KR101282989B1 - 고구마줄기 사일리지의 제조 방법 및 그 활용방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고구마 줄기를 이용한 사일리지 제조 방법에 관한 것으로 더욱 상세하게는 고구마줄기를 이용하여 반추동물에게 소화율이 우수한 사일리지를 제조하여 새로운 사료자원의 개발에 관한 것이다.

Description

고구마줄기 사일리지의 제조 방법 및 그 활용방법{Method for Manufacturing sweet potato stalk silage and use of thereof}

본 발명은 고구마 줄기를 이용한 사일리지 제조 방법에 관한 것으로 더욱 상세하게는 고구마줄기를 이용하여 반추동물에게 소화율이 우수한 사일리지를 제조하여 새로운 사료자원의 개발에 관한 것이다.

국내 축산업에 있어 조사료 생산기반의 취약성은 큰 문제점으로 인식되고 있다. 대부분의 조 사료원을 수입에 의존하고 있는 실정이며 이에 따라 축산물 생산에 있어 사료비 부담비율이 매우 높으며 그 가격 또한 불안정한 상태이다. 또한, 주요 조사료 원으로 이용되어온 볏짚은 영양소 함량이나 이용효율 및 기호성 등이 낮아 섬유질 사료로서의 기능을 충분히 발휘하지 못했다. 이런 상황에서 조사료까지 대량 수입됨에 따라 축우의 생산비를 가중시키고 있는 실정이다. 이에 경제적이고 영양학적 가치가 우수한 조사료원의 개발이 절실하다.

한편, 사일리지는 수분 함량이 많은 목초류 ·야초류 ·풋베기작물 ·근채류 등을 사일로(silo)에 저장하여 젖산발효[乳酸醱酵]를 시켜 부패균이나 분해균 등의 번식을 억제함으로써 생초의 양분의 손실을 막고 보존성을 높이려는 목적의 사료이다. 엔실리지(ensilage) ·매초(埋草) ·담근먹이라고도 하며 저장방법에 따라 직접 사일리지(Direct cut silage), 곤포 사일리지(Bale silage, Balage)로 구분한다.

양질의 사일리지를 만들기 위해서 화본과 목초는 이삭이 나오기 직전부터 이삭이 나올 때까지, 콩과 목초는 꽃이 반쯤 피었을 때 베어서 수확하는 것이 좋다. 재료의 수분 함량은 70% 정도가 좋으며, 수분함량이 적으면 고온발효로 인해 사일리지의 품질이 떨어진다. 재료는 대체로 1∼3cm의 크기로 썰어서 사일로(silo)에 넣고 고르게 밟는다(답압). 만약 잘 밟지 않으면 재료 중의 공기 때문에 온도가 올라가서 사일리지가 썩기 쉽고 양분의 손실이 많다. 재료를 썰어 넣고 나면 비닐 등으로 표면을 완전히 덮어서 재료와 공기의 접촉을 막아 부패되는 것을 방지해야 하며, 그 위에 재료 무게의 6∼15% 정도 되는 무거운 돌이나 흙을 얹어 둔다. 사일로에 저장된 재료는 발효가 되는데 이때 발효를 돕기 위해 미생물 첨가제를 사용한다.

일반적으로 사일리지를 밟아 넣은 후 40일 정도가 되면 꺼내 사료로 먹일 수 있는데 한꺼번에 10cm 이상 꺼내 먹이는 것이 좋으며, 꺼낸 후에는 2차 발효로 인해 영양분 손실이 발생하기 때문에 세심한 신경을 써야 한다. 이때 잘 덮어서 공기의 접촉을 피해야 한다. 급여량은 대체로 가축 몸무게의 3∼4% 정도가 적당하며 사일리지 3, 건초 1의 비율로 주는 것이 좋다.

사일리지 사료의 장점은 건초에 비해 날씨의 영향을 적게 받고 기계화가 쉽고 저장 손실이 적어서 경제적이다. 또한 대량의 사료를 균일한 품질로 저장이 가능하기 때문에 낙농에 알맞다. 하지만 건초에 비해 무겁고 운송에 어려움이 따르고 저장기술에 따라 편차가 나타나며 새어나온 즙 때문에 오염의 우려가 있다.

고구마는 단위면적당 생산효율이 옥수수, 감자 다음으로 높은 식량 작물 중 하나로서 그 생산규모는 재배면적 18,779 ha에 총 생산량 280톤에 이른다 (2007년 기준; 2010년 한국토양비료학회 춘계학술발표회, page 226-227). 고구마는 알칼리성 식품으로 비타민과 무기질, 식이섬유 등을 다량함유하고 있으며, 항암작용과 항산화작용 및 노화억제 등의 생리활성이 우수한 것으로 알려져 있다 (산업식품공학. 2010. 14:135-145).

