ISSN : 2287-3317(Online)
DOI : https://doi.org/10.12718/AARS.2013.24.1.29
천연허브발효제가 산란계의 계분악취 발생과 생산성에 미치는 효과
Effects of Fermented Phytogenics on Fecal Odour and Performance in Laying Hens
Abstract
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Ⅰ. 서론
양계 산업의 대규모화에 따른 사육 밀도 증가 및 규모 대형화는 배설물 집중과 악취 발생을 증가시켰고, 이들 악취는 주변 주거 환경까지 영향을 주어 민원 발생이란 사회적 문제로까지 대두되고 있는 실정이다(Jang 등, 2004; Lee 등, 2006). Jang 등(2004)의 조사에 따르면 축산 분뇨로 인한 악취 민원은 한육우와 젖소보다 돼지와 함께 양계에서 더 많이 발생하는 것으로 나타났다. 산란계의 일일 수당 평균 분뇨 발생량은 124.7 g/수/일이었으며, 계분의 수분함량은 76.7%이고, 분뇨 내 N와 SS는 각각 1.39%와 121.73 mg/L이었다(Hwangbo 등, 2009). 이러한 산란계의 분뇨 상태는 미생물발효가 충분한 조건으로 암모니아, 황화수소 등과 같은 악취물질이 항시 발생되며, 산란계의 성장단계별 악취발생은 산란 말기가 초기보다 더 심하였고, 계분을 누적하거나 퇴비화 발효과정에서 많이 발생하는 것으로 보고되고 있다(Jang 등, 2004).
이러한 현실 속에 생산비 절감과 환경오염 방지란 중요한 당면 과제를 소비자들의 먹거리에 대한 안전한 축산물보장과 함께 해결하기 위하여 친환경적인 천연물질 개발 연구가 절실히 필요하다. 대표적 친환경 천연제제로 미생물을 이용한 생균제와 유용 식물을 이용한 허브제에 대한 관심 증가와 함께 기능 규명이 활발히 이루어지고 있다(Santoso 등, 1999; Yeo와 Kim, 1997; Kim과 Kim, 1992; Jang 등, 2007; Ra 등, 2004). 생균제는 유익한 장내미생물총의 균형을 유지시키고, 장 점막세포의 발달을 도움으로써 영양소의 소화 및 흡수율을 향상시킴으로써 생산성을 개선시키고(Fuller, 1989; Mohan, 1996), 영양소의 배출 최소화 및 질소대사 향상으로 분내 질소함량 감소로 계사 내 환경개선(Ching와 Hsieh, 1995; Kim 등, 2002c; Kim 등 2003)뿐만 아니라 세균이나 그 대사산물인 암모니아, 황화수소, 각종 아민류, 인돌 및 페놀류 등의 물질 생성을 억제한다고 보고된바 있다(Hill 등, 1970; Ko 등, 2003). 그리고 Kim 등(2005)은 Bacillus subtillis 급여가 산란계의 생산성 증대 및 암모니아 감소에 영향을 줄 수 있음을 보고하였고, 이외에 유산균(Kim 등, 2002b) 및 효모(Kim 등, 2002a, Kim 등, 2007c) 급여 연구에서도 유사한 결과를 보고하였다.
허브제는 효능과 특성에 따라 건조하여 분말화하거나 추출하여 사용하는데 그 기능으로는 첫째, 기호성, 소화효소분비, 소화율을 증진시키고, 둘째, 병원성 미생물 억제, 유익 균총 증가 및 면역력을 향상시키며, 셋째, 항산화 작용을 한다(Jamroz 등, 2005; Kim과 Paik, 2008). 가금에 있어서 생약제 급여가 혈청의 IgG 수준을 높였으며(Hong 등, 2001a), 생약제 부산물 급여가 재래 닭 암컷의 산란율 및 사료 요구율를 개선하였고(Ryu와 Song, 1999), 고온 스트레스상황에서도 산란율을 향상시켰다(Hong 등, 2001b). 그리고 Wenk(2003)은 허브와 essential oil이 단위동물의 기호성을 증가시켜 사료 섭취량이 향상되어 생산성을 증대시켰으며, 항균 및 구충 작용에 대한 연구보고도 있다. 최근에는 국내에서 한방적 기능이 잘 알려진 한약 재료인 민들레(Oh 등, 2007), 쑥(Kim 등, 2006b), 감초(Cho 등, 2009a), 마늘(Jo 등, 2009b) 등의 가축 생산성관련 작용에 대하여 활발한 연구가 진행되고 있다. 그리고 이들 기능성 허브를 유용 미생물과 발효하여 가공한 한방 발효물에 대한 효능 연구도 이루어지고 있다(Kim 등, 2007a). 하지만 이들에 대한 가축 생산증진 작용과 함께 축사 환경 개선관련 연구는 많이 부족한 실정이다.
