보고서 정보
주관연구기관 |
국립축산과학원 National Institute of Animal Science |
보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 |
한국어
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발행년월 | 2014-01 |
과제시작연도 |
2013 |
주관부처 |
농촌진흥청 Rural Development Administration(RDA) |
등록번호 |
TRKO201400011146 |
과제고유번호 |
1395030586 |
사업명 |
농업기후변화적응체계구축 |
DB 구축일자 |
2014-07-26
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DOI |
https://doi.org/10.23000/TRKO201400011146 |
초록
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Ⅳ. 연구개발결과
1 세부과제에서 배양액의 pH와 total VFA 농도는 총 28종의 한방식물한약재간의 차이가 없는 것으로 보아서 모든 한약재가 특이하게 발효 자체를 억제하거나, 촉진시키는 효과는 없었던 것으로 판단되었다. 그러나 메탄 저감 효과가 뚜렸했던 대산(마늘), 대황, 오배자에서 acetate(A) 감소 propionate(P) 농도 증가로 A:P 비율이 효과적으로 개선되는 것이 확인되었다. 이들 식물의 적정 첨가량 결정을 위한 실험에서는 첨가량이 증가할수록 총가스발생량은 linear(P <.0001)한 감소를 보였
Ⅳ. 연구개발결과
1 세부과제에서 배양액의 pH와 total VFA 농도는 총 28종의 한방식물한약재간의 차이가 없는 것으로 보아서 모든 한약재가 특이하게 발효 자체를 억제하거나, 촉진시키는 효과는 없었던 것으로 판단되었다. 그러나 메탄 저감 효과가 뚜렸했던 대산(마늘), 대황, 오배자에서 acetate(A) 감소 propionate(P) 농도 증가로 A:P 비율이 효과적으로 개선되는 것이 확인되었다. 이들 식물의 적정 첨가량 결정을 위한 실험에서는 첨가량이 증가할수록 총가스발생량은 linear(P <.0001)한 감소를 보였다. 특히 오배자의 초기 발효 억제가 두드러졌고, 24시간 후의 가스발생량도 대조구에 비하여 27% 감소한 결과는 대황과 대산의 11% 감소와 비교하면 2배 이상 발효가 억제된 것으로 판단된다. 메탄 생성량을 기준으로 평가할 때, 대황과 대산은 0.04g 수준에서도 총가스발생량 감소 없이 70% 이상의 메탄 감소효과가 있는 것으로 그리고 오배자는 0.02g 첨가 수준이 발효에 영향을 주지 않으면서 메탄도 약 34% 감소하는 효과가 있는 것으로 추정되었다. Monensin 첨가량이 증가하면서 acetate 농도는 무첨가구와 비교하여 감소하는 경향을 보였고, propionate는 증가하였으나 유의성은 없었다. 이러한 결과로 A/P 비율은 감소하는 경향(P=0.07)을 보여주었다. Monensin 첨가수준 증가는 total gas 생산량에 영향을 주지 않았으나, 발효 12시간까지는 메탄발생량을 유의적으로(P<0.001) 감소시키는 효과가 있었다. 대황과 대산은 monensin과 같이 total VFA와 total gas 생산량에는 영향을 주지 않았으며, A/P 비율과 ammonia-N 농도 감소 효과는 momensin 보다 효과적인 결과를 보였다. 오배자는 total VFA 농도에 영향을 주지 않았으나, total gas 생산량을 약 60% 감소시켰다. 따라서 A/P 비율 및 ammonia-N 농도 감소, 그리고 메탄 저감효과가 확인되었음에도 메탄저감제로 사용하기에는 문제가 있는 것으로 판단된다. 따아서 최종적으로 total VFA 및 각 VFA 농도 및 total gas 생산에 영향을 주지 않으면서 메탄 저감 효과가 가장 좋았던 대산을 선정하여, in vivo을 수행하였다. 본 연구 기간 동안에 보여준 반추위 발효 특성과 메탄 농도 변화는 이상의 추론이 가능하다는 것을 보여준다. In vivo 실험에서도 대황은 in vitro 실험결과와 같이 total VFA에는 영향을 주지 않으면서 처리 전후의 일간 및 평균 C2/C3 비율을 유의적으로 개선하는 효과(P<0.001)를 보여주었다. Ammonia-N 농도와 메탄의 유의적인 감소는 대황이 메탄생성균 다양성을 변화시켰기 때문으로 생각된다.
