Effects of Ginseng By-Products Supplementation on Performance, Blood Biochemical Profiles, Organ Development, and Stress Parameter in Broiler under Heat Stress Condition

인삼 부산물의 첨가 급여가 고온 스트레스 하 육계의 생산성, 혈액조성, 장기발달 및 스트레스 지표에 미치는 영향

Abstract

This study was performed to investigate the effects of dietary supplementation with ginseng by-products on growth, organ development, blood biochemical profiles, immune response, and stress parameter of broilers reared in high ambient temperatures. One hundred one-day-old male chicks (Ross 308) were used. At week two, the birds were randomly allocated into five dietary groups; control (CON), 0.5% ginseng berry (GB1), 1.0% ginseng berry (GB2), 0.5% ginseng leaves and stems (GLS1), and 1.0% ginseng leaves and stems (GLS2). The temperature was maintained at 32±1℃from 9 AM to 5 PM. Growth, serum immunoglobulins and corticosterone levels were monitored and analyzed. No significant differences among groups were observed in growth. However, during the finisher period (21~35d) and overall period (7~35 d), body weight gain in all supplemented groups tended higher than CON group. Blood biochemical profiles did not significantly differ among treatment groups except in bilirubin level. Serum immunoglobulins and corticosterone level showed no significant differences among groups. IgM and IgG levels were numerically higher in GLS1 than in other groups, but the difference was not significant. Corticosterone level also tended lower in all supplemented groups than in CON group, and larger decreases were observed in groups with higher ginseng by-product concentration. In conclusion, dietary supplementation of ginseng by-products shows potential to reduce heat stress in growing broilers with no negative effect on productivity.

본 연구는 인삼 부산물 첨가 급여가 고온에서 사육된 육계의 생산성, 장기발달, 혈액생화학적 특성, 면역반응 및 스트레스 지표에 미치는 영향을 구명하기 위해 실시하였다. 총 100수의 1일령 수컷 병아리(Ross 308)를 공시하여 5주간 육계용 실험 케이지에서 사육하였다. 첫 일주일간은 동일한 초기사료를 급여하였고, 2주차부터 대조구(CON), 진생베리 0.5% 첨가(GB1), 진생베리 1.0% 첨가(GB2), 인삼 잎·줄기 0.5% 첨가(GLS1), 인삼 잎·줄기 1.0% 첨가(GLS2), 총 5개의 시험구에 임의배치 하였다. 환경 온도는 매일 오전 9시부터 오후 5시까지 32±1℃, 이후 시간은 28±1℃를 유지하였고, 사료와 물은 자유채식 시켰다. 생산성은 처리구들 간에 유의한 차이를 보이지 않았으나, 사육후기(21~35일)와 전 기간(7~35일)에는 증체량이 모든 첨가급여구들에서 CON보다 높은 경향을 보였다. 혈액 생화학적 특성은 빌리루빈 수치를 제외하고는 시험구들 간에 유의한 차이가 없었다. 혈청 면역글로불린과 코르티코스테론 수치는 시험구들 간에 유의차가 나타나지 않았으나, 코르티코스테론 함량이 CON보다 첨가급여구들에서 첨가수준에 따라 감소하는 경향이 나타났다. 결론적으로, 인삼 부산물의 사료 내 첨가급여는 육계의 생산성 및 각종 생리지표에 부정적인 영향을 미치지 않으면서 성장기 육계의 고온 스트레스 저감에 긍정적인 효과가 기대되어 향후 지속적인 관심과 후속 연구가 필요할 것으로 사료된다.

서론

고온 스트레스는 가금 사육에 있어서 가장 위험한 요소들 중 하나이다. 고온 환경은 육계의 증체량과 사료섭취량의 감소, 사료요구율과 폐사율 증가 등 부정적인 영향을 미친다(Quinteiro-Filho et al., 2010; Liu et al., 2020). 또한 고온 스트레스에 노출된 육계는 도계 시 가슴육의 pH가 높고 지속적인 근육 대사로 인해 PSE육(pale, soft, exudative)이 발생될 수 있다고 보고되었다(Gregory, 2010).

