대동물 사양관리학 및 실습

Seongho ChoiDepartment of Animal ScienceChungbuk National University

1차시 및 2차시: 반추동물영양 기초정리

반추동물영양 기초정리

조사료를 대량으로 섭취하여 영양소로 이용하기 때문에

조사료를 충분히 소화시킬 수 있는 특이한 구조를 갖고

있음

총 4개의 위로 분화 되어 있음: 제 1위 (rumen), 제 2위

(reticulum), 제 3위 (omasum), 제 4위 (abomasum)

반추위는 미생물의 활동에 의해 섬유소 및 기타 영양소

를 잘 이용할 수 있도록 발달되어 있음

반추위는 반추동물의 소화기관중 가장 큰 기관으로 소는

약 200L, 면양은 20L 정도 됨

조사료를 대량으로 섭취하여 영양소로 이용하기 때문에

조사료를 충분히 소화시킬 수 있는 특이한 구조를 갖고

있음

총 4개의 위로 분화 되어 있음: 제 1위 (rumen), 제 2위

(reticulum), 제 3위 (omasum), 제 4위 (abomasum)

반추위는 미생물의 활동에 의해 섬유소 및 기타 영양소

를 잘 이용할 수 있도록 발달되어 있음

반추위는 반추동물의 소화기관중 가장 큰 기관으로 소는

약 200L, 면양은 20L 정도 됨

반추동물영양 기초정리

반추동물영양 기초정리

제 1위와 2위 사위에 추벽(reticulorumen fold)이라고 하는 두터운 근육 주름이 존재하지만 일

부 만 구분되어 있어 소화물의 이동이 자유롭고 기능도 비슷하여 이들을 전위(forestomach)또

는 반추위 라고 함.

혐기성 미생물이 서식하기에 가장 적합한 환경조건

다양하고 많은 종류의 혐기성 미생물이 서식함

반추위에서의 소화율(분해율)이 매우 높은데 조섬유가 많이 함유된 사료는 제 1위에서 미생물

에 의한 소화율이 높아 섬유질 대부분이 1위와 2위에서 소화됨

200여종의 세균, 300여종의 원생동물(protozoa), 19종의 곰팡이

소화작용을 돕고, 섬유소 분해, 아미노산의 합성, 비타민 B군과 K군의 합성.

미생물체 영양소 공급

탄수화물 분해과정 중에 생성된 휘발성지방산: 제 1위에서 흡수되어 숙주(host)의 에너지원으

로 사용됨

제 1위와 2위 사위에 추벽(reticulorumen fold)이라고 하는 두터운 근육 주름이 존재하지만 일

부 만 구분되어 있어 소화물의 이동이 자유롭고 기능도 비슷하여 이들을 전위(forestomach)또

는 반추위 라고 함.

혐기성 미생물이 서식하기에 가장 적합한 환경조건

다양하고 많은 종류의 혐기성 미생물이 서식함

반추위에서의 소화율(분해율)이 매우 높은데 조섬유가 많이 함유된 사료는 제 1위에서 미생물

에 의한 소화율이 높아 섬유질 대부분이 1위와 2위에서 소화됨

200여종의 세균, 300여종의 원생동물(protozoa), 19종의 곰팡이

소화작용을 돕고, 섬유소 분해, 아미노산의 합성, 비타민 B군과 K군의 합성.

미생물체 영양소 공급

탄수화물 분해과정 중에 생성된 휘발성지방산: 제 1위에서 흡수되어 숙주(host)의 에너지원으

로 사용됨

반추위, 혹위

(Rumen)

반추위, 혹위

(Rumen)

