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Ⅰ. 서론

 최근 고품질의 안전한 축산물에 관한 관심이 높아지면서 소비자들의 구매패턴이 바뀌어 가는 실정이다. 이를 반영하듯 최근 정부는 사료 내 항생제 사용의 전면금지, 무항생제 및 HACCP 등의 친환경인증, 쇠고기이력추적시스템과 같은 다양한 방향으로 추진하고 있다(Kim, 2010).

 하지만, 그 무엇보다 생산자의 입장에서 볼 때는 수익 창출의 기본은 사양관리, 우량 종축 선발, 사료용첨가제 사용 등을 통한 생산성 향상 방안은 다양하지만 양축농가에서 흔히 사용하는 것이 사료용 첨가제이다. 이는 생산효율을 향상시키기 위한 소비자의 욕구를 충분히 충족시키기 위하여 가축의 영양학적 효과를 증진시킴으로써 그 이용이 증가하는 추세이다(Morgavi, 2000).

 이 중 효소제는 미생물의 발효산물을 이용한 가장 일반적인 사료첨가제(Park, 2010)로, 주로 유기물 등의 고분자를 효모 등의 미생물이 섭취할 수 있도록 분해 및 발효과정을 촉진하는 일종의 촉매로 작용하는 단백질을 말하는 것으로 효소제 첨가가 반추동물의 일당증체량을 증가시킨다는 보고와 함께 발효 및 생물공학의 진보적인 발전으로 보다 순수하게 정제된 효소제 생산능력이 확보됨에 따라 사료첨가제로서의 효소제 이용은 보다 긍정적인 결과를 가져온다고 하였다(Cheng 등, 1998; Feng 등, 1992). 이러한 효소제의 사용은 효소제를 사용하지 않은 사료에 비하여 사료 효율 개선에 따른 증체량의 증가에 영향을 미쳤고, 특히 xylanase의 경우에는 소맥을 포함하여 옥수수 등의 곡류사료에서 가장 효과적인 세포벽 소화효소로 알려져 있다. 이에 1990년대 이후부터는 다수의 학자들에 의해 동물의 이용성 개선에 꼭 필요한 성분의 하나로 인정받고 있는 실정이다(Cho, 2010).

 효소제의 종류로는 amylase, cellulase, xylanase, hemicellulase, lactase 등으로 이용방법에는 반추동물용 사료의 제조 및 보관 과정에서 탄수화물 분해 효소제를 첨가함으로써 섬유소의 분해를 유도하여 사료의 이용성을 증진시키는 전처리방법이 있다. 사용목적으로는 가축이 직접 분비하는 내인성 효소에 의해 소화되지 않는 사료 원료의 항영양인자들이 오히려 소화를 방해하거나 소화율을 떨어뜨리고 소화기관에 문제를 일으킬 수 있으므로 이를 제거하는 것이다. 또한, 난소화성 섬유소의 세포벽 내에 존재하는 전분, 단백질 및 광물질 같은 물질들의 이용성을 증가시키며, 사료원료들의 화학적 결합을 분해하여 이를 통한 원료의 이용성을 증가시켜 대사에너지의 증가 및 생산성 향상을 야기시키는 것이라고 하였다(Cowieson과 Ravindran, 2008; Choct, 2006). 사용효과로 사료에 추가된 cellulase와 xylanase는 동물의 소화 행동을 방해하는 점성이 있는 소화물을 분해하여 동물이 영양소를 이용할 수 있게 한다고 하였다(Engberg 등, 2004).

 한편, 2011년 7월 축산업에서 사료 내 항생제 사용을 전면 금지하였다. 이에 따라 현재까지 몇몇의 항생물질을 기반으로 대체제들이 국·내외에서 일부 연구자들에 의해 연구되고 있지만, 지속적이고 확실한 효과를 입증하기엔 역부족이라고 보고하고 있다(Myung, 2008). 이에 따라 가축의 생산성 향상 뿐 만 아니라 안전한 축산물 생산을 위하여 사료첨가제로서 항생제 대체물질 개발은 앞으로 해결해야 할 시급한 과제이다.

