KR20190136250A

KR20190136250A - 맥문동을 포함하는 반추동물의 메탄가스 저감용 tmr 사료 조성물 및 반추동물의 메탄가스 저감 방법

Info

Publication number: KR20190136250A
Application number: KR1020180061694A
Authority: KR
Inventors: 하재정; 김병기; 정대진; 이준구; 오동엽; 김대현
Original assignee: 경상북도 (관련부서:경상북도축산기술연구소장)
Priority date: 2018-05-30
Filing date: 2018-05-30
Publication date: 2019-12-10
Anticipated expiration: 2038-05-30
Also published as: KR102069248B1

Abstract

본 발명은 맥문동을 포함하는 사료 조성물을 반추동물에게 급여함으로써 반추동물의 메탄가스 생성량을 효과적으로 감소시킬 수 있으며, 반추동물의 소화율 및 건강성도 증가시킬 수 있는 반추동물의 메탄가스 저감용 사료 조성물 및 반추동물의 메탄가스 저감 방법에 관한 것이다.

Description

맥문동을 포함하는 반추동물의 메탄가스 저감용 TMR 사료 조성물 및 반추동물의 메탄가스 저감 방법 {Total mixed ration feed composition for reducing methane emission from ruminants and method for reducing methane production in ruminants including Liriope platyphylla}

본 발명은 맥문동을 포함하는 반추동물의 메탄가스 저감용 TMR 사료 조성물 및 반추동물의 메탄가스 저감 방법에 관한 것이다.

각종 대기오염물질의 배출에 따른 온실가스의 농도 증가로 인하여 지구온난화가 가속되어 기상이변, 작물의 생산량 및 식량부족 등의 사태가 발생하고 있다. 지구 온난화는 지구 표면의 평균온도가 상승하는 현상으로서, 여러 온실가스들이 대기로 들어가 잔류하면서 적외선 복사열을 흡수하거나 재방출하여 유발되어지는 것으로 알려져 있으며, 현재 IPCC (Intergovernmental Panel on Climatic Change)는 이산화탄소(CO₂), 메탄(CH₄), 아산화질소(N₂O), 수소불화탄소(HFCs), 과불화탄소(PFCs) 및 육불화황(SF₆)을 6대 온실가스로 선정하였다. 산업화 이후 화석연료의 과다 사용 등으로 인해 온실가스 농도의 증가로 인하여 지구의 기온이 지속적으로 상승하는 추세에 있다.

이중 메탄(CH₄)가스는 이산화탄소에 비해 생산되는 양은 적지만 지구온난화에 미치는 영향력이 21배 높기 때문에, 이산화탄소 다음으로 지구 온난화에 큰 영향을 미치는 원인으로 알려져 있다. 이러한 메탄가스는 연못, 습지, 논밭, 반추가축의 장내발효 및 분뇨 분해와 같은 미생물 발효에 의해 생성되거나 석탄, 석유, 천연가스, 배기가스 등 자연과 산업 활동에 의해서도 생성된다. 특히 메탄은 소, 물소, 면양, 산양 및 낙타 등의 위에서 정상적인 소화과정(장내발효) 중 발생되는데, 현재 축산 분야에 의해 방출되는 메탄가스는 연간 최대 115 Tg 으로 전체 메탄발생량의 13~19 %를 차지하고 있다.

한편, 가축 사육두수의 증가로 인하여 메탄 배출량이 2030년에는 1990년 대비 약 1.7배 증가할 것으로 예상되고, 가축분뇨에서 발생하는 메탄 배출량은 국내농업 총 배출량의 약 3% 인 1만 5천 톤으로 추정된다. 아울러, 국내의 경우 동물이 생산하는 총 메탄배출량 중 반추동물인 소가 차지하는 비율이 약 75% 에 육박한다고 보고된 바 있다. 따라서, 반추동물에게 사료 급여 시 메탄(CH₄) 발생량을 감소시킬 수 있는 방법이 요구되고 있다.

한편, 대한민국 공개특허번호 10-2006-0019062(이하, 종래기술이라 한다)에는 반추동물의 반추위 내의 프로토조아를 선택적으로 감소시키는 첨가물을 포함하는 사료조성물이 개시되어 있다. 구체적으로 상기 종래기술에는 생강, 부추 추출물 및 복합리놀레산 중 적어도 어느 하나를 포함하는 사료조성물을 반추동물에게 급여하면 반추위에서 프로토조아의 성장이 억제됨에 따라 메탄 생성균의 성장이 억제됨으로써 반추동물에서의 메탄 생성량을 감소시킬 수 있다고 기재되어 있다.

그러나, 종래기술에서와 같이 반추동물에서의 메탄 생성량을 감소시키기 위하여 프로토조아를 제거하면 사료 단백질의 분해율이 감속된다는 문제가 있다. 또한, 종래기술에 개시된 생강, 부추 추출물 및 복합 리놀레산을 포함하는 사료조성물은 주위에서 쉽게 구할 수 없을 뿐만 아니라 상기 사료조성물을 제조하기 위한 제조비용이 많이 소요되며, 그에 따라 상기 사료조성물을 구입하기 위한 구입비용도 많이 드는 문제가 있다.

따라서, 반추위 내 메탄 발생을 최소화함으로써 동물의 생산성을 향상시키고 지구환경을 보존하기 위한 연구가 절실히 요구되고 있다.

