Ⅰ. 서론
최근 국제 유가와 곡물가격 상승 및 환율 변동에 따른 수입 사료원료 가격 상승으로 사료비 부담이 크게 증가하였으며, 이는 양축농가의 생산성과 수익성을 위협하는 요인으로 작용하고 있다. 또한 기후변화로 인한 조사료 품질 저하와 생산비 증가에 따른 수급 불안정성이 지속됨에 따라 국내에서 안정적으로 확보 가능한 대체 사료자원 개발의 필요성이 더욱 커지고 있다. 섬유질배합사료(Total Mixed Ration; TMR)는 조사료와 농후사료를 영양소 요구량에 맞추어 혼합한 사료로서, 특히 농식품 가공 부산물 등 버려지는 부존자원을 재활용(Upcycling)할 수 있다는 측면에서 사료비를 절감할 수 있을 뿐만 아니라 사료의 선택적 채식을 방지하여 균형적인 영양소 공급과 반추위 내 발효 안정화에 기여하는 것으로 알려져 있다(Kim et al., 2012). 최근 국내에는 TMR의 사료이용성과 저장성을 향상시키기 위하여 미생물을 접종한 발효섬유질배합사료(Fermented-Total Mixed Ration; F-TMR) 이용이 지속적으로 증가하고 있다. F-TMR은 TMR에 유용미생물을 접종하여 발효시킨 사료로서, 발효과정에서 생성되는 유기산, 효소, 천연 항생물질 등의 다양한 대사산물에 의해 사료의 소화율, 기호성, 저장성 및 가축의 건강이 개선되어 가축의 생산성 증가에 기여하는 것으로 보고되었다(Cao et al., 2011;Yang et al., 2021). 또한 발효 과정 중 형성된 미생물 군집과 발효산물은 사료의 품질과 영양소 이용성에 직접적인 영향을 미치는 것으로 알려져 있다(Kim et al., 2012;Kondo et al., 2016;Kung et al., 2018).
한편, 새싹사료는 단기간에 생산이 가능하고 계절적 제한이 적어 안정적인 녹색사료 공급원으로 활용 가능성이 제시되었다(Sneath and McIntosh, 2003;Chethan et al., 2021). 특히 보리(Hordeum vulgare L.)는 국내에서 널리 재배되는 대표적인 동계 사료작물로서 생산성과 재배 안정성이 우수하여 사료자원으로도 활용되고 있다. 보리 종자는 발아과정 동안 저장 양분의 이용과 조직 발달에 따라 영양소 함량이 변화하며, 수경재배 새싹보리에는 조단백질 및 섬유소 함량은 증가하고, 비섬유성 탄수화물(Non-fiber carbohydrates, NFC) 함량은 감소하는 것으로 보고되었다(Fazaeli et al., 2012). 또한 새싹보리는 발아과정에서 생성된 가용성 탄수화물과 높은 수분함량으로 F-TMR 제조 시 수분조절과 발효기질로서 활용 가능성이 높을 것으로 예측된다. 원료사료의 특성은 F-TMR의 발효 품질과 저장성에 직접적인 영향을 미칠 수 있다. Cao et al. (2011)은 원료사료 조성에 따라 TMR의 미생물 군집과 발효 특성이 달라질 수 있다고 보고하였으며, Yang et al. (2021) 또한 F-TMR 제조 시 oat silage를 첨가하였을 때 젖산균의 성장과 발효품질 개선에 긍정적인 효과가 있었다고 하였다. 최근 새싹보리의 재배기간, 품종 및 생육단계에 따라 영양소 함량, 반추위 내 발효특성 및 반추위 내 소화율이 달라질 수 있음이 보고되었는데, 이는 새싹보리 재배기간이 사료가치에 직접적으로 영향을 미칠 수 있음을 의미한다(Kim et al., 2024;Kim et al., 2025). 이와 같이, 새싹보리의 영양소 함량, 반추위 내 발효특성 및 반추위 내 소화율 평가에 관한 연구는 다수 수행되었지만, 한우 맞춤형 F-TMR 제조기술 개발에 관한 연구는 제한적으로 수행되었다.