고구마 생산과정에서 발생하는 고구마 줄기를 이용한 반추동물 사료개발은 연구된 바 없다. 이에 본 발명에서는 농업 부산물인 고구마 줄기를 이용하여 반추동물용 사료인 사일리지를 제조하기 위한 목적으로 수행되었다.

본 발명은 상기의 필요성에 의하여 안출된 것으로서 본 발명의 목적은 사료자원으로 고구마줄기를 활용하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 고구마줄기를 활용하여 사일리지를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 고구마줄기 사일리지를 활용하여 반추동물용 사료를 제공하는 것이다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 고구마 줄기, 미강 및 톨페스큐에 미생물배양액을 배합하여 발효시키는 단계를 포함하는 고구마 줄기 사일리지 제조방법을 제공한다.

본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 미생물은 락토바실러스 속 균주인 것인 것이 바람직하고, 상기 락토바실러스 균주는 락토바실러스 플란타룸 또는 락토바실러스 브레비스인 것이 더욱 바람직하나 이에 한정되지 아니한다.

또 본 발명은 상기 본 발명의 사일리지 제조방법에 의하여 제조된 고구마 줄기 사일리지 조성물을 제공한다.

또한 본 발명은 상기 본 발명의 고구마 줄기 사일리지 조성물을 유효성분으로 포함하는 사료 조성물을 제공한다.

또한 본 발명은 사료 제조방법에 있어서, 사료에 제 1항 내지 제3항 중 어느 한 항의 제조방법에 의하여 제조된 고구마 줄기 사일리지를 첨가하는 것을 특징으로 하는 사료 제조방법을 제공한다.

본 발명에서 '톨페스큐'는 유럽 원산으로, 뿌리는 깊게 뻗으며 짧은 땅속줄기가 있고 다발을 이룬다. 겉모양은 메도우페스큐와 비슷하나 키가 더 크고 밑동의 잎수가 많다. 잎은 다른 여러해살이 화본과 목초에 비하여 더 거칠고 진한 녹색을 띠며 광택이 난다. 1쌍의 짧은가지에서 몇 개의 작은 이삭이 나온다. 외영(外穎:화본과 식물의 꽃을 감싸는 포 중 바깥쪽에 있는 것)이 거칠고 까끄라기가 있다. 종자는 크기와 모양이 라이그래스와 비슷하나 겉이 좀더 검은 빛깔을 띤다. 평균기온 4.4℃ 이상, 연강우량 350∼1,500mm에서 잘 자라며 유기질이 많이 들어 있고 물기가 알맞게 들어 있는 토양이 적합하다. 풋베기·건초·방목용 등으로 이용할 수 있으나 잎이 거칠기 때문에 가축이 그리 좋아하지 않는다. 세계의 냉대·온대지방에 널리 분포한다.

본 발명의 일 구현예에 있어서, 본 발명의 고구마 줄기 발효산물을 첨가하여 이루어지는 사료는 포유류, 조류,파충류, 양서류, 어류 등의 동물, 바람직하게는 포유동물, 더욱 바람직하게는 반추동물의 생산성 향상에 효과를 가지고, 가장 바람직하게는 소의 생산성 향상에 효과를 가지는 것이 바람직하나 이에 한정되지 아니한다.

본 발명의 사료는 사료 원료에 본 발명의 고구마 줄기 발효산물을 적절하게 배합하여 만들 수 있다. 사료 원료로서는 곡물류, 조강류, 식물성 유박류, 동물성 사료 원료, 기타 사료 원료, 정제품 등을 들 수 있다.

곡물류로서는, 예를 들면 마이로, 밀, 보리, 귀리, 호밀, 현미, 메밀, 조, 수수, 피, 옥수수, 대두 등을 들 수 있다.

조강류로서는, 예를 들면 쌀겨, 탈지 쌀겨, 밀기울, 말분, 밀, 배아, 보리겨, 스크리닝, 펠렛, 옥수수겨, 옥수수 배아 등을 들 수 있다.

식물성 유박류로서는, 예를 들면 대두박, 콩가루, 아마박, 면실박, 낙화생 박, 홍화박, 야자박, 팜박, 호마박, 해바라기박, 유채박, 케이폭박, 겨자박 등을 들 수 있다.

