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ISSN : 1598-5504(Print)
ISSN : 2383-8272(Online)
Journal of Agriculture & Life Science Vol.51 No.4 pp.97-109
DOI : https://doi.org/10.14397/jals.2017.51.4.97

Anti-inflammatory Effect of Natural Plant Extracts on in vitro Rumen Fermentation and Methane Emission

Shin Ja Lee1, Su Kyoung Lee1, Jung Hwa Lim2, Chang Jun Son2, Sung Sill Lee1,2*
1Institute of Agriculture & Life Science, Gyeongsang National University, Jinju, 52828, Korea
2Division of Applied Life Science, Gyeongsang National University, Jinju, 52828, Korea

† These authors contributed equally to this work.

Corresponding author : Sung Sill Lee +82-55-772-1883+82-55-772-1889lss@gnu.ac.kr
20160325 20170313 20170517

Abstract

This study was conducted to investigate the effects of anti-inflammatory plant extracts on the in vitro rumen fermentation characteristics and methane emission. Anti-inflammatory plant extracts from Morus bombycis Koidz, Mallotus japonicus L., Morus alba L., Paulownia coreana Uyeki, Isodon japonicus Hara and Ginkgo biloba L. were used in the study. The ruminal fluid(5 mL), McDougall buffer(10 mL), timothy as a substrate(0.3 g) and each anti-inflammatory plant extract(5% of substrate) were dispensed anaerobically into 50mL serum bottle. The mixtures were incubated for 3, 9, 12, 24, 48 and 72h at 39°C without shaking. Supplementation of the anti-inflammatory plant extracts did not effects characteristics(pH, digestibility of dry matter, glucose concentration, ammonia concentration, protein concentration, VFA) on rumen fermentation. Total gas was showed a different pattern depending on treatments. Carbon dioxide was significantly(p<0.05) higher in Morus alba and Isodon japonicus than in control at 48h. Methane was significantly(p<0.05) lower in treatment than in control at initial fermentation. However the more incubation time was increased, the more methane emission was higher in treatment than in control. The concentrations of polyphenol and flavonoid were higher in Ginkgo biloba. In conclusion, supplementation of the anti-inflammatory plant extracts did not effect on rumen fermentation and methane emission was decreased in initial fermentation.


천연 식물 추출물의 항염 효과가 in vitro 반추위 발효성상과 메탄 생성에 미치는 영향

이 신자1, 이 수경1, 임 정화2, 손 창준2, 이 성실1,2*
1경상대학교 부속 농업생명과학연구원
2경상대학교 응용생명과학부

초록

본 시험은 항염에 효과가 있다고 알려진 식물 추출물의 첨가가 반추위 발효와 메탄 생성에 미치는 영 향을 알아보기 위해 in vitro 실험을 수행하였다. 항염과 항산화 효과가 있는 산뽕나무, 뽕나무, 예덕나 무, 오동나무, 방아풀과 은행나무 6종을 선발하였다. 반추위액과 McDougall buffer 혼합액 15mL과 티 모시 0.3g, 각각의 추출물을 기질의 5%로 넣고 39°C에서 3, 9, 12, 24, 48 그리고 72시간 배양하였다. 항염 효과가 있는 식물 추출물의 첨가는 반추위 발효 성상(pH, 건물소화율, Glucose 농도, 암모니아 농도, 단백질 농도, 미생물 성장량, 휘발성지방산)에는 영향을 미치지 않았다. 총 가스 발생량은 각기 다른 양상을 보였으며, 이산화탄소 발생량은 48시간대에서 예덕나무와 방아풀에서 대조구에 비해 유의 적(p<0.05)으로 높았다. 또한 메탄 발생량은 배양 초기에는 대조구보다 첨가구에서 유의적(p<0.05)으로 감소하였으나, 발효가 진행될수록 대조구에 비해 첨가구에서 더 많은 메탄이 발생하였다. Polyphenol과 flavonoid는 은행나무 추출물구에서 가장 높았다. 본 시험의 결과에서 항염에 효과가 있는 식물 추출물 을 in vitro 반추위 배양액에 첨가하였을 때, 반추위 발효에는 영향을 미치지 않았고, 메탄은 초기 발효 에 저감 효과가 있는 것으로 사료된다.


