서 론
전염성 질병과 도태 등으로 발생하는 가금폐사체를 처리할 때 발생하는 악취 및 오염물질에 대해 많은 문제점이 지적되고 있다. 대부분의 축산 농가는 땅에 매몰하는 방식으로 폐사체를 처리하는데 이는 처리방법이 단순하고 단시간 내에 많은 폐사체를 처리할 수 있어 전국적인 전염성 질병 대유행 시 즉각적인 대응이 용이하다. 하지만 매몰 이후 유출된 침출수가 지하수를 오염시킬 우려가 있고 야생동물에 의한 제2차 전염을 유발할 수 있는 문제점을 갖는다 (Kim and Kim, 2017). 더불어 소각, 렌더링 등 열에너지를 사용하는 열처리 방법이 있다. 열처리로 폐사축 내 유해한 병원성균들은 효과적으로 사멸될 수 있지만, 소각의 경우 대기오염의 문제가 있으며 (Scudamore et al., 2002) 렌더링의 경우 많은 에너지양을 필요로 한다.
가금폐사체에 존재하는 유해균들이 열처리를 통해 확실히 사멸된다면 이는 좋은 동물성 단백질원으로 사용될 수 있다 (Seidavi et al., 2019). 가금폐사체를 열처리하는데 고려해야 할 요소들로는 단위면적당 용량, 온도, 처리시간 및 교반상태 등이 있으며, 특히 처리 온도 및 열처리 시간에 따라 사료적 가치에 많은 영향을 줄 수 있다. 그러나 가금폐사체의 처리온도와 열처리 시간에 따라 사료적 가치를 평가한 연구는 부족하다. 따라서 본 연구는 가금폐사체에서 열처리 최적 처리온도 및 가열 시간을 도출하고 처리 후 가금폐사체의 건물함량, 펩신소화율 및 유해균 변화에 미치는 영향을 연구하고자 실험을 수행하였다.
재료 및 방법
1. 가금폐사체
가금폐사체는 전라북도 익산에 위치한 종계 농장에서 발생한 Hy-Line brown종 폐사체를 수거하여 실험에 사용하였으며 (Figure 1 및 Table 1), 실험 전까지 -20°C에 냉동보관 하였다.
Table 1.
Chemical composition of chicken carcass.
| Item (%) | Chicken carcass |
| DM† | 39.3 ± 0.6 |
| CP | 23.3 ± 2.6 |
| EE | 7.0 ± 1.6 |
| CF | 0.9 ± 0.0 |
| Ash | 6.6 ± 3.5 |
| Ca | 3.0 ± 0.9 |
| P | 1.5 ± 0.4 |
2. 시험설계
가금폐사체 최적 처리온도 도출을 위하여 100, 140, 180 및 220°C 조건에서 가열하고 0, 4, 6, 8 및 10시간에 샘플링을 수행하였다. 실험의 수행은 각 처리구별로 가열할 샘플은 원물 기준 약 50 g을 칭량하여 3반복으로 건조오븐 (Daihan Scientific, Smart-LabTM System oven, Korea)를 이용하여 실험을 수행하였다. 각 온도별로 설정된 오븐에서 각 가열시간 (0, 4, 6, 8 및 10시간)에 샘플을 꺼낸 뒤 1시간 방냉 후 칭량하여 가열 온도와 시간에 의한 가금폐사체의 건물함량 및 소실율을 계산하였다. 각 온도 및 시간별 샘플에 대하여 펩신소화율, 유해균, 아플라톡신 및 오클라톡신의 분석을 수행하였다.
3. 조사항목 및 방법
(1) 건물함량
건물 (Dry matter, DM)은 AOAC (2005)의 방법에 따라 분석을 수행하였다. 건물은 열풍 건조기 (HB-503-LF, Hanbaek scientific technology, Korea)를 사용하여 60°C에서 48시간 동안 건조하여 측정하였다.
(2) 펩신소화율
펩신소화율 (AOAC 971.09)과 조단백질 (AOAC 968.06)의 함량은 AOAC (2005)의 방법에 따라 분석하였다. 시료 1 g을 샘플링하여 탈지 후 250 mL 삼각플라스크에 넣고 0.2% 펩신염산액 (0.075 N 염산 1 L에 펩신 2.0 g을 녹여 제조) 150 mL를 가하고 45°C 조건에서 배양기에서 교반하면서 16시간 소화시킨 후 여과지 (Whatman No.1, Cytiva, Massachusetts, USA)로 여과한다. 불소화물은 세척 후 불소화물과 여과지를 Kjeldhal 방법 (Bremner, 1960)에 따라 조단백질 함량을 구하고, 시료에 대한 조단백질의 함량을 구하여 펩신소화율을 계산하였다. 조단백질의 함량은 시료 1 g을 샘플링하여 황산 20 mL와 촉매제 (CuSO4와 K2SO4를 1 대 9 비율로 혼합)를 첨가하여 오토샘플러 (Kjeltec AutoSampler System) 및 조단백질 자동분석기 (Kjeltec 8400, FOSS, Hilleroed, Denmark)에서 620°C로 분해 후 측정하였다. 아래의 식 (1)에 따라 계산하였다.
