Ⅰ. 서 론
최근 우리나라에서 염소의 육용소비가 증가하면서 사육농가가 점차 전업화 되고 있으며, 이에 따라 집약적이고 대규모 사육에 용이한 농후사료 위주의 사육형태가 증가하고 있다(Hwangbo et al., 2007). 농후사료의 다량 급여는 사료비의 부담과 대사성 질 병의 발생위험을 증가시켜 염소의 성장을 저해하는 요인이 될 수 있다(Jung et al., 2008). 이에 농후사료와 조사료의 균형 잡힌 급 여를 통해 반추위 환경을 안정화시키고, 사료섭취량 및 영양소 이 용효율을 향상시킬 수 있는 완전혼합섬유질사료(TMR, total mixed ration)에 대한 관심이 증가하고 있다(Li et al., 2003). TMR은 반추위 내 영양소의 균형을 충족시킴과 동시에 사료섭취 량과 영양소 이용효율을 향상시킨다(Nocek et al., 1985;Kim et al., 2007).
TMR은 조사료와 농후사료를 함께 급여하기 위해 만들어진 사료이며 이중 조사료의 종류에 따라 TMR의 성분의 차이가 크 게 나타나 조사료의 선택이 매우 중요하다. 조사료는 반추동물에 있어 영양, 생리 및 경제적 측면에서 가장 중요한 사료자원이다. 반추동물은 반추위 내 미생물과의 공생관계를 통해 다량의 섬유 성 탄수화물을 소화하고 이용할 수 있다(Loor et al., 2016;Moraïs and Mizrahi, 2019). 반추동물이 섭취한 조사료원은 반추 위 내에서 미생물에 의해 분해되어 반추동물이 이용할 수 있는 휘발성 지방산(volatile fatty acid, VFA)와 미생물체단백질 등의 에너지 및 단백질원으로 이용된다(Loor et al., 2016). 또한, 조사 료는 비타민, 미네랄 등의 다양한 영양소 공급원이 될 수 있다 (Pearson et al., 2007). 조사료의 영양적 가치는 초종, 수확시기 및 예취 횟수 등에 의해 영향을 받으며, 주로 단백질과 섬유소 함 량의 차이가 발생한다(Ki et al., 2017). 알팔파와 같은 두과목초 는 단백질 함량이 높고 섬유소 함량이 낮아 섭취량과 소화율이 높고 영양소 이용률을 향상시킨다(Lee et al., 2004;Durmic et al., 2017). 또한 이러한 영양소 함량의 차이는 반추동물의 섭취 량, 소화율 및 반추위 발효성상과 그에 따른 반추위 대사산물 생 성에 있어 중요한 영향을 미친다. 반추동물에서 중성세제불용섬 유(neutral detergent fiber, NDF) 함량이 높은 조사료는 물리적 포만감에 의해 섭취량을 감소시키나(Cantalapiedra-Hijar et al., 2009), 단백질 함량이 높은 조사료는 소화율과 영양소 이용효율 을 향상시켜 가축의 생산성 증가에도 중요한 역할을 한다(Larbi et al., 1998;Getachew et al., 2004).
염소는 수엽류와 야초류에 대한 기호성이 높은 중간채식형이 며(Hofman, 1985), 목질계 조사료를 이용하는데 유리한 소화기 구조를 가지고 있어 부존사료자원에 대한 활용성이 높다 (Kingbury, 1964). 이러한 이유로 국내에서는 염소에 대해 영양 소 함량과 소화율이 낮은 볏짚의 급여 효과(Kim et al., 2012)나 일부 사일리지(Jung et al., 2009)를 활용한 TMR 급여효과에 대 한 연구를 주로 수행하였으나, 양질의 조사료를 이용한 연구는 부 족한 실정이다. Giger-Reverdin et al. (2020)은 염소가 다른 가 축에 비해 열악한 사육조건에서 잘 적응할 수 있으나, 일반적인 사양조건에서 보다 높은 생산성을 보인다고 보고하였다. 또한, 알 팔파와 같은 양질의 조사료 급여는 반추위 내 영양소 이용성을 향상시키고 최종적으로 생산성 향상에 도움을 준다고 보고하였다 (Agnihotri et al., 2006;Goetsch et al., 2011). 따라서 본 연구는 국내에 유통되는 다양한 조사료원을 이용해 제조한 TMR사료가 염소의 반추위 발효성상에 미치는 영향을 확인하기 위하여 수행 되었다.
