필수 아미노산 제공하는 저단백 사료 산란율 증가에 중요한 역할해
조단백질 함량 낮아짐에 따라 섭취량 줄어들었고 계분 질소함량 감소
가금류 대체 단백질 공급원으로 유기 폐기물 이용한 곤충, 해조류 활용
조동해 대표
이레 양계연구소
농학박사
1. 서론
날로 심해지는 지구 환경변화에 대한 가장 큰 이슈는 지구온난화와 탄소중립(탄소제로) 문제이다. 지구온난화는 환경파괴, 자연재해, 해수면 상승, 기상이변, 식량불안, 물부족, 경제혼란, 갈등과 테러 등을 조장하게 된다. 탄소 중립이란 탄소 배출량과 흡수량의 균형을 의미하며 기후 위기를 완화할 수 있는 거의 유일한 방법이라 해도 과언이 아니다.
한 조사자료에 의하면 지구온난화에 의한 개인에게 미치는 영향에 대해 많은 사람이 우려하고 있으며 이 위기에 대응하기 위해 개인적인 희생을 감수하겠다고 하여 기후변화에 영향을 주는 방식으로 생산한 농산물은 구매하지 않겠다는 인식을 보여주고 있다고 하였다. 이러한 온실가스 감축이라는 과제는 한편 우리에게 온실가스 감축과 관련한 비즈니스라는 새로운 시장과 기회를 제공하고 있다고 할 수 있다.
탄소중립 주제가 새로운 기회이자 경쟁력이라는 생각으로 기업들은 ESG(친환경경영, 사회적 책임, 투명한 지배구조)를 고려한 기업경영에 대한 관심도가 높아지고 있다. 지구온난화 원인 물질인 온실가스 종류는 이산화탄소, 메탄과 아산화질소, 수소 불화탄소, 과불화탄소, 육불화황을 들 수 있으며 이산화탄소를 기준으로 다른 온실가스가 지구온난화에 기여하는 정도를 수치로 표현한 것이 지구온난화지수(GWP, global warnning protential)이며 지표로 CO₂eq(CO₂e)가 사용된다.
농축수산부문에서 온실가스배출량의 50% 이상은 농작물재배, 가축사육 등 생산과정에서 발생하는 메탄과 아산화질소이다. 따라서 화학비료 사용 저감, 친환경농법 확대 시행, 저 메탄·저단백질사료 보급 확대하며 가축분뇨의 메탄을 회수하는 사업 등이 필요한 실정이다.
환경부 보도자료(2023.7.25.)에 따르면 우리나라의 2022년 온실가스 잠정배출량은 전년보다 전환부문, 산업부문 등에서는 줄어들고 농축수산부문 등에서 다소 늘어나 3.5% 감소된 것으로 나타났다, 우리나라 2022년 온실가스총배출량은 654.5 백만 톤 CO₂eq로 나타났으며 농축수산부문에서 가축사육수수가 늘어나고 벼 재배면적이 감소하여 전년보다 다소 증가한 25.5백만 톤(전체의 3.9%)이 배출되었고, 이중 축산부문에서 10.5백만 톤이 배출된 것으로 추정되어 전체의 1.6%을 차지하는 것으로 나타나 어찌 보면 타 산업에 비해 미미한 것으로 보이나 줄일 수 있는 것은 적극적으로 줄여야 하는 것이 시대적 책임이고 정부에서 2030년까지 온실가스 50% 감축 정책을 시행함에 따라 다양한 산업부문에서 적극 참여토록 압박을 받는 실정이며 우리가 누리는 자연은 조상으로부터 물려받은 것이 아니라 후손에게 빌려 쓰고 있는 것이라는 인식이 필요하다.
식량 안보와 점점 더 풍요로워지고 늘어나는 인구에 대한 식량 공급은 국제적 관심의 맥락에서 볼 때 동물성 단백질 생산으로 인한 전 세계 온실가스 배출에 대한 책임은 매우 중요한 관심사이다. 동물성 단백질 생산의 전 생산과정은 메탄 배출물을 생산하는 활동으로 가득 차 있으며 옥수수와 대두 생산에 사용하는 비료를 포함하는 사료생산은 엄청난 메탄 발생원이며 소 트림뿐 아니라 가공 및 운송도 주요 메탄 발생원이다.