따라서 본 연구는 거세 한우용 TMR 사료에 재배기간이 다른 새싹보리의 첨가수준을 달리하여 혼합한 후 F-TMR로 제조하였을 때, 영양소 함량, 발효특성, 미생물 성상 및 소화율에 미치는 영향을 평가하여 새싹보리의 이용 가능성을 제시하고자 수행하였다.
Ⅱ. 재료 및 방법
1. 보리 생산 및 TMR 제조
본 실험에 사용된 새싹보리는 큰알보리(Hordeum vulgare L.)를 이용하였으며, ㈜가파에서 제공한 양액을 이용하여 경상남도 거창축협 섬유질배합사료 공장에서 재배하였다(Kim et al., 2024). 종자는 곰팡이 오염 방지를 위해 0.1% 차아염소산나트륨 용액으로 소독한 후 수경재배 선반에 약 1.5∼2.0 cm 높이로 균일하게 펼쳐 배치하였다. 재배기간 동안 온도와 습도는 ㈜가파에서 제시한 조건을 준용하였으며, 재배기간은 선행연구 결과에 준하여 파종 후 6일과 8일에 각각 수확하여 시험분석에 이용하였다(Kim et al., 2025). 시험구는 새싹보리를 첨가하지 않은 대조구(CON), 6일(SB6)과 8일(SB8)간 재배한 새싹보리를 각각 5%와 10% 첨가한 처리구로 설정하였다. TMR의 원료사료 조성은 Table 1과 같으며, 한국가축사양표준(한우)의 영양소 요구량을 고려하여 배합하였다(NIAS, 2022). 혼합된 시험사료 5 kg을 20 L 사일로에 넣고 밀봉한 후 상온에서 7일간 발효시켰다. 발효가 종료된 사료는 즉시 개봉하였으며, 영양소 함량과 소화율(1 kg), 발효특성과 미생물 성상(20 g) 분석을 위한 시료를 채취하였으며, 나머지 시료 중 1 kg은 냉동 보관하였다.
2. 영양소 함량, 발효특성 및 미생물 성상
영양소 함량과 소화율 분석을 위해 채취한 시료(1 kg)는 55℃ 건조기에서 48시간 건조한 후 cutting mill (Shinmyung Electric Co., Ltd., Gimpo, Korea)을 이용하여 분쇄하였으며, 1 mm screen을 통과한 시료를 분석에 사용하였다. 건물(dry matter, DM) 함량은 105℃ 건조기(OF-22GW, JEIO TECH, Korea)에서 24시간 건조한 후 측정하였다. 조단백질(crude protein, CP) 함량은 Kjeldahl법(B-324, 412, 435 and 719Titrino, BUCHI, Germany)으로 분석하였으며, 조지방(ether extract, EE) 함량은 Soxhlet 추출법(OB-25E, JeioTech, Korea), 조회분(crude ash, CA) 함량은 회화로(Muffle furnace, Nabertherm, Liliental, Germany)를 이용하여 측정하였다. 모든 영양소 함량 분석은 AOAC (2005)의 방법에 준하여 수행하였다. Neutral detergent fiber (NDF)와 acid detergent fiber (ADF) 함량은 Van Soest (1991)의 방법에 따라 Ankom 200 fiber analyzer (Ankom Technology, Macedon, NY, USA)를 이용하여 측정하였다. Non-fiber carbohydrates (NFC) 함량은 다음과 같이 계산하였다. . Hemicellulose 함량은 NDF 함량에서 ADF 함량을 차감하여 산출하였다. 발효특성과 미생물 성상 분석을 위해 채취한 시료(20 g)는 멸균 증류수(180 mL)와 함께 균질기를 이용하여 30초간 혼합하였다. 이후 혼합액을 4겹의 cheese cloth로 여과하여 추출액을 제조하였으며, 이를 pH, ammonia-N 및 유기산 분석에 사용하였다. pH는 pH meter (SevenEasy, Mettler Toledo, Greifensee, Switzerland)를 이용하여 측정하였으며, ammonia-N 함량은 Chaney and Marbach (1962)의 비색법에 준하여 분석하였다. 휘발성지방산(volatile fatty acid, VFA) 함량은 auto sampler (L-2200, Hitachi, Tokyo, Japan), UV detector (L-2400, Hitachi, Tokyo, Japan) 및 MetaCarb 87H column (Varian, CA, USA)이 장착된 HPLC를 이용하여 Adesogan et al. (2005)의 방법으로 분석하였다. 미생물 성상은 추출액 1 mL를 멸균 희석액(0.84% NaCl) 9 mL와 혼합한 후 10진 희석법으로 희석하였다. 유산균(Lactic acid bacteria, LAB)은 Lactobacilli MRS agar media (MRS, Difco, Detroit, MI, USA)에 접종하여 30℃에서 48시간 동안 anaerobic incubator (Johnsam Corporation, Boocheon, Korea)에서 배양하였으며, 고초균(Bacillus subtilis)과 효모균(Yeast)은 Luria bertani agar (LB Agar, Difco Laboratories, MI, USA)와 potato dextrose agar (PDA, Difco, Detroit, MI, USA)를 각각 이용하여 30℃에서 48시간 동안 aerobic incubator (Thermofisher Scientific, Waltham, MA, USA)에서 배양하였다. 배양 후 형성된 colony를 계수하여 log10 cfu/g으로 환산하였다.
