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문제 정의
- 우리나라의 경우 사료 원료 수급은 대부분을 수입에 의존하고 있고, 수입 사료곡물에 대한 실질 의존도는 95% 이상을 차지하고 있다. 이에 대해 국내에서는 사료비 절감을 위해 대두박 대체 부산물이 첨가된 Total mixed ration (TMR) 급여 효과(Bae et al., 2014), 인진쑥 TMR 급여 효과(Moon et al., 2011) 등 국내 자급가능 사료 원료를 선발하기 위한 연구를 지속해오고 있다. 건물 기준으로 쌀(현미)의 영양성분은 조단백질(crude protein, CP), 조지방(ether extract, EE), 가용무질소물(nitrogen free extract, NFE)이 각각 8.
가설 설정
- y는 건물 소화율, a는 soluble fraction (%), b는 slowly degradable fraction (%), kd는 b fraction의 소화 상수(/h), 그리고 x는 배양 시간 (h)을 의미한다. 또한, 통과속도를 고려한 반추위 유효 분해도(ruminal effective degradation, ED)에서 kp는 b fraction의 반추위 통과 상수(/h)를 의미하며, 이를 시간당 5%로 가정하였다(NRC, 2016).
제안 방법
- 06)은 AOAC (2005)에 제시된 방법에 따라 분석되었다. CP는 총 질소 함량의 6.25배로 계산된 값을 측정하였고, 사료의 총 질소 함량은 Nitrogen Combustion Analyzer(Leco FP-528 Leco, MI, USA)를 이용하여 측정되었다. 섬유소 함량 평가를 위한 NDF와 리그닌(ADL)은 Van Soest 등(1991)에 의해 분석되었으며, NDF 분석을 위해 열에 안정한 열 안정성 아밀라아제(α-amylase)를 사용하여 분석하고, 잔여 재를 포함하여 표현하였다.
- 각각의 공시 사료들을 5 × 10 cm nylon bag (R510, Ankom Technology, NY)에 4 g씩 담아 in situ 분해율 실험에 사용하였다. Control, Extruding, Roasting, Steaming의 사료가 각각 담긴 nylon bag을 3, 6, 12, 24, 48 h의 배양 시간별로 분류하여 mesh sac 안에 담아 반추위 내 배양을 진행하였고, 이후 해당 배양시간에 mesh sac을 꺼내어 물이 맑아질 때까지 6~7회 세척하였다. 0 h의 경우 반추위 내 배양을 거치치 않고 바로 세척을 실시하였다.
- Gas 발생량은 각 배양시간에 해당되는 serum bottle들이 개봉되기 전 Glass syringe (FOR-TUNA® OPTIMA® Ganzglasspritze)를 통해 측정되었다.
- 이를 filter bag이 담긴 125 mL serum bottle에 60 mL씩 분주하고 butyl rubber stopper와 aluminum cap을 이용하여 완전 sealing 처리하였다. sealing된 serum bottle은 39℃ incubator에서 0, 3, 6, 12, 24 h 동안 배양 처리를 거친 다음 해당 시간에 개봉하여 DM 소화율, Gas (ml/g feed DM), pH, ammonia nitrogen (NH3-N), 휘발성지방산(volatile fatty acid, VFA) 발생량을 각각 측정하였다.
- 각각의 공시 사료들을 5 × 10 cm nylon bag (R510, Ankom Technology, NY)에 4 g씩 담아 in situ 분해율 실험에 사용하였다.
- 따라서 지금까지 선행되었던 연구들과 쌀을 사료원료로 사용할 수 있게 된 시장상황을 고려해보았을 때, 쌀의 사료가치를 평가해 볼 필요성이 있다고 판단하였고, 본 연구는 이를 위해 영양소성분분석과 in vitro 발효 실험, in situ 분해율 실험을 수행하였다. 또한 옥수수에서 증기 후레이크 처리가 무처리보다 전분 소화율이 높고, extrusion 처리가 효율적 반추위 분해율 증가와 관련이 있다는 점을 통해(Yu et al.