계란은 인간이 소비하는 단백질 공급원으로 점점 더 중요해지고 있으며, 전 세계 가금류 산업은 가장 빠르게 성장하는 축산부문이다. 계란은 상대적으로 저탄소 동물성 단백질 공급원이지만 계란 생산은 곡물과 콩에 크게 의존하고 있으며 산업적 질소 생산, 토지 이용 변화 및 운송으로 인한 높은 탄소배출과 관련되어 있다. 가금분야의 저탄소연구는 가금류 사료를 위한 소화 가능한 단백질의 대체 공급원을 다양하게 활용할 수 있게 하고 산업 폐기물 처리를 통해 양질의 원료를 생산할 수 있으며 온실가스 배출과 수입 원료에 대한 의존도를 줄이기 위한 효과적인 도구가 될 것이다.
Poultry signal 자료에 의하면 계란 1kg 생산에 따른 CO₂ 배출량은 2.0kg이며 가금육은 2.6kg, 돼지고기는 4.5kg, 네덜란드산 소고기는 23kg, 브라질산 소고기는 30kg로 양계산물이 다른 동물성 단백질 공급원보다 탄소배출량이 적어 환경에 미치는 영향이 상대적으로 낮다(표1).
표 1. 제품 kg당 CO₂ 배출량
영국에서 실시한 한 연구에 따르면 영국에서 방사란 생산 시 발생되는 온실가스 배출량에 대한 평균 지구온난화 지수는 2.2kg CO₂eq/12개 계란 또는 1.6kg CO₂eq/kg으로 (평균 계란 무게가 60g이라고 가정) 적색육 또는 백색육보다 kg 당 온실가스 배출량이 더 낮은 것으로 나타났다(웨일스 양고기 11kg, 쇠고기 13kg, 영국 계육 3.75kg CO₂eq/kg). 또한 단백질 공급 측면에서 방사란의 단백질 1kg은 0.2kg의 CO₂eq를 생성하는데 비해 양고기는 5.5kg의 CO₂eq를 생성하고 쇠고기의 경우 6.5kg의 CO₂eq, 닭고기의 경우 1.25kg의 CO₂eq를 배출한다고 하였다.
한편 FAO가 2013년에 실시한 글로벌 수명 주기 평가에 따르면, 계산된 닭고기의 평균 탄소배출량은 5.4kg CO₂eq/kg 도체중량, 계란은 3.7kg CO₂eq/kg이었다. 이러한 온실가스 배출량은 연구환경의 차이로 연구자마다 다소 차이가 있으며 일반적으로 가금육 생산이 계란 생산보다 탄소 배출량이 더 높으며, 이는 가금류의 사료에서 대두가 차지하는 비중이 높다는 사실로 부분적으로 설명될 수 있다.
전 세계적으로 가금류의 수는 매년 빠르게 성장하고 있다. 단백질 공급원으로서 계란이 온실가스에 미치는 영향이 상대적으로 낮다는 점을 고려할 때, 이는 닭이 수입 곡물과 대두에 크게 의존하는 집약적 시스템에서 광범위하게 생산된다는 점을 제외하면 긍정적인 추세로 간주될 수 있다. 그러나 전 세계적으로 곡물을 생산하려면 많은 양의 질소비료와 물의 투입이 필요하고 이미 최고의 토지의 대부분을 사용하고 있으며 생물학적 및 체계적 수확량 한계에 접근하고 있을 수 있다. 증가된 곡물에 의존하는 가금류 생산을 지원하기 위해 곡물과 콩 생산을 늘리는 것은 토지 이용 변화와 토지 황폐화에 더욱 가속화시킬 가능성이 높으며,
두 가지 모두 사료에 대한 내재된 온실가스값을 증가시켜 계란 생산 자체에 영향을 미칠 것이다. 정부는 저탄소 산업구조로의 전환이 필요한 시점이라는 인식하에 2022년 축산분야 온실가스 30% 감축 플랜을 발표하고 지속가능한 축산업 실현을 위한 축산환경개선 대책으로 저 메탄과 저단백사료 개발 보급 확산, 사육기간 단축 및 적정 사육 밀도 관리 등을 통한 저탄소 사양관리 확산을 내놓았으며 저탄소 인증제도를 통해 참여를 유도하고 있다.
