저탄소 시대, 양계사료에서 메치오닌의 역할 및 기능

김명진 CTO

(주)에스씨아이

탄소중립 시대 맞춰 2022년 7월 1일부터 축산사료 조단백질 축소 시행 준비

아미노산 균형 맞춤으로써 성장에 영향 없는 불필요한 조단백질 함량 줄여

사료효율 증가는 농가 소득 증대로 이어질 뿐만 아니라 분변량도 감소시켜

기후변화, 즉 지구온난화는 인간의 다양한 활동으로부터 배출된 온실가스가 지구의 평균 온도를 상승시켜 발생한 환경문제로서 지구온난화 문제는 탄소중립이라는 새로운 환경정책 시대를 불러왔다. 탄소중립이란 배출되는 온실가스의 양과 흡수하는 온실가스의 양이 제로가 되게 하자는 정책이다. 지구온난화로 인한 기상이변 발생이 빈번해짐에 따라 세계 각국이 지구온난화의 주범인 온실가스 배출을 줄이고자 다양한 정책을 제시하고 구체적 실현 방안을 모색하고 있는 것이다.

기후변화에 의한 환경문제가 경제적, 사회적 손실로 이어지고 있다는 것은 중요한 사실이다. 축산산업 또한 이 문제를 피해 갈 수 없었다. 닭, 돼지 분변으로부터 발생한 암모늄태 질소가 토양에서 질산성질소로 변환되고 이후 아산화질소(N2O)로 전환이 가능한데 아산화질소가 바로 온실가스이기 때문이다. 소에서 배출되는 메탄가스 또한 온실가스로서 그 양이 전체 온실가스의 17%를 차지한다고 알려져 있다.

이에 우리나라는 친환경 정책을 강조하며 2030년까지 축산분야의 온실가스 발생량을 최대 30%까지 감소시킬 것을 목표로 환경정책을 추진하고 있으며, 국내 사료업계 역시 탄소중립 시대에 맞춰 2022년 7월 1일부터 축산사료의 조단백질 축소 시행을 준비하고 있다.

사료를 구성하는 주요 성분인 조단백질은 동물의 성장과 깊은 관련이 있다. 만약 아무 변동 없이 단순하게 조단백질 함량만 낮춘다면 사육 생산성이 낮아지는 것은 분명한 사실일 것이다. 단백질 함량을 낮추는 대신 일부 아미노산을 추가 보정하여 아미노산 균형을 맞춤으로써 동물의 성장 저하에 영향 없이 불필요한 조단백질 함량을 줄일 수 있다는 연구 결과들이 다수 존재한다.

동물이 섭취한 단백질은 50% 이상이 사용되지 못하고 분변으로 배출된다. 따라서 이를 줄이고자 많은 연구가 오래전부터 시도된 것이다. 단백질 함량을 줄일 경우, 사료비 절감은 물론 분변량 감소에 따른 분변 처리 비용 절감과 더불어 환경적 이점을 얻을 수 있다.

아미노산은 단백질을 이루는 가장 기본적인 화학적 구성 요소로서 체내 합성 능력에 따라 필수, 비 필수 아미노산으로 구분할 수 있다. 지구상에는 500개 이상의 아미노산이 존재하지만 20개의 아미노산만이 동물 세포의 단백질 합성에 이용된다고 알려져 있다. 수많은 단백질이 이들 아미노산의 각기 다른 구성 비율로 이루어져 있기 때문에 아미노산들이 체내에 적정한 비율로 존재하지 않으면 단백질 합성이 원활하게 이루지지 않을 수 있다.

메치오닌은 동물의 체내에서 합성되지 않는 필수 아미노산으로서 특히 곡물이 주원료인 양계사료에서 제한 아미노산으로 여겨지고 있다. 깃털 및 단백질 합성에 메치오닌이 필수적인데 식물 원료에는 그 양이 충분하지 않기 때문이다. 메치오닌은 다양한 생리학적 기능(단백질 합성에 사용, 메틸 및 황 공여체로 사용, 시스테인 및 카르니틴 등 체내 합성물질의 전구체로 사용, 폴리아민 합성에 관여 등)을 가지고 있다.

