[논문]환경친화적 섬유질 배합사료의 발효와 반추위 발효특성 변화

류채화; 박명선; 박철; 최낙진; 조상범

doi:10.11625/kjoa.2017.25.2.461

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Total mixed ration (TMR) including concentrate diet and roughage together have been used for the ruminant animal. Relatively high concentrations of moisture and water soluble carbohydrate are representative feature of TMR. Those moisture and water can also provide a niche for bacterial growth. There...

Total mixed ration (TMR) including concentrate diet and roughage together have been used for the ruminant animal. Relatively high concentrations of moisture and water soluble carbohydrate are representative feature of TMR. Those moisture and water can also provide a niche for bacterial growth. Therefore, a possible fermentation of TMR induced by micro-organism is generally accepted. The present study hypothesized that different lactic acid bacteria could alter fermentation of TMR and subsequently rumen fermentation. Three lactic acid bacteria, Lactobacillus paracasei (A), L. plantarum (B) and L. parabuchneri (C), were employed and 7 treatments under full factorial design were compared with control without inoculation. TMR for dairy cow was used. Significant alterations by treatments were detected at lactic acid and butyric acid contents in TMR (p<0.05). Treatment AC (mixture of A and C) and BC (mixture of B and C) showed great lactate production. Great butyrate production was found at treatment C. At in vitro rumen fermentation, treatments B, C and AB (mixture of A and B) showed significantly great total gas production (p<0.05). All treatments except treatments B and AB, showed less dry matter digestibility, significantly (p<0.05). Total volatile fatty acid production at treatment AC was significantly greater than others (p<0.05). In individual volatile fatty acid production, treatment AB and AC showed great acetate and propionate productions, significantly (p<0.05). This study investigated correlation between organic acid production in TMR and rumen volatile fatty acid production. And it was found that butyric acid in TMR had significant negative correlation with acetate, propionate, total volatile fatty acid, AP ratio and dry matter digestibility.

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문제 정의

본 연구는 TMR의 발효를 위한 우수한 스타터 균주 혹은 균주 조합을 도출하기 위한 목적으로 수행되었다. 젖산균 균주 및 균주들의 조합으로 서로 다른 발효 조건들을 설정하였고, 각 실험별로 TMR내 다양한 유기산 조성들이 관찰되었다.

가설 설정

따라서 미생물의 종류에 따라서 발효의 진행과정 및 결과가 다르게 나타날 수 있고, 이러한 변화는 TMR의 반추위 내 소화 형태 및 축우 생산성 등을 변화 시킬 수 있다. 본 연구는 젖산균의 종류와 젖산균들의 조합형태(혼합비율)가 TMR 발효에 영향을 미칠 수 있고, 더 나아가 반추위 휘발성지방산 생산도 영향을 미칠 수 있다는 점에 가설을 설정하였다. 그리고 in vitro 반추위 발효 특성 조사를 통하여 설정된 가설의 검정을 시도하였다.

제안 방법

본 연구에서는 젖산균들의 종류와 조합을 달리함으로써 TMR의 발효성상에 변화가 나타나도록 하였고, 각각 다른 조건(젖산균종류 및 조합)으로 발효된 TMR들의 in vitro 반추위 발효 특성을 조사하였다. 그리고 발효된 TMR들의 유기산 조성과 반추위 발효 특성간의 상관성을 분석하였다.

대상 데이터

본 연구에서는 총 3가지 젖산균(Lactobacillus paracasei, Lactobacillus plantarum 및 Lactobacillus parabuchneri)을 사용하였다. 동결건조된 분말상태의 균주를 사용하였고, 모든 균주 분말은 각 균주들은 1.

데이터처리

일련의 실시 예를 통하여 얻어진 결과들의 분석은 일반선형모형을 이용한 일원분산분석 방법으로 처리효과에 대한 유의성을 검정하였다. 시험구별 다중비교는 덩컨다중비교분석법을 이용하여 유의성을 판단하였다.
일련의 실시 예를 통하여 얻어진 결과들의 분석은 일반선형모형을 이용한 일원분산분석 방법으로 처리효과에 대한 유의성을 검정하였다. 시험구별 다중비교는 덩컨다중비교분석법을 이용하여 유의성을 판단하였다. 유의성 판단은 95% 신뢰성을 기준으로 수행하였다.
통계분석은SPSS 프로그램을 이용하여 수행하였다. TMR 유기산 조성과 반추위 발효 특성에 대한 상관성 조사 및 상관성 도표의 작성은 통계프로그램 R을 사용하였고, 각각 ‘Hmisc’와 ‘corrgram’ packages를 사용하였다(Team, 2010).

이론/모형

본 연구에서 사용된 TMR은 착유우용 TMR로서 그 조성과 영양성분은 Table 1에서 보는 것과 같다. 조단백질, 조지방 및 조회분 함량은 AOAC (1995)방법에 따라 분석하였으며, NDF (Neutral detergent fiber)와 ADF (Acid detergent fiber)는 Van Soest 등(1991)법으로 분석하였다.

성능/효과

그리고 이에 따른 반추위 휘발성지방산 생성량과 건물 소화율도 다양하게 나타났다. 발효된 TMR의 유기산 조성과 반추위 발효 특성간의 상관성에 기초하여, TMR의 뷰틸산 생성량을 감소시키는 것이 반추위 발효 특성에 보다 바람직하다는 결론을 얻을 수 있었다. 결론적으로 본 연구에서 사용된 균주 L.
발효된 TMR의 유기산 조성과 반추위 발효 특성간의 상관성에 기초하여, TMR의 뷰틸산 생성량을 감소시키는 것이 반추위 발효 특성에 보다 바람직하다는 결론을 얻을 수 있었다. 결론적으로 본 연구에서 사용된 균주 L. paracasei와 L. plantarum의 적용이 가장 우수한 조합으로 나타났다.

