본 연구는 근적외선분광법을 이용한 수입 건초의 신속한 품질 평가를 위하여 2016년부터 2019년까지 전국 건초 수입상, TMR 회사와 축산 농가에서 화본과와 두과 수입 목건초 392점을 수집하여 수입 건초의 품질평가 NIR-DB를 구축하고 구축된 DB를 바탕으로 최적의 품질평가 검량식을 개발하고 검증하였다. 수집된 건초 시료는 근적외선 분광기를 이용하여 스펙트라를 측정한 후 측정된 스펙트라와 실험실 분석값간에 상관관계를 이용한 다변량회귀분석법을 통하여 검량식을 작성한 다음 각 성분별로 예측 정확성을 평가하였다. 수입건초의 수분함량 평가에 대한 예측 능력은 각각 SEC 0.50%(R2=0.92)와 SECV 0.61%(R2=0.87)로 나타났으며 ADF와 NDF 함량의 예측능력은 각각 SEC 0.56% (R2=0.98), SECV 0.65%(R2=0.97) 및 SEC 0.36%(R2=0.97), SECV 0.40%(R2=0.95)로 나타났다. 조단백질 함량은 각각 SEC 0.04%(R2=0.99)와 SECV 0.06%(R2=0.98)로 조사료의 사료가치 평가 성분 중 가장 우수한 예측능력을 나타내었으며 총가소화양분 (TDN)과 건초의 품질 등급인 상대사료가치 (RFV)의 예측 능력은 각각 SEC 0.44%(R2=0.98), SECV 0.51%(R2=0.96) 및 SEC 2.63% (R2=0.97), SECV 3.04%(R2=0.96)로 나타났다. 이상의 결과를 종합해보면 근적외선분광법을 이용하여 국내에 수입된 외국 건초의 수분함량과 각종 영양성분을 적은 오차범위에서 분석·평가가 가능하였다.
본 연구는 근적외선분광법을 이용한 수입 건초의 신속한 품질 평가를 위하여 2016년부터 2019년까지 전국 건초 수입상, TMR 회사와 축산 농가에서 화본과와 두과 수입 목건초 392점을 수집하여 수입 건초의 품질평가 NIR-DB를 구축하고 구축된 DB를 바탕으로 최적의 품질평가 검량식을 개발하고 검증하였다. 수집된 건초 시료는 근적외선 분광기를 이용하여 스펙트라를 측정한 후 측정된 스펙트라와 실험실 분석값간에 상관관계를 이용한 다변량회귀분석법을 통하여 검량식을 작성한 다음 각 성분별로 예측 정확성을 평가하였다. 수입건초의 수분함량 평가에 대한 예측 능력은 각각 SEC 0.50%(R2=0.92)와 SECV 0.61%(R2=0.87)로 나타났으며 ADF와 NDF 함량의 예측능력은 각각 SEC 0.56% (R2=0.98), SECV 0.65%(R2=0.97) 및 SEC 0.36%(R2=0.97), SECV 0.40%(R2=0.95)로 나타났다. 조단백질 함량은 각각 SEC 0.04%(R2=0.99)와 SECV 0.06%(R2=0.98)로 조사료의 사료가치 평가 성분 중 가장 우수한 예측능력을 나타내었으며 총가소화양분 (TDN)과 건초의 품질 등급인 상대사료가치 (RFV)의 예측 능력은 각각 SEC 0.44%(R2=0.98), SECV 0.51%(R2=0.96) 및 SEC 2.63% (R2=0.97), SECV 3.04%(R2=0.96)로 나타났다. 이상의 결과를 종합해보면 근적외선분광법을 이용하여 국내에 수입된 외국 건초의 수분함량과 각종 영양성분을 적은 오차범위에서 분석·평가가 가능하였다.
Near infrared reflectance spectroscopy (NIRS) has become increasingly used as a rapid and accurate method of evaluating some chemical compositions in forages. The objective of this study was to evaluate the potential of NIRS, applied to imported forage, to estimate the moisture and chemical paramete...
Near infrared reflectance spectroscopy (NIRS) has become increasingly used as a rapid and accurate method of evaluating some chemical compositions in forages. The objective of this study was to evaluate the potential of NIRS, applied to imported forage, to estimate the moisture and chemical parameters for imported hays. A population of 392 imported hay representing a wide range in chemical parameters was used in this study. Samples of forage were scanned at 1 nm intervals over the wavelength range 680-2500nm and the optical data was recorded as log 1/Reflectance(log 1/R), which scanned in intact fresh condition. The spectral data were regressed against a range of chemical parameters using partial least squares(PLS) multivariate analysis in conjunction with spectral math treatments to reduced the effect of extraneous noise. The optimum calibrations were selected based on the highest coefficients of determination in cross validation(R2) and the lowest standard error of cross-validation(SECV). The results of this study showed that NIRS predicted the chemical parameters with very high degree of accuracy. The R2 and SECV for imported hay calibration were 0.92(SECV 0.61%) for moisture, 0.98(SECV 0.65%) for acid detergent fiber, 0.97(SECV 0.40%) for neutral detergent fiber, 0.99(SECV 0.06%) for crude protein and 0.97(SECV 3.04%) for relative feed value on a dry matter(%), respectively. Results of this experiment showed the possibility of NIRS method to predict the moisture and chemical composition of imported hay in Korea for routine analysis method to evaluate the feed value.
