KR20140000250A

KR20140000250A - 낙농 반추 동물에 의해 만들어진 메탄의 양을 평가하는 방법

Info

Publication number: KR20140000250A
Application number: KR1020137013028A
Authority: KR
Inventors: 피에르 바일; 기욤 쉐누
Original assignee: 발로렉스
Priority date: 2010-10-21
Filing date: 2011-10-11
Publication date: 2014-01-02
Also published as: EP2630484A1; CN103270412B; JP2013543122A; KR101892205B1; CN103270412A; FR2966603A1; US20130218477A1; WO2012052314A1; JP5916741B2; FR2966603B1; CA2814562A1; US9035250B2; EP2630484B1; CA2814562C

Abstract

본 발명에 의한 방법은 적어도 상기 반추 동물로부터의 우유 샘플에서 데노보 합성에 의해 유래된 적어도 하나의 지방산 (AG)의 중량을 측정하고, 다음 식에 의해 상기 메탄의 양을 평가하는 것을 포함하는 것을 특징으로 한다: CH₄ = a*(데노보 AG) + y*(BH AG) + z, 식에서, "CH₄"는 상기 반추 동물에 의한 우유의 킬로그램 또는 리터당 생산된 메탄의 그램 단위의 양이고; "데노보 AG"는 단독으로 또는 적어도 다른 데노보 지방산의 측정된 양과 조합된 우유의 킬로그램 또는 리터당 그램 단위의, 샘플 내에서 측정된 적어도 상기 지방산의 양이고, "BH AG"는 단독으로 또는 적어도 반추의 바이오-수소화에서 유래하는 다른 지방산의 측정된 양과 조합된, 반추의 바이오-수소화로부터 유래하는 적어도 하나의 지방산의, 우유의 리터당 또는 킬로그램당 그램 단위의, 샘플 내에서 측정된 양이다.

Description

낙농 반추 동물에 의해 만들어진 메탄의 양을 평가하는 방법 {METHOD FOR EVALUATING THE QUANTITY OF METHANE PRODUCED BY A DAIRY RUMINANT}

본 발명은 낙농 반추 동물에 의해 만들어진 메탄의 양을 평가하는 방법에 관한 것이다.

장내 메탄 (CH₄)은 반추 동물의 트림에 의해 방출되는 가스이다. 장내 메탄은 이들 동물들의 반추위 내에서 먹이의 발효 중에 형성되며, 동물의 에너지 손실을 나타낸다. 그렇지만 메탄은 또한 강력한 온실 가스이다.

전 지구 차원에서, 축산업은 전체 온실 가스 방출의 18%를 차지한다 (2006, FAO). 또한 반추 동물의 장내 발효에 의해 방출되는 CH₄는 전체 지구 온실가스 방출의 3 내지 5%를 차지한다.

대기 중에서의 수명은 12년 뿐이지만 (이산화탄소의 수명 100년과 비교할 때), 이와 같은 장내 메탄의 방출 감소를 위한 기술 도입이 매우 시급한 관심사이다.

반추 동물의 장내 메탄 방출의 감소는 경제적인 목적과 환경적인 목적의 두 가지를 만족시킨다.

지금까지 반추 동물, 특히 낙농 반추 동물의 장내 메탄의 방출을 감소시키기 위해 수많은 기술이 제안되었다.

그렇지만 정기적인 측정을 가능하게 할 수 있는 간단한 방법이 개발되기 전까지는 이들 기술의 측정 효율은 문제점을 노출하게 될 것이다.

장내 메탄의 방출이 반추 동물의 발효 특성이기는 하지만, 생산된 우유의 킬로그램 당 메탄의 양은 젖소의 생산성, 섭취한 먹이의 특성, 반추 에코 시스템 (ruminal ecosystem) 등에 따라 상당히 달라진다.

이에 대한 과학 문헌의 데이터는 우유의 킬로그램 당 변동의 범위가 매우 넓다는 것을 나타낸다. 사실, 생산된 우유 킬로그램당 7 내지 25 그램의 메탄이 방출될 수 있다.

우유의 "메탄 발자국 (methane footprint)"은 젖을 분비하는 소에 의해 매일 방출되는 메탄의 양을 매일 생산되는 우유의 킬로그램 수로 나눔으로써 정의될 수 있고, 우유의 킬로그램 당 메탄 (CH₄)의 그램으로 표시된다.

