KR100597659B1 - 반추 동물용 발효사료 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반추동물용 발효사료에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 (1) 목질류나 볏짚에 10~30%의 소맥피를 혼합하여 120~130℃에서 10분~1시간 멸균하는 단계; (2) 상기 멸균된 톱밥 혼합물을 상온으로 냉각한 후 Fomitella fraxinea 균사체를 접종하여 발효시키는 단계에 의하여 제조되는 것을 특징으로 하는 반추동물용 발효사료에 관한 것이다.

본 발명에 의한 상기의 발효사료는 소화를 향상시키며 산유량을 증가시키고 유질을 개선하는 효과가 있다.

반추동물, 발효사료, Fomitella fraxinea, 균사체

Description

반추 동물용 발효사료{Fermented feed for a ruminant}

본 발명은 반추 동물용 발효사료에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 소화 흡수율을 높이고, 유우의 생산성을 증가시키며 유질을 개선할 수 있는 반추 동물용 발효사료에 관한 것이다.

반추위(反芻胃, ruminant stomach)란 포유류의 일부(기린, 사슴, 소 등)에서 볼 수 있는 특수한 소화기관(위)으로 되새김위라고도 한다. 위는 반추를 하기 위하여 보통 4개의 방으로 나뉘어지며 앞에서부터 혹위, 벌집위(그물위), 겹주름위(重瓣胃), 주름위(皺胃)라고 한다. 혹위와 벌집위는 식도가 변화된 것이고 겹주름위와 주름위가 원래의 위이다. 혹위에는 미생물이 공생(共生)하고 있어서 셀룰로오스를 분해하고 벌집위는 내벽이 벌집모양으로 구획되어 있는데 여기에서 음식물이 뭉쳐져 다시 입으로 되돌아가 재차 씹은 음식물은 겹주름위로 들어가 잘게 부서져 주름위로 들어가 소화된다. 즉, 혹위에서 미생물에 의해 섬유소(셀룰로오스)를 발효시키고, 탄수화물은 맨 마지막 위인 주름위에서 분해가 이루어지게 된다.

소나 산양과 같은 반추위를 가진 동물이 섭취한 사료는 상기의 혹위 내에 장 시간 체류하는 동안 위의 운동에 의해 적합하게 교반되면서 위내의 각종 미생물이나 효소의 작용에 의해 발효되어 영양분으로 흡수되어야 하나, 사료중에 고형의 섬유성 물질이 적으면 상기의 교반과 발효과 충분히 진행되지 못하여 여러 가지 장애를 야기시킨다. 따라서, 반추동물에 대해 사료를 급여할 때에는 고형의 섬유성 물질을 주성분으로하는 목초와 볏짚과 같은 조사료를 배합사료에 혼합하여 주고 있으나, 계절적, 지역적으로 수급 불균형이 초래되는 문제가 있다.

식물체인 목본류와 초본류는 식물체 자체를 유지하기 위해 견고한 세포벽을 형성하는데 이를 구성하는 기본구조는 리그닌(lignin)과 셀룰로오스(cellulose)가 결합된 리그노셀룰로오스(lignocellulose)라는 물질이다(Zadrazil, F. 1977 European J. Appl. Microbiol. 4 : 273-281). 반추위 미생물은 cellulose를 분해시키며 반추동물은 분해산물인 휘발성지방산(volatile fatty acids, VFA)을 에너지원으로 사용할 수가 있다. 그러나 셀룰로오스가 리그닌과 결합되면 반추위 미생물들은 이 구조를 분해시킬 수 없어 셀룰로오스마저도 이용하지 못하게 한다(Crawford, R. L. 1981 Lignin biodegradation and transformation. A Wiley-Interscience. Pub. New York, NY.).

주로 리그노셀룰로오스 물질로 이루어진 톱밥과 같은 목질류와 볏짚 등은 가격이 저렴하고 구하기가 용이하므로 이를 이용한 양질의 사료 생산은 경제적으로도 그 가치가 높게 평가된다. 목재 가공 부산물인 톱밥은 육우나 유우용 조사료 대용으로 효과가 보고되었으나(Caswell, L. E. 1990 Feed Management. April 41(4) : 9-13) 소화율이 매우 낮고 단백질 ??량이 적은 것이 단점이다. 이 점을 보완하기 위해 미분쇄법, 증자법, 황산처리법, 가성소다처리법, 암모니아처리법 등의 방법이 제안되었으나 에너지 소비가 크거나, 처리 효과가 낮은 문제점이 있었다.

