KR20150139142A - 반추동물의 메탄 생성 저감용 사료 첨가제 조성물 - Google Patents

반추동물의 메탄 생성 저감용 사료 첨가제 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 반추동물의 반추위 내에서 발생하는 메탄 생성을 저감시키기 위한 사료 첨가제 조성물에 관한 것으로, 자세하게는 알린(Alliin) 및 베르베린(Berberine)으로 구성되는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 성분을 포함하는 메탄 생성 저감용 사료 첨가제 조성물에 관한 것으로, 더 자세하게는 황화디알릴(Diallyl disulfide, DADS), 질산염(Nitrate) 및 유칼립투스 오일(Eucalyptus oil)로 구성되는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 성분을 추가로 포함하는 메탄 생성 저감용 사료 첨가제 조성물에 관한 것이다. 이에 따른, 사료 첨가제 조성물은 추가적인 처리 공정 없이 사료에 첨가하여 급여함으로써 반추위 내에서의 메탄 생성을 6.7% 내지 65.9%로 저감시키는 효과가 있다. 또한, 황화디알릴, 질산염, 베르베린 및 유칼립투스 혼합 조성물을 착유우에서 급여했을 때, 메탄발생량이 대조구 대비 23.1% 이상 감소하고, 유량도 대조구대비 1.1% 이상 증가하는 것을 확인하였다. 따라서 이 혼합 조성물은 가축의 생산성에 부정적인 영향을 미치지 않으면서 반추위 내 메탄발생량을 감소시킬 수 있기 때문에 메탄 저감용 사료 첨가제로서 반추동물산업에 용이하게 적용될 수 있다.

Description

반추동물의 메탄 생성 저감용 사료 첨가제 조성물{Feed additive composition for reducing methane gas produced by ruminant animals}
본 발명은 반추동물의 반추위 내에서 발생하는 메탄 생성을 저감시키기 위한 사료 첨가제 조성물에 관한 것으로, 자세하게는 알린(Alliin) 및 베르베린(Berberine)으로 구성되는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 성분을 포함하는 메탄 생성 저감용 사료 첨가제 조성물에 관한 것이며, 상기 조성물은 황화디알릴(Diallyl disulfide, DADS), 질산염(Nitrate) 및 유칼립투스 오일(Eucalyptus oil)로 구성되는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 성분을 추가로 포함할 수 있다.
최근 인구증가의 결과로써 식량요구량은 2050년도에 70% 이상 증가할 것으로 예상되며(FAO, 2009), 이러한 요구에 부응하기 위하여 축산물, 즉 육류와 유제품의 증가는 현재보다 두 배 이상될 것으로 예상된다. 그러나 축산물, 특히 반추동물산업은 지역적 및 전 세계적으로 지구환경에 부정적인 영향을 미치는 것으로 최근 인식되고 있다. 지역적으로는 집약적인 축산업이 공기, 토양, 수질 등의 오염에 기여하고 지구환경의 관점에서는 온실가스의 주요한 원인으로 알려져 있다. 특히, 2006년 FAO에서 발표한 Liverstock's shadow(Steinfeld et al., 2006) 보고서는 가축산업이 환경에 미치는 영향을 구체적으로 보고하였다.
가축산업을 유지함으로써 생산되는 온실가스의 양은 이산화탄소에 준하는 계산방법으로 연간 약 41억~71억 톤으로 예상되며, 이는 온실가스 총 생산량의 약 15~24%에 해당하는 수치이다(Steinfeld et al., 2006). 부분별로 보면 가축이 생산하는 이산화탄소, 메탄, 아산화질소의 양은 비율적으로 인간활동에 의해 생산되는 양의 9%, 35~40%, 65%를 차지하고 있어 심각한 수준에 이르고 있다.
알려진 바와 같이, 메탄과 아산화질소의 대부분은 가축을 키우는 농장에서 생상된다. 즉, 반추동물이 섭취한 사료는 반추위 내에서 서식하는 반추위 내 혐기성 미생물(박테리아, 프로토조아(protozoa), 곰팡이)의 발효작용에 의하여 휘발성 지방산, 수소, 이산화탄소, 암모니아태 질소 등으로 분해되며 이 중 이산화탄소와 수소는 메탄생성 박테리아에 의해 메탄으로 생성된다. 생성된 메탄은 체내에 흡수되지 못하고 대기로 방출되게 된다. 최근 뉴질랜드의 한 연구진들은, 약 80%의 온실가스가 농장에서 발생하였으며 단지 3% 정도가 도살 후 고기를 처리하는 과정에서, 5% 정도가 육류를 운반하는 과정에서, 마지막으로 12% 정도가 소비자에 의해 소비되는 과정에서 발생하였다고 보고하였다(Ledgard et al., 2010). 또한, 영양소가 가스 형태의 메탄으로 전환되는 과정에서 사료 에너지 손실(2~15%)이 발생한다. 따라서, 가축의 생산성 향상 및 지구 환경에 유해한 온실가스를 줄이기 위하여 반추동물의 반추위 내에 메탄 발생량을 감소시키기 위한 연구가 시행되고 있다.
현재, 반추동물의 메탄가스 생성을 감소시키기 위한 방법으로는 모넨신과 같은 항생제를 사료에 첨가하거나, 반추위 내의 프로토조아를 제거하거나, 할로겐 화합물을 사료에 첨가하거나, 생균제를 급여하는 등의 방법이 연구되고 있다.