- 따라서 지금까지 선행되었던 연구들과 쌀을 사료원료로 사용할 수 있게 된 시장상황을 고려해보았을 때, 쌀의 사료가치를 평가해 볼 필요성이 있다고 판단하였고, 본 연구는 이를 위해 영양소성분분석과 in vitro 발효 실험, in situ 분해율 실험을 수행하였다. 또한 옥수수에서 증기 후레이크 처리가 무처리보다 전분 소화율이 높고, extrusion 처리가 효율적 반추위 분해율 증가와 관련이 있다는 점을 통해(Yu et al., 1998; Shabi et al., 1999) Extruding, Steaming 기법을, 열을 통해 가공했다는 공통점을 지닌 roasting 기법 적용하여 쌀의 가공처리에 따른 반추위 소화 특성의 차이를 분석하고자 하였다.
- 보관해둔 sample을 4℃에서 녹이고, 20,000 rcf × 15 min의 원심분리과정 후 상층액 200 µL를 D.W 800 µL로 희석하여 VFA 분석을 위한 flame ionization detector와 capillary column (NukolTM Fused silica capillary column 30 m × 250 µm × 0.25 µm, Supelco Inc., PA, USA)이 장착된 gas chromatograph (Agilent 7890A, Agilent Technology, CA, USA)를 이용하여 측정하였다.
- 본 연구에서 사용된 처리구는 사료의 가공방법에 따라 다음과 같이 구분하였다: 무처리 재고미(Control), Extruding, Roasting, Steaming.
- 본 연구에서는 재고미의 사료가치 평가를 위해 무처리(Control)를 비롯한 Extruding, Roasting, Steam 처리구들의 영양소 성분분석, in vitro 소화율, in situ 소화율을 분석하였다.
- 0 h의 경우 반추위 내 배양을 거치치 않고 바로 세척을 실시하였다. 이후 모든 처리구 및 배양시간별 bag들은 55℃ dry oven에서의 48시간 건조와 30분간 방냉과정을 거쳐 건물 소화율이 측정하였다.
- , Ochang, Korea)으로부터 제공받았다. 재고미는 불균일하게 파쇄된 현미와 Extruding된 형태로 제공받았고, Roasting 처리와 Steaming 처리한 공시재료를 마련하기 위해 파쇄 현미 중 일부를 열처리 하에서 30분간 볶거나, 전기밥솥으로 35분간 찐 후 55℃ 48시간 건조하여 총 네 가지 처리 구로 준비하였다.
- , PA, USA)이 장착된 gas chromatograph (Agilent 7890A, Agilent Technology, CA, USA)를 이용하여 측정하였다. 측정을 위한 oven, injector, detector의 온도는 각각, 90, 90-200, 230℃로 유지되었고, 질소는 이동상 gas로 30 mL/min의 flow rate를 유지하며 사용되었다.
대상 데이터
- In situ 분해율 실험을 수행하기 위해 6:4의 조농비율로 사료를 급여받는, 반추위 Cannula가 장착된 건유기 홀스타인 젖소 2마리(450 ± 30 kg)를 이용하였다.
- 모든 처리구는 실험에 사용되기 전, 각각 1 mm체가 부착된 cyclone mill (Foss, HillerØd, Demark)로 분쇄되었고, 이후 0.3 mm의 체를 통해 입자크기가 0.3~1 mm 것만을 공시재료로 이용하였다.
- 본 연구에서 사용된 재고미는 국내 배합사료회사 중 한 곳(AT Immune Inc., Ochang, Korea)으로부터 제공받았다. 재고미는 불균일하게 파쇄된 현미와 Extruding된 형태로 제공받았고, Roasting 처리와 Steaming 처리한 공시재료를 마련하기 위해 파쇄 현미 중 일부를 열처리 하에서 30분간 볶거나, 전기밥솥으로 35분간 찐 후 55℃ 48시간 건조하여 총 네 가지 처리 구로 준비하였다.