따라서 메탄 발자국을 감소 및 최소화시키기 위한 동물 축산 기술을 발견하고 증진하기 위해, 그 기능으로서 우유 킬로그램 당 메탄의 방출, 즉 킬로그램 당 우유의 생산을 위해 방출되는 메탄의 양을 신뢰할 수 있는 방법으로 측정할 수 있는 것은 매우 흥미롭다.

과학 문헌은 장내 메탄의 방출을 감소하기 위한 다수의 잠재적 방법들을 기술하고 있다.

완전한 목록은 아니지만, 다음 방법들에 대해 주목할 수 있다:

- 생산성의 증가 (젖소당, 그리고 일당 생산되는 우유의 킬로그램)는 젖소당 그리고 일당 메탄 방출을 증가시키지만, 우유의 리터당 메탄의 양은 감소시킨다 (가장 광범위한 낙농 반추 동물이기 때문에 여기서는 "젖소"라는 용어를 사용한다);

- 반추위에서 발효되지 않는 식용 오일의 섭취;

- 반추위의 특정 미생물군에 대한 독성 물질의 사용: 항생물질, 에센셜 오일, 식물 추출물, 지방산 등, 이들은 메탄의 수소를 손상시키는 프로피오네이트 경로에 의해 수소의 사용을 증가시킨다;

- 메탄 경로를 손상시키는 프로피오네이트 경로에 유리한 프로피오네이트 전구체 (말레이트, 퓨마레이트 등)의 사용;

- 상기 방법들의 조합 등.

이들 효과를 기술하고 있는 문헌들은 측정 수단으로서 다음을 사용한다:

a) 인 비트로 기술: 이들은 항상 인 비보 값을 나타내지는 않는다,

b) 짧은 실험 시간 동안의 인 비보 기술: 이들은 시간 경과에 따른 효과의 유지를 보장하지 않는다. 또한 실시하기 어렵고, 실험적 한계를 가진다.

가장 널리 사용된 방법은,

- 열량측정실 (Calorimetric chamber)과

- "SF6법", 즉

방출된 가스 샘플의 수집 후에, 인 비보 동물의 반추 내로 도입된 파라미터화된 확산기로부터 유래하는 SF6 가스의 알려진 양과 비교해서 무게에 의한 메탄의 방출을 판독하는 것이다.

c) "레이저 검출기" 측정: 이 최근 기술은 레이저 방사에 의해 메탄의 방출을 인 시추에서 측정할 수 있도록 하지만, 이용가능한 첫번째 간행물 (Chagunda & al 2009)은 이에 대해 그다지 신뢰성을 부여하지 않았다.

d) 섭취된 양 또는 섭취된 먹이의 특성으로부터의 예측: 다수의 저자들에 의해 다수의 등식이 제안되었다.

이들은 부정확하고, 일정하게 측정할 수 없거나 일반적으로 알려져 있지 않은 다수의 기준 (예컨대 젖소의 섭취, 먹이의 발효가능성 등)에 의존한다 .

e) 젖소의 생산성으로부터의 예측: 젖소가 더 많은 우유를 생산할수록 우유의 킬로그램 당 메탄의 방출은 감소한다.

생산성과의 연관은 섭취한 먹이의 종류와 연관되는 차이들을 통합하지 못하고, 메탄 방출이 상이한 먹이 섭취로 측정될 경우, 참고 문헌을 세심히 읽어보면 동일 생산성 수준에서 상당한 차이가 나타난다는 것을 알 수 있다.

본 출원인에 의한 FR 0854230 출원에서, 젖소의 생산성과 반추의 지방산들, 우유의 지방산들과 메탄 간의 화학량론적 관계에 따른 반추 발효의 방향성을 한번에 그리고 동시에 통합하는 신뢰할 수 있고, 간단한 방법이 제시된다.

최근의 간행물들 (Martin 2008, Chilliard 2009)에 의해 이 연관관계가 확인되었다.

그럼에도 이 방법을 실시하기 위해서는 다음과 같은 것이 필요하다:

- 젖소의 생산성을 알아야 하고,

- 다음을 필요로 하는 우유의 지방산 프로파일을 수행해야 한다.

○ 우유의 지질 추출 및,

○ 기체상 크로마토그래피.

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것이다.