    Rural Development Administration
    PJ011060

    서론

    온실가스는 지구 전체의 온난화에 15~17%정도 방조하고 있다. 그 중 메탄은 지구온난화를 가속화 시키는 주된 원인이고 연간 5억톤 이상이 대기로 방출되고 있다(IPCC, 1992). 전 세계적으로 환경문 제는 심각하게 논의할 대상으로 삼고 있으며, 특히 지구온난화에 대비하여 온실가스를 줄이기 위한 노 력이 펼쳐지고 있다. 지구에서 발생하는 온실가스 의 10~12%가 농업에서 유래되고, 이중 약 32%가 가축의 장내에서 유래하는 메탄가스인 것으로 알려 져 있다(Smith et al., 2007). 축산업에 있어 지구 의 온난화는 메탄과 관계가 크다. 우리나라의 2020 년 기준 온실가스 감축목표는 온실가스 배출 전망치 (BAU; Business AS Usual) 대비 국가 전체 30%, 농림어업 부분의 5.2%이다. 반추위에서 발생되는 메탄은 혐기 발효과정에서 메탄 생성균에 의해 발 생되며, 지구에서 발생되는 총 메탄 발생량의 약 23~27%를 차지한다(IPCC, 2007). 반추동물이 섭취 한 사료에너지의 2~15%가 메탄의 생성에 의해 손실 되며 대사에너지로 전환되는 양 또한 감소하게 된 다. 이처럼 반추동물이 발생시키는 메탄은 지구 온 난화에 영향을 미칠 뿐만 아니라 가축의 생산성 저 하와도 깊은 관련이 있어 메탄가스를 감소시키는 저 감제의 개발이 시급한 실정이다. 반추동물의 메탄 저감을 위해 화학물질 및 항생제를 이용한 여러 연 구가 진행되었으나, 생산성 저하 및 축산물 잔류와 같은 문제가 대두됨에 따라 안전한 물질인 천연물에 서 유래된 식물 추출물에 관심을 기울이고 있다. 최 근에는 장내 발효 조절과 메탄생성 감소를 위한 사 료첨가제로서 천연물질에 대한 관심이 증가하고 있 으며(Wallace et al., 2002; Wenk, 2003), 많은 연 구자들이 사포닌, 탄닌, 에센셜 오일, 유기황 화합물 등과 같은 식물유래 천연물질들을 이용하여 반추위 메탄 생성에 미치는 영향을 검토하여 일부 물질이 효과가 있음을 보고하였다(Kamara et al., 2006).

    뽕나무(Morus alba)는 혈당강하성분인 1-Deoxynojirimycin( DNJ)(Kim et al., 1999)과 혈압강하성분인 γ-aminobutyric acid(GABA)(Bang et al., 1998) 그리고 풍부한 단백질과 비타민, 미네랄(Katai, 1942) 이 포함되어 있다. Jeon et al.(2009)은 뽕나무를 사일리지 형태로 만들었을 때 건물함량은 옥수수에 비해 낮았으나 조단백질은 클로버류에 버금가는 함 량을 포함하고 있다고 하였다. 뿐만 아니라 뽕나무 사일리지에는 혈당강하성분, 혈압강하성분이 검출 되었고, 활성산소를 제거하는 항산화 효과도 나타나 가축사료로서 대안이 될 수 있을 것이라 여겨진다고 보고하였다. 산뽕나무(Morus bombycis)는 뽕나무 보다 morin의 양이 적고 상대적으로 oxyresveratrol 과 resveratrol의 양이 많다(Lee & Ha, 2009). Oxyresveratrol과 resveratrol은 모두 항산화 효능 이 있으며, resveratrol은 높은 항균력과 항암 효 과도 보고되었다. 뽕나무과에 속하는 뽕나무와 산 뽕나무는 아시아 전역에서 두루 발견되고, 약용으 로 많이 쓰이고 있다. 특히 항염증제, 항산화제와 고지혈증을 낮추는데 많이 쓰이고 있다. 예덕나무 (Mallotus japonicus)는 예로부터 위궤양이나 십 이지장궤양을 치료하는데 사용되어 왔고(Saijo et al., 1990) 담석증에도 효능이 있다고 알려져 있다 (Yook, 1990). 오동나무(Paulownia coreana) 묘목 에는 tomentoside, iridoid glycoside 성분이, 꽃에 는 sesquiterpene lactone, quinone계 화합물이, 잎에는 flavonoid류 화합물과 phenolic acid류 화합물 이 포함되어 있다. Kim et al.(2006)은 오동나무 잎은 염증 유발 매개체인 일산화 질소와 prostaglandin의 생성을 억제하고, 이들을 생성하는 iNOS와 COX-2 의 단백질 발현이 억제 되는 등 항염 효과가 있다 고 보고하였다. 방아풀(Isodon japonicus)은 다양 한 종류의 생리활성 물질 flavonoid, triterpene 및 rosmarinic acid와 그 밖의 다수의 phenylpropanoid 화합물 등과 같은 항산화 활성물질이 분리 보고되었 다(Okuda et al., 1986). 은행나무(Ginkgo biloba) 는 예부터 전통적인 중국 의약품으로 이용되어 왔다. 은행나무는 다양한 flavonoids와 terpenoid 등 여러 화합물을 가지고 있다(Kang et al., 1990; Huh et al., 1992). 은행나무는 천연 항산화 소재의 육계 사 료로도 이용 가능하며(Ko et al., 2010), 반추위 내 메탄생성 박테리아와 공생관계인 프로토조아를 제거 하여 메탄을 억제시킨다(Broudiscou et al., 2000).

