[논문]익스트루전 압력과 사료원료의 입자크기를 조절한 배합사료가 치어기 넙치 (Paralichthys olivaceus)의 성장에 미치는 영향

조정현; 이봉주; 허상우; 이승형; 김강웅; 임상구; 손맹현

doi:10.5657/kfas.2019.0247

[국내논문] 익스트루전 압력과 사료원료의 입자크기를 조절한 배합사료가 치어기 넙치 (Paralichthys olivaceus)의 성장에 미치는 영향
Effects of Extrusion Pressure and Feed Ingredient Particle Size on Growth Performance in Olive Flounder Paralichthys olivaceus 원문보기

한국수산과학회지 = Korean journal of fisheries and aquatic sciences, v.52 no.3, 2019년, pp.247 - 255

조정현 (국립수산과학원 사료연구센터) , 이봉주 (국립수산과학원 사료연구센터) , 허상우 (국립수산과학원 사료연구센터) , 이승형 (국립수산과학원 사료연구센터) , 김강웅 (국립수산과학원 양식관리과) , 임상구 (국립수산과학원 사료연구센터) , 손맹현 (국립수산과학원 사료연구센터)

Abstract ▼ AI-Helper

This study was conducted to investigate the effects of extrusion pressure and particle size of feed ingredients on the growth performance and plasma hormone activity in juvenile olive flounder Paralichthys olivaceus. Experimental diets were prepared with extrusion pressure manipulated by screw speed [low pressure (LP), 885 rpm/min; high pressure (HP), 708 rpm/min] and different dietary particle sizes [specific surface area: small (SS), $169.9m^2/kg$; large (LS), $67.4m^2/kg$] in a two-level factorial design. Four experimental diets (LP+SS, LP+LS, HP+SS, and HP+LS) were randomly assigned to 12 tanks (3 replicates) stocked with 20 fish (initial weight, 57 g) per tank. After a 4-week feeding trial, the observable trends of the main effects of extrusion pressure and particle size on growth performance showed that LP and SS enhanced fish weight gain. The plasma insulin-like growth factor-I level was significantly higher in fish fed the LP+SS diet than in fish fed the HP+SS diet. These results indicate that manipulation of the physical qualities of feed through adjustment of extrusion pressure and feed ingredient particle size may influence the growth performance of juvenile olive flounder, which should be considered in feed manufacture.

주제어

표/그림 (8)

표 Table 1. Formulation of the test diet and its nutrient composition
표 Table 2. Air classifer mill and extruder operating conditions of test diets
표 Table 3. Free amino acid contents of the test diets (g/100 g, dryweight)
그림 Fig. 1. Correlation between bulk density and water absorption (left) and correlation between water absorption and final weight (right). LP, low pressure; HP, high pressure; SS, small size; LS, large size.
표 Table 4. Physical characteristics of test diets
표 Table 5. Growth performance and proximate composition of carcass of juvenile olive founder Paralichthys olivaceus fed the test diets for 4 weeks
그림 Fig. 2. Main effects means of WG in response to extrusion pressure and ingredient’s particle size in juvenile olive flounder Paralichthys olivaceus fed the test diets for 4 weeks. Data was expressed as mean±SE. WG, weight gain; LP, low pressure; HP, high pressure; SS, small size; LS, large size.
그림 Fig. 3. Interaction effect means of plasma IGF-I and GH levels in response to extrusion pressure and ingredient’s particle size in juvenile olive flounder Paralichthys olivaceus fed the test diets for 4 weeks. Data was expressed as mean±SE. Left, P-value of two-way ANOVA analysis on plasma IGF-I levels as extrusion pressure=0.005, ingredient’s particle size=0.378 and interaction = 0.053. Right, P-value of two-way ANOVA analysis on plasma GH levels as extrusion pressure=0.058, ingredient’s particle size=0.503 and interaction=0.619. IGF-I, insulin-like growth factor-I; GH, growth hormone; LP, low pressure; HP, high pressure; SS, small size; LS, large size.

