초록 ▼

Ⅳ. 연구개발결과
가. 제1세부연구과제 : 기존 반추위 발효촉진제의 개선을 통한 고부가가치 물질 생산 및 사료원료용 발효배양물의 발효패턴 확립
반추위추출물의 발효를 위한 유용 미생물의 탐색 실험결과, 초기 성장 효율과 최대 균체성장이 가장 우수한 유산균은 Lactobacillus plantarum으로 나타났다. 또한 발효액의 pH 저하효과와 성장효율을 분석한 결과 Lactobacillus plantarum이 가장 높게 나타났다. 반추위추출물의 발효 시간 8시간과 12시간을 제외하고는 모든 시간에서 유산균을 접종한 처리군이

Ⅳ. 연구개발결과
가. 제1세부연구과제 : 기존 반추위 발효촉진제의 개선을 통한 고부가가치 물질 생산 및 사료원료용 발효배양물의 발효패턴 확립
반추위추출물의 발효를 위한 유용 미생물의 탐색 실험결과, 초기 성장 효율과 최대 균체성장이 가장 우수한 유산균은 Lactobacillus plantarum으로 나타났다. 또한 발효액의 pH 저하효과와 성장효율을 분석한 결과 Lactobacillus plantarum이 가장 높게 나타났다. 반추위추출물의 발효 시간 8시간과 12시간을 제외하고는 모든 시간에서 유산균을 접종한 처리군이 높은 균수를 나타내어 유산균의 접종이 가능한 것으로 판단되었다. 반추위추출물을 포함하는 발효물의 최적 배지조성으로 moisture 40%, rumen content 20%, inoculation rate 1%, molasses 5%, corn starch 5%, soybean meal 5%, wheat bran 34.7%, NH4Cl 0.1%, rice husk 4%, K₂HPO₄ 0.1%, CaCl₂ 0.1%, NaCl 0.1%의 배지조성을 도출하였고, 반추위추출물을 제외한 나머지 원료의 비용은 약 270원/kg으로 경제적이었다. 상기 배지조성으로 배양한 후에 효소활성을 평가한 결과 amylase, cellulase, xylanase가 각각 198.41, 39.68, 41.08 U(μmol glucose/min)/g의 활성을 나타냈다. 본 결과는 기존제품에 비하여 amylase는 5배, cellulase는 0.9배, xylanase는 33배 향상되었다. 반추위추출물의 첨가량 증가를 통한 품질 향상을 위하여 얻어진 기본배지에 반추위추출물을 30～40%까지 첨가할 수 있는 것으로 나타났다. 효소활성의 향상을 위하여 접종된 바실러스와 효모의 생존성을 평가한 결과, 개량된 배지에서 1×10⁹ cfu/g 이상의 균체생성량이 나타났다.
반추위추출물 발효물 생산 및 대량 공정 확립 실험은, 반추위추출물을 40%로 많이 사용하면서 수분함량을 41.5% 상태에서 발효를 위한 배지 조성을 확립하였다. Lactobacillus plantarum과 Saccharomyces cerevisea를 접종한 후 30℃에서 3일 동안 배양하면서 Cell counting을 조사한 결과 대조군에 비교하여 높았으며 배양 1일 후 균의 증식이 제일 높았다. 배양 후 1일째 pH는 starter를 접종한 것이 4.3으로 떨어졌다. CP, NDF, ADF, DM 함량은 starter를 접종한 것이 대조군에 비교하여 높았다
반추위추출물 제품화 공정 확립을 위해서는 (주)자연과 기술 공장 현장에서 Lactobacillus plantarum과 Saccharomyces cerevisea를 접종한 후 반추위추출물의 발효 TMR용 제품 (3톤)을 생산하는 과정에서 pH변화와 Cell counting을 측정한 결과 최종 제품은 pH 4.8, 균수는 108 CFU/g으로 나타났다.
나. 제2세부연구과제 : 반추위추출물의 습식TMR 사료원료이용 연구
반추위추출물은 건물기준 조단백질 15.2%, 조섬유 23.3% 및 TDN 62.1%로 사료 내 단백질원으로 널리 이용되고 있는 부산물인 주정박과 단백질함량이 비슷하고, 알팔파, 비트펄프등과 섬유소 함량이 유사하여 가격이 비싼 조사료를 일부 대체할 조섬유원으로서의 이용가치가 있을 것으로 보인다. 그러나 반추위추출물의 수분함량이 약 81∼85%로 매우 높아 사료로 이용하려 할 경우 별도의 압착처리공정을 거쳐야 할 것으로 보인다. In vitro 소화율 실험에서는 배양 후 72시간 경과 시 건물 및 유기물 소화율이 도축장 5곳 평균 각각 39 및 42%로 나타났으며, in situ 소화율 실험에서는 배양 후 72시간 경과 시 건물 및 유기물 소화율 결과에서 도축장 5곳 평균이 각각 56 및 58%로 나타났다.
