산란계 사료 내 Beta-mannanase의 수준별 첨가가 산란성적, 영양소 소화율, 혈액성상, 분내 휘발성 지방산 및 암모니아태 질소 농도에 미치는 영향

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산란계 사료 내 Beta-mannanase의 수준별 첨가가 산란성적, 영양소 소화율, 혈액성상, 분내 휘발성 지방산 및 암모니아태 질소 농도에 미치는 영향

심영호^1# · 류명현^2# · 김진수² · Hosseindoust Abdolreza² · 최요한² · 김민주² · 오승민² · 채병조^2*

㈜사조바이오피드¹, 강원대학교 동물생명과학대학²

Effects of Supplementation of β-Mannanase on Egg Production Performance, Nutrient Digestibility, Blood Metabolites, Excreta Volatile Fatty Acids and

Ammonia Nitrogen in Laying Hens

Young Ho Shim^1#, Myung Hyun Ryu^2#, Jin Soo Kim², Hosseindoust Abdolreza², Yo Han Choi², Min Ju Kim², Seung Min Ohh² and Byung Jo Chae^2*

1Sajo Bio Feed Co., Ltd., Hampyeong 57136, Korea

2Department of Animal Life Science, College of Animal Life Sciences, Kangwon National University, Chuncheon 24341, Korea

ABSTRACT¹⁾

The present study was conducted to determine the optimal supplementation level of beta-mannanase in the diet of laying hens. A total of 320 Hy-Line Brown layers (80 weeks of age) were assigned randomly into four groups on the basis of laying performance. Each treatment had eight replicates with 10 birds each (80 birds per treatment). Two hens were caged individually. Treatments were basal diet supplemented with 0 (control), 0.04, 0.08, and 0.16% beta-mannanase during the nine-week feeding period. Laying hens fed diets supplemented with increasing levels of beta-mannanase had increased (linear, p<0.05) overall egg production and egg mass. In addition, these hens had greater retention of dry matter, crude protein, gross energy, calcium, and mannan (linear, p<0.05). Dietary beta-mannanase treatments had no effect on blood metabolites such as total carbohydrate, triglycerides, glucose, total protein, and blood urea nitrogen, or excreted ammonia nitrogen and volatile fatty acids. The results obtained in present study indicate that dietary supplementation of beta-mannanase has the potential for improving the performance of laying hens. The optimal supplementation level is 0.04% beta-mannanase in the diet.

(Key words: Beta-mannanase, Optimal supplementation level, Laying hens, Egg production, Blood metabolites, Volatile fatty acids)

Ⅰ. 서론

대두박을 포함한 식물성 단백질 사료는 단위동물사료에

서 중요한 부분을 차지하고 있다. 특히 대두박은 고품질의 식물성 단백질 원료로써 가축사료에 이용되고 있는 단백질 공급원의 70% 정도를 차지한다(Cromwell, 2012). 하지만

* Correspondence authors: Byung Jo Chae, Department of Animal Life Science, Kangwon National University, Chuncheon 24341, Korea. Tel: +82-33-250-8616, E-mail: [email protected]

＃These authors contributed equally to this work.

This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License (http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/deed.ko), which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited. The moral rights of the named author(s) have been asserted.

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대두박과 같은 식물성 사료원료에는 단위동물이 거의 이 용하지 못하는 non-starch polysaccharide(NSP)가 다량 포 함되어 있다(Dierick, 1989).

대두박에는 NSP 중에서 β-galactomannan과 β -glucomannan 형태로 만난(mannan)이 상당량 함유되어 있는 것으로 보고되었다(Zou et al., 2006). 만난은 대두의 알곡보다는 대두피에 더 많은 량이 존재하는데, Hsiao 등 (2006)이 탈피대두박에서 mannan 함량을 조사한 결과 1.02%에서 최대 1.50%로 원산지에 따라 상당한 변이가 있 으며, 비교적 높은 수준의 mannan이 함유되어 있는 것으 로 보고되었다. β-mannan의 항영양 작용으로는 인슐린과 IGF-1의 분비를 저해하며(Nunes and Malmlof, 1992), 가금 사료에 다량의 mannan이 함유 될 경우 성장률이 감소하고 사료효율이 저하된다고 보고되었다(Daskiran et al., 2004).

