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Ⅰ. 서 론

 셀레늄은 1817년 스웨덴 화학자 베르첼리우스에 의하여 금속의 제련과정에서 처음으로 발견되었다(Berzelius, 1817). 처음 발견된 이후로 동물에서 사망과 기형의 원인이 되는 원소로서 알려지면서, 중독성 광물질로 인식되었다(Moxon, 1937). 그러나 Schwarz and Foltz (1958)에 의해 셀레늄이 필수영양소로 흰쥐에서 간조직의 괴사를 예방하고 닭에서 삼출성 소질을 예방하는 것으로 나타났으며, 번식작용(Harrison et al., 1984), 정자성상의 향상(Marin-Guzman et al., 2000), 면역작용(Stabel et al., 1989) 등과 같은 다양한 생리적 작용에 관여함이 밝혀졌다.

 Rotruck et al. (1973)은 셀레늄이 세포 내 항산화 방어체계에서 중요한 역할을 하는 glutathione peroxidase (GSH-Px)의 필수성분이며, Rayman (2000)은 셀레늄이 각종 질병에 관여하는 selenoprotein의 구성성분이라고 하여 셀레늄에 대한 관심이 증대되었고, 음식물을 통한 셀레늄 섭취를 위해 이른바 Se-food system이 등장하게 되었다(Combs, 2001).

 축산물은 현대인의 식생활에서 하루 셀레늄섭취량의 상당히 높은 부분을 차지하고 있기 때문에(Holden et al., 1991; Oster, 1992), 축산물 내 기능성 필수원소인 셀레늄 침착을 위해 사료에 셀레늄급원을 배합하여 가축에 급여시켜(Kelly and Power, 1995), 셀레늄 함량이 높은 셀레늄 강화 축산물을 생산하는 것은 건강에 관심이 많은 소비자의 욕구에 부합되고 축산농가의 경제적 수익증대 및 침체된 축산업에 활기를 주는 촉매제로서의 역할을 한다.

 최근 많은 동물영양학자들이 셀레늄 강화 축산물에 대한 연구를 수행하게 되었고, 사료 내 셀레늄 첨가로 체내 조직 내 셀레늄함량이 유의하게 증가되는 것으로 나타나고 있다(Moksnes, 1983). 또한 근육조직 이외에 우유, 계란 등(Pehrson et al., 1999)과 같은 기타 축산물에도 이행될 수 있다는 여러 연구 결과가 발표되었다.

 한편, 축산물 내 셀레늄축적은 셀레늄의 화학적 형태 및 축종에 따라 그 이용율이 다르고(Surai, 2000), 일반적으로 단위 및 반추동물 모두 체내 셀레늄 축적효율은 무기셀레늄형태보다 유기셀레늄형태가 높은 것으로 알려져 있다(Lawler et al., 2004). 또한, 반추가축은 섭취한 셀레늄의 대부분은 반추위 미생물의 세포벽 물질의 구성성분으로 전환되어 소장에서 다시 분해되어 흡수되므로 셀레늄의 전이 및 축적이 단위가축보다 효율성이 떨어진다고 보고하였으며(Jukola et al., 1996), 이로 인하여 반추동물 특히, 비육우의 조직 내 셀레늄 침착에 관한 연구 자료는 거의 없는 실정이다.

 따라서 본 연구에서는 다양한 수준의 셀레늄 강화 청보리 사일리지 및 무기셀레늄을 비육기 거세한우에 급여하였을 때, 생산성, 혈액성상, 도체형질 및 조직 내 셀레늄 축적에 미치는 영향을 조사하여 비육기 거세한우에 대한 셀레늄 강화 청보리 사일리지의 급여효과를 구명하기 위해 실시하였다.

Ⅱ. 재료 및 방법

1. 공시축 및 시험설계

 시험에 이용된 공시축은 22~23개월 령의 비육기 거세한우 20두(개시체중 567.5 ± 15 kg)를 공시하여 예비기간 10일, 본시험기간 90일간 시험을 실시하였다. 시험설계는 셀레늄 강화 청보리 사일리지의 배합수준 증가에 따라 사료 내 0.1 ppm Se (대조구), 0.3 ppm Se (T1), 0.9 ppm Se (T2) 및 무기셀레늄 0.9 ppm Se (T3) 급여구로 4처리를 나누어 처리구 군당 5두씩 완전임의 배치하여 실시하였다.

