I.서 론
반추동물의 생산성뿐만 아니라 반추위 발효에 대해 사료 의 물리적 특성이 영향을 미치므로, 조사료의 양과 물리적 형태를 적절하게 유지하는 것이 매우 중요하다. National Research Council (NRC, 2001)는 사료에 NDF (neutral detergent fiber)가 최소한 25%는 함유되어야 하고, 착유우의 사료 중 조사료로부터 19%가 공급되어야 한다고 하였다. 이와 같은 최소 섬유소 요구량을 섭취하지 못한 젖소에서 총 건물소 화율의 감소, 유지율 저하, 제4위 전위, 반추위 부전 각화 증의 발병 증가, 제엽염, 과산증, 과비증후군 등이 발생한 다(Sudweeks et al., 1981). 또 착유우에 급여하는 섬유소의 비율과 조사료의 입자가 커지면 저작활동이 향상되어 타액 분비, 반추위 pH, acetate 대 propionate (A/P) 비율 및 유지 율 등이 증가하지만(Beauchemin et al., 1997), 과량의 길고 거친 섬유소는 오히려 사료섭취량과 반추위 내 분해율을 저해하여 개체의 에너지 균형에 악영향을 미친다고 보고하 고 있다(Allen and Grant, 2000). 최근 저작과 반추 활동, 타액분비 및 유지방 함량 등에 영향을 미치는 조사료나 섬 유질배합사료(total mixed rations, TMR)의 입자크기를 명 확하게 하기 위해 물리적 유효 요소(physical effectiveness factor, pef)와 물리적 유효 NDF (physically effective NDF, peNDF)라는 용어가 등장하였다(Mertens, 2000; Sudweeks et al., 1981). Lammers et al. (1996)는 조사료나 섬유질배합 사료의 peNDF 함량에 대해 사료 전체의 섬유소 함량과 Penn State Particle Size Separator (PSPS)를 이용하여 쉽게 측정할 수 있다고 하였다. Zebeli et al. (2010)은 사료 중 8 mm 이상의 입자에서 peNDF 비율(peNDF>8.0)이 반추 및 저작 활동을 자극하고, 최적의 반추위 pH를 유지하며, 섬 유소 소화를 촉진시킨다고 하였다. 뿐만 아니라, 고능력우 의 경우엔 사료의 peNDF>8.0가 17~18.5%일 때 최적의 반추 위 pH가 유지되고 건물섭취량이 향상될 수 있다고 하였다.
섬유질 배합사료(Total mixed rations, TMR)는 모든 영양 소를 섭취할 수 있도록 소에 급여하고자 하는 모든 사료를 혼합하여 하나로 만든 먹이로 정의된 바 있다(McCullough, 1991). TMR을 이용한 사양관리는 생리적 조건에 따라 우 군을 분리하므로 가축관리에 소모되는 노동력이 절감되고, 자가 배합 시 사료비가 절감되며(Howard et al., 1968), 사 료 취급과정을 단순화할 수 있다(Rakes, 1969). 그리고 사 료의 선택적인 채식을 방지하여 조사료와 농후사료의 균형 적인 섭취를 유도하며, 젖소의 경우 반추위 미생물 조성의 안정을 통해 pH의 유지, 사료섭취량 증가 및 영양소 이용 효율 개선으로 생산성이 향상될 수 있는 것으로 알려져 있 다(Kleiber et al., 1952). Ki et al. (2003)에 의해 국내에서 생산되어 이용되고 있는 TMR을 대상으로 입자크기의 분 포를 측정한 결과 상층(>19 mm), 중층(19-8 mm) 및 하층 (<8 mm)이 자가 TMR의 경우 24.9%, 22.8%, 52.3%이고, 유통 TMR의 경우 26.2%, 12.8%, 61.0%라고 하였다. 이는 Heinrichs (1996)에 의해 보고된 결과와는 차이가 있다. 즉, PSPS (2-sieve model, 19 mm와 8 mm)을 이용하여 옥수수 사일리지, 헤일리지 및 TMR의 입자크기에 대한 분포 범위 를 제시하였으며, 상층(>19 mm), 중층(19-8 mm) 및 하층 (<8 mm)이 옥수수 사일리지의 경우 각각 10~15%, 40~50%, 40~50%의 분포이고, TMR의 경우 각각 6~10%, 30~50%, 30~40%의 분포가 적당하다고 추천하였다. 이러한 차이에 대해 Heinrichs et al. (1999)는 TMR 제조 시 사용된 조사료 의 초종, 조사료의 수확이나 저장상태 및 TMR 제조 시 배 합시간 등의 차이에 의한 영향이라고 하였다.