    식물 추출물을 이용한 반추위 내 메탄 저감 효과 를 증명한 연구는 다양하며, 이들은 식물체가 갖는 항균 효과에 주목하고 있다. 본 연구에 사용한 식물 추출물 6종은 공통적으로 항산화 및 항염 효능을 가 진 물질들을 포함하고 있다. 따라서 본 실험은 우리 나라에서 자생하는 항염에 효과가 있는 약용식물 6 종을 이용하여 반추위 발효성상과 메탄발생 저감에 미치는 영향을 조사해 보고자 실시하였다.

    재료 및 방법

    1.공시축 및 사양관리

    국립 경상대학교 야생동물보호센터에서 사육중인 반추위 캐뉼라가 장착된 한우(체중 450kg±30kg)로 부터 in vitro 반추위 발효 시험을 위한 시험용 위 액을 채취하였다. 공시동물의 사료는 농후사료와 티 모시를 40:60으로 하여 체중의 2%를 1일 2회(09:00 및 17:00) 분할 급여하였고, 물과 미네랄 블록은 자 유섭취토록 하였다.

    2.공시재료 및 in vitro 시험설계

    공시재료로 식물추출물 6종(Table 1)은 한국식물 추출물은행에서 메틸알코올 99.9%로 추출한 것을 분양 받아 DMSO(Sigma-Aldrich Chemical Co., St. Louis, Mo, USA) 1mL에 희석 후 사용하였다. 기질은 65℃ 드라이 오븐에서 24시간 건조시킨 티 모시를 2mm로 분쇄 한 후 3cm×3.5cm 크기로 자 체 제작한 나일론 백(Ankom Forage bag: R1020)에 넣어 heat sealing하여 in vitro 실험에 사용하였 다. AOAC법(2012)으로 분석한 티모시의 화학적 조성 결과는 Table 2와 같다. 시험용 위액 준비는 오전 사 료 급여 시간 전에 반추위에 장착된 캐뉼라를 통하여 채취하였고, 4겹의 한랭사에 걸러서 O2-free N2가 충 진 된 보온용기에 담아 실험실로 운반하였다. 잔여 사료 입자를 제거하기 위해 2겹의 한랭사로 다시 걸 러낸 반추위액과 McDougall’s buffer(1948; Table 3) 를 1:2의 비율로 혼합한 배양액을 0.3g 티모시와 식 물 추출물(기질의 5% v/w)이 담긴 50mL serum bottle에 혐기상태(O2-free N2)로 15mL를 분주하고, 뷰틸 고무마개와 알루미늄 뚜껑으로 밀봉하였다. 각 처리구별 배양은 39℃의 진탕배양기(Jeio Tech, SI-900R; 120rpm)에서 시간대별(3, 9, 12, 24, 48 및 72h)로 3반복으로 수행하였다.