- 실험에 사용된 공시동물은 반추위 케뉼라가 장착된 건유기 홀스타인 젖소로(450 ± 30 kg), 6:4의 조농비율로 사료를 급여 받았으며, 조사료원으로는 티모시를 농후사료원으로 상용 배합사료(Hafeed, Co. Ltd., Pusan, Korea; 12% CP, 3.5% EE, 26% 중성세제불용 섬유소[neutral detergent fiber, NDF], 10% Ash)를 1일 2회 급여하였다.
데이터처리
- In vitro, in situ 실험에서 측정된 모든 data는 SAS package 9.3 (SAS Institute Inc., Carey, NC, USA)의 GLM procedure에 의해 분석되었다. 사료의 가공 처리에 따른 처리구 간 유의적 차이는 Tukey 검정에 의해 95% 유의수준으로 분석되었다.
이론/모형
- In situ 분해율은 Ørskov & Mcdonald (1979)에 의해 제시된 simple exponential model을 이용하여 나타내었으며 식은 아래와 같다.
- pH는 3000 rpm × 15 min의 원심분리 과정을 거친 반추위액을 pH meter (FP20, Mettlertoledo)를 이용하여 측정하였다. NH3-N 측정은 Cheny and Malbach (1962)가 제시한 방법을 이용하여 측정하였다. 냉동 보관해둔 배양액 Sample을 4℃에서 녹이고, 20,000 rcf × 15 min의 원심분리과정을 후 상층액 200 µL를 1.
- VFA의 측정은 Erwin 등(1961)이 제시한 방법에 따라 측정하였다. 보관해둔 sample을 4℃에서 녹이고, 20,000 rcf × 15 min의 원심분리과정 후 상층액 200 µL를 D.
- 공시 사료 4종의 건물(dry matter, DM, #934.01), CP (#976.05), EE (#920.39), 산성세제불용 섬유소(acid detergent insoluble fiber, ADF, #973.18), 조회분(ash, #942.05), 칼슘(Ca, #927.02), 인(P, 3964.06)은 AOAC (2005)에 제시된 방법에 따라 분석되었다. CP는 총 질소 함량의 6.
- 탄수화물 분획 중 Starch는 Hall (2009)이 제시한 방법에 의해 분석되었다. 버퍼용해성단백질(soluble protein, SolP)을 분석하기 위해 Krishnamoorthy 등(1982)이 제시한 방법을 사용하였고, 중성세제 불용 단백질(netural detergent insoluble crude protein, NDICP)과 산성세제 불용 단백질(acid detergent insoluble crude protein, ADICP)의 분석은 Licitra 등(1996)이 제시한 방법을 사용하였다.
- 상기의 분석항목을 이용하여 사료의 에너지가를 가소화 영양소 총량(total digestible nutrients, TDN)으로 평가하기 위해 NRC 젖소사양표준(2001)을 사용하였고, 육성우와 비육우에서 적용되는 유지정미에너지(net energy for maintenance, NEm)와 성장정미에너지(net energy for growth, NEg)를 도출하였다(NRC, 2000). 또한 유우의 비유정미에너지(net energy for lactation, NEl)도 측정되었다(NRC, 2001).
- 섬유소 함량 평가를 위한 NDF와 리그닌(ADL)은 Van Soest 등(1991)에 의해 분석되었으며, NDF 분석을 위해 열에 안정한 열 안정성 아밀라아제(α-amylase)를 사용하여 분석하고, 잔여 재를 포함하여 표현하였다. 탄수화물 분획 중 Starch는 Hall (2009)이 제시한 방법에 의해 분석되었다. 버퍼용해성단백질(soluble protein, SolP)을 분석하기 위해 Krishnamoorthy 등(1982)이 제시한 방법을 사용하였고, 중성세제 불용 단백질(netural detergent insoluble crude protein, NDICP)과 산성세제 불용 단백질(acid detergent insoluble crude protein, ADICP)의 분석은 Licitra 등(1996)이 제시한 방법을 사용하였다.