3. 영양소 소화율
본 실험은 경상국립대학교 동물생명윤리위원회의 승인을 받아 수행되었다(GNU-191011-E0050). 반추위액은 캐뉼라가 장착된 한우 암소 2두에게 조사료와 농후사료를 8:2 비율로 7일간 급여한 후 아침사료 급여 직전에 채취하였으며, 네 겹의 cheese cloth로 여과하고 혐기적 상태로 보온용기에 넣어 실험실로 이송하였다. Tilley and Terry (1963)의 방법에 따라, 분쇄된 시료(0.5 g)와 반추위액 버퍼를 Ankom DaisyII 인큐베이터(Ankom Technology, Macedon, USA)에서 48시간 동안 배양하여 시험관 내 건물 소화율(in vitro dry matter digestibility; IVDMD)을 측정하였다. 또한, 잔류물의 NDF 함량을 분석하여 NDF 소화율(in vitro neutral detergent fiber digestibility; IVNDFD)을 계산하였다.
4. 통계처리
본 시험은 새싹보리 재배기간(6일 vs. 8일)과 첨가수준(5% vs. 10%)을 고려하여 2 (Sprouted barley; SB) × 2 (Substitution level; LEVEL) factorial design으로 수행하였으며, 얻어진 결과는 SAS program (version 9.4 program; SAS, 2013)의 PROC GLM procedure를 이용하여 분석하였다. 한편 대조구(CON)를 포함하는 처리구 간의 유의성 검증은 Tukey’s test (p<0.05)로 실시하였다.
Ⅲ. 결과 및 고찰
1. 시험사료의 발효 전 영양소 함량
새싹보리 재배기간이 증가함에 따라, TMR의 발효 전 조단백질 함량은 증가하였으나(p=0.012; SB6 vs. SB8 = 18.5% vs. 19.1%), NFC 함량은 감소하였다(p<0.001; 41.4% vs. 40.0%)(Table 2). 한편, 새싹보리 첨가수준이 증가함에 따라, 건물 함량은 감소하였으나(p=0.015; 5% vs. 10% = 64.6% vs. 64.2%), 조단백질(p=0.017; 18.5% vs. 19.1%)과 ADF (p=0.047; 19.7% vs. 20.2%) 함량은 증가하였다. 재배기간 증가에 따른 조단백질 함량 증가는 발아 및 생육 과정 동안 저장 탄수화물이 에너지원으로 이용되면서 조단백질의 비율이 상대적으로 증가하였기 때문으로 보인다(Fazaeli et al., 2012;Kim et al., 2024). 반면 NFC 함량 감소는 종자 내 비구조성 탄수화물이 종실의 호흡과 생장에 이용되었기 때문이며, 이로 인해 새싹보리 재배기간이 증가함에 따라 neutral detergent soluble carbohydrate (NDSC) 함량이 감소한다고 보고하였다(Fazaeli et al., 2012;Kim et al., 2024). 일반적으로 식물은 생육이 진행됨에 따라 세포벽 형성을 위한 cellulose, hemicellulose, 및 lignin과 같은 구조성 탄수화물의 축적이 증가하는 반면, 종자에 저장된 전분과 당류 등 비구조성 탄수화물은 호흡과 생장에 이용되어 감소하는 것으로 알려져 있다(Taiz and Zeiger, 2014). 따라서, 본 연구에서 새싹보리 첨가수준이 증가함에 따라 건물함량이 감소한 것은 새싹보리의 높은 수분함량에 기인한 것으로 보이며(Sneath and McIntosh, 2003), ADF 함량이 증가한 것은 새싹보리 생육을 위해 비구조성 탄수화물은 에너지원으로 이용되고 구조성 탄수화물은 상대적으로 축적되었기 때문인 것으로 사료된다(Fazaeli et al., 2012;Chethan et al., 2021).