Ⅱ. 재료 및 방법
1. 공시재료 및 실험설계
본 연구에서는 흑염소 조사료로 사용되고 있는 볏짚(rice straw, RS), 이탈리안 라이그라스(Italian ryegrass, IRG), 티모시(timothy, TIM) 및 알팔파(alfalfa, ALF)와 염소용 시판 농후사료를 5:5로 배합하여 실험용 TMR을 제조하였다. 실험에 사용된 사료의 일반성 분 분석은 60℃ 송풍 건조기에서 48시간 건조한 후 건물함량을 측정하였다. 건조된 시료는 분쇄기를 이용하여 1 mm 망에 통과 가능한 크기로 분쇄 후 일반성분 분석에 이용하였다. 실험사료의 조단백질(crude protein, CP), 조지방(ehter extract, EE), 및 조회분 (Ash) 함량은 AOAC (2005)의 일반성분 분석방법에 따라 분석하였 으며, NDF와 산성세제불용섬유(acid detergent fiber, ADF) 함량은 Van Soest (1991)의 방법을 응용하여 분석하였다. 중성세제불용조단 백질(neutral detergent insoluble crude protein, NDICP)과 산성세제 불용조단백질은 Licitra et al. (1996)의 방법으로 측정하였다. 시험에 사용된 조사료와 농후사료의 화학적 성분은 Table 1에 나타내었으며, 실험사료(TMR)의 화학적 조성은 Table 2와 같다.
2. 반추위액 채취 및 in vitro 배양실험
실험을 위한 교잡종 흑염소 반추위액은 전남 화순군에 위치한 염 소 전용 도축장에서 채취하였다. 채취된 위액은 4겹의 거즈로 여 과 후 혐기상태의 보온용기에 담아 실험실로 운반하였다. 실험 배 양개시 30분 전 반추위액을 O2-free CO2를 이용하여 혐기상태로 유지하면서 pH를 6.5로 보정하고 McDougall’s buffer solution (Troelsen and Hanel, 1966)과 반추위액을 4:1로 혼합하여 배양 액으로 사용하였다. 조사료의 효과를 검증하기 위하여 측정시간 은 24, 48 및 72 시간으로 설정하였고 시간대별 각각 3반복하여 실시하였다(Tilley and Terry, 1963)
3. 분석항목 및 분석방법
pH는 발효가 종료된 배양병을 개봉한 후 pH meter (S20 Seven Easy ™ , Mettler-Toledo)를 이용하여 반추위액의 pH를 측 정하였다. 총 가스 생성량은 실험용 100 mL 주사기를 이용하여 배양병에 있는 총 가스를 측정하였다. 측정이 완료된 가스는 수소 및 메탄발생량 측정을 위해 고무마개가 장착된 알루미늄 용기에 포집하였다. 포집한 가스는 Carboxen ™ fused silica capillary column (0.53 mm I.d × 30 m leng th, SUPELCO, USA)이 장착 된 gas chromatography (HP 7890, Aiglant, CA., USA)를 이용 하여 분석하였다. 분석조건은 oven 100℃, injector 150℃ 및 thermal conductivity detector 150℃로 설정하여 분석하였다.
반추위 암모니아태 질소의 함량은 Chaney and Marbach (1962)의 방법에 따라 진행되었으며, 4,000 rpm으로 15분간 원심 분리하여 사료입자가 제거된 반추위액의 상등액 20 uL에 phenol color reagent 1 mL 및 alkali hypochlorite reagent 1 mL를 완전히 혼합하여 37℃에서 15분간 반응 후 분광광도계(Optizen UV2120, Mecasis, Korea)를 이용하여 630 nm 흡광도에서 측정하였다. 휘발성 지방산은 Erwin et al. (1961)의 방법에 따라 실시되었다. 사료입자가 제거된 반추위액의 상등액에 1 mL에 metaphosphoric acid 200 uL를 첨가하 여 30분 동안 정치 후, 13,000 rpm에서 원심분리 하는 전처리 과정을 거친 시료를 Nukol ™ , fused silica capillary column (0.25 mm I.d. × 30 m length, SUPELCO, USA)이 장착된 gas chromatography (HP4890, Agilant, CA. USA)로 분석하였다(oven = 180℃, injector = 220℃ 및 detector = 200℃).
4. 통계처리
반추위 발효성상에 대한 유의성은 SPSS 프로그램(Version 18, IBM, NewYork, USA)을 사용하여 일반선형모형(General Linear Model)의 분산분석(Analysis of variance)을 이용하여 검정하였 다. 처리구의 평균값에 대한 다중비교는 Duncan의 다중검정법을 이용하여 95% 신뢰 수준에서 유의성을 검증하였고(p<0.05), 90% 신뢰수준에서 경향성을 확인하였다(0.05<p<0.1).