 만난 올리고당(mannan-oligosaccharides; MOS)은 효모의 세포벽에서 추출한 α-1, 6, α-1, 2 및 α-1, 3 linkage로 연결된 올리고당이다. MOS는 면역능력 향상 및 특정 유해균에 흡착되어 배설시키는 효과가 있으며, salmonella, E. coli 또는 bivrio 와 같은 유해 미생물의 세포벽에 있는 lectin과 결합해 미생물이 장 내 숙주 세포벽과 결합하는 기회를 줄여 장 내 미생물의 균체 형성을 예방해주고 병원균을 제거하는 등 미생물총에 변화를 준다(Kim 등, 2009). MOS의 연구에서 Savage 등(1996)은 MOS를 급여하면 체내 IgG와 IgA가 증가한다고 보고하였으며, Spring과 Privulescu (1998)은 만난올리고당의 첨가가 자돈의 면역체계에서 immunoglobulin의 농도를 증가하였다.

 베타 글루칸(β-glucan)은 효모의 세포벽에서 추출한 복합탄수화물로서 포도당 분자들이 β-1-3 결합과 β-1-6 결합으로 연결되어 있으며, β-1,3 결합을 중심으로 중합된 다당류를 말하는 것으로 버섯, 효모 등 미생물의 세포벽이나 세포 이외의 다당류에서 생산되는 물질이다. 이것은 신체의 면역시스템에 작용하여 면역력을 증강시켜 주는 이른바 BRM(biological response modifiers)으로 잘 알려져 있으며, 특히 β-glucan이 면역계 내의 대식세포(macrophage)의 기능을 활성화시킴으로써 이 대식세포가 다른 림프구나 백혈구의 증식인자인 interferon이나 interleukin 등의 cytokine을 분비시켜 면역계의 전반적인 기능을 강화시킨다고 보고한 바 있다(Lee 등, 2011). 또한, 이것들은 면역력을 증강시키는 동시에 내성이 없는 천연 면역조절제와 항암 및 항산화에 대한 생리활성 등 영향을 미친다고 보고되고 있으며(Chan 등, 2009), 질병을 방어하고 성장을 촉진시키며 혈중콜레스테롤을 저하시키는데 탁월한 효능을 입증하였다(Mantovani 등, 2007). 특히, 세균에 대한 감염 및 종양에 대한 예방적 효과와 항생제 대체를 위한 기능성 물질로써 이용 가능성이 매우 높은 것으로 알려져 있다(Wasser, 2002).

 따라서, 본 연구는 친환경적인 안전한 고품질 축산물 생산을 위한 방안으로 시판중인 사료첨가제의 하나인 효소제와 효모추출물의 첨가급여가 거세한우의 산육특성, 도체등급 및 혈액성상에 미치는 영향을 비교 분석해 보고자 실시하였다.

Ⅱ. 재료 및 방법

1. 시험동물 및 시험방법

 시험동물은 평균체중 545.25±12.60 ㎏의 23개월령 한우거세우 48두를 공시하였다. 현재 시판중인 C회사의 사료첨가제 중 효소제^®(10,000 unit/g 이상의; xylanase와 5,000 unit/g 이상의; cellulase 및 gluco-amylase), 효모추출물^®(5% 이상; β-glucan 및 mannan-oligosaccharide)를 이용하였으며, 무첨가 급여군을 대조구(control)로 하여 농후사료의 0.1% 수준으로 효소제 첨가구(treatment 1), 효모추출물첨가구(treatment 2), 효소제+효모추출물 첨가구(treatment 3)로 총 4처리구, 처리구당 4두씩 3반복으로 48두를 완전 임의 배치하여 2011년 4월부터 11월까지 8개월간 사양시험을 실시하였다.

2. 사양관리

 강원도 철원군 소재 비육우 전문사육 농가를 대상으로 브랜드한우 사양관리 프로그램에 따라 거세는 6 개월령에 실시하였다. 우사는 4 두/pen을 기준으로 방사식(4×8 m)이며, 우사바닥의 깔짚은 톱밥을 이용하여 평균 10 ㎝의 높이로 하였다. 농후사료는 마블링 후레이크 사료를 1일 2회(08시, 17시) 급여하였으며, 조사료 급여는 건조볏짚으로 자유채식 하였다. 물과 mineral block은 자유롭게 섭취할 수 있도록 하였다. 시험사료 내 영양소 함량의 일반성분은 AOAC(1990)의 방법에 준하여 다음의 Table 1과 같이 분석되었다.