그러나, 항생제를 사료에 첨가하는 것은, 점차 화학물질이나 항생제를 사료첨가제로 사용하는 것을 규제하는 세계적인 추세 및 잔류되어 인체에 유해할 수 있는 문제가 있어 메탄생성 억제방법으로 항생제의 사용은 적합하지 않다. 프로토조아를 제거하는 것은 섬유소를 감소시킬 수 있는 문제가 있으며, 할로겐 화합물을 사료에 첨가하는 것을 메탄가스 억제효과가 지속되지 않으며 축산물로의 잔류성 등 안전성에 문제가 발생할 수 있다. 또한, 생균제를 급여하는 방법은 생균제의 발효양상이나 메탄가스 생성 실험마다 첨가한 균주가 상이하게 나타난다는 문제가 있다.
한편, 한국특허 공개번호 제10-2006-0019062에는 반추동물의 메탄 생성량을 억제하는 사료조성물이 개시되어 있다. 상기 특허는 생강, 부추 추출물 및 복합리놀레산 중 적어도 어느 하나를 포함하는 사료조성물을 반추동물에게 급여함으로써, 반추동물에서의 메탄가스 생성량을 감소시키는 것을 특징으로 하고 있다. 그러나, 개시된 생강, 부추 추출물 및 복합리놀레산을 포함하는 사료조성물을 제조하기 위해서는 별도의 공정과정을 필요로 하기 때문에, 주위에서 쉽게 구할 수 없다는 문제가 있으며, 제조비용이 많이 소비되며 그에 따라 구입비용도 높아지는 문제가 있다.
따라서, 가축의 생산성에 부정적인 영향을 미치지 않으면서, 지구 환경에 유해한 메탄가스를 효율적으로 줄일 수 있는 메탄 발생 저감 기술이 필요한 실정이다.
상기와 같은 배경 하에, 본 발명자들은 안전하면서 효율적으로 메탄 생성량을 감소시킬 수 있는 사료 첨가제를 연구하던 중, 황화디알릴, 알린, 질산염, 베르베린 및 유칼립투스 오일 각각 또는 이들의 혼합물을 반추위 내 환경과 동일한 조건으로 개발된 반추위 모형 연속배양 시스템(Rumen simulation continuous culture system, RSCC)으로 배양한 결과 대조구와 비교하여 현저한 메탄 저감율을 나타내는 것을 확인함으로써 본 발명을 완성하였다.
본 발명의 목적은 황화디알릴, 알린, 질산염, 베르베린 및 유칼립투스 오일 중 하나 이상을 포함하는 안전하면서 효율적인 메탄 생성 저감 효과를 갖는 메탄 생성 저감용 사료 첨가제 조성물을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 알린(Alliin) 및 베르베린(Berberine)으로 구성되는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 성분을 포함하는 메탄 생성 저감용 사료 첨가제 조성물을 제공한다.
또한, 상기 조성물은 건조사료 중량 대비 알린이 0.005 wt% 내지 5 wt% 또는 베르베린이 0.005 wt% 내지 5 wt%로 첨가되도록 하는 양으로 사료에 첨가될 수 있다.
본 발명의 용어 "알린(Alliin)"은 마늘, 양파 등의 마늘 또는 양파 냄새 성분으로 (2R)-2-아미노-3-[(S)-프로프-2-에닐설피닐]프로파노익 에시드((2R)-2-amino-3-[(S)-prop-2-enylsulfinyl]propanoic acid)를 말한다. 상기 사료 첨가제 조성물은 알린을 1 내지 100 중량%, 바람직하게는 10 내지 90 중량%, 보다 바람직하게는 20 내지 80 중량%로 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 용어 "베르베린(Berberine)"은 이소퀴놀린 알칼로이드(Isoquinoline alkaloid)의 프로토베르베린 그룹(Protoberberine group)에 속하는 4가 암모늄 염(Quaternary ammonium salt)를 의미하며, 5,6-디하이드로-9,10-디메톡시벤조[g]-1,3-벤조디오졸로[5,6-a]퀴놀리지니움(5,6-dihydro-9,10-dimethoxybenzo[g]-1,3-benzodioxolo[5,6-a]quinolizinium)을 말한다. 상기 사료 첨가제 조성물은 베르베린을 1 내지 100 중량%, 바람직하게는 10 내지 90 중량%, 보다 바람직하게는 20 내지 80 중량%로 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 용어 "메탄"은 메탄가스(CH4)를 의미하며, 각종 유기물질의 분해에서 발생하는 것으로 지구온난화의 주범으로 알려져 있다. 특히, 반추위에 존재하는 여러 종류의 미생물이 먹이를 발효시키는 과정에서 탄수화물이 휘발성 지방산으로 변화하고 일부는 메탄가스가 되는데, 이렇게 발생하는 메탄가스가 전세계 메탄 가스 배출량의 약 4분의 1을 차지한다. 반추동물의 반추위내 메탄 생성은 섭취한 사료 에너지 중에서 약 10% 정도의 손실을 초래한다. 즉, 반추위에서 생성되는 메탄을 포함하는 발효가스의 발생은 지구 온난화에 기여할 뿐만 아니라 가축의 에너지 흡수 효율을 떨어뜨려 생산성 저하에 영향을 미칠 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 반추위 모형 연속배양 시스템(RSCC system)을 이용하여 알린을 기질 10 g당 0.5 wt%의 비율만큼 첨가한 결과, 메탄 저감율이 21.9%로 황화디알릴보다는 낮은 효과를 보였으나, pH는 대조구와 유사하게 유지되었다. 알린은 황화디알릴보다 메탄 저감 효과는 낮았지만 반추위액 내 안정화 측면에서는 더 효과적인 것으로 보였다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 반추위 모형 연속배양 시스템(RSCC system)을 이용하여 베르베린을 기질 10 g당 0.1 wt%, 0.2 wt% 및 0.5 wt%의 비율만큼 첨가한 결과, 메탄 저감율이 6.7%, 12.4%, 45.5%로 확인되었다. 베르베린을 0.5 wt% 첨가하였을 때 메탄 저감 효과가 45.5%으로 높게 나타났으나 건물소화율이 유의적으로 감소하였기 때문에 0.5wt% 미만의 첨가량이 적정 수준으로 보여졌다.
