Ⅰ. 서 론

 헤일리지는 저수분 사일리지(low-moisture silage)라고도 불리며, 수분함량을 50% 이하로 낮추어 조제한 사일리지를 말한다. 이러한 헤일리지의 조제 목적은 수분함량을 낮춤으로써 건물섭취량을 증가시킬 수 있으며 조제과정 중 단백질 분해와 삼출액으로 인한 손실을 줄이기 위한 것이다. Gordon (1967)은 재료의 수분함량은 사일리지의 영양성분 농도, 삼출액 및 발효양상에도 많은 영향을 미친다고 보고하였고, Zimmer (1973)은 재료의 수분함량은 CO₂의 생성이나 건물손실에 영향을 미친다고 보고하였다

최근 국내 배합사료 가격뿐만 아니라 수입건초 가격까지 급격히 상승하여 축산농가에서는 경영난을 겪고 있는 실정이다. 이 시점에서 축산농가의 생산비 절감을 위해 정부에서는 부단히 노력을 기울이고 있으며, 농촌진흥청에서는 양질 조사료 증산을 위해 건물수량이 높고 사료가치가 우수한 사료작물을 개발하여 보급하고 있다(Park 2008). 사료작물은 수입 조사료에 비해 사료가치가 높고 가격이 싸기 때문에 대외경쟁력이 높고(Kim and Seo, 2006; Kim et al, 2007), 종실뿐만 아니라 잎과 줄기를 포함하고 있어 조사료와 농후사료의 기능을 동시에 가지고 있다. 우리나라에서 생산되고 있는 사료맥류는 주로 수분함량이 60~65% 사이의 사일리지 형태로 유통되고 있고, 사료맥류를 이용한 건초나 헤일리지 조제에 관한 연구는 아직 미미한 실정이다. 

일반적으로 저장 조사료는 건초가 가장 우수한 것으로 알려져 있으나 우리 나라는 온대 몬순 기후대에 해당되어 사료맥류 수확시기에 비가 자주 오기 때문에 건초를 제조하는 것이 매우 어려운 것으로 되어 있다(Kim et al, 2006). 그러므로 여러 가지 여건상 축산농가는 건초대용으로 볏짚을 활용하고 있어 유기물환원 부족에 따른 논 토양 생산성 저하 등 여러 가지 문제점을 야기하고 있다. 

따라서 이 연구는 동계 사료맥류를 활용하여 건초 대용 양질의 헤일리지 생산 가능성을 검토하기 위하여 맥종별 수확시기, 적정 건조시간 및 헤일리지 품질을 검토하였다. 

Ⅱ. 재료 및 방법

1. 시험재료

시험재료는 농촌진흥청 국립식량과학원 벼맥류부에서 개발한 사료맥류 품종으로 호밀(곡우), 청보리(영양), 귀리(삼한), 트리티케일(신영), 총체밀(청우) 모두 5맥종 5품종이었다. 

2. 재배 및 수확방법

본 시험은 2010년 10월부터 2012년 6월까지 2년간 전북 익산에 소재한 국립식량과학원 벼맥류부에서 실시하였다. 파종양식은 휴폭 150cm, 파폭 120 cm, 휴장 6 m에 휴립광산파를 하였으며, ha당 파종량은 청보리 220, 호밀 240, 귀리 170, 트리티케일과 총체밀은 220 kg 이었다. 시비량은 청보리 표준시비량인 ha당 N₂ 118 kg, P₂O₅ 74 kg, K₂O 39 kg를 기준으로 하였는데, 이 중 질소는 기비로 40%, 추비로 60%로 분시 하였으며, 인산과 칼리는 전량 기비로 시용하였다. 수확 시기는 호밀의 경우 출수 후 10일, 20일 및 30일에 수확하였고, 다른 품종은 유숙기, 황숙초기 및 완숙기 등 각 3회에 걸쳐 수확하였으며, 품종별 출수일은 곡우호밀 4월 21일, 영양보리 4월 27일, 청우밀 5월 1일, 트리티케일 5월 3일, 귀리 5월 9일이었다. 맥류의 수확시기인 5월 1일부터 6월 20일까지의 기상요인 중 헤일리지 재료의 수분함량에 가장 많은 영향을 미칠 것으로 생각되는 외부온도와 품속 자료는 Fig. 1과 같다. 

