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ISSN : 1598-5504(Print)
ISSN : 2383-8272(Online)
Journal of Agriculture & Life Science Vol.48 No.6 pp.243-251
DOI : https://doi.org/10.14397/jals.2014.48.6.243

The effect of Sodium Bicarbonate and Liquid Buffer on Milk Yield, Milk Composition and Blood Metabolites of Holstein Dairy Cows

Mi-Jeong Ko1, Dae-Soo Kim1, Se-Young Jeong1, Byul Kim1, Ok-Deuk Kang1, Sung-Chul Lee2, Wang-Shik Lee1*
1Faculty of Biotechnology, College of Applied Life Science (SARI), Jeju National University, Jeju, Korea
2Nongwon Dairy Farm, Jeju, Korea
Corresponding Author : Wang-Shik Lee Tel: +82-64-754-3333 Fax: +82-64-725-2403 wangslee@jejunu.ac.kr
July 3, 2014 November 17, 2014 November 24, 2014

Abstract

Sodium bicarbonate has been widely utilized as a rumen pH buffer yet they tend to decrease palatability in parallel with the amount added in feed. In the current study, therefore we investigated effects of use of the liquid buffer as a cow feed additive which was designed to elicit buffering effects on rumen pH without compromising the palatability of feeds. A total of twenty seven mid-lactation dairy cows were included and then assigned into either 1) the control group, 2) the sodium bicarbonate group, or 3) the liquid buffer group (n = 9 per each group). For the control group, cows were fed with self-formulated TMR (Total Mixed Ration) for lactating cows while sodium bicarbonate (150 g sodium bicarbonate/cow/day) and liquid buffer (15 mL liquid buffer/cow/day) were fortified into the control diet for the sodium bicarbonate group and the liquid buffer group, respectively. In the results of feeding experiment, the milk yields of the control group, sodium bicarbonate group, and liquid buffer group were found to be 23.82, 23.91, and 24.91 kg, respectively; although there was a trend toward increase in the milk yield of the liquid buffer group, no statistical significance was noted. When it comes to the milk composition, there were significant differences in milk protein and non-fat milk solids in the group treated with the liquid buffer compared to those of the control group (p < 0.05). Compared to the control group, the blood levels of glucose and cholesterols were slightly elevated by the liquid buffer treatment but no statistical significance was found amongst treatments. Taken together, we demonstrated that fortification of the liquid buffer proposed herein increased productivity, the milk composition in particular, hence might be utilized as a feed additive for ruminants in order to replace sodium bicarbonate conventionally used for rumen pH buffer.


중조 및 액상형 완충제 급여가 홀스타인 젖소의 산유량, 유성분 및 혈액성상에 미치는 영향

고 미정1, 김 대수1, 정 세영1, 김 별1, 강 옥득1, 이 성철2, 이 왕식1*
1제주대학교 생명자원과학대학 생명공학부(SARI)
2농원목장

초록

반추위 pH 조정제로서 일반적으로 중조가 많이 사용되고 있으나 사료에 중조의 첨가량을 증가시키는 경우에 기호성을 저하시키는 경향이 있다. 따라서 본 연구에서는 사료의 기호성에 영향을 미치지 않으 면서 반추위 완충효과를 나타내도록 개발된 액상형 완충제의 젖소사료 첨가제로서의 이용효과를 구명하 기 위하여 수행되었다. 시험축으로 착유 중기 젖소 27두를 공시하였으며, 처리는 대조구와 중조 첨가 구, 그리고 액상형 완충제 첨가구로 하여 처리별 9두씩 배치하였다. 대조구는 착유우용 자가배합 TMR 사료를 급여하였으며, 중조 첨가구는 대조 사료에 중조를 두당 1일 150g 추가하여 급여하였고, 액상형 완충제 첨가구는 같은 방식으로 액상형 완충제를 두당 15ml 추가하여 사양시험을 수행하였다. 시험결과 산유량은 대조구, 중조 및 액상형 완충제 첨가구의 경우에 각각 23.82, 23.91, 24.91kg으로 대조구에 비하여 액상형 완충제 처리구에서 다소 증가하는 경향이었으나 처리 간에 뚜렷한 유의 있는 결과를 보 여주지는 않았다. 처리에 따른 유성분 변화에서는 유단백질 및 무지고형분에서 액상형 완충제를 첨가한 경우에 대조구에 비해 유의 있는 증가(p < 0.05)를 보여주었고, 유지율에서도 대조구에 비하여 처리구 가 다소 증가하는 경향을 보였다. 혈액성분 중 포도당과 콜레스테롤은 대조구에 비해 액상형 완충제의 첨가구에서 다소 증가하였으나, 처리 간에 유의 있는 차이를 나타내지는 않았다. 따라서 개발된 액상형 완충제의 추가급여 시 생산성 증대, 특히 유성분 증가 효과가 있어 반추위 pH 조정을 위하여 일반적으 로 이용되고 있는 중조를 대체하여 반추동물의 사료첨가제로 이용이 가능할 것으로 평가되었다.