또한, 상기 조성물은 황화디알릴(Diallyl disulfide, DADS), 질산염(Nitrate) 및 유칼립투스 오일(Eucalyptus oil)로 구성되는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 성분을 추가로 포함할 수 있다.
본 발명의 용어 "황화디알릴(Diallyl disulfide, DADS)"은 4,5-디티아-1,7-옥타디엔 디알릴설파이드(4,5-dithia-1,7-octadiene Diallyldisulfide)를 말하며, 살균, 항균, 혈액순환 개선에 효과적이며 고혈압, 동맥경화, 협심증, 심근경색, 뇌졸중 등 성인병 예방효과와 항암 효과 등이 뛰어나다고 알려져 있다. 상기 사료 첨가제 조성물은 황화디알릴을 1 내지 90 중량%, 바람직하게는 20 내지 80 중량%로 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 용어 "질산염(Nitrate)"은 질산이온 NO3 -의 화합물을 총칭하는 것으로, 예를 들어 질산나트륨(sodium nitrate), 질산칼륨(potassium nitrate), 질산칼슘(calcium nitrate), 질산암모늄(ammonium nitrate) 등이 이에 해당하나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 사료 첨가제 조성물은 질산염을 1 내지 90 중량%, 바람직하게는 20 내지 80 중량%로 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 용어 "유칼립투스 오일(Eucalyptus oil)"은 유칼립투스(Eucalyptus) 나무의 잎을 증류하여 얻은 정유(精油)를 말한다. 무색에서 담황색을 띠는 투명한 액체로 특유의 쏘는 듯한 향을 지니고 있으며 맛은 자극성이나 청량감을 준다. 상기 사료 첨가제 조성물은 유칼립투스 오일을 1 내지 90 중량%, 바람직하게는 20 내지 80 중량%로 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 상기 조성물은 건조 사료 중량 대비 황화디알릴이 0.005 wt% 내지 4 wt%, 알린이 0.005 wt% 내지 5 wt%, 질산염이 0.01 wt% 내지 0.5 wt%, 베르베린이 0.005 wt% 내지 5 wt% 또는 유칼립투스 오일이 0.01 wt% 내지 5 wt%로 첨가되도록 하는 양으로 사료에 첨가되는 것이 바람직하지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 만약, 질산염을 0.5 wt% 초과하여 첨가할 경우 아질산염 축적, 질산염 독성 증후군 등의 문제가 발생할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 반추위 모형 연속배양 시스템(RSCC system)을 이용하여 황화디알릴을 기질 10 g당 0.1 wt%, 0.2 wt% 및 0.4 wt%의 비율만큼 첨가한 결과, 메탄 저감율은 30.5%, 65.2% 및 65.9%이었다. 첨가함량에 따른 메탄 저감율을 비교하였을 때, 0.2 wt%와 0.4 wt% 첨가함량에 따른 메탄 저감율은 65%로 비슷하였으며, 이는 0.2 wt% 정도의 황화디알릴을 첨가하는 것이 경제적으로 유리할 수 있음을 의미한다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 반추위 모형 연속배양 시스템(RSCC system)을 이용하여 질산염을 기질 10 g당 0.35 wt%, 0.5 wt% 및 1.0 wt%의 비율만큼 첨가한 결과, 메탄 저감율이 14.0%, 31.0%, 8.1%이었다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 반추위 모형 연속배양 시스템(RSCC system)을 이용하여 유칼립투스 오일을 기질 10 g당 0.5 wt%의 비율만큼 첨가한 결과, 메탄 저감율이 20.5%이었다. 같은 첨가 수준의 황화디알릴보다 메탄 저감 효과는 낮았지만 반추위액 내 안정화 측면에서는 더 효과적이었다.
본 발명의 사료 첨가제 조성물은 부작용을 최소화하기 위하여, 상기의 각 유효성분들을 혼합하여 포함할 수 있다. 이에, 혼합 조성물이 시너지 효과를 가지므로써, 소량의 첨가로 효과적인 메탄 저감 효과를 나타낼 수 있다.
또한, 바람직한 일 구체예로서, 상기 조성물은 황화디알릴, 질산염, 베르베린 및 유칼립투스 오일을 포함할 수 있다. 상기 황화디알릴, 질산염, 베르베린 및 유칼립투스 오일의 함량은 상기에서 설명한 바와 같다.
바람직하게는, 상기 조성물은 건조 사료 중량 대비 황화디알릴이 0.005 wt% 내지 4 wt%, 질산염이 0.01 wt% 내지 0.5 wt%, 베르베린이 0.005 wt% 내지 5 wt% 및 유칼립투스 오일이 0.01 wt% 내지 5 wt%로 첨가되도록 하는 양으로 사료에 첨가될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 건조 사료 중량 대비 황화디알릴 0.05 wt%, 질산염 0.2 wt%, 베르베린 0.05 wt% 및 유칼립투스 오일 0.2 wt%를 혼합하여 첨가제로 사용한 경우, 56.2%의 효과적인 메탄 저감율을 나타내었으며, 다른 혼합 조성물을 첨가제로 사용한 경우에도 적은 양으로 우수한 저감율을 나타내는 효과가 있음을 확인하였다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 메탄 저감용 사료 조성물(황화디알릴: 질산염: 베르베린: 유칼립투스 오일 = 0.05 wt%: 0.1 wt%: 0.05 wt%: 0.1 wt%)을 착유우에 25g/d 급여하는 경우 23.1%, 50g/d 급여하는 경우 36.6%의 효과적인 메탄 저감율을 나타냈다. 또한 유량도 대조구 대비 감소하지 않고 1.1% 이상 증가하여 메탄 저감용 혼합 조성물이 반추위내 발효성상에 미치는 부정적인 영향은 없는 것으로 확인되었다.