고온 스트레스는 육계 체내 활성산소종 생산과 항산화 작용의 균형 유지를 방해한다(Lin et al., 2006). 활성산소종(Reactive Oxygen Species)은 호흡과정에서 흡입한 산소중2～3%가 유독한 물질로 전환된 것들을 말한다. 활성산소종이 과하게 축적될 경우 세포 손상, 돌연변이, 암발생, 노화촉진 등의 부작용이 일어난다(Dröge, 2002). 식물체에는 활성산소종을 제거하는 항산화 활성을 가진 물질들이 함유되어 있기에(Cho et al., 2015) 식물의 항산화 효과를 이용한 육계의 고온 스트레스 저감 연구들이 수행되어왔다. 열대식물인 노니를 첨가한 사료를 고온 환경 내 육계에 급여하였을 경우 스트레스 지표인 corticosterone의 생성을 억제시키는 효과가 있다고 보고되었다(Rajaei-Sharifabadi et al., 2017). 또한 고온 스트레스를 받는 육계에 바나나 껍질을 첨가 급여하였을 때 nitrogen retention의 증가가 일어났다 (Hernawan and Abun, 2014). Spirulina platensis의 첨가 급여는 육계의 생산성과 면역활성을 증가시켰다는 보고도 있었다(Zeweil et al., 2016).

약용식물들 중 인삼은 항산화 기능을 비롯한 다양한 생리활성을 가진 사포닌이 함유되어 있어 많이 이용되어져 왔다. 인삼은 근육 이완, 항스트레스, 항염증의 효과를 가지고 있고 간을 보호하며 혈압을 낮추는 기능을 한다(Ao et al., 2011). 진세노사이드(ginsenoside)라고 하는 인삼 내 사포닌은 뿌리보다 잎과 줄기, 그리고 열매인 진생베리에 함유량이 더 높은 것으로 알려졌다(Xie et al., 2002). 또한 진생베리와 인삼잎은 공복혈당의 수치를 낮추고 체내 인슐린 합성을 개선하며, 뿌리보다 당뇨 예방에 더 효과적인 것으로 보고되었다(Attele et al., 2002; Dey et al., 2003). Sandner et al.(2020)은 인삼 추출물을 사료에 첨가하여 육계에 급여하였을 경우 진세노사이드가 열충격 단백질 생성 감소 등 고온 스트레스로 인해 생기는 부정적인 생리적 영향들을 감소시켰다고 보고하였다.

본 실험은 인삼 재배 부산물인 진생베리와 잎·줄기를 고온 스트레스 환경의 육계 사료에 첨가하였을 때 육계의 생산성, 주요 장기 발달, 혈액 생화학 특성, 면역활성 및 스트레스 지표에 미치는 영향 등을 조사하여 가금용 기능성 사료 첨가 물질로서의 이용 가능성을 조사하기 위하여 수행하였다.

재료 및 방법

1. 공시재료 및 실험설계

1) 공시재료

진생베리 첨가물은 원심분리 후 씨를 제거한 과육을 냉동 보관하였다가 해동 후 거즈 4겹으로 여과하여 추출물의 수분을 분리하였다. 이후 110℃ 드라이오븐에서 72시간동안 건조한 후 1 mm 이하로 분쇄하여 제조하였다. 인삼 줄기와 잎은 자연 건조 후 세절하여 1 mm 이하로 분쇄하여 이용하였다.

2) 실험설계 및 사양관리

실험은 1일령 육계(Ross 308) 수컷 100수를 이용하여 5주간 실시하였으며, 육계용 3단 배터리 케이지(W751 × D620 × H520 cm)에서 사육하였다. 첫 1주간은 32℃에서 사육하며 동일한 기초사료를 급여하였다. 기초사료는 NRC 사양표준(1994)에 준하여 배합된 시판 사료를 이용하였고(Table 1), 1～3주령(전기)에는 크럼블, 4～5주령(후기)에는 펠렛 형태로 급여하였다.

Table 1. Ingredients and nutrient composition of basal diets

¹ Provided per kg of diet: Fe, 60 mg, Cu, 10 mg; Zn, 80 mg; Mn, 110 mg; Iodine, 0.48 mg; Se, 0.40 mg.

