Effects of pasture grazing and fermented feed on growth performance, fecal microbiota, and carcass characteristics of Hanwoo steers and fermented characteristics of triticale silage

Abstract

국내 배합사료에 사용되는 사료 원료와 조사료 중 건초는 대부분 수입에 의존하고 있기 때문에 기후변화에 따른 이상기상 빈발, 물류비상승, 국제 지정학적 위험 등으로 인한 국제 곡물가격 상승이 국내 축산업에 미치는 영향이 크게 나타난다. 따라서 한우, 젖소, 염소 등 축산 농가의 경쟁력 향상을 위해서는 국내산 양질조사료의 생산과 가축 이용확대를 통하여 생산비를 절감하는 것이 무엇보다 중요하다. 국내 조사료 자급률은 2021년 기준 82.7%로 높지만 이탈리안 라이그라스(IRG), 호밀, 청보리, 트리티케일, 사일리지용 옥수수 등 양질의 조사료는 전체 조사료 공급량의 25%로 낮은 수준에 머물고 있다. 이에 따라 정부에서는 조사료생산기반 확충사업을 통하여 국내 조사료 생산기반 구축과 함께 양질의 조사료 유통확대를 목표로 정책을 추진하고 있다. 본 정책의 3가지 주요 핵심내용은 (1) 국내산 조사료 생산 및 이용을 위한 조사료 제조비와 조사료 수확∙제조장비 지원, (2) 국내산 조사료 유통확대를 위한 유통∙가공 지원, (3) 간척지, 유휴지, 농경지, 산지 등 조사료 생산 기반을 확대하기 위한 것이다. 정부의 이와 같은 노력에도 국내산 양질 조사료 재배면적은 답보상태에 있다. 따라서 국내조사료 생산과 이용 활성화를 위해서는 국내산 조사료를 활용한 TMR산업 활성화 및 초지 가축 방목이용 기술 개발과 국내산 저장 조사료(사일리지)의 품질문제 해결이 필요하다. 따라서 본 연구는 초지방목과 발효사료 급여가 한우 거세 비육우에 미치는 영향과 사일리지의 저장성 향상을 위한 첨가제 처리에 따른 영향을 조사하기 위하여 수행하였다. 연구 1은 한우 거세 비육우의 방목과 우사 사육에 따른 장내 미생물 균총변화와 대사물질 변화를 분석하기 위하여 시험축의 분변에 있는 미생물 균총 변화를 NGS 를 이용하여 분석하였고 대사체 분석 결과와 연계하였다. 연구 2는 한우 거세우 발효사료 비육기 급여에 따른 가축의 생산성, 도체특성, 육질특성에 미치는 영향을 알아보기 위하여 수행되었다. 연구 3은 트리티케일 사일리지의 저장성 향상을 위해서 젖산균 첨가제 2종(Lacticaseibacillus rhamanosus-52, Lacticaseibacillus rhamnosus-54)을 트리티케일 출수초기와 출수기로 나누어 첨가하여 그 효과를 분석하였다.

연구 1. 방목과 우사 사육에 따른 한우 거세 비육우 분뇨 미생물 균총 및 대사체 변화 본 연구는 한우 거세 비육우의 방목과 우사 사육에 따른 장내 미생물 균총과 대사물질 변화를 분석하기 위하여 수행되었다. 방목과 사사의 장내 미생물 균총 다양성을 분석한 결과 방목이(3,538±38.17 OTUs)로 우사 사육(2,930±94.06 OTUs)보다 높게 나타났다. Chao 1 분석에서도 역시 방목이 우사 사육보다 높은 결과를 보였다. 방목과 우사 사육 모두 Bacteroidetes와 Firmicutes가 높게 나타났으며 방목에서 우사 사육보다 Bactreroidetes는 낮게 나타났고 상대적으로 Firmicutes는 높게 나타났다. 혈액분석에서 우사 사육은 gammaglutamyl transpeptidase(γGTP), glucose(GLU), total cholesterol (T-CHO) 그리고 triglyceride (TG) 수치가 증가하는 결과를 보였다. 결과적으로 방목에 따른 한우 거세우의 혈중대사물질과 장내 미생물과의 상관성이 나타났고 분변을 통하여 방목에 따른 미생물 균총 변화를 확인할 수 있었다.