반추동물영양 기초정리

제 1위의 내용물은 분포의 위치에 따라 네 부분으로 분류됨

내부에 미생물이 다량 존재하는 섬유소성 입자

수용성 물질로 이루어져 있는 액체부분

2위와 1위의 전낭과 복낭에 있는 물질로 죽과 비슷하고,

제 2~3위구로 통하여 3위로 이동해 가는 물질

제 1위 내 사료의 체류시간에 영향하는 요인

사료의 입자도

소화율 등

평균적으로 49시간 정도

전체소화기관에 머무르는 시간: 62시간

다른 소화기관에 비하여 제 1위에 머무르는 시간이 약 4배

제 1위의 내용물은 분포의 위치에 따라 네 부분으로 분류됨

내부에 미생물이 다량 존재하는 섬유소성 입자

수용성 물질로 이루어져 있는 액체부분

2위와 1위의 전낭과 복낭에 있는 물질로 죽과 비슷하고,

제 2~3위구로 통하여 3위로 이동해 가는 물질

제 1위 내 사료의 체류시간에 영향하는 요인

사료의 입자도

소화율 등

평균적으로 49시간 정도

전체소화기관에 머무르는 시간: 62시간

다른 소화기관에 비하여 제 1위에 머무르는 시간이 약 4배반추위, 혹위

(Rumen)

반추위, 혹위

(Rumen)

반추동물영양 기초정리

분비샘이 없는 상피세포로 구성되어 있으나 반추위 내 많은 미생물이 다양한 종류의

효소를 분비함 다른 소화기관들 보다 효소의 종류와 양이 많음

반추위 미생물에 의한 효소 분비와 발효 작용은 단위동물에서는 볼 수 없는 반추동물

만의 독특한 소화작용임

1위 내에서 영양소 분해과정외 발효과정 중 상당히 많은 양의 가스가 발생됨

발생된 가스는 트림을 통해 배출됨

반추동물이 섭취한 가소화 건물의 약 70~85%는 반추위 미생물에 의해 소화됨

휘발성 지방산, 탄산가스, 메탄가스, 암모니아, 미생물체 단백질 등이 생성됨.

생성된 가스는 주로 메탄과 이산화탄소 이며, 메탄 가스는 전체 가스 생성량의

30~40%, 이산화탄소는 20~65%를 차지함

반추동물은 단위동물이 분해할 수 없는 셀룰로오스(cellulose), 헤미셀룰로오스

(hemicellulose), 펙틴(pectin) 등을 반추위 내 미생물이 분비하는 효소들로 분해함

분비샘이 없는 상피세포로 구성되어 있으나 반추위 내 많은 미생물이 다양한 종류의

효소를 분비함 다른 소화기관들 보다 효소의 종류와 양이 많음

반추위 미생물에 의한 효소 분비와 발효 작용은 단위동물에서는 볼 수 없는 반추동물

만의 독특한 소화작용임

1위 내에서 영양소 분해과정외 발효과정 중 상당히 많은 양의 가스가 발생됨

발생된 가스는 트림을 통해 배출됨

반추동물이 섭취한 가소화 건물의 약 70~85%는 반추위 미생물에 의해 소화됨

휘발성 지방산, 탄산가스, 메탄가스, 암모니아, 미생물체 단백질 등이 생성됨.

생성된 가스는 주로 메탄과 이산화탄소 이며, 메탄 가스는 전체 가스 생성량의

30~40%, 이산화탄소는 20~65%를 차지함

반추동물은 단위동물이 분해할 수 없는 셀룰로오스(cellulose), 헤미셀룰로오스

(hemicellulose), 펙틴(pectin) 등을 반추위 내 미생물이 분비하는 효소들로 분해함

반추위, 혹위

(Rumen)

반추위, 혹위

(Rumen)

반추동물영양 기초정리

섬유질은 수용성 당류, 전분 등에 비해 천천히 발효됨

생산되는 휘발성 지방산:

초산(acetic acid, C2): 60~70%

프로피온산(propionic acid, C3): 15~25%

낙산(butyric acid, C4): 8~15%

휘방성 지방산 농도에 영향하는 요인: 사료의 종류, 가공방법, 조사료와 농후사료

의 비율, 급여횟수

휘발성 지방산의 흡수: 단순확산을 통하여 반추위벽으로 흡수되나, 나머지는 제

3위와 4위 및 소장에서 흡수됨.