식물체에 기생하는 일부 균류들은 그들의 균사체(mycelium)에 의해서 리그닌과 셀룰로오스의 결합을 분해할 수 있는 능력을 가지고 있다. 그러므로 리그노셀룰로오스의 구조를 분해시킬 수 있는 우수한 능력이 있는 균사체를 개발하여 주로 이들 물질로 이루어진 짚류나 톱밥 등을 분해시킨다면 소화가 잘 되는 사료로 전환시킬 수 있을 뿐만 아니라, 미생물 균체는 다량의 단백질로 구성되어 있어 미생물 균체 자체도 단세포 단백질의 사료가 될 수 있으며, 균사체가 반추위 미생물에 필요한 영양물질이 될 수도 있을 것으로 추측된다.

Huber 등(Official proceedings 22nd Annual Pacific Northwest Animal Nutrition Conference 1986 p22)에 의하면 AO(Aspergillus oryzae) 발효 추출물을 착유우에 급여한 실험에서 산유량과 4% 유지보정유량이 유의적으로 증가되었다고 보고하였고, Gomez-Alacon 등(J. Anim. Sci. 1991 69:1733)은 젖소의 체온을 감소시킴으로써 하절기 고온스트레스 예방에 효과가 있었다고 보고하였다. Wallentine 등(J. Dairy Sci. 1986 69(Suppl. 1):189(Abstr.))은 비유전기 젖소(비유기 0~60일)에 AO 발효 추출물을 투여한 결과 대조구에 비해 처리구에서 평균 4.1kg의 산유량의 증가가 있었던 반면에 비유중기(비유기 61~121일)의 젖소에서는 아무런 영향이 없었다고 보고하였다. 그러나 착유우의 생산성 향상에 대한 균류첨가제의 작용기전은 아직 명확히 알려져 있지 않다. 다만 균류 첨가제는 반추위 미생물, 특히 섬유소 분해균의 활성화로 사료의 소화율이 향상되며 착유우에게 일부 부족되기 쉬운 필수아미노산 등이 공급되어 생산성이 향상되는 것으로 추측된다.

현재 반추 가축에 널리 사용되고 있는 미생물 제제는 효모 및 균류의 배양물로 Saccharomyces cerevisiae(SC) 배양물과 AO 발효 추출물의 2종류가 있다. 이 두 배양물의 공통점은 공히 활성 세포와 성장배지를 가지고 있다는 점이며, 그 차이점은 활성세포의 수와 성장배지의 특성이 서로 다르다는 것이다. 균류 발효 배양물로서 사용되고 있는 것을 크게 2종류로 나눌 수 있는데, 그 하나는 발효생균(live cell) 자체를 그대로 급여하는 것이고, 다른 하나는 발효 배양물 중 특수물질을 추출하여 급여하는 방법이다. 그 중에서도 발효배양물을 추출하는 방법으로서, 누룩곰팡이, AO를 이용한 발효 추출물이 개발되어 그 효과가 다양하게 입증된 바 있다.

한편, Formitella fraxinea는 아카시아 재목버섯이라고도 하며 담자균류(Basidiomycetes)에 속하는 포자가 백색인 부후균(White rot fungi)으로서 식물에 기생하여 cellulose와 lignin을 분해하여 이를 기질로 하여 성장하는 버섯의 일종으로 알려져 있다(박완희 1991 한국의 버섯. 교학사. 서울. 390-391). 상기 균주는 약용으로 활용되고 있으며, 여름에 아카시아 그루터기나 줄기에서 채취할 수 있고, 농진청 등의 농림업관련 기관에서 분양받을 수 있다.

전술한 문제를 해결하기 위한 본 발명은 본 발명은 반추동물에 투여하여 첨가하여 소화율을 향상시키고 유우의 생산성과 경제수명을 증가시킬 수 있는 반추동 물용 발효사료를 제공하는 것을 목적으로 한다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 반추동물용 발효사료는 (1) 목질류나 볏짚에 10~30%의 소맥피를 혼합하여 120~130℃에서 10분~1시간 멸균하는 단계; (2) 상기 멸균된 톱밥 혼합물을 상온으로 냉각한 후 Fomitella fraxinea 균사체를 접종하여 발효시키는 단계에 의하여 제조되는 것을 특징으로 하는 반추동물용 발효사료이다.