    3.조사 항목 및 조사 방법

    3.1.pH

    가스 발생량 측정 및 가스 포집 후 weaton decapper (Weaton Co., USA)를 이용하여 serum bottle의 알루미늄 뚜껑 및 뷰틸 고무마개를 제거 한 후 배양 액의 pH를 pH meter(Mettler Toledo, MP230)를 이용하여 측정하였다.

    3.2.건물 소화율

    배양 상등액 채취 후 나일론 백을 수거하여 물을 채운 수조에 넣고 heidolphs rotamax 120(Heidolph Instrument, Germany)를 이용하여 100rpm으로 30분 씩 2회 씻은 후 65℃의 드라이 오븐(Jeio tech, Korea) 에서 약 24시간 건조시켜 건물 잔량을 측정하였다. 건 물 소화율은 투입한 기질량과의 차이를 구하고 이 차이 를 투입한 기질 량의 백분율로 환산하여 구하였다.

    3.3.Glucose 농도

    배양액을 1.5mL e-tube에 채취하여 사료입자를 제 거하기 위해 3,000rpm에서 3분간 원심분리 하였다. 그 후 test tube에 상등액 200㎕와 DNS 용액 600㎕ 를 분주한 후 vortex하였다. 항온수조 100℃에 5분간 배양 후 즉시 4℃에서 10분 식혔다. Microtiter plate 에 400㎕ 분주 후 분광 광도계(BIO-RAD, Model 680) 를 이용하여 595nm에서 O.D.(Optical density) 값을 구하여 측정하였다.

    3.4.암모니아

    Chaney & Marbac의 방법(1962)에 의해 페놀 발 색시약과 alkali-hypochlorite 시약으로 위액중의 암모니아를 발색한 후 분광 광도계(BIO-RAD, Model 680)를 이용하여 630nm에서 O.D.(optical density) 값을 구하여 측정하였다.

    3.5.단백질

    Bradford의 방법(1976)에 의해 쿠마시브릴리언트 블루 g-250 염색액을 이용하여 배양액 중의 순 단 백질을 발색 후 분광 광도계(BIO-RAD, Model 680) 를 이용하여 595nm에서 O.D.(Optical density)값을 구하여 측정하였다.

    3.6.미생물 성장량

    pH 측정 후, 배양액을 1.5mL e-tube에 채취하여 사료입자를 제거하기 위해 3,000rpm에서 3분간 원심 분리 하였다. 상등액을 취하여 14,000rpm에서 3분간 재 원심 분리하여 미생물 pellet을 침전시킨 후, 상등 액은 제거하고 pellet에 sodium phosphate buffer (pH 6.5)를 1mL 첨가하여 vortex로 교반시키는 세척 과정을 3회 반복 후 분광 광도계(BIO- RAD, Model 680)를 이용하여 550nm에서 O.D.(Optical density) 값을 구하여 미생물 성장량을 측정하였다.

    3.7.VFA

    배양액을 1.5mL e-tube에 채취하여 3,000rpm에 서 3분간 원심 분리하여 사료입자를 제거하고, 상등 액을 0.20㎛ 시린지 필터로 여과 후 HPLC(High Performance Liquid Chromatography, Agilent- 1200, Germany)를 이용하여 분석하였다. 시료의 주입량은 20㎕였고, 이동상 용액은 0.0085N H2SO4 을 사용하였으며, 유속은 0.6mL/min이었다. Column 은 300mm×7.8mm I.d. MetaCarb 87H(Varian, USA)를 사용하였으며, 온도는 35℃에서 사용하였다.

    3.8.총 가스, 이산화탄소 및 메탄 발생량

    Serum bottle을 진탕배양기에서 꺼낸 후, Theodorou et al.(1994)의 방법으로 serum bottle의 head space에 있는 가스 발생량을 detachable pressure transducer 및 digital read-out voltmeter(Laurel Electronics, Inc., CA, USA)를 사용하여 측정하였고, 9mL 진공시험관에 가스를 포집하여 GC(HP5890Gas Chromatography, USA)를 사용하여 가스 내 메탄 함량 및 이산화탄소 함량을 측정하였다.