Table 1. Chemical composition (%) of experimental diets (DM basis)

3. 조사항목

(1) 사료섭취량

 각 처리구별로 조사료인 건조볏짚의 무게를 측정하여 잔량이 있을 정도로 급여하고 익일 조사료 급여 전 사료 잔량을 수거하였으며, 전날 급여량에서 잔량을 뺀 값을 사료섭취량으로 산정하였다. 각 처리구별 섭취량에서는 시험두수로 나눈 값을 일일 사료 섭취량으로 산정하였다.

(2) 증체량

 체중측정 및 증체량은 시험개시시 측정 후 종료 시까지 매 2개월 간격으로 측정하고 일당증체량은 60일로 나누어 산출하였다.

(3) 사료요구율

 사료요구율은 다음과 같은 계산식을 이용하여 산출하였다.

 사료요구율(Feed conversion rate)
                                              

(4) 초음파 진단장치를 활용한 생체평가, 도축 및 도체자료

 생체 평가는 2개월 간격으로 실시간 초음파 진단장치인 HS-2000(2MHz linear probe; FHK, Japan)을 활용하여 현행 도체등급 판정부위인 제 13흉추와 제 1요추 사이에 등지방두께(BFTU; back Fat Thickness), 배최장근단면적(LMAU; longissimus Muscle Area), 근내지방도(MSU; marbling Score)를 측정하여 각 처리구별 산육특성을 비교하였다. 이후 시험축의 30개월령 도달에 따른 시험종료로 도체자료는 축산물품질평가원 홈페이지상의 등급판정결과자료를 수집하여 활용하였다.

(5) 혈액 및 혈청화학검사

 혈액은 2개월 간격으로 시험축의 경정맥에서 개체별 8 ㎖를 채혈하였고, 일반혈액검사(complete blood cell count, CBC) 분석을 위하여 EDTA tube에 3 ㎖ 혈액을 자동혈액분석기(Hema Vet 950, Hema Vet. Co.; USA)로 백혈구 및 백혈구계 세포(WBC, white blood cell), 적혈구(RBC, red blood cell) 및 적혈구 용적율(hematocrit), 혈소판(platelets), 헤모글로빈(Hb, hemoglobin)을 측정하였다.

 혈청화학검사(serum chemistry)를 위해 채취한 혈액을 5 ㎖ vaccum tube(Green cross MS; Korea)에 보관하였으며, 4℃에서 8시간 방치한 후 혈청분리를 위하여 3,000 rpm으로 15분간 원심분리한 후 AU400(Olympus; Japan)으로 총 단백질(total protein), 알부민(albumin), 글로불린(globulin)을 측정하였다. 면역글로불린 G(immunoglobulin G)는 Dimension Vista^® 500(Simens; USA)를 이용하여 분석하였다.

4. 통계분석

 본 시험에서 급여기간에 대한 사료첨가제의 효과를 보기 위해서 얻어진 모든 결과들의 통계분석은 statistical analysis system의 ANOVA (analysis of variance) procedure로 분산분석을 실시하였다. 처리구간에 유의성은 Duncan's multiple range test를 이용하여 5% 수준에서 검정하였고, 분석에 이용된 선형모형은 다음과 같다.

 Y_ij = μ + F_i + e_ij 

 Y_il : i 번째 사료첨가제의 j번째 개체에 대한 측정치
 μ : 전체평균
 F_i : i 번째 사료첨가제의 효과(i=1, 2, 3, 4)
 e_ij : 임의오차

 또한, 혈액데이터에서 급여기간과 사료첨가제의 상호작용 효과를 보기 위해서 아래와 같은 선형모형을 이용하였다.