2. 청보리의 화학적 조성

 시험에 사용된 두 종류의 청보리 사일리지(셀레늄 강화 및 셀레늄 무처리 관행 청보리 사일리지)는 황숙기에 총체로 수확하여 사일리지를 담근 후, 각각 원료사료로 사용하였고, 각 청보리 사일리지의 화학적 조성은 Table 1과 같다. 셀레늄 강화 청보리의 재배는 일반청보리의 관행 재배방법에 sodium selenate를 ha당 120 g의 셀레늄이 함유되도록 시비하여 셀레늄 강화 청보리를 생산한 후, 사일리지로 제조하였다.

Table 1. Chemical composition of Se-fertilized and non-Se-fertilized whole crop barley silage on dry matter basis

3. 시험사료 및 사양관리

 본 연구에 사용된 시험사료는 조단백질 및 가소화영양소 총량이 각각 건물기준으로 10% 및 74%를 만족하도록 배합하였고, 사료 배합비 및 화학적조성은 Table 2와 같다.

Table 2. Ingredients and chemical composition of experimental diets on dry matter basis

 셀레늄 함량이 다른 청보리 사일리지는 건물기준 30% 함유하도록 배합하였으며, 물은 자동 급수기를 이용하여 자유롭게 섭취할 수 있도록 하였다. 일일 사료섭취량은 1일 2회 급여량과 다음날 아침 사료급여 전 잔여사료를 수거하여 그 차이에 의해 계산하였고, 체중은 30일마다 측정하여 증체량을 기록하여 일당증체량을 구하였다. 사료요구율은 전 실험기간동안 사료섭취량과 실험 종료 시의 증체량을 근거로 다음과 같은 식(사료요구율=사료섭취량/증체량)으로 산출하였다.

4. 시험사료, 혈액 및 도체분석

 시험사료의 일반성분은 AOAC (1995) 방법에 따라 분석하였다. 혈액은 전 두수를 시험종료 시에 각각 경정맥에서 vacutainer로 10 ml를 채혈 및 원심분리하여(3,000 rpm/10 분) －80℃에 보관 후 분석하였고, 총 단백질농도는 비색계(Modular PE, Hitachi, Japan), albumin은 BCG법(Modular analytics, Roche, Germany), 총지질농도는 비색법(Agilent 8453, Germany), 포도당, 혈청 GOT (serum glutamicoxaloacetic transaminase), 혈청 GPT (serum glutamicpyruvic transaminase), 콜레스테롤, 저밀도지방단백콜레스테롤(LDL-cholesterol), 중성지방은 자동생화학분석기(ADVIA 1650, Bayer, Japan), IgG (면역글로불린G)는 Nephelometry법(Nephelometer, Dade Behring, Germany), 혈중 셀레늄농도는 원자흡수광도계(AA800, Perkin-Elmer, Germany)를 이용하여 분석을 실시하였다.

 시험 종료 후 즉시 도축된 공시동물의 등지방 두께는 축산물품질평가원의 등급기준(KAPE, 2012)에 준하여 육류등급판정사에 의하여 측정되었으며, 도체율은 생체중에 대한 도체중의 비율로 계산하였다.

5. 조직 내 셀레늄 함량조사

 사양시험 종료 후, 모든 시험축은 도축장으로 운반되어 조직(신장, 간, 후지) 내 셀레늄함량을 조사하기 위하여 도축 후, 바로 신장과 간을 적출하고, 각 장기에 대하여 100 g의 시료를 채취하여 분석에 이용하였고, 등급판정 후, 100 g의 후지를 채취하여 분석 시까지 －80℃ 냉동고에 보관하였다. 채취된 시료는 식육절단용 칼을 사용하여 시료의 균질화를 위하여 1 mm 이하로 미세하게 세절하여 셀레늄분석에 사용하였고, 조직 내 셀레늄함량은 AOAC (1995) 방법에 따라 분석하였다. 본 연구에서 골격근 내 셀레늄 함량은 후지 내 함량을 조사하였는데, 일반적으로 셀레늄은 조직단백질과 비특이적으로 결합하여 존재하므로, 근내지방이 많이 형성되는 등심부위는 상대적으로 셀레늄함량을 희석 및 과소평가시키므로, 적육함량이 높은 후지육을 선택하여 분석하였다.

