면화 짚 사료화의 난점과 처리 방법

 

현재 중국 신장 지역의 면화 수확 후 면화 줄기는 대부분 직접 분쇄하여 밭에 돌려주지만, 신장 지역의 토양이 건조하기 때문에 직접 밭에 돌려주는 면화 줄기는 토양 유기질로 분해되기 어렵다.이와 동시에 목화줄기는 늘 마황위병병원균을 휴대하고있기에 직접 밭에 돌려주면 이듬해에 목화밭의 병해가 가중되기 쉽다.이로부터 알수 있는바 면화짚자원의 고효률리용은 이미 신강의 면화밭에서 시급히 해결해야 할 기술난제로 되였다.목화짚은 영양이 풍부하여 반추동물의 양질의 사료를 만들 수 있는 잠재력을 갖추고 있다;그러나 목화줄기의 목질화정도가 상대적으로 높고 동물에 독해작용을 하는 유리면페놀이 존재하여 그 사료화발전진척을 저애하였다.국내의 기존의 팽창처리, 암모니아화처리, 황산아철처리와 미저장처리 등 면대 사료화처리방법을 귀납하고 분석하였으며 조합처리기술구상을 제기하였다.

면화 짚 사료화의 난점과 처리 방법

◆ 면대 사료화의 난점

목화짚 사료화 처리 중의 주요 난점은 두 가지이다: 첫째, 목화짚은 반드시 연화 처리를 거친 후에야 동물이 더 잘 먹을 수 있다. 이것은 목화짚이 옥수수, 벼 등 짚보다 더 많은 목질소와 섬유소를 함유하고 있기 때문이다. 재질이 더 단단하고 입맛에 맞으며 동물의 채식량, 채식 효율과 소화 효율을 떨어뜨릴 수 있다.둘째는 면화 짚에 있는 유리면 페놀 (C30H30O8) -1가지 면주 색소 선체 전체에 널리 분포되어 있는 황색 유독성 폴리페놀 물질의 함량을 줄여야 한다.유리면페놀은 동물의 체내에 들어간후 단백질과 철 등 물질과 결합하여 생물체에 위장점막손상, 철분결핍성빈혈, 혈관벽의 투과성이 높아지고 아미노산의 리용률이 낮아지는 등 병증이 나타나 성장이 지연되고 중독되거나 심지어 사망할수 있으며 또 웅성동물의 생식계통을 해치고 불임을 초래할수 있다.유리면페놀이 동물체내에 장기간 풍부해져 위해를 초래하는것을 방지하기 위하여 일반적으로 반추동물사료중의 유리면페놀함량이 200mg·kg-1을 초과하지 않도록 요구한다.우리 나라는 일찍부터 저페놀면에 대한 연구를 전개하였고 일정한 연구성과를 거두었다. 례를 들면 중국농업과학원 면화연구소, 하북성농림과학원 등 단위에서 육성한 저페놀면 품종이다.그러나 저페놀면 품종에 면페놀이 부족하여 병충해에 대한 저항성이 뚜렷이 약화되였기에 그 보급응용은 극히 제한되였다.그러므로 현재 면화밭에서 생산되는 면대에 대하여 반드시 전문적인 유리면페놀처리기술을 취하여 사육요구에 도달해야 한다.

◆ 목화대 사료화 처리 방법

목화 짚을 양질의 사료로 만들기 위해서는 짚 원료의 문제점을 목적성 있게 처리하여 목질소, 섬유소, 유리면 페놀의 함량을 낮춰야 한다.현재 주로 물리, 화학, 생물의 3가지 처리 방법이 있다.

물리처리는 화학처리와 생물처리의 기초로서 흔히 볼수 있는 물리처리방법에는 분쇄, 찜, 침포, 복사와 팽창이 있다.화학처리는 화학시약을 첨가하여 면대섬유중의 각종 성분함량을 개변하고 목질소, 섬유소, 면페놀함량을 낮출수 있으며 일부 특정한 영양물질을 첨가하여 사료의 최종품질을 높일수 있다.흔히 볼 수 있는 화학처리 방법으로는 산처리, 알칼리처리, 암모니아화처리와 황산아철처리 등이 있다.생물처리는 미생물의 생명활동이나 미생물의 대사산물을 리용하여 짚을 처리하고 부동한 처리목적에 따라 짚원료에 부동한 미생물균주를 접종하는것이다.생물처리는 물리처리나 화학처리에 비해 반응주기가 더 길고 처리효과가 더 좋다.성숙한 면대 사료화 공정에서 생물 처리는 일반적으로 핵심 절차이다.흔히 볼 수 있는 생물 처리 방법에는 효소 분해, 청저장, 미저장 등이 포함된다.

