한우 영양과 TMR 이해(7) - 반추 미생물의 종류

1) 반추위 미생물의 영양적 가치

 

반추위 미생물의 질소(N) 함량은 8~12%(건물 기준)로 소에게 필요한 단백질의 40~90%를 공급한다. 반추위 미생물의 단백질 소화율은 70~90%에 이르며 박테리아보다 프로토조아의 소화율이 다소 높다. 또한 제 1위에서 합성되는 미생물 지방의 양이 하루에 0.1~0.2kg으로 소량이지만 미생물체지방을 공급하고 반추위 미생물의 대사산물인 휘발성지방산으로 소에게 필요한 에너지의 70~80%를 공급할 뿐만 아니라 비타민 K 및 B군을 합성하여 공급한다.

 

2) 반추위 미생물의 종류

 

가) 박테리아

 

박테리아의 수는 반추위 내에는 사료급여 형태, 급여량, 급여시기에 따라 약간씩 차이가 있다. 반추위에 서식하는 박테리아는 형태와 크기, 세포막의 구조와 생물학적 기능 그리고 성장 속도 등에 있어 매우 다양한 특성을 가지고 있으나 둥근 모양의 구균, 작은 막대모양의 간균, 연쇄상구균, 및 나선균이 부분이다. 반추위 박테리아는 사료를 구성하고 있는 성분 또는 영양소 즉, 특성 기질을 중점적으로 분해하거나 대사물질을 이용하는 특성 그리고 생성시키는 물질 등에 따라 분류되는데 이를 영양적 분류라고 한다. 예를 들면, 섬유소 분해 박테리아, 단백질 분해 박테리아, 지질 분해 박테리아, 젖산 이용 박테리아 그리고 메탄 생성 박테리아 등으로 분류된다. 섬유소 분해 박테리아는 반추동물의 소화효소로는 이용할 수 없는 섬유소를 분해시켜 반추동물이 이용 가능한 형태의 대사산물을 공급하기 때문에 특히 중요하다.

 

이밖에도 반추위의 주요 활동 부위에 따라 아래와 같이 박테리아를 분류하기도 한다. 

 

① 반추위액에 부유되어 있는 박테리아 

② 사료입자에 약하게 붙어있는 박테리아 

③ 사료입자에 강하게 붙어있는 박테리아 

④ 반추위 상피세포에 존재하는 박테리아 

⑤ 프로토조아와 곰팡이 표면에 붙어있는 박테리아

 

일반적인 사양시스템에서는 위액에 부유하고있는 박테리아는 약 20~30%정도이며, 사료입자에 부착되어 있는 박테리아가 전체 미생물의 75%를 차지하고 있다. 이들 부착 박테리아는 반추위내 미생물에 의한 ATP 생산량의 75%를 담당하고 있다. 반추위내 상피세포와 프로토조아, 곰팡이에 부착된 박테리아는 1% 미만으로 사료의 소화에 큰 영향을 주지 않으며, 사료입자에 부착된 미생물이 사료소화에 중추적인 역할을 한다.

 

반추위내 박테리아의 주요 기능은 섬유소를 비롯한 비구조성 탄수화물(전분, 과당류 및 단당류)을 분해하여 휘발성 지방산을 생성하며 이들이 흡수되어 에너지원으로 또는 체조직의 합성이나 생산 등에 이용하며, 사료단백질을 분해하여 암모니아를 생성하고 생성된 암모니아를 이용한 단백질을 합성하는 기능을 갖고 있다. 더불어 사료의 지방을 분해하여 휘발성지방산의 전구물질로 이용할 뿐만 아니라 한우에 필요한 비타민을 합성하며, 반추위로 유입되는 많은 종류의 독성물질을 불활성화시키는 작용을 한다.

 

나) 프로토조아

 

반추위에 서식하는 프로토조아는 섬모 프로토조아와 편모 프로토조아로 구성된다. 혐기적 조건에서 존재하며 탄소 균형을 유지하기 위해 휘발성지방산과 수소를 생성한다. 생성된 수소는 프로토조아 표면에 살고 있는 메탄생성 박테리아가 이용함으로써 서로 공생관계를 유지한다. 또한 편모 프로토조아에 비하여 섬모 프로토조아의 수가 10배 이상 많아 반추위 내에서 사료의 발효에도 크게 영향을 미친다. 섬모 프로토조아는 다양한 탄수화물 분해효소를 분비하여 당, 전분 및 이눌린 등을 이용하고 박테리아를 포식하기도 한다. 이들을 이용하고 난 후에 젖산, 초산, 낙산, 수소 및 이산화탄소를 생성한다.

 

프로토조아는 박테리아보다 10,000~1,000,000배 정도 크기 때문에 박테리아를 주요 먹이로 이용하고 반추위에서 생산되는 미생물총량의 40~50%를 차지한다. 또한 각종 사료성분의 발효에 능동적으로 관여하지만 박테리아에 비하여 사료 분해 능력이 떨어지며 요소 분해 능력은 거의 없다. 프로토조아는 증식에 0.5~2일이 걸릴 만큼 성장 속도가 느려 증식시간이 제 1위액의 반전시간보다 느리지만 대부분의 프로토조아는 큰 사료입자에 부착되어 있고 반추위 내에서 머무는 시간이 길어 전체 프로토조아의 20% 정도만이 이전되고 약 70% 정도가 제 1위 내에서 자체 분해된다. 이에 따라 생산량에 비하여 소장으로 공급되는 프로토조아 단백질은 전체 미생물 단백질의 20% 정도에 불과하여 반추동물의 미생물 단백질 이용 측면에서는 크게 기여하지 못한다.

 

다) 곰팡이

 

반추위에 서식하고 있는 혐기성 곰팡이가 사료의 발효 및 소화에 기여한다는 사실은 최근에 밝혀졌다. 현재까지 분리된 혐기성곰팡이는 종류가 5속 21종이다. 반추위 곰팡이는 농후사료보다는 조사료를 섭취하는 환경에서 성장과 활동이 왕성하며, 섬유소와 같은 구조 탄수화물을 중점적으로 분해시킨다. 

 

반추위 곰팡이가 조사료를 분해하는 과정은 다음과 같다. 먼저 편모 유주자가 사료 표면에 정착을 한다. 이때 저작으로 인해 잘려진 단면 등을 더 선호한다. 여러 개의 뿌리를 뻗어 표면에 곰팡이 정착을 하면서 사료 조직을 물리적으로 부수고 부서진 조직 사이로 섬유소 분해박테리아가 침두해 섬유소를 분해할 수 있게 도와준다. 곰팡이는 점차 자라서 구형의 유주자낭을 형성하여 내부에 많은 유주자를 생산하게 되고 이후 유주자낭이 파열되어 유주자가 다른 사료 조직으로 이동하게 된다. 

 

반추위 곰팡이의 중요한 특징으로는 곰팡이의 가근을 통한 사료의 물리적 분해와 강력한 섬유소분해효소를 분비함으로서 저질 조사료나 섬유소를 활발하게 분해하는 장점이 있다. 이는 산업적으로 널리 사용되고 있는 호기성금팡이보다 약 10배정도 강한 섬유소 분해 능력을 가지고 있어 반추위내 탄수화물의 분해에 크게 기여한다.