β-mannanase의 메타 분석 및 체계적 고찰 : 돼지, 육계, 산란계 등에서 성장 및 에너지 효과

Significance of single β-annanase supplementation on performance and energy utilization in broiler chickens, laying hens, turkeys, sows, and nursery-finish pigs: A meta-analysis and systematic review

 

Elijah G. Kiarie
Department of Animal biosciences, University of Guelph, Guelph, ON, Canada

 

The Author(s) 2021. Published by Oxford University Press on behalf of the American Society of Animal Science.

 

 

 

 

[β-mannanase로는  global하게 판매중인 CTCZYME, Hemicell 논문을 reference로 하여 캐나다 Guelph대학서 최근 journal of animal science에 발표한(accepted) 논문을 요약정리함...]

 

 

 

ABSTRACT

 

Web of Science를 검색하여 돼지와 가금류의 성능과 소화율에 대한 보충 β-mannanase의 영향에 대한 메타 분석에 대한 출판된 연구를 검색했다.

 

 

β-mannanase와 대조군 간의 평균일당증체량(ADG, g/d)의 평균 차이(MD)는 
육계에서는 +0.23(P=0.013; 95% CI 0.05; 0.41), 
이유자돈에서는 +10.8(P=0.0005; 95% CI 6.6, 15.0g/일)
육성비육돈에서는 +20.68(P<0.000, 95% CI 17.15, 24.20g/일)
로 유의성을 보였다.

육계에서 β-mannanase 개선효과는

육계에서 FCR에 MD로 95% CI(-0.03; -0.02), -0.02(P<0.0001)개선으로 2~3점 FCR 개선을 시사합니다.

육계에서 AMEn을 47kcal/kg(P=0.0004), 95% CI(28.8; 65.7kcal/kg)로 개선했다.

 

산란계에서 β-mannanase 개선효과는 

계란 생산성을 개선하였으며, 계란 품질에는 영향을 미치지 않았다.

 

돼지에서 β-mannanase 사료효율(G:F) 개선은 

이유자돈구간에서 +13.8g/kg(P=0.027; 2.1; 25.4g/kg), 

육성비육구간에서는 +8.77g/kg(6.32; 11.23g/kg)이었다.

돼지의 총 에너지 소화율 개선은 95% CI(0.90; 1.26)에서 1.08% 단위였으며 이는 digestible energy  30.6~42.8kcal의 방출로 해석됩니다.

 

요약하면, β-mannanase 보충으로 에너지 및 영양소 활용과 관련된 성능을 향상시켰다.

 

 

 

What are β-mannans

 

비전분다당류(NSP)는 곡물 부산물에 다량으로, 콩과 식물과 단백질이 풍부한 원료내에 중간에서 다량으로, 곡물에 소량에서 중간 양으로 존재합니다(Bach Knudsen, 1997).
NSP의 주요 단당은 오탄당(arabinose and xylose), 육탄당(glucose, galactose, and mannose), 6-deoxyhexoses (rhamnose and fucose) 및 uronic acids(glucuronict galacturonic acids or their 4-O-methyl ethers)로 구성됩니다( Bach Knudsen, 1997).
β-mannans and xylans  은 가장 중요한 두 가지 hemicelluloses로 부가가치 응용 및 가수분해에 대한 상당한 연구가 집중되었습니다.

 

 

Types and structure of β-mannans

 

식물의 β-mannans은 β-(1-4) 글리코시드 결합으로 연결된 D-mannose 단위의 다당류입니다.
식물의 β-mannans은 D-mannose 단위의 효모 세포벽 백본과 구별됩니다

D-mannose 단위는 α-(1-2) 및 α-(1-3) 글리코시드 결합으로 연결된 mannan 단위로 치환된 α-(1-6) 글리코시드 결합으로 연결됩니다(Chen et al., 2018).

β-mannans은 β-1,4-연결된 mannose 잔기 골격의 선형 중합체로서(선형만난) 또는 포도당과  mannose 잔기의 조합(글루코만난)과 α-1,6-연결된 갈락토오스 잔기(갈락토만난 또는 갈락토글루코만난) 구조이다.

 

 

Abundance of β-mannans in feed ingredients

 

사료의 주요 β-mannans은 glucomannan 과 galactomannan의 형태입니다.

