Enhancement of daily gain and feed efficiency of growing heifers by dietary supplementation of β-mannanase in Hanwoo

 

 

 

Enhancement of daily gain and feed efficiency of growing heifers by dietary supplementation of β-mannanase in Hanwoo

 

 

 

Abstract

 

β-만난분해효소(β-mannanase)는 식물 세포벽에 풍부한 복합 다당류인 만난(mannan)을 분해하는 효소이다.

기존 연구에 따르면, 팜커널박·코프라박·대두피 등 만난 함량이 높은 사료원료(high mannan-containing feedstuffs, HMCF)를 사용하는 경우 β-만난분해효소를 사료에 첨가하면 사료의 소화율과 이용성이 향상되는 것으로 보고되어 왔다.

 

반추가축에서도 β-만난분해효소 급여는 산양과 홀스타인 송아지의 성장률을 증가시키는 효과가 확인되었다.

그러나 성장기 한우 암컷에게 β-만난분해효소를 급여한 연구는 아직 보고된 바 없으며, 또한 일반적인 옥수수-대두 기반 농후사료(corn-soy based diet, CS)에서도 동일한 효과가 나타나는지에 대해서는 거의 알려져 있지 않다.

따라서 본 연구에서는 CS 또는 HMCF 기반 농후사료를 급여하는 한우 육성기 암송아지에서 β-만난분해효소 첨가효과를 규명하고자 하였다.

 

이를 위해 평균 체중 236.2 ± 1.1 kg, 생후 11개월령의 한우 암송아지 40두를 공시하여 12주간 사양시험을 수행하였다.

조사료는 총혼합사료 형태(TMR; 호밀 250 g/kg, 농후사료 750 g/kg)로 자유채식(ad libitum) 방식을 적용하였다.

실험 설계는 두 종류의 농후사료(CS 또는 HMCF)와 β-만난분해효소(800,000 U/kg DM; CTCZYME^®, CTC Bio Inc., Seoul, Korea) 첨가 여부(농후사료 내 1 g/kg)로 구성된 2×2 요인배치법을 적용하였다.

 

시험 결과, 두 종류의 사료 기초식에 관계없이 β-만난분해효소를 첨가한 처리구에서는 평균 95g/d(각각 CS에서 +111 g/d, HMCF에서 +90 g/d)의 유의적인 증체량(ADG) 증가가 관찰되었다.

건물섭취량(DMI)은 처리 간 차이가 없었으나, 사료효율(DMI/ADG)은 평균적으로 1.3 감소하는 경향을 보였다.

한편 기초식 간 비교에서는 CS 급여구의 ADG(943 g/d)가 HMCF 급여구(854 g/d)보다 유의적으로 높았다.

이상의 결과는 기초사료 구성에 상관없이 β-만난분해효소가 한우 육성우의 성장률과 사료효율을 향상시킨다는 점을 시사한다.

따라서 β-만난분해효소의 급여는 한우 육성우의 사료 이용성 증진에 유효한 전략임을 결론지을 수 있다.

 

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1.  Introduction

 

사료비 절감과 환경적 지속가능성 제고를 위하여, 최근 동물영양 분야에서는 농업 부산물의 효율적 활용에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다.

일부 부산물 기반 단백질원은 높은 수준의 β-만난을 함유하고 있으며, 대표적으로 팜커널박, 코프라박, 대두피 등이 이러한 고만난 사료원료(high mannan contained feedstuffs, HMCF)에 속한다.

HMCF에 포함된 만난은 소화관 내 내용물의 점도를 증가시켜 비반추동물에서 영양소와 수분의 흡수를 저해할 수 있다(Chauhan et al., 2012).

이러한 부정적 영향은 만난을 분해하는 효소인 β-만난분해효소(β-mannanase)를 사료에 첨가함으로써 완화될 수 있다.

다수의 연구에서 β-만난분해효소를 고만난 사료 기반 식이에 첨가할 경우 가금류(Jackson et al., 2004; Lee et al., 2003; Li et al., 2010; Wu et al., 2005)와 돼지(Li et al., 2012; Lv et al., 2013; Pettey et al., 2002; Yoon et al., 2010)의 소화율과 사료 이용성이 향상된다고 보고하였다.

송아지에서도 대두 기반 대체유(Nabté-Solís, 2009) 또는 농후사료 스타터(Lee et al., 2010)에 β-만난분해효소를 첨가했을 때 긍정적인 생리·성장 반응이 관찰되었다.