TMR 사양관리 시 습기가 없는 건조한 단미사료만 사용 하여 TMR을 제조할 경우 조사료와 농후사료의 분리현상 이 일어나 TMR의 본래 효과를 감소시키는 결과를 초래할 수 있으므로(Ki et al., 2003), silage와 같이 습기가 있는 사료가 필요하다. 최근 다양한 사일리지를 이용한 TMR의 우유생산성에 미치는 영향에 대한 많은 연구결과가 보고된 바 있으나(Broderick and Radloff, 2004; Beauchemin and Yang, 2005; Oelker et al., 2009), 국내의 경우 거의 연구된 바가 없다.
TMR 제조 시 배합시간에 대해 Kammel (1999)는 3~6분 이내에 배합할 것을 추천하였고, Rippel et al. (1998)는 추 천된 배합시간보다 15분을 추가 배합 시 수평형 TMR 배 합기보다 수직형 배합기에서 조사료 입자도가 감소한다고 하였다. Ki et al. (2003)에 의해 조사된 국내 자가 TMR 농 가의 1회 총 배합시간이 평균 48.6분으로, 이전 연구결과보 다 배합소요시간이 길어 조사료 입자도의 감소에 따른 사 료가치 저하뿐만 아니라, 노동 및 장비운영 등에 소요되는 시간의 연장에 따른 경제적 손실이 예상된다.
따라서 본 실험은 국내에서 생산된 옥수수 사일리지를 이용하여 동일한 배합조건에서 TMR을 제조하고, TMR 제 조 시 배합시간의 차이에 따라 입자 크기(Particle size), 종 절도(Laceration), peNDF 함량 및 반추위 내 건물분해율에 미치는 영향을 분석하고, 젖소에 급여 시 산유량 및 우유 성분에 미치는 영향을 살펴보고자 실시하였다.
II.재료 및 방법
1.시험사료 제조
본 실험에 사용된 섬유질배합사료는 Table 과 같이 공 시축의 체중, 유량 및 유성분을 고려하여 제조하였다. 공시 재료인 옥수수는 2012년 생산된 사일리지로, Table 1에 나 타낸 바와 같이 이론적 세절 길이(Theoretical length of cut, TLC)를 20 mm로 세절하여 수확한 옥수수 사일리지를 이용하여 TMR을 제조하였다. 각 시험구의 TMR 시료는 배합기의 물리적 자극이 동일하도록 원물 기준으로 동량의 배합사료, 혼합건초(tall fescue와 orchardgrass 혼파) 및 옥 수수 사일리지를 순차적으로 투입한 후 T1은 30분간 배합 하고, T2는 50분간 배합한 후 젖소에 급여하였다. TMR 배 합기는 용량이 12 m3이고, 수평형 2오거(Auger)가 장착되 어 있으며, 오거 당 칼날은 70개이다. 배합 시 오거의 회전 속도는 동력 인출 장치(Power take-off, PTO) 회전축이 540회/분(20 rpm)이며, 오거가 26회/분 회전하도록 조절하 였다.
2.사료 성분 분석
공시재료 및 TMR의 일반성분은 AOAC법(1995)으로 분 석하였으며, NDF (Neutral detergent fiber)는 Van Soeat et al. (1991)의 방법으로 분석하였다. pH는 각 시험사료 1 g을 증류수 10 ml에 넣어 진탕한 후 여과지로 걸러 pH 미터측 정기(HI 8424 Micro-computer pH meter, HANNA Instruments) 로 측정하였다. 또한 암모니아태질소(NH3-N) 함량은 각 시 험사료 1 g을 증류수 10 ml에 넣고 0~4℃에서 24시간 진탕 한 후 여과지로 걸러 －20℃에서 보관하고 분석 시 해동하 여 3,000 rpm에서 15분간 원심 분리하였다. Chaney and Marbach (1962)의 방법에 따라 phenol 용액으로 상층액 중 의 암모니아를 발색시킨 후 spectrophotometer (UV-1201, SHIMADZU)를 이용하여 630 nm로 흡광도(Optical density, OD)를 측정하였다.