1협동과제에서는 오미자박 추출물, 대황, 오배자, 발효 도라지 추출물 그리고 뽕잎 등에서 우수한 반추위 메탄 저감효과를 나타내었다. 대황의 경우 산업화를 위한 최적 발효조건을 검토하였으며, 그 결과 마늘즙, 양파즙, 포도당, 효모추출물 및 MgSO4 등을 이용한 배지에서 가장 잘 발효가 되는 것으로 나타났으며, 항균활성 또한 상당히 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 본 연구에서는 국내 부존 사료자원들 중에서 농업 부산물인 땅콩대, 마늘대, 콩껍질, 들개대, 엄나무, 뽕나무 등을 이용하여 사료적 가치와 반추위 발효형태에 미치는 영향을 조사하였다. 암모니아태 질소, 건물소화율, 메탄생성량 그리고 휘발성 지방산 생성량을 고려할 경우, 들깨대가 가장 우수한 효과를 나타내었다. 즉 들깨대는 상대적으로 낮은 메탄 생성량을 나타내면서 동시에 우수한 암모니아태 질소 생성량 및 건물소화율을 나타내었고, 휘발성 지방산 생성량은 다소 낮은 경향이 있으나 볏짚에 비하여 우수한 생성량을 나타내었다.
Abstract
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○ Title : Development of potential methanogenic inhibitor for ruminant from enteric fermentation
A screening experiment was conducted to evaluate the potential of 28 medicinal plants as antimethanogenic additives in ruminant feed. Effect of addition of these plants, which were incorporated to the
○ Title : Development of potential methanogenic inhibitor for ruminant from enteric fermentation
A screening experiment was conducted to evaluate the potential of 28 medicinal plants as antimethanogenic additives in ruminant feed. Effect of addition of these plants, which were incorporated to the fermentation substrate (200mg corn starch powder), on ruminal fermentation and methane production were studied in vitro in batch cultures of mixed rumen microorganisms. Serum bottles containing the sustrate, 20mg of the plant additives tested and 30ml of buffered rumen fluid (24ml rumen fluid + 6ml culture medium) were incubated at 39℃ for 24hr. Only three plants (Rheum palmatum, Melaphis chinenesis, Allium sativum) showed the depression in methane production, with no adverse effects on total gas and VFA production in vitro.
The next experiment aimed to identify optimum dose levels of three plants selected from the previous screening assay. Amounts added of these were corresponding to 0.33, 0.67, 1.33g/L in the medium, respectively, and caused similar changes in rumen fermentation pattern, resulting in a dose-dependent linear decrease in methane production and in the acetate to propionate ratio. In this in vitro system, the higher dose of Rheum palmatum and Allium sativum caused a decrease in methane production up to 70% with no adverse effects on total gas and VFA production, whereas the lower dose of Melaphis chinenesis (0.67g/L) may have a decrease in methane production from ruminal fermentation.
The third experiment was repeated on two separate days and included a positive control with monensin (10, 30, 50ppm). In vitro gas production and total VFA were not affected as dose level of monensin, Rheum palmatum and Allium sativum invreased, whereas those were decreased as Melaphis chinenesis concentration increased. Addition of Rheum palmatum resulted in decrease (up to 72% and ) in methane production even comparing with the monensin within first 12 hour fermention, whereas Allium sativum showed similar change in methane production.