또한, 저자들의 이전 연구에서는 높은 수준의 HMCF를 급여한 산양에서 β-만난분해효소 첨가가 평균증체량(ADG), 사료효율, 질소 유지율을 개선한다는 결과를 보고한 바 있다(Lee et al., 2014).

 

따라서 본 연구는 성장기 암송아지의 농후사료가 전통적 옥수수-대두 기반이든 또는 HMCF 기반이든, β-만난분해효소의 첨가가 성장 성적(일일 섭취량, 체중 증가량, 사료전환율)에 어떠한 영향을 미치는지를 규명하고자 하였다.

이를 위해 국내에서 주된 육우 품종인 한우 암송아지를 대상으로 사양시험을 수행하고, 성장 지표 및 사료 이용성을 종합적으로 평가하였다.

 

 

2.  Materials and methods

 

본 연구는 한우 육성우(총 40두, 평균체중 236 ± 1.1 kg, 평균 월령 11개월 )를 대상으로 12주간 β-만난분해효소(CTCZYME®) 첨가가 성장 성적에 미치는 영향을 평가하였다.

실험은 옥수수-대두(CS) 기초식과 고만난 부산물(HMCF) 기초식, 그리고 효소 첨가 여부(1g/kg DM)를 조합한 2×2 요인배치 설계로 수행하였다.

시험사료는 호밀 25%와 농후사료 75%로 구성된 TMR로 급여되었으며, NRC(2000) 기준 ADG 850 g/d 수준에 맞추어 배합하였다. 성장 지표(DMI, ADG, FCR)를 평가하기 위해 모든 공시우는 자유채식 방식으로 사양하였다.

 

 

◆  처리구별 배합비 차이

전체적으로 네 처리구는 두 가지 요인에 의해 구성됩니다:

• Low mannnan diet (저만난 사료) → CS, CS_ENZ
• High mannan diet (고만난 사료) → HMCF, HMCF_ENZ

β-mannanase 첨가 여부

• 무첨가: CS, HMCF
• 첨가: CS_ENZ, HMCF_ENZ

 

 

◆  처리구별 CS/CS_ENZ : HMCF/HMCF_ENZ 배합비 주요 차이

원료	CS/CS_ENZ	HMCF/HMCF_ENZ	비고
Soy hulls	0	110	고만난 사료의 핵심 원료
Copra meal	0	76	만난 함량 높음
Palm kernel meal (PKM)	0	17	만난 함량 매우 높음
Corn	276	150	고만난 사료에서 크게 감소
Soybean meal	25	0	단백질원 구성 차이
Wheat bran	37	75	섬유질 원료 증가

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Results 

 

 

β-만난분해효소를 첨가한 경우 한우 육성우의 평균일당증체량(ADG)은 유의적으로 증가하였으며, 그 증가폭은 평균 95 g/d(각각 CS 기초식에서 +111 g/d, HMCF 기초식에서 +90 g/d)로 나타났다

 

β-만난분해효소 첨가 시 사료전환율(FCR; 체중 1 kg 증가에 필요한 사료량)은 평균 1.3 감소하는 경향을 보였다

 

옥수수-대두 기반 농후사료를 급여한 처리구의 ADG는 HMCF 기반 사료를 급여한 처리구보다 유의적으로 높게 나타났다.

 

 

◆ ADG (평균일당증체량, g/day)

 

항목	CS	CS_ENZ	HMCF	HMCF_ENZ
ADG (g/day)	888	998	814	894

 

통계적 해석

• Diet P = 0.05 → 기초식 간 차이 유의적 → CS(저만난) > HMCF(고만난)
• ENZ P = 0.03 → 효소 첨가 효과 유의적 → 효소 추가 시 ADG 증가
• Diet × ENZ interaction = 0.72 → 상호작용 없음
  → 효소 효과는 기초식 종류와 무관하게 일정하게 나타남.

 

• β-만난분해효소는 ADG를 평균 95 g/d 증가시킴.
• CS 기초식이 HMCF보다 기본적으로 더 높은 성장 성적을 나타냄.

 

 

◆ DMI (건물섭취량, kg/day)

• 사료 섭취량 차이는 없음.
  → ADG 증가가 “사료 섭취량 증가 때문이 아니라, 사료 이용성 향상 때문임”을 시사.