상술한 면대 사료화에 존재하는 두 가지 난점에 대하여 현재 응용이 비교적 넓고 상대적으로 효율적인 몇 가지 처리 방법에 대해 한층 더 분석하고 토론한다.

(1) 팽창 처리.다른 몇 가지 물리적 방법에 비해 팽창 처리는 짚의 원래 섬유 구조를 더 크게 파괴하고 원래 긴밀하게 배열된 목질소와 섬유소를 서로 분리시켜 팽창 처리 후의 짚의 질을 더욱 부드럽게 하고 목질화 정도를 낮추며 부피와 표면적이 현저하게 증가하고 섬유 묶음이 노출되며 섬유 결정도가 낮아진다.

팽창처리는 증기폭파(약칭'증기폭')와 압출팽창 2가지로 나눌 수 있다.증기폭발의 원리는 짚 원료를 밀폐된 용기 안에 넣고 가열하여 용기 내의 온도와 압력을 높여 식물 섬유 사이에 고압 증기가 가득 차게 한 다음 갑자기 압력을 방출하여 짚 내부의 증기가 폭발 효과를 발생시켜 원래 단단했던 목질소와 섬유소를 찢어 팽창시키는 것이다.압출팽창의 작업원리는 전기기계와 전동장치를 통해 금속나사가 압출강내에서 짚에 대해 강렬한 압출마찰과 절단작용을 진행하도록 통제함으로써 대량의 열을 발생시켜 압출강내에서 고온고압의 상태에 이르게 하는것이다.짚이 노즐에서 밀려나온 후, 외부 압력이 갑자기 떨어지고, 내부 섬유 사이의 고압 공기 부피가 빠르게 팽창하여 짚을 팽창시킨다.

팽창된 짚을 직접 조사료로 사용할 때 동물의 채식량과 채식후의 소화률이 뚜렷이 제고되여 이를 중간산물로 생물발효를 계속하면 발효효률을 높이고 발효주기를 단축할수 있다.압력 2.5MPa, 온도 220 ℃ 의 조건에서 목화짚을 증기폭발하여 팽창시키면 처리된 목화줄기의 목질소함량은 11.81%, 섬유소는 9.34%, 반섬유소는 16.76% 감소하지만 굵은 단백질함량은 9.38% 증가한다.소량의 팽창 전후의 짚으로 각각 기초 사료를 섞어 육양을 사육하는데, 육양류 위는 팽창 후 면대에 대한 전체 소화 효율이 팽창 전의 면대보다 높다.또한 팽창할 때의 고온은 면대 속의 유리면 페놀에 대해 일정한 탈독 작용을 하는데, 예를 들면 압력 2.5MPa, 온도 220 ℃ 의 조건에서 증기가 폭발한 후 면대 속의 유리면 페놀 함량을 33.7% 낮출 수 있다는 연구 결과도 있다.상술한 바를 종합하면, 증기 폭발 팽창은 면대 중의 목질소와 섬유소 함량을 낮출 수 있을 뿐만 아니라, 사료의 적합성을 높일 수 있을 뿐만 아니라, 그 중의 유리 면페놀 함량도 줄일 수 있다.

(2) 암모니아화 처리.암모니아화 처리는 일정 농도의 요소 용액이나 암모니아 물에 짚을 담그는 것이다.암모니아화 처리는 강산 강알칼리 용액으로 처리하는 일부 방법에 비해 더욱 온화하다.이 방법 처리는 짚의 탄소 질소 비율을 조절하여 사료 중의 단백질 등 영양 물질의 수준을 향상시키고 동물의 채식량과 채식 후의 소화율을 높일 수 있다;이와 동시에 뇨소가 분해되여 산생된 암모니아는 일정한 조건하에서 면대에 있는 유리면페놀을 면페놀과 결합시켜 독성을 잃게 하여 일정한 탈독효과를 거둘수 있다.