² Provided per kg of diet: vitamin A, 10,000 IU; vitamin D₃, 2,500 IU; vitamin E, 20 IU; vitamin B₁, 1.5 mg; vitamin B₂, 5.0 mg; vitamin B₆, 0.15 mg; vitamin B₁₂ 0.02 mg; choline, 300 mg; pantothenate, 12 mg; nicotinic acid, 50 mg; biotin, 0.15 mg; folic acid, 1.5 mg.

2주차부터 오전 9시부터 오후 5시까지 8시간동안 32±1℃를 유지하였고 이후 16시간은 28±1℃를 유지하도록 하였으며, 실험 종료일까지 처리구별로 실험사료를 급여하였다. 처리구는 대조구(CON), 진생베리 0.5% 첨가구(GB1), 1.0% 첨가구(GB2), 인삼 잎∙줄기 0.5% 첨가구(GLS1), 1.0% 첨가구(GLS2)로 나누었으며, 총 5처리 4반복, 반복당 5수로 배치하였다.

물과 사료는 자유채식(ad libitum) 시켰으며 점등은 24시간 연속점등, 습도는 60% 이상으로 조절하였다. 본 실험은 공주대학교 동물실험윤리위원회의 규정에 따라 승인을받아 실시하였다(KNU 2021-05).

2. 분석항목

1) 생산성

증체량과 사료섭취량은 매주 7일 간격으로 동일한 시간대에 체중과 사료잔량을 측정하여 구하였고, 사료요구율은 체중 증가에 소요된 사료섭취량의 비율로 계산하였다. 산출된 각 지표들은 전기(1～3주령), 후기(4～5주령), 및 전기간(1～5주령)으로 구분하여 표시하였다.

2) 혈청 생화학 분석

35일령에 평균 체중에 가까운 육계들을 처리구당 5수씩 선발하여 익하정맥에서 약 5 mL의 혈액을 채취하였다. 채취한 혈액은 plain tube에 옮긴 후 3000 rpm으로10분간 원심분리하여 혈청 생화학치를 분석하였다. 분석은 혈액 자동 분석기(AU840 Chemistry Analyzer, Beckman Coulter Inc., CA, USA)를 이용하였다.

분석항목은 총단백질(total protein), 알부민(albumin), 총빌리루빈(total bilirubin), 글루코오스(glucose), 혈중요소질소(blood urea nitrogen), 크레아티닌(creatinine), Aspartate Aminotransferase(AST), Alanine Aminotransferase(ALT), 콜레스테롤(cholesterol), 중성지방(triglyceride) 등 총 10개였다.

3) 혈구 분석

실험종료일에 평균 체중에 가까운 닭들을 처리구당 5수씩 선발하여 익하정맥에서 약 3 mL의 혈액을 채취하여 EDTA가 첨가된 튜브에 옮겨 보관하였다가 분석하였다.

분석항목은 적혈구수(RBC), 헤모글로빈(HGB), 적혈구용적률(HCT), 평균 적혈구 용적(MCV), 평균적혈구색소량(MCH), 헤모글로빈 농도(MCHC), 혈소판(PLT), Red Cell distribution width-coefficient of variation(RDW-CV), Red Cell distribution Width(RDW-SD), 백혈구 수(WBC), lymphocyte, heterophil, monocyte, eosinophil, basophil 등14개였으며, 자동혈구분석기(HEMAVET, 950FS, Oxford, UK)를 이용하였다.

4) 혈청 내 Immunoglobulin 및 Corticosterone 함량 분석

채취한 혈청에서 면역글로불린 (IgA, IgM, IgG)와 Corticosterone 함량을 측정하였다. 분석은 각각 Chicken IgA, IgM, IgG ELISA Kit(MyBio Source, Inc, San Diego, CA, USA)와 Chicken Corticosterone ELISA Kit(Wuhan Fine Biotech Co. Ltd., Wuhan, China)를 이용하였다.

5) 장기 발달

혈액을 채취한 닭들을 도계하여 심장, 간, 췌장, 비장, 근위 F낭 등 주요 장기의 무게를 측정하였다. 각 장기의 무게는 생체중 100 g당 무게로 환산하여 비교하였다.

