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ISSN : 2093-2332(Print)
ISSN : 2287-5638(Online)
Journal of Korea Society of Waste Management Vol.29 No.8 pp.730-736
DOI : https://doi.org/10.9786/kswm.2012.29.8.730

Nattokinase처리 DDGS 급여수준에 따른 젖소의 산유능력 및 혈액성상에 미치는 영향

임동현, 기광석, 김상범, 이현준, 권응기
농촌진흥청 국립축산과학원

Effects on the Levels of Dietary Corn-DDGS Fermented Nattokinase on Milk Production and Blood Metabolites in Lactating Dairy Cows

Dong Hyun Lim, Kwang Seok Ki, Sang Bum Kim, Hyun June Lee, Eung Gi Kwon
Dairy Science Division, National Institute of Animal Science, Rural Development Administration
Received 5 November 2012 : Accepted 19 November 2012

Abstract

This experiment was conducted to determine the effect of increasing the dietary levels of nattokinase (NK) addi-tiveson milk production and composition, and blood metabolites in dairy cows. NK additives with high fibrinolytic activitywere produced by the strain with similarity to the Bacillus amyloliquefacines. A total 20 mid-lactating Holstein cows(average body weight 652.00 ± 4.38 kg; average 2.25 ± 0.35 parity; average milk yield 24.4 ± 0.38 kg/d) were randomlyassigned to three treatments (5 animals per treatment). Cows were fed TMR supplemented with DDGS 100 g for control,NK additives 100 g and 200 g for T1 and T2 treatment, respectively for 4 weeks. By the increases of NK additives, milkyield increased for T1 (1.35 kg/d) and T2 (0.98 kg/d) at the final period than at the initial period (p < 0.05). But milkprotein content decreased for T1 (3.20%) and T2 (3.24%) than for control (3.56%) (p < 0.05). Blood triglyceride, T-CHOand BUN levels in T1 decreased compared with that in control and T2 (p < 0.05). This finding showed that 100g of NKadditives could possibly have a positive effect in lactation performance of mid-lactation Holstein cows by increasing milkyield, improving protein metabolism and decreasing cholesterol in blood.

29-8(05).pdf339.2KB

I. 서론

  일반적으로 반추동물의 사료에 생균제와 효소제를 첨가하면 반추위내 미생물이 이용하는 환원당의 농도가 증가되어 사료내 반추위분해단백질과 발효 동조화 현상이 나타나 미생물체 단백질 합성량이 증가하고 반추위 미생물에 의한 소화율이 증가할 뿐만 아니라 산유성적 또한 개선되는 것으로 보고되고 있다1). 생균제는 장내 균총의 개선을 통한 영양소 소화율의 증대, 면역기능의 개선 효과, 근육과 혈액 내 콜레스테롤의 저감 등에 대한 효과가 보고되었다2). 이와 관련된 여러미생물 중 Bacillus는 자연계에 널리 분포하는 균종으로서, 단백질, 지방, 전분 및 섬유소 등 분해활성이 높다고 한다3).

 Bacillus속 균주에서 유래한 다양한 생리활성효소 중 nattokinase는 혈전형성을 방지하는 혈전분해효소로, 혈전이 혈관에 쌓일 경우 혈액의 흐름을 방해하여 세포성장 장애 및 기능 장애를 유발하거나, 특히 정맥에서 생성되면 혈액순환장애가 야기되어 부종이나 염증이 발생한다4). 최근 nattokinase을 생산하는 Bacillus속 균주의 반추동물에 대한 연구가 보고되고 있다. 젖을 떼기 전의 송아지에 Bacillus subtilis natto를 급여한 결과 일당증체량과 사료효율성이 개선되고 이유시기를 앞당기며, 혈청 내 IgG와 IFN-γ 수준이 향상되는 효과가 보고되었다5). 또한 비유 초기 젖소에 Bacillus subtilis natto 발효첨가제를 급여한 경우 반추위 발효성상에 긍정적으로 작용하여 산유량이 증가하는데 효과가 있다고 하였다6).