동물성 사료 원료로서는, 예들 들면 어분(북양 밀, 수입 밀, 홀 밀, 연안 밀), 피쉬솔불, 육분, 어골분, 혈분, 분해모, 골분, 가축용 처리 부산물, 페더 밀, 누에, 탈지 분유, 카제인, 건조 유장 등을 들 수 있다.

그 밖의 사료 원료로서는 식물 경엽류(알팔파, 헤이큐브, 알팔파잎 분말, 유사 아카시아 분말 등), 옥수수 가공 공업부산물(콘 글루텐, 밀, 콘 글루텐 피드, 콘스테이프리카 등), 전분 가공품, 설탕, 발효 공업 산물(효모, 맥주박, 맥아근,알코올박, 장유박 등), 농산 제조 부산물(감귤 가공박, 두부박, 커피박, 코코아박 등), 그 외(카사바, 잠두콩, 구아밀, 해조, 크릴, 스피룰리나, 클로렐라, 광물 등) 등을 들 수 있다.

정제품으로서는 단백질(카제인, 알부민 등), 아미노산, 당질(전분, 셀룰로오스, 슈크로우스, 글루코오스 등), 미네랄,비타민 등을 들 수 있다.

본 발명을 통하여 알 수 있는 바와 같이 본 발명에서 얻어진 고구마줄기는 빠른 산성화과정을 통하여 우수한 사일리지로 제조되었고, 반추동물에 대한 in vitro 및 in vivo 시험 결과 우수한 사료자원임이 나타남으로서 반추동물 사료로서 사용할 수 있다.

도 1은 고구마 줄기 사일리지 제조 방법을 나타낸 그림이다.
도 2는 고구마줄기 사일리지의 발효일자별 pH를 나타낸 그래프이다.
도 3은 고구마 사일리지, 보리 사일리지 및 호밀 사일리지의 반추위내 분해속도를 나타낸 그래프이다.

이하 비한정적인 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 단 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 목적으로 기재된 것으로서 본 발명의 범위는 하기 실시예에 의하여 제한된 것으로 해석되지 아니한다.

실시예 1: 고구마 사일리지의 제조

1) 고구마 사일리지의 제조

수확직전의 고구마 줄기를 걷어서 고구마줄기 : 미강 : 톨페스큐 : 미생물배양액을, 140 : 40 : 15 : 2 의 비율로 배합하여 발효시킴. 총 발효 부피는 4톤으로하여 사일리지를 제조하였음. 제조공정은 도 1에서 보는 것과 같다.

상기의 실시예의 결과는 아래와 같다.

1) 발효과정 pH 변화

사일리지 제조 1주일 후에 발효된 사일리지의 pH를 조사한 결과 pH 4.0 수준으로 급격한 산성화 현상을 나타내었으며, 발효향이 매우 강하게 나타났다 (도 2). 결과적으로 고구마 줄기를 이용한 사일리지가 성공적으로 제조되었고, 향후 사일리지 발효과정에 대한 분석을 통하여 기존에 폐자원으로 인식되던 고구마 줄기를 부존 사료자원으로 개발할 수 있을 것으로 판단된다.

2) 고구마 사일리지의 일반성분 분석

고구마줄기 사일리지의 일반성분 분석결과는 표 1과 같다. 수분 64.16%, 조단백 6.07%, 조지방 3.05%, 조섬유 21.05%, ADF 13.63%, NDF 22.25v, TDN 46.72%로 나타나 양질의 silage로 나타났다.

항목	함량(%)
수분	64.16 0.03
조단백질	6.07 0.11
조지방	3.05 0.03
조섬유	21.05 0.82
ADF (acid detergent fiber)	13.63 0.17
NDF (neutral detergent fiber)	22.25 0.13
조회분	4.74 0.04
칼슘	0.19 0.00
인	0.49 0.01
가소화영양소함량	46.72 1.33

표 1은 고구마줄기 silage 일반성분 분석 표이다

실시예 2 고구마 사일리지의 In situ 소화율 조사

1) 실험 동물 및 사양관리

반추위에 누관이 장착된 홀스타인 착유우 (평균 체중 620 kg, 평균산유량 27.3 kg/day) 2두를 이용하여 영양소 요구량을 고려하여 배합된 사료를 1일 체중 kg당 20g의 건물을 섭취하도록 하였다. 사료의 급여는 06:00과 18:00의 2회 균등 급여하였다. Mineral block 및 음수는 자유로이 섭취할 수 있도록 하였으며, 본 실험 전 기간 동안 실험동물은 계류우 우사에서 사육하였다.

