전북대 산학협력단
연구보고서
“이오렉스 이온수, 육계 생산성·품질 개선에 유익”
(IOREX) (肉鷄)
정전기 통해 물을 이온화 및 전해질화 시켜 흡수에 용이한 형태로 전환
고온 다습한 여름철, 육계의 고온 스트레스 예방 및 강건성 증진 가능
전북대 산학협력단,
‘육계 성장 단계별 이오렉스 물의 급수가 생산성에 미치는 영향’ 연구보고서 발표
전북대학교 산학협력단(단장 이철로)은 ㈜이오렉스(www.iorex.co.kr·대표이사 조태현)의 의뢰를 받아 실시한 ‘육계에서 성장 단계별 이오렉스(IOREX) 물의 급수가 생산성에 미치는 영향’에 대한 연구보고서를 최근 발표했다.
전북대 농업생명과학대학 류경선 교수팀이 지난 7월 10일부터 9월 15일까지 약 2개월에 걸쳐 연구한 이 보고서에 따르면, 고온다습한 여름철에 이온수의 급수는 고온으로 입는 스트레스를 예방하여 육계(肉鷄)의 생산성과 계육(鷄肉) 품질 개선에 유익한 영향을 미칠 수 있는 것으로 나타났다. 이 보고서 내용을 요약했다. [편집자 주]
1. 연구 목적 및 필요성
육계(肉鷄)는 강도 높은 선발과 육종을 통하여 체중과 증체량은 급격하게 증가하였지만 호흡기와 심혈관 계통 강화를 위한 육종은 적합하게 발전하지 못하여 고온 스트레스에 대한 저항력은 상대적으로 낮다(Yahav, 2000). 고온 스트레스는 열대와 아열대 지역에 속하는 지역에서 닭고기 산업의 수익성에 악영향을 미치는 주요 인자에 속한다.
육계는 고온 다습한 조건, 즉 32℃의 사육환경에서 사료 섭취량이 약 24％ 감소된다고 하였고(Niu 등, 2009), 지속적으로 고온에 노출되면 육계는 면역능력이 낮아지고 계육품질이 저하되며(Aksit 등, 2006), 카니발리즘과 무기력증을 야기하므로(Mahmoud, 2015) 폐사율이 증가되었다고 하였다(Sohail 등, 2012).
물은 탄수화물, 단백질, 지방, 미네랄 및 비타민과 함께 6대 영양소에 포함되는 영양소로서 모든 가축은 반드시 외부로부터 공급된 물을 섭취해야 한다. 물은 고온환경에서 증발열을 통해 열을 발산하므로 체온을 유지시켜주는 역할을 한다(Jafari 등, 2006). 일반적으로 육계 음수량은 사료 섭취량의 약 1.6∼2.0배이나 고온 스트레스를 입은 닭은 헐떡거림과 신진대사활동이 증가하여 체내 높은 수분손실을 초래하므로(Reece, 2004) 일반적으로 닭은 고온에서 탈수를 피하기 위해 체내 온도가 1℃ 상승할 때 음수량이 약 7％가 상승한다(Fairchild와 Ritz, 2012).
그러나 다량으로 섭취된 물은 소화관을 통해 흡수되는 것보다는 소화관을 통과하지 않고 순환하여 배설되는 양이 더욱 많으므로(Van kampen, 1981) 닭에서 여름철 음수관리는 고온 스트레스 해소와 밀접한 관련이 있다. 이러한 시기에 닭의 체내 수분을 일정하게 유지하려면 물의 급수 및 섭취와 관련되는 사양관리가 매우 중요하다.
냉수의 급수는 육계의 고온 스트레스를 해소할 수 있는 방안으로 알려져 있다(Gutierrez 등, 2009; Safdar와 Maghami, 2014). 육계의 피부에는 땀샘이 없으며 온몸이 깃털로 덮여있어 외부 온도로부터 자신의 온도를 유지하기 어려우므로 지속적인 온도관리로 환경에 적응할 수 있도록 관리가 필요하다. 냉수는 육계의 높은 체온을 직·간접적으로 낮춰주는 역할을 한다.