3. 통계분석

통계분석은 SAS 통계 패키지(Statistics Analytical System ver. 9.3)를 이용하여 one-way ANOVA분석을 하였으며, 처리구간 비교는 Duncan’s multiple range test로 5% 유의 수준에서 검정하였다.

결과 및 고찰

1. 생산성

사육 전기에는 육계의 생산성에 대한 유의차가 나타나지 않았다. 사육 후기와 전기간을 분석했을 때에는 CON에 비하여 다른 처리구에서 증체량과 사료요구율이 개선되는 경향을 보였으나 통계적 유의차는 볼 수 없었다(Table 2).

Table 2. Effect of dietary supplementation of ginseng by-products on body weight gain, feed intake, feed conversion ratio and mortality in broilers under heat stress condition

¹ SEM, standard error of means.

² CON, basal diet; GB1, basal diet + ginseng berry 0.5%; GB2, basal diet + ginseng berry 1.0%; GLS1, basal diet + ginseng leaves and stems 0.5%; GLS2, basal diet + ginseng leaves and stems 1.0%.

이는 육계 사료에 인삼첨가구와 대조구를 고온환경에 노출시킨 시간(0, 2, 4, 6 hr)에 따라 증체량에서 유의차가 없었던 Ibrahim and Al-Muslimawi(2019)의 실험과 유사하였다. 그러나 인삼을 육계에 첨가 급여한 다른 선행 연구들에서는 다양한 결과를 나타냈다.

Bong et al.(2011)은 홍삼박을 육계에 첨가 급여하였을때 고온 환경에서 홍삼박 처리구가 대조구보다 증체량이 낮아지는 경향을 보였다고 하였다. 그러나 Yan et al.(2011)은 육계 사료에 0.1%의 인삼을 첨가한 경우 증체량과 사료섭취량이 늘었고, 0.3%의 인삼을 첨가한 경우에는 대조구보다 증체량이 낮아지고 사료섭취량이 비슷하였다고 보고하였다. Milgate and Roberts(1995)는 그 이유를 사포닌의 쓴맛이 사료섭취량과 증체량을 떨어트리기 때문일 것으로 추측하였다.

사포닌을 함유한 다른 식물들과 비교해 보면, 고온 환경에 노출된 육계에 바나나껍질을 첨가한 사료를 급여한 실험에서는 생산성에 영향이 없었다(Hernawan and Abun, 2014). Zeweil et al.(2016)은 Spirulina platensis를 육계에 사료에 첨가하면 사료섭취량이 낮아졌으나 증체량과 사료요구율에는 변화가 없다고 보고하였다. Sugito et al.(2020)은 육계에 버드나무 잎 추출물을 음수에 첨가하여 고온 환경에서 실험한 경우 사료요구율이 높아지는 경향을 보였으나 유의차가 나타나지는 않았다고 보고하였다.

Jenkins and Atwal(1994)은 사포닌의 종류와 첨가량에 따라 증체량과 사료섭취량이 증가하거나 감소한다고 하였으며, 사포닌이 사료 내 비타민 A, E 등 필수영양소의 흡수를 방해를 하여 증체량을 떨어트리는 것으로 추측된다고 보고하였다.

이와 같이 사포닌이 육계의 생산성에 미치는 효과는 사포닌을 함유한 식물의 종류와 첨가 수준에 따라 그 결과가 달라질 수 있는 것으로 보이며, 고온환경 하의 육계에서 인삼 부산물을 급여 효과를 보다 명확히 구명하기 위해서는 농장수준의 사육환경에서 첨가 수준 및 급여방법 변경 등을 통한 후속 연구가 필요할 것으로 사료된다.

2. 장기 발달

주요 장기의 무게는 모든 항목에서 처리구간 유의차가 나타나지 않았으나, 근위의 무게가 CON이 다른 처리구들에 비해 높은 경향을 보였다(Table 3).

Table 3. Effect of dietary supplementation of ginseng by-products on organ weight in broilers under heat stress condition

¹ SEM, standard error of means.

² CON, basal diet; GB1, basal diet + ginseng berry 0.5%; GB2, basal diet + ginseng berry 1.0%; GLS1, basal diet + ginseng leaves and stems 0.5%; GLS2, basal diet + ginseng leaves and stems 1.0%.

