는 결과이며, 옥수수는 배합사료 원료 중 사용 비율이 가장 높은 원료인 점을 감안하면(Lee et al., 2006), 원산지별 옥수수의 반추위에서의 영양소 이용성이 고려된 결과를 활용한 사료배합이 이루어져야 될 것이며, 향후 본 연구의 결과는 사료 업체 또는 TMR 자가배합사료 제작 시 원가절감을 위한 유용한 자료로써 활용 가능성이 클 것으로 판단된다.
따라서 본 연구는 현재 수입되는 원산지가 다변화되고 있는 점을 고려하여 수입 원산지별 옥수수의 in vitro 사료가치 평가를 수행하였으며, 그 결과 원산지별 옥수수의 영양소 성분함량이 비슷하다 하더라도 반추위내 영양소의 분해 및 이용에 차이가 있음을 확인하였으며, 이는 가축의 생산성에 영향을 줄 수 있으므로 옥수수 선택 시 고려해야 할 조건이라 판단된다. 향후 정확한 자료 확보를 위해 생체 대사시험, 현장실증시험 등이 추가적으로 요구된다 할 것이다.
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