육계 사육 후기에 33℃와 70％의 고온다습한 환경에서 9℃의 음용수는 14℃와 비교하여 증체량을 약 14％ 증진시키고 흉선과 비장과 같은 면역관련 기관을 증대시키며 면역글로불린G와 A를 상승시킨다고 보고되었으며(Park 등, 2015), 스트레스와 관련된 호르몬 수치를 낮춘다고 하였다(Gross와 Siegel, 1981).
한편, 여름철 고온에서 사육된 육계는 산화적 스트레스에 노출되고(Lin 등, 2006), 이러한 산화 스트레스는 세포의 사멸을 비롯한 대사 작용에 악영향을 미치며 광범위한 조직 손상을 초래한다(Halliwell과 Whiteman, 2004). 또한 호흡의 증가로 혈액 내 CO2농도가 증가하므로 pH가 감소하고 체내 이온의 불균형이 야기된다(O'Sullivan 등, 2017).
이러한 현상을 극복하려면 육계는 체내에서 탄산수소를 배출하거나 혈중 전해질 농도를 조절하여 혈액의 pH를 조절함으로써 산화적 스트레스를 저감할 수 있으며(Teeter, 1997), 전해질 균형을 이룬 물을 섭취하여 고온 스트레스를 극복할 수 있다(Ahmad와 Sarwar, 2006).
한편, ㈜이오렉스에서 만든 ‘이오렉스(IOREX)’는 정전기를 통한 난류제트를 형성하여 물의 클러스터를 절단하여 이온화(H+와 OH-)하거나 1∼2개의 물분자로 미세하게 분해하여 물을 전해질화 시키고 생체 내에서 흡수하기 쉬운 형태로 전환시킨다. 이러한 형태의 물은 육계가 여름철 고온으로 인하여 손실된 수분을 쉽게 보충할 수 있도록 도와주고 혈중 전해질 농도를 조절하여 산화 스트레스 감소에 유익한 영향을 줄 것으로 사료된다.
그러므로 본 연구는 고온다습한 여름철에 육계의 고온 스트레스를 예방하고자 관행적인 방법으로 알려져 있는 냉수를 급수한 처리구와 ‘이오렉스(IOREX)’를 설치하여 생성된 이온수를 각각 급수하여 수돗물을 급수한 관행적 방법과 그 효과를 비교하고자 사양실험을 실시하였다.
2. 연구 내용 및 방법
가. 실험동물 및 사양관리
로스(Ross) 육계 7일령 360수(마리)를 3개 처리구, 6반복으로 반복당 20수씩 배치하여 4주간 사양실험을 실시하였다. 각 처리구는 일반 수돗물, 이온수 및 냉수이온수를 급수하였다. 기초사료는 사육전기(2∼3주)에는 3100kcal/㎏, CP 20.5%, lys 1.26% 및 meth 0.54%, 사육후기(4∼5주)에는 3200kcal/㎏, CP 18.5%, lys 1.10% 및 meth 0.49%의 수준으로 급여하였다. 사료와 음용수는 육계가 성장단계에 따라서 급이기와 급수기 높이를 조절하여 섭식활동이 원활한 상태에서 자유채식 하도록 하였다.
나. 조사항목 및 방법
1) 체중, 증체량, 사료 섭취량 및 사료 요구율
사양 시험 기간 동안 매주 체중과 사료 잔량을 측정하였다. 사료 섭취량은 총 급여량에서 사료 잔량을 공제하여 측정하였고 사료 요구율은 사료 섭취량에서 증체량을 나누어 계산하였다.
2) pH, 육색(밝기, 적색도, 황색도), 육즙 손실, 조리 감량 및 전단력
육질 분석은 사양 시험 종료 후 처리구당 수컷 10수씩을 임의로 선별하여 희생시킨 다음, 가슴살을 채취하여 분석하였다. pH는 Mettler Toledo PH/Ion S220, 육색은 Konica Minolta, CM-2500d, Japan, 전단력은 3342 Instron Corporation, USA 모델을 사용하여 측정하였다. 육즙 손실과 조리 감량은 처리 전과 후의 무게를 비교하여 나타내었다. 육즙 손실은 4℃에서 24시간 보관한 후, 가열감량은 70℃의 물에서 15분간 가열한 후 무게를 측정하였다.