탄수화물 발효시 생상된 가스는 이산화 탄소(60%), 메탄(30~40%)가 생성되며,

가스 생성량은 시간당 40L이다

채식후 발효가 최대에 이르는 시간은 사료 급여후 2~4시간대

섬유질은 수용성 당류, 전분 등에 비해 천천히 발효됨

생산되는 휘발성 지방산:

초산(acetic acid, C2): 60~70%

프로피온산(propionic acid, C3): 15~25%

낙산(butyric acid, C4): 8~15%

휘방성 지방산 농도에 영향하는 요인: 사료의 종류, 가공방법, 조사료와 농후사료

의 비율, 급여횟수

휘발성 지방산의 흡수: 단순확산을 통하여 반추위벽으로 흡수되나, 나머지는 제

3위와 4위 및 소장에서 흡수됨.

탄수화물 발효시 생상된 가스는 이산화 탄소(60%), 메탄(30~40%)가 생성되며,

가스 생성량은 시간당 40L이다

채식후 발효가 최대에 이르는 시간은 사료 급여후 2~4시간대

반추위, 혹위

(Rumen)

반추위, 혹위

(Rumen)

반추동물영양 기초정리

사료중의 단백질은 반추위 내 미생물의 분해작용

단백질 펩타이드 아미노산 암모니아, 휘발성지방산 및 탄산가스

대사과정 중 과잉 생산된 암모니아

재순환 질소

반추위 내 미생물의 질소원

혈액 중 암모니아 과대 축적으로 암모니아 중독증 유발 가능

반추동물의 단백질의 이용

증식한 미생물(체 단백질), 미분해 사료단백질은 소장으로 유입되어 소화효소에 의해 아미

노산으로 분해 및 흡수 이용됨.

사료 내 질소화합물의 이용

질소화합물 아미노산 암모니아

반추위에서 흡수되어 간에서 요소 형성 후 뇨로 배출되거나 질소 재순환에 활용

사료중의 단백질은 반추위 내 미생물의 분해작용

단백질 펩타이드 아미노산 암모니아, 휘발성지방산 및 탄산가스

대사과정 중 과잉 생산된 암모니아

재순환 질소

반추위 내 미생물의 질소원

혈액 중 암모니아 과대 축적으로 암모니아 중독증 유발 가능

반추동물의 단백질의 이용

증식한 미생물(체 단백질), 미분해 사료단백질은 소장으로 유입되어 소화효소에 의해 아미

노산으로 분해 및 흡수 이용됨.

사료 내 질소화합물의 이용

질소화합물 아미노산 암모니아

반추위에서 흡수되어 간에서 요소 형성 후 뇨로 배출되거나 질소 재순환에 활용

반추위, 혹위

(Rumen)

반추위, 혹위

(Rumen)

반추동물영양 기초정리

섭취한 사료의 주요 발효 장소, 발효 최종 산물의흡수 장소

위벽의 중, 하부에길이가 0.5 - 1.5cm 정도인 융모(papillae)가 돌출되어 있음=> finger like projection => 영양소의 흡수에 관여함

출생 시 기능이 없음 (발달되지 않은 상태)

성우(mature cow)의 경우 120 ～ 200 L의 용적

영양소 (발효부산물)를 흡수하는 유두돌기(융모, papillae)가 다수 발달됨

각종 미생물(박테리아, 프로토조아 및 곰팡이)이 서식하는 일종의 연속성 발효조 임.

미생물에 의한 사료의 소화 및 발효 산물 생성

발효산물; VFA, 젖산, 암모니아 등

섭취한 사료의 주요 발효 장소, 발효 최종 산물의흡수 장소

위벽의 중, 하부에길이가 0.5 - 1.5cm 정도인 융모(papillae)가 돌출되어 있음=> finger like projection => 영양소의 흡수에 관여함

출생 시 기능이 없음 (발달되지 않은 상태)

성우(mature cow)의 경우 120 ～ 200 L의 용적

영양소 (발효부산물)를 흡수하는 유두돌기(융모, papillae)가 다수 발달됨

각종 미생물(박테리아, 프로토조아 및 곰팡이)이 서식하는 일종의 연속성 발효조 임.