성능/효과
- Acetate 생성량은 배양시간의 경과에 따라 모든 처리구에서 감소하였고, 처리구 별 유의적인 차이는 배양 24 h에서 관측되었는데 Extruding이 가장 높은 Acetate 생성량을 나타내었다(P<0.01).
- CP의 함량은 Control (9.00%DM), Roasting (8.60%DM) 및 Steam (8.70%DM) 처리구에서 유사한 반면, Extruding에서는 상대적으로 높았다(10.4%DM) (Table 1). SolP의 함량은 Extruding (4.
- Control, Extruding, Roasting, Steaming 처리구에 대한 영양소 성분분석 결과, Control에서 에너지(TDN, NE) 함량이 Extruding, Roasting, Steaming 보다 높게 측정되었는데, 이는 NDF와 Lignin 함량이 각각 Control에서 낮음에 의한 것으로 추정된다.
- ED는 유효 분해율을 의미하는 값으로, 처리구 간 유의적인 차이를 나타내었으며, Control이 가장 낮은 반면, Extruding이 가장 높은 ED 값을 나타내었다(P<0.01).
- Extruding 처리구는 배양 3, 6, 12 h에서 유의적으로 가장 높은 propionate 생성량을 나타내었고(P<0.01), 배양 24 h에서는 Roasting 처리구의 propionate 생성량이 가장 높은 것으로 관측되었다(P<0.01).
- Gas 발생량은 모든 배양시간에서 Extruding이 Control, Roasting, Steaming에 비해 유의적으로 높았다(P<0.01).
- In situ 소화율은 in vitro의 소화율과는 다소 차이가 있는 것으로 여겨지나, 이는 실험 방법에 대한 오차로 여겨질 수 있으며, ED(유효분해율)를 통해 in vitro 시험과 소화율의 경향성이 유사한 것을 알 수 있었다.
- In vitro 실험에서 Extruding은 건물 소화율과 gas 발생량이 타 처리구에 비해 상대적으로 높았고, 가장 낮은 pH를 보였으며, 특히 배양 시간 초기에 소화가 신속히 발생하였다. NH3-N 함량은 배양 6 h 이후에서 Control이 Extruding, Roasting, Steam에 비해 유의적으로 높은 값을 보였고, 이는 가열처리된 단백질의 반추위 미생물의 이용성 저하에 따른 결과로 보이나, 더 정확한 결과를 위해 건물 소화율 분석뿐 아니라 CP 소화율 분석이 필요할 것으로 사료된다.
- NH3-N함량은 배양시간이 경과함에 따라 모든 처리구에서 증가하였고, 배양 6, 12, 24 h에서 Control이 Extruding, Roasting, Steam에 비해 유의적으로 높았다(P<0.01).
- Roasting과 Steaming은 Extruding보다는 낮으나 Control에 비해서는 유의적으로 높은 c 측정치를 보였고(P<0.01), 이는 본 연구에서 시도된 3가지의 가공처리 방법은 모두 b fraction의 분해속도를 증가시킬 수 있는 것을 의미한다.
- 4%DM) (Table 1). SolP의 함량은 Extruding (4.10%DM)과 Steaming (4.00%DM)이 Control (2.50%DM)과 Roasting (2.30%DM)보다 상대적으로 높았다(10.4%DM) (Table 1). NDF와 Lignin에서는 Control이 각각 2.
- 건물 소화율은 배양시간이 지속됨에 따라 계속 증가하였고, 3 h 이후 모든 배양 시간에서 건물 소화율은 Extruding > Steaming > Roasting > Control 순으로 높았다(Table 2, P<0.01).
- 따라서 본 연구결과를 근거로 상대적으로 적합한 사료가공 처리방법은 무처리, Roasting 및 Steaming인 것으로 보여진다. 또한 무처리(control)의 경우 가공처리에 따른 추가비용 발생이 없으므로 경제적으로 유리할 것으로 판단된다.