또한, 바람직한 다른 구체예로서, 상기 조성물은 알린, 질산염, 베르베린 및 유칼립투스 오일을 포함할 수 있다. 상기 알린, 질산염, 베르베린 및 유칼립투스 오일의 함량은 상기에서 설명한 바와 같다.
바람직하게는, 상기 조성물은 건조 사료 중량 대비 알린이 0.005 wt% 내지 5 wt%, 질산염이 0.01 wt% 내지 0.5 wt%, 베르베린이 0.005 wt% 내지 5 wt% 및 유칼립투스 오일이 0.01 wt% 내지 5 wt%로 첨가되도록 하는 양으로 사료에 첨가될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 건조 사료 중량 대비 알린, 베르베린 각 0.05 wt% 첨가함량 대비 질산염과 유칼립투스 오일의 첨가함량을 0.1 wt% 또는 0.2 wt%로 달리하여 측정한 결과, 각 첨가제를 단독 첨가하였을 때보다 메탄 저감율이 증가하여 시너지효과를 확인할 수 있었다.
상기 메탄 생성 저감용 사료 첨가제 조성물을 적용할 수 있는 개체는 특별히 한정되지 않고, 어떠한 형태의 것이든 적용 가능하다. 예를 들면, 소, 양, 기린, 낙타, 사슴, 염소 등과 같은 동물에 제한없이 적용가능하며, 특히 바람직하게는 반추위를 가지는 반추동물에 적용가능하다.
본 발명의 용어, "반추위"란 포유류 소목의 일부 동물에서 볼 수 있는 특수한 소화관으로, 일명 되새김을 하기 위해 혹위, 벌집위, 겹주름위, 및 주름위의 4개의 방으로 나뉘어 있다. 일명 되새김위라고도 하며, 한번 삼킨 음식물을 다시 입안으로 토하여 잘 씹은 후에 삼키는 것을 반추라고 하고, 이런 반추를 가능하게 하는 위를 반추위라고 한다. 반추위에는 미생물이 공생하고 있어서 일반적인 동물들이 소화하지 못하는 식물의 셀룰로스를 분해하여 에너지화할 수 있는 능력을 갖게 된다.
본 발명의 용어, "반추동물"이란 상기 설명한 반추위를 갖는 동물을 의미하며, 이에는 낙타과, 애기사슴과, 사슴과, 기린과 및 소과의 동물들이 포함된다. 다만, 낙타과와 애기사슴과는 겹주름위와 주름위가 완벽하게 분화되지 않아 3개의 방으로 이루어진 반추위를 가지고 있는 것으로 알려져 있다.
본 발명에 따른 사료 첨가제 조성물은 개별적으로 사용될 수 있고, 종래 공지된 사료 첨가제와 병용하여 사용될 수 있으며, 종래의 사료첨가제와 순차적 또는 동시에 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 사료 첨가제 조성물은, 추가적인 처리 공정 없이 사료에 첨가하여 급여함으로써 반추위 내에서의 메탄 생성을 6.7% 내지 65.9% 만큼 저감시키는 효과가 있다.
따라서, 본 발명의 메탄 저감용 사료 첨가제는 반추동물산업에 용이하게 적용할 수 있다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예이 따른 황화디알릴(DADS) 첨가함량에 따른 메탄 저감율을 나타낸 그래프이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 알린(Alliin) 첨가에 따른 메탄 저감율을 나타낸 그래프이다.
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 질산염(Nitrate) 첨가함량에 따른 메탄 저감율을 나타낸 그래프이다.
도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른 유칼립투스 오일(Eucalyptus oil) 첨가에 따른 메탄 저감율을 나타낸 그래프이다.
도 5는, 본 발명의 일 실시예에 따른 베르베린(Berberine) 첨가함량에 따른 메탄 저감율을 나타낸 그래프이다.
도 6은, 본 발명의 일 실시예에 따른 황화디알릴(DADS), 질산염(Nitrate), 유칼립투스 오일(Eucalyptus oil) 및 베르베린(Berberine) 혼합 조성물 첨가 함량에 따른 메탄 저감율을 나타낸 그래프이다.
도 7은, 본 발명의 일 실시예에 따른 알린(Alliin), 질산염(Nitrate), 유칼립투스 오일(Eucalyptus oil) 및 베르베린(Berberine) 혼합 조성물 첨가 함량에 따른 메탄 저감율을 나타낸 그래프이다.
도 8은, 본 발명의 일 실시예에 따른 황화디알릴(DADS), 질산염(Nitrate), 유칼립투스 오일(Eucalyptus oil) 및 베르베린(Berberine) 혼합 조성물 첨가 함량에 따른 착유우가 발생시키는 메탄 발생량을 나타낸 그래프이다.
이하, 하기 실시예 및 실험예에 의하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하고자 한다. 단, 하기 실시예 및 실험예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐 본 발명의 범위가 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
제조예 : 반추위 모형 연속배양 시스템( Rumen simulation continuous culture system, RSCC )
1) 버퍼 제조(1 L 기준)
2 L의 삼각플라스크에 증류수 250 ㎖를 넣고 미량 광물질 용액(micromineral solution) 0.12 ㎖를 첨가하고 교반한 후 증류수 250 ㎖를 넣고 20분 동안 교반하였다. 버퍼용액(in vitro buffer solution) 250 ㎖를 첨가하고 10분 동안 교반한 후 대량 광물질 용액(Macromineral solution) 250 ㎖ 넣은 후 15분 동안 교반하였다. 그 후 리자주린(resazurin) 용액 1.25 ㎖ 첨가하고 교반하였다. 삼각플라스크의 입구를 알루미늄 호일로 막고 헌게이트 혐기장치에서 이산화탄소 가스로 혐기 상태를 유지(bubbling)하면서 가열하였다. 용액이 끓기 시작하면, 약 10분간 더 가열하고 중지하고 열을 식혔다. 식힌 용액에 정치 용액(reduction solution) 50 ㎖를 첨가하여 버퍼를 수득하였다. 완성된 버퍼는 용액의 색이 무색으로 변하는 것으로 확인하였다.