 Y_ijk = μ + M_i + F_j + MF_ij + e_ijk 

 Y_ilk : i 번째 급여기간, j번째 사료첨가제, k번째 개체에 대한 측정치
 μ : 전체평균
 M_i : i 번째 급여기간의 효과(i=1, 2, 3, 4)
 F_j : j 번째 사료첨가제의 효과(j=1, 2, 3, 4)
 MF_ij : 급여기간-사료첨가제의 효과
 e_ijk : 임의오차

Ⅲ. 결과 및 고찰

1. 사료섭취량, 일당증체량, 사료요구율

 Table 2는 처리구별 첨가제 급여에 따른 사양성적을 나타낸 표이다. 첨가제 급여에 따른 조사료 섭취량, 체중은 유의적(p<0.05)인 차이를 나타내지는 않았지만, 첨가제 급여 후 4개월 및 8개월에서 각각 일당증체량과 사료요구율은 유의적(p<0.05)으로 개선되었으며, 특히 효소제 처리구에서 가장 향상된 수치를 나타냈다. 이는 반추위내 미생물태단백질 합성과 단백질 분해율을 향상시키고(Yang 등, 1999), 탄수화물 중 가장 다량으로 생산되는 섬유소의 분해를 증가시켜 가축의 생산성에 긍정적인 효과를 나타낸 것과 동일한 경향으로 분석된다(Beauchemin 등, 2003).

Table 2. Effect of feed additives on feed intake and growth performance of Hanwoo steers

 Newbold (1997)와 Cheng 등(1998)의 보고에서도 효소제의 첨가가 반추동물의 일당증체량을 크게 증진시킨다는 결과와 함께, cellulase 및 hemicellulase와 xylanase를 사료에 첨가했을 때 in vitro상에서 건물(DM)과 NDF 소화율이 증가한 결과(Wang 등, 2001; Lewis 등, 1996)와 유사하게 사료요구율이 어느 정도 개선된 것으로 판단된다. 또한, cellulase와 xylanase를 사료에 첨가하여 거세우에 급여 시 성장과 in vitro 및 in vivo 소화율 모두가 증가한다는 다수의 결과와 유사하였다(Howes 등, 1998; Feng 등, 1996; Beauchemin 등, 1995).

 비육사료 내 효소제의 첨가에 따른 거세우의 체중 및 건물섭취량(DMI)에서는 Kook 등(2009), Beauchemin 등(1999) 및 Iwaasa 등(1997)의 연구결과와 같이 유의적인 차이를 나타내지 않았다는 결과와 동일하게 본 시험에서도 나타났다(p>0.05). 하지만, 아직까지는 반추동물에서의 효소제 작용기전에 대한 자료가 부족한 실정으로 그 효과의 유효수준, 사료급여체계, 동물의 성장단계 및 소화기관내 작용부위에 따른 기전 등이 다양함으로(Sutton 등, 2003; Phipps 등, 2000), 향후 반추동물에 대한 추가적인 연구가 필요할 것으로 판단된다.

2. 첨가제 급여에 따른 산육 및 도체형질 변화추이

 아래의 Table 3과 Table 4는 첨가제 급여에 따른 초음파측정에 의한 산육특성과 실제 도축으로 얻어진 도체성적을 나타낸 표이다. 전체적으로 효소제 첨가구인 처리구 1과 처리구 3에서 효소제를 미급여한 대조구와 처리구2 대비 유의적(p<0.05)으로 향상되었는데, 초음파 진단장치를 이용한 생체평가에서는 첨가제 급여 4개월인 27개월령부터 배최장근단면적과 근내지방도에서 유의적(p<0.05)인 차이를 나타냈고, 급여 6개월인 29개월령에서는 등지방두께를 포함한 모든 산육형질에서 유의적(p<0.05)인 차이로 분석되었다. 이후 출하에 따른 도축결과에서도 등지방두께와 배최장근단면적의 유의적(p<0.05)인 차이에 따른 육량지수와 근내지방도 또한 각각 유의적(p<0.05)인 차이를 보였다.