2. 시험사료의 발효 후 영양소 함량과 발효특성
새싹보리 재배기간이 증가함에 따라, 7일간 발효시킨 F-TMR의 조단백질(p=0.019; SB6 vs. SB8 = 18.7% vs. 19.1%)과 NFC (p<0.001; 35.4% vs. 36.4%) 함량은 증가하였으나, 조회분(p=0.003; 7.15% vs. 6.95%) 함량은 감소하였다(Table 3). 한편, 새싹보리 첨가수준이 증가함에 따라 조단백질(p=0.004; 5% vs. 10% = 18.7% vs. 19.2%), NDF (p=0.033; 39.9% vs. 42.2%) 및 ADF (p=0.047; 20.4% vs. 21.7%) 함량은 증가하였다. 발효특성에서는 새싹보리 재배기간이 증가함에 따라 lactate (p=0.045; SB6 vs. SB8 = 2.72% vs. 2.53%), propionate (p=0.001; SB6 vs. SB8 = 0.44 vs. 0.36%) 함량은 감소하였으나, 새싹보리 첨가수준이 증가함에 따라 lactate (p=0.013; 5% vs. 10% = 2.49% vs. 2.76%), propionate (p<0.001; 5% vs. 10% = 0.31 vs. 0.49%) 함량은 증가하였다. 한편, F-TMR의 pH는 SB8에서는 첨가수준이 증가함에 따라 감소하였으나(p<0.001; SB8-5% vs. SB8-10% = 5.20 vs. 4.98), SB6에서는 차이가 없었다.
본 연구에서 7일간 발효시킨 F-TMR의 조단백질 함량이 SB8에서 SB6보다 높은 반면 NFC 함량이 낮았고, 첨가수준이 증가함에 따라 NDF와 ADF 함량이 증가한 것은 발효 전 TMR의 영양소 함량 차이에 기인한 것으로 보인다. 또한 사료의 혐기적 발효과정에서 LAB는 수용성 탄수화물과 같은 비구조성 탄수화물을 우선적으로 이용하여 유기산을 생성하기 때문에 구조성 탄수화물의 상대적 비율은 증가하는 경향을 나타낸다(Kung et al., 2018). 본 연구에서도 발효 후 NFC 함량은 감소한 반면, NDF와 ADF 함량이 상대적으로 높게 나타난 것은 발효 과정 중 LAB 등 미생물에 의한 비구조성 탄수화물의 분해에 기인한 것으로 사료된다. 한편, Chen et al. (2014)과 Yuan et al. (2015)은 사료의 발효 과정에서 lactate 함량 증가 시 pH는 감소하며, 이들은 부의 상관관계를 가진다고 보고하였으며, 본 연구에서도 이와 유사한 결과를 나타내었다. 또한 Kung et al. (2018)은 발효 기질 이용이 증가할수록 lactate 생성이 촉진된다고 하였으며, 본 연구에서도 재배기간 증가에 따른 pH 감소가 확인되었다. Cao et al. (2010)은 TMR의 발효 과정에서 원료사료 조성에 따라 유기산 생성 패턴이 달라질 수 있다고 보고하였는데, 본 연구에서 새싹보리 재배기간 및 첨가수준이 증가함에 따라 propionate 함량이 증가한 원인은 추가적인 연구를 통해 규명되어야 할 것이다.