이와 같은 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

목질류는 미생물의 분해작용을 받게되는 표면적이 넓게 되도록 톱밥의 형태로 사용하는 것이 바람직하다. 상기 목질류 중에서도 활엽수에 속하는 aspen 등은 침엽수에 비하여 소화가 비교적 잘되는 것으로 알려져 있으나, 많은 양이 버섯 종균 배양용 등으로 이용되어 가격이 고가이고 구입하기도 어려운 단점이 있다. 산림부산물인 침엽수 톱밥은 가격도 저렴하고 구입하기도 용이하며 분쇄가 필요하지 않으므로 본 실시예에서 사용하였으나, 활엽수 종을 사용할 경우 소화율이 더 높은 것은 당연할 것이다.

상기 목질류나 볏짚은 균류가 주로 성장하는 기질로 이용되나, 균류가 활발히 번식하기에 단백질과 광물질이 부족하므로 풍건 기준 원료의 10~30%(w/w)의 소 맥피를 혼합하여 사용한다. 사전 실험 결과에 의하면 소맥피의 비율이 10% 미만인 경우에는 배양에 의한 균사체의 생산이 충분하지 못하였다(세부 데이터 미기재). 소맥피의 함유량이 많은 것은 배양에 문제가 되지는 않는다. 다만, 소맥피가 다른 곡류나 부산물 제품에 비하여 가격이 저렴하고 구입하기는 쉽지만 톱밥에 비하여는 가격이 고가이므로 경제적인 측면을 고려한다면 10~30%의 소맥피를 혼합하여 사용하는 것이 바람직하다.

상기 목질류나 볏짚과 소맥분의 혼합물에 균류를 접종하기 전에, 1~3배의 물을 가하고 120~130℃의 고온에서 10분~1시간 처리하여 멸균한다.

상기 멸균된 목질류나 볏짚과 소백분의 혼합물에 Fomitella fraxinea 균사체를 접종하였다. Fomitella fraxinea 균사체를 접종하기 위하여 Fomitella fraxinea 균사체를 2%(w/v) dextrose-0.5%(v/v) 효소 추출물의 액상배지에 접종한 후 25℃ shaking water bath에서 1주일간 배양하여 접종액으로 사용하였다.

상기 목질류나 볏짚과 소맥피의 혼합물에 Fomitella fraxinea 균사체를 접종한 뒤 25~30℃에서 1~3개월 배양하면 본 발명의 반추동물용 발효사료를 얻을 수 있다.

상기의 방법에 의하여 제조된 반추동물용 발효사료는 실시예에서 보여주는 바와 같이 소화율을 향상시키고 산유량을 증가시키며, 유질을 개선하는 효과가 있다.

이하, 실시예에 의하여 본 발명을 상세히 설명한다. 그러나, 이들 실시예는 예시적인 목적일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

실시예

실시예 1 : 반추동물용 발효사료의 제조

균사체는 충남대학교 농생물학과에서 분양받은 담자균류의 아까시재목버섯(Fomitella fraxinea)에 속하는 균을 사용하였다. 톱밥은 제재소에서 구한 가격이 저렴한 침엽수 톱밥을 사용하였다.

균사체는 potato dextrose agar(PDA)의 slant tube에 배양하여 섭씨 4℃의 냉장고에 보관하면서 접종균사로 이용하였다. 접종용 균사체의 배양은 2% dextrose와 0.5% yeast 추출물(glucose-yeast extract)의 액상배지 100mL를 삼각플라스크에 넣고 멸균 후 균사를 접종하여 섭씨 25℃를 유지한 shaking water bath에서 별도 공기의 주입없이 일주일간 배양하여 이용하였다.

Screen 크기가 1mm 정도인 분쇄기에서 분쇄한 건조 톱밥 500g에 소맥피 100g을 첨가하고 고형물 무게의 2배의 물을 첨가한 후 섭씨 121℃의 멸균기에서 20분간 멸균시킨 후 냉각하고 균사체를 접종하여 25℃ incubator에서 1개월간 발효시켜 사료용 첨가제를 제조하였다.