Table 3. Effect of feed additives on live carcass traits by ultrasound of Hanwoo steers

Table 4. Effect of feed additives on carcass traits of Hanwoo steers

 이러한 결과는 cellulase 또는 xylanase를 포함한 사료 내 효소의 첨가는 반추위 박테리아 집단의 구성을 변화시키고 더하여 반추위 박테리아의 생리활동에 영향을 미친다(Tricarico, 2001)는 결과를 바탕으로 효소의 첨가는 미생물의 성장과 이동 등 대사경로에 직접적인 영향을 미쳐 VFA 내 acetate의 비율을 낮추고 propionate의 비율을 높여 결과적으로 농후사료 다급시의 효과와 유사하게 사료에너지의 이용효율을 높여 비육 마무리기 거세우의 근내지방 침착에 기여한다고 보고(Eun과 Beauchemin, 2007; Dean 등 2003)와 유사한 결과였다.

 Beauchemin 등(1997)의 보고에서는 효소의 첨가는 거세우에서 소화율과 성장률에서는 직접적인 영향을 미쳤으나 도체중, 육량등급, 배최장근단면적, 등지방두께, 근내지방도 등 도축형질간 유의적(p>0.05)인 차이를 나타내지 않았고, 간접적인 영향을 미친다고 하였다. 하지만, Eun 등(2009)의 연구결과에서는 TMR 1 ㎏당 1 g과 2 g의 효소제 처리구에서 무첨가 대조구보다 반추위내 발효패턴의 어떠한 변화로 인해 등지방두께에서 유의적(p<0.05)으로 얇은 수치를 나타냈고, 배최장근단면적에서도 증가하는 경향을 보였다고 보고하고 있다.

 따라서, 향후 사육형태, 사료의 종류 및 품종 등 종합적인 사양관리의 차이에 따른 각각의 효소제 급여체계에 대한 연구가 필요할 것으로 판단된다.

3. 첨가제 급여에 따른 혈액성상 변화 추이

 전체 항목에서 혈액성분에 따른 첨가제 급여기간과 처리구와의 상호작용은 모두 유의적(p>0.05)으로 나타나지 않았다.

 첨가제 급여에 따른 백혈구와 백혈구계 수치(Table 5)에서는 처리구간 유의적(p>0.05)인 차이를 나타내지 않았으나, 효모추출물 급여구인 처리구 2와 3에서 급여시기에 따라 유의적(p<0.05)으로 감소하였다. 이는 immunoglobulin G의 증가로 인해 분석된 결과로 상호 부(-)의 관계라고 할 수 있으며, 신체 면역력의 증강이 질병방어 체계를 더욱 활성화시켜 외부물질에 대한 방어기능을 수행하는 백혈구 및 백혈구계의 활동성을 감소시킨 것으로 판단된다. 또한, 백혈구계 세포 중 면역반응을 담당하는 림프구(lymphocyte)와 이를 보조하여 세균이나 진균 감염에 대한 방어기능(Sarker, 2010)을 하는 단핵구(monocyte)에서도 면역 첨가제 급여에 따라 타 처리구 대비 감소하는 경향으로 나타났다. 하지만, 염증 등에 대한 방어를 담당하는 호중구(neutrophil)에서는 급여기간에 따라 처리구별 유의적(p<0.05)으로 낮아지는 수치를 보였으나, 효소제 첨가구에서 타 처리구 대비 수치가 높은 경향으로 나타났다. 이는 acetate와 propionate의 생성비율이 2대 1 이상을 유지해야하나 농후사료 다급 시 프로피온산의 증가는 섬유소 소화율을 떨어뜨려 대사성 질병인 산독증(acidosis)을 유발하고, 지속적인 pH 6.0 이하는 제 1위 점막손상으로 이어져 제1위 부전각화증(ruminal parakeratosis) 등이 효소제 미첨가구 대비 상대적으로 발병 할 가능성이 높기 때문인 것으로 판단된다(Ha 등, 2008; Kim, 2000).