 착유우에서 유선 내 동맥 혈액의 흐름이 우유 합성에 필수적인 기질을 제공하는 중요한 역할을 한다7). 이에 대해 오래 전부터 유선 내 혈액의 흐름과 유량이 밀접한 상관관계가 있으며, 이에 다양한 방법으로 혈류량을 측정하여 혈류량과 유량의 관계를 설명하였다8-10).

 Gotze et al.(2010)10)에 의하면 유선으로의 혈액 공급은 혈관의 직경 및 혈류 속도에 영향을 받는다고 하였으며, 혈류량과 유량이나 비유일수와의 관련성을 제시한 연구결과도 있다11).

 지구온난화 등 환경문제가 가속되면서 대체에너지의 개발에 주력을 가하고 있다. 특히 옥수수를 이용한 에탄올 생산이 지속적으로 증대되면서 사료용 옥수수 가격의 상승이 예상되고 그 부산물인 옥수수 주정박(Dried Distillers Grains with Solubles, DDGS)의 공급량도 증가되고 있다. 이에 환경오염 방지와 자원 재활용의 차원에서 DDGS를 사료자원으로 이용하여 환경오염 방지와 자원 재활용이라는 차원에서 다양한 연구가 진행되고 있다.

 이에 따라 본 연구에서는 Bacillus 유래 혈전분해효소인 nattokiase(NK) 처리 DDGS의 첨가수준을 달리하여 비유중기 젖소에 급여함에 따라 유량, 유성분, 체세포수 등 산유특성 및 혈액 내 영양성분의 변화를 살펴보고자 실시하였다.

II. 실험방법

1. 실험재료 및실험설계

 Bacillus 유래한 혈전분해효소인 nattokinase 처리 DDGS의 급여수준에 의한 산유특성 및 혈액성상에 미치는 영향을 조사하기 위해 국립축산과학원에서 산차수(평균 2.25 ± 0.35산), 체중(652.00 ± 4.38 kg) 및 유량(평균 24.4 ± 0.38 kg/d)이 비슷한 비유중기의 젖소 12두를 공시하였다.

 Bacillus amyloliquefacines(Accession No. FJ436406)와 99.8%(1429bp/1432bp)의 유사도를 가진 균주 유래 nattokinase(NK) 발효액은 (주)더멋진바이오텍에서 생산하고, 생산된 발효액은 효소활성은 5,000 FU/g이며, 보통 권장되는 성인의 섭취량인 1,000 ~ 2,000 FU/day을 기준으로 젖소의 섭취량은 소의 체중을 감안하여 하루 5,000 FU로 산정하였다. 본 실험에 사용한 NK 사료첨가제는 발효액 10 g과 부형제로 사용한 옥수수주정박(Dried Distillers Grain with Solubles, DDGS) 990 g을 37℃에서 180 rpm으로 20시간 혼합하여 동결건조 후 분말화하였다. 사용한 DDGS와 제조한 NK 사료첨가제의 일반성분 분석결과는 Table 1와 같다.

Table 1. Chemical composition of DDGS and TMR used during experiment (%)

 실험군은 대조구(C)와 NK 사료첨가제의 급여수준에 따라 처리구(T1과 T2)를 구분하여 배치하고, 대조구는 부형제인 DDGS을 두당 100 g, 처리구의 경우 NK 사료첨가제를 T1 처리구는 두당 100 g, T2 처리구는 두당 200g씩 1일 1회(10:00) 급여하였으며, 실험기간은 적응기간 2주와 본 실험기간 4주로 총 6주간 실시하였다.

 본 실험에 사용된 공시사료는 Table 1에서 보는 바와 같이 농후사료, 옥수수 사일리지 및 혼합건초를 이용하여 공시동물의 체중, 유량 및 유성분을 고려해 총 건물섭취량 22 kg, CP 17%, NDF  및 ADF를  각각 34%, 19%로 배합비를 작성하였다. 물은 자유로이 섭취할 수 있도록 하였으며, 착유는 개체별로 1일 2회(06:00, 17:00) 하였다.