3) 혈청 내 성상
혈액은 사양 시험 종료 후, 처리구당 10수씩을 임의로 선별하여 분석하였다. 익하 정맥에서 채혈한 후 즉시 진공 채혈기(Vacutainer)에 담아 원심분리기(3000rpm, 4℃, 10분)를 사용하여 혈청을 분리하였다. 그 다음에 분리된 혈청을 샘플컵에 담아 세그먼트(segment)에 배열한 후 전자동 생화학 분석장비(Automatic Biochemical Analyser, Thermo Konelab 2)를 사용하여 분석하였다.
4) 계육지방산
지방산 분석은 처리구당 10수에서 가슴살과 다리살을 채취하여 분석하였다. 동결건조시킨 시료를 0.5g 채취하여 메탄올(methanol):벤젠(benzen)(4:1)용액과 염화아세틸(acetyl chloride) 200μl용액을 각각 첨가한 후, 가열 블록(heating block)에서 100℃로 1시간 동안 반응시켰다. 그리고 6％ 탄산칼륨(potassium carbonate)과 헥산(hexane) 2mL를 용액에 첨가한 후, 원심분리(3000rpm, 4℃, 15분)를 하여 지방산 1mL를 분리하였다.
분석에는 GC-MSD(6870N-5973, Agilent, US)를 이용하였고, 칼럼은 Fused silica capillary column(100m×0.25㎜×0.2um film thickness, SP(TM)2560 No. 48340-01)을 이용하였다. 운반 기체(Carrier gas)는 헬륨을 사용하였으며, 분할 비율(split ratio)은 10:1로 하여 불꽃 이온화 검출기(flame ionization detector, FID)로 분석하였다.
다. 통계처리
수집된 데이터는 SAS(Statistical Analysis System, 9.2 Version, Cary, NC, 2002)의 일반선형모델(General Linear Model, GLM)을 이용하여 분석하였으며, 처리구간 값을 던컨의 다중비교(Duncan’s multiple comparison) 방법을 통하여 0.05 수준으로 통계적 차이를 구명하였다.
3. 연구 결과 및 고찰
가. 체중, 증체량, 사료 섭취량, 사료 요구율
여름철 이온수 급수가 육계 생산성에 미치는 영향은 [표 1]에 나와있다. 사육전기(7∼21일)의 증체량은 이온수 처리구에서 724.17g으로 가장 증대되었고, 냉수이온수 처리구도 690.67g으로 수돗물 처리구 672.67g과 비교하여 유의적으로 증대되었다(p<0.05). 사료 섭취량은 928.00∼956.33g으로 처리구 간 통계적인 차이는 없었고, 그 결과 사료 요구율은 이온수 처리구(1.321), 냉이온수 처리구(1.352) 및 수돗물 처리구(1.380) 순으로 유의적으로 개선되었다(p<0.05).
사육후기(22∼35일)의 증체량은 냉이온수 처리구(1244.34g), 이온수 처리구(1144.67g) 및 수돗물 처리구(1114.12g) 순으로 유의적으로 증대되었고(p<0.05), 사료 섭취량도 증체량과 유사한 경향을 나타내었다(p<0.05). 사료 요구율은 처리구 간 통계적인 차이는 없었지만 이온수와 냉이온수 처리구에서 1.664와 1.635로 개선되는 경향을 보였다.
전체 사양실험 기간(7∼35일)의 체중은 냉이온수 처리구(2108.61g)에서 현저하게 증가하였고(p<0.05), 이온수 처리구(2042.34g)에서도 수돗물(1959.72g)과 비교하여 증대하였다. 사료 섭취량도 체중과 유사하게 냉이온수, 이온수, 수돗물 처리구 순으로 증가하는 경향을 보였으나 통계적인 차이는 없었다. 사료 요구율은 이온수와 냉이온수 처리구에서 관행적 수돗물을 급수한 처리구에 비하여 유의적으로 개선되었다(p<0.05).