대한민국 공개특허번호 제10-2006-0019062호

이러한 상기 문제를 해결하기 위하여, 반추동물의 메탄가스 생성을 저감시킬 수 있는 물질인 맥문동을 포함하는 메탄가스 저감용 TMR 사료 조성물을 제공하고자 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여,

본 발명은 하나의 실시예에서,

맥문동을 포함하는 반추동물의 메탄가스 저감용 TMR 사료 조성물을 제공한다

또한, 본 발명은 다른 하나의 실시예에서,

메탄가스 생성 저감용 TMR 사료 조성물로 이루어진 사료를 급여함으로써 반추동물의 메탄가스 생성량을 저감시키는 것을 특징으로 하는 반추동물의 메탄가스 저감 방법을 제공한다.

본 발명의 실시예에 따른 메탄가스 생성 저감용 TMR 사료 조성물 및 메탄가스 저감 방법에 의하면, 맥문동을 포함하는 TMR 사료 조성물을 반추동물에게 급여함으로써 반추동물의 메탄가스 생성량을 효과적으로 감소시킬 수 있는 효과가 있다.

아울러, 이러한 TMR 사료 조성물은 반추동물의 메탄 생성을 저감시킬 뿐만 아니라, 반추동물의 소화율도 증가시킬 수 있는 이점이 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에서 반추위액 및 가스의 성상변화를 측정하기 위하여 사용한 반추위 측정 시스템을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 TMR 사료 조성물에 메탄 저감물질을 첨가한 후, 메탄 저감물질별 메탄가스 발생량을 측정한 그래프이다.
도 3은 메탄 저감물질의 첨가수준별 저감효과를 나타내는 그래프이다.
도 4는 맥문동을 첨가한 실시예와 맥문동 무첨가한 비교예의 이산화탄소와 메탄 발생량을 나타낸 표이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다.

그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 본 발명에서 첨부된 도면은 설명의 편의를 위하여 확대 또는 축소하여 도시된 것으로 이해되어야 한다.

이하, 본 발명에 대하여 도면을 참고하여 상세하게 설명하고, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

본 발명에서, "TMR(Toatl mixed ration) 사료란, 소에게 급여할 모든 사료를 혼합하여 만든 사료를 의미하는 것으로, 소의 골격 및 체중 유지, 그리고 증체 및 육질개선 등에 필요로 하는 모든 영양소 요구량을 완벽하게 맞춘 사료를 의미한다. 즉, 조사료, 농후사료뿐만 아니라 첨가제(비타민, 무기질)가 합쳐진 상태로 하루에 필요한 모든 영양소를 함께 급여하는 사료를 의미한다. 또한, TMR 사료는 수분 함량에 따라 크게 두 가지로 분류할 수 있으며, 주로 건식 TMR 과 습식 TMR 이 있다. 건식 TMR 은 수분 20% 이상의 TMR 로 원료사료의 분리현상을 방지하기 위하여 당밀 등과 같은 원료를 이용하여 기호성을 높인 형태이며, 습식 TMR 은 수분함량이 20 내지 50% 범위에 있는 사료로서 사일리지나 맥주 같은 수분함량이 높은 사료자원 TMR 을 의미한다. 본 발명에서의 TMR 사료는 습식 TMR 사료일 수 있다

본 발명에서, "맥문동 (Liriope platyphylla)" 은 백합과의 여러해살이 초본식물로, 일반적으로 맥문동, 개맥문동 (L. spicataL.) 및 소엽맥문동 (Ophiopogon japonicusK.-G.) 근연 식물의 괴근을 맥문동으로 구분 없이 사용하며, 맥문동은 양음윤폐, 익위새진, 청심제번 작용에 의한 거담, 진해, 자양, 강장, 이뇨의 효능을 가진 것으로 알려져 있다.

한편, 본 발명에서 맥문동은 온실가스 저감 물질로 사용되며, 분말형태로 사용될 수 있다. 일 예로, 맥문동 분말은 맥문동을 열풍건조기로 50 ℃ 에서 10시간 동안 건조시킨 후, 상기 건조시킨 건근을 30~40 mesh 입도로 분쇄하여 수득한 것을 TMR 사료에 첨가하여 사용할 수 있다.

본 발명에서, "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 발명에서, "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 후 삼키는 것을 반추라 하고, 이런 반추를 가능하게 하는 위를 반추위라고 한다. 한편, 반추위에는 미생물이 공생하고 있어서, 일반적인 동물들이 소화하지 못하는 식물의 셀룰로스를 분해하여 에너지화할 수 있는 능력을 갖게 된다.

본 발명에서, "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.

이러한 반추동물은 메탄가스를 생성하여 지구 온난화에 주원인이 되기 때문에, 반추동물에 의해 생성되는 메탄가스의 양을 줄일 필요가 있다.

아울러, 반추동물로부터 생성되는 메탄가스를 감소시켜야 하는 이유는 지구온난화를 줄이고자 하는 환경적 측면 외에도 메탄가스로 방출되는 사료에너지를 줄임으로써 사료효율을 높이고자 하는 측면도 있다.

이와 관련하여, 본 발명은 맥문동을 포함하는 반추동물의 메탄가스 저감용 TMR 사료 조성물 및 반추동물의 메탄가스 저감 방법에 관한 것이다.