3.물리적 특성 측정
입자 크기(Particle size)는 Lammers et al. (1996) 방법에 따라 상층에 19 mm의 체, 중층에 8 mm의 체 그리고 체가 없는 하층으로 구성된 Penn State Particle Size Separator (PSPS)를 이용하여 측정하였다. 배합시간에 따라 제조한 TMR 시료는 PSPS의 상층 체에 약 450 g (원물 기준) 놓은 후 평평한 바닥에 놓고 체를 한 방향으로 5회씩 흔들었다. 한 방향으로 5회 흔든 후 1/4씩 돌려가면서 총 40회가 되 게 흔든 다음 각 체의 잔량을 측정하였다. 각 시료의 peNDF 함량은 Zebeli et al. (2010)에 따라 8 mm 이상 입자 크기의 비율에 NDF 함량을 곱하여 계산하였다. TMR 배합 기에 의한 조사료의 물리적 종절도(Laceration)는 입자 크 기를 분리한 후 상층(>19 mm)에 남아 있는 내용물을 수거 하여 60℃ dry oven에서 건조한 후 조사료 굵기를 1 mm 이상과 미만으로 구분한 후 각각의 무게를 측정하였다.
4.In situ 반추위 건물분해율 측정
반추위 캐뉼라가 장착된 홀스타인종 3두(평균 체중 625 ± 20.1 kg)를 사용하였다. 시험기간에는 건초, 옥수수 사일 리지 및 농후사료를 혼합하여 제조한 TMR을 기초사료로 하여 건물 기준 체중의 3%를 일일 2회로 나누어 급여하였 다. 음수와 미네랄 블록은 자유롭게 섭취할 수 있도록 하 였다. 각 시험구의 TMR에 대한 입자 크기를 분리한 후 상 층(>19 mm)에 남아 있는 내용물을 수거하여 60℃ dry oven에서 건조한 다음 시료로 사용하였으며, 각 시료는 2 g씩 nylon bag (5×10 cm; 50 ㎛ pore size)에 담고 입구를 봉 한 후 아침 사료 급여 전에 반추위 내 투입하여 3, 6, 12, 24, 48, 72시간 동안 배양하였다. 각 시간대별 배양 후 nylon bag은 반추위 누관에서 꺼내어 얼음물에 10분간 침 지시킨 후 흐르는 수돗물로 30분간 세척한 다음 60℃ dry oven에서 48시간 동안 건조하였다. 한편, 0시간대 nylon bag은 반추위 내 배양 없이 동일한 방법으로 침지 및 세척 을 한 후 건조하였다. 모든 시료는 48시간 건조한 후 건물 함량을 측정하였으며, in situ 실험에서 반추위 내 건물분해 율은 배양기간 동안 소실된 양을 배양 전 시료의 양에 대 한 백분율로 계산하였다.
5.산유량 및 유성분 측정
본 실험은 충남 천안시에 위치한 국립축산과학원 시험우 사에서 실시하였다. 공시축은 산차수(평균 2.41 ± 1.22산) 및 유량(평균 29.36 ± 3.48 kg/d)이 비슷한 비유중기(평균 비유일수 103.43 ± 52.25일)의 Holstein 10두를 공시하였다. 공시축에 급여한 TMR는 Table 1과 같으며, 처리구별로 5 두를 임의 배치한 다음 4주간 실시하였다. 착유는 1일 2회 (06:00, 17:00) 하였으며, 1일 유량은 개체별로 오전과 오후 착유량을 합하여 기록하고, 산유량은 실험 전과 후에 각각 2일 동안을 합산하여 평균하였다. 유성분의 분석을 위해 원유는 실험 전과 후 각 2일 동안 오전 및 오후 착유시간 에 4회씩 채취하고, Milko-scan 4000 series (Foss Electric Co., Denmark)를 이용하여 분석한 후 평균하였다.
6.통계분석
결과 분석은 SPSS 프로그램(17.0)의 Student’s t-test 방법 을 이용하여 두 그룹간의 유의성(p<0.01)을 비교하였다.
