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ISSN : 1598-5504(Print)
ISSN : 2383-8272(Online)
Journal of Agriculture & Life Science Vol.52 No.2 pp.143-150
DOI : https://doi.org/10.14397/jals.2018.52.2.143

Effect of Dietary Hematococcus pluvialis Supplementation on Growth Performance and Blood Components of Broilers

Chun-Nam Cha1, Soo-Mi Lee2, Chang-Yeul Yoo4, Eun-Kee Park3, Song-Ee Son5, Suk Kim5, Hu-Jang Lee2,5*
1Department of Industrial Systems Engineering and Engineering Research Institute, Gyeongsang National University, Chinju, 52828, Korea
2Department of Environmental Health, Graduate School of Public Health, Gyeongsang National University, Chinju, 52727, Korea
3Department of Smart Information Convergence, Gyeongnam Provincial Namhae College, Namhae, 52422, Korea
4Department of Medical Humanities and Social Medicine, College of Medicine, Kosin University, Busan, 49267, Korea
5College of Veterinary Medicine and Institute of Animal Medicine, Gyeongsang National University, Chinju, 52828, Korea
Corresponding author : Hu-Jang Lee Tel: +82-55-772-2352 Fax: +82-55-772-2308 E-mail: hujang@gnu.ac.kr
June 5, 2017 October 11, 2017 December 15, 2017

Abstract


This study investigated the effects of dietary Hematococcus pluvialis(H. pluvialis) supplementation on growth performance and blood components in broiler chickens. Referred to the previous studies, a total of 120 one-day-old male broiler chicken(Ross 308) after 7 days of acclimation were randomly assigned to four experimental groups, which were a basal diet alone(control) or supplemented with H. pluvialis at 0.05(HP 0.05), 1.0(HP 0.1), and 2.0 g/kg of basal diet(HP 0.2). After 35 days of administration, the body weight gain and average daily feed intake of HP 0.2 were significantly higher when compared to that of control(p<0.05). In addition, the feed conversion ratio of HP 0.2 was significantly improved compared to that of control(p<0.05). In hematological parameters, there were no significant difference between control and all treatment groups. In blood biochemical parameters, aspartate aminotransferase value of HP 0.2 significantly decreased compared to that of control(p<0.05). The results of this study indicated that dietary H. pluvialis meal supplementation at 2.0 kg/ton could be safely used for the improvement of growth performance and feed conversion ratio in broilers.



육계에서 Hematococcus pluvialis의 급여가 성장 및 혈액 성상에 미치는 효과

차 준남1, 이 수미2, 유 창열4, 박 은기3, 손 송이5, 김 석5, 이 후장2,5*
1경상대학교 산업시스템공학과·공학연구원
2경상대학교 보건대학원
3경남도립 남해대학
4고신대학교 의과대학
5경상대학교 수의과대학·동물의학연구소

초록


본 연구는 육계에 Hematococcus pluvialis(H. pluvialis)의 급여가 성장 및 혈액 성상에 미치는 효과를 확인하기 위해 수행되었다. 2주령의 육계 120수를 기초사료 급여구(대조구)와 H. pluvialis 건조분말을 0.05(HP 0.05), 0.1(HP 0.1) 및 0.2%(HP 0.2)로 사료에 혼합하여 급여한 3개의 처리구로 나누어 5주 동안 사양시험을 실시하였다. 시험 종료시점에, HP 0.2의 증체량은 대조구와 비교하여 통계적으로 유의성 있게 증가하였으며(p<0.05), 사료요구율도 대조구와 비교하여 통계적으로 유의성 있게 개선되었다(p<0.05). 혈액학적 지표들의 경우, 모든 H. pluvialis 건조분말 처리구와 대조구 사이에 유의적인 차이를 보이지 않았다. 혈액생화학적 지표들의 경우, HP 0.2의 aspartate aminotransferase 값이 대조구와 비교하여 통계적으로 유의성 있게 감소하였다(p<0.05). 본 연구의 결과를 통해, H. pluvialis 건조분말을 사료 톤 당 2.0kg 농도(0.2%)로 육계사료에 첨가하여 급여할 경우에 육계의 성장 및 사료요구율의 개선 효과가 있는 것으로 확인되었다.



    Daehan New Pharm Co.,Ltd

    서론

    미세조류는 약 30,000 여종이 존재하는 것으로 알려져 있으나, 단지 몇 종만이 산업적으로 이용되 고 있다(Richmond, 2004). 미세조류는 빛 에너지를 이용하여 이산화탄소를 고정화하는 탄소동화능을 보 유하고 있으며, 이를 통해 다양한 유용물질을 생산 할 수 있다(Son et al., 2015).