따라서, 본 연구는 친환경 축산 먹거리를 제공할 수 있는 천연원료로써 국내에서 구하기가 용이하고 그 기능이 잘 알려진 허브원료를 선별하여 복합허브제를 제조하였고, 제조된 복합허브제를 유익 미생물로 발효하여 허브제의 기능과 생균제의 기능을 함유한 허브발효제를 개발하여 산란계 급여를 통해 환경오염 방지 및 생산성에 미치는 영향을 평가 하고자 실시하였다.
Ⅱ. 재료 및 방법
1. 공시동물 및 시험설계
친환경 천연제제의 악취저감 및 생상성 효능 평가를 위해 본 사양시험은 46주령된 Lohmann종 갈색 산란계 60수를 공시하여 초여름(5-6월)에 예비사양시험 2주의 기간을 갖은 후 4주 동안 본 시험을 통하여 천연허브발효제(Natural Fermented Phytogenics, NFP)의 효능을 평가하였다. 처리시험구는 자체 사전시험을 통하여 얻어진 결과를 토대로 천연허브발효제를 0.1%급여한 시험구와 급여하지 않은 대조구로 각 처리구당 반복당 10수씩 3반복으로 완전임의 배치하여 실시하였다.
2. 시험 시료 및 사양관리
시험시료로 사용한 천연허브발효제의 원료는 국내에서 구입하기가 용이한 한방원료로 은행잎, 진피, 인진쑥, 건강, 감초, 다시마를 각각 30:7:10:3:5:15의 비율로 혼합 사용하였으며, 이들을 발효하기 위하여 복합균주(L. plantarium, B. sibtilis, S. serevisiae)을 105이 되도록 접종하여 실온에서 5일동안 발효 후 60℃의 건조기에서 열풍 건조하여 준비하였다. 그리고 발효 및 건조가 완료된 천연허브발효제를 시판배합사료에 0.1%수준으로 혼합하여 시험구 사료를 제조하여 시험구(NFP)에 급여하였고, 대조구는 천연허브발효제를 첨가하지 않은 시판사료를 급여하였다. 공시축의 사육은 무창계사의 3단 철제 케이지에서 1칸당 2수씩 수용하였으며, 사료급여는 각각 처리구별 준비된 사료를 1일 수당 120 g 정도로 제한 급여하였고, 음수는 자유 섭취하도록 하였다.
3. 계분의 in vitro 발효
계분 발생 악취 저감에 대한 효능 평가를 위하여 시험종료시 대조구 케이지 하단부에 깨끗한 수집용 용기를 설치하여 일정량의 신선한 계분을 채취하였다. 계분의 악취발생과 포집을 위하여 수거한 신선한 분을 사용하여 분 : 증류수가 6:2 비율이 되도록 혼합하여 발효용 계분배지를 만들었다. 그리고 준비된 계분배지를 제작된 플라스틱 발효용기에 용기 공간의 1/3정도가 되는 100 g씩 넣고 처리구(NFP)에는 천연허브발효제를 0.2%되도록 첨가하여 실온에서 악취 발생을 위해 배양 하였다. 계분의 in vitro 발효는 각 처리구당 3반복으로 실시하였다.