미생물에 의한 사료의 소화 및 발효 산물 생성

발효산물; VFA, 젖산, 암모니아 등반추위, 혹위

(Rumen)

반추위, 혹위

(Rumen)

반추위 미생물

그림 :반추위 내 혐기성 프로토조아종류(강) 및 형태

반추위 미생물

그림 :형태에 따른 반추위박테리아의 분류

반추위 미생물

반추위 미생물

반추위에 서식하는 곰팡이

미생물에 의한 지방분해

지방의 분해

미생물 지방분해효소에 의해 중성지방이 glycerol과 fatty acid로 분해됨

미생물은 휘발성지방산을 이용하여 체내 미리스틱산(myristic acid, C14:0) 및 팔미틱산(palmitic acid, C16:0)과 같은 새로운 지방

산 및 미생물체 지방을 합성함

반추위를 통과하는 불포화지방은 고도로 포화된 뒤, 소장에서 소화, 흡수되어 체지방에 축적

지방의 분해

미생물 지방분해효소에 의해 중성지방이 glycerol과 fatty acid로 분해됨

미생물은 휘발성지방산을 이용하여 체내 미리스틱산(myristic acid, C14:0) 및 팔미틱산(palmitic acid, C16:0)과 같은 새로운 지방

산 및 미생물체 지방을 합성함

반추위를 통과하는 불포화지방은 고도로 포화된 뒤, 소장에서 소화, 흡수되어 체지방에 축적

반추동물영양 기초정리

분비기능이 없음

제 1위에서 넘어온 식괴 중 금속 및 이물질을 걸러내는 역할

제 3위와 함께 제 1위의 내용물을 제 4위로 보내는 기능

제 2위의 내부는 4각 또는 6각의 벌집모양(honey comb)의 후벽이 발달해 있고 그 바닥은 유두로 덮여 있음

반추동물의 제 2위는 근육층이 발달하여 제 1~2위에서는 지속적인 수축운동을 통한 분추위 운동에 시작점이 됨.

제 2위의 수축의 주된 기능은 제 2위 내 액상물질을 제 1위의 전낭으로 보내고, 비중이 낮은 내용물을 제 1위의 배낭

으로 보내는 것임

분비기능이 없음

제 1위에서 넘어온 식괴 중 금속 및 이물질을 걸러내는 역할

제 3위와 함께 제 1위의 내용물을 제 4위로 보내는 기능

제 2위의 내부는 4각 또는 6각의 벌집모양(honey comb)의 후벽이 발달해 있고 그 바닥은 유두로 덮여 있음

반추동물의 제 2위는 근육층이 발달하여 제 1~2위에서는 지속적인 수축운동을 통한 분추위 운동에 시작점이 됨.

제 2위의 수축의 주된 기능은 제 2위 내 액상물질을 제 1위의 전낭으로 보내고, 비중이 낮은 내용물을 제 1위의 배낭

으로 보내는 것임

전체적인 기능은 제1위와 비슷함

섭취한 사료를 반추할 수 있도록 식도로 내보내는데 주로 관여함

이 부위에서 식도구(esophageal groove)가 시작됨

발효부산물의 흡수기능은 비교적 적음

반추동물영양 기초정리

위 내용물 중 수분과 전해질을 흡수함

제 2위 내용물을 제 4위로 보내는 통로구실을 함

물, 휘발성지방산, 암모니아 및 광물질의 흡수

염소이온 분비, 일부 휘발성 지방산의 대사작용일 일어나나 효소와 점액 등의 분비기능 없음

제 3위엽(laminae)라고 하는 크고 작은 잎 모양의 근육주름으로 된 근엽(muscular leaves)으로 구성됨

근엽들은 겹겹으로 구성되어 제 3위를 겹주름위라고 함

수많은 주름 때문에 표면적이 상당히 넓어 흡수에 용이하며, 그물망 역할로 큰 입자가 4위로 가는 것을 방지함

소화물이 4위에 도달하지 건에 생성된 휘발성지방산과 탄산(HCO3-)이 흡수되는데 만약 탄산이 흡수되지 않으면 제 4위에서 분비되는

염산을 중화하여 적절한 pH가 유지가 어렵게 됨.

염소이온은 혈액에서 제 3위로 분비되어 염소이온 농도를 증가시킴.

제 3위는 1위와 4위의 소화기전을 원할하게 돕는 역할을 함.