3. 시험사료의 발효 후 미생물 성상 및 소화율
새싹보리 재배기간이 증가함에 따라, 7일간 발효시킨 F-TMR의 yeast가 증가하였으며(p=0.018; SB6 vs. SB8 = 7.29 log10 cfu/g vs. 7.64 log10 cfu/g), 새싹보리 첨가수준이 증가함에 따라 LAB도 증가하였다(p=0.017; 5% vs. 10% = 7.37 log10 cfu/g vs. 7.71 log10 cfu/g)(Figure 1). 한편, SB8에서는 새싹보리 첨가수준이 증가함에 따라 Bacillus subtilis가 증가하였으나(p=0.002; SB8-5% vs. SB8-10% = 6.90 log10 cfu/g vs. 7.49 log10 cfu/g), SB6에서는 차이가 없었다. 새싹보리 재배기간이 증가함에 따라, IVDMD는 처리구간 차이가 없었으나 IVNDFD는 (p=0.002; SB6 vs. SB8 = 53.0% vs. 50.8%)는 감소하였다(Figure 2). 그러나 새싹보리 첨가수준이 증가함에 따라, IVDMD (p<0.001; 5% vs. 10% = 72.8% vs. 74.8%)와 IVNDFD (p<0.001; 48.8% vs. 55.0%)는 증가하였다. 특히, SB6-10% 처리구는 타 처리구에 비해 가장 높은 IVDMD와 IVNDFD를 나타내었다(p<0.05).
일반적으로, LAB를 비롯한 유용미생물들은 발효 과정에서 유기산을 생성하여 pH를 감소시키고, 사료의 저장성, 기호성, 소화율 등을 개선하여 F-TMR의 사료적 가치를 높일 수 있는 미생물로 알려져 있다(Kung et al., 2018;Chen et al., 2014). 본 연구에서도 새싹보리 첨가수준이 증가함에 따라 유용미생물인 LAB와 Bacillus subtilis가 증가하였으며, 이러한 결과는 새싹보리 첨가 시 양질의 F-TMR 제조에 기여할 수 있을 것으로 사료된다. 한편, Pan et al. (2022)은 Bacillus subtilis를 포함한 direct-fed microbial 처리 시 in vitro 건물 소화율이 증가한다고 보고하였으며, Cappellozza et al. (2023) 또한 Bacillus 기반 미생물 첨가가 DM 및 NDF 소화율 개선과 관련된다고 보고하였다. 본 연구에서도 SB6-10에서 IVDMD와 IVNDFD가 증가하였으며, 이는 새싹보리 첨가로 유용미생물이 증가하여 F-TMR의 소화율을 향상시킨 것으로 사료된다.
Ⅳ. 요약
본 연구는 새싹보리의 재배기간과 첨가수준이 F-TMR의 영양소 함량, 발효특성, 미생물 성상 및 반추위 내 소화율에 미치는 영향을 평가하기 위해 수행하였다. 새싹보리 재배기간이 증가함에 따라 조단백질 함량은 높아지고 NFC 함량은 감소하였으며, 이러한 변화는 발효 후에도 유지되었다. 또한 새싹보리 첨가수준이 증가할수록 pH는 낮아지고 lactate 및 propionate 함량은 높아졌다. 이와 함께 LAB 및 Bacillus subtilis가 증가하였으며, IVDMD와 IVNDFD 또한 높게 나타났다. 특히 8일간 재배한 새싹보리를 첨가한 처리구에서 발효특성과 소화율이 전반적으로 우수한 결과를 보였다. 이상의 결과를 종합하면, 새싹보리의 재배기간 및 첨가수준은 F-TMR의 영양적 특성, 발효특성 및 반추위 내 소화율에 영향을 미쳤으며, 특히 8일간 재배한 새싹보리를 10% 수준으로 첨가한 처리구에서 우수한 발효특성과 소화율을 나타내었다. 따라서 새싹보리는 F-TMR 제조를 위한 대체 사료자원으로 이용이 가능할 것으로 판단되며, 특히 grain mixture의 10%까지 대체할 수 있을 것으로 사료된다. 하지만, 본 연구에서는 F-TMR의 발효기간이 단기간(7일)이었던 점을 감안하였을 때, 보다 장기간 발효에 의한 F-TMR의 발효품질과 사료적 가치 규명에 대한 추가적인 연구가 수행되어야 할 것으로 사료된다.