특히, 본 발명의 실시예에 따른 메탄가스 생성 저감용 TMR 사료 조성물 및 저감 방법에 의하면, 맥문동을 포함하는 TMR 사료 조성물을 반추동물에게 급여함으로써 반추동물의 메탄가스 생성량을 효과적으로 감소시킬 수 있는 효과가 있다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명은 일 실시예에서,

맥문동을 포함하는 반추동물의 메탄가스 저감용 TMR (Toatl mixed ration) 사료 조성물을 제공한다.

특히, 맥문동은 건조된 분말형태로 포함될 수 있으며, 맥문동 분말의 베타시토스테롤 (beta-sitosterol), 스티그마스테롤 (stigmasterol), 스테로이드 사포닌 (steroid saponin) 등의 성분에 의해서, 호흡기 계통의 질환치료 및 기능강화, 면역기능 향상시킬 수 있으며, 이러한 성분은 반추위 내에서 메탄가스를 직접 발생시키는 메탄 생성균을 제어할 수 있다.

한편, 상기 맥문동은 TMR 사료 조성물의 전체 중량에 대하여 0.01 내지 5.0 중량 % 포함될 수 있다.

본 발명의 실시예에서, TMR 사료 조성물에 맥문동을 전체 사료 조성물의 0.01 내지 5.0 중량 % 첨가한 경우에 반추동물의 메탄 생성량을 감소시키면서도 반추동물의 건물섭취량, 체중당 건물섭취량, 대사체중당 건물섭취량에 영향을 미치지 않는 맥문동의 첨가 수준을 실험을 통해 확인한 것이며, 맥문동의 첨가수준은 사료 조성물의 전체 중량에 대해 대략 대하여 0.01 내지 5.0 중량 % 정도 포함될 수 있다.

구체적으로, 상기 맥문동은 사료 조성물의 전체 중량에 대하여, 0.05 내지 4.0 중량 %, 0.05 내지 3.0 중량 %, 0.1 내지 3.0 중량 %, 0.1 내지 2.0 중량 %, 또는 0.5 내지 2.0 중량 %를 포함할 수 있다.

한편, 상기 맥문동이 전체 사료 조성물의 0.01 중량 % 미만으로 포함되는 경우, 맥문동이 소량 포함되어 실질적으로 메탄저감에 영향을 주지 않으며, 맥문동이 전체 사료 조성물의 5.0 중량 % 를 초과하여 첨가하는 경우, 매탄 저감에 영향을 줄 수는 있으나, 전체 사료 조성물 대비 맥문동의 양이 너무 많아 사료 내의 영양소에 전체적인 균형이 깨질 수 있으며, 사료가격이 높아지는 등의 영향을 줄 수 있다. 따라서, 상술한 범위 내의 맥문동을 포함하는 것이 바람직하다.

여기서, TMR 사료 조성물은 반추동물에게 제공되는 사료를 의미할 수 있으며, 주원료료 농후사료 및 조사료를 포함할 수 있다.

한편, 농후사료는 가축의 건강유지와 생산성 향상을 위해 요구되는 영양소가 부족하지 않도록 공급하기 위한 사료로서, 단미사료만으로는 불충분한 모든 영양소를 공급하도록 몇 가지 이상의 사료를 적당히 배합하여 만든 사료이다.

구체적으로, 현재 우리나라에서 시판 중인 농후사료는 주원료로 곡류, 강피류, 박류를 포함하여 이루어질 수 있는데, 이러한 농후사료는 볏짚 등과 같은 조사료와는 상이한 것으로서, 곡류로서 보리, 귀리, 옥수수후레이크, 옥수수, 소맥, 소맥피, 전지면실, 콘컵, 호밀, 루핀 등이 포함될 수 있으며, 강피류로는 대두피, 면실피, 루핀피, 단백피, 미강 등이 포함될 수 있으며, 박류로는 대두박, 맥주박, 면실박, 채종박, 야자박, 팜박, 주정박, 캐놀라박, 옥글루텐, 옥수수글루텐 등이 포함될 수 있다. 또한, 상기 주원료 외에도 생균제, 석회석, 비타민광물질, 미네랄, 비타민, 중조, 산화마그네슘 등과 같은 부원료도 포함될 수 있다.

아울러, 본 발명의 TMR 사료 조성물의 조사료는 비트펄프, 오차드그라스, 톨페스큐, 라이그라스, 알팔파, 클라인그라스, 티모시, 타피오카 및 볏집 등이 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 반추동물의 메탄가스 저감용 TMR 사료 조성물은 농후사료로 곡류, 강피류 및 박류로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하되, 상기 곡류는 보리, 옥수수후레이크 및 전지면실을 포함할 수 있으며, 박류는 옥수수글루텐, 주정박 및 맥주박을 포함할 수 있으며, 강피류로는 면실피를 포함할 수 있다.

아울러, 조사료로는 비트펄프, 오차드그라스 및 톨페스큐를 포함할 수 있으며, 첨가제인 부원료로는 비타민광물질, 생균제, 석회석, 소금을 포함하고, 이에 더하여 물을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 TMR 사료 조성물은

맥문동 0.1 내지 2.0 중량 %, 곡류 10 내지 20 중량 %, 박류 25 내지 35 중량 %, 강피류 2.0 내지 10 중량 %, 조사료 30 내지 40 중량 %, 첨가제 1.0 내지 10 중량 %, 및 물 10 내지 20 중량 % 를 포함할 수 있다.