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

, 2012), 사료 물성 조절에 의한 성장호르몬 활성에 관한 연구는 전무한 실정이다. 따라서 이 연구는 원료 입자크기와 익스트루더 압출 압력을 조절하여 제조한 배합사료가 넙치의 성장 및 성장호르몬에 미치는 영향을 조사하기 위하여 수행하였다.

제안 방법

(2011)의 분석방법을 응용하여, 99% ethanol과 70% ethanol로 추출한 시료를 diethyl ether로 탈지시킨후 농축 수기를 이용하여 농축 하였다. 농축 후 lithium citrate loading buffer와 5-sulfosaliaylic acid hydrate를 첨가하여 아미노산 자동분석기(Biochrom 30, Amersham Biosciences, Ltd., England)를 이용하여 분석하였다.
용적중(bulk density)은 실험사료를 1 L 용량의 플라스틱 용기에 채우고 무게를 측정하여 단위 부피당 무게로 계산하였다. 부상시간(floating time)은 실험사료를 해수면에 부상시켜 1시간 동안의 표류시간을 측정하였다. 수분흡착도(water absorption)는 사육실험에 사용된 동일한 수조 환경에서 실험사료를 사육 수에 노출시키고, 10분이 경과한 시점에서 실험사료를 수거하여 사료 공급 전, 후의 무게 차이를 백분율로 나타내었다(Table 4).
사육실험 기간 동안 사육수온은 평균 27.0±2.1°C이었으며, 사료공급은 1일 2회(09:00, 17:00) 만복 공급하여 4주간 실시하였다.
실험 어류의 사육관리 및 시료 채취는 국립수산과학원 동물실험계획(2018-동물실험-09)에 따라 사료연구센터에서 수행되었다. 사육실험은 자연해수를 이용한 유수식 시스템에서 사육 수를 분당 10 L로 공급하였고 각 수조마다 에어스톤을 설치하여 포화농도 수준까지 용존 산소를 공급하였다. 실험에 사용된 넙치(평균무게 57.
생물학적 지표로서 비만도(condition factor, CF), 간중량지수(hepatosomatic index, HSI), 내장중량지수(viscerosomatic index, VSI)를 아래와 같이 계산하였고, Table 5에 결과 값을 나타내었다.
실험사료의 압력조절은 익스트루더(twin-screw extruder, ATX-II, Fresco, Korea)의 베럴 온도(barrel temperature, 115-130°C), 컨디셔너 온도(conditioner temperature, 80°C), 스팀(steam, 31.6 kg/h) 및 원료 공급량(feed rate, 50 kg/h)을 동일하게 유지하고 스크류속도(rpm/min)만을 이용하여 조절하였다[저압력: low pressure (LP), 885 rpm/min; 고압력: high pressure (HP), 708 rpm/min].
어체 무게 측정은 24시간 절식 후 전체무게를 측정하였고, 증체율(weight gain, WG), 열성장계수(thermo-growth coefficient, TGC), 사료계수(feed conversion ratio, FCR) 및 생존율(survival rate)을 각각 아래와 같이 계산하였다.
용적중(bulk density)은 실험사료를 1 L 용량의 플라스틱 용기에 채우고 무게를 측정하여 단위 부피당 무게로 계산하였다. 부상시간(floating time)은 실험사료를 해수면에 부상시켜 1시간 동안의 표류시간을 측정하였다.
6 kg/h) 및 원료 공급량(feed rate, 50 kg/h)을 동일하게 유지하고 스크류속도(rpm/min)만을 이용하여 조절하였다[저압력: low pressure (LP), 885 rpm/min; 고압력: high pressure (HP), 708 rpm/min]. 원료의 입자도는 분체기(Air Classifier Mill, XP 50, KM teck, Korea)의 디스크(disk, rpm/min)와 로터(rotor, rpm/min)의 속도를 조절하여, 소입자(small size, SS; 비표면적 169.9m²/kg) 및 대입자(large size, LS; 67.4 m²/kg)로 분체한 총 4종의 실험사료(LP+SS, 저압력+소입자; LP+LS, 저압력+대입자; HP+SS, 고압력+소입자; HP+LS, 고압력+대입자)를 제조하였다(Table 2). 실험사료의 유리아미노산 함량을 Table 3에 나타내었다.
혈중 fish growth hormone (GH)과 fish insulin-like growth factor-I (IGF-I) 활성은 GH ELISA Kit (CSB-E1212Fh, CUSABIO, Belgium)와 IGF-I ELISA Kit (CSB-E12122Fh, CUSABIO, Belgium)의 방법으로 분석 하였다. GH은 GH pre-coated 96-well plate에 standard와 혈장을 50 μL 첨가 후, conjugate를 50 μL 첨가하여, 37°C 명반응 조건 하에 1시간 반응시켰다.