2022년 5월 주한 미국 농무부의 한 보고서에 따르면 한국의 저탄소 녹색성장 정책과 저단백질 사료로의 전환이라는 제목하에 농업은 일부 다른 부문(에너지 포함)에 비해 상대적으로 영향을 덜 받겠지만 2022년 7월 1일부터 국내 사료산업은 정부의 새로운 탄소저감 요구사항을 준수하기 위해 ‘저단백 사료제조’로 전환하게 되며 결과적으로 배합사료 생산에서 단백질 성분의 소비는 감소할 것이고 대두박은 돼지 및 가금류 사료가 최대 70,000톤 감소하는 등 새로운 방식으로 인하여 가장 큰 영향을 받을 것으로 예상된다고 하였다.
양계산물이 다른 육상 동물성 단백질 공급원에 비해 온실가스(GHG) 배출량이 상대적으로 낮음에도 불구하고 가장 빠르게 성장하는 축산부문으로 잠재적인 기후 영향을 줄여야 한다는 압력이 가중되고 있다. 본 고에서는 환경적, 기술적 타당성 기준을 고려하여 양계산업부문에서 온실가스 배출을 줄이기 위해 이용 가능한 기술과 관리 전략을 검토하고자 한다.
2. 탄소배출을 줄이는 전략
가. 저단백질 사료 활용
대부분의 육계 사료에는 17~22%의 조단백질이 포함되어 있고, 산란 사료에는 14~18%의 조단백질이 포함되어 있디. 단백질은 가금류 사료에서 두 번째로 중요한 영양소이자 가장 비싼 필수 성분이다. 사료비용 절감과 탄소배출 저감을 위해 사료 내 조단백질 함량을 낮추는 연구가 국내뿐 아니라 세계적으로 진행되고 있다. 저 단백질사료는 일반적으로 대두박 사용을 줄이고, 사료용 합성 아미노산을 사용하여 질소배출을 저감 하는데 목적이 있다.
원재료비는 관행사료와 비교해서 거의 유사하던지 저렴해질 수 있으나 경우에 따라서는 더 비싸질 수도 있다. 저단백질 식단은 과하지 않게 모든 필수 아미노산을 제공하게 되며 저단백질 식단이 적절하게 균형을 이룬다면 동물의 생산성과 수익성을 높이고 산란율과 부화율 증가에 중요한 역할을 할 수 있다. 산업의 지속 가능성을 보장받기 위해 가금류 산업도 사료 비용을 낮추고 환경에서 질소 배출 위험을 줄이는 데 중요한 저단백질 식단을 사용하여야 할 것이다.
가금류에는 조단백질보다는 가소화 필수아미노산의 특정한 양과 균형이 필요하고 비필수 아미노산의 합성을 위해서는 적절한 질소가 필요하다는 것이 오랫동안 연구를 통해 확립되어 왔다. 이러한 근거는 유리 아미노산의 경제적인 가용성과 함께 사료 비용을 최소화하기 위해 조단백질의 양을 제한하도록 장려했으며 저단백질 사료가 적절하게 균형을 이룬다면 가축의 생산성과 수익성을 높일 수 있다. 비용적인 면이 유사하다면 모든 필수 아미노산이 충족된 저단백질 사료를 제공하면 가축의 건강과 사료효율이 향상될 수 있다고 할 수 있다.
그러나 탄소배출을 고려하여 합성 아미노산을 사용하여 사료 내 조단백질 함량을 줄이되, 예상되는 문제점을 면밀히 연구검토하고 경제적인 면도 고려하여 안전하게 시행되어야 한다.
지금까지 연구결과를 종합하면 아미노산이 충족되더라도 성적과 비용을 고려하여 조단백질 함량을 지나치게 낮추는 것은 한계가 있으며 현 단계에서 CP를 2~3% 낮추는 것은 가능하다고 생각된다.
최근 네덜란드 바게닝겐 대학에서 연구한 자료에 의하면 39~51 주령 산란계에 조단백질함량을 16.1, 14.7, 13.5, 12.0%로 조절한 사료에 제한아미노산 수준을 동일하게 하고(일부 아미노산함량은 낮음) 대두박 사용량을 10%에서 0%로 점차적으로 줄인 연구에서 가소화 필수 아미노산함량이 동일한 16.1% 처리구와 14.7% 처리구에서 타 처리구에 비해 높은 산란율과 난중을 보였으며 조단백질 함량을 13.5%와 12.0%로 더 줄였을 때 산란율이 저하되고 난중, 산란 일 량 및 사료효율이 낮아지는 경향을 보였다고 하였다.