육계는 주로 35℃부터 헐떡거림이 시작되어 산소부족 현상이 시작되고 에너지와 수분 손실과 이온의 불균형이 발생하므로 혈액 내 정상적인 전해질 수준은 육계의 성장에 있어서 중요하다(Ahmad 등, 2005). 정 등(2011)은 이온수의 급여가 비육기의 돼지에게 일당 증체량과 사료 섭취량이 증가하였다고 하였고 김 등(2013)은 이온수의 급여가 육계의 증체량과 사료 섭취량을 증가시킨다고 하였다.
냉수의 급여는 직·간접적으로 육계의 체온을 낮출 수 있는 방안으로, Guo 등(2003)은 고온 환경에서 육계의 증체량은 체온과 밀접한 관련이 있으며 급수 온도가 21℃인 육계는 32℃ 급수 처리구보다 증체량과 사료 요구율이 개선되었다고 하였다. Abioja 등(2011)과 Park 등(2015)은 육계 사육후기에 8∼9℃의 냉수 급수는 체중과 증체량을 증진시키고 사료 요구율을 개선한다고 하였다.
이러한 선행 연구는 본 연구결과와 유사하다. 여름철에 이온수의 급수는 일반 수돗물과 비교하여 증체량과 사료 요구율을 개선하였으며 냉수와 비교 시에도 사육전기(7∼21일)에서 증체량과 사료 요구율을 효과적으로 개선하였다.
나. pH, 육색(밝기, 적색도, 황색도), 육즙 감량, 조리 감량 및 전단력
여름철 이온수 급수가 계육품질에 미치는 영향은 [표 2]에 나와있다. pH는 이온수 처리구에서 5.89로, 냉이온수(5.84) 및 수돗물(5.77) 처리구와 비교하여 현저하게 증대되었다(p<0.05). 반면에 명도는 이온수(49.06)에서 냉수이온수(51.19)와 수돗물(52.08) 처리구보다 감소되는 경향이 있었다. 적색도와 황색도는 처리구 간 차이가 확인되지 않았고, 육즙 감량, 조리 감량도 통계적으로 차이는 없었으나 이온수 처리구에서 2.76％와 12.07％로 높은 경향이 있었다. 전단력도 이온수와 냉이온수 처리구에서 증가하는 경향을 보였다.
고온 스트레스를 받은 육계는 호흡 증가를 통해 체내 CO₂가 증가하여 계육의 pH가 감소된다(O'Sullivan 등, 2017). 이는 단백질 변성을 야기하여 수분 손실이 많고 수분 함량이 매우 높은 계육을 생산시켰다(Bowker 등, 2000). Aksit 등(2006)은 34℃ 고온 스트레스를 입은 육계는 관행적으로 22％에서 사육된 육계보다 닭고기에서 pH가 낮아졌고 명도가 높아졌다고 하였지만, Teeter(1997)는 전해질 농도를 조절하여 혈액의 pH를 조절하고 산화적 스트레스를 저감할 수 있다고 하였다.
본 연구 결과에 따르면 이온수, 냉수 및 수돗물 순으로 pH가 증가하는 경향을 보였다. 그러므로 이온수의 급수는 고온 환경에서 발생되는 계육품질 저하 문제를 감소시킬 것으로 사료되며, 이온수가 미치는 영향은 냉이온수가 급수보다 더욱 효과적이었다.
다. 혈청 내 성상
여름철 이온수 급수가 계육품질에 미치는 영향은 [표 3]에 나와있다. 간(肝) 수치를 나타내는 알부민, AST 및 ALT는 처리구 간 차이가 없었다. 콜레스테롤은 처리구 간 통계적 차이가 확인되지 않았으나 HDL 콜레스테롤은 이온수 처리구(135.28㎎/dL)에서 냉이온수(116.87㎎/dL)와 수돗물(115.79㎎/dL) 처리구에 비하여 통계적으로 높게 나타났다(p<0.05). 혈청 내 글루코오스와 단백질은 차이가 없었지만 중성지방은 이온수와 냉이온수 처리구에서 각각 67.62㎎/dL와 74.56㎎/dL으로 수돗물처리구(103.33㎎/dL)에 비하여 현저하게 감소되었다(p<0.05).