 

Table 1. Concentration of total β-mannans in feedstuffs, % DM

 

SBM에는 상당한 양의 탄수화물(약 40%)이 포함되어 있으며 그 중 >50%가 NSP 형태입니다.
SBM의 β-mannans 농도는 탈피 SBM(~48 조단백질)의 0.7% DM에서 44% 조단백질 SBM(외피)의 2.1% DM 범위입니다(표 1).
그러나 대두 껍질에 있는 대부분의 β-mannans이 용해된다는 점은 주목할 만합니다.

 

 

Implications of presence of β-mannans in feed

 

다른 식이섬유 분획과 마찬가지로 β-mannans은 단위 상부 위장관(GIT)에서 내인성 소화 효소의 조건 및 레퍼토리에 의해 충분히 또는 실제로 전혀 분해되지 않습니다(Bach Knudsen, 2011; Knudsen, 2014).
사료 β-mannans은 GIT 및 전신 반응과 관련하여 다양하게 특성화된 메커니즘을 통해 자발적인 사료 섭취, 영양 이용, 건강 및 대사 과정에 부정적인 영향을 미치는 것으로 나타났습니다(van Nevel et al., 2005).

 

 

β-mannans and digestive physiology

 

소화되지 않는 섬유질 복합체는 정상적인 소화 및 영양소 흡수 과정을 방해할 수 있습니다(Slominski, 2011).
Soluble β-mannans은 돼지 및 닭에서 영양소(포도당, 지질) 및 수분 흡수 감소와 함께 장 내용물의 점도를 증가시키는 것으로 입증되었습니다(Rainbird et al., 1984; Lee et al., 2003; Blackburn and Johnson, 2007, Rainbird et al., 2007).

특이성은, 점성 소화가 소화 효소의 확산 및 대류 수송을 손상시켜 기질과의 접촉을 유의적으로 감소시킨다는 것입니다(Angkanaporn et al., 1994).

다양한 영양소의 흡수저하로 인하여 사료 비용 증가, 장내 병원균의 증식, 낮은 사료 효율, 영양소 부하 및 환경으로의 배출입니다(Kiarie et al., 2013; Kiarie et al., 2016).
더욱이, 섬유질 분획은 내장 기관 무게를 증가시키고 결과적으로 조직 침착(성장)을 희생시키면서 유지를 위한 식이 에너지 및 아미노산의 이용을 증가시킵니다(Cant et al., 1996; Agyekum et al., 2012).
식이 섬유 함량이 높은 사료를 급여한 돼지는 식이 섬유 함량이 상대적으로 낮은 사료를 급여한 돼지보다 장내 질량이 크고 드레싱 비율이 낮습니다(Agyekum et al., 2012).
위장관과 문맥 배수 내장의 증가된 질량은 유지 에너지 요구 사항을 충족하기 위해 소화 가능한 에너지의 더 큰 활용을 의미하며 결과적으로 단백질과 지방 축적에 사용되는 에너지가 줄어듭니다(Just et al., 1983).

 

 

β-mannans and feed induced immune response

 

GIT(Gastrointestinal tract)의 주요 기능은 영양소를 소화 및 흡수하고 노폐물을 배출하는 것입니다.
그러나 GIT는 수많은 면역 및 내분비 기능에도 관여합니다

많은 감염성 질병은 GIT와 관련이 있으며 GIT 자체를 보호하기 위한 GIT의 투자는 풍부한 림프 조직과 면역 세포에 의해 증명합니다(MacDonald and Monteleone, 2005; Okumura and Takeda, 2017).

β-mannans은 다른 식이섬유 분획과 달리 대부분의 세포 표면을 덮고 있는 mannose 잔기와 유사하며 면역반응, 부착, 감염, 신호전달 등 다양한 생물학적 기전에서 중요한 역할을 한다(Arsenault et al., 2017). .
이와 같이, β-mannans은 숙주 면역계에 의해 병원체 GIT로 인식될 수 있다.

β-mannans 조각이 장 상피에 결합하여 국소 및/또는 전신 면역계 효과를 발휘하거나 혈류에 흡수되어 전신 효과를 발휘할 가능성이 있습니다(Zhang and Tizard, 1996; Duncan et al., 2002; Arsenault and Kogut, p 2015; Arsenault et al., 2017; Tiwari et al., 2020).
결과적으로 사료 β-mannans 장내 면역 반응의 유발과 관련되어 낭비적인 에너지 활용과 동물 성능 저하를 초래합니다(Daskiran et al., 2004; Gabler and Spurlock, 2008; Arsenault et al., 2017).