4. 조사항목
가. 암모니아(NH₃) 및 황화수소(H₂S) 측정
계분 발효 시 발생하는 암모니아와 황화수소의 농도 분석에 사용된 기기는 디지털 가스 측정기(Multi Gas Monitor PGM-7800, RAE Systems Inc., USA)를 이용하였다. 그리고 암모니아와 황화수소 농도(ppm)는 디지털 가스측정기 사용 매뉴얼에 따라 천천히 가스를 흡입시킨 후 일정한 수치를 유지하였을 때 표시된 수치를 기록하였다. 악취 저감 효과 평가를 위하여 암모니아와 황화수소 발생량을 계분 발효 후 24 및 48 시간 후에 측정하여 천연허브발효제를 첨가하지 않은 대조구와 비교하여 분석하였다.
나. 계란 생산성
계란 생산성관련 항목 중 산란율은 시험기간 중 매일 집란하여 처리구별로 총산란수를 사육수로 나누어 백분율로 표시하였으며, 연파란 발생율과 왕란(68 g 이상), 특란(60-67 g), 대란(54-59 g)의 출현율은 매일 총 집난수의 백분율로 계산하여 분석하였다.
다. 계란의 품질
계란의 품질 평가는 본 시험기간 4주동안 각주별 마지막 날 집란한 계란에 대하여 난각색도, 난황색도, 난각 두께, 난각 강도, Haugh Unit를 측정하여 분석하였다. 난각 색도는 난각색도계(QCR, Technical Services and Supplies Ltd., York, England)를 이용하여 측정하였고, 난황색도는 난황색도계(QCC, Technical Services and Supplies Ltd., York, England)로 측정하였다. 난각 두께는 계란의 둔단부와 첨단부 중간의 난각 파편을 채취하여 난각 후도계(Digimatic micrometer, Series 293-330, Mitutoyo, Japan)를 이용하여 측정하였으며, 난각 강도는 난각 강도계(FHK 卵殼强度計, 富土乎工業株式會社)를 이용하여 계란의 둔단부를 위로하고 수직으로 고정한 후 압력을 가하여 파각되는 순간의 압력을 측정하였다. 그리고 난각 강도 측정 후 난백의 높이를 난백고 측정기(QCH, Technical Services and Supplies Ltd., York, England)로 조사하여 난중을 대비한 Haugh unit(Haugh, 1937) 수치를 구하였다.
5. 통계처리
본 실험에서 얻어진 모든 자료에 대한 통계분석은 SAS(1996)의 package program을 이용하여 분석하였으며 평균의 처리간 유의성은 t-test(Steel과 Torrie, 1980)를 이용하여 검정하였다.
Ⅲ. 결과 및 고찰
1. 계분의 암모니아 및 황화수소 저감 효과
우리나라 양계 농가의 사육시설에서 발생하는 악취 중 암모니아는 평균 1.88 ppm으로 나타났고, 황화수소는 평균 12.2 ppb을 나타났다(Im 등, 2005). 암모니아 가스는 주로 배설물의 요산 및 단백질의 생물학적 분해에 의해 발생되고, 황화수소 가스는 주로 단백질 혹은 다른 황 함유 유기물의 혐기성 분해를 통해 발생되는 것으로 알려져 있다(Phung 등, 2005). 따라서 양계농가의 계분에서 발생하는 악취 방지를 위한 하나의 방안으로 개발된 천연허브발효제가 계분의 발효과정에서 암모니아 및 황화수소 발생에 미치는 효능을 평가한 결과는 각각 Fig. 1과 2와 같다.
Fig. 1. The production of NH3 gas from the in vitro fecal fermentation.
Fig. 2. The production of H2S gas from the in vitro fecal fermentation.
Fig. 1에서와 같이 계분 발효를 세팅완료 후 측정한 0시간째 암모니아는 대조구와 시험구(NFP구)가 각각 93.33±8.33과 92.33±9.71 ppm으로 유사한 수준에서 발효 24시간째 두 처리구 모두 최고 수준을 보이고, 발효 48시간째에는 감소하는 유사한 경향을 보였다. 그러나 암모니아가 가장 많이 발생한 발효 24시간째 NFP구의 암모니아는 114.33±20.03 ppm 수준으로 대조구의 156.00±12.12 ppm 수준보다 상당히 낮은 농도이었다(p<0.05). NFP구의 발효 48시간째 암모니아 농도는 발효 0과 24시간째보다 낮은 48.00±2.49 ppm 수준을 나타내었고, 또한 이것은 대조구(134.00±10.48 ppm)보다 유의적으로 낮은 수준이었다(p<0.05).