    식품, 제약, 화장품, 폐수처리, 농업 등 다양한 분야에서 천연물질의 수요가 급증하면서, 세균, 곰 팡이 등 미생물 유래 유용물질 외에 천연물질 생산 원으로서 미세조류에 대한 관심이 고조되고 있다 (Oh et al., 2003). 따라서 유전자조작, 생육환경조 절 및 배양공정변수 최적화를 통해 미세조류들을 인 위적으로 대량배양이 가능하도록 하는 미세조류 생 명공학이 새로운 개척분야로 각광받고 있다.

    미세조류 유래의 유용물질은 건강보조식품, 천연 색소, 의약품, 생화학물질, 사료, 대체에너지 등으 로 매우 다양하게 활용되고 있는데, 대표적인 미세 조류 유용물질로는 비타민류, 다당류, 카로티노이 드(carotenoid), 피코빌리단백질(phycobiliproteins), 바이오매스(biomass) 등이 있는 것으로 알려져 있다 (Wells et al., 2017).

    최근, 미세조류를 이용한 사료는 어린 어패류들 의 먹이로 사용되는 동물성 플랑크톤의 생산뿐만 아니라 어린 고동과 물고기의 양식을 위해 주로 사 용되고 있다(Chen, 2003). 수산양식을 위해 가장 빈번하게 사용되는 미세조류 종들로는 Chlorella, Tetraselmis, Isochrysis, Pavlova, Phaeodactylum, Chaetoceros, Nannochloropsis, Skeletonema, Thalassiosira 등이 있는 것으로 보고되고 있으며(Priyadarshani & Rath, 2012), SpirulinaChlorella는 주로 고양이, 개, 관상어, 관상용 조류, 말, 가금, 젖소, 육우 등 의 사료로 사용되고 있다(Spolaore et al., 2006).

    전 세계적으로 매년 가금의 고기와 계란을 식품으 로 이용하기 위해 500억 마리 이상의 가금이 사육 되고 있으며(Adamu et al., 2015), 가금류의 사육 을 위해 매년 전체 사료생산량의 46%에 달하는 4.39억 톤의 가금 사료가 생산되고 있다(Alltech, 2016). 사육가축의 증가에 따라 사료자원에 대한 수요도 증가함에 따라, 기존의 사료작물을 대체할 수 있는 단백질원으로서 곤충, 수생식물, 박테리아 단백질 등에 대한 많은 연구들이 진행되고 있다 (Haustein et al., 1994;Hellwing et al., 2006;Veldkamp et al., 2012).

    Ginzberg et al.(2000)은 조류 Porphyridium spp.를 가금 사료에 참가하여 급여한 결과, 난황 중 콜레스테롤 함량이 약 10% 감소하였으며, 카로 티노이드의 함량은 증가하였다고 보고하였다. 또 한, 다른 연구에서(Halle et al., 2009), Chlorella vulgaris를 산란계에 급여한 결과, 산란율과 계란의 품질이 향상되었다고 보고하였다. Kang et al.(2013) 은 Chlorella vulgaris 건조 분말을 사료에 1% 농도 로 첨가하여 육계에 4주 동안 급여한 결과, 일반사 료만을 급여한 대조구에 비해 증체량이 유의적으로 증가하였다고 보고하였다(p<0.05).

    최근, 미세조류 중의 하나인 Haematococcus pluvialis (H. pluvialis)는 녹색 단세포 조류로 ketocarotenoid 계통의 astaxanthin을 다량 축적할 수 있어서 주목 받고 있는 조류이다(Kobayashi & Sakamoto, 1999). 붉은 색의 ketocarotenoid인 astaxanthin은 엽황 소(xanthophyll) 계열의 카로티노이드 물질 중의 하나이지만, 구조적 특이성으로 인해 같은 계열의 β-carotene 또는 lutein 등에 비해 수십 배 이상의 높은 항산화 활성을 갖고 있는 것으로 알려져 있다 (Margalith, 1999). 이러한 강력한 항산화 활성으로 인해 astaxanthin은 의약품, 식품 첨가제, 동물과 물고기 치어의 사료첨가제 등 다양하게 생물학적으 로 응용되고 있으며(Guerin et al., 2003), 계란의 난황 색소 강화에 사용되기도 한다(Inborr, 1998).