    3.9.폴리페놀 및 플로보노이드 함량

    폴리페놀 및 플로보노이드 함량 실험을 위해서 phenolreagent(Sigma-Aldrich)을 사용하였다. HPLC 분석을 위한 표준폼은(+)-Catechin(Sigma- Aldrich), p-coumaric acid(Sigma-Aldrich), Gallic acid(Sigma), Caffeic acid(Sigma), Ferulic acid(Sigma-Aldrich), Qurcertin, Vanillin을 사용하였다.

    4.통계처리

    통계처리는 SAS package program(1996)의 general linear model(GLM) procedure에 따라 처리하였으 며, 각 처리구간의 유의성 검증을 위해 분산분석을 실시 후, Duncan’s multiple range test(1955)로 5% 수준에서 유의성을 검정하였다(p<0.05).

    결과 및 고찰

    1.반추위 발효성상 및 미생물 성장량

    항염 효과 식물 추출물의 첨가가 반추위 pH, 건 물소화율 및 glucose에 미치는 영향은 Table 4와 같다. 본 실험에서 pH는 6.31~7.20로 나타났다. 배양 시간별 초기 3~9시간까지는 은행나무 첨가구 에서 대조구에 비해 유의적으로(p<0.05) 높았다. 배양 12시간대 pH는 방아풀 첨가구에서 다른 첨가 구와 대조구에 비해 유의적(p<0.05)으로 높게 나 타났다. 배양 24시간대는 은행나무 첨가구에서 유 의적(p<0.05)으로 가장 높았으며, 배양 48시간대 는 전 첨가구가 대조구에 비해 유의적(p<0.05)으 로 높았다. 배양 72시간대는 모든 처리구간의 유의 적(p<0.05)인 차이는 없었다. McCullough(1969) 는 발효산물의 적정 pH 수준은 cellulose 소화에 는 pH 6.0~6.8, 단백질 합성에는 pH 6.3~7.4, 단백질 분해 활력에는 pH 6.5~7.0 그리고 총 휘 발성지방산 생산량에는 pH 6.0~6.6이 적정 pH라 고 하였다. 또한 반추 위액은 중화력이 높고 상당 량의 휘발성지방산이 제1위벽을 통하여 흡수되기 때문에 반추위 내 pH는 5.0~7.8의 상태를 일정하 게 유지시킨다. 만약, 반추위 내 pH가 산성이나 염기성 어느 쪽으로 치우치게 되면 1위내 미생물 의 활동에 영향을 미쳐 소화가 잘 되지 않는다고 하였다(Mould et al., 1984). 본 연구에서 측정된 반추위 pH 값은 수치적으로 반추위 발효 적정범위 인 5.0~7.28 범위 내에 속했다. 따라서 항염 효과 가 있는 식물 추출물의 첨가는 반추위 pH에는 대 조구와 비교하여 영향을 미쳤으나 반추위 발효 미 생물에 영향을 미치는 수준의 변화는 없었던 것으 로 판단된다.

    건물소화율은 배양 12시간대와 24시간대에서 처 리구간 유의적(p<0.05)인 차이를 보였으며, 다른 시간대에서는 유의적(p<0.05)인 차이가 없었다. 배 양 12시간대는 은행나무 처리구에서 다른 처리구에 비해 소화율이 유의적(p<0.05)으로 낮았고, 배양 24시간대는 예덕나무 처리구에서 유의적(p<0.05)으 로 높게 나타났다. 발효가 진행될수록 대조구와 처 리구에서 유의적 차이가 없는 것으로 보아 항염 효 과 식물 추출물은 건물 소화율에 영향을 미치지 않 는 것으로 생각된다.