Ⅲ. 결 과
본 연구에서는 흑염소 반추위액을 이용해 다양한 조사료을 이 용해 제조된 TMR에 대한 in vitro 발효실험을 수행하였고, 발효 성상을 확인하였다. 시험용 TMR의 조단백질과 NFC 함량은 RS, IRG, TIM 그리고 ALF 순으로 높았으며, NDF는 RS, IRG, TIM 그리고 ALF 순으로 낮게 나타났다(Table 2).
24시간 반추위 발효성상은 Table 2에서 보는 것과 같다. 시험 구별 유의적인 발효성상 차이는 valerate와 암모니아태 질소 생성 량에서 관찰되었다(p <0.05). ALF 시험구에서 가장 높은 valerate 생성량이 관찰되었고 RS 시험구에서 유의적으로 낮은 생성량이 나타났다. 암모니아태 질소 생성량은 ALF 시험구에서 가장 높았으며, 다음으로는 TIM 시험구에서 높게 관찰되었다. RS와 IRG 시험구간의 유의적인 차이는 관찰되지 않았다. 48시 간 반추위 발효성상은 Table 3에서 보는 것과 같다. 시험구별 발 효성상에 대한 유의적인 처리 효과는 총 가스 및 수소 생성량에 서 관찰되었다(p <0.05). 총 가스 생성량은 RS 시험구에서 가장 높았고, ALF 시험구에서 가장 낮았다. 수소 가스 생성량은 IRG 시험구에서 가장 높았고, ALF 시험구에서 가장 낮았다. 72시간 반추위 발효성상은 Table 4에서 보는 것과 같다. 시험구별 발효 성상에 대한 유의적인 처리 효과는 총 가스 생성량, 총 휘발성지 방산, butyrate, valerate 그리고 암모니아태 질소 생성량에서 관 찰되었다(p <0.05). RS 시험구에서 가장 낮은 가스 생성량이 관 찰되었고, 나머지 시험구들간의 유의적 차이는 관찰되지 않았다. 총 휘발성 지방산 생성량, butyrate 및 valerate 생성량은 ALF 시 험구에서 가장 높았고, 나머지 시험구들간의 유의적인 차이는 관 찰되지 않았다. 암모니아태 질소 생성량은 RS 시험구에서 가장 낮게 나타났다.
Ⅳ. 고 찰
반추위 발효에 대한 적정 pH 범위는 5.8-7.2로 알려져 있다 (Hiltner and Dehority, 1983). 본 연구 결과에서는 반추위 pH에 대한 유의적인 처리효과는 관찰되지 않았고(p > 0.05), 모든 발효 시간대의 pH가 적정 범위에 포함되었다.
가스발생량과 반추위 발효 및 영양소 소화율은 서로 비례하는 것으로 알려져 있다(Getachew et al., 1998;Ha et al., 2018). 본 연구에서는 발효 48시간에 가스발생량에 대한 유의적인 차이가 처음 관찰되었다. NFC와 CP가 가장 낮고 NDF가 가장 높은 RS 시험구에서 가장 높은 가스발생량이 관찰되었다. 그러나 발효 72 시간에서는 RS 시험구의 가스 발생량이 다른 시험구들에 비해 유의적으로 낮게 관찰되었다. 발효 48시간과 72시간의 가스발생 량을 비교하면 RS 시험구는 152.50 mL (48시간)과 153.0 mL (72시간)으로 큰 차이가 없다. 하지만 다른 시험구들은 발효 48시 간에 비해발효 72시간의 가스발생량이 약 10 mL 정도 증가하였 다. 즉 RS 시험구의 발효 지속 시간이 다른 시험구들에 비해 짧 은 것을 알 수 있었다. 본 연구는 서로 다른 조사료를 사용하여 TMR을 제작하였고, 그 결과 TMR의 CP 및 NFC 수준이 시험구 별로 다르게 나타났다. 반추위 발효 가스 생성량도 시험구에 따라 다르게 나타났다. 하지만 모든 발효 시간에서 메탄가스 발생량에 대한 유의적인 차이는 관찰되지 않았다(p>0.05).
총 휘발성지방산은 암모니아태 질소와 유사하게 모든 시간대 에서 RS에서 가장 낮고 ALF에서 유의적으로 높은 생성량을 나 타냈다. Lee et al. (1999)은 사료 내 분해성 탄수화물이 높을수 록 총 휘발성지방산 생성량이 높게 나타난다고 보고한 바 있으며, 본 연구에서도 NFC가 높은 ALF에서 가장 높은 결과를 나타냈 다. 그러나, NFC가 가장 낮았던 또한 Eom et al. (2018)의 연구 에 따르면 butyrate 및 valerate가 반추위내 섬유소 분해 미생물과 연관이 있다고 하였으며, 본 연구에서도 암모니아태 질소 생성량 이 높았던 ALF에서 다른 시험구보다 유의적으로 높은 valerate를 보였다(p<0.05).