구체적으로, 상기 TMR 사료 조성물은

맥문동 0.1 내지 2.0 중량 %, 보리 0.1 내지 3 중량 %, 옥수수후레이크 5 내지 10 중량 %, 전지면실 2 내지 7 중량 %, 옥수수글루텐 5 내지 10 중량 %, 주정박 2 내지 7 중량 %, 맥주박 12 내지 20 중량 %, 면실피 2 내지 7 중량 %, 비트펄프 1 내지 5 중량 %, 오차드그라스 15 내지 25 중량 %, 톨페스큐 7 내지 15 중량 %, 첨가제 1.0 내지 10 중량 %, 및 물 10 내지 20 중량 % 를 포함할 수 있다.

보다 구체적으로, 본 발명의 실시예에 따르면 상기 TMR 사료 조성물은

맥문동 1.0 중량 %, 보리 2.0 중량 %, 옥수수후레이크 8.0 중량 %, 전지면실 5.0 중량 %, 옥수수글루텐 8.0 중량 %, 주정박 5.0 중량 %, 맥주박 16.0 중량 %, 면실피 5.0 중량 %, 비트펄프 3.0 중량 %, 오차드그라스 20.0 중량 %, 톨페스큐 10.0 중량 %, 물 15.36 중량 %, 비타민광물질 0.25 중량 %, 생균제 0.1 중량 %, 석회석 1.14 중량 % 및 소금 0.15 중량 % 를 포함할 수 있다.

상기와 같은 재료의 배합을 통해 소의 생장 및 발육에 필수한 필수 영양소가 공급될 수 있다. 뿐만 아니라, 맥문동을 포함하는 반추동물의 메탄가스 저감용 TMR 사료 조성물은 사료섭취량, 소화작용, 대사작용 등에 영향을 미치지 않으면서도 반추동물의 메탄 생성량을 효과적으로 감소시킬 수 있다.

나아가, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상술한 보리, 옥수수후레이크, 전지면실, 옥수수글루텐, 주정박, 맥주박, 면실피, 비트펄프, 오차드그라스, 톨페스큐, 첨가제 및 물을 포함하는 메탄 저감용 TMR 사료 조성물은 수분 30 내지 40 중량부, 조단백 8 내지 15 중량부, TDN (Total digestible nutrients) 40 내지 50 중량부, Ca 0.3 내지 1.0 중량부, P(인) 0.1 내지 1.0 중량부, ADF 10 내지 20 중량부 및 NDF 20 내지 35 중량부 의 화학적 조성 범위로 포함할 수 있다.

보다 구체적으로, 수분 36 중량부, 조단백 10.47 중량부, TDN 44.92 중량부, Ca 0.62 중량부, P(인) 0.29 중량부, ADF(산성세제불용성섬유소; Acid detergent fiber) 15.61 중량부 및 NDF(중성세제불용성섬유소; Neutral detergent fiber) 28.82 중량부 의 화학적 조성 범위로 포함할 수 있다.

아울러, 본 발명의 일 실시예에 따른 사료 조성물은 길경, 녹차, 마늘, 복분자, 산사, 생각, 시호, 쑥, 오미자, 잣송이, 잣에센스, 진피, 잣추출수 및 페퍼민트로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 더 포함할 수 있다. 한편, 이는 건조된 분말 형태로 포함될 수 있으며, 또는 추술수와 같은 액상형태로 포함될 수 있다.

또한, 본 발명은 다른 하나의 실시예에서,

이는 상술한 TMR 사료 조성물의 적절한 배합비로 조절하여 종합적으로 혼합믹스한 TMR 사료 조성물로 제조한 사료를 반추동물에게 공급할 수 있다.

이하, 본 발명을 실시예 및 실험예에 의해 보다 상세히 설명한다.

단, 하기 실시예 및 실험예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예 및 실험예에 한정되는 것은 아니다.

< 제조예 >

제조예 1: 메탄가스 포집 및 반추위액 측정 시스템

1-1. 반추위액 채취

사료원별 반추위액 성상변화/발효패턴분석 및 메탄가스 발생량 측정을 위하여 반응조를 제작하였다. 유효용량 500 ㎖ 의 유리재질 반응조를 제작하였고, 외부 공기가 유입하지 못하도록 밀폐형으로 고안하였으며, 반추위액 및 가스의 성상변화 측정을 위하여 반응조에 Tedlar bag 을 연결하고 반추위액 채취를 위한 실린지 밸브를 설치하였다 (도 1 참조).

한편, 가스 발생량 측정의 정확성을 보장하고 초기 미생물의 쇼크를 방지하기 위해서 반응조 내에 질소 가스를 충진하여 혐기성 유지하였으며, 39 ℃, 170 RPM 조건에서 in vitro 실험을 진행하였다. 그리고, 반응기의 온도는 실시간 온도 센서와 히터를 이용하여 조절되었다.

메탄가스 및 반추위액의 성상변화/발효패턴 균등한 분석을 위해 반응조의 모든 조건이 동일하도록 제작하였다 (반응조의 크기, 가스반추위액 샘플채취 연결관 두께와 길이 등).