 

◆  FCR (사료전환율 = 사료 kg / 증체 1kg)

항목	CS	CS_ENZ	HMCF	HMCF_ENZ
FCR	9.1	8.2	9.2	8.1

 

통계적 해석

• Diet P = 0.61
• ENZ P = 0.06 → 경향적 유의성
  → P<0.1 수준에서 효소 첨가 시 FCR 개선 경향
• Diet×ENZ = 0.50 → 상호작용 없음

 

β-만난분해효소는 사료효율(FCR)을 약 1.0~1.1 정도 개선하는 경향을 보임.
이는 “같은 양을 먹어도 더 빨리 자란다”는 의미.

 

 

 

 

 

◆ 전체 종합 해설

ADG는 식이 유형과 효소 첨가의 영향을 받음

• CS > HMCF
• ENZ 첨가 시 두 식이 모두 성장률↑
  상호작용 없음 → 효소 효과는 보편적으로 일관됨
• 사료섭취량(DMI)에는 차이가 없음
  → 효소 효과는 “섭취 촉진”이 아니라 “소화·이용성 향상” 때문
• FCR은 효소 첨가 시 개선 추세
  → 사료 1kg당 체중 증가량이 증가함

 

β-만난분해효소는 한우 육성우에서도 성장 성적 개선 효과를 명확히 보임

• 효소 첨가 → ADG 유의적 증가(평균 +95 g/day)
• 효소 첨가 → FCR 개선 경향(더 적은 사료로 더 많이 성장)
• 기초식은 CS가 HMCF보다 기본 성장 성적이 더 좋음
• DMI는 차이 없음 → 효소 효과는 소화·흡수 효율 향상 때문

 

 

 

 

 

 

4. Conclusion 

1) 평균일당증체량(ADG)

• β-만난분해효소(ENZ) 첨가 시 ADG가 평균 95 g/day 증가
  ➡  CS 기초식: +111 g/day
  ➡  HMCF 기초식: +90 g/day
• Diet × ENZ 상호작용 없음
  ➡  효소 효과는 두 가지 기초식 모두에서 일관되게 나타남.

➡ β-mannanase 첨가 → 성장률이 뚜렷하게 증가하는 유의적 효과

 

2) 건물섭취량(DMI)

• DMI는 처리 간 차이가 없음.
  ➡ 사료 섭취량이 늘었기 때문이 아니라,
  효소에 의한 소화·이용성 증가로 ADG가 높아졌음을 시사

 

3) 사료전환율(FCR)

• ENZ 첨가 시 평균 1.3 단위 감소하는 경향 (P = 0.06)
  ➡ 사료효율 개선 추세
  
  
• FCR = 1 kg 체중 증가에 필요한 사료량이므로 숫자가 낮을수록 사료효율이 좋다는 의미
  ➡ 같은 양의 사료를 먹어도 효소 처리구가 더 잘 자람

4) 기초식(Diet)의 차이

• CS(옥수수–대두 기반) 사료를 급여한 처리구가
  HMCF(고만난 부산물 기반)보다 ADG가 유의적으로 높음 (P = 0.05)
  ➡ 만난 함량이 높은 HMCF는 기본적으로
  소화효율·성장률이 상대적으로 낮다는 기존 지식과 일치.

5) 반복측정(Repeated Measures) 분석

• 월(month) × 처리(treatment) 간 상호작용 유의적(P < 0.05)
  → 시간 경과에 따라 처리별 체중 증가 패턴이 서로 다름.
• 월별 체중 증가량(추정치):
  → CS: 26.3 kg/month
  → CS_ENZ: 29.0 kg/month
  → HMCF: 23.0 kg/month
  → HMCF_ENZ: 25.8 kg/month
  
  ➡ ENZ 처리구가 두 기초식 모두에서 월별 체중 증가가 쿠 늘었음
  ➡ CS_ENZ가 전체 처리구 중 가장 빠르게 성장

최종 요약

• β-mannanase 첨가 → ADG가 유의적으로 증가(+95 g/day)
• DMI 변화 없음 → 소화율 및 영양소 이용 개선 효과
• FCR 개선 경향 → 사료효율 향상
• CS > HMCF → 고만난 부산물 사료는 성장률이 낮음
• 월별 체중 변화에서도 효소 효과가 뚜렷하게 나타남

 

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고찰(Discussion)

본 연구는 β-만난분해효소(β-mannanase)를 사료에 첨가했을 때, 한우 육성우의 성장 성적에 유익한 영향이 있는지를 규명하고자 수행되었다. 