    Rural Development Administration
    PS0089932013

    I.서론

    건강한 소의 제1위 내 평균적인 pH는 낮은 경우 약 pH 6.6 정도이며, 높은 경우 pH 7 정도를 유지 하고 사료섭취 후 5.8 이하로 떨어지는 경우가 많 다. 소의 반추위 pH는 하루 사이에도 변동이 심하 며 이는 사료에 포함된 발효성 탄수화물에 의한 작 용이 주된 원인이다(Krause & Oetzel, 2006). 낙농 농가에서는 비유중인 젖소에게 보다 많은 우유 생산 을 위해 소화속도가 빠른 가용성 탄수화물의 함량이 높은 농후사료를 다량으로 급여하는 경향이 있다. 전분이나 당과 같은 비구조성 탄수화물의 발효는 다 량의 휘발성지방산과 젖산을 생성시켜 반추위 내 pH를 하락시킨다(Briggs et al., 1957; Rumsey et al., 1970). Krause & Oetzel (2006)의 리뷰에 의 하면, 젖소의 우유생산량을 최대로 올리기 위해 급 여하는 농후사료는 반추위 산성증의 발병 가능성을 높인다고 하였다. 반추위 pH가 지속적으로 낮게 유 지되면 반추위 내 미생물군의 기능을 악화시키며 (Shi & Weimer, 1992), 반추위의 섬유소 소화능력 을 감소시킨다(Krajcarski-Hunt et al., 2002). 이 에 따라 반추위에서 사료를 소화시킬 수 있는 소화 효소의 생산이 감소되며, 소화불량 및 대사성 질환 을 야기할 수 있다.

    반추위 내 pH 저하는 완충제를 급여함으로써 예 방할 수 있다. 일반적으로 완충제로써 가장 많이 사 용하는 것은 중조(sodium bicarbonate;SB)이다. SB 는 유기산의 수소 이온을 완충시키는 약 염기이며 (Ha et al., 1983), 식용 SB의 섭취는 반추위 pH를 상승시키고 반추위 상피조직의 손상과 아급성 반추 위 산중독증(subacute ruminal acidosis;SARA)을 동반하는 반추위 정체(ruminal stasis)를 예방해준 다(Kezar & Church, 1979).

    중조는 반추위 환경을 적절하게 유지시킬 수는 있 지만 급여할 시 첨가량이 많아질수록 기호성이 낮아 진다는 단점을 가지고 있다. Cooper et al.(1995)는 반추동물들이 스스로 사료 섭취 후 저하되는 반추위 pH를 적절한 상태로 유지하고 반추위 삼투농도를 증가시킬 수 있도록 본능적으로 사료선택을 한다고 하였다. 또한 건초를 섭취하게 되면 침 생산을 더 활발히 하게 되어 반추위 완충효과에 도움이 되는 데, Keunen et al. (2002)의 연구에서 SARA를 유 도시킨 젖소가 알팔파 펠렛보다는 알팔파 건초를 더 선호하는 결과를 보여 Cooper et al.(1995)의 주장 에 부합하였다. 그러나 SARA를 유도시킨 젖소에 대 한 몇 가지 SB 기호성 연구들(Cumby et al., 2001; Keunen et al., 2003)에서 반추동물 스스로가 본능 적으로 적절한 반추위 환경을 유지시켜줄 수 있는 사료를 선택하게 된다는 이전의 연구결과들(Cooper et al., 1955; Keunen et al., 2002)과는 달리, SB 의 섭취량이 적은 결과를 보였다. 이 점은 분말형태 인 SB의 풍미가 기호성을 떨어뜨려 소가 충분히 섭 취하려 하지 않는 것이라 할 수 있다. SB의 첨가에 의하여 기호성이 저하됨에 따라, 사료섭취량이 더불 어 감소하게 되어 오히려 젖소의 생산성에 영향을 미칠 수 있다. 그에 반해 액상형 완충제는 굴의 패 각분에 고온·고압 처리를 가하여 액체 형태로 만든 것으로 성분은 SB와 비슷하나 무미, 무취의 특성을 가져 기호성에 영향을 주지 않는다. 또한 대부분을 중국에서 수입하는 중조와는 달리 국내에서 생산하 기 때문에 SB에 비해 경제적인 이점이 있다. 본 실 험은 국내에서 일반적으로 사용되고 있는 중조의 낮 은 기호성으로 인한 젖소의 생산성 하락을 보완하기 위해 개발된 액상형 완충제의 이용효과를 구명하기 위하여 수행되었다.