Park 등(2015)은 고온 환경에서 9℃의 냉수가 육계의 HDL 콜레스테롤을 증가시키며 중성지방을 감소시킨다고 하였지만, 본 연구에서는 여름철 냉이온수 급수보다 이온수의 급수가 HDL 콜레스테롤을 향상시키는 더욱 효과적인 방법으로 구명되었다. HDL 콜레스테롤은 동맥 내의 콜레스테롤의 침착을 저해하여 동맥경화나 심장질환의 위험성을 낮추므로 가축의 강건성을 증진시킬 수 있다(Gordon 등, 1981). 이에 본 연구 결과, 여름철 이온수의 급수는 수돗물과 냉수이온수에 비하여 육계의 강건성을 증진시킬 수 있을 것으로 사료된다.
라. 계육지방산
여름철 이온수 급수가 계육지방산에 미치는 영향은 [표 4]에 나와있다. 가슴지방산은 미리스트산(Myristic acid)(C14:0)이 0.94∼0.98％, 팔미트산(Palmitic acid)(C16:0)이 24.36∼24.88％, 팔미톨레산(Palmitoleic acid)(C16:1 n-7)이 4.73∼5.43％, 스테아르산(Stearic acid)(C18:0)이 9.51∼9.60％, 올레산(Oleic acid)(C18:1 n-9)이 39.36∼39.50％, 리놀레산(Linoleic acid)(C18:2 n-6)이 18.07∼18.85％, 리놀레산(Linoleic acid)(C18:3 n-6)이 0.13∼0.22％, 에이코센산(Eicosenoic acid)(C20:1 n-9)이 0.63∼0.66％, 아라키돈산(Arachidonic acid)(C20:4 n-6)이 0.63∼066％ 및 도코사헥사엔산(Docosahexaenoic acid)(22:6 n-3)이 0.19∼0.24％로 확인되었고, 처리구 간 통계적인 차이는 없었다.
단일불포화지방산(MUFA)은 44.85∼45.59％, 다중불포화지방산(PUFA)은 19.07∼19.93％로 확인되었고, 불포화지방산(UFA)은 64.56∼64.78％, 포화지방산(SFA)은 35.22∼35.44％이다. 이에 따라 UFA/SFA는 1.82∼1.84로, 이온수와 냉수의 급수 시 가슴육 지방산에 미치는 영향은 없었다.
다리지방산은 미리스트산(Myristic acid)(C14:0)이 0.91∼0.97％, 팔미트산(Palmitic acid)(C16:0)이 23.83∼23.90％, 팔미톨레산(Palmitoleic acid)(C16:1 n-7)이 5.42∼5.71％, 스테아르산(Stearic acid)(C18:0)이 9.07∼9.41％, 올레산(Oleic acid)(C18:1 n-9)이 39.57∼40.01％, 리놀레산(Linoleic acid)(C18:2 n-6)이 18.64∼19.49％, 리놀레산(Linoleic acid)(C18:3 n-6)이 0.21∼0.23％, 에이코센산(Eicosenoic acid)(C20:1 n-9)이 0.61∼0.6％%, 아라키돈산(Arachidonic acid)(C20:4 n-6)이 0.42∼0.46％ 및 도코사헥사엔산(Docosahexaenoic acid)(22:6 n-3)이 0.12∼0.13％로, 통계적 차이가 없었다.
단일불포화지방산(MUFA)은 45.66∼46.34％, 다중불포화지방산(PUFA)은 19.41∼20.23％로 확인되었고, 불포화지방산(UFA)은 65.75∼66.14％, 포화지방산(SFA)은 33.86∼34.25％이다. 이에 따라 UFA/SFA는 1.92∼9.95로 확인되었고, 가슴살과 유사하게 처리구 간 유의성은 없었다.
Shim 등(2006)과 Park 등(2015)은 여름철 고온 스트레스 해소가 간과 맹장의 불포화지방산함량을 증가시킨다고 하였지만 본 연구 결과는 가슴과 다리육 내 지방산은 처리구 간에 통계적 차이가 없었다. 이에 이온수의 급수는 냉수 급수와 유사하게 계육지방산에 미치는 영향은 미미할 것으로 판단된다.