후속연구

본 연구에서는 초산과 프로피온산의 기존의 부적 상관관계와는 다르게, 상호 간의 유의적인 정적 상관관계가 관찰되었다. 본 연구에서 나타난 상호관계에 대한 상이한 결과를 해석하기 위해서는 좀 더 면밀한 분석이 필요할 것으로 사료된다. 뷰틸산의 경우, 초산 그리고 프로피온산과 부적 상관관계가 보고된 바 있다(Bannink 등, 2006; Morvay 등, 2011).

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	반추위의 기능이 반추동물의 생존과 에너지 대사에 있어 중요한 이유는?	반추동물은 필요한 에너지의 70%를 반추위에서 생성된 휘발성지방산을 통하여 공급받는다. 따라서 반추위의 기능은 반추동물의 생존과 에너지 대사에 있어 중요하다(Seymour 등, 2005).
	발효란 무엇인가?	발효란 미생물이 적정량의 수분(수분활성도)과 영양소가 존재하는 환경에서 성장하며 다양한 대사산물들을 생산해가는 과정을 말하며, TMR의 발효는 TMR 자체의 품질과 반추위 내 그 이용성에도 영향을 미치고 궁극적으로 축우의 생산성에도 영향을 미치게 된다(Cho 등, 2014).
	섬유질사료가 중요한 이유는?	초식동물인 반추동물의 반추위는 그 기능이 매우 중요하다. 따라서 섬유질사료는 반추위발달, 기능유지, 생산성 향상뿐만 아니라 다양한 대사성 질병 예방에 그 역할을 하며, 또한 반추위 기능 유지 목적의 항생제 사용을 대체 할 수 있어 유기 축산업을 위한 중요한 요인이다(Cho 등, 2012).

참고문헌 (14)

AOAC. 1995. Official methods of analysis. Association of Official Analytical Chemists, Washington DC.
Bannink, A., J. Kogut, J. Dijkstra, J. France, E. Kebreab, A. M. Van Vuuren, and S. Tamminga. 2006. Estimation of the stoichiometry of volatile fatty acid production in the rumen of lactating cows. J. Theor. Biol. 238(1): 36-51.

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Cho, S.-B., S.-M. Lee, and E.-J. Kim. 2012. Effect of Different Forages on Growth Performance, Meat Production and Meat Quality of Hanwoo Steers: Meta-analysis. J. Kor. Grassl. Forage Sci. 32(2): 175-184.

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Cho, S., J. S. Kang, K. J. Cho, K. H. Lee, C. H. Kwon, J. Song, K. Lee, S. Y. Kim, and E. J. Kim. 2014. Effect of homofermentative and heterofermentative lactic acid bacteria on the quality and aerobic stability of silage: Meta-analysis. J. Kor. Grassl. Forage Sci. 34(4): 247-253.

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Dijkstra, J., T. M. Forbes, and J. France. 2005. Quantitative aspects of ruminant digestion and metabolism. Second edition. CABI Publishing, Cambridge, MA 02139. pp. 159-160.
Lee, A. L., S.-J. Shin, J. Yang, S. Cho, and N.-J. Choi. 2016. Effect of Lactic acid bacteria and Enzyme Supplementation on Fermentative Patterns of Ensiling Silages, Their In vitro Ruminal Fermentation, and Digestibility. J. Kor. Grassl. Forage Sci. 36(1): 7-14.

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Lee, S. J., N. H. Shin, J. H. Hyun, T. W. Kang, J. J. An, H. S. Jung, Y. H. Moon, and S. S. Lee. 2009. Effects of supplementation of synbiotic co-cultures manufactured with anaerobic microbes on in vitro fermentation characteristics and in situ degradability of fermented TMR. J. Life Sci. 19(11): 1538-1546.

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Liu, Q., X. Li, S. T. Desta, J. Zhang, and T. Shao. 2016. Effects of Lactobacillus plantarum and fibrolytic enzyme on the fermentation quality and in vitro digestibility of total mixed rations silage including rape straw. J. Integrative Agric. 15(9): 2087-2096.

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McDougall, E. 1948. Studies on ruminant saliva. 1. The composition and output of sheep's saliva. Biochem. J. 43:99-109.

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Morvay, Y., A. Bannink, J. France, E. Kebreab, and J. Dijkstra. 2011. Evaluation of models to predict the stoichiometry of volatile fatty acid profiles in rumen fluid of lactating Holstein cows. J. Dairy Sci. 94(6): 3063-3080.

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Reynal, S. M. and G. A. Broderick. 2005. Effect of dietary level of rumen-degraded protein on production and nitrogen metabolism in lactating dairy cow. J. Dairy Sci. 88: 4045-4046.

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Seymour, W. M., D. R. Campbell, and Z. B. Johnson. 2005. Relationships between rumen volatile fatty acid concentrations and milk production in dairy cows: a literature study. Anim. Feed Sci. Tech. 119(1-2): 155-169.

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Team, R. D. C. 2010. R: A language and environment for statistical computing. R Foundation for Statistical Computing. Retrived from http://www.R-project.org, Vienna, Austria.
Van Soest, P. V., J. Robertson, and B. Lewis. 1991. Methods for dietary fiber, neutral detergent fiber, and nonstarch polysacchrides in relation to animal nutrition. J. Dairy Sci. 74: 3583-3597.

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