Fig. 2에서와 같이 계분 발효 0시간째 황화수소 발생량은 대조구와 NFP구가 각각 3.33±1.53과 3.67±1.50 ppm으로 큰 차이를 보이지 않았으나, 발효 24시간째는 대조구가 26.33±2.51 ppm으로 크게 증가하였으나 NFP구가 8.33±1.53 ppm으로 대조구에 비하여 소폭으로 증가하였다. 그리고 48시간째 황화수소는 두 처리구 모두 측정이 안됐지만, 24시간째 대조구와 NFP구의 황화수소 발생량은 유의적 차이가 확인되었다(p<0.05). 이상의 결과를 통하여 본 연구에 사용된 천연허브발효제(NFP)가 계분에서 암모니아 및 황화수소 가스 발생을 저감시키는 기능이 있음을 확인 할 수 있었다.
본 연구와 유사하게 허브발효제를 사용한 연구로 Kim 등(2007a)은 감초, 당귀 등 12종의 한약재를 Bacillus sp.으로 발효시킨 한방발효물을 육계에 급여하여 생산성 증진 효과를 보았다고, Ra 등(2004)은 백련초 함유 복합 생균제를 육계 및 비육돈에 급여한 결과 생산성이 증가 하였고 암모니아 및 황화수소 가스의 발생을 저감시켜 사육환경 개선 효과를 보았다. 허브제와 생균제는 가축의 생산성 증진을 위한 항생제 대체제로서 그 기능 연구가 많이 이루어졌고 (Cho 등, 2009a; Lee와 Paik, 2007a, b; Fulle, 1989), 축사악취 저감 효능에 있어서도 생균제의 역할이 여러 연구 보고에서 입증되고 있으며(Park 등, 2003; Chiang과 Hsieh, 1995), 허브제도 생균제와 함께 악취 저감에 대한 관심도가 높아지고 있다. 따라서 단위 가축에 있어서 쑥, 두충 및 어성초의 혼합급여로 면역 증강과 장내 유산균의 우점을 도와 유해균의 증식을 억제하여 설사 발생을 방지하는 효과(Kim 등, 2006a,b), 허브 및 essential oil이 생산성을 개선하고, 내분비 작용을 촉진시켜 항균 작용, 항콕시튬 작용 및 구충 작용(Wenk, 2003)과 같은 효능으로 생약제 급여가 장내 휘발성 황화합물의 농도를 감소시켰다(Ushild 등. 2002). 또한 이러한 허브제가 적합한 미생물과 만나 발효를 통해 악취 저감 효과뿐만 아니라 그 이상의 환경 개선을 위한 시너지 효과를 발휘 할 수 있음을 본 연구 결과는 시사한다.
2. 계란의 생산성에 미치는 영향
천연허브발효제가 Lohmann종 갈색 산란계의 계란 생산성에 미치는 영향을 평가한 결과는 각각 Fig. 3, 4 및 5과 같다. 산란율을 시험기간 동안 주별 동향을 분석하였을 때 모든 주에서 천연허브발효제를 급여한 NFP구가 대조구에 비하여 유의하게 높았으며(p<0.05), 시험 첫째주 NFP구의 산란율은 91.65±1.66%로 대조구의 83.31±0.88%에 비하여 6.67%의 산란율 차이를 보였으며, 그 차이의 폭은 시험 둘째주, 셋째주 및 넷째주로 갈수록 더 큰 차이를 보였다(Fig. 3). 또한 연파란 발생율에 있어서도 Fig. 4에서와 같이 NFP구가 시험 4주간동안 일일평균 0.92±0.44%로 대조구의 1.60±0.55%에 비하여 유의적으로 낮았다(p<0.05). 계란의 크기는 현장에서 사용하는 계란유통 평가기준에 따라 왕란(68 g 이상), 특란(60-67 g) 및 대란(54-59 g)으로 구분하여 생산성을 비교하였을 때 Fig. 5과 같이 통계적 유의성은 발견되지 않았으나, 왕란의 경우 대조구가 NFP구보다 다소 높았고 특란과 대란의 생산성은 NFP구가 대조구보다 증가한 경향을 나타났다. 특히, 특란의 생산성이 많이 증가하는 경향을 나타내었는데 실제 농가에서는 계란 유통시 특란의 수량이 많은 것이 더 수익성이 좋아 선호하는 상황이다.
