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문제 정의
- 따라서 이번 연구의 목적은 젖소에게 조사료인 이탈리안 라이그라스와 농후사료 급여 비율을 각각 8:2와 2:8로 급여한 후 유생산량, 유지방, 유단백질, 유당, 무지고형분 및 체세포 수 분석과 1H-NMR기기를 이용한 원유 내 대사산물의 변화를 확인하였다.
- 조사료와 농후사료의 급여 비율이 우유생산성과 대사산물에 미치는 영향에 대한 연구를 수행하였다. 공시축은 국립축산과학원 축산자원개발부 홀스타인 6두를 이용하여 3두는 이탈리안 라이그라스와 농후사료 급여비율을 8:2, 나머지 3두는 2:8로 하여 1일 2회 분할 급여하여 원유 생산량, 유성분 및 1H-NMR를 이용한 원유 내 대사산물 분석을 실시하였다.
제안 방법
- 1H-NMR을 이용한 대사산물 분석을 위해 -80℃ deep freezer에 보관 중인 원유 샘플을 실온에서 해동시킨 후 4,000 g 15분간 4℃를 유지하여 원심분리하여 상층에 분리된 지질층 제거 후 하층부 300 µL와 TSP 용액 300 µL를 혼합하였다.
- 각 시료에 대하여 1H-NMR 데이터를 얻은 후 Chenomx 소프트웨어(Chenomx NMR Suite8.4, Chenomx Inc., Edmonton, Alberta, Canada)를 사용하여 baseline과 phase를 동일하게 맞추었다. 전체스펙트럼 범위는 0~10 ppm이며 기준 물질로 사용한 TSP는 피크의 위치와 적분값을 일정하게 맞추기 위해 사용하였고, 마지막으로 Chenomx 8.
- 조사료와 농후사료의 급여 비율이 우유생산성과 대사산물에 미치는 영향에 대한 연구를 수행하였다. 공시축은 국립축산과학원 축산자원개발부 홀스타인 6두를 이용하여 3두는 이탈리안 라이그라스와 농후사료 급여비율을 8:2, 나머지 3두는 2:8로 하여 1일 2회 분할 급여하여 원유 생산량, 유성분 및 1H-NMR를 이용한 원유 내 대사산물 분석을 실시하였다. 원유 생산량, 성분 분석 및 체세포수는 두 급여 간 유의적(P>0.
- 홀스타인의 원유 생산량은 파이프라인 착유시스템에 의해 총 2주간 측정하였으며, 그 중 3일치 원유를 아침과 저녁에 채취하여 용기에 잘 섞은 후 4℃에서 보관하였다. 그 후 샘플50 mL를 40℃ 항온수조에서 15분간 안정시킨 후 Milko-scan 4000 series (Foss Electric Co,Denmark) 장비를 이용하여 유지방, 유단백질, 유당, 무지고형분 및 체세포수를 측정하였다.
- 그 후 혼합된 원유 샘플 500 µL5 mm NMR tube에 옮겨 담아 SPE-800 mHz NMR-MS Spectrometer (Bruker BioSpin AG)를 이용하여 분석을 하였다.
- 연구 절차 및 공시축의 사양관리는 국립축산과학원 축산자원개발부 실험동물 복지 윤리법에 따라 수행 되었으며 홀스타인 6두(평균 체중 : 598 ± 90 kg, 평균산차 : 1~3산)를 이용하였다. 사료의 총 급여량은 국립축산과학원 낙농과 사양기준에 따랐으며, 홀스타인 3두는 이탈리안 라이그라스와 농후사료 급여비율을 8:2(이탈리안 라이그라스 : 4 kg, 농후사료 : 1 kg), 나머지 3두는 2:8(이탈리안 라이그라스 : 1.6 kg, 농후사료 : 6.5 kg)로 하여 1일 2회 급여하였고, 물과 미네랄 블록은 자유섭취토록 하였으며, 이탈리안 라이그라스 및 농후사료 영양성분 함량은 Table 1과 같다.