β-mannanase(mannan-endo-1,4-β-mannosidase)는 사 료원료 내 만난을 분해하는 가수분해 효소이다. 이것은 임의 적으로 1,4-beta-D-mannan의 구조에 있는 galactomannan, galacto-glucomannan과 mannan을 분해하는 것으로 알려 져 있다(McCleary, 1988). McNaughton 등(1998)은 육계의 저에너지 사료에 β-mannanase를 첨가할 경우 고에너지 대조구에 비해 더 우수한 성장률을 보였으며, 성장과 사료 효율이 3% 개선되었다고 보고하였다.

산란계 사료에도 β-mannanase를 첨가할 경우 산란율과 영양소 소화율을 향상시킬 수 있는 가능성이 보고되었다 (Wu et al., 2005; Zangiabadi and Torki, 2010; Lee et al., 2013). 하지만 산란계 사료 내 β-mannanase의 첨가효과에 관한 연구는 다른 축종에 비하여 상당히 부족하며, 특히 사료 내 β-mannanase의 적정 첨가수준 도출에 대한 연구 는 없는 실정이다.

따라서 본 연구에서는 산란계 사료 내 β-mannanase의 첨가수준에 따른 산란율, 영양소 소화율, 혈액성상, 분내 휘발성 지방산 및 암모니아태 질소 농도에 미치는 영향을 조사하여 산란계 사료 내 β-mannanase의 적정 첨가수준 을 제시하고자 수행하였다.

Ⅱ. 재료 및 방법

1. 시험동물 및 시험설계

사양시험을 위해 80주령의 Hy-Line Brown종 산란계를 이용하여 2주간 일반 시판 사료로 실험 전 예비사육을 한 후 산란율이 유사하도록 배치하였다. 실험설계는 총 320수

를 공시하여 4처리 8반복 반복당 10수로 구성하고, 사료 내 β-mannanase(CTCzyme^Ⓡ, CTC Bio, Seoul, Korea)의 첨가수준을 0, 0.04, 0.08, 0.16%로 구성하였으며, 총 9주간 실시하였다.

2. 시험사료와 사양관리

시험사료의 원료구성은 옥수수와 대두박을 주요 원료로 하고 소맥, 미강, 주정박 등을 소량 첨가하였으며, 영양소 수준은 NRC(1994)에서 제시된 영양소 요구량을 충족하거 나 초과하도록 배합하였다(Table 1). 공시계는 가로×세로×

높이가 각각 35×35×40cm인 3단 철제 케이지에 케이지 당 2수씩 배치하여 사육하였다. 사료급이기와 니플의 숫자는 반복구별로 동일하게 배치하였으며, 정확한 사료섭취량을 측정하기 위해 각 반복간의 급이기를 구분하는 칸막이를 설치하였고, 사료와 물은 자유채식 및 자유음수 시키고, 점 등은 16L:8D로 일정하게 유지하였다. 기타 사양관리는 일 반적으로 행해지고 있는 국내 산란계 사양관리 방법에 준 하여 실시하였다.

3. 조사항목 및 방법

(1) 난 생산성과 영양소 소화율

실험기간 동안 매일 오후 2시에 수집한 정상 산란개수와 연란, 파란 등을 합한 총 산란 개수를 사육수수로 나누어 산란율을 구하였으며, 수집된 정상란 전부의 무게를 측정 하여 정상 계란 수로 나누어 평균 난중을 산출하였다. 사 료섭취량은 매주 총 급여량과 잔량을 조사하여 각 반복별 로 섭취량을 산출하였다.