Fig 1. Daily weather items on 1 May 20 June, Mean of 2011 2012 and Normal year.

3. 예건 및 헤일리지 조제

맥종별로 생육시기에 맞게 수확하고 수분함량을 측정한 후, 포장에서 예건하였다. 수분함량 조절과 예건 소요시간을 예측하기 위하여 4, 8, 24, 32시간 후에 수분함량을 측정하였다. 수분함량이 40~45% 정도 되는 시료를 1~2 cm 길이로 자른 다음, 10 L 실험용 사일리지 용기에 충진 하고 밀봉하여 90일간 실온에 보관한 후 분석에 사용하였다. 

4. 사료가치 분석

분석용 시료는 각 품종의 수확기별로 반복마다 1 kg씩 시료를 취하여 70℃ 순환식 건조기에 60시간 이상 건조한 후 건물 중량을 칭량하여 건물함량을 산출한 다음 이를 분쇄기로 분쇄하여 분석에 이용하였다. 시료의 조단백질은 AOAC (1995) 방법으로, neutral detergent fiber(NDF)와 acid detergent fiber (ADF)는 Goering과 Van Soest (1970)의 방법으로 분석하였다. Total digestible nutrients (TDN)는 ADF와 NDF의 건물소화율 및 섭취량과 높은 상관관계를 가진다는 점에 근거하여 TDN(%) = 88.9 - (0.79 × %ADF)의 계산식을 이용하여 산출하였다(Holland,1990). 

5. 헤일리지의 pH 및 유기산 분석

헤일리지 시료는 보관용기 개봉과 동시에 시료를 채취하여 분석용 플라스틱 통에 넣은 후 냉동고( -80℃ )에 보관하였다가 분석에 이용하였다. pH는 시료 10 g과 3차 증류수 100 ml를 취하여 4 에서 shaking한 다음 24시간 정치시킨 후 상층액을 취하여 측정하였다. 유기산은 pH에서와 같은 방법으로 상층액을 취한 후 여과지(Watman No. 2)로 여과를 거친 후 다시 0.45 μm syringe 필터로 최종 여과를 거친 후 HPLC를 이용하여 분석하였다. 유기산의 분석조건은 Table 1과 같다. 

Table 1. HPLC conditions for the analysis of organic acids

6. 통계분석

이 실험에서 얻어낸 데이터는 SAS Ver. 9.1 program (SAS, 2002)을 이용하여 분산분석을 실시하였으며, Duncan’s multiple range test에 의하여 5% 유의수준에서 처리구간의 통계적인 차이를 구명하였다. 

Ⅲ. 결 과

1. 수확시기 및 건조시기에 따른 맥종별 수분함량

수확시기 및 건조시간에 따른 맥종별 수분함량의 변화는 Table 2와 같다. 

Table 2. Changes in moisture content of winter cereal crops for forage at different harvest stages and pre-wilting times

유숙기에 수확하면 맥종 모두가 70~75%의 수분을 함유하고 있으므로 포장에서 32시간 이상 예건을 하여야 헤일리지를 만들 수 있다. 황숙기에 수확하면 보리, 트리티케일은 4~8시간, 밀과 귀리는 24시간 정도 소요되고, 완숙기에 수확하면 영양보리와 트리티케일은 수분함량이 40% 정도로 바로 헤일리지를 만들 수 있으며 호밀을 제외한 기타 맥종도 수확 후 4시간만 포장건조 하면 바로 헤일리지 재료로 사용할 수 있다. 

2. 맥종별 조사료 생산성

수확시기에 따른 맥종별 조사료의 생산성은 Table 3과 같다. 생초수량, 건물수량, TDN수량은 수확시기와 맥종에 따라 유의적인 차이를 나타냈다(p<0.05). 생초수량은 맥종별로 수확시기가 늦어질수록 감소하는 경향이었고, 건물수량과 TDN수량은 맥종 및 수확시기에 따라 차이가 있어 완숙기로 갈수록 증가하였으나 트리티케일, 총체밀은 황숙기에 가장 높은 값을 보였다(p<0.05). 맥종별로 생산성은 트리티케일>귀리> 밀> 영양보리, 호밀 순이었다(p<0.05). 