실시예 2 : 발효사료의 in-vitro 소화 실험

상기 실시예 1에 의한 발효사료의 소화율을 규명하기 위하여 발효하지 않은 톱밥과 발효톱밥을 1mm mash screen으로 분쇄하였다. 분쇄된 발효톱밥과 비발효톱밥이 표 1의 비율대로 혼합된 분쇄 톱밥 0.25g을 각각 50mL 원심분리 tube에 넣고 조사료 70 : 농후사료 30을 급여하는 Holstein 육성우에서 채취한 위액을 4겹의 cheese cloth에서 여과한 위액 5mL와 인공 반추위액 25mL를 넣어 교반한 다음, CO₂ 가스를 충분히 충진시켜 39℃의 진탕 배양기에서 48시간 소화케 하였다. 상기 튜브를 3000rpm으로 15분간 원심분리하여 상충액을 제거하고 다시 증류수로 채운 다음 교반한 후 원심분리 및 상충액 제거를 3회 반복하였다. 마지막 침전물에 0.2% pepsin이 들어있는 0.1N HCl 30mL를 넣고 상기와 같이 48시간 소화시킨 다음 다시 원심분리 및 세척 후에 침전물을 80℃의 환풍건조기에서 72시간 건조하고 감량을 구하여 소화율로 정하였다.

발효톱밥과 비발효톱밥의 in-vitro 소화율의 측정 결과를 표 1에 나타내었다. 표 1에서 볼 수 있듯이 발효톱밥의 소화율은 28.92%로 비발효톱밥의 소화율 6.58%에 비하여 현저히 증가되었다. 또한 본 실시예에서 사용한 톱밥이 소화율이 매우 낮은 침엽수 톱밥인 점을 고려하면, 활엽수에서는 소화율이 더욱 높을 것으로 기대되며, 본 발명에 의해 입수가 용이하고 저렴한 침엽수 톱밥도 사료로 사용이 가능함을 확인할 수 있었다.

분쇄 톱밥 비율(%)		소화율(%)
발효톱밥	비발효톱밥
0	100	6.58
25	75	7.82
50	50	13.53
75	25	25.53
100	0	28.92

실시예 3 : 산유량 및 유성분 조성 측정

(1) 시험설계 및 사양관리

분만 후 4개월 정도의 Holstein 종 4산차 경산우 6두(체중 580~600Kg 및 유량 18~20Kg)를 선발하여 대조구 및 발효사료 첨가구(FF구)에 각 3두씩 배치한 후 swichback design에 의하여 3반복으로 각각 재배치하였다.

사료 급여량은 NRC 요구량(1989)에 기준하였고, 사료 급여는 계류식 우사에서 각 공시축의 사조에 철판칸막이를 설치하여 급여하였으며, 사료급여 방법은 1일 두당 공히 옥수수 사일리지 23Kg, 배합사료 10Kg 및 볏집(아끼바레종)을 3~4cm 씩 절단하여 1Kg 씩을 1일 2회 나누어서 급여하는 제한급이 방법을 실시하였다. FF구는 실시예 1의 발효사료를 1일 두당 200g 농후사료에 섞어서 1일 2회 나누어서 급여하였다. FF구의 발효사료 급여량은 균사체의 추정량(두당 1일 3g)에 준하였다. 시험기간은 반복당 12일로 하여 사료 적응기간 7일, 시료 체취 5일로 하였는데, 각 반복당 2주간의 공백기간을 두어 반응의 지속성을 배제하였다. 1일 착유우 1두당 급여한 총사료 중의 영양소 성분함량은 표 2과 같다.

성분명	건조 %
(1) 성분
옥수수 사일리지	45.57
볏짚	5.35
배합 사료	49.08
(2) 영양분
건조물 (%)	100.00
조단백질	16.09
Ether 추출물	2.46
조섬유	18.29
조회분	7.84
total digestible nutrients	74.40
net energy for lactation, Mcal/kg	1.59
acid detergent fiber	23.84
neutral detergent fiber	46.04
칼슘	0.86
인	0.56

전 시험기간을 통하여 사용된 시험사료 원료 및 배합사료와 첨가제의 일반성분은 AOAC 방법(1990, Official methods of analysis (15th Ed.) AOAC, Washington, DC)에 의해 분석하였으며, NDF(neutral detergent fiber) 및 ADF(acid detergent fiber)는 Goering과 Van Soest(1970 Agric. Handbook 379, USDA ARS, Washington, DC)의 섬유소 분석법으로 분석하였고, 무기물은 Atomic absorption analyzer(THERMO JARREL ASH, USA)를 이용하여 분석하였다.