대상 데이터

실험사료의 배합비를 Table 1에 나타내었다. 실험사료는 주 단백질원으로 칠레산 멸치어분 및 지질원으로 어유를 사용하였다. 실험 배합사료의 조단백질 함량은 건물기준으로 54.
실험에 사용된 넙치(평균무게 57.2±0.1 g)는 0.3톤 PVC 원형수조 12개에 20미씩 3반복구로 완전 임의 배치하였다.

데이터처리

결과값의 통계분석은 IBM SPSS 19 software package를 이용하여 일원분산분석 후 Duncan의 방법으로 평균간의 통계적 유의성을 결정하였고(Duncan, 1955; P<0.05), 입자도(소입자 및 대입자)와 압력(저압력 및 고압력)의 효과는 이원분산분석을 사용하여 95% 수준에서 통계적 유의성을 검정하였다(P<0.05).

이론/모형

수분은 상압가열건조법(135℃, 2시간), 조단백질은 Auto Kjeldahl System (Gerhardt VAP50OT/TT125, KG, Germany) 질소정량법(N×6.25)을 사용하여 분석하였고, 조회분은 550°C에서 6시간 동안 회화 후 측정 하였다.
실험 어류의 사육관리 및 시료 채취는 국립수산과학원 동물실험계획(2018-동물실험-09)에 따라 사료연구센터에서 수행되었다. 사육실험은 자연해수를 이용한 유수식 시스템에서 사육 수를 분당 10 L로 공급하였고 각 수조마다 에어스톤을 설치하여 포화농도 수준까지 용존 산소를 공급하였다.
일반성분분석은 AOAC (2000) 방법에 따라 분석하였다. 수분은 상압가열건조법(135℃, 2시간), 조단백질은 Auto Kjeldahl System (Gerhardt VAP50OT/TT125, KG, Germany) 질소정량법(N×6.