2. 시료채취

 본 실험은 2주간의 적응기간을 제공한 후 유량은 실험 개시일부터 매일 유량을 측정하고, 우유의 일반성분분석 및 체세포수는 실험 개시 1일, 14일 및 28일에 측정하였다.

 혈액은 실험개시 전일과 종료일에 목 부위의 경정맥으로부터 혈액을 채취하였고, 원심분리하여 혈청을 분리한 후 다음 분석을 위해 −20℃에서 보관하였다.

3. 조사항목및 분석방법

 기초사료의 일반성분은 AOAC법(1995)12)으로 분석하였으며, NDF(Neutral Detergent Fiber)와 ADF(Acid Detergent Fiber)는 Van Soest(1991)13) 의 방법으로 분석하였다.

 시험사료 단백질의 아미노산 분석을 위해 각 시료 10 g을 냉각 아세톤으로 탈수시킨 후 60℃의 drying oven에서 여과지에 펴서 건조시키고 마쇄하였다. 경질시험관(1.6 × 16 cm)에 마쇄 시료 5mg을 취해 6N HCl 5ml을 가하여 탈기한 후 밀봉하여 110℃에서 24시간 동안 가수분해시켰다. 가수분해한 시료는 2~3회 소량의 증류수로 씻은 후 evaporator(V805, BÜCHI, Swit-zerland)로 45℃에서 가능한 짧은 시간에 건조시켜 염산을 제거하고, 시료 희석용 완충액으로 용해하여 아미노산 분석기(Beckman 6300, GMI, USA)로 분석하였다. 시험사료의 아미노산 분석결과는 Table 2와 같다.

Table 2. Amino acid profiles of DDGS and NK additives used during experiment (%)

 원유의  일반성분  분석은 LactoScope(MK2, Delta Instruments, Netherlands)를 이용하여 측정하였으며, 산유량은 개체별로 매일 오전과 오후 착유량을 합하여 기록하였다.

 채취한 혈액시료는 혈청을 분리한 후 혈청 내 영양성분은 Blood Autoanalyzer(Hitachi, 7180, JP)를 이용하여 시약반응 후 340 ~ 800 nm에서 glucose, asparatate transminase(AST), alanime transminase(ALT),  콜레스테롤(T-CHO), 총단백질(T-PRO) 및 blood urea nitro-gen(BUN)을 분석하였다.

4. 통계분석

 본 실험에서 얻어진 젖소의 산유량, 유성분 및 혈액내 영양성분의 결과는 대조구, T1 및 T2로 구분하여 SAS package program14) (2000, release. 8.1 version)의 GLM(General Linear Model)를 이용하여 분산분석을 실시하였으며, Duncan's Multiple range test에 의해 처리 평균간 유의성(p < 0.05)을 검증하였다.

III. 실험결과 및 고찰

 혈전분해효소인 nattokinase 처리 DDGS의 급여 수준에 의한 산유특성에 미치는 영향을 측정하기 위해 첨가수준을 달리하여 NK 효소분말을 시험축에 급여하면서 유량, 유성분 및 체세포수의 변화를 측정한 결과는 Table 3과 같다.

Table 3. Effects of feeding nattokinase additives on milk production in dairy cows

 젖소의 체중은 대조구, T1구 및 T2구가 실험 시작시 각각 638 kg, 626 kg 및 658.25 kg에서 실험 종료시 각각 631.5 kg, 627.5 kg 및 664.5 kg으로 실험진행에 따라 대조구는 체중이 감소하였으나 T1구와 T2구는 각각 1.5 kg과 6.25 kg이 증가하였다.

 1일 유량에 있어서 대조구, T1구 및 T2구는 실험 시작시 각각 26.47 kg/d, 26.70 kg/d 및 24.63 kg에서 실험 종료시 각각 26.78 kg/d, 28.06 kg/d 및 25.61 kg/d로 나타났다. 실험기간 중 T1구는 1.36 kg/d, T2구는 0.98 kg/d 만큼 유량이 증가하였다(p < 0.05).