Table 5. Effect of feed additives on WBC and leukocyte counts of Hanwoo steers

 Table 6에서 혈액 내 산소를 운반하는 기능을 담당하는 적혈구와 헤모글로빈은 계절적인 영향이 작용한 것으로 판단되어지는데, 그 원인으로 적혈구내 함유된 헤모글로빈은 단백질이므로 온도가 높아지면 단백질 구조의 변성으로 산소와 잘 결합할 수 없고, 반대로 온도가 낮을 시 산소포화도는 증가하는 특징을 나타내기 때문이다(Wilmore 등, 2002). 본 시험 중 급여 4개월째인 여름철(7월)에서도 헤모글로빈 수치가 효모추출물 무첨가 급여구인 대조구와 처리구 1에서 유의적(p<0.05)으로 낮게 나타났는데, 적혈구의 부족은 빈혈의 원인으로 허약, 어지럼증, 숨 가쁨, 두통, 과민성을 야기시키므로(LSA, 1994) 면역력이 떨어져 상대적으로 효모추출물 첨가 급여구인 처리구 2와 3의 immunoglobulin G와 globulin의 수치를 높게 나타나게 한것으로 추적해 볼 수 있다. 혈소판은 혈관이 손상되어 피부나 점막 등에 출혈이 생겼을 경우 활성화되어 혈액의 응고나 지혈에 관여하고 외부의 요인이나 기타 출혈에 의한 수치의 변화(Sarker, 2010)로 첨가제 급여의 유무와 상관관계는 낮을 것으로 판단된다.

Table 6. Effect of feed additives on haematological indices of Hanwoo steers

 혈청단백질과 immunoglobulin G에 대한 혈액성상의 변화는 다음의 Table 7과 같이 나타났다. 혈청단백질은 체내의 삼투압을 형성하여 혈액의 농도를 유지, 영양분이나 약물 및 이물질 등을 체내에서 운반하는 역할을 한다. 이 중 혈액응고에 관여하는 단백질인 albumin은 지방산과 합성하여 심장근과 골격근에 지방산을 공급 및 촉진하는 역할 등 영양상의 지표이며(Agenas 등, 2006; Davis 등, 1995), globulin은 혈청 중의 면역에 관련된 단백질이다. 이러한 혈청 단백질의 결핍은 체액성 및 세포성 면역을 손상시켜 가축의 질병을 야기시키는데(Titgemeyer와 Loest, 2001), 본 시험의 albumin의 수치는 처리구간 유의적(p>0.05)인 차이를 나타내지는 않았으나, globulin은 전체적인 수치상으로 타 처리구 대비 효모추출물 첨가 급여구에서 높은 경향으로 분석되었다. A/G ratio는 Cho 등(2008)의 연구에서 한우의 연령에 따라 24개월령에서 1.5로 나타난다는 결과와 유사하였으며, 한우의 경우 연령이 증가함에 따라 globulin의 수치는 증가하고 albumin은 감소되어 A/G ratio는 낮아지는 경향으로 분석된다고 한 것과 유사하게 나타났다.

Table 7. Effect of feed additives on serum chemistry indices of Hanwoo steers

 Immunoglobulin G는 가축의 혈액 중 면역글로블린의 대부분을 차지하고(Jeon 등, 1995), 세균 및 바이러스 등의 병원성 미생물로부터 질병의 감염을 수동적으로 억제하는 항체를 제공하는 역할을 하는 고분자 당단백질로서 매우 중요한 역할을 담당하고 있다(Choi 등, 2004; Butler, 1973). 본 시험에서도 급여개시 후 처리구별 급여 2개월에서 유의적(p<0.05)인 차이를 나타냈으며, 전체적인 수치상으로도 무첨가구 대비 높은 수치의 경향을 나타낸 것으로 분석되었다.

 따라서, 이러한 사료첨가제들은 반추동물용 사료에 0.01∼1%의 적은 비율에도 불구하고 가축의 생산성에 긍정적인 효과를 나타냈다는 결과를 뒷받침하며(McAllister 등, 1999), Adesogan의 연구보고(2009)와 같이 가축의 생산성을 향상시키고 농가의 수익향상에도 기여함으로써 향후 다양한 사료첨가제의 개발과 활용이 모색되어야 할 것이다.

사사

 본 시험은 강원도농업기술원 특화작목연구개발과제(과제번호:120120057)에 의해 이루어졌기에 이에 감사를 드립니다.