또한 조단백질 함량을 16.1%에서 14.7%로 줄였을 때 산란 일 량에는 영향을 주지 않았으나 사료 섭취량이 늘어나 사료요구율이 증가하였고 조단백질 함량을 13.7%와 12.0%로 처리한 구에서는 산란성적이 좋지 않았으며 조단백질함량을 낮출수록 사료요구율이 증가한 것으로 나타났다. 조단백질 함량이 낮아짐에 따라 선형적으로 조단백질 섭취량이 줄어들었고 계분의 질소함량도 감소하였으며 계분 내 건물 함량은 증가한 것으로 나타났다.
난중과 알부민은 사료 내 조단백질 함량이 낮아질수록 감소하였으며 2등급 계란 생산비율은 조단백질 12.0%에서 높게 나타났으며 다른 처리구에서는 유사한 것으로 나타나 단백질 함량을 지나치게 낮추는 것은 비필수 아미노산과 일부 필수아미노산의 결핍으로 인해 오히려 산란성적에 역효과를 나타내며 일부 비싼 합성 아미노산 가격으로 인해 마진이 줄어들 수 있다(표 2, 3).
표 2. 사료 내 조단백질 함량이 산란성적에 미치는 영향(39~51 주령)
단백질 결합 아미노산의 합성 아미노산으로 대체(사용량 증가)는 비필수 아미노산(특히 글루타민 산, 글루타민, 아스파트르 산)의 감소를 동반하며 이는 장점막의 주요 에너지원을 박탈하게 되고 장 형태에 부정적인 영향(융모높이 감소)을 미쳐 비필수 아미노산공급에 주의가 요구된다. 한 연구에 따르면 가금류의 준 필수 아미노산으로, 단백질 합성을 위한 중요한 기질인 아르기닌이 부족한 저단백질 식단(14% CP)을 산란계에 급여한 결과 산화 손상을 증가시키고 장점막의 발달을 손상시키다는 것으로 나타나 사료설계 시 아르기닌 수준이 부족하지 않도록 높여 주어야 하는 것(0.85% 이상)으로 나타났다.
표 3. 사료 내 조단백질 함량이 계란품질에 미치는 영향
그러나 단백질을 더 줄이기 위해서는 글리신, 발린, 이소류신, 류신, 페닐알라닌, 타로산, 히스티딘 및 글루타민의 요구량에 대한 더 많은 연구검토도 필요하다. 적절한 양과 비율의 메티오닌과 라이신을 제공하는 단백질 공급원을 사용함으로써 체중 증가나 사료 요구율을 저하시키지 않고 조단백질 함량을 2~4%를 낮추는 것이 가능하며 지속가능한 산업을 위해 저단백질 식단에 첨가된 유리 아미노산 또는 프로테아제를 활용하는 방식이 업계의 표준 관행이 되고 있다.
van Harn 등 (2019)에 따르면 육성단계(11~28일)에서 사료 CP를 20.8%에서 17.8%로 3% p 줄이고 비육 단계(28~35일)에서 19.8%에서 16.8%로 줄이면 성장 성적에 부정적인 영향을 미치지 않았으며 심지어 사료요구율( FCR )에 대한 긍정적인 효과가 관찰되었다고 하였다.