6. 통계처리

 본 실험의 결과는 SAS package program (version 9.1, USA, 2009)을 이용하여 사양성적, 혈액성상, 도체특성 및 조직 내 셀레늄함량은 GLM (general linear model)을 이용하여 분산분석하고, 처리군간 평균비교는 Duncan 다중검정을 실시하였다. 육질 및 육량등급은 빈도분석 후, 연관도 검정을 위하여 카이자승(X²)검정을 실시하였다. 본 연구의 유의성검정은 5% (p<.05) 수준에서 실시하였다.

Ⅲ. 결과 및 고찰

1. 사료섭취량, 증체량 및 사료요구율

 다양한 수준의 셀레늄 강화 청보리 사일리지 및 무기셀레늄을 비육기 거세한우에 급여하였을 때, 사료섭취량, 증체량 및 사료요구율은 Table 3에 나타내었다.

Table 3. Growth performances of finishing Hanwoo steers fed diets containing increasing levels of seleniferous whole crop barley silage

 시험개시 체중은 560~574 kg, 시험종료 체중은 626~640 kg으로 나타나 처리구간 유의한 차이는 나타나지 않았으며, 일당증체량 또한 730 g 내외로 유의한 차이 없이 비슷한 증체량을 보였다. 실험기간 중 일일 사료섭취량은 9.33~9.55 kg로 나타났으나 처리구간 차이가 나타나지 않았으며, 사료요구율 또한 12.66~12.93으로 나타나 사료 내 셀레늄 수준 및 급여형태에 의한 차이는 나타나지 않았다.

 사료 내 셀레늄형태 및 다양한 수준의 셀레늄첨가가 사료섭취량에 미치는 영향은 다양한 연구결과가 보고되고 있는데, 임신우에 유, 무기셀레늄을 급여 시 처리구간에 따른 섭취량 차이는 없었다고 보고하였으며(Gunter, 2003), 면양에 있어서도 셀레늄형태에 따라 사료섭취량의 차이는 나타나지 않았다고 하였다(Rock et al., 2001). Invancic and Weiss (2001)은 착유우에 무기셀레늄수준을 증가하였을 때, 건물섭취량이 감소한다고 보고하여 본 시험과 다른 결과를 나타내었다.

 셀레늄 급여가 가축 증체량에 미치는 연구에서, Lee et al. (2004)은 비육 거세한우에 셀레늄수준의 증가가 증체효과에 어떠한 영향도 미치지 않았다고 하였으며, Awadeh et al. (1998)은 비육 암소에 무기셀레늄을 급여 시 대사 및 성장발달에 관계하는 갑상선호르몬에 대하여 활성형호르몬(T3)으로의 전환은 증가시키나, 증체량에는 영향을 미치지 않았다고 보고하였고, 다른 연구자들도 육성기 거세한우에 셀레늄 강화 청보리 사일리지를 급여하였을 때, 증체량에는 영향을 미치지 않았다고 보고하였다(Kim et al., 2012). 본 시험에서도 선행 연구결과와 유사한 양상을 보여 셀레늄급여가 증체에는 영향을 미치지 않는 것으로 사료된다.

2. 혈액성상

 다양한 수준의 셀레늄 강화 청보리 사일리지와 무기셀레늄을 비육기 거세한우에 급여하였을 때, 혈액성상에 미치는 영향은 Table 4에 나타내었다.

Table 4. Serum metabolic substances of finishing Hanwoo steers fed diets containing increasing levels of seleniferous whole crop barley silage

 혈중 포도당함량과 알부민 및 총 단백질농도는 각각 57.8~63.4 mg/㎗, 3.64~3.86 g/㎗ 및 7.26~7.68 g/㎗의 범위로 나타나 시험구간 차이가 나타나지 않았으며, 혈중 총 지질농도는 T2와 T3구가 각각 238.2와 243.2 mg/㎗으로 대조구의 287.6 mg/㎗보다 유의하게 낮았다(p<0.05). 혈중 중성지방은 대조구가 25.8 mg/㎗으로 가장 높았고, T2구가 17.6 mg/㎗으로 가장 낮았다(p<0.05).

 혈중 총 콜레스테롤과 LDL-콜레스테롤 및 HDL-콜레스테롤은 시험구간 유의한 차이가 나타나지 않았다. Dominguez-Vara et al. (2009)은 면양에 셀레늄을 급여하였을 때, 혈중 중성지방, 콜레스테롤, 포도당, 요소 및 인슐린 농도에 영향을 미치지 않는다고 보고하여 본 연구 결과와 일치하였다.