    II.재료 및 방법

    2.1.공시축 및 사양관리

    공시축으로 상업 농장에서 사육되는 Holstein 착유 중기 젖소들 중, 분만 산차가 3~5산인 젖소 들 사이에서 각 처리별로 평균 유량이 25 kg 내 외이고 평균 체중이 650 kg 내외인 젖소 27두를 선발하여 8주 동안 사양시험을 수행하였다. 시험 처리는 대조구와 중조 첨가구, 그리고 액상형 완 충제 첨가구로 하여 처리별 9두씩 배치하였다. 매 일 오전 11시에 기초 사료로서 착유우용 자가배합 TMR사료를 급여하였다. 미네랄 블록은 급여하지 않았으며 물은 자유 섭취할 수 있도록 하였다. 대 조구는 기초 사료인 자가배합 TMR사료만 급여하 였으며, 중조 첨가구는 기초 사료에 중조를 두당 1일 150 g을 추가하여 급여하였다. 액상형 완충제 첨가구는 같은 방식으로 기초 사료에 액상형 완충 제를 두당 15 ml씩 추가로 급여하는 방식으로 사 양시험을 수행하였다. 기초사료로 사용된 자가배 합 TMR사료의 구성과 영양성분 함량은 Table 1 에 나타내었다.

    2.2.조사항목

    2.2.1.산유량 및 유성분 분석

    젖소의 착유는 일일 2회, 오전 6시와 오후 5시 에 파이프라인 착유시스템으로 착유하였으며 이동 식 디지털 유량계인 Lactocorder(Werkjeug-und Maschinenbau Berneck AG)로 산유량을 측정하 였다. 유성분은 MilkoscanTM(Foss Co.)을 이용하 고 체세포 수는 FossomaticTM(Foss Co.)을 이용하 여 측정하였다.

    2.2.2.혈액 중 대사물질

    사양시험 8주째에 사료를 급여하기 전인 오전 10시에 각 처리구 젖소의 꼬리정맥으로부터 소듐 헤파린 처리된 10 ml의 Vacutainer로 혈액을 채 취한 후 원심분리기를 이용하여 2,500 rpm으로 15분간 원심분리 하였다. 분리된 혈장은 혈액 자동 분석기 reflotronplus(Roche Diagnostics GmbH Mannheim, Germany)를 이용하여 혈액 중 대사 물질 glucose, cholesterol, creatinine, urea, ALP (alkaline phosphatase), GOT(glutamic oxaloacetic transaminase)와 GPT(glutamic pyruvic transaminase) 를 분석하였다.

    2.3통계처리

    시험결과에 대한 통계분석은 SAS (2000) package program에 의하여 수행되었으며 분산 분석 후에 유의성이 있는 경우 Duncan's multiple range test (1955)에 의하여 검정하였다.