    다양한 성분을 함유하고 있음에도 불구하고, H. pluvialis 를 이용한 육계사료 대체연구는 미흡한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 H. pluvialis의 건조분말을 육계에 급여하여 증체효과, 사료효율, 그리고 안전성 등에 대한 자료를 확보하여, H. pluvialis 건조분말의 육계사료의 대체 가능성에 대해 기초자료를 제공하고자 한다.

    재료 및 방법

    1. 공시재료 및 시험동물

    본 실험에 공시재료로 사용한 H. pluvialis 건조 분말은 대한뉴팜(주)(서울)에서 공급하여 실험에 사 용하였다. 시험사료는 NRC 사양표준(1994)에 따라 육계전기(1-3주령, CP 22.0%)와 육계후기(4-5주령, CP 19.04%) 2 종류의 육계용 사료를 이용하였으며 (Table 1), 시험설계에 따라 H. pluvialis 건조분말 을 첨가한 후 시험동물이 충분히 먹을 수 있는 양만 큼 급여하였다. 시험사료의 영양소 성분 및 배합비 는 Table 1에 나타낸 바와 같다. 본 실험에서 시험 동물은 7일령 육계(Ross) 120수를 공시하여 1주일간 의 적응기간 후, 2주령(평균체중 84.9±4.7g)에 각 처리구의 floor pen 당 5수씩, 처리 당 6 반복으로 완전임의 배치하였다. 동물실험을 이용한 모든 실 험절차는 국립경상대학교의 동물윤리협의회의 승인 을 받아 본 위원회의 규정에 의거하여 실험을 수행 하였다.

    2. 사양관리 및 실험설계

    공시동물은 floor pen에서 5수씩 동일한 마리수로 사육하였으며, 사료 급이기와 급수기도 1개씩 pen별 로 동일하게 배치하였다. 사료와 물은 자유롭게 섭 취하도록 하였으며, 전 사양 시험 기간 동안 24시간 점등을 실시하였고, 일령에 따른 온도유지 및 환기 시설 등 기타 사양관리는 관행적인 사육 관리 지침 에 준하여 실시하였다. 사양시험설계에 있어 시험구 는 시험사료 내, H. pluvialis 건조분말 무첨가구를 대조구(control)로 하고, H. pluvialis 건조분말 0.05, 0.10 및 0.20% 첨가구를 처리구(HP 0.05, HP 0.1 및 HP 0.2)로 총 4개 시험구로 나누어 35일 동안 7일마다 체중과 사료섭취량을 측정하였다.

    3. 육계의 생산성

    H. pluvialis 건조분말 혼합 사료 급여가 육계 생산성에 미치는 영향을 알아보고자 증체량(body weight gain; BWG), 사료섭취량(feed intake; FI), 사료요구율(feed conversion ratio; FCR) 등을 측 정하였다. 시험 전 기간 동안 7일 마다 중간 체중을 측정하여 증체량을 산출하였으며, 사료잔량을 측정 하여 최종적으로 시험 전 기간 동안의 평균사료섭 취량을 산출하였다. 또한, 시험기간 중의 평균 사료 섭취량에 평균증체량을 대비한 사료요구율을 산출 하였다.

    4. 혈액학적·혈액생화학적 분석

    H. pluvialis 건조분말의 안전성을 확인하기 위 해, H. pluvialis 건조분말 투여 종료일 다음날에, 심장천공법으로 혈액을 채혈하여 EDTA tube(BD vaccutainer, USA)에 넣어 혈액학적 검사에 사용하 였고, 일부 채혈한 혈액은 원심분리를 통해 혈청을 분리하여 혈액 생화학적 검사에 사용하였다. 혈액학 적 검사는 자동혈구계산기(Advia 120 hematology analyzer, Bayer, USA)를 이용하여 적혈구수(RBC, red blood cell), 총 백혈구수(WBC, white blood cell), 적혈구용적율(HCT, hematocrit) 그리고 혈색 소(Hb, hemoglobin) 등을 측정하였다. 혈액생화학 적 검사를 위해 분리한 혈청을 이용하여 자동생화학 분석기(Hitachi 911 chemistry analyzer, Hitachi, Japan)를 이용하여 간세포와 근육 손상의 지표인 AST(aspartate amino-transferase), 간세포 손상 의 지표인 ALT(alanine transaminase), 신장기능 지표인 BUN(blood urea nitrogen)과 creatinine을 측정하였다.