한우 비육우 대상 반추위발효촉진제의 효능평가 사양실험에서는 사양실험 초기(0∼69일)까지 반추위발효촉진제 4 및 6%를 첨가한 처리구가 대조구 및 2% 처리구에 비해 일당증체량이 평균 약 0.2kg 높았고, 사료전환효율은 평균 3.03 개선된 것으로 나타났으나, 실험 후반기 및 전체 실험 결과에서는 대조구 및 처리구간의 차이가 없었다. 따라서 반추위발효촉진제를 한우 비육우에 급여했을 시 급여 후 69일까지 일당증체량 및 사료전환효율에 효과를 보이는 것으로 나타났다.
반추위추출물을 한우 비육우의 습식TMR 사료 원료로 이용한 사양실험에서는 총 151일간의 실험에서 대조구(475.4kg), 5% 처리구(477.3kg) 및 10% 처리구(448.6kg)간의 통계적인 차이가 없었다. 일당증체량도 대조구, 반추위추출물원료 5 및 10% 처리구에서 각각 0.89, 0.87 및 0.88로 나타나 통계적인 차이는 없었으며, 사료전환효율은 대조구, 반추위추출물원료 5% 및 10% 처리구에서 각각 15.8, 16.4 및 16.5로 나타났으나 통계적인 차이는 없었다. 이를 종합하여 반추위추출물은 습식TMR 사료원료 대체원으로 이용이 가능함을 확인하였다.
다. 제1협동연구과제 : 반추위 내용물을 활용한 가축 사료화 연구
육성기 및 비육기의 거세한우 그리고 젖소의 반추위액에 대하여 비육기와 육성기 한우의 반추위액 측정 결과 pH는 건초 섭취량이 많았던 홀스타인에서 7.05로 높게 나타났다. Total VFA는 한우에 비해 Holstein에서 낮게 나타났으며 A:P 비율은 Holstein에서 높게 나타났다. 반추위 미생물에서는 박테리아는 차이가 없었으며 프로토조아에서 한우 비육후기가육성기 한우와 Holstein 보다 더 적게 나타났다.
반추위액 발효물 급여가 반추위 발효성상 및 소화율에 미치는 영향의 결과로 볏짚과 옥수수의 반추위 소실율은 Rice straw(24h)에서 반추위 부산물 2%첨가구에서 가장 높게 나타났으며 옥수수(12h)에서는 6%첨가구에서 가장 높게 나타났다. 반추위 pH는 반추위 부산물을 급여한 처리구에서 5시간 이후에 pH가 안정되었다. 암모니아 농도는 0, 1시간에는 반추위 부산물 첨가구에서 높게 나타났지만 5시간이 지나면서 4%의 처리구만 제외하고 오히려 암모니아가 줄었다. 미생물군의 변화는 박테리아에서 4%의 처리구에서 다른 처리구보다 다소 높게 나타났고 프로토조아는 첨가량을 늘리고 시간이 지남에 따라 늘어났으며 곰팡이는 4%에서 높게 나타났다.
반추위 내용물의 체내 소화율과 반추위 발효 성상 측정 결과로 pH 변화에서는 40%첨가구에서 낮은 pH를 보였다. 암모니아 측정에서 급여 후 3시간까지는 40%첨가구에서 높게 나타났으며 5시간후에는 차이가 없었다. Total VFA농도는 급여후 1시간까지는 첨가구에서 높게 나타났지만 3시간째에는 차이가 없고 5시간 후에는 처리구에서 더 낮게 나타났다. 그리고 A:P비율은 대조구보다 처리구에서 첨가량을 증가시킬수록 낮게 나타났다.
라. 제2협동연구과제 : 반추위추출물을 이용한 반추위 발효촉진제의 생산과 습식TMR 배양물의 대량생산 설비 구축
반추위 내용물을 이용한 발효촉진제의 대량생산과 신제품개발을 통하여 최적화된 제품을 생산할 수 있게 되어 매출증대를 할 수 있었다. 또한, 제품의 기능향상과 최적발효조건을 설정함으로써 생산비용의 절감효과(30,000원/톤)를 도출하였다. 반추위발효촉진제 및 습식TMR 사료원료 대량생산을 위해 ‘원료 자동계측, 원료투입, 혼합, 대량배양, 자동건조, 냉각기, 자동포장‘의 순서로 대량생산체계 확립하였고, 습식TMR 원료로써 고수분 함량 원료의 대량생산체계를 갖추어 현장에 보급할 수 있는 시설을 구비함으로써 기존 TMR공장에서 판매되고 있는 가격보다 약 20원/kg 절약할 수 있게 되었고, 향후 전체적인 보급이 될 경우 경제적인 효과가 기대된다.