이 현상은 사료 유도 면역 반응 feed-induced immune response (FIIR)으로 명명되었으며 면역 체계의 부적절한 활성화로 인한 비생산적인 에너지 소비와 관련이 있습니다.

 

 

Systematic and meta-analyses of animal responses to supplemental β-mannanase

 

Web of Science Trusted publisher-independent citation database - Web of Science Group (clarivate.com)를 사용하여 돼지 및 가금류의 사료 β-mannanase 보충을 평가한 출판물을 검색했습니다.

https://clarivate.com/webofsciencegroup/solutions/web-of-science/

 

 

Broiler chickens

 

육계의 성장 성능에 대한 28개의 연구

ADFI, ADG 및 FCR에 대해 각각 48, 73 및 87개의 결과 비교

ADG에 대한 대조군에 비해 ß-mannanase의 가중 통합 MD 개선은 95% CI(0.05, 0.41g/일)에서 0.23g/일(P=0.013)이었습니다.

FCR에 대한 평균 MD ß-mannanase 개선은 -0.02(P<0.0001)였으며 95% CI(-0.03; -0.02)는 2-3점 FCR 개선을 시사합니다

ß-mannanase 첨가된 저에너지 사료(3,003, 3,080, and 3,157 kcal/kg for starter,  grower,  and  finisher)를 급여한 육계가 ß-mannanase 없는 고에너지 사료(3,146, 3,223, and 3,300 kcal for starter, grower, and finisher)를 급여한 육계보다 약간 더 잘 수행되었다(McNaughton et al., 1998).

ß-mannanase 보충은 corn-SBM-copra meal-based diets를 급여한 육계에서 단백질, 지질 및 대사 에너지 활용을 상당히 개선했습니다(Sundu et al., 2006).

또한 β- mannanase가 옥수수-SBM 사료를 급여한 육계에서 valine, methionine 및 leucine 소화율을 향상시키는 것으로 입증되었습니다(Mohammadigheisar et al., 2021).

 

 

Turkeys

 

칠면조의 성장에 대한 옥수수 SBM 사료에서 β-mannanase 보충의 효과를 결정하고 SBM-44 및 SBM-48을 함유한 사료에서 β-mannanase 보충의 효능을 비교하기 위한 실험이 설계되었습니다(Odetallah et al., 2002)
데이터는 β-mannanase 보충이 성장을 향상시켰으며 SBM-44%를 먹인 처리구에서 상당한 향상되었음을 나타냅니다.
특히, β- mannanase는 hens(female turkeys)에서 1%와 3%, toms(male turkeys)에서 2.5%와 4%까지 BW와 FCR을 향상시켰습니다(Odetallah et al., 2002).
β-mannanase는 또한 20주령의 새끼에서 성장, 사료 효율 및 BW 균일성을 향상시키는 것으로 입증되었습니다(Jackson et al., 2006).

ß-mannanase는 12주에 걸쳐 15% 옥수수 DDGS를 포함하거나 포함하지 않은 옥수수-SBM 사료를 먹인 칠면조에서 생체중과 사료 효율을 개선했습니다(Jackson et al., 2008).

 

 

Laying hens

 

 

사료 에너지 수준 및 변화와 무관하게 β-mannanase를 급여한 30주령부터 실험이 끝날 때까지 더 높은 hen-day production을 보였습니다(Jackson et al., 1999).

인슐린에 의한 대사가 사료 섭취 증가와 그에 따른 계란 생산 증가를 설명한다고 주장했습니다.
β-mannanase는 12주간 연구에 걸쳐 저에너지 옥수수-SBM 사료(-120kcal/kg AME)를 급여한 산란계의 FCR을 적절한 AME가 함유된 사료를 급여한 대조 암탉의 수준으로 개선했습니다(Wu et al., 2005).
더욱이, β-mannanase는 5주에서 8주 사이에 암탉의 average egg production 과 egg mass를  증가시켰다.

65주령 Lohmann LSL 암탉이 보리-SBM 기반 사료를 먹인 결과 β-mannanase는 사료 섭취량 감소와 알의 크기로 인해 FCR을 개선했습니다(Torki et al., 2016).

4 또는 8% guar meal이 있거나 없는 옥수수-SBM 사료에 β-mannanase를 보충하면 두 번째 주기(98주령)에서 Hy-Line W-36 암탉의 FCR이 향상되었다.