따라서, 낙농 반추 동물에 의해 생산된 메탄의 양을 평가하기 위한 방법이 제시되며, 상기 방법은 상기 반추 동물로부터의 우유의 샘플 중 데노보 합성에서 유래하는 적어도 하나의 지방산 (AG)의 중량을 측정하고, 다음 식에 따라 메탄의 양을 평가하는 것으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

CH₄ = a * (데노보 AG) + y *(BH AG) + z 관계식

여기서,

- "CH₄"는 상기 반추 동물에 의한 우유의 킬로그램 또는 리터당 생산되는 메탄의 그램 단위 양;

- "데보노 AG"는 단독으로 또는 적어도 하나의 다른 데노보 지방산의 측정량과 조합된, 적어도 하나의 상기 지방산의 우유의 킬로그램 당 또는 리터당 샘플에서 측정된 그램 단위의 양이다;

- "BH AG"는 단독으로 또는 적어도 반추의 바이오-수소화 (bio-hydrogenation)로부터 유래하는 다른 지방산의 측정량과 조합된, 반추의 바이오-수소화로부터 유래하는 적어도 하나의 지방산의 우유의 킬로그램당 또는 리터당 샘플에서 그램 단위로 측정된 양이다.

- y가 0일 때, a는 - 2와 2의 사이이고, y 가 0이 아닐 때 a는 0.1과 10 사이이다;

- a가 0이 아닐 때, y는 -10과 +10 사이이고, a가 0일 때, y는 -50과 -0.1 사이이다;

- a와 y는 동시에 0은 아니다.

- z는 -100과 +100 사이이다.

이 방법으로 인해, 반추 동물의 낙농 생산성과 무관하게 우유의 간단한 샘플 분석에 의해 CH₄의 양을 측정할 수 있게 되었다.

또한 다른 잇점들과 비제한적인 특징에 의하면:

- "데노보 AG"는 다음 정의로부터 선택된다:

a) 탄소 원자 4 내지 14개인 포화 지방산 (AGS)의 양;

b) 탄소 원자 4 내지 16개인 포화 지방산의 양;

c) C12 및 C14 포화 지방산의 양;

d) 단독으로 또는 적어도 그들 중 두 개와 조합한 C4, C6, C8, C10, C12, C14 및 C16 포화 지방산의 양.

- 상기 메탄의 양은 다음 식에 의해 주어진다.

CH₄ = (1.07±0.5) * C4 내지 C14 포화 지방산의 합 + (4.8±3).

- "BH AG"는 다음 정의로부터 선택된다:

a) 불포화지방산 (AGI)의 총량;

b) 적어도 18개의 탄소 원자를 포함하는 불포화 지방산 (AGI)의 총량;

c) C18 :1 n-9, C18 :2n-6 및 C18 :3n-3 불포화 지방산을 예외로 하는, 적어도 18개의 탄소 원자를 포함하는 불포화 지방산의 총량;

d) C18 포화 지방산 (C18 :0)의 양;

e) 트랜스 지방산 또는 그 일부의 양.

- 메탄의 상기 양은 다음 식에 의해 주어진다:

- CH₄ = (1.14 ± 0.4)* C4 내지 C14 포화 지방산의 합 - (0.07 ± 0.3)* [AGI - (C18 :1n-9 + C18 :2n-6 + C18 :3n-3)] + (4.7 ±0.5)

여기서, "AGI - (C18 :1 n-9 + C18 :2n-6 + C18 :3n-3)"은 C18 :1 n-9, C18 :2n-6 및 C18 :3n-3 산을 예외로 하는 불포화 지방산의 총량을 나타낸다.

- IR 분광, 바람직하게는 중적외선에 의해 데노보 합성으로부터 유래하는 상기 지방산의 양을 측정한다.

a) 상기 방법은 기준 샘플로서 공지된 우유의 수 개의 샘플로 반복된다;

b) 각각의 기준 샘플의 측정된 CH₄ 양과, 그의 적외선 흡수 스펙트럼을 연관시킨다;

c) 시험할 새로운 샘플의 적외선 흡수 스펙트럼을 기록한다;

d) 상기 스펙트럼과 기준 샘플의 스펙트럼을 비교한다;

e) 기준 샘플의 스펙트럼과 새로운 샘플의 스펙트럼을 비교함으로써 새로운 샘플과 연관된 CH₄의 양을 추론한다.

- 바람직하게는 단계 d)에서 , 상기 비교를 수학적 및 통계적 모델을 이용하여 행하고, 단계 e)에서 단계 d)의 모델로부터 얻은 측정 등식을 이용한다.