반응조와 Tedlar bag 을 연결하여 in vitro 실험 중 발생하는 가스를 전량 포집 하였으며, in vitro 반응조 내에서 발생된 가스는 외부로 유출되지 않도록 완전 밀폐하였다.

아울러, 발생된 메탄가스의 농도는 GC(GC 450/Varian/Amenia) 로 측정하였으며, 발생된 가스의 량은 Gas flow matter (MP-∑/Sidata/Japan) 로 측정하였다.

1-2. 버퍼용액 제조

In vitro 소화실험을 위한 버퍼 용액은 ANKOM 의 실험법에 의거하여 제조하였으며, 아래의 표 1에서 buffer solution A와 buffer solution B를 6:1로 혼합하여 사용하였다.

Solution A		Solution B
시약	g/L	시약	g/L
KH₂PO₄	10.0	Na₂CO₃	15.0
MgSO₄,7H₂O	0.5	Na₂S,9H₂O	1.0
NaCl	0.5
CaCl₂,2H₂O	0.1
Urea (reagent grade)	0.5

1-3. 배양액 제조

채취한 반추위액을 8겹의 가제로 거른 후 유리솜으로 여과하였다. 그리고, 반응조에 제조예 1-1 에서 혼합한 Buffer solution 과 반추위액을 혼합하였다. 이때, buffer solution 과 반추위액의 혼합 비율은 4:1(채취한 반추위액은 1시간 동안 안정화 후 실험을 실시하며, 반추위액 채취 후 8시간 이내에 in vitro 실험실시) 이었으며, 혼합된 buffer solution과 반추위액은 pH 6.8 로 조정하였다 (반추위액: 400㎖, 버퍼: 1,600㎖).

그리고, 반추위액의 혐기성 미생물 쇼크 방지를 위해 공기와 접촉을 차단하고 질소가스를 주입하였다.

< 실시예 >

실시예 1. 메탄 생성 저감용 TMR 사료 조성물

1-1. 메탄가스 발생량을 기준으로 한 사료자원 분류

메탄가스 발생량을 기준으로 사료자원을 분류하였으며, 각 사료자원을 소에게 급여한 후 각 사료자원 당 발생하는 메탄가스의 양을 측정하여 표에 나타내었다.

보다 구체적으로, 사료공장에서 이용되는 사료자원별 에너지 사료원, 단백질 사료원, 조사료원으로 분류하였다. 또한, in vitro 소화율과 메탄가스 발생량을 정량 분석하고 통계처리 방법을 이용하여 사료자원별 메탄 발생량(g/kg digested feed)을 기준으로 한 사료자원의 등급을 분류하였다.

In vitro 발효동안 발생한 메탄 발생량과 소화율의 turkey MRT value 에 따라 사료자원을 분류한 결과는 다음의 표 2 내지 4와 같다.

표 2는 에너지 사료원에 대한 메탄 발생량이며, 표 3은 단백질 사료원에 대한 메탄 발생량이다. 아울러, 표 4는 조사료원에 대한 메탄 발생량이다.

사료자원	N	CH ₄ production (g/ Kg digested feed )
		1	2	3	4	5	6	등급
면실피	3	0.02						^1st
옥수수글루텐	3	0.08	0.08
옥수수대	3	0.09	0.09
보리	3	0.12	0.12
주정박	3	0.14	0.14
비트펄프	3	0.09	0.09
사과박	3	0.24	0.24					^2nd
밀기울	3	0.26	0.26
미강	3	0.27	0.27
루핀피	3	0.46	0.46
호밀	3	0.54	0.54
옥수수 (Latin America)	3			2.28				^3rd
옥수수 (USA)	3			2.54	2.54			^4th
대두피	3				3.18
타피오카	3					4.59		^5th
당밀	3						8.92	^6th

사료자원	N	CH ₄ production (g/ Kg digested feed )
		1	2	3	4	등급
맥주박	3	0.01				^1st
전지면실	3	0.02
옥수수부산물	3	0.18	0.18			^2nd
면실박	3	0.21	0.21
야자박	3	0.25	0.25
채종박	3	0.38	0.38
옥수수글루텐박	3		0.76	0.76		^3rd
야자부산물	3			1.51
대두박	3			1.84
루핀	3				7.09	^4th
콩깻묵	3				7.33

사료자원	N	CH ₄ production (g/ Kg digested feed )
		1	2	3	등급
오차드그라스	3	0.06			^1st
톨페스큐	3		0.13		^2nd
알팔파	3		0.14
라이그라스	3		0.18
페레니얼그라스	3		0.23
티모시	3		0.57
귀리	3		0.67
클라인그라스	3			5.04	^3rd
Means for groups in homogenous subsets are displayed. Uses Harmonic Mean Sample Size=3.000.

1-2. 메탄 생성 저감용 사료 조성물

메탄 생성 저감용 사료를 제공하기 위하여, 하기 원료를 표 5의 배합비로 배합하였다. 참고로, 실시예 1의 사료 배합은 상기 1-1 내에서 메탄가스 발생량을 기준으로한 사료자원의 분류를 토대로 원료를 선정하여 배합한 것이다.