(2) 산유량 및 유성분 조성

1일 2회 오전 6시와 오후 6시에 착유하여 유량을 측정하고 젖소 1두당 산유량은 실험개시 8일째부터 5일동안 기록하여 평균 유량으로 하였으며 유생산 능력을 일정한 기준으로 비교하기 위하여 4% 유지보정유(4% FCM)으로 환산하였다.

유조성분 분석을 위하여 milk sampler를 사용하여 전착유 시간동안 고르게 시료를 채취하여 착유시간(분)대별의 조성분 변화를 최대한 예방하였으며, 아침, 저녁 2회 착유분의 시료를 혼합하여 유성분을 분석하였다. 모든 조성분은 AOAC 분석법에 따라 실시하였으며, 이들중에서 유지방은 Majonnier 유지방 분석법에 의해 분석하였다. 또한 우유중의 지방산 조성은 Gas chromatography를 이용하여 분석하였다.

실험결과에 대한 통계처리는 statistical analysis system의 general linear models(SAS) Version 6.01을 사용하였으며, 각 처리 평균간의 유의성은 Ducan's multiple range test(Duncan, Biometrics 1955 11:1)에 의해 검정하였다.

비유중기 젖소에 균류 배양물을 급여하여 산유량 및 유성분 조성에 미치는 효과를 시험한 결과 즉, 대조군의 사료와 실시예 1의 발효사료를 함유한 사료를 먹인 유우로부터의 산유량과 우유 중 유지방, 유단백질과 SND 함량을 표 3에 나타내었다. FF구의 산유량(20.89kg/일)은 대조구에 비해 17.64%로 높은 증가 효과를 나타내었다(P<0.05). 4% 지방보정유량(FCM) 또한 FF구는 대조구에 비해 17.43%의 높은 유의적인 산유량 증대효과를 나타내었다(<P0.05).

	대조군	FF
산유량(kg/d)	17.64±1.67	20.89±2.80
4% FCM(kg/d)	17.43±1.65	20.67±2.77
유지방(%)	3.92±0.04	3.93±1.38
유지방(kg/d)	0.69±0.01	0.82±0.29
유단백질(%)	3.29±0.08	4.13±0.15
유단백질(kg/d)	0.58±0.01	0.86±0.03
SNF(%)	9.66±0.11	10.64±0.12
SNF(kg/d)	1.70±0.02	2.22±0.02

표 3에서 균류 첨가제의 급여가 유지율 및 유지방 생산에 미친 영향을 보면 유지방 함량(%) 및 유지방 생산량(kg)은 대조구(3.92% 및 0,69kg)보다 FF구에서 높게 나타났으며(3.93% 및 0.82kg), 특히 높은 유지방 생산량을 보였다(P<0.05).

유단백질 함량(%) 및 생산량(kg/일) 또한 대조구(3.29% 및 0.58kg)에 비하여 FF구(4.13% 및 0.86kg)에서 모두 유의적으로 높게 나타났다(P<0.05).

무지고형물 함량도 대조구(9.66%)에 비하여 FF구(10.64%)에서는 높게 나타났는데 이는 유단백질 함량에 의한 영향으로 판단된다.

이상과 같이 본 발명에 의한 발효사료를 젖소에 급여하면, 산유량이 증가되며 유성분이 개선되는 효과를 얻을 수 있었다.

전술한 바와 같이, 본 발명에 의한 발효사료는 목질류나 목초류의 소화를 향상시키며 산유량을 증가시키고 유질을 개선하는 효과가 있다.

또한 본 발명에 의한 발효사료는 입수가 용이하고, 값이 저렴하지만 소화율이 낮아 사료로 이용되지 못하였던 목질류를 사료로 이용할 수 있도록 하는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 반추동물용 발효사료로서,

   (1) 목질류 또는 볏짚에 10~30%의 소맥피를 혼합하여 120~130℃에서 10분~1시간 멸균하는 단계;

   (2) 상기 멸균된 톱밥 혼합물을 상온으로 냉각한 후 Fomitella fraxinea 균사체를 접종하여 발효시키는 단계에 의하여 제조되는 것을 특징으로 하는 반추동물용 발효사료.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 목질류는 침엽수 톱밥인 것을 특징으로 하는 반추동물용 발효사료.