본 발명의 다른 특징들 및 효과는 이하의 상세한 설명으로부터 보다 분명하게 될 것이다.

본 출원에 있어서, 다음의 표현들은 하기와 같이 정의된다:

- "데노보 지질 합성 (lipogenesis)": 포유동물의 상피세포에 의한 지방산 합성

- "데노보 지방산": 포유 동물 상피 세포에 의해 합성되는, 탄소 원자 16개 이하를 포함하는 지방산;

- "BH 지방산" 또는 "반추 바이오-수소화로부터 유래하는 지방산": 반추 발효 중 적어도 하나의 수소화가 이루어진 18개의 탄소 원자를 가지는 지방산. 이들은 0, 1 또는 그 이상의 불포화를 가질 수 있다.

마지막으로, "결합된" 이라는 용어는 부가, 치환 또는 곱해지거나 나누어진 것을 의미한다.

1/메탄 및 AGV (휘발성 지방산) 관계 - 반추위 및 메탄 생성

반추위 내에서 AGV의 생산과 메탄의 생산 간의 연관성은 이미 알려져 있으며, 수년간 연구되어 왔다.

따라서, 반추위에서 아세테이트와 부티레이트의 생산은 수소를 방출하고, 따라서 메탄 생산에 유리한 반면, 프로피오네이트의 생산은 수소를 사용하게 하기 때문에 메탄의 생산을 제한한다는 것이 알려져 왔다. 이것은 다음 식으로 나타낼 수 있다:

1 글루코스 (G6)는 2개의 피루베이트 (C3) [+4H]를 만들고

1 피루베이트 (C3) + H₂0 = 1 아세테이트 + CO₂ [+ 2H]

및

1 피루베이트 = 1 프로피오네이트 (C3) [-4H]

이에 따라 Moss et al.,2000 에 의해 AGV의 생산으로부터 CH₄의 생산을 예측하기 위한 예측 방정식이 전개되었다.

역으로, 반추위의 발효가 C3 (프로피오네이트)를 더 많이 생산할 수록 CH₄의 생산은 더 감소된다.

이에 따른 합성 방정식은 다음과 같이 정의된다:

(모스 등식): [CH₄] = 0.45 [아세테이트] + 0.40 [부티레이트] - 0.275 [프로피오네이트]

여기서 [x] = 전체 AGV % 중에서 x의 양.

C2와 C4는 유두 (teat)에서 합성된 데노보 지방산 (데노보 AG)의 전구체이기 때문에 여기서 데노보 지질 합성과 메탄 생성 간의 연관성이 나타난다.

반추위의 발효에 의해 C2 및 C4가 더 많이 생산될 수록, 우유 지방산의 데노보 합성을 위해 이용될 수 있는 더 많은 기질이 존재하게 된다.

2/ 유두와 지질 합성

반추 발효로부터 유래하는 C2 및 C4 AGV는 뒤 이어서 포유 동물의 상피 세포에 의해 흡수되어 데보노 AG를 합성하기 위한 기질로서 기능한다.

AG 기질의 이용가능성이 이들 합성을 제한하는 요인이라면 (매우 일반적인 경우이지만), 장의 CH₄ 방출과 우유의 데노보 합성으로부터 유래하는 AG 배출 간에는 하기 표에서 나타낸 바와 같이 엄격한 비례관계가 존재한다.

상기 제시된 모스 등식에서 나타낸 바와 같이, 포유 동물 상피 세포에서 데노보 AG의 합성은 "메탄 발자국"으로서 반추 발효로부터 유래하는 C2 및 C4의 기질로부터 거의 독점적으로 일어난다.

그리고, 다음의 짝수 포화 지방산의 합성으로 종료된다: C4:0, C6:0, C8:0, C10:0, C12: 0, C14:0, C16:0.

그럼에도, 두번째 단계에서 데노보 합성으로부터 유래하는 상기 포화 AG 중 일부는 불포화될 수 있다는 점에 유의할 필요가 있다.

한편으로는 (C2+C4)와 CH₄ (메탄)의 이중관계를 이용하고, 합성된 데노보 AG의 양으로부터 방출된 메탄의 양을 예측하기 위해 유두에서 포화된 데노보 AG 합성의 전구체로서 (C2+C4)를 이용하고자 하는 시도가 있었다.