구분	종류	실시예 1 (중량비)
곡류	보리	2
	옥수수후레이크	8
	전지면실	5
박류	옥수수글루텐	8
	주정박	5
	맥주박	16
강피류	면실피	5
조사료	비트펄프	3
	오차드그라스	20
	톨페스큐	10
물	물	16.36
첨가제	비타민광물질첨가제	0.25
	생균제	0.1
	석회석	1.14
	소금	0.15
합계		100

이때, 본 발명의 실시예에 따른 메탄 저감용 사료의 화학적 조성 범위는 다음 표 6과 같다.

영양소	원물함량 ( % )	건물함량 ( % )
수분(moisture)	36.57	-
조단백질(crude protein)	10.47	16.51
TDN	44.92	70.82
Ca	0.62	0.98
P	0.29	0.46+
ADF	15.61	24.61
NDF	28.82	45.44

비교예 1.

하기 원료를 표 7의 배합비로 배합하였다.

구분	종류	비교예 (중량비)
곡류	옥수수 후레이크	8.5
	루핀	5
	옥수수	5
박류	당밀	5
	팜박	8
	옥수수글루텐	30
강피류	대두피	5
조사료	라이그라스	5
	알팔파	5
	클라인	6.4
	티모시	10
물	물	5.5
첨가제	맥반석	0.3
	중조	0.3
	석회석	0.5
	비타민제	0.5
합계		100

이때, 비교예에 따른 사료의 화학적 조성 범위는 다음 표 8과 같다.

영양소	원물함량 ( % )	건물함량 ( % )
수분(moisture)	39.79	-
조단백질(crude protein)	9.51	14.80
TDN	45.14	70.29
Ca	0.35	0.54
P	0.24	0.38
ADF	14.08	21.93
NDF	24.59	38.28

< 실험예 >

실험예 1. 메탄가스 발생량 측정

실시예 1 과 비교예 1 사료를 경상북도축산기술연구소 대가축(한우) 시험동에서 반추위 캐뉼라 장착 한우 거세우(체중 350 ± 50 kg) 6두를 공시하였으며, 공시축은 하루에 2회 오전(09:00)과 오후(17:00)에 실시예와 비교예에서 배합한 사료를 급여하였다. 그리고, 미네랄 블록 및 물은 자유섭취 하도록 하였다.

다음으로, 상기 실시예 1에 기재된 바와 같이, 반추위액을 채취하고, buffer solution 을 혼합하여 in vitro 실험을 실시하였다.

한편, 실험사료별 메탄가스 발생량의 차이를 배가시기 위하여 in vitro 배양시간을 240 시간으로 연장해서 실험하였다.

그리고, 그 결과를 아래의 표 9에 나타내었다.

구체적으로, 표 9는 사료배합비별 위액의 성상변화와 메탄발생량 (장기배양)을 측정한 결과를 나타낸 표이다.

구분	시간	비교예 1	실시예 1
소화율(%)	48	41.22±1.56	41.49±0.18
CH₄ 발생량 (g/kg feed)	240	0.031034±0.01	0.010238±0.01
CH₄ 발생량 (g/kg digested feed)	240	0.279234±0.06	0.084539±0.08

사료 kg 당 발생하는 평균 메탄가스 발생량과 소화된 사료 kg 발생하는 평균 메탄 가스 발생량 모두 실시예 1에서 적게 발생하였고, 비교예 1에서 많이 발생하였다. 결과적으로, 실시예 1은 비교예 1 대비 약 30% 정도의 메탄가스 저감효과를 보인다.

실험예 2. 메탄 저감물질 첨가 후 메탄가스 발생량 측정

온실가스 저감물질을 선별하기 위하여 천연물질을 스크린하여 35종을 선별하고, 각 물질의 in vitro 조건하에서의 온실가스 저감효과를 분석하였다. 선별물질의 in vitro 실험을 위하여 실시예 1의 온실가스 측정 및 분석기술을 이용하였다. In vitro 실험 중 발생하는 가스는 전량 포집 하였으며, 시간대별 반추위액의 성상 변화를 분석하기 위해 일정량의 반추위액 샘플을 채취하였다. In vitro 실험은 39 ℃, 150 RPM 조건에서 수행되었으며, 모든 실험은 동일한 조건에서 4번 반복으로 이루어졌다. 천연물질의 온실가스 저감효과를 탐색하기 위해 표 10에 기재된 각 35종의 천연물질을 실시예 1의 사료량 대비 5 중량% 정도 포함되도록 첨가하고 in vitro 실험을 수행하였다. 한편, 천연물질은 추출수 또는 분말 형태로 첨가하였다.

천연물질(32 종)
감초	생강	오레가노	구기	쑥
페퍼민트	길경	마늘	녹차	인진
마늘쫑	모과	당귀	잣송이	시호
독활	잣에센스	지실	두충	잣추출수
진피	의이	천궁	오미자	치자
맥문동	산사	솔잎	복분자	세신
백출	산피

32 종의 천연물질을 선별하여 메탄가스 저감효과를 탐색한 결과, 32 종의 천연물질 중 17 종에서 CH₄ 발생 저감효과가 확인되었다. 그 결과를 도 2에 나타내었다.

구체적으로, 총 32 종의 천연물질 중에서는 잣추출수, 잣에센스, 맥문동, 오미자, 길경, 녹차 등에서 저감 효과가 확인되었다.