이는 육계에 사포닌을 배합한 사료를 급여한 실험과 Yucca 추출물 배합사료를 급여한 실험에서 근위의 무게가 대조구가 다른 처리구보다 높은 것과 유사하였다(Miah et al., 2004; Begum et al., 2015). 하지만 본 실험에서는 CON의 증체량이 다른 처리구보다 낮은 경향을 보였기 때문에 체중 대비 환산에서 다소 높게 나온 결과로 사료된다. 사육적온(20℃) 환경에서 육계에게 진생베리와 인삼잎·줄기를 첨가한 사료를 급여한 선행 연구에서도 처리구들 간 장기무게에 유의차를 보이지 않아(Lee et al., 2021), 섭취한인삼부산물이 주요 장기 발달에 부정적인 영향을 나타내지 않은 것으로 판단된다.

3. 혈청 생화학 및 혈구 성분

고온 환경 하에서 인삼 부산물을 급여한 육계의 혈청생화학 및 혈구 분석에서는(Table 4, 5) GLS2의 총빌리루빈 함량이 다른 처리구에 비하여 유의적으로 높게 나타났고(P<0.05) 그 외의 항목에서는 유의차를 볼 수 없었다.

Table 4. Effect of dietary supplementation of ginseng by-products on serum biochemical characteristics in broilers under heat stress condition

^a,b Values with different superscript within the same row significantly differ(P<0.05)

¹ SEM, standard error of means.

² CON, basal diet; GB1, basal diet + ginseng berry 0.5%; GB2, basal diet + ginseng berry 1.0%; GLS1, basal diet + ginseng leaves and stems 0.5%; GLS2, basal diet + ginseng leaves and stems 1.0%.

³ TP, total protein; ALB, Albumin; T.Bil, Total bilirubin; GLU, glucose; BUN, blood urea nitrogen; AST, aspartate aminotransferase; ALT, alanine aminotransferase; CHOL, cholesterol; TG, triglycerides.

Table 5. Effect of dietary supplementation of ginseng by-products on erythrocyte and leukocytes profile in broilers under heat stress condition

¹ SEM, standard error of means.

² CON, basal diet; GB1, basal diet + ginseng berry 0.5%; GB2, basal diet + ginseng berry 1.0%; GLS1, basal diet + ginseng leaves and stems 0.5%; GLS2, basal diet + ginseng leaves and stems 1.0%.

³ RBC, red blood cell count; HGB, hemoglobin; HCT, hematocrit; MCV, mean corpuscular volume; MCH, mean corpuscular hemoglobin; MCHC, mean corpuscular hemoglobin concentration; PLT, platelets; RDW- CV, red cell distribution width-coefficient of variation; RDW-SD, red cell distribution width; WBC, white blood cell count; Lymp, lymphocyte; hetero, heterophil; Mono, monocyte; Eo, eosinophil; Baso, basophil.

혈청 내 총 빌리루빈 함량은 간의 질병 유무를 예측하는 성분으로 0.2～1.2 mg/dL 이 정상범위로 알려져있다 (Lee et al., 2013). 또한 빌리루빈은 항산화 효과를 가지고 있어정상 범위 내 농도가 높을수록 심혈관질환을예방하는효과가 있다고 보고되었다(Moon et al., 2008). 본실험에서도GLS2의 총 빌리루빈 함량이 정상 범위안에서높은수치를보여 간에 부정적인 영향 없이 혈액내 빌리루빈 농도에 영향을 미친 것으로 사료된다.

혈청 콜레스테롤 함량은 처리구간 유의차는 얻지 못하였으나, 인삼부산물 처리구가 CON보다 낮은 경향을 보였다. Tadele(2015)의 연구에 따르면 사포닌은 체내 혈중 콜레스테롤 감소에 효과를 보인다고 하였다. Kim(2014)은 홍삼박 첨가 사료가 육계의 혈중 콜레스테롤 수치를 낮춘다고 보고하였다. 그 이유로써 식물의 flavonoid 성분이 지질 대사에 관여해 콜레스테롤 수치를 낮춘다고 주장하였다. 사포닌은 혼합 micelles을 형성해 담즙의 장내 순환에 영향을 주어 콜레스테롤의 수치를 낮춘다는 연구도 있다(Abdulkarimi et al., 2011). 그러나 앞서 언급한 선행연구들은 고온 스트레스 환경이 아닌 적온 환경에서 수행되었다. Keatinge et al.(1986)은 고온 스트레스가 혈중 콜레스테롤을 14% 높인다고 보고하였는데, 본 실험의 인삼 부산물 처리구에서는 혈중 콜레스테롤이 낮아지는 경향을 보였다. 이를 볼 때, 인삼 부산물의 첨가 수준이나 환경 요인 등에 따라 혈중 콜레스테롤 농도 조절에 효과가 있을 것으로 사료된다.