2) 시험사료 및 실험설계

고구마줄기 사일리지의 소화율 분석을 통하여 사료적 가치를 평가하기 위하여 기존에 사용되고 있는 총체보리 사일리지와 호밀 사일리지와 소화율을 비교하였다.

3) In situ 소화율 평가방법

Dacron bag (10mm ; 53 ㎛ pore size)을 이용하여 In situ 소화율을 분석하였다. 건조된 고구마줄기 사일리지, 총체보리 사일리지 및 호밀 사일리지를 각각 15g 씩 측량하여 dacron bag에 넣고 밀봉하였다. 밀봉된 dacron bag을 누관이 장착된 2두의 Holstein 착유우의 반추위에 넣고 3, 6, 9, 12, 24, 48 및 72시간 간격으로 꺼낸 후, 소화율을 분석하였다.

4) 소화율분석항목

반추위에서 채취한 dacron bag의 사일리지 시료들은 건조 후에 건물(건물소화율), ADF (acid detergent fiber, ADF 소화율), NDF (neutral detergent fiber, NDF 소화율) 등을 분석하여 소화율을 계산하였다.

상기 실시예 2의 결과는 아래와 같다.

1) 건물 소화율 및 분해속도

Holstein 착유우 2두의 반추위 내에서 고구마줄기 사일리지, 총체보리 사일리지, 호밀 사일리지를 In situ 소화율 측정실험을 진행하였다(표 2). 건물 소실율에 대한 평가 결과 고구마 사일리지의 반추위내 소화는 총채보리와 호밀 사일리지에 비해 배양초기 소화율이 높게 평가되었으며, 반추위내 유효소화율 또한 높은 것으로 판단되었다 (도 3).

배양시간	고구마줄기 사일리지	총체보리 사일리지	호밀 사일리지	SEM
	반추위내 분해율, %
0	48.59	37.34	29.68	0.43
3	51.69	40.28	30.74	0.15
6	53.77	42.26	32.40	0.56
9	55.85	44.32	33.01	0.88
12	56.42	44.92	33.30	0.64
24	57.31	45.60	34.32	1.19
48	66.38	50.08	39.76	0.92
72	73.51	62.24	44.85	2.46

표 2는 고구마줄기 사일리지, 총체보리 사일리지 및 호밀사일리지의 반추위내 In situ 분해율 측정결과를 나타낸 표이다.

2) 반추위내 NDF와 ADF 소화율

고구마줄기 사일리지, 총체보리 사일리지, 호밀 사일리지의 반추위 In situ NDF 소화율과 ADF 소화율에 대한 결과는 표 3과 같다. NDF 소화율은 호밀 사일리지 > 총체 보리 사일리지 > 고구마 사일리지 순으로 높은 것으로 나타났다. ADF 소화율은 총체 보리 사일리지 > 호밀 사일리지 > 고구마 사일리지 순으로 높은 것으로 나타났다. 다른 사일리지들에 비하여 소화율은 낮았지만 배양시간 전반에 걸친 고구마줄기 사일리지의 소화율 또한 우수하게 나타남으로서, 반추동물의 조사료원으로서도 좋은 평가를 받을 수 있었다.

배양시간	고구마줄기 사일리지			총체보리 사일리지			호밀 사일리지
	NDF	ADF		NDF	ADF		NDF	ADF
0	0.7185	0.4279		0.6319	0.3733		0.9193	0.5367
3	0.7706	0.4465		0.8373	0.4900		0.9198	0.5568
6	0.7863	0.4926		0.8725	0.5550		0.9331	0.5861
12	0.7929	0.5068		0.8740	0.5372		0.9357	0.5553
24	0.7865	0.4808		0.9167	0.5582		0.9401	0.5947
36	0.6779	0.4819		0.9138	0.5898		0.9587	0.6084
72	0.8126	0.5178		0.9071	0.6007		0.9251	0.5506

표 3은 고구마 silage, 총체보리 silage 및 호밀 silage의 In situ 실험에서 NDF 및 ADF 분석 표이다.

실시예 3: 사양시험( In vivo )

1) 실험동물 및 사육조건

Multiparous Holstein cow 6두(평균체중 630kg, Days in milk, 137day)를 이용하였으며, 모든 착유우는 loose barn에서 사육되었으며, 사료의 급여는 1일 2회 나누어 급여되도록 설계되었다. 1회 급여량은 4kg 이었으며, mineral 및 물은 자유롭게 섭취하도록 하였다. 착유는 매일 04:00 및 16:00시에 2회 착유 하였으며, 착유시 시험사료를 1일 2회 개체별 정량 급여하였다.