영양소 소화율 측정을 위해 전분채취법을 이용하였으며, 시험종료 일주일 전부터 불소화지시제인 Chromic oxide (Cr2O3)을 사료에 0.25%로 첨가하였다. 분 채취는 사양시 험 종료 후 Cr2O3을 첨가한 사료를 급여한 후 4일 이후부 터 각 케이지에서 분을 채취하였다(4처리 8반복). 채취한 분은 잘 혼합하여 열풍 건조기로 60℃에서 72시간 건조한 후 1mm wiley mill로 분쇄 후 성분 분석을 실시하였다. 사 료와 분의 일반성분 분석은 AOAC(2007)의 방법에 의해 분석하였고, 에너지는 단열폭발열량측정기(Model 1241 Parr Instrument Co., Moline, IL, USA)로 측정하였으며, Cr2O3은 acid digestion method에 의하여 Spectrophotometer (Model V-550, Jasco Co., Japan)를 이용하여 측정하였다.

Mannan의 분석을 위하여 건조된 사료와 분 0.5g을 72%

황산 20g에 1시간 동안 용해시킨 후 50℃의 항온수조에 30

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Table 1. Ingredient and chemical composition of experimental diets (as-fed basis)

Item β-Mannanase, %

0 0.04 0.08 0.16

Ingredients, %

Corn 51.07 51.03 50.99 50.91

Wheat 5.00 5.00 5.00 5.00

Rice bran 3.00 3.00 3.00 3.00

Soybean meal (45%) 20.20 20.20 20.20 20.20

Rapeseed meal 2.00 2.00 2.00 2.00

Corn gluten meal 4.4 4.40 4.40 4.40

DDGS¹⁾ 3.00 3.00 3.00 3.00

Animal fat 1.13 1.13 1.13 1.13

Choline chloride (50%) 0.05 0.05 0.05 0.05

L-Lysine·HCl (78%) 0.15 0.15 0.15 0.15

DL-Methionine (99.8%) 0.11 0.11 0.11 0.11

Limestone 8.40 8.40 8.40 8.40

Monocalcium phosphate 0.99 0.99 0.99 0.99

Salt 0.20 0.20 0.20 0.20

NaHCO3 0.10 0.10 0.10 0.10

Vitamin premix²⁾ 0.10 0.10 0.10 0.10

Mineral premix³⁾ 0.10 0.10 0.10 0.10

β-Mannanase - 0.04 0.08 0.16

Total 100.00 100.00 100.00 100.00

Chemical composition (%)

Metabolizable energy (kcal/kg) 2,750 2,750 2,750 2,750

Crude protein 18.00 18.00 18.00 18.00

Lysine 0.93 0.93 0.93 0.93

Methionine+cysteine 0.43 0.43 0.43 0.43

Calcium 3.80 3.80 3.80 3.80

Available phosphorus 0.35 0.35 0.35 0.35

1)Distillers dried grains with solubles.

2)Supplied per kilogram of diet: 16,000 IU vitamin A, 3,000 IU vitamin D3, 40 IU vitamin E, 5.0 mg vitamin K3, 5.0 mg vitamin B1, 20 mg vitamin B2, 4 mg vitamin B6, 0.08 mg vitamin B12, 40 mg pantothenic acid, 75 mg niacin, 0.15 mg biotin, 0.65 mg folic acid.

3)Supplied per kilogram of diet: 45 mg Fe, 0.25 mg Co, 50 mg Cu, 15 mg Mn, 25 mg Zn, 0.35 mg I, 0.13 mg Se.

분간 보관하였다. 이 과정이 끝난 후 증류수를 이용하여 황산을 1N으로 희석시키고 121℃의 고압증기 멸균기에 45 분간 가열한 후 상층액만을 분리하여 HPLC로 만난 함량 을 분석하였다.

(2) 혈액성상

혈청은 자동생화학 분석기(Fuji Dri-chem 3500i, Japan) 를 이용하여 혈청 내 total cholesterol(TCHO), triglyceride (TG), glucose(GLU), blood urea nitrogen(BUN), total

protein(TP)의 함량을 분석하였다. 사양시험 종료 시점인 9 주차(63일)에 반복당 2수를 선발하여 익정맥에서 혈액을 채취하여 vacutainer tube에 넣은 후 실험실로 옮겨 3,000rpm에서 20분간 원심분리하여 혈청을 분리한 후 분 석하기 전까지 –20℃에서 냉동 보관하였다.