Near infrared reflectance spectroscopy (NIRS) has become increasingly used as a rapid and accurate method of evaluating some chemical compositions in forages. The objective of this study was to evaluate the potential of NIRS, applied to imported forage, to estimate the moisture and chemical parameters for imported hays. A population of 392 imported hay representing a wide range in chemical parameters was used in this study. Samples of forage were scanned at 1 nm intervals over the wavelength range 680-2500nm and the optical data was recorded as log 1/Reflectance(log 1/R), which scanned in intact fresh condition. The spectral data were regressed against a range of chemical parameters using partial least squares(PLS) multivariate analysis in conjunction with spectral math treatments to reduced the effect of extraneous noise. The optimum calibrations were selected based on the highest coefficients of determination in cross validation(R2) and the lowest standard error of cross-validation(SECV). The results of this study showed that NIRS predicted the chemical parameters with very high degree of accuracy. The R2 and SECV for imported hay calibration were 0.92(SECV 0.61%) for moisture, 0.98(SECV 0.65%) for acid detergent fiber, 0.97(SECV 0.40%) for neutral detergent fiber, 0.99(SECV 0.06%) for crude protein and 0.97(SECV 3.04%) for relative feed value on a dry matter(%), respectively. Results of this experiment showed the possibility of NIRS method to predict the moisture and chemical composition of imported hay in Korea for routine analysis method to evaluate the feed value.
조사료 수입 자유화에 선제적으로 대응하고 국내 유통 조사료의 품질관리 강화측면에서 수입 조사료의 품질평가 및 관리 체계 구축이 필요한 실정이다. 따라서 본 연구는 근적외선분광법을 이용한 수입 건초의 품질평가 근적외선 DB 구축과 최적 검량식을 개발하기 위하여 수행되었다.
제안 방법
검량식 작성 알고리즘은 시료의 스펙트럼에서 입자의 크기, 수분, 밀도 등 물리적 성질에 의한 산란효과에 대한 오차를 줄이기 위해 원시 스펙트럼을 Standard Normal Variate and Detrending(SNV-D) 전처리 기법과 수 처리(Math treatment) 기법을 이용하여 보정하고 회귀분석은 부분최소제곱법(Partial Least Square)을 이용하여 검량식을 유도하였다. 통계적 처리는 상업용 프로그램인 Ucal version 3.
대상 데이터
근적외선분광법을 이용한 수입 조사료의 품질평가 근적외선 DB 구축과 최적의 검량식 개발을 위하여 2016년부터 2018년까지 전국 건초 수입상, TMR 회사와 축산 농가에서 수입 화본과와 두과 목건초 392점을 수집하였다. 수집된 시료는 NIR 스펙트럼 측정 전까지 -20℃ 냉동고에 밀봉하여 보관하였다.
데이터처리
검량식 작성 알고리즘은 시료의 스펙트럼에서 입자의 크기, 수분, 밀도 등 물리적 성질에 의한 산란효과에 대한 오차를 줄이기 위해 원시 스펙트럼을 Standard Normal Variate and Detrending(SNV-D) 전처리 기법과 수 처리(Math treatment) 기법을 이용하여 보정하고 회귀분석은 부분최소제곱법(Partial Least Square)을 이용하여 검량식을 유도하였다. 통계적 처리는 상업용 프로그램인 Ucal version 3.0.4.15(Unity Scientific, Brookfield, CT, USA)를 이용하였다. 작성된 검량식의 예측 정확성에 대한 평가에는 검량식 결정계수(Determination Coefficient, R2), 검량식 표준오차(Standard Error of Calibration, SEC), 상호검증표준오차(Standard Error of Cross Validation, SECV)를 이용하였다.
이론/모형
수집된 수입 건초 시료의 수분, 조단백질 및 조회분 함량은 AOAC(2011)법에 의거하여 분석하였고 조단백질 함량은 Dumas의 방법(AAAS, 1884)에 따라 원소분석기(Vario Max CNS, Elementar, Germany)를 이용하였다. 시료 200 mg에 1200℃의 온도를 가해 연소시켜 발생하는 질소 가스를 측정하여 질소함량을 구한 후 조단백질 함량(% CP=% N × 6.
15(Unity Scientific, Brookfield, CT, USA)를 이용하였다. 작성된 검량식의 예측 정확성에 대한 평가에는 검량식 결정계수(Determination Coefficient, R2), 검량식 표준오차(Standard Error of Calibration, SEC), 상호검증표준오차(Standard Error of Cross Validation, SECV)를 이용하였다. 최적의 검량식은 SECV가 가장 낮은 값을 갖는 것을 선택하였다.