실험예 3. 메탄 저감물질별 소화율 패턴 및 메탄발생에 미치는 영향

3-1. 메탄 저감물질별 소화율 패턴

메탄저감물질에 따른 반추위액내 소화율 패턴을 분석하기 위하여 실험예 2에서 메탄가스 저감효과가 있는 것으로 판단된 메탄 저감물질별 첨가수준에 따른 소화율 패턴을 분석하였고, 그 결과를 도 3에 나타내었다.

구체적으로, 메탄 저감물질 중 길경, 맥문동, 녹차, 마늘, 잣에센스, 잣추출수, 오미자, 생강, 시호, 세신은 반추위액 내 사료소화율을 저해시키지 않고 오히려 개선시키는 효과가 있는 것으로 나타났다.

3-2. 메탄 저감물질의 첨가수준별 저감효과 검증

천연물질의 메탄가스 발생 저감율(도 3 참조) 을 분석하여 품질변이(부패)의 우려가 있는 액체류가 아니면서 구입이 용이하며, 사료화가 가능한 길경, 오미자, 맥문동을 후보로 선발하고, in vitro 실험을 통해 첨가수준별 저감효과를 조사하였다.

그리고, 그 결과를 아래의 표 11에 나타내었다.

메탄 저감물질	첨가율 (중량 %)	CH ₄ 발생량 (g/kg feed)	소화율 (%)
대조구	0.0	0.28±0.01^bc	40.2±1.21^c
길경	0.5	0.30±0.141^b	41.64±4.15^bc
	1.0	0.49±0.045^a	45.11±0.56^ab
	2.0	0.33±0.143^b	43.89±1.34^b
맥문동	0.5	0.13±0.05^c	42.13±0.15^bc
	1.0	0.06±0.04^d	44.36±0.79^b
	2.0	0.10±0.05^cd	43.49±0.46^b
오미자	0.5	0.29±0.04^bc	41.20±0.72^c
	1.0	0.19±0.02^c	47.58±3.75^a
	2.0	0.28±0.06^bc	43.65±1.35^b
^a-dMeans in the same row with different letter are statistically different at p<0.05 level of significance.

그 결과, 메탄 저감물질에서 최종적으로 맥문동을 전체 사료조성의 중량 대비 1 중량% 첨가한 실험군에서 대조구를 포함하여 다른 첨가물질 대비 메탄발생 및 소화율에서 최적의 조합이었다(표 8 참조).

즉, 실시예 1의 사료조성물 전체 중량에 대하여 메탄 저감물질인 맥문동 1 중량 % 를 추가한 사료가 메탄발생 및 소화율에서 가장 우수하였다.

실험예 4. 사료 조성물의 장기 급여에 따른 효과

4-1. 맥문동을 포함하는 장기급여에 따른 혈액검사

육성우 암소 6두를 선발하여 두 그룹으로 나누어 각각 비교예 1의 사료(농후사료 2.5 kg, 조사료: 2.5 kg)와 실시예(실시예 1에 맥문동 1 중량 % 첨가) 사료를 급여하였다. 또한, 한우의 영양, 건강 및 질병에 대해 알아보기 위하여 혈액은 2개월 간격으로 채취하여 분석하였다.

그리고, 그 결과를 아래의 표 12에 나타내었다.

구분 (변수)	정상 수치	비교예 1		실시예 1 (맥문동 첨가)
구분 (변수)	정상 수치	초기	2 개월 후	초기	2개월 후
WBC (10 ³ /㎜ ³ )	4~12	13.5±5.1	17.8±1.3	15.9±8.8	14.0±6.3
RBC (10 ⁶ /㎜ ³ )	5~10	9.4±0.2	7.80±0.1	9.0±0.4	9.9±0.3
총 단백질량 (g/dL)	6.7~7.5	6.4±0.1	7.0±0.0	6.80±0.0	6.5±0.5
알부민 (g/dL)	3.0~3.6	3.8±0.1	4.0±0.0	4.1±0.0	3.7±0.7
IgG (mg/dL)	-	311.5±10.0	586±82.0	272.8±10.8	780.0±7.0
코티솔 ( ug / dL )	-	2.4±0.8	2.7±0.4	2.5±1.3	2.6±1.7

혈액검사 결과, 질병발생과 관련 있는 WBC, 총 단백질량, 알부민은 비교예에서 높아 건강기능은 상대적으로 비교예에서 불량하였으며, RBC(운동성) 에서도 비교예가 실시예 대비 나쁜 경향을 보였다.

또한, lgG는 실시예가 비교예 보다 높았으며, 코티솔은 비교예 대비 실시예에서 상대적 증가량이 낮았기 때문에 혈액 성상에서는 실시예가 비교예 보다 우수하다는 것을 알 수 있다.

4-2. 맥문동을 포함하는 장기급여에 따른 체중의 변화

육성우 암소 6두를 선발하여 두 그룹으로 나누어 각각 비교예 1의 사료(농후사료 2.5 kg, 조사료: 2.5 kg)와 실시예(실시예 1에 맥문동 1중량 % 첨가) 사료를 급여하였다. 또한, 한우의 영양, 건강 및 질병에 대해 알아보기 위하여 체중은 2개월 간격으로 측정하여 분석하였다.

그리고, 그 결과를 아래의 표 10에 나타내었다.