    III.결과 및 고찰

    3.1.우유 생산량 및 우유 성분

    각 처리 별 일일 두당 산유량, 유성분 및 체세포 수를 Table 2에 제시하였다. 일일 두당 산유량은 대 조구, 중조 첨가구, 액상형 완충제 첨가구 순으로 각각 23.82 kg/두, 23.91 kg/두, 24.91 kg/두이며, 대조구나 중조 첨가구에 비하여 액상형 완충제 첨가 구에서 다소 증가한 경향을 보였다. 중조를 당밀에 혼합하여 블록형태로 만든 당밀버퍼블록의 SARA에 대한 효과를 평가하기 위한 Krause et al. (2009) 의 연구에서 우유생산량은 버퍼블록 처리구와 대조 구 간에 큰 차이는 보이지 않았으나 시험단계에 따 라 통계적으로 유의한(P<0.05) 차이를 보인 시기도 있었다. 시험단계는 크게 시험사료에 대한 반응기, SARA유도기 그리고 회복기로 나누었는데 처리구와 대조구 모두 SARA유도기에 우유생산량이 유의하게 감소하였다. 이러한 결과는 젖소의 반추위 pH가 적 절히 유지되지 못할 경우 우유생산량에 부정적인 영 향을 미칠 수 있다는 점을 보여준다. Krause et al. (2009)의 연구에서 당밀버퍼블록이 우유생산량에 큰 영향을 주지 못한 것은 제한된 공시 두수와 짧은 연 구기간으로 인한 것으로 사료된다.

    유지방 평균은 대조구 3.92%, 중조 첨가구 4.27%, 액상형 완충제 첨가구 4.08%로 처리 간 에 유의적인 차이는 없었으나 중조나 액상형 완 충제를 첨가 급여한 그룹에서 다소 증가하는 경 향을 보였다. 유지방 감소가 흔히 SARA와 관련 이 있다는 점은 이전부터 많은 사람들에 의해 연 구되었으며 반추위내 trans-oleic acid 농도의 상승이 유지방 감소의 원인이 된다고 보고되어 왔다(Kalscheur et al ., 1997; Khorasani & Kennelly, 2001; Oetzel, 2003; Hu & Murphy, 2005). Oetzel (2003)은 반추위 내 불포화 지방 산의 생체수소첨가반응(biohydrogenation)에 의 해 유지방 저하가 야기되며, 특히 trans 형태의 불포화 지방산이 젖소의 유선에서 발생하는 유지 방 합성에 억제제로 작용한다고 하였다. 또한 그 는 반추위 산성증이 반추위 내 지방산 생체수소 첨가 작용을 하는 미생물들을 방해하여 trans 지 방산의 흡수를 증가시킬 수 있어 반추위 산성증 과 유지방 저하가 어느 정도 연관이 있다고 제안 하였다. Khorasani & Kennelly (2001)의 농후사 료와 조사료의 비율 그리고 완충제 첨가 여부가 홀스타인 착유후기 젖소의 반추위 발효특성, 우유 생산량 그리고 우유성분에 미치는 영향에 대한 연구 결과에 의하면 높은 수준의 농후사료에 완 충제를 첨가하지 않은 처리에서 유지방 함량이 가장 낮았으며 반면 완충제를 첨가한 처리에서는 유지방 저하가 방지되었다는 결과를 얻었다. Hu & Murphy (2005) 또한 착유 전기와 중기 젖소의 중조 섭취에 대한 반응을 통계적으로 평가하는 연구를 통하여 이들의 결과를 뒷받침 하였다. 중 조를 첨가한 경우가 그렇지 않은 경우에 비해 유 지방량이 유의하게 증가하는 결과를 나타내어 이 전에 언급한 논문들의 결과와 유사하였으며 높은 수준의 농후사료를 섭취할 경우에 완충제의 첨가 에 의하여 반추위에서의 trans-oleic acid 생산 을 감소시킬 수 있다고 보고하였다. Kalscheur et al . (1997)의 연구에서도 완충제를 급여 받지 않은 젖소의 유지방 생산량에 비해 완충제를 급 여 받은 젖소의 유지방 생산량이 높았으며 반추 위 pH와 trans-oleic acid 사이의 관계를 미루어 볼 때 식용 완충제를 급여 받은 젖소에서 보여 지는 반추위 pH 상승이 trans-oleic acid가 십이 지장으로 유출되는 흐름을 감소시켜 유지방 저하 현상을 완화시킨다고 주장하였다. 이러한 점들로 미루어볼 때, 본 시험에서 완충제를 공급하지 않 은 대조구에서 중조나 액상형 완충제를 공급받은 처리구에 비해 유의하지는 않으나 유지방이 다소 낮아지는 경향을 보여 이들의 주장을 뒷받침 할 수 있을 것으로 사료된다.