위 내용물 중 수분과 전해질을 흡수함

제 2위 내용물을 제 4위로 보내는 통로구실을 함

물, 휘발성지방산, 암모니아 및 광물질의 흡수

염소이온 분비, 일부 휘발성 지방산의 대사작용일 일어나나 효소와 점액 등의 분비기능 없음

제 3위엽(laminae)라고 하는 크고 작은 잎 모양의 근육주름으로 된 근엽(muscular leaves)으로 구성됨

근엽들은 겹겹으로 구성되어 제 3위를 겹주름위라고 함

수많은 주름 때문에 표면적이 상당히 넓어 흡수에 용이하며, 그물망 역할로 큰 입자가 4위로 가는 것을 방지함

소화물이 4위에 도달하지 건에 생성된 휘발성지방산과 탄산(HCO3-)이 흡수되는데 만약 탄산이 흡수되지 않으면 제 4위에서 분비되는

염산을 중화하여 적절한 pH가 유지가 어렵게 됨.

염소이온은 혈액에서 제 3위로 분비되어 염소이온 농도를 증가시킴.

제 3위는 1위와 4위의 소화기전을 원할하게 돕는 역할을 함.

겹주름위의 형태 ⇨ 물과 VFA의 흡수를 증가시킴

반추위 내용물이 제4위 또는 소장으로 이동되는 속도를 조절함

반추동물영양 기초정리

단위동물과 비슷한 기능을 함/ 제 3~4위구로 3위와 연결되어 있음

섭취된 사료를 혼합하고 저장하며, 단백질과 지방을 소화함

위벽의 세포들은 물, 알코올과 같은 물질을 일부 흡수함

가장 중요한 기능은 사료를 저장한 후 십이지장으로 보내는 기능

분문부의 분비샘: 위점액(gastric mucus)만 분비(점액다당류와 점액단백질을 함유)

4위에서 소화에 영향을 주는 효소는 펩신 뿐임.

점액의 역할

위벽의 상피세포에 점액층을 이루어 소화효소로부터 보호/ 점액단백질은 회장 말단에서 비타민 B12의 흡수를 도움

기저부의 분비선은 주세포(chief cell)와 벽세포(parietal cell)로 구성됨/주세포에서는 펩시노겐, 간세포에서는 염산 분비

단위동물과 비슷한 기능을 함/ 제 3~4위구로 3위와 연결되어 있음

섭취된 사료를 혼합하고 저장하며, 단백질과 지방을 소화함

위벽의 세포들은 물, 알코올과 같은 물질을 일부 흡수함

가장 중요한 기능은 사료를 저장한 후 십이지장으로 보내는 기능

분문부의 분비샘: 위점액(gastric mucus)만 분비(점액다당류와 점액단백질을 함유)

4위에서 소화에 영향을 주는 효소는 펩신 뿐임.

점액의 역할

위벽의 상피세포에 점액층을 이루어 소화효소로부터 보호/ 점액단백질은 회장 말단에서 비타민 B12의 흡수를 도움

기저부의 분비선은 주세포(chief cell)와 벽세포(parietal cell)로 구성됨/주세포에서는 펩시노겐, 간세포에서는 염산 분비

단위동물의 위와 비슷한 기능 ⇨ 진위(true stomach)

단백질의 분해가 주로 이루어지는 장소 <= 염산 분비

제4위의 부위에 따라 효소가 분비됨

반추동물영양 기초정리

장(Intestine)

반추동물영양 기초정리

장(Intestine)

① 소장 (Small intestine)

단위동물의 경우와 기능이 거의 동일함

② 대장 (Large intestine)

주로 물, 약간의 광물질과 비타민을 흡수

③ 맹장 (Cecum)

소장과 대장 사이에 위치하는 blind sac

별도의 발효장소

약간의 VFA가 생성, 흡수됨

소화과정(Digestive Process)

타액선(Salivary Gland):

볼(cheeks)과 입의 뒷부분에 주로 위치함

Sodium bicarbonate, mucin, 요소, 비타민, P, K, Mg 및 기타광물질이 포함됨

반추동물영양 기초정리

타액의 기능

씹고 삼키는 일을 도와주는 역할

완충제의 역할(Na와 K salts)