    항염 효과 식물 추출물 첨가에 따른 glucose 농도 는 배양 9시간대 방아풀에서 유의적(p<0.05)으로 높 게 나타났으며, 48시간과 72시간대에서는 대조구에 비해 첨가구에서 유의적(p<0.05)으로 높았다. 반추 동물에서 탄수화물의 흡수는 단위동물과 크게 다르 며, 대부분 가용성 탄수화물이 반추위 내 미생물에 의해 발효되기 때문에 실제 소장으로 전달되는 가용 성 탄수화물의 양은 상당히 적다. 탄수화물은 주로 1위에서 분해가 이루어지므로 소장에서 흡수하기 위 해서는 주성분이 곡류일 때 상당량의 가용성 탄수화 물이 소장으로 이동하여 흡수된다. 하지만 다량의 곡 류 섭취는 산중독이나 고창증과 같은 질병을 가져 올 수 있으므로 유의해야 한다. glucose 농도는 발효가 진행될수록 대조구와 처리구 사이에 큰 차이가 없는 것으로 보아 항염 효과 식물 추출물은 glucose 농도 에 영향을 미치지 않는 것으로 생각된다.

    항염 효과 식물 추출물 첨가에 따른 암모니아, 단 백질 농도 및 미생물 성장량은 Table 5와 같다. 배 양 3시간대 방아풀 첨가구에서 유의적(p<0.05)으로 높았고, 은행나무 첨가구에서 유의적(p<0.05)으로 낮았다. 배양 24시간대는 은행나무 첨가구에서 가장 높았으며, 48시간대는 대조구에서 가장 높았다. 반 추위내에서 미생물이 이용하고 남은 암모니아는 반 추위 점막을 통해 혈액으로 이동되며 요소로 전변되 어 오줌으로 배출되거나 타액 또는 반추위벽을 통해 직접 반추위로 다시 유입된다. 반추위 내 미생물들 은 NPN을 이용하여 미생물체 단백질로 합성하는데, 간에 이상이 있거나 요소 회로가 감당할 수 없을 정 도의 암모니아가 흡수되면 중독증상을 유발한다. 특 히 신경계통에 중독을 일으키며 심한 경우에는 혼수 상태에 빠질 수 있다. 암모니아의 흡수 속도에 영향 을 크게 미치는 것은 pH인데(Ha et al., 2013), 본 실험에서는 적정 pH를 유지하고 있기 때문에 반추 위 발효에는 영향이 없을 것으로 사료된다.

    항염 효과 식물 추출물 첨가에 따른 단백질 농도 는 배양 3시간부터 24시간까지 유의적인 차이가 없 다가 배양 48시간대에 오동나무 첨가구에서 유의적 (p<0.05)으로 높았으며, 대조구와 은행나무 처리구 에서 유의적(p<0.05)으로 낮았다. 배양 72시간대는 산뽕나무 첨가구에서 유의적(p<0.05)으로 가장 높 았으며 대조구에서 유의적(p<0.05)으로 낮았다. Mehrez et al.(1977)은 반추위의 적정 암모니아는 발효를 최대로 하고, 발효된 기질당 미생물 단백질 합성을 최대로 할 수 있으나, 반추위 발효와 미생물 단백질 합성간의 관계는 일정하지 않다고 하였다. 본 실험에서도 반추위 발효와 미생물 단백질 합성과 의 상관관계는 일정하지 않았다.

    항염 효과 식물 추출물 첨가에 따른 미생물 성장 량은 배양 12시간 후 미생물 성장량은 예덕나무 첨 가구에서 유의적(p<0.05)으로 높았고, 은행나무 첨 가구에서 유의적(p<0.05)으로 낮았다. 배양 24시간 대는 뽕나무에서 유의적(p<0.05)으로 가장 높았다. 그러나 추출물 첨가가 미생물 성장에는 영향을 미치 지 않는 것으로 나타났다. Hwang et al.(2013)은 식물 추출물에 따라 함유성분과 함량이 다르기 때문 에 반추위 발효 시 미생물의 성장에 미치는 영향이 일정하지 않다고 하였다. 반추위 미생물 성장량과 가스 발생량은 밀접한 관계가 있는데(Hungate, 1966), 본 시험에서도 미생물 성장량이 많았던 첨가 구에서 총 가스 발생량, 메탄 발생량 및 이산화탄소 발생량이 많은 것으로 나타났다.