    5. 통계처리

    실험 결과는 SPSS 12.0 package를 사용하여 분 산 분석을 수행하였고 평균±표준편차로 나타내었 다. 각 시료 분석 결과에 대한 유의성 검정은 분산 분석 후 p<0.05 수준에서 Duncan’s multiple range test를 실시하였다.

    결과 및 고찰

    1. 증체량, 사료섭취량 및 사료요구율

    시험에 공시된 육계를 2주령부터 시험사료 내 H. pluvialis 건조분말 0(control), 0.05, 0.1 및 0.2% 처리구로 35일 동안 시험사료를 급여하여 사양시험 을 실시한 결과를 Table 2에 나타내었다.

    사료 내 H. pluvialis 건조분말의 급여에 따른 시 험 전 기간의 평균체중 및 증체량은 대조구에 비해 HP 0.05와 HP 0.1는 유의적인 차이를 보이지 않았 으나, HP 0.2는 통계적으로 유의한 차이를 보이면 서 증가하였다(p<0.05). 육계전기(0-14일령)와 육 계후기(15-35일령)로 나누어 분석해 본 결과, 유계 전기와 육계후기의 평균체중 및 증체량은 대조구에 비해 모든 처리구가 증가하였으나, 유의적인 차이 는 보이지 않았다. 시험 전 기간을 통해, HP 0.1과 HP 0.2의 사료섭취량은 대조구와 비교하여 유의적 인 차이를 보이지 않았으나, HP 0.05의 경우에는 유의성 있게 증가하였다(p<0.05). 사료요구율의 경 우, 시험 전 기간을 통해, HP 0.2는 대조구에 비해 유의적으로 감소하였으나(p<0.05), HP 0.05와 HP 0.1은 대조구와 유의적인 차이를 보이지 않았다. Shanmugapriya et al.(2015)은 Spirulina platensis 건조분말을 0.5, 1.0, 1.5%로 각각 육계 사료에 첨 가하여 36일 동안 급여한 결과, 처리구의 평균체 중, 사료섭취량 그리고 일당 증체량은 모두 첨가 후 20일까지는 대조구와 비교하여 유의적인 차이를 보 이지 않았으나, 첨가 후 30일부터, 0.5와 1.0%를 급여한 군에서 대조구와 비교하여 평균체중, 사료섭 취량 그리고 일당 증체량이 유의적으로 증가하였다 고 보고하였다(p<0.05). 또한, An et al.(2016)은 Chlorella vulgaris 건조분말을 0.05, 0.15, 0.5%로 각각 육계 사료에 첨가하여 35일 동안 급여한 결과, 0.15와 0.5%를 첨가한 군에서 증체량과 사료요구율 이 모두 대조구에 비해 유의적으로 개선되었다고 보 고하였다(p<0.05). 한편, Waldenstedt et al.(2003) 은 H. pluvialis 유래 astaxanthin을 육계사료 kg 당 7, 36, 179mg을 첨가하여 22일 동안 급여한 결과, 증체량과 사료요구율이 처리구와 대조구 사이에 유의적인 차이를 보이지 않았다고 보고하였다. 육계 의 생산성 향상에 있어서, 본 연구에서 사용한 H. pluvialis 건조분말이 Shanmugapriya et al.(2015)의 연구에서 사용한 Spirulina platensis 건조분말보 다는 효과적인 것으로 사료되며, An et al.(2016)의 연구에서 사용한 Chlorella vulgaris 건조분말과 는 유사한 효과를 나타낸 것으로 사료된다. 또한, Waldenstedt et al.(2003)의 연구결과를 통해, astaxanthin이 H. pluvialis에 상대적으로 다량 으로 함유되어 있으나, 육계의 성장 및 증체에는 효과가 없는 것으로 추정된다.

    2. 혈액학적·혈액생화학적 분석

    사료 내 H. pluvialis 건조분말의 첨가 급여가 육 계에 미치는 독성영향을 평가하기 위해, 0(control), 0.05, 0.1 및 0.2%의 농도로 H. pluvialis 건조분말 을 사료에 첨가하여 5주 동안 급여한 후 다음날 채 혈하여 혈액학적·혈액생화학적 지표들을 분석한 결 과를 Table 3에 나타내었다.