- 이탈리안 라이그라스와 농후사료 급여 비율에 따른 원유 샘플 내 대사산물은 총 46개 측정 되었으며 carbohydrate 계열 6종류, amino acid 계열 8종류, lipid 계열 3종류 그리고 기타 계열 28종류로 대사산물을 분류하였다. 총 6가지 원유 샘플의 1H-NMR 스펙트럼 피크의 양상은 비슷하였으나, 3-methylxanthine, acetate, creatinine, fumarate, homovanillate, methionine,riboflavin, tartrate, trehalose, urea 및 xylose 대사산물은 이탈리안 라이그라스와 농후사료 급여 비율에 따라 유의적(P<0.
- , Edmonton, Alberta, Canada)를 사용하여 baseline과 phase를 동일하게 맞추었다. 전체스펙트럼 범위는 0~10 ppm이며 기준 물질로 사용한 TSP는 피크의 위치와 적분값을 일정하게 맞추기 위해 사용하였고, 마지막으로 Chenomx 8.4 소프트웨어와 1H-NMR Suite 라이브러리를 이용하여 대사산물에 대한 정량 값을 산출하였다.
- 홀스타인의 원유 생산량은 파이프라인 착유시스템에 의해 총 2주간 측정하였으며, 그 중 3일치 원유를 아침과 저녁에 채취하여 용기에 잘 섞은 후 4℃에서 보관하였다. 그 후 샘플50 mL를 40℃ 항온수조에서 15분간 안정시킨 후 Milko-scan 4000 series (Foss Electric Co,Denmark) 장비를 이용하여 유지방, 유단백질, 유당, 무지고형분 및 체세포수를 측정하였다.
대상 데이터
- 연구 절차 및 공시축의 사양관리는 국립축산과학원 축산자원개발부 실험동물 복지 윤리법에 따라 수행 되었으며 홀스타인 6두(평균 체중 : 598 ± 90 kg, 평균산차 : 1~3산)를 이용하였다.
데이터처리
- 시험 결과에 대한 통계분석은 SAS package program (2002)의 general linear model (GLM) procedure를 이용하여 분산분석을 하였고, Duncan’s multiple range test (Duncan, 1955)의 다중검정방법으로 평균 간의 유의성을 검정하였다.
이론/모형
- Spectral width 20 ppm, acquisitiontime 2s, time domain 64k의 조건으로 128번 스캔하였다. 용매인 물의 피크를 최소화하기 위해 pre-saturation 방법을 사용하였으며, 이때 saturation delay 1.5초 saturation power는 6인 saturation frequency에서 측정하였다.
- 원유 샘플에 대한 1H-NMR 스펙트럼은 Noesy 1D sequence를 사용하여 결과를 얻었다. 분석은 25℃에서 진행하였으며, 측정 조건은 다음과 같다.
성능/효과
- 3-Methylxanthine은 최종적으로 요산으로 변환되는데, 농후사료 섭취 비율이 높은 T2 급여구에서 유의적(P<0.05)으로 높았다.
- Amino acid 계열 대사산물 중 glycine 함량이 가장 높았지만, 두 급여 간 유의적(P>0.05)인 차이가 없었으며, Urea와 methionine는 T2 급여구에서 유의적(P<0.05)으로 높았다.
- 기타대사산물로 분류되어 있는 3-methylxanthine은 T2 급여구에서 유의적(P<0.05)으로 높았으며, 비타민 B2로 불리는 riboflavin은 T1 급여구에서 유의적(P0.05)인 차이가 나타나지 않았지만, 원유 내 여러 대사산물은 유의적(P<0.05)인 차이가 나타나는 것을 확인할 수 있었다.
- 본 연구 결과 T1 급여구에서 acetate가 유의적(P<0.05)으로 높았는데, 이는 조사료 섭취 비율이 높아 반추위 내 acetate 농도가 높아져 원유에서도 높게 측정된 것으로 보인다.
- 본 연구 결과 T1 급여구에서 유의적(P<0.05)으로 높았는데, 조사료 섭취량이 높은 젖소의 원유 내 영양소 함량이 높기에 이와 같은 결과가 나타났다고 사료 된다.