III.결과 및 고찰
1.물리적 특성
옥수수 사일리지를 이용한 TMR 제조 시 배합시간의 차 이에 따라 입자크기(particle size)의 분포, peNDF>8.0 및 종 절도(laceration)의 변화에 미치는 영향을 측정한 결과는 Table 2에 보는 바와 같다. TMR 제조에 사용된 옥수수 사 일리지는 2012년 생산된 것으로, 수확 시 이론적 절단 길 이(Theoretical cut length, TCL)를 20 mm로 하여 제조되었 고, PSPS (19 mm와 8 mm 체)로 분리하여 입자크기의 분포 를 분석한 결과 상층(>19 mm)은 25.55%, 중층(8-19 mm)은 44.53%, 하층(<8 mm)은 29.92%이었다. 이 옥수수 사일리 지를 이용하여 동일한 조건에서 배합사료와 건초를 배합기 에 순차적으로 넣고 배합한 TMR의 입자크기의 분포를 분 석한 결과 상층(>19 mm), 중층(8-19 mm) 및 하층(<8 mm) 이 30분(T1)간 배합 시 각각 20.23%, 39.10% 및 40.67% 이었고, 50분(T2)간 배합 시 각각 17.14%, 30.67% 및 52.19% 이었다. 또한 배합시간이 30분(T1)에서 50분(T2) 로 증가함에 따라 TMR의 상층(>19 mm)과 중층(8-19 mm) 의 비율이 각각 3.09%와 8.43%로 감소하면서 하층(<8 mm)의 비율이 11.52% 유의적으로 증가하였다(p<0.01). 물 리적 유효 섬유소(Physically effective NDF) 함량은 옥수수 사일리지, T1 및 T2의 peNDF>8.0 (%)가 각각 18.26, 17.18 및 13.85%로, 30분(T1) 보다 50분(T2) 배합 시 유의적으 로 감소하였다(p<0.01). 또한 처리구별 TMR의 종절도 (Laceration)은 상층(>19 mm)을 건조하여 1 mm를 기준으로 굵기의 변화를 측정한 것으로, 굵은 비율(≥1 mm)과 가는 비율(1 mm>)이 옥수수 사일리지의 경우 각각 94.19%와 5.81% 이었고, T1구의 경우 각각 88.51%와 11.50% 이었으 며, T2구의 경우 각각 81.49%와 18.51%로, 30분 보다 50 분간 배합 시 조사료의 굵기가 유의적으로 감소하였다 (p<0.01).
미국의 경우 Texas 지역에서 제조된 옥수수 사일리지 TMR과 건초 TMR의 상, 중, 하층이 각각 18.4%, 42.7%, 38.7%와 22.2%, 31.8%, 35.5% 이었고(Rippel et al., 1998), 북서부 지역의 TMR은 상, 중, 하층이 각각 6.1%, 35.5%, 58.4% 이었다(Lammers et al., 1996). Rippel et al. (1998)은 사일리지와 건초를 혼합하여 TMR 제조 시 정상적인 배합 시간에서 상, 중, 하층이 각각 13.13%, 46.38% 및 40.49% 이었고, 15분을 추가하여 배합 시 13.51, 45.49 및 40.99% 로, 배합시간의 증가에 따른 입자크기의 변화는 거의 없다 고 하였다. 이외에도 많은 연구자들에 의해 세절길이에 따 른 옥수수 사일리지 및 이를 이용한 TMR에 대한 입자크 기의 분포가 조사되었다(Bal et al., 2000; Kononoff et al., 2003; Bhandari et al., 2007). 특히 Heinrichs (1996)는 입자 크기의 분포에 대해 옥수수 사일리지의 경우 상층(>19 mm), 중층(19-8 mm) 및 하층(<8 mm)이 각각 10~15%, 40~50%, 40~50%이고, TMR은 각각 6~10%, 30~50%, 30~40%일 때 적절한 범위라고 하였으나, 이는 본 실험을 포함하여 이전 연구결과에서 상층의 비율이 15% 이상으로 차이가 있다. 이는 TMR에 사용한 원료의 종류가 다르고, 특히 조사료의 수분함량, 세절 유무나 길이 등 물리적 특성에 의한 차이 가 주된 원인으로 판단된다.