Abstract ▼

1.
This study was conducted to establish the plant-manufacturing scheme by screening microorganisms and determining optimal medium composition for the fermentation of slaughterhouse rumen contents. The initial growth efficiency and maximum growth of cells were most excellent in Lactobacillus plan

1.
This study was conducted to establish the plant-manufacturing scheme by screening microorganisms and determining optimal medium composition for the fermentation of slaughterhouse rumen contents. The initial growth efficiency and maximum growth of cells were most excellent in Lactobacillus plantarum. Lactobacillus plantarum appeared also most highly in both pH decrease and growth parameters(μmax) during the fermentation of rumen contents. Optimal medium composition for the fermentation of rumen contents was moisture 40%, rumen content 20%, inoculation rate 1%, molasses 5%, corn starch 5%, soybean meal 5%, wheat bran 34.7%, NH4Cl 0.1%, rice husk 4%, K₂HPO₄ 0.1%, CaCl₂ 0.1%, NaCl 0.1%, CaCl2 0.1% and NaCl 0.1%. The cost of the remaining materials except for the rumen contents was approximately 270 won/kg and economic. After incubation with the above medium composition, the activities of amylase, cellulase and xlanase were 198.41, 39.68, 41.08 U (μmol glucose/min)/g, respectively. The results showed 5-fold high amylase activity, 0.9-fold cellulase activity and 33-fold high xylanase activity compared to previous products. For the improvement of the quality with increasing rumen contents, the rumen contents could be added up to 30~40% in basal medium. The viabilities of inoculated Bacillus and yeast for the improvement of enzyme activity showed 1×10⁹ cfu/g or more of biomass production in the improved medium. Fermentation medium composition was established by using rumen contents 40% and moisture content 41.5%. After inoculation with Lactobacillus plantarum and Saccharomyces cerevisea and 3 days incubation at 30 ℃, cell counting was higher compared to the control group after 1 day incubation and was the highest. When inoculated by starter cultures, the pH was dropped to 4.3 after 1 day. CP and ADF contents of starter culture inoculating group were higher than control group but NDF and DM contents were low compared to the control group. In plant fermentation of rumen contents for TMR (3 tons) by using Lactobacillus plantarum and Saccharomyces cerevisea, pH and cell counting of final products showed pH 4.94 and 10⁷∼10⁸ CFU/g, respectively.
2.
This study was conducted to investigate slaughter(rumen) by-products for feed additives and TMF (Total Mixed Ferments) materials. Rumen by-products were collected from five slaughterhouses in South Korea and all samples were dried at 60℃ for 48 hours and ground for analysis chemical compositions. In the first trial(in vitro and in situ trial), in vitro dry matter digestibility (IVDMD, %), in vitro organic matter digestibility(IVOMD, %), in situ dry matter digestibility (ISDMD, %) and in situ organic matter digestibility(ISOMD, %) at 0, 6, 12, 24, 48 and 72 h were examined. The results of in vitro and in situ trial were as follows; the average IVDMD, IVOMD, ISDMD and ISOMD at 72 h incubation time were 39, 42, 56 and 58 %, respectively. In the second trial(in vivo trial 1), effects of feed additives(made of rumen by-products) on live weight(initial, medium and final), average daily gain and feed conversion ratio of finishing Hanwoo steers(initial weight; 502±18 kg). Treatments were control (no rumen feed additives), T2 (2% rumen feed additives/steer/day), T4 (4% rumen feed additives/steer/day) and T6 (6% rumen feed additives/steer/day). Summary of results were as follows; The initial, medium and final live weight did not show any statistical differences between control and treatments. Average daily gain and feed conversion ratio were higher (0.16 kg/day and 3.03/day, respectively) in T4 and T6 than control and T2 for 69 experimental days. In the third trial(in vivo trial 2), effects of TMF (contained rumen by-products 5 % and 10 %) on live weight(initial, medium and final), average daily gain and feed conversion ratio of finishing Hanwoo steers(initial weight; 325±50 kg). Treatments were control (no rumen by-products), TMF5 (contained 5 % of rumen by-products) and TMF10 (contained 10 % of rumen by-products). Summary of results were as follows; The initial, medium and final live weight, average daily gain and feed conversion ratio did not showed any statistical differences between control and treatments. Thus, rumen by-products can be utilized as valuable feed additives and TMF materials.
3.
To evaluate the possibility of recycling the rumen fluid into feed, rumen fluid was analyzed to determine the effect of rumen fluid on the characteristics of nutrition, rumen microbial, and the rate of fermentation and digestability. Dry matter of rumen fluid from Hanwoo steers in growing and fattening period contained 30∼40% crude fiber, 10∼20% crude protein, 8∼13% crude ash and 40% nitrogen free extract, and pH was higher (7.05) in Holstein fed more hay than other groups. There was less volatile fatty acid (VFA) in Holstein compare to Hanwoo but no difference found within Hanwoo group. Furthermore, Holstein had greater acetate (A) and isobutyrate but lower propionate (P) and butyrate content showing the highest A:P ratio. There was no difference in rumen microbial but protozoa content was higher in Hanwoo during fattening period followed by growing period than in Holstein. Supplement of fermented rumen fluid also affected fermentation characteristics and digestability rate. The rate of rumen dry matter disappearance was highest in groups supplemented with 2% and 6% fermented rumen fluid in hay and corn, respectively. Ammonia concentration was higher in 4 and 6% fermented rumen fluid supplement at 0 and 1h, but decreased to control level in 2 and 6% supplement group at 3 to 5h. Content of bacteria and fungi was increased by administrating 4% of fermented rumen fluid but protozoa needed more time and amount of supplement. Rumen cannulated Hanwoo steers at early fattening period were divided into groups which fed normal (control), 20 and 40% fermented rumen fluid and pH, ammonia, and volatile fatty acid was measured. There was no changes in pH from 0, 1, 3, 5h after treatment between control and 20% supplement group but pH was lower in 40% supplement group compare to control. Ammonia content was higher in 40% supplement group after 1 and 3h than other groups. Total volatile fatty acid was significantly higher in 40% supplement group at 1 and 3h after treatment compare to control. These results imply that fermented rumen fluid can be utilized as valuable feed additives.
4.
In the present study, we investigated Fermentation Accelerator of optimization mass products system and new products use rumen contents. In addition, we developed High moisture TMR sources and mass product system so we prepare propagation facilities to field this will saved production cost(20won/kg).