The final study was conducted to evaluated the effect of Rheum palmatum on ruminal fermentation, methane concentration in ruminal gas production and microbial diversity in Hanwoo. Four Hanwoo (Average BW 558 ± 46.3kg) with ruminal cannulars were adapted to basal diets (7kg of concentrate and 2kg of rice straw, as fed basis) and metabolic crate for 14 d. In this study, most archaea bacteria detected were probably methanogens belonging to rumen. Rheum palmatum decreased CH4 production by influencing methanogens’ numbers anddiversity between control and treatment confirmed by 454 pyrosequencing analysis. The phytochemical compounds present in the Rheum palmatum may causealteration in the methanogens, there by decreased CH4 production.
○ Title : Development of potential antimethanogenic feed additives for ruminant
The amount of produced greenhouse gas from animal industry is predicted as about 4.1 - 7.1 billion ton per a year based on carbon dioxide and it is 15 - 24% of total green house gases from agriculture. Therefore, the contribution of animal industry in global warming is regarded as high. However, animal farming, particularly the ruminant animal, is an essential industry in supplying food for human being. Recently, even its an importance in food, animal industry is under-estimated its value and/or importance since its impact on global environment. So the development of effective way for reducing the production of green house gas from the ruminant animal is crucial for the maintenance of animal industry and protection of the earth. The present study was conducted to develop a technique to reduce green house gas production from the ruminant animal. Total 11 different plants were used as sources of extraction and fermentation. Extracts were prepared with raw and fermented plants using hot water and ethanol. Four different essential oils were also employed in the experiment. Extracts and essential oils were investigated for their effectiveness on the reduction of enteric methane production by in vitro rumen simulated fermentation technique. As a result, effective methane reductions were found in the extracts of a by-product from Schisandra chinesis extract, Rheum, Rhus, fermented Platycodon, and Morus alba leaf.
Rheum was selected for its superior activity on methane reduction compared to others. Optimum fermentation conditions were investigated for its further industrialization. For optimum and industrial medium ingredients, various medium ingredients including agricultural by-product were investigated. As a result, total 5 ingredients - garlic juice (carbon source), onion juice (carbon source), glucose, yeast extract and magnesium sulfate – were selected as effective ingredients for antibacterial activity.
The present study evaluated the feed value and effects on ruminal fermentation for various agricultural by-products: peanut stalk, garlic stalk, green pea hull, green perilla stalk, Kalopanax tree branch and leaf and mulberry branch. The ruminal pH, total gas production, methane content in gas, ammonia nitrogen production, dry matter digestibility and volatile fatty acids productions from rumen fermentation with different agricultural by-product were determined. green perilla stalk was detected as a valuable resources under the consideration of ammonia nitrogen production, dry matter digestibility, methane reduction and volatile fatty acids production. It showed relatively low production of methane and high ammonia nitrogen and dry matter digestibility at the same time. Volatile fatty acids production in green perilla stalk was higher than the rice straw, a largely used agricultural by-product for roughage source of the ruminant in Korea.
The present study suggested a valuable candidates for the achievement of environment friend technique for enteric methane reduction in the rumen. A roughage source that is beneficial for methane reduction and ensuring rumen fermentation was also suggested in this study.
목차 Contents
- 표지 ... 1
- 제 출 문 ... 2
- 요 약 문 ... 4
- SUMMARY ... 7
- 목차 ... 10
- 제 1 장 서 론 ... 11
- 제 2 장 국내외 기술개발 현황 ... 13
- 제 3 장 연구개발수행 내용 및 결과 ... 15
- 제1절 천연생리활성물질을 이용한 반추가축 장내발효 메탄저감제 개발 ... 15
- 제2절 국내 자생 식물자원을 이용한 반추위내 메탄가스 저감 복합사료의 개발 ... 39
- 제 4 장 연구개발목표 달성도 및 대외기여도 ... 70
- 제1절 목표대비 달성도 ... 70
- 제2절 정량적 성과 ... 70
- 제 5 장 연구개발결과의 활용계획 ... 71
- 제 6 장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 71
- 제 7 장 기타 중요 변동사항 ... 71
- 제 8 장 국가과학기술종합정보시스템에 등록한 연구장비 현황 ... 71
- 제 9 장 참고문헌 ... 72
- 끝페이지 ... 78
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