 SGOT와 SGPT는 처리구에 따른 차이는 나타나지 않았다. 혈중 면역글로불린은 셀레늄 함유량이 많을수록 높게 나타나 T2와 T3구가 각각 943과 924 mg/㎗ 으로 대조구의 623 mg/㎗보다 유의하게 높았다(p<0.05). 혈중 셀레늄농도는 유기태 셀레늄을 0.9 ppm 급여한 T2구가 334 ng/㎖으로 대조구의 282 ng/㎖보다 유의하게 높았다(p<0.05).

 체내 지질은 대사과정 중 발생하는 활성산소종에 노출되면 지질이 산화되어 체내에서 독성을 나타내는 지방과산화물을 생성하게 되는데, 셀레늄은 이때 과산화물의 생성을 억제할 뿐만 아니라, 혈중 콜레스테롤수치를 낮춰, 체내 지질대사에 직접적인 영향을 미치며(Salonen et al., 1988), 송아지에 셀레늄 급여수준을 증가 시, 유의적으로 혈중 총 지질이 감소한다고 보고하였다(Kim et al., 2012). 본 시험에서도 혈중 총 지질과 중성지질함량은 셀레늄 첨가수준이 높을수록 유의하게 감소하였으며, 총 콜레스테롤 및 LDL-콜레스테롤 또한 낮은 경향으로 나타나, 셀레늄급여가 혈중 지질대사를 개선시키는 것으로 보인다.

 셀레늄은 체내에 항산화 작용을 하는 등 유익한 필수미량원소이나 섭취량이 많으면 독성을 나타내는 중독성 물질로 알려져 왔다(Wendel, 1989). 중독의 증상은 간 경변 등 간 기능 장애로 나타나며(Jia et al., 2005), 혈중 SGOT 및 SGPT는 간 기능 이상의 주된 표적 지표이다. 일반적으로 가축에서는 독성수준이 3~40 ppm 정도이며(Salt Ins, 2001), NRC 사양표준(1983)에 의하면 전체 사료급여량에 따른 독성수준은 반추가축의 경우, 젖소 3~5 ppm, 육우 8.5 ppm, 면양에서 3 ppm으로 규정하고 있다. 국내 사료관리법 시행령에 따르면 배합사료에 첨가할 수 있는 셀레늄 허용범위가 비육우 및 축우의 경우는 2 ppm으로 제시되어 있다(Kim, 2000). 본 시험에서 사료 내 유기 및 무기셀레늄 각각 0.9 ppm까지 급여하여도 혈중 GOT 및 GPT 수준이 대조구와 유의한 차이가 나타나지 않아 사료 내 셀레늄 수준이 안전할 뿐만 아니라, 독성수준이 아닌 것으로 판단된다.

 본 시험에서 혈중 면역글로불린수준은 유기셀레늄(T2:셀레늄 강화 청보리 사일리지) 및 무기셀레늄 첨가수준이 0.9 ppm이상일 때 높게 나타나, 셀레늄을 급여 시 혈청 면역글로불린농도가 증가하며(Awadeh et al., 1998), 항체반응이 향상된다고 보고하여(Larsen and Tollersrud, 1981), 본 시험에서도 같은 결과를 보여, 셀레늄의 면역력 증강효과를(Arthur et al., 1993) 확인할 수 있었다.

 Lee et al. (2012)에 의하면 청보리에 존재하는 셀레늄은 장관 내 흡수율뿐만 아니라 축적율이 높은 유기셀레늄이 대부분이라고 보고하였으며, 셀레늄형태에 따른 체내 흡수는 무기셀레늄보다는 유기셀레늄이 효율성이 높다고 보고하여(Gunter et al., 2003; Kim et al., 2012), 본 시험에서도 유기셀레늄구(T2: 셀레늄 강화 청보리 사일리지)가 가장 높아 선행 연구결과와 일치된 결과를 보여주었다.

3. 도체형질

 다양한 수준의 셀레늄 강화 청보리 사일리지와 무기셀레늄을 비육기 거세한우에 급여하였을때, 도체특성에 미치는 영향은 Table 5에 나타내었다.

Table 5. Carcass traits of finishing Hanwoo steers fed diets containing increasing levels of seleniferous whole crop barley silage

 사료 내 셀레늄 강화 청보리 사일리지의 급여로 도체중과 도체율은 각각 369~379 kg과 58.6~59.8%의 범위로 처리구간 유의적인 차이는 나타나지 않았으며, 배최장근은 대조구가 82.6 cm², 셀레늄급여 시험구가 76~86.8 cm² 으로 처리구간 차이가 없었다. 등지방두께, 근내지방도, 육색 및 지방색에서도 유의적인 차이가 나타나지 않았다.