성능/효과
수입된 건초에 흙이나 돌과 같은 이물질의 혼입 여부를 판정하기 위한 조회분 함량의 예측결과는 SEC 0.44%(R2=0.99), SECV 0.06%(R2=0.97)로 국내산 동계사료작물의 예측결과보다 우수한 예측능력을 보였다. 이는 수입 건초의 시료 집단은 흙과 같은 이물질 혼입이 적고 함량의 변이가 적은 집단이어서 예측능력이 국내산 동계사료작물의 예측능력보다 우수한 것으로 판단된다.
이상의 결과를 종합해보면 근적외선분광법을 이용하여 국내에 수입된 외국 건초의 수분함량과 각종 영양성분을 적은 오차범위에서 분석·평가가 가능하였다. 따라서 본 결과를 바탕으로 향후 조사료 수입 자유화에 대응한 국내 수입 조사료의 올바른 유통체계 구축과 수입 조사료의 품질관리 체계 구축이 필요할 것으로 판단된다.
이는 수입 건초의 시료 집단은 흙과 같은 이물질 혼입이 적고 함량의 변이가 적은 집단이어서 예측능력이 국내산 동계사료작물의 예측능력보다 우수한 것으로 판단된다. 조사료의 에너지 가치를 평가하는 총가소화양분 (TDN)과 건초의 품질 등급인 상대사료가치 (RFV)의 예측 능력은 각각 SEC 0.44%(R2=0.98), SECV 0.51% (R2=0.96) 및 SEC 2.63% (R2=0.97), SECV 3.04%(R2=0.96)로 나타났으며 수입건초의 TDN과 RFV 평가는 섬유소 성분인 ADF와 NDF 함량을 이용하여 산출되어진 값으로 근적외선분광법을 이용하여 적은 오차범위 내에서 분석하고 평가가 가능한 것으로 나타났다.
후속연구
이상의 결과를 종합해보면 근적외선분광법을 이용하여 국내에 수입된 외국 건초의 수분함량과 각종 영양성분을 적은 오차범위에서 분석·평가가 가능하였다. 따라서 본 결과를 바탕으로 향후 조사료 수입 자유화에 대응한 국내 수입 조사료의 올바른 유통체계 구축과 수입 조사료의 품질관리 체계 구축이 필요할 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
근적외선 분광기의 특징은 무엇인가?
근적외선 분광기의 재현 및 반복성은 우수한 편이지만 항상 같은 스펙트라를 얻는 것은 현실적으로 불가능하고 측정된 근적외선 흡수 스펙트라는 성분별 흡수피크(peak)들이 넓고 중첩되어 있으며 시료의 밀도, 온도, 입자크기 등의 차이로 인한 산란차이에 의해 바탕선의 변화가 발생하게 된다(Hruschka, 1987). 이러한 변화는 검량식 작성시 많은 오차를 유발하는데 스펙트라의 수 처리 방법(미분법)은 바탕선의 변동 및 흡광도의 방해요인으로 인한 오차를 보정해주고, 검량식 (Calibration)을 안정하게 하여 특정 성분의 정량 및 정성분석의 필수적인 도구로 이용되어진다(Shenk and Westehaus, 1991b; Garcia-Cuidad et al.
조사료는 대부분 무슨 형태로 수입되는가?
조사료 수입 물량(할당 및 TRQ 통관)은 최근 매년 증가 추세로 2018년에 1,189천톤이 수입되었고 2019년에는 1,432천톤(할당 89만 2천톤, 알팔파 24만톤, 혼합건초 30만 톤)의 조사료가 수입될 예정이며 수입 조사료의 90%는 건초형태로 수입되고 있다. 국내에 수입되는 조사료의 품질은 초종과 저장형태에 따라 매우 다양하며 생산지역 또는 수입과정에서 제시된 품질등급과 국내에서 유통되고 있는 수입 조사료의 품질은 현저한 차이가 있다고 하였다(Lee and Lee, 2000; Han et al.
2018년 조사료 수입 물량은 얼마인가?
조사료 수입 물량(할당 및 TRQ 통관)은 최근 매년 증가 추세로 2018년에 1,189천톤이 수입되었고 2019년에는 1,432천톤(할당 89만 2천톤, 알팔파 24만톤, 혼합건초 30만 톤)의 조사료가 수입될 예정이며 수입 조사료의 90%는 건초형태로 수입되고 있다. 국내에 수입되는 조사료의 품질은 초종과 저장형태에 따라 매우 다양하며 생산지역 또는 수입과정에서 제시된 품질등급과 국내에서 유통되고 있는 수입 조사료의 품질은 현저한 차이가 있다고 하였다(Lee and Lee, 2000; Han et al.
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