4. 혈청 내 Immunoglobulin 및 Corticosterone 수준

통계적인 유의차를 보이지는 않았으나 면역 글로불린인 IgM과 IgG가 모든 처리구에서 CON에 비하여 높아지는 경향을 보였다. 또한 corticosterone 수치는 CON에 비하여 인삼 부산물 처리구에서 낮아지는 경향을 보였다(Table 6). Corticosterone 수준의 경우, 처리구 간에 수치상 큰 차이를 보였음에도 유의차는 얻지 못하였는데 이는 분석치들의 variation이 큰 것에 기인한 결과로 사료된다.

Table 6. Effect of dietary supplementation of ginseng by-products on serum immunoglobulin and corticosterone level in broilers under heat stress condition

¹ SEM, standard error of means.

² CON, basal diet; GB1, basal diet + ginseng berry 0.5%; GB2, basal diet + ginseng berry 1.0%; GLS1, basal diet + ginseng leaves and stems 0.5%; GLS2, basal diet + ginseng leaves and stems 1.0%.

IgM은 IgG의 생산을 용이하게 하고 외부에서 오는 항원에 대하여 제일 먼저 면역반응을 일으키며 후속 면역반응의 발현을 억제하는 기능을 한다(Human et al., 2019). Liou et al.(2004)은 인삼은 혈중 Immunoglobulin의 농도를 증가시키나 인삼 첨가량이 0.4%인 경우 IgA의 농도가 낮아진다고 보고하였다. Oura et al.(1975)은 인삼에 의해 혈중 알부민이나 감마글로불린등의 단백질 합성이 증가된다고 보고하였다. 그러나 Seol et al.(2010)의 보고에 따르면 육계에서 산삼배양액 급여 시 혈액 내 면역글로불린 수치가 대조구에 비하여 증가하거나 감소하는 경향을 보였다.

본 실험에서 corticosterone에 대한 분석결과는chronic stress 환경 하에서 인삼 첨가 사료를 급여한 쥐에서corticosterone 수치가 감소한 Rai et al.(2003)의 연구 결과와 비슷하였다. 인삼사포닌을 쥐에게 급여하여 45℃의 환경에 15분간 노출시킨 실험에서도 corticosterone 수치가 낮아지는 경향을 보였으나 유의차는 나타나지 않았다(Yuan et al., 1989).

Kim et al.(2002)은 진세노사이드가 시상하부와 뇌하수체부신 축의 corticosterone 분비를 낮춘다고 보고하였다. 또한 진세노사이드의 종류와 급여 방법, 그리고 스트레스의 원인에 따라 작용기전이 다를 수 있다고 주장하였다. 이러한 사실들을 고려하면, 인삼 부산물의 첨가 급여는 육계의 혈청내 corticosterone 감소에 긍정적인 효과가 있을 것으로 사료된다.

결과들을 종합할 때, 고온 스트레스 환경하에서 육계 사료 내 진생베리와 같은 인삼 부산물의 첨가 급여는 닭의 성장과 생리 및 대사에 부정적인 영향 없이생산성 개선, 혈중콜레스테롤 및 corticosterone 감소에 긍정적인 영향을 줄 수있을 것으로 보이며, 실험실 환경이 아닌 대규모 밀집사육으로 환경스트레스 요인이 많은 농장수준의 사육환경에서는 그 효과가 보다 크게 나타날 것으로 기대된다. 결론적으로 진생베리 및 인삼 잎·줄기는 고온환경 하에서 육계의기능성 사료 첨가제로 활용할 잠재력이 있을 것으로 보이며 이를 위한 추가적인 연구가 필요할 것으로 사료된다.