2) 배양액 제조
채취한 위액을 8겹의 가제로 거른 후 유리솜으로 여과하였다. 여과된 위액은 이산화탄소 가스로 혐기 상태를 유지(bubbling)하였다. 여기에, 상기 1)에서 제조한 버퍼를 이산화탄소 가스로 혐기 상태를 유지하면서 첨가하여 위액과 혼합하였다(위액 250 ㎖, 버퍼 600 ㎖).
3) 반추위 모형 연속배양 시스템( RSCC system ) 가동방법 및 시험가동
발효조에 10 g의 기질을 투입하였다. 그리고 상기 1)에서 제조한 버퍼는 혐기상태를 유지하면서 버퍼통에 투입하였다. 이산화탄소 가스를 충진시킨 Tedlar bag을 버퍼통과 연결하고 버퍼통과 연결된 튜브는 발효조 뚜껑 중 버퍼 투입구와 연결하였다. 그리고 가스 포집 bag과 연결된 튜브를 발효조 뚜껑 중 가스 포집구와 연결(연결 튜브는 가스용 튜브 사용)하였다. pH 및 온도 전극은 교반봉에 닿지 않도록 주의하면서 전극이 배양액에 충분히 닿을 정도로 넣고, 발효조 뚜껑 중 사료 투입구에 사료투입관을 배양액에 충분히 잠길 정도로 삽입하였다. 발효조의 뚜껑을 발효조와 연결하고 진공용 구리스와 테프론 테이프를 이용하여 혐기상태를 유지하였다. 발효조 뚜껑 중 가스 포집구를 통해 발효조 내부에 이산화탄소 가스를 약 10분간 투입(발효조 내부를 혐기상태로 변화, 이산화탄소 가스는 배양이 시작되기 전까지 계속 흘려보냄)하였으며, 모든 기기의 연결부위는 진공용 구리스와 테프론 테이프로 씰링하였다. 모든 장치를 연결시킨 후, 연동펌프를 작동시키고, 발효조 내부로 버퍼를 투입하였다. 혐기상태의 배양액을 사료투입구를 통해 overflow될 때까지 발효조로 투입한 후 이산화탄소 가스 투입을 중지하고 모든 입구를 막았다. 순환수조와 발효조를 연결하고 39℃ 온도로 세팅하고 교반봉으로 99 rpm 내지 102 rpm으로 교반하면서 배양을 시작하였다. 발효조의 배양액은 pH 6.8~7.1, 온도 39℃~40℃로 일정하게 유지되었으며, 0.042 h-1의 turnover rate를 유지하였다. 기질의 turnover rate은 0.017 h-1로 유지되었다.
실시예 1: 메탄 저감용 사료 첨가제에 따른 메탄 발생 저감 효과
하기, 메탄 발생 저감 효과 실험은 상기 제조예 3)의 반추위 모형 연속배양 시스템(RSCC system)을 이용하여 상기 기재된 가동방법에 따라 진행하였으며, 메탄 저감용 사료 첨가제는 기질 첨가시에 기질과 함께 투입하였다.
1) 황화디알릴 ( Diallyl disulfide , DADS ) 첨가함량별 메탄 발생 저감 효과
반추위 모형 연속배양 시스템을 적응 기간(5일) 동안 가동시킨 후 3일 동안 대조구의 총 가스 발생량, 메탄 발생량, pH 수치를 측정하였다. 대조구 측정이 완료된 후, 황화디알릴(Diallyl disulfide, DADS)을 기질 10 g당 0.1 wt%, 0.2 wt% 및 0.4 wt%의 비율만큼 첨가하고, 대조구와 마찬가지로 3일 동안 매일 동일한 시간에 총 가스 발생량, 메탄 발생량, pH 수치를 측정하였다. 한 첨가함량을 검증할 때마다 새로 채취한 반추위액으로 적응기간을 가진 후 메탄 저감율을 측정하였으며, 측정 결과를 하기 표 1 및 도 1에 나타내었다.
연속 배양 황화디알릴(DADS) 0.1 wt% 황화디알릴(DADS) 0.2 wt% 황화디알릴(DADS) 0.4 wt%
pH 6.71 6.63 6.58
메탄 저감율(%) 30.5 65.2 65.9
상기 표 1 및 도 1에 나타난 바와 같이, 황화디알릴 첨가함량을 증가시킬수록 반추위액의 pH는 낮아지는 경향을 보였으며, 메탄 발생량은 대조구에 비해 30.5%, 65.2% 및 65.9% 만큼 감소하였다. 첨가함량에 따른 메탄 저감율을 비교하였을 때, 0.2 wt%와 0.4 wt% 첨가함량에 따른 메탄 저감율은 65%로 비슷하였으며, 이는 0.2 wt% 정도의 황화디알릴을 첨가하는 것이 경제적으로 유리할 수 있음을 의미한다.