연구 2. 한우 거세우에서 조농분리 급여와 발효사료 혼합 급여가 가축의 성장 및 도체 특성에 미치는 영향 한우 거세우 발효사료 비육기 급여에 따른 가축의 생산성, 도체특성, 육질특성에 미치는 영향을 알아보기 위하여 수행되었다. 13개월령의 한우 거세우 12두를 2개의 그룹으로 나누어 한쪽에는 FF(발효사료 + IRG 사일리지 + 옥수수 사일리지)를 다른 쪽에는 CRS(볏짚 + 농후사료)사료를 급여하였다. FF급여에서 비육전기 일당 증체량은 0.93kg으로 관행(0.83kg) 대비 유의적으로 높았으나 비육후기에는 유의적인 차이가 나타나지 않았다. 도체중은 FF급여에서 444kg로 관행 401.8kg대비 높게 나타났고 등심단면적은 FF급여가 91cm2으로 관행 87.60cm2대비 높았다(p<0.05). 하지만, 가열감량, 등지방두께, 도체등급, 육색, 조지방 등에서는 처리에 대한 차이가 나타나지 않았다(p>0.05). 결과적으로 한우 거세우 비육초기 및 후기 FF 급여에따른 고기품질, 도체 특성, 지방산 조성 등에 대한 차이가 크지않았다. 따라서 발효사료를 이용하여 기존 농후사료를 대체할 수 있으며 생산성 개선과 사료비 절감을 통하여 농가소득 향상에 기여 할 수 있을 것으로 판단된다.

연구 3. 젖산균 접종이 혐기조건에서 숙기별 트리티케일 사일리지의 발효특성 및 미생물상 변화에 미치는 영향 사일리지의 품질을 높이기 위해서는 혐기조건에서 미생물 발효가 잘 이루어져야 한다. 본 연구에서 트리티케일 사일리지의 저장성 향상을 위해서 젖산균(LAB: Lactic acid bacteria) 첨가제 2종 (Lacticaseibacillus rhamanosus-52, Lacticaseibacillus rhamnosus-54)을 트리티케일 출수초기와 출수기로 나누어 첨가하여 그 효과를 분석하였다. 모든 첨가제 처리에서 사일리지 내 미생물 변화를 촉진하여 미첨가 보다 사일리지 내 pH를 낮추는 능력이 높아졌다(p<0.05). LAB 사일리지 첨가는 혐기발효를 촉진시켜 lactic acid를 증가시키고 acetic acid와 butyric acid 를 감소시켰다(p<0.05). 또한, L. rhamanosus-52와 L. rhamanosus-54는 사일리지 미생물 발효를 통한 저장성 개선 효과가 나타났다. Lacticaseibacillus spp. 의 비율이 높아지면 미생물 다양성은 감소되었지만 젖산발효 효율은 증가하였다. 결과적으로 트리트케일 사일리지에 대한 LAB 처리는 젖산균의 증식을 촉진시키고 사일리지 품질에 악영향을 주는 미생물균의 증식 억제 효과가 있었다.

종합결론 한우 거세 비육우의 생산비를 낮추고 가축의 생산성을 향상시키기 위한 연구를 추진하였다. 육성기 한우 거세우 초지 방목에 따른 장내 미생물 다양성이 증가하였으며 Firmicutes가 장내 우점하였다. 한우 육성기 방목은 우사 사육 대비 일당증체량이 유사하게 나타났고 혈중 대사물질 분석결과 방목에서 대사성 질병 관련 물질들이 우사 사육보다 적게 나타나 더 건강한 밑소 생산이 가능할 것으로 보인다. 한우 거세 비육우에서 국내산 양질 조사료를 활용한 사료비 절감, 고기 품질과 가축의 생산성 향상이 무엇보다 중요하다. 본 연구에서 젖산균 첨가제 처리를 통하여 국내산 트리티케일 사일리지의 발효 품질 문제를 해결할 수 있었다. 또한, 발효 사료 및 발효 조사료 혼합 급여는 가축의 생산성을 향상시킬 수 있고 사료비 측면에서 절감효과가 있을 것으로 사료된다.