Mertens (2000)에 의해 물리적 유효 NDF 함량이 저작활 동, 반추위 pH 및 발효에 영향을 미친다고 보고된 바 있 다. NRC (2001)는 착유우에 필요한 사료 중 NDF (건물 기 준)가 최소한 25%가 함유해야 하고, 그 중 19%는 조사료 로부터 충족되어야 한다고 하였으나, 물리적 형태에 대해 서는 명확히 설명하고 있지 않다. 과거 소와 양의 반추위 를 통과하는 내용물과 분의 입자크기를 통해 물리적으로 유효한 사료의 입자크기는 1.18 mm라고 하였다(Poppi et al., 1981). Kononoff et al. (2003)은 입자 크기가 22.3 mm인 옥수수 사일리지로 제조한 TMR의 경우 peNDF>1.18이 32.1%라고 하였다. 이후 젖소는 반추위를 통과하는 입자크 기가 1.18 mm 보다 더 크다고 하였다(Maulfair et al., 2011). Zebeli et al. (2010)는 사료(건물 기준) 중 peNDF>1.18 이 31.2% 이거나 peNDF>8.0이 18.5%일 때 아급성 반추위 과산증(subacute rumen acidosis, SARA)에 의한 대사장애를 경감시킬 수 있고, peNDF>8.0이 반추 활동을 자극하고, 최 적의 반추위 pH를 유지하며, 섬유소 소화를 촉진하는 중요 한 요소라고 하였다. 또한, peNDF>8.0가 14.9% 이하일 경우 peNDF을 증가하는 것은 건물섭취량에 의해 저해될 수 있 고, 고능력우로 건물섭취량이 상대적으로 높은 경우라면 17~18.5%의 peNDF>8.0가 적정할 것이라고 하였다. 이 결과 로부터 TCL를 20 mm로 하여 제조한 옥수수 사일리지와 건초를 이용하여 TMR 제조할 경우 30분(T1) 간 배합으로 도 젖소에 적정한 peNDF>8.0가 유지될 수 있을 것으로 평 가되었다.
2.In situ 반추위 건물분해율
TMR 제조 시 배합시간이 다른 처리구별 TMR의 입자 크기를 분리한 후 상층(>19 mm)을 수거하여 in situ 실험 을 통한 반추위 내 건물분해율을 측정한 결과는 Table 3과 같다. 반추위 내 12시간까지 30분(T1) 보다 50분(T2) 배합 한 TMR의 건물분해율이 통계적 유의성은 없었으나 높게 나타났다. 이후 24시간 배양에서는 오히려 30분(T1)간 배 합한 TMR의 건물분해율이 유의적으로 높게 나타났다 (p<0.01).
Balch et al. (1955)에 의하면 조사료를 종절, 세절 또는 세절하지 않고 제조한 사일리지의 소화율을 비교한 결과 세절하지 않은 처리구보다 종절이나 세절한 사일리지의 소 화율이 높았으나, 세절보다 종절 처리가 소화율 개선에 유 용하지는 않다고 하였다. 또한 Bal et al. (2000)는 긴 세절 길이(TLC 1.90 cm)의 옥수수 사일리지와 비교하여 짧은 세절 길이(TLC 0.95 cm)에서 반추위 내 24시간 배양 이후 건물분해율이 증가한다고 하였다. 일부 연구결과에서 입자 크기가 감소함에 따라 건물분해율이 증가한다고 하였으나 (Kononoff and Heinrichs, 2003), 이와는 반대로 입자 크기 가 증가할수록 건물분해율이 증가한다는 연구결과도 있으 며(Yang and Beauchemin, 2005), 입자 크기가 건물분해율 에 영향을 미치지 않는다는 연구결과도 있다(Yang and Beauchemin, 2007). 입자가 큰 사료보다 작은 사료일수록 질량 대비 표면적이 넓어 반추위 내 미생물이 쉽게 이용할 수 있고(Rode et al., 1985), 미생물의 성장률은 제어된 배 양조건에서 분획 희석율(fractional dilution rate)에 의해 영 향을 받는다(Isaacson et al., 1975). 또한 젖소 사료에 긴 조사료를 추가함에 따라 반추위액 회전율(liquid turnover rate)이 증가하는 반면, 조사료의 입자 크기가 감소함에 따 라 반추위 내 미립자의 회전율은 증가한다고 한다(Osbourne et al., 1976). 따라서 건물분해율에 대한 연구결과의 차이 는 조사료의 화학적 조성뿐만 아니라 입자 크기 및 종절도 와 같은 사료의 물리적 특성에 따라 반추위 내 미생물의 접근성에 차이를 나타내고, 이에 따라 반추위 내 소화율 및 소화물의 통과속도에 영향을 미치기 때문이라고 판단 된다.