구분	비교예 1	실시예 1 (맥문동 첨가)
초기 체중 (kg)	205±8.85	221±12.53
2개월 후의 체중 (kg)	247±16.25	268±12.73
총 증체량 (kg)	42±8.67	47±3.65
일당 증체량 (kg)	0.35±0.07	0.39±0.02

표 13을 참조하여, 비교예와 실시예를 각각 급여한 소의 총 증체량과 일당증체량을 비교하여 보면, 총 증체량과 일당증체량 모두 실시예에서 높았다.

4-3. 사료개발에 따른 호흡대사에 의한 온실가스 발생량

In vitro 실험을 통해 소화율을 저해시키지 않고 메탄가스의 저감 효과를 보인 맥문동 1% 를 최종 사료첨가물질로 선정하여 첨가유무를 구분 후 실제 육성우에게 급여하여 호흡대사 온실가스 발생량을 측정하였다.

그리고, 그 결과를 표 14와 도 4에 나타내었다.

표 14는 사료개발에 따른 이산화탄소와 메탄 발생량을 나타낸 표이다.

가스 배출 (g/h)	구분
가스 배출 (g/h)	비교예 (맥문동 무첨가)	실시예 (맥문동 1% 첨가)
CO ₂	132.93±10.53^1)a	101.36±8.77^b
CH ₄	4.06±0.74^a	3.69±0.61^b
¹⁾Means±SD ^a,b Means in the same row with different letter are statistically different at p<0.05 level of significance.

개발된 섬유질 사료내 맥문동 첨가 유무에 따른 가스 발생량은 처리구간에 유의적(p<0.05)인 차이를 나타내었다.

특히, 이산화탄소 발생량은 무첨가(비교예) 대비 첨가구(실시예)에서 추가적으로 23.7% 감소하는 경향을 나타내었다. 메탄 발생량은 무첨가(비교예) 대비 첨가구(실시예)에서 추가적으로 9.1% 감소하는 경향을 나타내었다.

Claims

맥문동을 포함하는 반추동물의 메탄가스 저감용 TMR (Toatl mixed ration) 사료 조성물.
제1항에 있어서,
상기 맥문동은 건조된 분말형태인 것을 특징으로 하는 반추동물의 메탄가스 저감용 TMR 사료 조성물.
제1항에 있어서,
상기 맥문동은 TMR 사료 조성물의 전체 중량에 대하여 0.01 내지 5.0 중량 % 포함되는 것을 특징으로 하는 반추동물의 메탄가스 저감용 TMR 사료 조성물.
제3항에 있어서,
상기 맥문동은 TMR 사료 조성물의 전체 중량에 대하여 0.5 내지 2.0 중량% 포함되는 것을 특징으로 하는 반추동물의 메탄가스 저감용 TMR 사료 조성물.
제1항에 있어서,
TMR 사료 조성물은
농후사료 및 조사료를 포함하며,
상기 농후사료는 곡류, 박류 및 강피류로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하며,
상기 조사료는 비트펄프, 오차드그라스, 톨페스큐, 라이그라스, 알팔파, 클라인그라스, 티모시, 타피오카 및 볏집으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 반추동물의 메탄가스 저감용 TMR 사료 조성물.
제5항에 있어서,
상기 곡류는 보리, 옥수수후레이크, 귀리, 소맥, 옥수수, 루핀, 소맥피, 전지면실, 콘컵 및 호밀로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하며,
상기 박류는 대두박, 맥주박, 면실박, 야자박, 옥글루텐, 옥수수글루텐, 주정박, 채종박 및 팜박으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하며,
상기 강피류는 대두피, 면실피, 미강 및 루핀피로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 반추동물의 메탄가스 저감용 TMR 사료 조성물.
제1항에 있어서,
상기 TMR 사료 조성물은
맥문동 0.1 내지 2.0 중량 %, 곡류 10 내지 20 중량 %, 박류 25 내지 35 중량 %, 강피류 2.0 내지 10 중량 %, 조사료 30 내지 40 중량 %, 첨가제 1.0 내지 10 중량 %, 및 물 10 내지 20 중량 % 를 포함하는 반추동물의 메탄가스 저감용 TMR 사료 조성물.
제1항에 있어서,
상기 TMR 사료 조성물은
맥문동 0.1 내지 2.0 중량 %, 보리 0.1 내지 3 중량 %, 옥수수후레이크 5 내지 10 중량 %, 전지면실 2 내지 7 중량%, 옥수수글루텐 5 내지 10 중량%, 주정박 2 내지 7 중량%, 맥주박 12 내지 20 중량%, 면실피 2 내지 7 중량%, 비트펄프 1 내지 5 중량 %, 오차드그라스 15 내지 25 중량%, 톨페스큐 7 내지 15 중량 %, 첨가제 1.0 내지 10 중량 %, 및 물 10 내지 20 중량 % 를 포함하는 반추동물의 메탄가스 저감용 TMR 사료 조성물.
제1항에 있어서,
상기 TMR 사료 조성물은
길경, 녹차, 마늘, 복분자, 산사, 생각, 시호, 쑥, 오미자, 잣송이, 잣에센스, 진피, 잣추출수 및 페퍼민트로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반추동물의 메탄가스 저감용 TMR 사료 조성물.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 메탄가스 저감용 TMR 사료 조성물로 이루어진 사료를 급여함으로써 반추동물의 메탄가스 생성량을 감소시키는 것을 특징으로 하는 반추동물의 메탄가스 저감 방법.