2) 알린(Alliin) 첨가에 따른 메탄 발생 저감 효과
반추위 모형 연속배양 시스템을 적응 기간(5일) 동안 가동시킨 후 3일 동안 대조구의 총 가스 발생량, 메탄 발생량, pH 수치를 측정하였다. 대조구 측정이 완료된 후, 알린(Alliin)을 기질 10 g당 0.5 wt%의 비율만큼 첨가하고, 대조구와 마찬가지로 3일 동안 매일 동일한 시간에 총 가스 발생량, 메탄 발생량, pH 수치를 측정하였다. 한 첨가함량을 검증할 때마다 새로 채취한 반추위액으로 적응기간을 가진 후 메탄 저감율을 측정하였으며, 측정 결과를 하기 표 2 및 도 2에 나타내었다.
연속 배양 알린(Alliin) 0.5 wt%
pH 6.84
메탄 저감율(%) 21.9
상기 표 2와 도 2에 나타난 바와 같이, 알린을 첨가하였을 때, 메탄 저감율이 21.9%로 상기 실시예 1)의 황화디알릴보다는 낮은 효과를 보였으나, pH는 대조구와 유사하게 유지되었다. 따라서 알린은 상기 황화디알릴보다 메탄 저감 효과는 낮았지만 반추위액 내 안정화 측면에서는 더 효과적인 것으로 보였다.
3) 질산염( Nitrate )의 첨가함량별 메탄 저감 효과
반추위 모형 연속배양 시스템을 적응 기간(5일) 동안 가동시킨 후 3일 동안 대조구의 총 가스 발생량, 메탄 발생량, pH 수치를 측정하였다. 대조구 측정이 완료된 후, 질산염을 기질 10 g당 0.35 wt%, 0.5 wt% 및 1.0 wt%의 비율만큼 첨가하고, 대조구와 마찬가지로 3일 동안 매일 동일한 시간에 총 가스 발생량, 메탄 발생량, pH 수치를 측정하였다. 한 첨가함량을 검증할 때마다 새로 채취한 반추위액으로 적응기간을 가진 후 메탄 저감율을 측정하였으며, 측정 결과를 하기 표 3 및 도 3에 나타내었다.
연속 배양 질산염(nitrate) 0.35 wt% 질산염(nitrate) 0.5 wt% 질산염(nitrate) 1.0 wt%
pH 6.63 6.65 6.57
메탄 저감율(%) 14.0 31.0 8.1
상기 표 3 및 도 3에 나타난 바와 같이, 질산염을 0.5 wt% 첨가하였을 때 메탄 저감 효과가 가장 높게 나타났다.
4) 유칼립투스 오일( Eucalyptus oil )의 첨가에 따른 메탄 저감 효과
반추위 모형 연속배양 시스템을 적응 기간(5일) 동안 가동시킨 후 3일 동안 대조구의 총 가스 발생량, 메탄 발생량, pH 수치를 측정하였다. 대조구 측정이 완료된 후, 유칼립투스 오일(Eucalyptus oil)을 기질 10 g당 0.5 wt%의 비율만큼 첨가하고, 대조구와 마찬가지로 3일 동안 매일 동일한 시간에 총 가스 발생량, 메탄 발생량, pH 수치를 측정하였다. 측정 결과는 하기 표 4 및 도 4에 나타내었다.
연속 배양 유칼립투스 오일(Eucalyptus oil) 0.5 wt%
pH 6.46
메탄 저감율(%) 20.5
상기 표 4 및 도 4에 나타난 바와 같이, 유칼립투스 오일(Eucalyptus oil)을 첨가하였을 때, 메탄 저감율이 20.5%로 상기 2)의 알린 0.5 wt%와 유사한 메탄저감율이 측정되었다. 유칼립투스 오일은 알린과 마찬가지로, 같은 첨가 수준의 황화디알릴보다 메탄 저감 효과는 낮았지만 반추위액 내 안정화 측면에서는 더 효과적이었다.
5) 베르베린(Berberine)의 첨가함량별 메탄 저감 효과
반추위 모형 연속배양 시스템을 적응 기간(5일) 동안 가동시킨 후 3일 동안 대조구의 총 가스 발생량, 메탄 발생량, pH 수치를 측정하였다. 대조구 측정이 완료된 후, 베르베린(Berberine)을 기질 10 g당 0.1 wt%, 0.2 wt% 및 0.5 wt%의 비율만큼 첨가하고, 대조구와 마찬가지로 3일 동안 매일 동일한 시간에 총 가스 발생량, 메탄 발생량, pH 수치를 측정하였다. 한 첨가함량을 검증할 때마다 새로 채취한 반추위액으로 적응기간을 가진 후 메탄 저감율을 측정하였으며, 측정 결과를 하기 표 5 및 도 5에 나타내었다.
연속 배양 베르베린(0.1 wt%) 베르베린(0.2 wt%) 베르베린(0.5 wt%)
pH 6.43 6.44 6.49
메탄 저감율(%) 6.7 12.4 45.5
상기 표 5 및 도 5에 나타난 바와 같이, 베르베린을 0.5 wt% 첨가하였을 때 메탄 저감 효과가 45.5%으로 높게 나타났으나 건물소화율이 유의적으로 감소하였기 때문에 0.5wt% 미만의 첨가량이 적정 수준으로 판단되었다.