성능/효과

상기의 연구결과로 판단하면, 익스트루더의 압출압력 및 원료 입자크기에 의한 사료의 물성조절은 실험사료 및 어체의 일반성분 조성에 영향을 주지 않는 것으로 보인다. 그러나 실험사료를 저압력 및 소입자로 물성을 조절할 경우 성장호르몬 활성을 높여 넙치의 성장속도에서 영향을 주는 것으로 판단된다. 따라서, 익스트루더의 압력과 원료의 입자크기 조절은 EP사료의 물성을 조절할 수 있는 직접적인 요인이며, 넙치용 배합사료의 품질을 향상시킬 수 있을 것으로 판단된다.
(2014)의 연구에서 보고되었으며, 이번 실험의 결과에서도 이와 유사한 결과를 보였다. 따라서, 사료의 용적중은 수분흡착도를 조절할 수 있는 직접 요인이며, 익스트루더 스크류의 회전속도를 조절하여 용적중을 감소시킬수록 수분흡착도를 증가시킬 수 있을 것으로 판단된다.
사료원료의 입자 크기 및 익스트루더 공정의 압력조건을 다르게 하여 제조한 실험사료는 일반성분 함량에 영향을 주지 않는 것으로 나타났다(Table 1). 먹이 섭취 유인 효과가 있는 유리아미노산(Fyhn and Serigstad, 1987; Fyhn 1989)은 어류의 사료 섭취량을 증가시키는 것으로 보고되고 있지만(Cho et al.
실험사료는 주 단백질원으로 칠레산 멸치어분 및 지질원으로 어유를 사용하였다. 실험 배합사료의 조단백질 함량은 건물기준으로 54.7%, 조지방 함량은 건물기준으로 9.1%이었다(Table 1). 실험사료의 압력조절은 익스트루더(twin-screw extruder, ATX-II, Fresco, Korea)의 베럴 온도(barrel temperature, 115-130°C), 컨디셔너 온도(conditioner temperature, 80°C), 스팀(steam, 31.
실험사료의 압력 조절은 용적중과 수분흡착도 등 사료물성에 직접적인 영향을 미쳤으나, 입자크기 조절은 사료물성에 영향을 주지 않는 것으로 나타났다(Table 4, P<0.05).
실험사료의 용적중은 고압력 사료(HP+SS, 436.7g/L; HP+LS, 438.2g/L)가 저압력 사료(LP+SS, 397.5g/L; LP+LS, 402.5g/L)보다 유의하게 높았다(P<0.05).
실험어의 내장을 제외한 전어체 및 생물학적 지표에서는 조회분을 제외한 모든 항목에서 유의적인 차이가 없었으며, 입자도 및 압력 조건에 영향을 받지 않았다(Table 5). 이번 실험에 사용한 모든 실험사료는 동일한 원료와 배합비로 제조하였으며, 그 결과 유사한 조단백질 및 조지질 함량을 나타내었다(Table 1).
05). 원료 분체에 의한 저입자화는 유리아미노산 함량에 영향을 주지 않으며, 분체에 의한 먹이 섭취 유인 효과도 없는 것으로 판단된다. 이상의 결과로부터 배합사료의 입자도와 압력 조절은 사료의 영양성분에 영향을 미치지 않으며 안정적으로 제조가 가능하다는 것을 시사한다.
05). 위의 결과로부터 판단할 때 사료 물성 조절은 실험어류의 성장호르몬 활성을 높이고 어체 성장 촉진에 영향을 미치는 것으로 보인다.
, 2011). 이 실험에서 사료 물성변화는 어체 일반성분에 영향을 주지 않았고, 간중량지수 및 내장중량지수에서도 유의적인 차이가 없는 것으로 나타났다.
, 2008)을 향상시킨다. 이 실험에서 저압력 사료는 수중 사료영양소의 유실을 최소화하며, 경도(hardness)를 낮추어 어체 내 사료 이용성을 향상시키는 것으로 판단된다. 또한 높은 수분 흡착도를 보인 저압력 사료는 어체 성장과 정적 상관관계를 보였기 때문에 사료의 품질을 판단할 수 있는 지표로 사용할 수 있을 것으로 판단된다(Fig.
실험어의 내장을 제외한 전어체 및 생물학적 지표에서는 조회분을 제외한 모든 항목에서 유의적인 차이가 없었으며, 입자도 및 압력 조건에 영향을 받지 않았다(Table 5). 이번 실험에 사용한 모든 실험사료는 동일한 원료와 배합비로 제조하였으며, 그 결과 유사한 조단백질 및 조지질 함량을 나타내었다(Table 1). 또한 사료섭취량은 실험구간 유의한 차이가 없었기 때문에 사료 물성이 어체 일반성분 구성에 미치는 영향은 낮다고 판단된다.
이번 실험에서 저압력 사료를 공급한 어체의 혈중 IGF-I의 활성이 유의하게 높았다(Fig. 3, P<0.05).
원료 분체에 의한 저입자화는 유리아미노산 함량에 영향을 주지 않으며, 분체에 의한 먹이 섭취 유인 효과도 없는 것으로 판단된다. 이상의 결과로부터 배합사료의 입자도와 압력 조절은 사료의 영양성분에 영향을 미치지 않으며 안정적으로 제조가 가능하다는 것을 시사한다.
4주간의 사육실험에 따른 넙치의 성장결과를 Table 5에 나타내었다. 증체율 및 열성장계수는 실험구간 유의적인 차이를 보이지 않았으나, 저압력 사료(LP+SS 및 LP+LS)를 섭취한 실험어류는 고압력 사료(HP+SS 및 HP+LS)를 섭취한 실험어류 보다 높은 성장의 경향을 보여 EP사료의 압력조절은 어체 성장에 영향을 미칠 수 있는 요인으로 사료된다(Table 5 및 Fig. 2). 특히 소입자 및 저압력 사료구(LP+SS)에서 가장 높은 성장결과를 확인할 수 있었다.
2). 특히 소입자 및 저압력 사료구(LP+SS)에서 가장 높은 성장결과를 확인할 수 있었다. 사료계수는 입자도 및 압력에 의해 영향을 받지 않는 것으로 나타났다(Table 5).
05). 특히 실험사료의 용적중이 낮을수록(LP+SS 및 LP+LS) 상대적으로 수분흡착도가 증가하였고, 용적중과 수분흡착도 간에 부적 상관관계를 보였다(Table 4 및 Fig. 1A). 익스트루더 스크류의 회전속도 증가에 따른 배합사료의 압력 감소와 밀도 저하는 Lee (2011) 및 Kim et al.