또한 자료에 따르면 저단백질 식단은 육계의 유지 관리 에너지 효율성을 높이고 높은 주변 온도에서 성적이 향상되고, 사료 내 CP 함량을 낮춤으로써 육계 계사의 질소 배설 및 암모니아 배출 감소를 달성할 수 있으며 육계의 초기 단계에서 조단백질 함량이 낮은 사료는 성장기 전반에 걸쳐 면역 발달과 반응에 영향을 미치게 된다. 저 조단백질 식단에 일반적인 메티오닌 요구량을 유지하면서 라이신 수준을 0.2% 증가시키면 사료요구율이 크게 향상되는 동시에 닭의 성장률은 그대로 유지된다. 사료 효율은 저단백질 사료의 비육기 단계에서 상당히 높았으며 육계의 조단백질 섭취 감소는 맹장에서 락토바실러스의 숫자를 증가시키고 이는 높아진 사료 효율과 관련이 있는 것으로 보인다고 하였다. 또한, 35일 차 혈액 내 총 백혈구 수치는 저단백질 식단에서 더 높았으며, 시작 단계에서 저단백질로 인한 면역학적 변화의 잠재적 이점은 백신 접종 전략, 다양한 유형의 현장 관련 감염에 대한 질병 저항성, 또는 챌린지 후 성장성과 회복이 개선되는 것으로 나타났다. 퍼컷 등 (2002)은 식이 조단백질 수준을 줄이고 합성 아미노산 보충을 최적화하면 질소 배설을 실질적으로 줄일 수 있으며 어린 육계에서는 저단백질 사료를 급여한 결과 질소 배설이 더 크게 감소하였고 24 일령 육계에서는 단백질을 1% 감소시키면 질소 배설이 17.6% 감소하는 반면, 40 일령 육계에서는 11.5% 감소한다고 하였다.
Whiteheadet 등 (1985)은 13.7%의 단백질을 함유한 종계 사료가 16.8%의 단백질을 함유한 종계 사료와 비교했을 때 종계 당 판매 가능한 병아리 수가 상당히 증가했다는 사실을 발견했다고 하였다.
사료 내 단백질 함량을 낮추게 되면 긍정적인 면과 부정적인 면이 있으며 긍정적인 면으로는 원재료비 감소, 질소 배출량 저감, 장건강 증진 및 깔짚상태 개선 등이 있으며 부정적인 면으로는 복부지방 축적 및 펠렛 품질저하 등을 들 수 있다. 단백질이 감소함에 따라 대장과 맹장으로 유입되는 질소의 양이 줄어들게 되며. 질소는 물 섭취의 원동력이므로 낮은 조단백질 식단은 물 소비를 줄여 깔짚이 더 건조해지게 된다. 또한 육계와 산란계는 여전히 에너지 요구량에 맞춰 사료를 섭취하기 때문에 사료의 에너지 수준을 변경하면 사료 섭취량과 아미노산 섭취량에 영향을 주게 되므로 저단백질사료 설계 시 단백질에 대한 에너지 비율을 유지하여야 한다.
나. 새로운 대체원료 활용
가금류 사료는 일반적으로 옥수수, 대두박과 같은 곡물과 두류로 구성된다. 가금류의 대체 단백질 공급원으로는 유기 폐기물을 이용한 곤충, 해조류 및 육류가공에서 나오는 부산물들을 이용할 수 있으나 가격경쟁력과 규제 및 위생 안정성을 검토하여야 한다.
필수 단백질과 기타 영양소가 풍부한 곤충을 닭에게 먹이는 것은 닭의 건강에 유익한 것으로 나타나 대두 기반 단백질의 대체제로서 곤충 기반 단백질이 부각되고 있으나 탄소배출량을 줄이기 위해서는 산업폐기물을 이용한 경쟁력이 있는 곤충 생산이 필요하며 탄소배출에 대한 평가도 필요하다.
최근 호주 뉴잉글랜드 대학 (UNE)의 새로운 연구에 따르면 음식물 쓰레기를 사용하여 상업용 양계 사료를 만들면 호주 가금류 산업이 연간 약 5억 달러를 절약할 수 있을 뿐만 아니라 국가의 총 온실가스 배출량을 최소 5배까지 줄일 수 있는 것으로 나타났다.
음식물 쓰레기를 가금류 사료로 재활용하는 것은 사료 비용을 절감하고, 사료 효율성을 크게 향상시키며, 가금류 생산이 환경에 미치는 영향을 줄이고, 호주 가금류 산업이 보다 지속 가능하고 저탄소 가금류 생산에 대한 증가하는 수요를 충족하는 데 도움이 될 것이라고 하였다. 이 음식물찌꺼기 처리는 Food Recycle Ltd.가 소유한 특허 생산 공정을 사용하여 폐기물을 가금류에게 먹이기에 적합한 과립형 분말로 변환한 것으로 이 특허기술로 5년 이내에 재활용된 음식물 쓰레기 사료가 전 세계적으로 가금류, 돼지 및 양식 산업을 위한 솔루션이 될 것으로 예상한다고 하였다.