반추위액의 암모니아태 질소 농도는 반추위 내 단백질 이용성 을 나타낸다고 할 수 있다(Choi et al., 2002). 반추위내 단백질 합성을 위해서 암모니아태 질소가 8 mg/dL정도 생성되어야 한다 고 하였으며(Hoover, 1986), 암모니아태 질소 생성량이 140 mg/dL 이상으로 과다해질 경우 오히려 미생물의 성장을 억제할 수 있어 주의해야 한다고 하였다(McAllan et al., 1987). 본 연구 에서는 모든 시간대 전시험구에서 40.18-71.88 mg/dL으로 나타 나 반추위내 단백질 합성 및 이용에 부(-)의 영향을 없었을 것으 로 생각된다. 암모니아태 질소 생성량은 모든 시간대에서 ALF가 높았고 RS에서 유의적으로 낮은 결과를 보였다(p<0.05). Na et al. (2021)의 연구에 의하면 암모니아태 질소 농도의 차이는 각 사료에 대한 반추위 우회율과 미생물 단백질 합성량의 차이에서 기인된다고 하였으며(Mehrez et al., 1977), 초종에 따라 미생물 의 차이가 있다고 얘기하였다. 또한 실험사료의 단백질 함량이 높 거나 반추위 내 단백질 분해 정도가 증가하는 경우 암모니아태 질소가 증가한다고 할 수 있다. 본 연구에서도 시험구별 다른 초 종으로 TMR을 제조하여 사료 내 단백질 함량에서 차이가 있었 고, 연구결과에서도 단백질함량이 높은 시험구에서 암모니아태 질소 생성량이 높게 나타나 TMR에 포함된 조사료 및 사료 내 단백질 함량에 영향을 받았을 것으로 생각된다. 본 연구 결과는 염소에서 사료 내 조사료의 변화가 발효성상 증진에 도움을 줄 수 있는 것으로 나타났으며, 이는 염소에서 양질조사료 활용을 위 한 기초자료로 이용할 수 있을 것으로 사료된다. 그러나 in vitro 실험의 한계로 인해 실제 가축에서 급여효과를 확인하기 위한 추 가적인 연구가 필요할 것으로 생각된다.
Ⅴ. 요 약
본 연구는 TMR에 사용된 조사료원의 종류가 염소 반추위 발효 특성에 미치는 영향을 조사하였다. 시험에 사용된 조사료원은 볏짚 (RS), 이탈리안 라이그라스(IRG), 티모시(TIM) 및 알팔파(ALF)을 이용하여 시험용 TMR을 제조하였다. In vitro 반추위 발효 실험은 24, 48 및 72시간 동안 진행하였고, 각 시간별 발효성상(발효가스, 휘발성지방산, 암모니아태 질소)을 조사하였다. 시험사료의 조단백 질 및 비섬유성 탄수화물 함량은 RS, IRG, TIM 그리고 ALF 순으로 높았다. 발효 24시간에서는 valerate와 암모니아태 질소에서 유의적 인 차이가 관찰되었고, ALF 시험구가 가장 높았고, RS가 가장 낮았다. 발효 48시간에서는 총 가스 발생량에서 유의적 차이가 관찰 되었고(p<0.05), RS 시험구에서 가장 높은 가스발생량이 관찰되었 다. 그러나 발효 72시간대에서는 RS 시험구에서 유의적으로 가장 낮은 가스발생량이 관찰되었다. 휘발성 지방산의 유의적인 차이는 발효 72시간에 관찰되었다. ALF 시험구에서 유의적으로 높은 총 휘발성지방산, butyrate 및 valerate 생성량이 관찰되었다(p<0.05). 메탄가스 발생량은 모든 발효시간동안 처리구간 유의적 차이가 관찰 되지 않았다(p>0.05). 본 연구결과 염소에서 사료 내 조사료의 종류가 발효성상 변화에 영향을 줄 수 있는 것으로 나타났으며, 이는 염소에 서 양질조사료의 활용성을 향상시키기 위한 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 사료된다. 그러나 실제 가축에서의 생산성 변화 등의 효과를 확인하기 위하여 in vivo 상에서 추가적인 연구가 필요하다고 생각된다.