2) 실험설계 및 방법

본 실험에 사용된 실험동물은 비유량과 비유일수를 고려하여 각 처리구 반추위에 누관이 장착된 Holstein 착유우와 정상우를 각각 1두씩 총 6두를 배치하였다. 실험구의 배치는 고구마 사일리지, 보리 사일리지, 호밀 사일리지를 각각 2.3kg(건물, 총 건물 섭취량의 10%) 급여한 3개의 처리구로 배치하였다.

본 실험은 3X3 Latin square 법으로 총 45일간 실시하며, 실험수행은 처음 10일간의 적응 기간을 제공하여 가축이 사료변화에 대한 적응을 충분히 하도록 하였으며, 실험 개시 11일에서 15일까지 5일간 우유 생산량 및 우유성분 조사를 하였다. 아침 04:00시 및 16:00시에 유량계를 통하여 취한 약 50ml 시료는 유성분 분석을 위하여 5℃에서 냉장 보관하였다.

사료의 급여 수준은 실험 개시 전 7일간의 우유생산량과 체중을 기준으로 NRC (2000) 표준에 준하도록 농후 사료 및 실험사료를 고려하여 급여량을 결정하였으며, 개체별 영양소 급여량을 기준으로 평균 산유량 및 체중에 대한 건물 섭취수준을 설정하였다.

3) 분석항목 및 분석방법

우유성분으로 유지방, 유단백, 유당, 무지공형물(solid not fat, SNF), 유내 urea태 질소 (milk urea nitrogen, MUN) 및 체세포수 분석은 milkoscan을 이용하였다.

상기 실시예 3의 결과는 아래와 같다.

실험 기간 중 우유 생산량 변화에 대한 결과를 표 4에 나타내고 있다. 우유 생산량은 고구마, 보리 및 호밀 silage 처리구에서 각각 32.08 31.67 및 30.56 kg/day로 고구마 sialge 처리구에서 높은 결과를 나타내었으며 실험기간 중 두 처리구간 유의한 차이를 나타내지 않았다. 유지방 함량은 실험 초기 고구마 silage 처리구에서 4.01%와 유단백 함량은 보리 silage 처리구에서 3.30%로서 다른 처리구에 높은 결과를 나타내었다. 그러나 우유 생산량과 영양성분 함량을 고려하여 1일 지방 및 단백질 생산량을 평가할 경우 고구마 사일리지가 다른 보리 및 호밀 silage 처리구에 비해 높은 유성분 생산량 결과를 보였다. MUN 농도는 전 처리구 평균 19.39 mg/dl이로서 처리구간 유의한 차이를 나타내지 않았으며, 우유 중의 체세포수 역시 184.55 X 1000 으로 처리구간 유의한 차이를 나타내지 않았다.

이러한 생산량 감소에 따른 일반적 경향으로 판단된다. 우유생산량과 유성분 함량을 고려한 1일 유성분 생산량 결과를 보면, 유지방, 유단백, 유당 및 SNF 생산량이 beet pulp 처리구가 약간 높은 생산량 결과를 나타내었으나 유의한 차이를 나타내지 않았다.

항목	고구마줄기 사일리지	보리 사일리지	호밀사일리지	SEM
산유량, kg/day	32.08	31.67	30.56	1.87
유성분
유지방, %	4.01	4.00	3.98	0.19
유단백, %	3.18	3.15	3.30	0.09
유당, %	4.68	4.61	4.69	0.08
무지고형물 ,%	8.66	8.55	8.78	0.12
체세포수, X1000	202.73	120.82	230.10	60.16
우유내 urea태 질소, mg/dl	19.73	18.64	19.80	1.18
유성분생산량, g/day
유지방	1279.40	1263.10	1196.89	69.11
유단백	1011.71	992.55	1005.58	53.89
유당	1505.53	1463.56	1436.60	99.60
무지고형물	2770.69	2706.32	2683.61	164.18

표 4는 젖소의 유생산 및 유성분에 있어 다양한 사일리지들의 효과를 비교한 표이다.

Claims (6)

1. 고구마 줄기, 미강 및 톨페스큐에 락토바실러스 플란타룸 및 락토바실러스 브레비스 배양액을 배합하여 발효시킨 고구마 줄기 사일리지를 젖소에 급여하여 젖소의 유성분 생산량을 증가시키는 방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 사일리지의 배합비는 중량비로 고구마줄기 : 미강 : 톨페스큐 : 미생물 배양액이 140:40:15:2인 것을 특징으로 하는 젖소의 유성분 생산량을 증가시키는 방법.
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