 착유우와 비육우의 사료에 미생물제제를 급여한 결과 산유량, 증체량 및 사료효율이 향상되었다는 하였으며2), 송아지을 대상으로 Bacillus 균을 급여하였을 때도 사료효율 및 증체율이 개선되었다고 보고된 바 있다15). 이와 더불어 본 시험에서 효소 첨가수준에 따라 젖소의 체중 및 산유량이 증가한 결과로부터 미생물제제의 급여시 젖소의 증체량 및 산유량을 향상할 것으로 기대된다.

 유지방, 유단백질 및 유당 함량은 대조구에서 각각 3.45%, 3.55%  및 5.02%이고, T1구의  경우  각각 3.00%, 3.19% 및 4.83%이었으며, T2구의 경우 각각 3.18%, 3.24% 및 4.83%이었다. 또한 우유 내 체세포수(SCC)에  있어서  대조구, T1구  및 T2구가  각각 318,880 cells/ml, 146,670 cells/ml 및 126 cells/ml이었다. 이와 같이 본 실험에서 유지방, 유단백질 함량 및 체세포 수가 대조구와 비교하여 처리구에서 낮게 나타났으며, 처리구에 있어서 NK 효소분말의 첨가 수준이 높은 T2구에서 유지방과 유단백질 함량은 다소 증가하였고, 체세포 수는 더 낮았다. 특히 유단백질의 함량에 있어서 대조구보다 처리구에서 유의적으로 낮았는데(p <0.05), 이는 Table 2에 제시한 바와 같이 NK 효소를 부형제인 DDGS와 혼합하기 위해 가해진 온도의 영향으로 DDGS의 단백질 내 아미노산 조성 및 그 비율의 변화에서 비롯된 것으로 판단된다. NK는 일종의 microbial serine protease이다4). DDGS는 반추위비분해성단백질(Rumen undegradable protein, RUP)의 공급원으로 효과적이지만 라이신이 제한되어 우유 단백질함량이 감소될 수 있다고 한다16). 따라서 Table 2에 나타난 바와 같이 DDGS의 단백질이 NK에 의해 분해되면서 총 아미노산 함량이 감소하여 대조구와 비교하여 처리구에서 유단백질 함량이 감소되고, 반면 라이신(Lys) 함량은 증가하므로 처리구 중 T1구보다 T2구에서 유단백질의 함량이 증가한 것으로 보인다.

 이와 관련하여 Sun et al.(2012)17)에 의하면 비유초기 젖소에 B. subtilis natto를 급여함에 따라 유량, 유지방, 유단백질 및 유당 함량이 증가한 반면, 우유 내 체세포수는 감소한다고 하였다(p < 0.01). 한편, Peng et al.(2012)6)은 B. subtilis natto 발효제 첨가시 유량은 증가하였으나, 우유 내 지방 비율과 단백질 함량에 대한 영향은 없었고 유지방 함량과 유당 비율은 증가하였으며(p <0.05), 유단백 비율은 감소하는 경향이 있다(p = 0.06)고 하였다. 최근  B. licheniformis와 B. subtilis가 감염증을 억제하여 가축의 생산성을 개선하고18-19), B.subtilis가 Clostridium20), Escherichia coli21)와 같은 병원균을 억제하는 생균제적 특성도 보고되고 있다. 또한 Lim et al.(2011)22) 은 Bacillus 유래 NK 첨가제 급여시 우유의 체세포 수(SCC)가 유의적으로 감소했다고 보고한 바 있다. 따라서 본 실험결과로부터 NK 사료첨가제가 우유내 체세포 수를 개선하여 유질 향상에 도움이 될 것으로 기대된다.