반추위미생물에 질소자원(urea)과 일부 무기물을 공급함

Mucin과 같은 antifoaming agent를 제공함

<사료 종류에 따른 사료 섭취 속도와 타액(침) 분비량>

사 료 섭취 속도(g/분)

타액 분비량

g / 사료 g mL / 분

펠릿사료

생 초

사일리지

건 초

357

283

248

83

0.68

0.94

1.13

3.25

243

266

280

270

반추동물영양 기초정리

반추작용(Rumination)

섭취한 사료를 입으로 다시 꺼내어 되새김하는 것

사료입자의 크기를 줄여주고, 반추위 내 발효환경을 개선시키는 기능

되새김에 의한 사료 입자의 감소

반추동물영양 기초정리

발효작용(Fermentation)

pH; 5.5～7.0

ⅱ) 온도; 38～40℃

소장에서의 소화와 흡수

반추위에서 소화되지 못한 사료와 미생물(단백질)의 소화

각종 유기영양소의 소화 및 흡수(단당류 및 이당류, 아미노산과 펩티드, 지방산), 일부 무기물의 흡수

탄수화물

반추가축 사료내 가장 많이 포함된 성분

가축에 에너지를 공급

유당, 지방 및 단백질 합성에 필요한 전구물질(precursor)을공급함

반추동물영양 기초정리

탄수화물의 주요 형태

구조 탄수화물 : 식물의 세포벽 구성물질• hemicellulose, cellulose 및 lignin• 반추위에서 소화속도가 느림

비구조 탄수화물 : 씨, 잎 그리고 줄기내에 포함되어 있음• pectin, 전분 및 당• 반추위에서 소화속도가 빠름

반추동물영양 기초정리

구 분 구 성 단 위 용매 및 분해 물질

Cellulose D-glucose (β-1,4) 강산 (H2SO4 72%, w/v)

Hemicellulose

D-xylose (β-1,4)

L-arabinose

D-galactose

D-mannose

D-glucose

D-glucuronic acid

4-O-methyl glucuronic acid

알칼리(dilute alkali)

산(dilute acid, hot H2SO4

1N)

Pectin

D-galacturonic acid (α-1,4)

L-rhamnose

L-arabinose

D-galactose

뜨거운 물

Ammonium oxalate

EDTA

Lignin

Coumarylic alcohol

Coniferylic alcohol

Synapylic alcohol

Triethyleneglycol

Acetylbromide

KMnO4

밀납, Cutin

Long-chain fatty alcohol 또는

long-chain fatty acid

Hydroxycinnemic acid

Hexane

탄수화물의 주요 형태

반추동물영양 기초정리

휘발성지방산(Volatile fatty acids, VFA) 생산

종류 ;

• Acetic acid(acetate, C2),

• Propionic acid(propionate, C3),

• Butyric acid (butyrate, C4),

• Iso-butyric acid(isobutyrate, iC4),

• Valeric acid(valerate, C5),

• Iso-valeric acid(isovalerate, iC5) 등

반추위미생물에 의한 탄수화물 및 단백질의 혐기성 발효 부산물

반추위와 제3위에서 주로 흡수됨

Acetate는 지방 합성에, 그리고 propionate는 포도당 합성에 이

용됨

반추동물영양 기초정리

단백질

반추동물의 경우 사료단백질은 가용성(soluble), 분해 가능한 단백질 또는 미분해 단백질로 구분됨

반추위 내에서 사료단백질의 분해 폭 : 50～90%

반추동물영양 기초정리

단백질

반추동물의 경우 사료단백질은 가용성(soluble), 분해 가능한 단백질 또는 미분해 단백질로 구분됨

반추위 내에서 사료단백질의 분해 폭 : 50～90%

반추동물영양 기초정리

지질

일반 사료 내 지질 함량 : 1～4%

사료내 고수준의 지질 함량 또는 지질의 과다섭취는 반추위미생물의 성장과 활동을 저해함

불포화지방산은 반추위미생물의 가수 소반응(hydrogenation)에 의해 포화지방산으로 변형됨

그러나 지질이 화학적인 방법이나 피막처리(coating) 등의 방법에 의해 본래의 지방산 조성이 유지될 수 있음

Thank you for attention