(3) 분내 휘발성 지방산(VFA) 및 NH4-N 함량

VFA 및 NH4-N 농도를 측정하기 위하여 사양시험 종료 시점인 9주차(63일)에 각 반복으로부터 산란계의 총배설강

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에서 배설되는 분을 직접 받아 공기와의 접촉을 최대한 줄 이면서 채취한 후 비닐팩에 밀봉하여 냉각된 아이스박스에 저장하여 채취 당일 즉시 실험실로 옮겨 분석하였다. VFA 의 농도측정은 시료 5g을 취하여 10N H2SO425ml와 증류수를 첨가한 후 수증기를 증류하였다. 유출액에 phenolphthalein 2

∼3방울을 첨가한 후 0.1N NaOH를 첨가하여 이 용액을 rotary evaporator를 이용하여 건조시켰다. 이 후 phosphoric acid 1ml를 첨가하여 용해시키고 ethyl ether 5ml를 첨가하여 수회 교반한 후 포화 NaCl 2ml를 첨가하 여 층을 분리시켰다. 층이 분리되면 에테르 층을 취하여 0.45μm membrane filter를 이용하여 여과한 후 시험용액 을 gas chromatography(Hewlett Packard 6890 Plus, USA) 에 주입하여 측정하였다. 또한 분내 NH4-N의 농도 측정은 Chaney와 Marbach(1962)의 방법에 따라 실시하였다.

4. 통계처리

본 시험에서 측정된 데이터는 SAS(2012) 프로그램의 GLM(general linear model) procedure를 이용하여 β -mannanase 첨가수준에 대한 linear와 quadratic 효과를 조사하였다. 이때 난 생산성은 반복(케이지)의 수를 측정단 위로 하였고, 영양소 이용률, 분내 휘발성 지방산 및 NH4-N은 한 케이지에 공시한 2수를 측정단위로, 혈액성상 은 선발한 개체단위로 하였다.

Ⅲ. 결과 및 고찰

1. 난 생산성과 영양소 소화율

본 시험에서 사료 내 β-mannanase의 수준별 첨가가 산 란계의 난 생산성에 미치는 영향은 Table 2와 같다. 시험 개시후 1∼3주 동안에는 β-mannanase 첨가에 따른 처리 구간의 산란율, 난중, 산란량 및 사료요구율에서는 유의적 차이는 나타나지 않았다(linear effect, p>0.05). 그러나 4∼

6주, 7∼9주에서는 β-mannanase 첨가수준이 증가함에 따 라 산란율과 산란량에서 유의적으로 증가되는 것으로 나 타났다(linear effect, p<0.05). 그 결과 전 기간에 있어서도 β-mannanase의 첨가는 그 수준이 증가함에 따라 산란율 과 산란량에서 유의적으로 개선되는 것으로 나타났다 (p<0.05). 사료섭취량에서는 β-mannanase의 첨가수준에 따라 차이가 나타나지 않았으며, 사료효율은 전 기간에서 β-mannanase의 첨가수준이 증가함에 따라 개선되는 경향

을 보였으나 유의적인 차이는 없었다(p>0.05).

β-mannanase의 수준별 첨가가 산란계의 영양소 소화율 에 미치는 영향은 Table 3과 같다. 건물, 칼슘 및 mannan 소화율에서 β-mannanase 첨가수준에 따른 1차식 효과 (linear effect, p<0.05)가 나타났다. β-mannanase 첨가 수 준이 증가함에 따라 조단백질(CP)과 인(P) 소화율에서 유 의적인 차이는 나타나지 않았으나 개선되는 경향이 나타 났다.

산란계에서 β-mannanase의 첨가로 산란율이 개선된 것 은 Kim 등(2013)과 Lee 등(2013)의 연구결과와 일치한다.

Lee 등(2013)의 옥수수-대두박 위주의 산란계 사료에 β -mannanase를 첨가한 결과 첨가구의 산란율이 무첨가구에 비하여 개선되었다고 보고하였다. 본 연구에서 β -mannanase의 첨가수준에 대해서는 전체 사양시험기간(9 주간)을 통해 산란율이나 산란량으로 볼 때, 0.08%가 적당 한 것으로 판단된다. 비록 2차식 효과(quadratic effect)는 나타나지 않았지만, 첨가수준 0.08% 와 0.16% 간에는 큰 차이가 없기 때문에 0.08% 정도가 바람직한 것으로 여겨 진다.