- , 2003), 본 실험에서 Extruding, Roasting, Steaming의 ED값이 Control보다 높은 이유 역시 열처리에 의한 전분의 ED가 향상되었기 때문으로 보인다. 또한 Roasting 처리구의 a fraction은 Control의 측정치와 유의적인 차이를 나타내지 않음에도 불구하고 ED 값에 있어서 유의적으로 높은 값을 나타내었는데, 이는 Roasting 처리에 의한 분해속도 상수(c)가 무처리에 비해 증가하여 나타난 결과로 추정된다.
- 모든 처리구에서 pH는 배양시간이 지남에 따라 감소하는 경향을 보였다. Control은 6, 12, 24 h에서 다른 처리구들에 비해 유의적으로 높았고(P<0.
- 배양 6 h에서는 Extruding이 다른 처리들에 비해 높은 VFA 발생량을 보였으나(P=0.05), 최종 배양시간의 VFA 발생량에서는 Steaming이 가장 높은 측정치를 나타내었다(P<0.05).
- 본 연구에서 가공 처리된 재고미의 total VFA 생성량은 Control에 비해 배양 3 h를 제외한 모든 배양 시간에서 유의적으로 높았고(Table 3, P<0.05) Control의 pH가 다른 처리구에 비해 높은 이유도 유기산 생성량의 차이에 의한 것으로 사료된다.
- , Carey, NC, USA)의 GLM procedure에 의해 분석되었다. 사료의 가공 처리에 따른 처리구 간 유의적 차이는 Tukey 검정에 의해 95% 유의수준으로 분석되었다.
- VFA는 일반적으로 반추위 내 발효의 최종산물로서 발생되므로(Russell, 2002) 반추위 내 영양소 분해와 total VFA 발생량은 양의 상관관계를 가진다고 볼 수 있다. 앞선 소화율의 결과에서 Extruding 처리구의 초기 Gas 발생량과 건물 소화율은 초기 시간에 다른 처리구들에 비해 유의적으로 높았고 이는 결국 초기에 total VFA 발생량의 증가와도 연관이 있는 것으로 추정된다. Acetate 생성량은 배양시간의 경과에 따라 모든 처리구에서 감소하였고, 처리구 별 유의적인 차이는 배양 24 h에서 관측되었는데 Extruding이 가장 높은 Acetate 생성량을 나타내었다(P<0.
- 한편, 재고미에 대한 가공처리는 분해속도에도 유의적인 영향을 준 것으로 관측되었는데, c 값에서 Control이 가장 낮은 값을, Extruding이 가장 높은 값을 나타내었다(P<0.01).
후속연구
- In vitro 실험에서 Extruding은 건물 소화율과 gas 발생량이 타 처리구에 비해 상대적으로 높았고, 가장 낮은 pH를 보였으며, 특히 배양 시간 초기에 소화가 신속히 발생하였다. NH3-N 함량은 배양 6 h 이후에서 Control이 Extruding, Roasting, Steam에 비해 유의적으로 높은 값을 보였고, 이는 가열처리된 단백질의 반추위 미생물의 이용성 저하에 따른 결과로 보이나, 더 정확한 결과를 위해 건물 소화율 분석뿐 아니라 CP 소화율 분석이 필요할 것으로 사료된다. VFA 발생량에서는 Extruding이 다른 처리구들에 비해 배양 6, 12 h에서 유의적으로 높았는데 이는 Extruding 처리구의 분해가 배양 초기에 주로 이어져 발생한 결과로 추정된다.
- 또한 무처리(control)의 경우 가공처리에 따른 추가비용 발생이 없으므로 경제적으로 유리할 것으로 판단된다. 재고미가 TMR의 원료로 이용될 수 있다면 국내에서 자급 가능한 사료원료로써 우수한 경제성을 지닐 수 있을 것이다.
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