3.산유량 및 유성분
TMR 제조 시 배합시간의 차이가 비유중기 젖소의 산유 특성에 미치는 영향을 살펴본 결과는 Table 4와 같다. 산 유량은 시험시작 시 T1과 T2가 각각 31.95와 31.07 kg/d 이 었고, 4주간 시험 후 각각 31.22와 29.63 kg/d로, 각각 0.73 과 1.77 kg/d이 감소하는 경향을 나타내었다. 우유 성분에 있어서 유단백의 경우 T1과 T2가 각각 3.06와 3.09% 이었 으나, 4주간 시험 후 각각 2.93와 3.13%로, 유의적 차이는 없지만 배합시간이 길어짐에 따라 증가하는 경향을 나타내 었다. 유지방은 T1과 T2가 각각 3.53와 3.54%로 유사하였 으나, 4주간 시험 후 각각 3.62와 3.51 kg/d로, T2 보다 T1 이 유의적으로 높게 나타났다(p<0.01).
젖소에 급여하는 조사료와 유지방 함량에 대해 O’Dell et al. (1968)은 조사료를 곱게 세절하면 우유 내 지방 합성이 저하된다고 하였고, Van Soest (1982)은 사료의 입자크기와 유지방의 감소 사이에 상관관계가 있으며, 미세하게 세절 된 조사료는 반추 시간과 반추위의 pH를 저하시키고, 반추 위 내 propionate 생성량을 증가시키는 경향이 있다고 하였 다. 이는 혈액 내 glucose 농도나 propionate 생성량의 증가 시 insulin의 방출을 자극하고, 증가한 insulin은 지방조직으 로부터 유리지방산의 방출이 억제되고 간에서 lipoprotein의 합성이 감소된다(Emmanuel and Kennelly, 1984). 이러한 감소로 혈액 내 유지방 전구체의 이용성이 감소되어 유지 방 함량이 감소된 것으로 사료된다(Grant et al., 1990).
따라서 착유우를 위한 TMR 제조 시 조사료의 입자 크 기, peNDF 및 종절도와 같은 물리적 특성이 적절히 유지 될 수 있도록 배합시간을 조절한다면 반추위 내 건물분해 율이나 산유량 및 유성분에 대한 부정적 영향 없이 조사료 로서의 사료적 가치가 증진될 것으로 기대된다.
IV.요 약
본 연구는 옥수수 사일리지를 이용하여 TMR 제조 시 배합시간에 따른 물리적 특성(Particle size, peNDF 및 laceration)의 변화를 조사하고, 반추위 내 in situ 건물분해 율 및 비유중기 착유우의 유생산성에 미치는 영향을 조사 하고자 수행되었다. TMR 시험사료는 동일한 원료를 이용 하여 배합시간을 30분(T1구)과 50분(T2구)으로 제조하였 다. Penn State Particle Size Separator (PSPS, 19 mm와 8 mm 체)로 분리하여 입자크기의 분포를 분석한 결과 배합 시간이 30분(T1)에서 50분(T2)로 증가함에 따라 하층(<8 mm)의 비율이 유의적으로 증가하였고(p<0.01), peNDF>8.0 는 유의적으로 감소하였으며(p<0.01), 굵은 비율(≥1 mm) 이 유의적으로 감소하였다(p<0.01). 반추위 내 in situ 건물 분해율은 모든 배양시간에서 처리구간 차이가 없었지만 24 시간 배양에서 T1구에서 유의적으로 높게 나타났다 (p<0.01). 산유량은 처리구간 차이가 없었지만 유지방은 T1 이 유의적으로 높게 나타났다(p<0.01). 본 연구 결과에서 옥수수 사일리지 위주의 TMR 제조 시 배합시간을 단축 조절함으로서 산유량 및 유성분에 대한 부정적 영향 없이 조사료의 물리적 사료가치를 증진하는데 효과가 있을 것으 로 기대된다.