후속연구

1). 따라서, 익스트루더 스크류 회전속도를 높인 저압력 사료는 실험어의 소화기관에서 수분 흡수를 용이하게 하여 소화효소의 작용을 높일 수 있을 것으로 판단된다.
이 실험에서 저압력 사료는 수중 사료영양소의 유실을 최소화하며, 경도(hardness)를 낮추어 어체 내 사료 이용성을 향상시키는 것으로 판단된다. 또한 높은 수분 흡착도를 보인 저압력 사료는 어체 성장과 정적 상관관계를 보였기 때문에 사료의 품질을 판단할 수 있는 지표로 사용할 수 있을 것으로 판단된다(Fig. 1). 따라서, 익스트루더 스크류 회전속도를 높인 저압력 사료는 실험어의 소화기관에서 수분 흡수를 용이하게 하여 소화효소의 작용을 높일 수 있을 것으로 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	2017년 기준 국내 어류양식 생산량은 얼마인가?	국내 수산업은 1980년대를 기점으로 연근해 어획량이 정체또는 감소한 반면, 양식업은 80년대 후반에 넙치 완전양식기술이 개발되면서 해산어류를 중심으로 어류양식 생산량은 증가하였다(FAO, 2018). 2017년 기준 국내 어류양식 생산량은 109,732톤이며, 이중 해산어류 양식생산량이 86,399톤으로 79%를 차지하고 있다. 넙치의 생산량은 2017년에 41, 207톤으로 해산어류 양식생산량의 47%에 해당되며(Statistics Ko-rea, 2018), 넙치는 국가 전략품종으로 육성하기 위한 선발육종(Min et al.
	원료 입자크기와 익스트루더 압출 압력을 조절하여 제조한 배합사료가 넙치의 성장 및 성장호르몬에 미치는 영향을 조사 결과는 어떻게 나타났는가?	사료원료의 입자 크기 및 익스트루더 공정의 압력조건을 다르게 하여 제조한 실험사료는 일반성분 함량에 영향을 주지 않는 것으로 나타났다(Table 1). 먹이 섭취 유인 효과가 있는 유리아미노산(Fyhn and Serigstad, 1987; Fyhn 1989)은 어류의 사료 섭취량을 증가시키는 것으로 보고되고 있지만(Cho et al.
	GH란 무엇인가?	3), 저압력 사료구에서 높은 GH 및 IGF-I의 활성을 보였다. GH는 간에서 IGF-I의 분비를 자극하고 포도당과 유리지방산의 농도를 높이는 호르몬으로서(Greenwood and Landon, 1966; Ranabir and Reetu, 2011), 생성된 IGF-I는 단백질의 합성을 유도하며(Bornfeldt et al., 1988), 세포분화 촉진 등 어류에서 성장인자의 생화학적인 지표로 보고되고 있다(Clemmons et al., 1998).

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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