Fig. 3. The effects of natural fermented phytogenics (NFP) on Hen-day egg production of brown layers.
Fig. 4. The effects of natural fermented phytogenics (NFP) on soft & broken egg production of brown layers.
Fig. 5. The effects of natural fermented phytogenics (NFP) on egg size.
허브제의 생리활성 물질의 작용기전은 식욕 및 소화 촉진, 장관 내 병원균 증식 억제를 통한 장관 안정화, 장관세포 자극에 의한 장관 면역 증진, 소화 효소 분비 촉진 등 허브의 다양한 인자들이 가축의 생리 및 대사 작용에 영향을 미칠 수 있다고 알려져 있다(Hemandez 등, 2004; Wang 등, 1998). 본 시험 결과와 같이 NFP구의 생산성 향상은 이러한 생리 활성 기능들에 의한 종합적 결과라 사료된다. 이러한 본 연구 결과와 유사한 연구로 Lee와 Paik(2007a)은 개량 한방제를 산란계에 급여하여 산란율의 유의적 증가와 연파란 발생율이 낮아지는 경향을 보고 하였고, Lee와 Paik(2007b)도 한방제제(Herb MixⓇ) 급여로 일일산란율 및 난중의 유의적 개선을 보고 하였다. 또한 생균제 급여는 유익한 장내미생물총의 균형을 유지시키고, 장 점막세포의 발달을 도움으로써 영양소의 소화 및 흡수율을 향상시키므로써 생산성을 개선시킨다고 보고되고 있으며(Fuller, 1989; Mohan, 1996), Ryu와 Song(1999)은 생균제를 재래 닭에게 급여하였을 때 산란율이 향상 되었다고 보고하였다.
이상과 같이 본 연구의 복합허브발효제 급여로 인한 산란계의 생산성 향상은 허브제의 기능과 생균제의 기능에 의한 영향 외에도 이들의 복합적 영향에 의한 것으로 사료되는바 복합허브생균제 형태의 효능이 육계 및 양돈 연구에서 보고된바 있다. Kim 등(2007a)은 식물 추출물뿐만 아니라 한방발효물을 육계에 급여하여 생산성에 좋은 영향을 주었음을 보고하였고, Kim 등(2007a)은 복합한약재를 Bacillus 등의 미생물로 발효한 한방발효물을 육계에 급여하여 생산성 증진 효과를 보았다고 보고하였다.
3. 계란의 품질에 미치는 영향
산란계 사료 내 천연허브발효제의 첨가가 계란 품질에 미치는 영향은 Table 1과 같다. NFP구의 난각색과 난황색은 각각 29.78±2.12와 7.21±0.65로 대조구의 28.79±1.03와 7.11±0.52에 비하여 다소 높았으나 유의차는 발견되지 않았다(p>0.05). 계란 외형의 온전성 지표가 되는 난가의 강도와 두께는 두 처리간 차이가 나타나지 않았으며(p>0.05), 두 처리 모두 정상적 범주 내 수치를 나타내었다. 그리고 계란의 신선도를 나타내는 Haugh unit도 두 처리간 차이가 없었으나(p>0.05), 두 처리 모두 우리나라 축산물 등급판정소 기준의 A등급(72 이상)을 나타내었다.
Table 1. The effects of natural fermented phytogenics (NFP) on quality of eggs in brown layers
본 연구와 유사하게 Lee과 Paik(2007b)의 한방제제를 산란계에게 급여한 연구에서도 난각 강도, 난각 두께, 난각색, 난황색 그리고 Haugh unit이 처리간에 유의차가 없다고 보고하였다. Kim와 Paik(2008)은 허브와 식물추출물을 급여하여 계란의 두께, 난각색 및 난황색의 유의적 개선을 보았으나 난각 강도와 Haugh unit은 처리간에 유의차가 없다고 보고하였다. 또한 Kim 등(2006a)도 홍화씨 분말을 급여하여 난각 강도에 있어 유의적 개선을 보았으나 난각 두께에서는 유의차가 발견되지 않았다.
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