6) 황화디알릴 ( DADS ), 질산염( Nitrate ), 베르베린 ( Berberine ) 및 유칼립투스 오일( Eucalyptus oil ) 혼합 첨가제 조성물의 메탄 저감 효과
각기 다른 기작으로 메탄 저감 효과를 보이는 황화디알릴, 질산염, 베르베린 및 유칼립투스 오일을 혼합 첨가하였을 때, 메탄 저감 효과를 측정하여 네 물질의 시너지 효과를 확인하였다. 황화디알릴과 베르베린 0.05 wt%, 첨가함량 대비 질산염과 유칼립투스 오일의 첨가함량을 0.1 wt% 또는 0.2 wt%로 달리하여 측정하였다. 반추위 모형 연속배양 시스템을 적응 기간(5일) 동안 가동시킨 후 3일 동안 대조구의 총 가스 발생량, 메탄 발생량, pH 수치를 측정하였다. 대조구 측정이 완료된 후, 황화디알릴, 질산염, 베르베린 및 유칼립투스 오일 혼합 첨가제를 기질 10 g 대비 0.3 wt% 또는 0.5 wt%의 비율만큼 첨가하고, 대조구와 마찬가지로 3일 동안 매일 동일한 시간에 총 가스 발생량, 메탄 발생량, pH 수치를 측정하였다. 한 첨가함량을 검증할 때마다 새로 채취한 반추위액으로 적응기간을 가진 후 메탄 저감율을 측정하였으며, 측정 결과를 하기 표 6 및 도 6에 나타내었다.
연속 배양 황화디알릴:질산염:베르베린:유칼립투스 = 0.05 wt%:0.1 wt%:0.05 wt%:0.1 wt% 황화디알릴:질산염:베르베린:유칼립투스 = 0.05 wt%:0.2 wt%:0.05 wt%:0.2 wt%
pH 6.72 6.72
메탄
저감율(%)		 45.2 56.2
상기 표 6 및 도 6에 나타난 바와 같이, 황화디알릴, 질산염, 베르베린 및 유칼립투스 오일을 혼합 첨가하여 메탄 저감율을 확인한 결과 각 첨가제를 단독 첨가하였을 때보다 메탄 저감율이 현저히 증가하였다. 황화디알릴과 베르베린은 메탄 생성 미생물(methanogen)의 성장을 저해함으로써, 질산염은 메탄생성에 필요한 수소를 경쟁적으로 선점함으로써, 또한 유칼립투스 오일은 프로토조아(protozoa) 수를 감소시킴으로써 각각 메탄발생량을 감소시키며, 이러한 기능을 가지는 네 가지 물질을 혼합함으로써 각각 소량으로 첨가했음에도 불구하고 시너지효과를 통해 45%이상의 메탄저감율을 나타내었다.
7) 알린(Alliin), 질산염( Nitrate ), 베르베린 ( Berberine ) 및 유칼립투스 오일( Eucalyptus oil ) 혼합 첨가제 조성물의 메탄 저감 효과
상기 6)에 표기된 네 가지 혼합 첨가제 중 황화디알릴 대신 알린을 첨가했을 때 메탄 저감 효과를 측정하여, 네 물질의 시너지 효과를 확인하였다. 알린, 베르베린 0.05 wt% 첨가함량 대비 질산염과 유칼립투스 오일의 첨가함량을 0.1 wt% 또는 0.2 wt%로 달리하여 측정하였다. 반추위 모형 연속배양 시스템을 적응 기간(5일) 동안 가동시킨 후 3일 동안 대조구의 총 가스 발생량, 메탄 발생량, pH 수치를 측정하였다. 대조구 측정이 완료된 후, 알린, 질산염, 베르베린 및 유칼립투스 오일 혼합 첨가제를 기질 10 g 대비 0.3 wt% 또는 0.5 wt%의 비율만큼 첨가하고, 대조구와 마찬가지로 3일 동안 매일 동일한 시간에 총 가스 발생량, 메탄 발생량, pH 수치를 측정하였다. 한 첨가함량을 검증할 때마다 새로 채취한 반추위액으로 적응기간을 가진 후 메탄 저감율을 측정하였으며, 측정 결과를 하기 표 7 및 도 7에 나타내었다.
연속 배양 알린:질산염:베르베린:유칼립투스 = 0.05 wt%:0.1 wt%:0.05 wt%:0.1 wt% 알린:질산염:베르베린:유칼립투스 = 0.05 wt%:0.2 wt%:0.05 wt%:0.2 wt%
pH 6.68 6.69
메탄 저감율(%) 22.0 30.2
상기 표 7 및 도 7에 나타난 바와 같이, 알린, 질산염, 베르베린 및 유칼립투스 오일 혼합 첨가제 조성물의 메탄 저감 효과를 측정한 결과, 각 첨가제를 단독 첨가하였을 때보다 메탄 저감율이 증가하여 시너지효과를 확인하였다. 또한 상기 6)과 7)의 혼합 첨가제 간의 메탄 저감율을 비교해볼 때, 알린보다는 황화디알릴의 메탄 저감 효과가 더 우수한 것으로 확인되었다.
실시예 2: 메탄 저감용 사료 첨가제가 착유우의 생산성과 반추위 내 메탄발생량에 미치는 영향 평가
하기, 착유우 사양시험은 상기 실시예 1의 6)에서 언급된 황화디알릴(DADS), 질산염(Nitrate), 베르베린(Berberine) 및 유칼립투스 오일(Eucalyptus oil) 혼합 첨가제 조성물(Power-green premix)의 메탄 저감 효과를 낙농사양시험을 통해 검증하고자 하였으며 이와 함께 낙농 생산성에 미치는 영향도 함께 평가하였다. 현장 농가에서 착유우가 발생시키는 메탄발생량은 Laser methane detector를 이용하여 실시간으로 모니터링하였다.
1) Power - green premix ( 황화디알릴 , 질산염, 베르베린 및 유칼립투스 오일 혼합 첨가제 조성물)이 착유우의 장내 메탄 발생량에 미치는 효과
상기 실시예 1의 6)에서 언급된 혼합 첨가제 조성물 Power-green premix(황화디알릴: 질산염: 베르베린: 유칼립투스 오일 = 0.05 wt%: 0.1 wt%: 0.05 wt%: 0.1 wt%)의 메탄저감효과를 검증하기 위해 착유우 40두를 대조구(20두)와 처리구(20두)로 배치하였으며, 시험기간 동안 처리구에만 Power-green premix를 topdressing 형태로 급여하였다. 구간별 Power-green premix의 급여량은 표 8에 나타내었다.