Table 3. Changes in productivity of winter cereal crops for forage at different harvest stages

3. 맥종별 사료가치

수확시기에 따른 맥종별 헤일리지 조제 전후의 사료가치는 Table 4와 같다. 조단백질 함량은 맥종 모두 유숙기에서 완숙기로 갈수록 낮아지는 경향이 보였다(p<0.05). 맥종별로는 총체밀이 평균 8.3%로 높게 나타났고, 청보리와 트리티케일이 평균 6.7% 정도로 낮은 경향을 보였다. NDF와 ADF함량도 모든 맥종에서 수확시기가 늦어질수록 낮아지는 경향을 보였고(p<0.05), 맥종별로는 호밀이 평균 64.7%, 39.1%로 가장 높았고, 밀이 44.9%, 24.4% 로 가장 낮았다. TDN함량은 수확시기가 늦어짐에 따라 증가하는 경향을 보였고, 맥종별로는 총체밀, 영양보리에서 각각 68.8%, 67.5%로 높게 나타났다. 이러한 경향은 맥종별로 조제한 헤일리지에서도 같았으며, 헤일리지 조제 전 후를 비교해 볼 때, 헤일리지에서 단백질 함량이 0.4~1% 높게 나타났고, NDF와 ADF 함량은 비슷한 값을 보였다. 

Table 4. Changes of feed value of haylage of winter cereal crops for forage at different harvest stages

4. 맥종별 헤일리지 발효품질

수확시기에 따른 맥종별 헤일리지 품질은 Table 5와 같다. pH는 모든 맥종에서 모두 수확시기가 늦어질수록 높아지는 경향을 보였다. 젖산함량은 맥종별 모두 유숙기에 가장 높은 값을 보였고, 수확시기가 늦어질수록 감소하였다(p<0.05). 초산도 수확시기가 늦어짐에 따라 감소하는 경향을 보였고, 낙산은 검출되지 않았다. 맥종별로 보면 젖산함량이 호밀>총체밀>트리티케일>보리>귀리 순으로 호밀이 평균 3.68%로 가장 높은 값을 보였고, 보리, 귀리가 각각 2.63%, 2.47%로 낮은 값을 보였다. 

Table 5. Changes of pH and organic acid content of haylage of winter cereal crops for forage at different harvest stages

Ⅳ. 고 찰

총체맥류를 활용한 헤일리지 조제 및 품질에 대한 연구는 거의 없는 관계로 맥종 및 수확시기와 우리나라 기상 여건을 고려한 연구는 그 의미가 크다. 연구결과로 볼 때 모든 맥류를 유숙기에 수확할 경우에는 재료의 수분함량이 높고 5월 초 중순에는 건조에 도움을 주는 기온이 낮아 헤일리지를 조제하는데 어려움이 있다. 그러나 황숙기가 되면 수분함량은 감소하고 수량이 증가될 뿐만 아니라 기상 조건도 5월 말경으로 온도가 높아 하루나 하루반나절 예건을 하면 우수한 헤일리지 재료를 생산할수 있다. 완숙기는 예건을 하지 않아도 예취후 바로 헤일리지 재료로 활용할 수 있으나 생육후기로 가면서 단백질 함량이 많이 감소하고, 또한 수확기도 6월 10일 이후가 되므로 이모작의 어려움 등이 있다. 

수확시기에 따른 맥종별 조사료의 생산성은 건물수량과 TDN 수량은 총체밀을 제외한 기타 품종은 수확시기가 늦어질수록 증가하는 경향을 나타냈다. 총체맥류는 출수기 이후부터는 이삭의 등숙이 진행됨에 따라 이삭 건물중 증가가 전체 건물중 증가에 크게 영향을 미치는 것으로 나타난다고 보고하였다(Kwon, 2003). 또한 Hwang et al. (1985)은 호밀, 보리, 트리티케일 등은 수확시기가 늦을수록 건물수량이 증가한다고 보고하였는데, 본 연구에서도 건물수량이 유숙기부터 완숙기까지 증가하는 경향을 보였다. 그 원인은 출수기 이후부터 이삭의 등숙과 함께 건물중이 증가되면서 건물수량이 증가된 것으로 판단된다. 또한 TDN 수량의 증가도 이삭이 성숙되면서 전체 비율에 대한 전분함량이 많아지고 상대적으로 섬유소 함량의 감소를 초래하여 TDN 수량이 증가된 것으로 생각된다. 그러나 총체밀은 수확시기가 늦어질수록 건물수량이 감소하는 경향을 보였는데 이결과는 Song et al. (2009)의 결과와 일치하였다. 그 원인은 청보리, 귀리, 트리티케일 등은 식물체의 영양기관 내 동화산물의 축적이 감소되는 것을 이삭 내 축적으로 보충한 반면, 총체밀은 이삭으로의 동화산물 전류가 늦어서 후기에 건물수량이 낮아지는 것으로 사료된다. 