우유의 지방질은 또한 짝수 포화 AGV 기질 (긍정적인 메탄 효과를 가짐)을 이용하는 데노보 합성으로부터 유래하는 홀수 포화 AGA를 함유할 뿐 아니라, 메탄 생성에 부정적인 영향을 가지는 C3로부터 유래하는 홀수 포화된 AG 역시 함유한다. 따라서 홀수 AG에 대해 우유 내의 그들의 함량과 메탄 발자국 간의 연관은 감소될 것이다.

그러나, 일부 짝수 포화 AG는 외인성 기원, 특히 우유의 모든 AG의 거의 1/3을 나타내고, 지방 조직 저장소의 이동화 또는 외인성 식물성 오일 (예컨대 팜유)과 같은 다양한 기원으로부터 유래할 수 있는 C16:0의 경우와 같이 외인성 기원을 가진다.

따라서 우유 킬로그램당 메탄 발자국과 AG 중량 간의 신뢰할 수 있는 관계를 구성하기 위해서는, 우선 우유의 각 킬로그램 당 데노보 중량을 측정할 수 있는 신뢰성 있는 방법이 필요하다.

3/ 우유에 존재하는 데노보 AG 양의 평가

유두에서 짝수 포화 AG의 합성 및 에스테르화의 메카니즘은 다양한 공통 경로를 포함한다.

또한 우유의 짝수 포화 AG 간의 강한 연관 관계들을 발견하는 것이 논리적이다. 다음 표 (Moate et al, 2007)는 이 주제에 대한 메타-분석 후 우유의 짝수 C4 내지 C16 포화 AG 간의 통계적 관계를 제시한다.

이들 모든 AG는 많은 부분에서 공통되는 합성 경로에 의해 서로 연관되어 그들의 우유에서의 함량은 서로 상당히 상관되어 있음을 분명하게 알 수 있다.

부분적인 외인성 기원으로 인해 지방산 C16:0은 중쇄 및 단쇄를 가진 AGS들과 다른 짧은 사슬 길이의 짝수 AG보다 더 적은 상관관계를 나타낸다.

지방산 C4:0은 또한 분석의 어려움 및 다른 AG와는 다른 합성 경로와 에스테스화 경로 (우유의 트리글리세리드에서)로 인해 다른 "데노보" AG와 훨씬 적은 상관관계를 나타낸다.

따라서 데노보 합성의 마커로서, C2와 C4 기질로서, 상기 AG의 각각의 합 또는 조합을 이용하는 것이 동등하게 보인다.

바람직한 방식으로는, C16:0 (외인성 기원일 수 있는)을 제외한 모든 단쇄 및 중쇄 AG (C4:0 내지 C14:0)의 중량의 합이 가장 신뢰할 수 있는 관계로 보인다.

그럼에도 짝수 C4 내지 C16 AG 단독으로, 또는 상기 AG의 두 개 이상의 합 또는 조합은 데노보 합성에 대해 C2와 C4 기질을 사용하여, 따라서 반추 메탄 합성에 대해 어느 정도 신뢰할 수 있는 추정을 제공한다.

따라서 우유의 킬로그램 당 또는 우유의 리터당 그램 단위로 방출된 CH₄의 양을 결정하기 위해서는 다음 등식이 사용된다.

CH₄ (g/kg)= a* 데노보 AG + z

데노보 AG : 중량 (우유 g/kg),

식에서 a는 -2와 +2의 사이이고, z는 -100과 +100의 사이이다.

데보노 AG는 4 내지 14개의 탄소원자로부터 우유의 포화 AG 함량에 의해 우선적으로 추정될 수 있다.

이 식은 포유 동물의 탈포화 단계 후 4 내지 16개의 탄소 원자의 모노 불포화 AG의 합성에 사용된 C2 및 C4 기질의 양은 과소평가하지만, 홀수 포화 AG의 C2와 C4 분량은 약간 과대 평가한다.

특히 바람직한 실시 방식에서, 이 양은 다음 식에 따라 평가된다.

CH₄ (g/kg)= 1.07* C4 내지 C14 AGS의 합 + 4.8

C4 내지 C16 AGS의 합은 우유 킬로그램 당 그램 단위로 표시된다.

그러나 C4 내지 C14 AGS의 합 대신에 다음의 변수를 포함하는 다른 식을 사용하는 것 역시 가능하다.