    항염 효과 식물 추출물 첨가에 따른 휘발성 지방 산 발생량은 Table 6과 같다. 총 휘발성 지방산 발 생량은 배양 3시간대 예덕나무에서 유의적(p<0.05) 으로 높았으며, 배양 12시간대는 뽕나무에서 가장 높 았다. 배양 48시간대는 대조구보다 유의적(p<0.05) 으로 낮았다. Acetic acid 발생량은 배양 3시간대는 뽕나무, 예덕나무에서 유의적(p<0.05)으로 높았으 며, 대조구와 산뽕나무에서 유의적(p<0.05)으로 낮 았다. 배양 12시간대 acetate acid는 뽕나무 첨가구 에서 유의적(p<0.05)으로 높았고, 오동나무 첨가구 에서 낮았다. 배양 24시간대는 오동나무 처리구에서 유의적(p<0.05)으로 낮았고 48시간대는 대조구에서 유의적(p<0.05)으로 높았다. 배양 72시간대는 방아 풀과 은행나무 첨가구에서 유의적(p<0.05)으로 높 았으며, 대조구에서 유의적(p<0.05)으로 낮았다. Acetic acid는 총 휘발성 지방산과 비슷한 패턴으로 나타났는데 그것은 총 VFA양의 50~60%의 양을 차 지하기 때문인 것으로 생각된다. Propionate acid는 배양 9시간에서 72시간대까지 처리구간 유의적 차 이가 없었다. 반추위 발효에서 propionate acid의 생성이 증가하면 hydrogen sink에 의해 메탄의 생 성이 줄어들게 되는데(Irmgard, 1996), 본 시험에 서는 첨가구와 대조구가 비슷한 수준이었으므로 이 러한 기전을 통한 메탄생성억제는 기대할 수 없었다. Acetate(A)와 propionate(P)의 비율은 배양 3시간대 는 대조구에 비해 유의적(p<0.05)으로 낮았고, 배양 12시간대는 뽕나무에서 유의적(p<0.05)으로 높았 다. 배양 24시간대는 산뽕나무에서 가장 높았으며 배양 48시간대는 대조구보다 유의적(p<0.05)으로 낮았다. 반추위 내 발효상태는 A:P의 비율로 평가 되기도 한다. 일반적인 최적 발효상태에서의 A:P 비율은 2:1 이상으로 유지되어야 한다. Propionate acid의 생성 비율이 높으면 메탄 생성량이 줄어 에 너지의 낭비를 줄일 수 있고 에너지의 이용효율을 높일 수 있는 반면에 지나치게 높으면 젖소의 경우 insulin 분비를 촉진시켜 지방함량을 억제한다(Ha et al., 2013).

    2.총 가스, 이산화탄소 및 메탄 발생량

    항염 효과 식물 추출물 첨가에 따른 가스 발생량, 이산화탄소 및 메탄 발생량은 Table 7과 같다. 총 가스 발생량은 대조구에서 유의적(p<0.05)으로 많 았고, 예덕나무, 방아풀 첨가구가 다른 첨가구에 비 해 유의적(p<0.05)으로 낮았다. In vitro 실험에서 가스 발생량의 분석은 분해율을 평가하는 간접적 지 표가 된다(Theodorou et al., 1994). 발효 정도에 따라 가스 발생량은 변화하며, 가스 발생량이 증가 하면 건물 분해율이 증가하는 등 가스 발생량은 건 물 분해율과 상관 관계가 높다(Beuvink et al., 1992). 본 시험에서 건물소화율이 높았던 산뽕나무 첨가구에서 가스 발생량이 많고, 건물 소화율이 낮 았던 은행나무 첨가구에서 가스 발생량이 적었던 것 이 이를 뒷받침하고 있다. 이산화탄소 발생량은 처리 간 유의적 차이는 없었다. 메탄 발생량은 대조구와 비교하였을 때 유의적 차이는 없었으나, 배양 12시간 대에는 첨가구에서 대조구에 비하여 유의적(p<0.05) 으로 메탄 발생량이 감소하였다. 반추위에서는 이산 화탄소와 수소로부터 메탄이 생성된다. 전체 메탄 발 생량의 80%가 이산화탄소와 수소를 기질로 하여 생 성되며 18%가 formic acid를 기질로 하여 생성된다 (Hungate et al., 1970; Whitman et al., 1992). 본 시험에서도 총 가스 발생량이 높게 나타난 뽕나무 첨 가구에서 메탄과 이산화탄소의 양도 높게 나타남을 볼 수 있었다. 따라서 항염 효과를 가진 식물 추출물 을 첨가하였을 때, 발효 초기에만 메탄 감소 효과를 나타냈을 뿐, 발효시간이 지속될수록 유의적인 차이 가 없거나 오히려 증가하는 경향을 보였다.