본 연구 결과, β-만난분해효소 첨가에 의해 일일증체량(ADG)이 유의적으로 향상되었으며, 사료섭취량(DMI)에는 변화가 없었기 때문에 전체적으로 사료전환율(FCR)이 개선되는 경향을 보였다. 이러한 효과는 사료 중 만난 함량(팜커널박, 코프라박, 대두피 등)이 높든 낮든 일관되게 나타났다.

이와 유사하게, 반추가축 중 산양을 대상으로 수행된 이전 연구(Lee et al., 2014)에서도 고만난 사료 급여 시 β-만난분해효소 첨가가 ADG, 사료효율, 질소이용률을 개선하는 것으로 보고된 바 있다. 

그러나 본 연구는 옥수수–대두 기반의 TMR을 급여하는 육성 단계의 소에서 β-만난분해효소 첨가가 성장률과 사료효율을 향상시키는 것을 처음으로 확인한 연구라는 점에서 의의가 크다.

1) 단위동물(단위위장동물)에서의 연구와의 비교

β-만난분해효소 첨가로 성장률 및 사료효율이 향상되는 사례는 단위위 동물에서도 광범위하게 보고되어 왔다.
육계에서: CS 기반 사료에 β-mannanase 첨가 → BW 증가, FCR 개선(Cho & Kim, 2013)
비육돈에서: CS 기반 사료에 첨가 → 최종체중, ADG, 사료효율 모두 개선(Kim et al., 2013)
즉, β-만난분해효소는 단위위 동물뿐 아니라 반추가축에서도 CS 기반 사료의 영양소 이용성을 개선할 수 있음을 본 연구가 다시 확인한 셈이다.

 

2) 반추위와 단위위 동물 간 모드 오브 액션(mode of action)의 차이

β-만난분해효소가 사료 이용성을 향상시키는 작용기전은 단위위 동물과 반추가축에서 동일하지 않을 가능성이 있다.
단위위 동물에서 보고된 작용기전
DM, 질소, 에너지 소화율 증가(Cho & Kim, 2013)
DM, Gross energy, mannose, galactose 소화율 증가(Kim et al., 2013)
→ 즉, 직접적인 소화율 개선이 핵심 기전

반추가축에서의 작용기전
산양 연구(Lee et al., 2014)에서는 소화율 증가는 나타나지 않음
오히려 질소대사 개선(N-retention 증가)이 ADG 개선과 연관된 것으로 보고됨
➡ 반추가축에서는 소화율 향상보다는 질소 이용성 개선이 주요 기전일 가능성

따라서 향후 연구에서는 반추가축에서의 실제 생리적 개선 요인을 정밀하게 규명할 필요가 있다.

 

3) 효소 급여 수준의 적정성 문제

본 연구에서는 β-mannanase를 600 U/kg DM 수준으로 급여하였다.
작은 반추가축(산양): 480 U/kg DM으로도 충분(Lee et al., 2014)
단위위 동물(돼지·닭): 400 U/kg DM에서 성장률·소화율 개선(Kim et al., 2013; Yoon et al., 2010)

➡ 즉, 반추가축에서도 600 U/kg DM은 필요 이상 높은 수준일 가능성
➡ 성장우(heifers)에서의 최적 급여량을 규명하기 위한 용량반응(dose-response) 연구가 필요함.

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Discussion

• β-mannanase 첨가 → ADG 증가 및 FCR 개선 경향
• 사료 섭취량(DMI)은 변화 없으므로 효과는 사료 이용 효율 개선에 기인
• 단위위 동물과 반추가축에서의 작용기전이 다를 수 있음
• 반추가축에서는 질소대사 개선이 주요 기전일 가능성이 큼
• 본 연구는 육성기 한우에서 CS 기반 TMR에 효소 첨가 효과를 입증한 최초 연구
• 가장 적정한 효소 급여 수준을 찾기 위한 추가 용량반응 연구가 필요

 

Closing Remarks 

본 연구 결과, β-만난분해효소를 건물 기준 600 U/kg 수준으로 첨가할 경우, 조사료:농후사료 비율이 1:3인 옥수수–대두 기반 또는 고만난(HMCF) 기반 TMR을 급여한 한우 육성우의 성장률과 사료효율이 향상되는 것으로 나타났다. 

따라서 β-만난분해효소의 급여는 한우 육성우의 사료 이용성을 개선하는 데 유익한 전략이 될 수 있음을 확인하였다. 

다만, 반추가축에서 β-만난분해효소가 성장 성적을 개선하는 기저 생리적 기전에 대해서는 추가적인 연구가 필요하다.

 

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