- 모든 AGS의 합: 그렇지만 이것은 AGS가 반추 바이오-수소합성으로부터 유래하는 외인성 AG 및 C18:0을 함유하기 때문에 정확성이 부족한 파라미터이다.

- 4 내지 16개의 탄소 원자의 포화 AG의 합: C16:0의 알려진 부분이 항상 외인성 기원인 것은 아니다.

- C12:0 및 C14:0의 합;

- 단독으로 또는 이들 중 적어도 2 개의 조합으로 C4 :0, C6 :0, C8 :0, C10 :0, C12 :0, C14 :0, C16 :0.

4/ 정확도 획득

본 발명에 의한 방법은 상술한 바와 같이 메탄합성과 지질합성 간의 관계를 잘 고려하고 있다.

그렇지만, 메탄 방출의 변화는 여기서 메탄 합성 경로와 프로피오네이트 합성 경로 간의 분포/경쟁과 연관된다.

그렇지만, 메타노젠 (metanogene)과 프로피오네이트의 경로 이외의 경로가 수소의 사용을 위해 존재한다. 이들 대부분은 중요하지 않지만, 반추의 혐기성 발효 중 생산되는 대사성 수소는 또한 섭취된 먹이의 다가 불포화 AG의 수소화 반응 중에 사용될 수도 있다.

따라서 상기 지시된 등식은 다음과 같이 나타낼 수 있다:

CH4 (g/kg)= a * 데노보 AG + y BH AG* +z

* BH AG = 반추 바이오-수소화로부터 유래하는 AG

식에서,

- a는 y가 0일 때 -2와 2의 사이이거나 또는 y가 0이 아닐 때 0.1과 10 t의 사이이고;

- y는 a가 0이 아닐 때 -10과 +10의 사이이거나, 또는 a가 0일 때 -50과 -0.1의 사이이고;

- a와 y는 동시에 0이 될 수 없으며;

- z는 -100과 +100 사이이다.

바이오-수소화로부터 유래하는 AG는 18개 이상의 탄소 원자를 가지고, 외인성 기원의 것보다 적은 탄소원자를 가진 모든 AG의 합을 나타낸다.

이들은 다음을 포함한다:

- 스테아르산 (C18 :0), 그러나 이 역시 외인성 기원을 가진다;

- 올레산 (C18 :1 n-9) C18:0의 유두에서 탈포화로부터 유래될 경우, 그러나 이 역시 외인성 기원을 가질 수 있다.

- 2개 이상의 불포화를 갖는 모든 AG. 단, 외인성 기원의 리놀레산 (C18:2 n-6) 및 알파-리놀레산 (C18 :3 n-3)은 예외로 함.

- AG : C20 :4 n-6, C20 :5 n-3, C22 :6 n-3, 또는 더 장쇄의 AG는 제외하는 것이 바람직하다.

수소와의 경쟁을 통한 메탄 방출의 감소에 대한 특정한 기여 (데노보 AG로부터 파악되는 반추 발효에 대한 오일의 일반적인 효과와는 별도로)는 전적으로 무시할 수 있는 수준이다.

예를 들면

·반추 내에서 85 % 수소화된 360g의 식이 C18 :1 n-9 (2% 의 먹이 섭취)는 우유 킬로그램 당 CH₄ 0.4g의 합성에 필요한 수소를 "소비"한다 (≒ 2%의 CH₄ 방출)

·반추 내에서 85% 수소화된, 360g의 식이 C18 :2 n-6는 우유 킬로그램 당 CH4 0.7g의 합성에 필요한 수소를 "소비"한다 (≒ 4%)

·반추 내에서 85% 수소화된, 360g의 식이 C18 :3 n-3은 우유 킬로그램 당 CH4 1.1g의 합성에 필요한 수소를 "소비"한다 (≒ 6%)

바이오-수소화로부터 유래한 AG의 특성은 복잡하다.

18개 이상의 탄소 원자를 가진 AG 중에서, C18 :1 n-9와 같은 것은 내인성 (C18 :0에서 수소화, 뒤이어 C18 :1 n-9에서 탈포화) 또는 외인성 기원 (예를 들면 유채씨 오일)을 가질 수 있다.

[AGI - (C18 :1 n-9) - (C18 :2 n-6) - (C18 :3 n-3)]의 값은 수소화로부터 특정하게 유래하는 AG의 양에 대한 뛰어난 표지이다.