A : 시료 내 조단백질 함량 (%)
B : 불소화물 내 조단백질 함량 (%)
(3) 유해균 수 측정
유해균으로 살모넬라, 대장균군, 대장균, 곰팡이의 수를 조사하였다. 사료의 미생물 균총 검사를 위해 사료 1 g에 증류수 9 mL을 첨가해 희석시킨 후 단계적으로 희석하였다. 그리고 처리구별 가금폐사체 내에 존재하는 살모넬라, 대장균군과 대장균 그리고 곰팡이는 각각 Salmonella sp. 용, Coliform/E. coli 용, Mold/Yeast 용 필름배지 (MC-Media Pad, JNC Co., Japan)를 이용하여 희석된 샘플액을 1,000 µL씩 접종시켜 배양하였다. 살모넬라, 대장균군 및 대장균은 37°C에서 24 시간동안, 곰팡이는 25°C에서 48 시간동안 배양하여 각각의 균 수를 조사하였다. 미생물의 수는 각 선택배지에서 colony forming unit (CFU)으로 계수 후 10진법으로 환산하였다
(4) 아플라톡신 및 오크라톡신 분석
아플라톡신 및 오크라톡신의 측정은 사료 등의 기준 및 규격의 사료표준분석방법 (제13조 관련) 내 분석방법에 따라 분석하였다. 아플라톡신과 오크라톡신은 사료표준분석방법에 제시된 전처리 방법에 따라 액체 형태로 전처리한 후 HPLC (High Resolution Orbitrap LC/MS, Thermo Scienticic, MA, USA)를 이용하여 분석하였다.
4. 통계분석
온도 및 건조시간의 효과에 대한 통계분석은 SAS (2013)의 PROC MIXED procedure를 이용하였다. 모델 모형은,
모델에서 µ는 평균값, Ti는 처리구 및 Eji는 실험오차를 나타낸다. 모델의 고정 변수는 온도이며, 임의 변수는 고려하지 않았다. 각 처리 구간에 비교는 CONTRAST 옵션을 이용하여 Repeated measurement를 수행하였고 (Littell et al., 1998), 유의성은 p < 0.05 수준에서 검정하였다. 그래프는 Excel 프로그램의 “Solver”를 사용하여 시그모이드 방정식을 활용하여 관측값에 대하여 추세선을 추정하였다.
결과 및 고찰
건조온도 및 건조시간에 따른 가금폐사체의 건물함량 변화를 Figure 2에 나타내었다. 건조 온도 100°C를 제외하고 4시간이 지난 후 가금폐사체의 건물함량은 90% 이상을 나타내었고, 100°C 온도에서 8시간 후 건물 90%를 초과하였다. 전반적으로 140°C 이상 처리 구가 100°C 처리 구보다 건조 능력이 높게 나타났으며 (p < 0.05), 140°C 이상의 처리고 간에는 유의한 차는 나타나지 않았다.