Cheraghi 등(2014)의 연구에서 육계 사료 내 β -mannanase의 첨가는 사료효율을 개선하였다고 하였으나, 본 산란계 시험에서는 사료효율에서 유의적인 개선효과가 없어 다소 상이한 것으로 여겨진다. 다만 공시동물이 다르 고 사료에 사용된 원료가 다른 것도 차이점으로 지적할 수 있다. Centeno 등(2006)은 옥수수-대두박 위주의 사료에서 β-mannanase의 첨가가 영양적 가치를 향상시켰다고 했 다. 그러나 분명한 것은 본 시험에서 β-mannanase의 첨 가는 만난의 소화율을 유의적으로 개선시켰다. Dale(1997) 이 사료 내 β-mannanase의 첨가는 NSP가 다량 함유된 사료 원료의 세포벽을 분해하여 탄수화물의 흡수를 증가 시키고 소화기관 내에서 식괴의 점도를 줄여 소화율을 개 선하였다고 보고한 사항과 본 연구에서 소화율이 개선된 것은 같은 맥락으로 해석할 수 있다.

2. 혈액성상

β-mannanase의 수준별 첨가가 산란계의 혈액성상에 미 치는 영향은 Table 4와 같다. 혈액 내 TCHO, TG, GLU, BUN 및 TP 함량에서는 처리구간 유의적인 차이가 나타나 지 않았다(p>0.05). Jo 등(2012)과 Yoon 등(2010)은 사료 내 β-mannanase의 첨가가 혈액성상에 영향을 미치지 않는다 고 보고하였는데 이러한 결과는 본 시험과 일치하는 것으 로 나타났다.

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Table 2. Effect of dietary supplementation of β-mannanase on hen-day egg production, egg weight, egg mass, feed intake and feed efficiency in laying hens

β-Mannanase, % 0 0.04 0.08 0.16 SEM¹⁾ p-Value

Linear Quadratic From 1 to 3 wk

Egg production (%) 75.35 75.75 79.58 81.21 2.83 0.101 0.830

Egg weight (g) 68.05 68.38 68.65 68.51 0.45 0.431 0.611

Egg mass (g/hen/days) 51.27 51.76 54.64 55.64 1.95 0.074 0.897

Feed intake (g/d) 126.08 125.75 125.68 125.71 0.81 0.758 0.832

Feed efficiency (g/g) 0.540 0.544 0.546 0.545 0.01 0.352 0.515

From 4 to 6 wk

Egg production (%) 70.60 74.63 76.47 79.70 3.15 0.043 0.897

Egg weight (g) 67.78 67.72 67.66 67.81 0.39 0.986 0.789

Feed intake (g/d) 127.37 127.99 127.19 126.32 0.77 0.264 0.348

From 7 to 9 wk

Egg production (%) 69.54 73.72 75.48 76.89 2.18 0.014 0.503

Egg weight (g) 67.12 67.24 67.70 67.61 0.29 0.155 0.733

Feed intake (g/d) 127.89 127.75 127.09 126.60 0.56 0.079 0.756

Overall 1 to 9 wk

Egg production (%) 71.83 74.70 77.18 79.27 2.30 0.017 0.859

Egg weight (g) 67.65 67.78 68.00 67.98 0.31 0.418 0.817

Feed intake (g/d) 127.11 127.16 126.65 126.21 0.48 0.147 0.616

1)Standard error of means.