또한 농산부산물을 이용하여 만들어진 특별히 개발된 사료를 활용할 경우 CO₂배출량을 현격하게 낮출 수 있는 것으로 나타났다.
다. 사료첨가제 활용 및 생산성 향상
가금류의 건강은 차단방역 및 예방접종과 같은 것을 시행함으로써 질병의 유입을 예방하는 방법으로 유지될 수 있으며 가금류 생산자들은 일상적으로 항생제를 사용하지 않으므로 사료에 지방산, 탄닌, 프로바이오틱스, 프리바이오틱스, 에센셜 오일, 프로티아제, 효소제 등을 적절히 보충하면 성적, 영양 소화율 및 생리 반응이 향상되고 생산 효율성을 향상시킬 수 있으며 이러한 첨가제 활용은 원료품질이 낮을수록 첨가 효과는 더 크다.
그림 1. 탄소중립계란과 저탄소인증 계란 예
영국 Stonegate Farmers의 탄소중립계란 태국 CP Foods의 저탄소 인증 계란
높은 산란율과 낮은 폐사율로 이어지는 우수한 관리 체계와 사육을 통해 생산성을 향상시키므로 모든 생산 시스템에서 탄소 발자국이 적은 계란을 생산할 수 있다. 잘 설계된 우수한 사료와 철저한 관리로 인한 계란품질과 생산성 향상을 통해 개선된 사료요구율(FCR) 선택함으로써 사료낭비를 줄여 계란 생산이 환경에 미치는 영향을 직접적으로 낮출 수 있다.
3. 결론
우리는 전 세계적으로 기아, 빈곤, 자연재해, 기후 변화, 생물 다양성의 손실 등 많은 환경적, 사회적 문제에 직면해 있다. 산란계, 육계를 포함한 가금류는 지속 가능한 식량 산업과 농업의 핵심이며 중요한 부문을 차지하고 있다. 가금류는 사료를 고기나 계란으로 효율적으로 전환하는 역할을 하나 타 가축에 비해 소화 중에 온실가스인 메탄을 생성하지 않는다.
그러나 조단백질 함량을 줄인 식단은 질소로 인한 환경오염을 완화할 수 있는 잠재력이 있으며, 가금류 산업의 대두박 의존도를 줄일 수 있는 능력도 있다. 이제 양계산업도 지속가능성에 대한 요구사항을 충족하기 위해 단백질 함량을 조절하고 대두에 대한 의존도를 줄여나가는 전략을 추구하기 위해 지금까지 이루어진 최소 비용에서 최소 탄소기준에 더 중점을 두고 점차적으로 전환해 나아야 하는 시점에 와 있다.
최근 태국의 CP Foods 사에서 아시아에서 최초로 ”지구 온난화 감소 라벨“ 인증을 받은 신선한 계란 제품을 출시하였다. CP Foods 사는 사료 최적화, 에너지 효율성 향상, 재생 가능 에너지 촉진, 계란 포장에 재활용 재료 사용 및 기타 다양한 전략을 통해 온실가스 배출을 완화하였다고 하였다.
한편 영국 Stonegate Farmers는 영국 최초의 탄소 중립 계란을 선보였으며 기존 저탄소 계란에서 탄소 중립 계란으로 전환하였다. Stonegate는 콩이 계란 생산에서 가장 큰 탄소 기여자이자 삼림 벌채의 핵심 요인이기 때문에 산란계 사료에 콩을 사용하지 않았으며 이 회사의 Respectful 계란은 가능한 한 탄소 배출을 예방하면서도 남미의 산림 보호에까지 중점을 둔다고 한다(그림 1).
이제 정부 축산정책도 생산중심의 축산업에서 환경친화적인 축산업으로 전환하는 방향으로 바꿔지고 있다. 2023년에 축우부문에 저탄소 인증이 시행되었고 양계부문에 대해서는 저탄소 인증을 받기에는 아직 여러 가지 문제가 있지만 자연을 보호하고 탄소배출을 줄여나가는 데 다소 불편하더라도 저단백질사료를 활용하고 생산성을 높이며 사료낭비를 줄여나가는 전략 같은 작은 것부터 실천하는 자세가 필요할 것 같다,