    H. pluvialis 건조분말 처리구들은 모든 혈액학 적 지표 값들에서 대조구와 비교하여 유의적인 차 이를 보이지 않았다. 또한, 혈액학적 지표 값들은 H. pluvialis 건조분말의 첨가 농도에 따른 양-반응 관계를 보이지 않았다. 한편, HP 0.2의 경우, 혈 액생화학적 지표 값들 중 간 기능 지표들인 AST 값이 대조구와 비교하여 통계적으로 유의성 있게 감소되어 간 기능이 개선되는 결과를 나타내었으 나(p<0.05), AST, BUN, creatinine 등은 대조구와 비교하여 통계적으로 유의성을 보이지 않았다.

    건망증에 대한 H. pluvialis 추출물의 치료효과를 확인하기 위한 앞선 인체실험에서(Satoh et al., 2009), H. pluvialis 추출물을 astaxanthin 함량으로서 4, 8 그리고 20mg을 하루에 한번씩 4주 동안 복용한 결 과, 투여 전·후의 혈액학적·혈액생화학적 지표 값 들 사이에 유의적인 차이가 없었다고 보고하였다. 또한, Mariey et al.(2014)는 Spirulina platensis 를 사료 kg 당 0.1, 0.2, 0.3g씩 첨가하여 1일령 육 계에 42일령까지 급여한 결과, 0.1g의 Spirulina platensis를 사료에 첨가하여 급여한 처리구에서 적 혈구의 수치가 대조구에 비해 유의적으로 증가하였 으나, 백혈구 수치는 모든 처리구와 대조구 사이에 유의적이 차이를 보이지 않았다고 보고하였다. Zeweil et al.(2016)은 만성적 열 스트레스 조건 (38±1℃, 상대습도 55-65%) 하에서, 4주령의 수컷 병아리(Gimmizah 종)에 Spirulina platensis를 사 료 kg당 0.5와 1.0kg씩 첨가하여, 10주 동안 급여 한 다음 혈액학적·혈액생화학적 분석을 실시한 결 과, Spirulina platensis를 사료에 첨가한 처리구에 서 백혈구, 적혈구 그리고 헤모글로빈 수치가 열 스 트레스를 가하지 않은 음성 대조구와 열 스트레스를 가한 양성 대조구와 비교하여 유의적인 차이를 보이 지 않았으며, ALT, AST, creatinine의 농도도 서로 유의적인 차이를 보이지 않았다고 보고하였다. H. pluvialis의 투여대상, 투여용량 그리고 투여기간 등 을 고려하면, H. pluvialis 건조분말을 5주 동안 육 계에 투여한 본 연구에서의 혈액학적·혈액생화학적 연구결과는 앞선 선행연구들의 결과와 유사한 경향 을 나타내었다.

    이상의 결과들로부터, H. pluvialis 건조분말을 육계 사료에 혼합하여 급여할 경우 혈액학적·혈 액생화학적으로 안전한 것으로 나타났으며, H. pluvialis 건조분말을 0.2%의 농도로 사료에 혼합하 여 5주 동안 급여할 경우, 육계의 성장 및 사료효율 개선에 효과가 있는 것으로 확인되었다. 따라서 향 후, 육계 농장에서의 대규모 현장적용 실험을 통해 H. pluvialis 건조분말의 생산성 향상 효과에 대한 검증이 필요할 것으로 사료된다.

    감사의 글

    본 연구는 대한뉴팜(주)(서울)의 지원에 의해 이 루어진 것입니다.

    Figure

    Table

    Formula and chemical composition of the experimental basal diet

    1)Vitamin-mineral mixture provided following nutrients per kg of diet: vitamin-A, 40,000 IU; thiamin, 4.0 mg; riboflavin, 12.0 mg; pyridoxine, 6.0 mg; vitamin-B12, 0.02 mg; vitamin-D3, 8,000 IU; vitamin-E, 1.0 mg; vitamin K3, 4.00 mg; pantothenic acid, 20 mg; folic acid, 2.00 mg; niacin, 60.0 mg; Mn, 35 mg; Zn, 25 mg; I, 0.25 mg; Cu, 5.0 mg; Fe, 40 mg; Co, 0.2 mg; Se, 0.1 mg.

    Effect of Haematococcus pluvialis supplementation on growth performance of broilers

    BWG, body weight gain; ADFI, average daily feed intake; FCR, feed conversion ratio.
    a-cMeans within the same row with different letters are significantly different(<i>p</i><0.05).

    Effect of Haematococcus pluvialis supplementation on hematological and blood biochemical parameters in broilers at 5 weeks

    a-cMeans within the same row with different letters are significantly different(<i>p</i><0.05).

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