메치오닌은 구조에 따라 L-메치오닌과 D-메치오닌으로 나눌 수 있다. 시중에서 판매되는 사료첨가용 메치오닌은 대부분이 합성 아미노산으로 D-메치오닌과 L-메치오닌이 혼합되어 있다. 그러나 단백질을 구성하는 메치오닌은 모두 L- 메치오닌이기 때문에 D-메치오닌의 경우 섭취 후 L-메치오닌으로 전환되어야 한다. 동물은 이 전환 기능을 가지고 있다. 메치오닌 유사체라고 하여 액상 형태의 메치오닌도 시중에 판매되는데 이들 메치오닌 유사체는 흡수 후 약 88%가 메치오닌으로 전환되는 것으로 알려져 있다.

열 스트레스와 메치오닌

가금류는 땀샘이 없기 때문에 주로 호흡을 통해 열을 발산한다. 가금류의 최적 온도는 18℃에서 20℃ 사이이다. 이 범위를 초과하면 열 스트레스를 극복하기 위해 호흡 빈도가 3 배 정도 증가한다고 알려져 있다. 대부분의 가금류는 온도가 32℃ 이상 올라가게 되면 열 스트레스를 겪게 되며 생리적 대사 장애를 일으키게 된다. 연구에 따르면 열 스트레스가 사료 섭취 및 일당 증체량 그리고 사료 이용률을 크게 줄일 수 있다고 했다.

아미노산 균형이 맞지 않거나 메치오닌 함량이 적을 경우, 체내 열 발생이 증가한다는 연구 결과가 있다. 이는 열 스트레스 하에서 메치오닌이 부족할 경우 열 스트레스를 배가 시킨다는 의미로 해석될 수 있다. 고온에 노출된 닭이 최적 성장을 위해서 황 함유 아미노산의 요구도가 높아진다는 연구 결과도 같은 맥락으로 볼 수 있다. 단백질 함량을 낮추고 필수 아미노산을 첨가하여 아미노산 균형을 맞출 경우 열 스트레스를 저감 시킬 수 있다고 알려져 있다.

산란계를 이용한 실험에서 산란계를 두 그룹으로 나눠 35℃에 노출시키고 기존 사료(조단백질 16%, 메치오닌 0.38%, 메치오닌 급여량 372.9mg/수/일)와 낮은 조단백질 함량 사료(조단백질 14%, 메치오닌 0.44%, 439.93mg/수/일)를 급여한 결과 낮은 조단백질 함량을 급여한 산란계 그룹이 보다 좋은 산란율과 난중을 보인 연구 결과도 있다. (표 1)

메치오닌은 항산화 능력 개선에도 영향을 줄 수 있는 것으로 알려져 있다. 메치오닌이 항산화제인 글루타치온 합성에 관여하기 때문이다. 열 스트레스를 포함한 다양한 스트레스 환경에 동물들이 지속적으로 노출되면 항산화 능력이 저하될 수밖에 없다. 항산화 능력이 저하되면 다양한 질병이 발생될 수 있기 때문에 항산화 능력을 개선시켜주는 것이 필수적이다. 비타민 C, 비타민 E 등 다양한 항산화제가 있지만 열 스트레스에 의한 항산화 능력 저하 개선에 메치오닌이 중요한 역할을 할 것으로 판단된다.

표 1. 35℃ 열 스트레스에 노출된 산란계(실험기간 : 24 주령 ~ 44 주령)에 메치오닌 급여가 미치는 영향

면역력 개선에 대한 메치오닌의 기능

인간의 질병과 건강과 관련하여 황 함유 아미노산(메치오닌, 시스테인)의 효능이 다양하게 연구되어 왔다. 황 함유 아미노산이 면역과 관련된 단백질 및 펩타이드 합성에 긍정적 영향을 주는 것은 널리 알려진 사실이다. 축산 동물 실험에서도 적당량의 메치오닌은 면역력 개선에 긍정적 영향을 미치는 것으로 알려져 있다. 메치오닌 급여를 통해 항체인 IgG 증가 등 전체적인 면역력 개선을 얻었다는 연구 결과가 있기 때문이다.