 젖소의 혈액 내 영양성분 변화를 측정한 결과는 Table 4와 같다. 혈액 내 glucose 농도는 대조구와 비교하여 처리구에서 감소하는 경향을 보였다. 또 혈액 내 triglyceride 및 콜레스테롤(Total cholesterol, T-CHO)농도는 대조구와 T2구보다 T1구에서 유의적으로 가장 낮았다(p < 0.05). 이에 대해 cholesterol을 급여한 토끼와 쥐 실험에서 nattokinase가 LDL 산화능력 증가, 지방대사 활성 증가, 그리고 triglyceride 수준 저하에 관여하지만, HDL-C의 수준에는 영향이 없었다고 보고된바 있다23-24). 또한, Lim et al.(2011)22)의 보고에 의하면 B. subtilis보다 B. amyloliquefacines 유래 NK 급여시 혈중 콜레스테롤 농도가 감소하였다. 이와 같은 결과를 바탕으로 본 실험의 T1구가 지방대사에 긍정적 영향을 미친 것으로 판단된다.

Table 4. Effects of feeding nattokinase additives on blood metabolites in dairy cows

 또한, 혈액 내 요소태 질소(Blood Urea Nitrogen, BUN)도 대조구보다 처리구에서 유의적으로 낮게 나타났으며(p < 0.05), 특히 T1구에서 그 농도가 낮았다. BUN은 단백질의 섭취량과 반추위내 분해율, 사료의 아미노산 조성, 단백질의 수요량과 섭취량의 비율, 간과 신장의 기능, 근육조직의 파괴, 사료 중 탄수화물의 양과 반추위내 분해율 등 다양한 인자에 영향을 받는다25). 또한, 고수준의 단백질 사료를 급여하게 되면 혈장과 번식기관 내의 요소태 질소의 농도가 상승하고26), 20 mg/dl를 초과하면 수태율이 저하된다고 한다27). 이와 같은 결과는 Lim et al.(2011)22)와 유사하며, T1구에서 사료의 단백질 대사 및 번식능력에 도움이 될 것으로 보인다.

 본 실험은 선행연구결과22)로부터 유량 및 체세포 수개선의 가능성이 제시된  B. amyloliquefacines 유래 NK 사료첨가제를 다른 수준으로 비유중기 착유우에 급여한 결과 대조구에 비하여 NK 처리구에서 산유량이 증가하였으며, 특히 혈액 내 영양성분의 분석 결과로부터 T1구가 더 효과적으로 젖소의 건강, 산유능력 및 우유의 품질에 긍정적인 영향을 미칠 것으로 판단된다.

IV. 결론

 본 연구는 혈전분해효소인 nattokinase 처리 DDGS를 비유중기 착유우에 첨가 수준을 달리하여 급여하였을 때 산유량, 유성분 및 혈액성상에 미치는 영향을 조사하고자 실시하였다. 사료첨가제로 사용한 nattoki-nase는 Bacillus amyloliquefacines 유래 균주에서 생산된 것이며, 평균 체중(652.00 ± 4.38 kg), 산차(2.25 ± 0.35산) 및 유량(24.4 ± 0.38 kg/d)이 비슷한 공시축 12두를 선정하여 각 처리당 4두씩 무작위로 배정하였다. 4주간 TMR 사료를 급여하면서 대조구는 DDGS 100 g를 급여하고, T1구과 T2구는 NK 사료첨가제를 각각 100 g과 200 g 첨가하였다. 유량은 T1구에서 유의적으로 증가하였고(p < 0.05), 급여 전보다 급여 후 T1구는 1.35 kg/d, T2구는 0.98 kg/d 증가하였다. 유성분 중 유단백질 함량은 대조구보다 T1구와 T2구에서 유의적으로 낮았다(p <0.05). 또한 혈액 내 triglyceride, T-CHO 및 BUN 농도가 대조구와 T2구보다 T1구에서 유의적으로 감소하였다(p <0.05). 따라서 본 연구결과로부터 비유중기 착유우에 NK 사료첨가제 100g을 급여하는 것이 유생산량 증가, 단백질 대사 개선 및 cholesterol저하 등 지방대사에 유리할 것으로 판단된다.

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