따라서, 전술한 등식은 유리하게는 다음과 같이 제시될 수 있다:

CH4 (g/kg)= 1.14* (C4 내지 C14 AG의 합)

-0.07 * [AGI - (C18:1 n-9 + C18:2 n-6 + C18:3 n-3)] + 4.7

또한 AGI - (C18 :1 n-9 + C18 :2 n-6 + C18 :3 n-3) 대신에 다음과 같은 다른 바이오-수소화 표지를 변수로서 포함하는 다른 식을 사용하는 것도 가능하다.

- AGI의 합;

- C18 :0;

- 트랜스 AG 등의 합.

상기 제시한 바와 같이, 종래 기술은 신속하고, 용이하게 판독을 시행할 수 없다. 현재 가장 정확한 예측은 적어도 우유의 지방질 함량과, 젖소의 생산성을 알아야만 가능한데, 이들 두 요소는 모두 통상적으로 알려져 있지 않다.

본 방법은 단일 (및 최소 3개 이하) 기준으로 우유의 킬로그램당 메탄 방출량을 측정할 수 있게 한다: 킬로그램 당 그램으로 표시된 하나 이상의 지방산에서 상기 우유의 함량

5/ 방법의 시행

수 년간, 적외선 분광에 의해 우유의 킬로그램 당 (또는 리터당) 그램 단위의 AG의 신속한 측정을 위한 기술이 개발되어 왔다.

이것은 우유 샘플의 데이터베이스로부터 우유의 각각의 샘플, 기준 분석 (예를 들면 기체상 크로마토그래피)에 의해 얻어진 AG (리터 당 그램)의 조성 및 적외선 분석에 의해 얻어진 광 흡수 스펙트럼의 연결로 이루어진다.

측정의 신뢰성 수준이 만족스러워 지면서 등식 (또는 보정)을 사용하는 수학적 및 통계적 방법에 의해, 이전에 결정된 평가 등식을 이용하여 적외선 분광에 의해 우유 샘플의 AG를 등식에 의해 측정하는 것이 가능하게 된다.

우유의 AG와 메탄의 방출 간의 화학량론적 연관성이 알려져 있기 때문에, 우유의 메탄 발자국을 평가하기 위해 우유의 킬로그램 (또는 리터) 당 그램 단위로 AG를 직접 판독할 수 있다.

더 이상 젖소 당 생산성 또는 우유의 전체 지질 함량을 알아야 할 필요는 없다.

적외선 분광, 더욱 정확하게는 중적외선 분광을 이용함으로써 우유의 킬로그램당 (또는 리터당) 액체 우유 샘플의 직접적인 AG 함량을 그램 단위로 측정하는 것이 가능하게 되었다.

최근의 간행물이 나타내는 바와 같이 (Soyeurt et al. 2010), 이 방법의 정확성은 더욱 더 신뢰성이 있다.

기술에서의 이와 같은 발전은 본 발명이 뛰어난 성능으로 시행될 수 있도록 한다.

따라서 지질의 추출과 기체상 크로마토그래피를 수행하거나, 또는 우유의 전체 지질 함량과 젖소의 생산성을 알아야 할 필요가 없어졌다.

본 발명에 의하면, 우유의 킬로그램 당 메탄 발자국의 측정은 즉시 통상의 방식으로 수행될 수 있다.

단독 또는 조합으로 우유의 적외선 분광 분석에 의해 AG를 연속적으로 측정하고, 이어서 이들 AG로부터 CH₄를 측정하는 대신에, 적외선 분광 분석으로부터 CH₄를 직접 추론하는 것도 가능하다.

사실, 적어도 데노보 AG의 양은 오늘날 중적외선으로 충분히 측정가능하며, 또한 확인된 흡수 분광 밴드와, 그 광흡수에 대응하는 파장과 특정하게 연관되어 있다. 따라서 우유의 AG 측정을 통하지 않고 동일한 분광 밴드를 이용하여 스펙트럼 분석으로부터 우유 샘플의 CH₄를 직접 결정할 수 있다.