4. 적 요
㈜이오렉스에서 정전기를 통해 물을 이온화(H+와 OH-) 및 전해질화시켜 제조된 이온수는 생체 내에서 흡수하기 용이한 형태로, 고온다습한 여름철 육계에서 손실된 수분 보충을 쉽게 도와주며 혈중 전해질 농도를 조절하여 산화적 스트레스를 저감하므로 유익한 영향을 줄 것으로 사료된다.
그러므로 본 연구에서는 로스(Ross) 육계 7일령 360수를 3개 처리구(수돗물, 이온수 및 냉이온수), 6반복으로 반복당 20수씩 배치하여 4주간 사양실험을 실시함으로써 여름철 육계에 이온수의 급수 효과를 수돗물 및 냉이온수와 비교하였다. 체중과 사료 섭취량은 매주 측정하여 증체량과 사료 요구율을 계산하였으며, 사양 실험종료 후에 10수를 채혈하여 혈액성상을 측정하였고 가슴살과 다리살도 채취하여 냉동 보관 후 육질과 지방산을 분석하였다.
사육전기(7∼21일)의 증체량은 이온수 처리구에서 724.17g으로 유의적으로 증대되었고, 사료요구율도 이온수 처리구(1.321), 냉이온수 처리구(1.352) 및 수돗물 처리구(1.380) 순으로 개선되었다(p<0.05). 사육후기(22∼35일)의 증체량은 냉이온수(1244.34g), 이온수(1144.67g) 및 수돗물(1114.12g) 처리구 순으로 증가하였으며 처리구 간 통계적 차이를 보였다(p<0.05). 사료 섭취량도 증체와 유사한 경향으로 처리구 간 현저한 차이를 나타내었다(p<0.05). 사료 요구율에선 처리구 간 통계적 차이는 없었지만 이온수와 냉이온수 처리구에서 1.664와 1.635로 개선되는 경향이 있었다.
전체사양기간(7∼35일)에 체중은 냉이온수 처리구(2108.61g)에서 증가하였고(p<0.05) 이온수처리구(2042.34g)에서도 수돗물(1959.72g)과 비교하여 증대하였다. 사료 섭취량도 체중과 유사하게 냉이온수, 이온수, 수돗물 처리구 순으로 증가하는 경향을 보였다. 사료 요구율은 이온수와 냉이온수 처리구에서 수돗물 처리구와 비교하여 개선되었다(p<0.05).
pH는 이온수 처리구에서 5.89로, 냉이온수(5.84)와 수돗물(5.77) 처리구와 비교하여 유의적으로 증대되었다(p<0.05). 반면에 명도는 이온수(49.06)에서 냉이온수(51.19)와 수돗물(52.08) 처리구보다 감소되는 경향이 있었다. 적색도와 황색도는 처리구 간 차이가 없었으며 육즙, 조리감량도 처리구 간 통계적 차이는 없었지만, 이온수 처리구에서 2.76％와 12.07％로 높은 경향이 있었다.
전단력도 이온수와 냉이온수 처리구에서 증가하는 경향을 보였다. 알부민, AST 및 ALT는 처리구 간 차이가 없었으며, 콜레스테롤은 처리구 간 통계적 차이가 없었지만 HDL 콜레스테롤은 이온수 처리구(135.28㎎/dL)에서 냉이온수(116.87㎎/dL)와 수돗물(115.79㎎/dL) 처리구에 비하여 통계적으로 증대하였다(p<0.05). 혈청 내 글루코오스와 단백질은 차이가 없었으나 중성지방은 이온수와 냉이온수 처리구에서 각각 67.62㎎/dL와 74.56㎎/dL로 수돗물 처리구(103.33㎎/dL)에 비하여 유의적으로 감소하였다(p<0.05). 가슴과 다리육지방산 조성은 수돗물, 이온수 및 냉이온수에 따른 차이가 없었다.
본 연구 결과, 고온다습한 국내 여름철에 이온수의 급수는 고온으로 입는 스트레스를 예방하여 육계의 생산성과 계육 품질개선에 유익한 영향을 미쳤을 것으로 사료된다.
[문의 = 1644-2564 / 이메일 : iorex@iorex.co.kr]
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[『워터저널』 2017년 12월호에 게재]