대조구 (20두) 처리구 (20두)
1구간(2주) Power-green premix 0g/d Power-green premix 25g/d
2구간(2주) Power-green premix 0g/d Power-green premix 50g/d
Laser methane detector는 반도체레이저를 이용한 근적외선흡수분광법에 의하여 공기 중의 메탄을 검지하는 기기로, 우군별 착유우가 사료를 섭취할 때 발생시키는 메탄발생량을 측정하였다. Laser methane detector 검지거리는 30 m로, 메탄밀도 데이터는 1초 간격으로 5분 동안 측정되었다.
혼합 첨가제 조성물 Power-green premix를 착유우에 지속적으로 급여한 결과, Power-green premix 첨가량과 메탄 저감 효과가 비례하였다. Power-green premix를 두당 25g/d 급여한 1구간에서는 23.1%의 메탄 저감율을 보였으며, 50g/d씩 급여한 2구간에서는 36.6%의 메탄 저감율을 보였다(표 9).
처리구 메탄저감효과(%)
1구간(Power-green premix 25g/d) 23.1
2구간(Power-green premix 50g/d) 36.6
상기 표 9와 도 8에 나타난 바와 같이, 혼합 첨가제 조성물 Power-green premix는 in vitro 뿐만 아니라 in vivo 시험에서도 반추동물의 반추위 내 메탄 발생량 저감 효과가 있음을 확인할 수 있었다.
2) Power - green premix ( 황화디알릴 , 질산염, 베르베린 및 유칼립투스 오일 혼합 첨가제 조성물)이 착유우의 생산성에 미치는 효과
상기 실시예 1의 6)에서 언급된 혼합 첨가제 조성물 Power-green premix의 메탄 저감 효과와 더불어 착유우의 생산성에 미치는 영향을 확인하기 위하여 대조구와 처리구 간의 유량 변화를 분석하였다. 착유우의 그룹정보와 유량은 표 10에 나타내었다.
그룹정보 유량(kg)
그룹 산차 비유일수 1구간 2구간
대조구 2.4 225 30.6 29.4
처리구 2.5 243 31.2 29.8
유량개선율(%) 2.0% 1.1%
상기 표 10에 나타난 바와 같이, 혼합 첨가제 조성물 Power-green premix를 급여한 처리구는 대조구 대비 유량이 감소하는 현상은 없었으며, 오히려 유량이 1.1% 이상 증가하는 결과를 보였다. 이 결과를 통해 혼합 첨가제 조성물 Power-green premix를 25g/d 내지 50g/d 이하 급여할 경우, 반추위 내 발효성상에 부정적인 영향을 미치지 않는 것으로 확인되었다.
이상의 설명으로부터, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 이와 관련하여, 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (8)

  1. 알린(Alliin) 및 베르베린(Berberine)으로 구성되는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 성분을 포함하는 메탄 생성 저감용 사료 첨가제 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 조성물은 건조사료 중량 대비 알린이 0.005 wt% 내지 5 wt% 또는 베르베린이 0.005 wt% 내지 5 wt%로 첨가되도록 하는 양으로 사료에 첨가되는 것인 메탄 생성 저감용 사료 첨가제 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 상기 조성물은 황화디알릴(Diallyl disulfide, DADS), 질산염(Nitrate) 및 유칼립투스 오일(Eucalyptus oil)로 구성되는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 성분을 추가로 포함하는 메탄 생성 저감용 사료 첨가제 조성물.
  4. 제3항에 있어서, 상기 조성물은 건조 사료 중량 대비 황화디알릴이 0.005 wt% 내지 4 wt%, 알린이 0.005 wt% 내지 5 wt%, 질산염이 0.01 wt% 내지 0.5 wt%, 베르베린이 0.005 wt% 내지 5 wt% 또는 유칼립투스 오일이 0.01 wt% 내지 5 wt%로 첨가되도록 하는 양으로 사료에 첨가되는 것인 메탄 생성 저감용 사료 첨가제 조성물.
  5. 제3항에 있어서, 상기 조성물은 황화디알릴, 질산염, 베르베린 및 유칼립투스 오일을 포함하는 것을 특징으로 하는 메탄 생성 저감용 사료 첨가제 조성물.
  6. 제5항에 있어서, 상기 조성물은 건조 사료 중량 대비 황화디알릴이 0.005 wt% 내지 4 wt%, 질산염이 0.01 wt% 내지 0.5 wt%, 베르베린이 0.005 wt% 내지 5 wt% 및 유칼립투스 오일이 0.01 wt% 내지 5 wt%로 첨가되도록 하는 양으로 사료에 첨가되는 것인 메탄 생성 저감용 사료 첨가제 조성물.
  7. 제3항에 있어서, 상기 조성물은 알린, 질산염, 베르베린 및 유칼립투스 오일을 포함하는 것을 특징으로 하는 메탄 생성 저감용 사료 첨가제 조성물.
  8. 제7항에 있어서, 상기 조성물은 건조 사료 중량 대비 알린이 0.005 wt% 내지 5 wt%, 질산염이 0.01 wt% 내지 0.5 wt%, 베르베린이 0.005 wt% 내지 5 wt% 및 유칼립투스 오일이 0.01 wt% 내지 5 wt%로 첨가되도록 하는 양으로 사료에 첨가되는 것인 메탄 생성 저감용 사료 첨가제 조성물.
KR1020140067168A 2014-06-02 2014-06-02 반추동물의 메탄 생성 저감용 사료 첨가제 조성물 KR101656929B1 (ko)

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