Claims

낙농 반추 동물에 의해 생산된 메탄의 양을 평가하는 방법으로서,
적어도 상기 반추 동물로부터의 우유 샘플 중에서 데노보 합성으로부터 유래된 적어도 하나의 지방산 (AG)의 중량을 측정하고,
다음 식에 의해 상기 메탄의 양을 평가하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
CH₄ = a*(데노보 AG) + y*(BH AG) + z 관계식
식에서,
- "CH₄"는 상기 반추 동물에 의해 우유의 킬로그램 또는 리터당 생산된 메탄의 그램 단위의 양이다;
- "데노보 AG"는 단독으로 또는 적어도 다른 데노보 지방산의 측정된 양과 조합된, 우유의 킬로그램 또는 리터당, 샘플 내에서 측정된 적어도 상기 지방산의 그램 단위의 양이다;
- "BH AG"는 단독으로 또는 적어도 반추의 바이오-수소화에서 유래하는 다른 지방산의 측정된 양과 조합된, 우유의 리터당 또는 킬로그램당, 반추의 바이오-수소화로부터 유래하는 적어도 하나의 지방산의 샘플 내에서 측정된 그램 단위의 양이다;
- a는 y가 0일 경우 -2와 2의 사이이거나, 또는 y가 0이 아닐 경우 0.1과 10의 사이이다;
- y는 a가 0이 아닐 경우 -10과 +10의 사이이거나, 또는 a가 0일 경우 -50과 -0.1의 사이이다;
- a와 y는 동시에 0이 될 수는 없다;
- z는 -100과 +100의 범위를 포함한다.
제1항에 있어서, 상기 "데노보 AG"는 다음의 정의로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
a) 탄소 원자 4 내지 14개의 포화 지방산 (AG)의 양;
b) 탄소 원자 4 내지 16개의 포화 지방산의 양;
c) C12와 C14 포화 지방산의 양;
d) 단독 또는 이들 중 적어도 2개의 조합으로, C4, C6, C8, C10, C12, C14 및 C16 포화 지방산의 양.
제2항에 있어서, y는 0이고, 상기 메탄의 양은 다음 식으로 주어지는 것을 특징으로 하는 방법.
CH₄ = (1.07 ±0.5)* C4 내지 C14 포화 지방산의 합 + (4.8 ±3)
제1항 또는 제2항에 있어서, y는 0이 아니고, BH AG는 다음의 정의로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
a) 불포화 지방산 (AGI)의 총량;
b) 적어도 18개의 탄소원자를 포함하는 불포화 지방산 (AGI)의 총량;
c) C18 :1 n-9, C18 :2n-6 및C18 :3n-3 불포화 지방산을 제외한 적어도 18개의 탄소 원자를 포함하는 불포화 지방산 (AGI)의 총량;
d) C18 포화 지방산의 양 (C18:0)
e) 트랜스 지방산 또는 그 일부의 양.
제4항에 있어서, 상기 메탄의 양은 다음 식으로 주어지는 것을 특징으로 하는 방법.
CH₄ = (1.14 ± 0.4) * C4 내지 C14 포화 지방산의 합 - (0.07 ± 0.03) * [AGI - (C18 :1 n-9 + C18 :2n-6 + C18 :3n-3)] + (4.7 ±0.5),
여기서, "AGI - (C18 :1n-9 + C18 :2n-6 + C18 :3n-3)"는 C18 :1 n-9, C18 :2n-6 및 C18 :3n-3 산을 제외한 포화 지방산의 총량을 나타낸다.
전술한 항들 중 어느 하나의 항에 있어서, 적외선 분광, 바람직하게는 중적외선 분광에 의해 데노보 합성으로부터 유래하는 상기 지방산의 양을 측정하는 것을 특징으로 하는 방법.
전술한 항들 중 어느 하나의 항에 있어서,
a) 알려진 기준 샘플로서 우유의 수 개의 샘플에 대해 반복하고;
b) 각 기준 샘플의 CH₄의 측정된 양과 그 적외선 흡수 스펙트럼을 연관시키고
c) 테스트할 새로운 샘플의 적외선 흡수 스펙트럼을 기록하고;
d) 상기 스펙트럼과 기준 샘플의 스펙트럼을 비교하고;
e) 그 스펙트럼과 기준 샘플의 스펙트럼의 비교에 의해 새로운 샘플과 연관된 CH₄의 양을 추론하는 것을 특징으로 하는 방법.
제7항에 있어서, 상기 단계 d)에서 상기 비교는 수학적 및 통계적 모델에 의해 이루어지고, 단계 e)에서 단계 d)의 모델에서 얻어진 평가 등식을 이용하는 것을 특징으로 하는 방법.