    3.Polyphenol 및 Flavonoid 함량

    본 실험에 사용된 재료에 대한 polyphenol과 flavonoid의 함량은 Fig. 1과 같다. Polyphenol 는 galic acid가 다량 측정 되었고, flavonoid는 quercitrin이 다량 측정 되었다. Galic acid 함량은 산 뽕나무 40.23mg, 뽕나무 49.19mg, 예덕나무 46.87mg, 오동나무 60.14mg, 방아풀 59.91mg, 은행나무 76.00mg 으로 은행나무 첨가구가 가장 높았고, Quercitrin 함량은 산뽕나무는 98.10mg, 뽕나무 80.40mg, 예덕 나무 80.60mg, 오동나무 75.00mg, 방아풀 83.60mg, 은행나무 98.50mg으로 은행나무 첨가구가 가장 높 았다. 본 연구에서 폴리페놀과 플라보노이드 함량은 추출물 은행에서 분양 받았던 샘플을 바탕으로 측정 하였다. 폴리페놀은 강력한 항산화제로 각광 받고 있으며, 그 중 플라보노이드는 종류가 매우 다양하 다. 특히 플라보노이드 중 하나인 카테킨은 수소를 흡수하는 수소 싱크로서의 역할을 하기 때문에 간접 적으로 메탄을 억제시키기도 한다. 본 연구에서는 다른 추출물과 달리 은행나무 추출물에서는 폴리페 놀과 플라보노이드 함량이 모두 높았다. 그래서 메 탄 저감 효과가 있을 것이라 기대하였으나 초기 발 효에만 메탄이 억제되는 효과가 있었을 뿐 발효가 지속될수록 대조구와 유의적인 차이가 없거나 오히 려 메탄이 증가하는 경향을 보였다. 이는 첨가한 식 물 추출물이 지속적인 효과를 나타내기엔 소량 첨가 되었기 때문이라 판단된다. 따라서 식물 추출물이 가진 유용 생리활성물질의 효과를 극대화 시키기 위 한 추가적인 연구가 필요할 것으로 생각된다.

    감사의 글

    본 논문은 농촌진흥청(과제번호 PJ011060) ‘Original Technology Development and Industrialization of Functional Oligosaccharide for Antibiotics Alternatives Using Modified Rumen Microbial Ecosystem’에서 지원을 받았으며, 손창준 박사학위 논문을 일부 인용하였습니다.

    Figure

    JALS-51-97_F1.gif

    Concentration of polyphenol and flavonoid in anti-inflammatory plant extracts(mg/g).

    Table

    The general information of anti-inflammatory plant extracts used in the experiment

    Plant extracts were obtained from Plant Extract Bank(PEB) at Korea Research Institute of Bioscience and Biotechnology
    1)L: Leaf, S: Stem, W: Whole plant

    Chemical compositions of experimental feedstuff used as a substrate for the in vitro incubation

    The chemical composition of McDougall buffer

    1)CaCl2 4g(/100mL D.W)

    Effects of anti-inflammatory plant extracts on rumen fermentation in time-dependent fermentation

    abMeans with different superscripts in the same row differ significantly(p<0.05).

    Effects of anti-inflammatory plant extracts on rumen fermentation and rumen microbial growth rate in time-dependent fermentation

    abMeans with different superscripts in the same row differ significantly(p<0.05).

    Effects of anti-inflammatory plant extracts on VFA concentration in time-dependent fermentation(mM/g)

    abcdMeans with different superscripts in the same row differ significantly(p<0.05).

    Effects of anti-inflammatory plant extracts on total gas production, methane emission and carbon dioxide emission from the time-dependent fermentation(mL/gDM)

    abMeans with different superscripts in the same row differ significantly(p<0.05).

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