 셀레늄 급여수준과 급원(무기, 유기셀레늄)에 따른 도체특성에 관한 보고에서, 셀레늄급원에 따라 Mahan et al. (1999)은 도체특성에는 차이를 나타나지 않았다고 보고하였으며, 셀레늄 급여수준에서도 한우의 도체특성에는 영향을 미치지 않는다고 하였다(Lee et al., 2004). 또한 Park et al. (2006)은 유기, 무기 셀레늄 급여에 따라 등지방두께에 차이가 없었으며, 육색과 지방색에도 영향을 미치지 않는 다고 보고하여 셀레늄 급여수준과 급원에 따라 도체특성과 육질에는 영향을 미치지 않은 것으로 사료된다.

 또한, 셀레늄 강화 청보리 급여수준 및 무기셀레늄 급여에 따른 육질 및 육량등급의 빈도분석은 Table 6에 나타내었다. 본 연구에서는 처리구간 공시동물수가 적어 결과를 단정하기는 어렵지만, 셀레늄 강화 청보리 급여수준 및 무기셀레늄 급여가 육질 및 육량등급에는 영향을 미치지 않는 것으로 나타났다.

Table 6. Frequency analysis for meat quality and quantity grades of finishing Hanwoo steers fed increasing levels of seleniferous whole crop barley

 O’Grady et al. (2001)은 비육우에 0.3 ppm의 유기셀레늄과 300 IU의 비타민 E를 55일 간 급여하여 쇠고기의 항산화력 및 산화적 안정성을 조사한 결과, 항산화활력 및 산화적 안정성에는 영향을 미치지 않는다고 보고하였고, 이는 셀레늄이 부족되지 않은 상황에서 셀레늄을 추가 공급하여도 육질 개선효과는 나타나지 않는다고 하였다. 또한, Lee et al. (2007)은 다양한 종류의 유기 및 무기셀레늄급원을 거세한우에 16주간 급여하였을 때, 육질 및 육량에 유의한 차이가 나타나지 않았다고 보고하였다.

4. 조직 내 셀레늄 함량

 다양한 수준의 셀레늄 강화 청보리 사일리지와 무기셀레늄을 비육기 거세한우에 급여하였을 때, 조직 내 셀레늄축적에 미치는 영향은 Table 7과 같다.

Table 7. Tissue selenium contents of finishing Hanwoo steers fed diets containing increasing levels of seleniferous whole crop barley silage

 후지에 함유된 셀레늄함량은 0.3 ppm급여구보다 0.9 ppm 급여구인 T2구가 274 ng/g로 유의하게 높았으며(p<0.05), 무기태 셀레늄을 0.9 ppm 급여한 T3구는 T1구보다 유의하게 낮은 153 ng/g로 나타났다(p<0.05). 간에서의 셀레늄함량은 후지보다 높은 함량을 보였으며, 처리구간의 차이는 후지와 비슷한 경향을 보였다. 신장에서도 T2 구가 774 ng/g로 대조구의 582 ng/g보다 유의하게 높게 나타났다(p<0.05).

 가축에 셀레늄급여에 따른 체내 축적량을 조사․연구한 결과, 실제로 셀레늄급여량을 증가 시 근육 내 함량이 유의하게 증가하는 것으로 나타났으며(Moksnes, 1983), Ekholm et al. (1991)은 사료 내 셀레늄 급여수준을 증가 시체내 축적량이 직선적으로 증가한다고 보고하였다. 또한, 셀레늄급원에 따른 체내 축적시험에서 Mahan과 Parrett (1996)은 근육조직 내 셀레늄농도가 무기보다 유기셀레늄일 경우 유의하게 높아 유기셀레늄이 체내 축적에 효과적이었다고 보고하였다. 본 시험에서도 같은 셀레늄함량(0.9 ppm)이지만 무기셀레늄 시험구(T3)보다 셀레늄 강화 청보리 사일리지구가(T2) 월등히 높은 축적율을 보여 앞선 실험결과와 일치하여, 셀레늄 강화 청보리 사일리지 급여 시셀레늄 강화 쇠고기생산이 가능한 것으로 판단된다.

Ⅴ. 사 사

 본 연구는 농촌진흥청 공동연구사업(과제번호: PJ907108042013)의 지원에 의해 이루어진 것임.