농림축산식품부에서 사료관리법 내 ‘사료 등의 기준 및 규격’ (2017 개정 고시)에 따르면 남은 음식물 등의 성분 등록 사항에 대하여 기존 성분 (조단백질, 조지방, 수분, 염분 등) 항목과 더불어 열처리 공정 (100°C)에 관한 내용을 추가하였으며, 가금 사료 및 사료원료에 대하여 수분함량 14% 이하 등의 기준을 추가하여 명시하고 있다. 이에 사료원료로서 건물함량을 86%를 기준으로 평가하여야 하나 미생물의 생존능력이 수분함량 5%까지 나타날 수 있어 건물함량을 95%를 기준으로 평가하였다(López-Malo and Alzamora, 2015). 본 실험 결과에 따르면 효율적으로 가금폐사체를 건조하기 위해서는 140°C에 근접한 온도에서 건조를 하는 것이 효율적으로 사료되며, 140°C보다 높은 온도에서 건조를 수행할 경우 에너지의 소모 대비 건조 효율이 급격하게 낮아지기 때문이다. 열처리는 사료 산업에서 유해균을 사멸하고 소화율을 증진하는 용도로 널리 사용되고 있다. 본 연구에서 최적의 건조 효율을 나타내는 140°C에서는 대부분의 유해 미생물은 사멸하는 것으로 알려져 있으며 (Walstra et al., 2005) 이 과정은 가금폐사체의 사료화를 위해 필수적인 과정으로 사료된다. 사료를 열처리할 경우 단백질 및 아미노산의 펩신소화율에 미치는 거의 없다고 보고되었으나 (Lee et al., 2007), 반대로 열처리가 아미노산의 소화율에 부정적인 영향을 미친다는 연구 결과가 보고된 바 있다 (Bellagamba et al., 2015). 이전 연구에서 열처리에 대한 사료의 이용성에 대한 상반된 보고가 있는 만큼 본 연구에서도 사료에서 가장 중요하게 여겨지는 단백질의 소화율에 대한 검증은 필요할 것으로 사료된다.
건조온도 및 건조시간에 따른 가금폐사체의 펩신소화율을 Figure 3에 나타내었다. 100°C 및 140°C에서 건조를 수행한 가금폐사체 처리구의 펩신소화율이 180°C 및 220°C에서 건조를 수행한 처리구의 펩신소화율에 비하여 실험 전체에서 유의적으로 높게 나타났다 (p < 0.05).
이전 연구에서 단백질의 고온에서 열처리는 아미노산의 소화율에 부정적인 영향을 줄 수 있다는 보고가 있었다 (Bellagamba et al., 2015). 그러나 본 연구의 결과에서 140°C에서의 건조는 단백질의 펩신소화율에는 영향을 주지 않았다. 본 실험에서 140°C 온도에서 가금폐사체를 열처리할 경우 에너지의 효율은 가장 높고 단백질의 이용성에 미치는 영향이 낮게 나타남에 따라 140°C의 열처리 온도가 가금폐사체를 처리하기 위한 최적으로 판단되었다.
건조온도 및 건조시간에 따른 가금폐사체의 살모넬라, Coliform, 곰팡이, 아플라톡신 및 오크라톡신의 균수 측정 결과를 Table 2에 나타내었다. 유해성이 높은 살모넬라와 Coliform의 수치는 100°C 처리구를 제외하고 모든 처리구에서 검출되지 않았다. 곰팡이는 모든 처리구에서 검출되지 않았다. 아플라톡신 및 오클라톡신은 모든 처리구에서 검출되지 않았다.
Table 2.
Colony number of Salmonella, coliform and fungi and toxins according to each treatment.
본 연구 결과에서 100°C의 건조온도는 폐사체 내에 있는 살모넬라와 Coliform을 완벽하게 사멸시키지 못하는 것으로 사료된다. 이전 연구에서 살모넬라의 경우 90°C 조건에서 15분 이상 가열 시 살모넬라는 5% 미만으로 살아남는다고 보고되었다 (Hussemann and Buyske, 1954). 또한, Coliform 박테리아의 경우 60°C의 온도에서 10분 이상 가열 시 거의 소멸하는 것으로 보고되었다 (Denis et al., 2006). 그러나 본 연구에서 100°C에서 유해균이 검출된 이유는 열을 충분히 전달받지 못한 가금폐사체 내 잔존 살모넬라와 Coliform 박테리아가 검출된 것으로 사료되며, 본 실험에서 140°C 이상의 온도에는 유해균이 검출되지 않은 점을 볼 때 사료화를 위해서는 140°C 이상에서 건조를 수행하여야 할 것으로 사료된다.
결 론
본 연구에서 제시한 140°C 온도에서 4시간 이상 열처리는 가금폐사체를 사료화할 경우 유해균이 충분히 사멸하고 단백질 소화율에 부정적인 영향을 미치지 않는 가금폐사체 사료화를 위한 최적 처리 조건으로 사료된다. 다만, 본 처리조건을 바탕으로 처리 장치를 개발할 경우 장치의 용적과 가금폐사체 투입량에 따라 조건이 달라질 수 있기 때문에 이에 대한 추가 연구는 필요할 것으로 사료된다. 본 연구에서 도출된 처리조건에서 가금폐사체를 처리할 경우 버려지는 가금폐사체를 사료원료로 재활용 가능할 것으로 기대되며, 단백질 원료 선택의 폭을 넓히고 국내 축산환경 개선에 도움을 줄수 있을 것으로 사료된다.