    유단백질 함량은 액상형 완충제 첨가구의 경우 3.50%로 대조구 3.10%과 비교하여 유의하게 증가하 였다(P<0.05). 중조 첨가구의 유단백질 또한 3.34% 로 유의 있는 차이를 보여주지는 않았으나 대조구의 유단백질에 비해 다소 높은 경향을 보였다. 한편 MUN(milk urea nitrogen)은 대조구 14.25 mg/100ml, 중조 첨가구 15.72 mg/100ml 그리고 액상형 완충제 첨가구에서 15.50 mg/100ml로 처리 간에 차이가 없는 것으로 나타났다. Johnson & Young (2003)은 유단백질 함량이 높아짐에 따라, MUN은 감소한다고 하였다. 유단백질 함량과 MUN 사이의 부(-)의 상관관계에 의해, MUN이 낮은 것 은 체내에서 조단백질 사용량이 높은 것이라 할 수 있어 질소이용효율(nitrogen utilization efficiency; NUE)이 좋다는 것을 의미한다(Johnson & Young, 2003). Johnson & Young (2003)의 연구에서 홀스 타인 젖소의 우유생산량과 유단백질 함량을 여러 단 계로 분류하여 그에 따른 MUN 수치를 제시하였는 데, 같은 수준의 우유생산량을 가질 때 유단백질 함 량이 높은 개체들의 MUN이 유의하게 낮은 결과를 보였다. Johnson & Young (2003)이 제시한 기준 으로 본 실험의 처리구들을 분류하면 모든 처리의 우유생산량 수준은 유사하고 유단백질 함량 수준은 대조구가 3.01-3.20%에 해당하였으며 중조와 액 상형 완충제 급여구가 >3.20%에 해당하였다. Johnson & Young (2003)의 연구결과대로라면 중조와 액상 형 완충제 급여구의 MUN이 대조구에 비하여 낮아 야 하지만 본 연구결과에서는 모든 처리 간에 통계 적으로 유의한 차이는 없었으며 대조구에서 다소 낮 은 경향을 보였다.

    무지고형분은 액상형 완충제 첨가구에서 8.95% 로 유의하게 높았으며 대조구는 8.52%로 가장 낮 은 결과를 보여주었다. 중조 첨가구의 무지고형분은 8.83%으로 대조구와 비교하여 유의하지는 않으나 다소 높은 경향을 나타냈다.

    체세포수는 중조 첨가구에서 480.89 천개/ml로 다소 높았으며, 대조구와 액상형 완충제 첨가구는 각각 319.37 천개/ml과 308.28 천개/ml로 처리 간 에 유의 있는 차이를 보여주지 않았다. 젖소의 반 추위 pH와 단쇄 휘발성지방산의 상관관계에 관한 이탈리아 파도바 대학의 연구에서 프로피온산, 아 세트산 그리고 젖산 등과 같은 단쇄 휘발성지방산 의 수준과 반추위 pH는 역의 연관성을 가진다는 결과를 보고하였다(Morgante et al. 2007; 2009). 반면에 반추위 휘발성 지방산 중 하나인 n-valerate 와 체세포수 사이에는 정(+)의 상관관계가 있다고 보고하였다(Morgante et al. 2007; 2009). 즉, 반 추위 내에서 valeric acid의 수준이 높아질수록 우 유의 체세포수도 증가한다는 것을 의미한다. 완충 제의 급여가 반추위 pH를 상승시켜 반추위 환경을 안정시켜줄 수 있다고 보고하였으나(Morgante et al., 2007; 2009; Kezar & Church, 1979), 본 연 구에서는 중조를 첨가한 처리에서 유의하지 않지만 대조구에 비해 다소 증가하는 경향을 보인 반면에 액상형 완충제 첨가구에서는 다소 낮은 경향을 보 였다.