반대로 메치오닌 결핍이 면역력을 감소시킨다는 연구 결과도 있다. Dahiya 연구에 의하면 육용계에 메치오닌을 비교적 높은 수준으로 급여하였더니 클로스트리디움 퍼프린젠스의 수치가 감소하였다고 했다. 괴사성 장염에 대한 위험을 줄여주는 것을 의미한다.

메치오닌 요구도

사료 내 메치오닌 최적 함량은 사료 내 단백질 함량에 따라 달라질 수 있다. 육용계의 경우 아미노산 결핍 시 사료 섭취를 줄이는 등 비교적 빠른 시간에 결핍에 대한 반응이 나타난다고 알려져 있다. 그리고 이들 반응은 일령이나 사전 경험에 영향을 받는다고 하였다. 연구에 의하면 메치오닌 결핍이 아미노산 불균형을 일으켜 사료 소비량을 감소시킨다고 하였다.

연구결과에 따르면 사료 단백질 함량(실험구간:19%~25%)이 올라갈수록 황 함유 아미노산 요구율도 올라간다고 알려졌다. 황 함유 아미노산 요구도는 체중 증가보다 사료효율, 가슴살 수율을 높이는데 더 증가한다. 유럽 가격 기준하에서 황 함유 아미노산이 0.95%(출하체중 1.7kg 기준), 0.88%(출하체중 2.2kg 기준) 일 때 가장 이익이 되는 것으로 알려져 있다. 사료 내 메치오닌 요구량은 품종에 따라서도 달라진다. 상업적으로 권장되는 메치오닌의 요구도는 NRC 표준 사양보다 항상 높다. 닭이 성장하면서 요구되는 메치오닌 요구도는 감소 하지만 라이신을 기준으로 한 비율은 약간 높아진다.( 표 2)

표 2. 육용계 품종 및 생육 구간별 최적 메치오닌 및 황 함유 아미노산(TSAA) 함량

산란계의 경우 육계와 달리 메치오닌 요구도가 ‘mg/수/일’로 표기된다. NRC 표준 사양에 따르면 백색란 산란계는 300mg/수/일로 메치오닌 요구도를 제시하고 있으며 황색란 산란계의 경우 330mg/수/일로 제시하고 있다. 그러나 산란계도 육용계와 마찬가지로 상업적으로 권장되는 메치오닌(황 함유 아미노산) 요구도는 NRC 사양보다 높다.

몇몇 연구자료에 의하면 메치오닌과 황함유아미노산의 함량이 424~440과 740~811mg/수/일 일 때 최대 생산성을 얻었다고 하였다. 뿐만 아니라 난황 단백질 함량도 메치오닌 함량을 증가시킴으로써 높아질 수 있다고 하였다.

동물이 섭취한 사료 단백질의 50%가 이용되지 못하고 분변으로 배출된다는 사실은 널리 알려져 있다. 이에 많은 사료 영양 연구학자들은 오래전부터 사료 내 단백질 함량을 줄이고 사료효율을 높이고자 하였다. 사료효율 증가가 바로 농가 소득 증가로 이어지기 때문이다. 뿐만 아니라 환경문제가 크게 부각되면서 저 함량 단백질 사료 사용이 분변량을 감소시킬 수 있는 중요한 수단임은 부정할 수 없는 사실일 것이다.

메치오닌은 양계 사료에서 제1 제한 아미노산으로 여겨지고 있다. 양계 사육에 있어서 매우 중요한 아미노산인 것이다. 아무 조정 없이 사료 내 단백질 함량만 낮춘다면 동물의 성장 및 사육 생산성은 감소할 것이 분명하다. 연구 결과에 따르면 사료 단백질 함량 감소는 일부 아미노산의 첨가 및 균형 조정을 통해 해결할 수 있다고 했다. 메치오닌이 가장 중요한 아미노산일 것이다.