목차 Contents

• 제출문 ... 1
• 요약문 ... 3
• SUMMARY ... 7
• 제1장 서 론 ... 10
• 제1절 연구개발의 필요성 ... 10
• 제2절 연구개발의 범위 및 목적 ... 11
• 제2장 국내외 기술개발 현황 ... 13
• 제1절 도축부산물의 국내 발생 현황 및 관련 법안 ... 13
• 제2절 국내외 도축부산물 이용 제품 및 연구 현황 ... 14
• 제3장 연구개발수행 내용 및 결과 ... 15
• 제1절 기존 반추위 발효촉진제의 개선을 통한 고부가가치 물질생산 및 사료원료용 발효배양물의 발효패턴 확립 ... 15
• 제2절 반추위추출물의 습식TMR 사료원료이용 연구(제2세부) ... 30
• 제 3절 반추위 내용물을 활용한 가축 사료화 연구 ... 42
• 제4절 반추위추출물을 이용한 반추위 발효촉진제의 생산과 습식 TMR 배양물의 대량생산 설비 구축(제2협동) ... 52
• 제4장 연구개발목표 달성도 및 대외기여도 ... 54
• 제1절 목표대비 달성도 ... 54
• 제2절 정량적 성과 ... 56
• 제5장 연구개발결과의 활용계획 ... 57
• 제6장 중요 변동사항 ... 58
• 제7장 참고문헌 ... 59
• 끝페이지 ... 69