68주령 Hy-line brown에서 계란 생산, 총 에너지 및 영양 유지에 대한 β-mannanase(0 또는 0.04%)와 식이 AME 농도(2650, 2750 또는 2850kcal/kg) 사이에는 상호 작용이 없었습니다(Shim et al., 2018).
ß-mannanase를 먹인 암탉은 더 높은 egg production 과 egg mass를 보였으며 더 많은 총 에너지와 조단백질을 보유했습니다.
Hy-Line brown 산란계의 초기(30주령) 및 후기(>62주) 산란 주기 동안 저 AME 및 조단백질 식이에서 보충 β-mannanase(800,000 U/kg)는 높은 AME 및 조단백질 식이에 필적하는 egg production 과 egg mass 를 보여주었다(Zheng et al., 2020).

52주령 Hy-line brown 암탉에서 8주 동안 ß-mannanase (0, 0.04 and 0.08%) 첨가효과를 진행하였으며, 2가지 ß-mannanase 투여량은 egg production, egg weight, egg mass and FCR을 동등하게 개선했습니다(Ryu et al., 2017).

β-mannanase 보충은 Hy-line brown 암탉의 생산 초기 단계(18-30주령)에서 egg  weight를 증가시켰다(Jackson et al., 1999).

따라서 전반적으로 ß-mannanase 보충된 사료를 급여한 암탉의 계란 생산 증가는 에너지 가용성 및 신진대사 향상과 관련이 있을 수 있습니다.

84주령 Hy-line brown 암탉에서 높은 AME 식이 공급군과 낮은 AME 식이에 0.04 및 0.08% ß-mannanase를 급여한 처리구에서 Egg yolk color, Haugh unit, eggshell color 및 strength 가 유사하였다(Kim et al., 2017c).

 

 

Sows

 

β-mannanase는 포유기간 중 체중 감소를 방지했지만, 포유기동안 등지방 손실과 사료 섭취, 이유부터 발정 간격 및 한배 새끼를 낳는 능력에 영향을 미치지 않았습니다(Kim et al., 2018).

β-mannanase 급여한 모돈은 dry matter의 total tract digestibility와 총 에너지가 더 높았으며, 이는 영양소 이용이 개선되었음을 시사합니다.

 

 

 

Nursery and finishing pigs

 

β-mannanase 첨가는 이유자돈에서 ADG와 G:F를 개선했습니다.
ADG 및 G:F의 평균 MD는 10.8g/일(P=0.0005, 95% CI 6.6, 15.0g/일) 및 13.8g/kg(P=0.027, 2.1, 25.4g/kg)이었습니다.

 

β-mannanase은 육성비육돈에서 ADG와 사료효율이 개선되었다(P<0.0001).
ADG 및 GF에 대한 평균 MD는 각각 20.68g/일(17.15, 24.20g/일) 및 8.77g/kg(6.32, 11.23g/kg)이었습니다.

 

상대적으로, 이용 가능한 데이터는 성장 및 사료효율에 대한 β-mannanase 작용의 크기가 이유자돈보다 육성 비육돈에서 더 크다는 것을 시사하는 것으로 보인다.
전반적으로 β-mannanase 급여한 돼지가 더 적은 사료 섭취에도 도축 체중에 더 빨리 도달할 것임을 나타냅니다.
어린 돼지는 내장 용량으로 인해 사료 섭취에 제한이 있으며(Nyachoti et al., 2004) 사료 효소 보충으로 더 많은 이점을 얻을 수 있을 것으로 예상됩니다.
그러나 β-mannanase 반응과 관련하여 사료 효율의 개선은 사료 섭취가 아닌 성장률 증가에 기인하는 것으로 보입니다.

β-mannanase 첨가 반응은 β-mannans을 함유한 옥수수-SBM 식이에서 훨씬 더 일관되었다.

일련의 4개 실험에서 10~15% 옥수수 DDGS를 함유한 옥수수-대두박 기반 사료를 급여한 비육돈에서 β-mannanase(200-600 U/kg)가 ADG와 혈당을 개선했다(Yoon et al., 2010 ).
개선된 ADG 및 G:F는 0.05% β-mannanase와 함께 5~6% 옥수수 DDGS와 함께 옥수수-SBM을 급여한 육성비육돈에서 관찰되었다(Wang et al., 2009; Bass et al., 2010).
옥수수 DDGS 또는 palm kernel meal 또는 옥수수 DDGS와 palm kernel meal 조합으로 제형화된 옥수수-SBM 사료에 β-mannanase 보충하면 비육돈의 ADG 및 G:F가 개선되었다(Kim et al., 2013; Kim et al., 2017b; 전 외, 2019).
옥수수-SBM 사료에 DDGS와 대두 껍질을 배합한 연구에서는 β-mannanase가 비육돈의 성장 성능에 긍정적인 영향을 미치는 것으로 나타났다(Cho and Kim, 2013).