수확시기에 따른 맥종별 헤일리지 조제 전후의 사료가치는 조단백질, NDF, ADF의 함량이 유숙기에서 완숙기로 갈수록 낮아지는 경향을 보였고, TDN함량은 증가하는 경향을 보였다. Kwon (2003), Song et al. (2009)은 사료용 맥류의 조단백질과 NDF, ADF 함량은 출수 후 생육기간이 길어질수록 낮아진다고 보고하였다. 이러한 원인은 식물체가 성숙함에 따라 줄기부분은 목질화 되고, 종실부분은 전분함량이 늘어나면서 전체 조단백질 함량이 낮아지는 것으로 생각된다. 또한 종실의 발달과 함께 전분축적은 생육후기로 갈수록 전체 식물체에 대한 종실비율을 증가시켜 NDF, ADF의 함량을 낮추는 원인으로 사료된다. 그러나 호밀은 출수 후에도 줄기가 계속 자라고, 종실의 등숙속도가 기타 맥류에 비해 느리므로 전체 건물중에  대한 줄기 건물중의 비율이 높기 때문에 생육기간이 길어질수록 NDF와 ADF의 함량이 증가하는 것으로 생각된다. NDF, DF는 식물체 구조를 형성하는 세포벽 구성물질로 가축에게 포만감을 느끼게 하고 섭취량 및 소화율과 관련이 있으며, 특히 ADF는 TDN 함량과 직접 연관이 있는 요인으로 이용되고 있다(Holland, 1990). TDN 함량의 증가는 ADF 함량의 감소에서 기인한 것이라는 것을 알 수 있다. 헤일리지 조제 후 단백질 함량이 증가하는 경향을 보였는데, 이는 헤일리지 조제 후 수용성탄수화물의 발효에 기인한 상대적 증가라고 생각된다. Heo et al. (2005)는 맥류 사일리지의 조성분을 조제 전과 비교해보면 수분함량은 대체로 감소하였고, 조단백질 함량은 증가되었다고 보고하였고, Cottyn et al. (1985)도 사일리지의 조제로 조단백질, 조지방 및 조회분의 함량은 증가하고 NFE의 함량은 감소한다고 보고하였다. 헤일리지는 저수분 사일리지로 건초와 달리 발효가 일어나므로 이러한 관점에서 볼 때 이 연구의 결과가 선행연구자들의 결과와 일치한 것 으로 판단된다.

맥종별 헤일리지에서 수확시기가 늦어질수록 pH는 높아지고, 젖산과 초산함량은 감소하는 경향을 보이고 낙산은 검출되지 않았다. 헤일리지의 발효에 영향을 미치는 요인 중에 미생물의 기질로 이용되는 수용성탄수화물이 아주 중요한 역할을 한다. Heo et al. (2005)은 사료맥류에서 수잉기부터 황숙기까지 수확시기가 늦어질수록 수용성탄수화물의 함량은 감소한다고 보고하였는데 이런 수용성탄수화물의 감소가 젖산과 초산함량의 감소에 영향을 미친 것으로 사료된다. 사일리지 발효 시 수분함량이 높으면 pH가 4 이하로 떨어져도 낙산발효 박테리아가 억제되지 않는 경우가 생기며, 낙산발효를 할 때 단백질이 암모니아 및 아민으로 분해되므로 부패가 일어난다. Ohmomo et al.(2002)는 수분이 60% 이하인 사일리지에서 낙산발효가 현저하게 저해된다고 보고하였는데, 헤일리지는 수분이 50% 이하인 저수분 사일리지로 낮은 수분이 낙산의 생성에 영향을 미친 것으로 생각된다. 

Ⅵ. 사 사

본 연구는 2010~2012년도 농촌진흥청 연구개발과제 청보리 소비확대를 위한 용도다양화 및 고급화 연구 에 의해 이루어진 것이며, 이의 지원에 감사드립니다. 

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