    3.2.혈액 대사물질

    중조 및 액상형 완충제 첨가 급여가 젖소의 혈 액대사 물질에 미치는 영향은 Table 3에 나타내었 다. 혈장 내 glucose와 cholesterol은 모든 처리 에서 정상 범위 내 수치를 나타냈으나 대조구에서 각각 66.43 mg/100ml와 186.11 mg/100ml로 다 소 낮았으며 액상형 완충제 첨가구가 각각 75.78 mg/100ml와 204.56 mg/100ml로 처리 중 다소 높은 결과를 나타냈다.

    혈액 내 urea는 대조구 38.57 mg/100ml, 중조 첨가구 36.84 mg/100ml 그리고 액상형 완충제 첨 가구 35.12 mg/100ml로 처리 간에 유의한 차이는 없었지만 액상형 완충제 첨가구의 urea 함량이 다 른 처리에 비해 다소 낮은 경향을 보였는데 이는 액상형 완충제 첨가구의 유단백질 함량이 다른 처 리에 비해 유의하게 높은 것과 관련이 있는 것으로 사료된다. 혈장 중 요소태질소(plasma urea nitrogen; PUN)는 MUN과 높은 상관계수(r=.88)를 갖는데 (Roseler et al., 1993), 이는 요소가 혈액에서 유 선조직으로 자유롭게 확산되기 때문이라고 보고하 였다(Thomas, 1980). 본 실험에서는 처리 간에 MUN의 차이는 없으나 대조구에서 다소 낮은 경향 을 보여 Roseler et al. (1993)의 보고와 상이한 결과를 보여주고 있다.

    Creatinine은 대조구 0.82 mg/100ml, 중조 첨 가구 0.80 mg/100ml, 액상형 완충제 첨가구 0.84 mg/100ml였으며 GPT는 대조구 19.27 U/L, 중조 첨가구 17.41 U/L, 액상형 완충제 첨가구 18.75 U/L로 처리 간에 차이를 보이지 않았다. ALP는 액상형 완충제 첨가구에서 66.52 U/l로 다른 처리 에 비해 다소 높은 경향이었으며, GOT 수치는 대 조구에서 61.74 U/L로 다소 높은 경향을 보였으 나, 유의 있는 결과는 보여주지 않았다.

    3.3.젖소의 분만 후 수정일 및 최종수정횟수

    중조 및 액상형 완충제 첨가급여가 젖소의 분만 후 수정일 및 최종수정횟수에 미치는 영향에 대한 결과는 Table 4에 나타내었다. 분만 후 수정일은 대 조구 66.00일, 중조 첨가구 66.75일, 액상형 완충제 첨가구 67.60일로 처리구간 차이가 없었다. 최종 수 정 횟수는 대조구 1.83회, 중조 첨가구 1.63회, 액 상형 완충제 첨가구 1.57회로 처리구간 차이가 없었 다. Sarwar et al. (2007)은 중조 첨가량에 따라 비 유 초기 젖소의 생산성에 미치는 영향에 관한 연구 에서 중조 첨가 수준이 높을수록 통계적인 유의차 는 없으나 수정률이 다소 증가하고 수정횟수가 감 소하는 경향을 보였다고 보고하였다. 이 점은 중조 첨가 수준이 높은 그룹의 건물섭취량(dry matter intake;DMI)이 유의적으로 증가한 것에 기인된 결 과로 판단된다. 사료 섭취량과 연관이 있는 인슐린 유사 성장인자(IGF-1)의 생성 수준이 높으면 여포 의 성장을 가속화시켜 난소의 기능이 향상될 수 있 다고 보고하고 있다(Butler & Smith, 1989). 본 실 험에서도 유의적인 차이는 없었으나 중조 및 액상형 완충제를 첨가한 처리에서 최종수정횟수가 다소 감 소하는 경향을 보여 이에 대해 추가적인 연구가 필 요할 것으로 사료된다.

    Figure

    Table

    Feed ingredients and nutrient composition of the basal TMR

    1)mid-lactation phase.
    2)Diet was formulated by mixing 67% corn, 15% corn germ meal, 10% wheat, 6% wheat bran and 2% vitamin-mineral mixture.

    Effects of sodium bicarbonate and liquid buffer on milk yield, milk composition and somatic cell count

    a,bMeans within a row with different superscripts are significantly different(P < 0.05).

    Effects of sodium bicarbonate and liquid buffer on blood metabolite

    Effects of sodium bicarbonate and liquid buffer on days between parturition and conception and services per conception

    Reference

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