0.10% β-mannanase 함유한 옥수수-SBM 사료에 10~25% copra meal 혼입하는 것은 비육돈의 성장 성능에 영향을 미치지 않았다(Kim et al., 2017a).
β- mannanase(0.10%)는 6% 또는 12%의 palm kernel meal이 포함된 옥수수-SBM 사료를 먹인 육성비육돈에서 palm kernel 없는 대조군 식이를 먹인 돼지와 비교하여 ADG를 개선했다(Jang et al., 2020b).

이전에 논의된 바와 같이, 돼지에 대한 연구는 β-mannans이 포도당 대사 및 인슐린 분비 속도를 방해한다는 것을 입증했다.
식이 β-mannans 존재로 인한 포도당 흡수 및 순환 IGF-I 농도의 감소는 β-mannanase에 의해 개선될 수 있다고 제안되었다.
따라서 상승된 혈당과 IGF-I의 순환 농도는 β-mannanase 급여한 돼지에서 볼 수 있는 성장 반응과 관련이 있습니다(Pettey et al., 2002; Yoon et al., 2010; Kim et al., 2013; Kim et al., 2017b).

NRC에 따르면 돼지를 키우는 데 3400kcal/kg의 소화 가능한 에너지가 권장한다.
보충 β-mannanase는 30.6~42.8kcal/kg의 소화 가능한 에너지를 방출합니다.
β-mannanase는 사료 성분의 β-1,4-mannans을 직접 표적으로 하고 영양소 소화율을 향상시킬 수 있다(Pettey et al., 2002; Yoon et al., 2010).

10~15% 옥수수 DDGS를 함유한 옥수수-SBM 사료에서 β-mannanase 급여한 비육돈 total tract digestibility of dry matter, crude protein, gross energy를 개선했다(Yoon et al., 2010).
옥수수 DDGS 또는 palm kernel meal 또는 옥수수 DDGS와 palm kernel meal 포함하는 옥수수-SBM 사료에 β-mannanase 보충하면 비육돈의 total  tract  gross  energy digestibility 이 향상되었다(Kim et al., 2013; Kim et al., 2017b; Jeon et al., 2019).
β-mannanase는 최대 12%의 palm kernel meal 함유한 옥수수-SBM 사료를 급여한 돼지에서 영양소 소화율을 향상시키는 것으로 나타났다(Mok et al., 2013; Mok et al., 2015; Jang et al., 2020b)

 

 

Conclusions and future perspectives

 

식이섬유 분획은 사료에 따라 매우 다양합니다. 

그러나 이들은 단위 상부 소화관의 내인성 소화 효소의 조건 및 레퍼토리에 의해 충분히 또는 실제로 전혀 분해되지 않기 때문에 영양학적 관점에서 유사하게 간주될 수 있습니다.
가변적이고 낮은 영양소 소화율의 결과는 사료 비용 증가를 통한 경제적인 것, 장내 병원균의 증식, 열악한 사료 효율에서 영양소 로딩 및 환경으로의 배출을 통한 생태학적인 범위에 이르기까지 다양합니다.
더욱이, β-mannans은 FIIR(Feed-Induced Immune Response)을 유도하여 비생산적인 목적을 위한 영양소와 에너지의 사용을 증가시킵니다.

현재 검토에서는 보충 β-mannanase가 영양 및 에너지 소화율 증가와 관련된 동물의 성능(계란 생산, 성장, FCR, 포유모돈의 체중 감소 감소)을 개선하는 것으로 나타났습니다.

또한, 조사에 따르면 보충 β-mannanase는 에너지 이용 효율 향상에 대한 의미와 함께 FIIR을 감소시킬 수 있습니다.

특정 β-mannanase 가수분해 산물과 위장 발달, 면역 및 미생물 군집화 사이의 관계를 밝히는 것은 특히 최적이 아닌 환경 조건과 무항생제 프로그램에서 위장 건강과 기능 향상을 위한 영양 전략을 개발하는 데 도움이 될 것입니다

 

 

Significance of single &beta;-mannanase supplementation.pdf

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