South Korea relies almost entirely on imported grain and animal feed to meet the requirements for livestock feed. As a result, fluctuations in international forage crop prices and feed price increases directly impact domestic livestock farms` income. One efficient method to reduce feed costs is to provide high-quality domestic forage. There are three approaches to incorporating domestic forage in beef cattle production. Firstly, expanding the use of grassland for beef cattle grazing is effective in reducing feed costs. However, it is necessary to solve the problem of reducing livestock productivity by beef cattle grazing. Secondly, expanding the use of domestic forage in total mixed rations (TMR) can also be useful. However, the variance in moisture content of domestic forage silage poses a risk of spoilage of TMR (Choi et al., 2019). Fermented feed (FF) is an alternative method that involves aerobic fermentation to improve storability. Finally, lactic acid bacteria (LAB) inoculants are widely used to improve the fermentation process and aerobic stability of silage. Study 1 aimed to investigate changes in the composition of fecal microbiota and the differences between grazing and housing feeding systems of Hanwoo steers. Grazing steers on natural pastures increased the diversity of bacterial communities in the fecal microbiota, both at the phylum, family, and genus levels. Moreover, Firmicutes levels were higher in the feces of grazing steers grown on grasslands than in those of housed steers. Firmicutes consist of two dominant bacterial families: Ruminococcaceae and Lachnospiraceae. Meanwhile, Sphingobacteriaceae, Bacteroidaceae, Prevotellaceae, and Rikenellaceae dominated Bacteroidetes, with higher numbers observed among housed steers. The changes in microbiota may have an impact on serum metabolic profiles (gammaglutamyl transpeptidase, glucose, total cholesterol, and triglyceride) and feeding behavior. The findings of this study enhance our current understanding of the gut microbiota of Hanwoo steers and provide evidence of the potential effects of different forages on the rumen microbiota of naturally fed animals. Study 2 aimed to compare the growth efficiency, carcass quality, meat quantity, and quality characteristics of Hanwoo steers fed fermented feed with forage silage (FF) and concentrates and rice straw separately (CRS). This study is the first to document the effects of FF on the growth output, carcass characteristics, and meat quality of Hanwoo steers during early and late fattening periods. The results showed that feeding FF not only improved feed intake and growth performance but also enhanced carcass characteristics, meat quality, and fatty acid profiles of Hanwoo steers compared to those fed CRS. In addition, the study contributes to the meat industry by providing evidence that FF fed steers have superior meat quality than those fed CRS. Nevertheless, further research is required to determine the mechanisms by which FF affects meat quality. In Study 3, the effect of LAB (Lacticaseibacillus rhamnosus) on the nutrient profiles, fermentation profiles, and microbial diversity of high-moisture triticale silage (before and after heading) was investigated. The results showed that the addition of L. rhamnosus INO-52 (novel inoculants of Lacticaseibacillus rhamanosus-52) and INO-54 (novel inoculants of Lacticaseibacillus rhamanosus-54) had a positive impact on all the evaluated parameters. The inoculated silage had enhanced lactic acid production and lower pH, leading to a decrease in the richness and diversity of other bacterial species and a reduction in the concentration of acetic acid. These findings suggest that the tested strains have the potential to improve silage fermentation when used as inoculants. However, further research is needed to determine their efficiency for different types of grass and legume silages and their combinations with other additives, including homo-fermentative bacteria and artificial additives. The results of this study provide a foundation for future research in this area. I n conclusion, the most efficient way to reduce feed costs is to supply high-quality domestic forage to beef cattle. There are several ways to preserve the quality of forage and to use high-quality forage more effectively. Grazing steers on natural pastures increased the diversity of bacterial communities in the fecal microbiota at the phylum, family, and genus levels and influenced animal health and serum metabolic markers. The FF feed can be effective and profitable for the early and late fattening periods of Hanwoo steers without causing negative effects. The addition of L. rhamnosus can enhance the fermentation of silage inoculants. In summary, to expand the utilization of domestic forage, it is important to enhance its preservation and choose an appropriate method for feeding cattle.