- 본 연구 결과 T2 급여구에서 유의적(P<0.05)으로 높았지만, 원유 생산량 증가의 결과는 나타나지 않았다.
- 본 연구 결과 T2 급여구에서 유의적(P<0.05)으로 높은 것으로 보아 농후사료 섭취 비율이 높은 젖소에서 생산된 원유를 우유로 가공하기 전 냉장보관 기간이 길어진다면 갈변반응이 일어날 수 있을 것으로 사료된다.
- 본 연구결과 trimethylamine의 전구물질인 trimethylmaine N-oxide의 농도가 T2 급여구에서 낮았으며, fumarate 농도가 유의적(P<0.05)으로 높게 측정되었다.
- 본 연구결과에서는 유의적(P>0.05)인 차이가 나타나지 않은 것으로 보아 원유의 응고반응에는 영향을 끼치지 않는 것으로 보인다.
- 연구 결과, 유의적(P>0.05)인 차이를 보이지 않는 것으로 보아 조사와 농후사료 급여 비율과 valine의 농도 변화에는 연관이 없는 것으로 사료된다.
- 05)으로 높은 것으로 보아 농후사료 섭취 비율이 높은 젖소에서 생산된 원유를 우유로 가공하기 전 냉장보관 기간이 길어진다면 갈변반응이 일어날 수 있을 것으로 사료된다. 원유의 약 3.4% 비중을 차지하고,에너지의 약 30%를 가진 lactose가 가장 많이 검출된 것을 확인할 수 있었다. 또한 농후사료 섭취가 많아지면 반추위 내 glucose 함량이 높아지고(Son et al.
- 총 6가지 원유 샘플의 1H-NMR 스펙트럼 피크의 양상은 비슷하였으나, 3-methylxanthine, acetate, creatinine, fumarate, homovanillate, methionine,riboflavin, tartrate, trehalose, urea 및 xylose 대사산물은 이탈리안 라이그라스와 농후사료 급여 비율에 따라 유의적(P<0.05)인 정량적 차이가 나타나는 것을 확인할 수 있었다.
후속연구
- 원유 내 대사산물 중 amino acid 및 lipid 계열의 대사산물 결과는 Table 4와 같다. 2014년부터 국내 원유의 유지율 평가에 유단백질 함량을 추가되었으므로(Won et al., 2016), 아미노산 계열 대사산물 종류 및 변화에 대한 분석이 필요할 것으로 사료된다. Methionine은 유단백질 함량에 미치는 비중이 큰 대사물질로 비유 초기, 중기 착유우의 원유 내 부족한 유단백질 함량을 보충해주기 위해 농후사료를 급여하여 생산량을 높인다고 하였으며(Lee et al.
- 국내에서는 생산비율이 가장 높고 영양소 함량이 낮은 볏짚과 국외에서 양질의 조사료를 수입하여 같이 섭취하고 있다. 그러나 원유 생산량을 증가시키기 위해 조사료 섭취비율을 낮추고 농후사료 섭취 비율을 증가시키는 국내 낙농가가 있으므로(Ko et al., 2014) 조사료와 농후사료 섭취 비율을 달리하여 원유의 성분 및 유량 비교에 관한 연구가 필요할 것으로 사료된다.
- , 2011) 등의 연구는 진행되어 있지만 원유 내 대사산물에 대한 연구는 미비한 실정이다. 그러므로 국내에서 생산되는 원유 내 대사산물 분석이 이루어진다면 원유 품질평가 뿐 아니라 더 나아가 젖소의 질병 진단에도 도움이 될 것으로 사료된다.
- H-NMR을 이용한 원유 내 대사산물을 비교하였을 때 acetate, furmarate 및 lactose등과 같은 주요 대사산물의 정량화를 확인하였다. 또한 국내의 원유 내 대사산물 연구에 기초적 자료로 쓰일 수 있을 것이며, 추후 질병과 직접적 상관관계에 있는 대사산물에 대한 연구가 이루어진다면 착유우의 질병 예방에 도움을 줄 수 있을 것으로 사료된다.
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