Table 3. Effect of dietary supplementation of β-mannanase on the apparent total tract digestibility of laying hens (d 61 to 63)

Linear Quadratic

DM 83.24 83.81 84.19 84.70 0.41 0.022 0.445

GE 80.56 81.02 81.19 81.46 0.53 0.253 0.684

CP 64.90 65.54 66.35 66.61 0.75 0.099 0.108

Ash 58.02 58.48 58.71 59.04 0.81 0.382 0.161

Ca 61.50 62.23 62.84 63.70 0.59 0.019 0.296

P 56.53 57.72 57.92 59.04 0.81 0.053 0.929

Mannan 30.84 32.63 34.33 39.41 2.10 0.001 0.280

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Table 4. Effect of dietary supplementation of β-mannanase on blood metabolites of laying hens (at d 63)

β-Mannanase, % 0 0.04 0.08 0.16 SEM¹⁾ p-Value

Linear Quadratic

TCHO, mg/dl 202.93 204.11 200.11 202.44 6.68 0.858 0.932

TG, mg/dl 1196.09 1177.80 1200.07 1188.01 12.14 0.972 0.802

GLU, mg/dl 250.58 254.83 246.34 257.64 6.43 0.667 0.594

BUN, mg/dl 2.63 2.69 2.68 2.65 0.12 0.936 0.734

TP, g/dl 5.743 5.768 5.833 5.813 0.10 0.554 0.827

TCHO: total cholesterol, TG: triglyceride, GLU: glucose, BUN: blood urea nitrogen, TP: total protein.

Table 5. Effect of dietary supplementation of β-mannanase on fecal VFA and NH4-N of laying hens (at d 63)

Linear Quadratic VFA, ppm

Acetic acid 85.99 85.91 86.17 85.34 2.55 0.885 0.886

Propionic acid 19.97 18.02 20.99 18.78 1.35 0.925 0.927

Butyric acid 6.94 7.09 6.22 7.88 0.60 0.485 0.236

NH4-N 321.68 319.88 319.39 319.98 1.89 0.521 0.538

3. 분내 휘발성 지방산(VFA) 및 NH4-N 함량

β-mannanase의 수준별 첨가가 산란계의 분내 휘발성 지방산 및 암모니아태 질소 함량에 미치는 영향은 Table 5 와 같다. 분내 휘발성 지방산과 암모니아태 질소 함량에서 는 β-mannanase의 수준별 첨가에 따른 유의적인 차이가 나타나지 않았다(p>0.05). 분내 휘발성 지방산과 NH4-N의 경우 동물산업에서 중요한 환경오염원으로 작용하며 반드 시 감소시켜야 하는 것으로 알려져 있다(Garry et al., 2007). 사료 내 효소제의 첨가는 휘발성 지방산과 NH4-N 발생량을 감소시킬 수 있는 것으로 알려져 있으나 (O’Connell et al., 2005; Garry et al., 2007), 본 시험에서는 유의적인 차이가 나타나지 않았다.

사사

본 연구는 2016년도 강원대학교 대학회계 학술연구조성 비(관리번호-520160227)와 ㈜사조바이오피드, ㈜씨티씨바 이오(과제번호 C1007700-01-01)의 지원에 의하여 수행되었

습니다.

Ⅳ. 요약

본 연구는 산란계 사료에 β-mannanase의 적정 첨가수 준을 알아보기 위하여 실시하였다. 80주령 산란계 320수(4 처리, 8반복, 반복당 10수)를 공시하여 β-mannanase 4수 준(0, 0.04, 0.08, 0.16%)으로 9주간 사양시험을 실시하였다.

전체 기간에 있어서 β-mannanase의 첨가는 그 수준이 증 가함에 따라 산란율과 산란량이 유의적으로 개선되는 것 으로 나타났다. 또한 β-mannanase 첨가 수준이 증가함에 따라 건물, 조단백질 및 칼슘 소화율이 유의적으로 개선되 었으며, 특히 사료 내 mannan 소화율이 유의적으로 개선 되는 것으로 나타났다. 산란계의 혈액성상, 분내 휘발성 지 방산 및 NH4-N 함량은 β-mannanase 첨가에 따른 유의적 인 차이는 나타나지 않았다. 결론적으로, 이 실험의 결과로 보아 산란계 사료에 대한 β-mannanase의 적정 첨가수준 은 0.08%로 판단된다.

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Ⅴ. REFERENCES

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(Received 04 August 2017, Revised 14 September 2017, Accepted 25 September 2017)