왕첸 등은 질량 점수 5% 의 요소 용액으로 분쇄된 면 찌꺼기를 처리하면 면 찌꺼기 중의 굵은 단백질 함량을 약 5% 증가시킬 수 있고, 유리 면 페놀 탈독률은 40% 를 초과할 수 있다.장국침 등은 나사못압출팽창기로 요소정제를 압출하여 팽창시킨 다음 팽창전후의 요소를 각각 사료에 섞어 반추동물 (소, 양 등) 을 먹였는데 그 결과 팽창조 요소정제의 수해속도가 미팽창조보다 뚜렷이 낮아지고 수해과정도 더욱 균일하여 팽창후의 요소는 사육안전성과 리용률이 모두 뚜렷이 제고되였다.이에 따라 면대 암모니아화 처리 후 팽창 또는 암모니아화와 팽창을 동시에 진행하면 처리 후 면대 사육 효과가 더 좋아야 한다고 주장했다.

(3) 황산 아철 처리.앞에서 말한바와 같이 유리면페놀은 생물체중의 철과 결합할수 있다.그러므로 황산아철용액으로 분쇄후의 면화짚을 처리하여 그중의 유리면페놀을 앞당겨 용액중의 아철이온과 결합시켜 탈독의 목적을 달성할수 있다.유리면 페놀과 아철 이온의 결합은 이론적으로 같은 물질의 양이어야 하지만 실제 조작에서 면 줄기의 분쇄 정도 등에 국한되어 아철 이온의 첨가량은 일반적으로 면페놀 함량보다 높아야 비교적 좋은 탈독 효과를 얻을 수 있다.

500g의 면찌꺼기 시료를 황산아철 용액에 담가 3h 후에 건져 아스팔트를 40 ℃ 의 건조기에 놓고 4h 건조한 후 측정한 결과, 황산아철 제량이 각각 유리면페놀 질량 농도의 3배와 5배일 때 면찌꺼기 중의 유리면페놀 탈독률은 각각 82.13% 와 83.12% 로 황산아철 용액이 시료의 유리페놀 함량을 효과적으로 낮출 수 있음을 나타낸다.탈독 작용을 하다.

유리면 페놀과 2가철 이온의 결합 과정은 방열 반응에 속한다.염함 등의 연구에 따르면 황산아철로 유리페놀을 제거할 때 2h의 반응시간이 걸려야 안정적인 면페놀-철이온복합물을 생성할수 있으며 고산성환경은 유리페놀과 철이온의 결합반응을 억제할수 있으며 심지어 부분적인 결합페놀을 다시 분해하여 유리페놀로 전환시켜 독성을 증강시킬수 있다.그러므로 황산아철법은 암모니아화처리나 알칼리처리와 배합하여 사용하기에 더욱 적합하여 처리후의 면대사료가 적합한 산알칼리도를 구비할수 있도록 확보하는데 더욱 적합하다.

(4) 마이크로 저장 처리.미저장은 현재 보편적으로 응용되고 있는 1종의 짚 처리 방법이다.앞에서 언급한 옥수수 짚의 노란 저장은 누렇게 마른 짚 원료에 적용되며, 면화 짚의 미세 저장 처리에도 적용된다.면화짚의 목질화정도가 더욱 높기에 일반적으로 더욱 복잡한 물리나 화학방법으로 예처리를 진행한후 다시 일정한 미생물균종과 영양물질을 첨가하여 미저장발효를 진행해야 한다.미저장 발효 효과에 영향을 주는 요소는 온도, 습도, 밀봉 조건, 미생물 종류, 영양 물질, 원료 탄소 대비 등을 포함하여 매우 많다.미저장 발효 후의 목화 줄기는 재질이 부드럽고 산알코올로 입맛에 맞게 뚜렷하게 향상되었다.

면대 미세저장 사료화 연구에서 흔히 쓰이는 균종은 L(+)형 유산균, 고초아포주균, 효모균 등이다.유산균은 목화대에 있는 섬유소와 반섬유소 함량을 낮추고 가용성 당류 물질을 더욱 쉽게 소화되고 흡수되는 유기산으로 전환시켜 사료의 영양가와 적구성, 동물의 위장 면역력을 증강시킨다.아포주균은 섬유소 효소와 포도당 효소를 생성하여 대분자 당류 물질의 분해를 촉진할 수 있으며, 또한 세균소를 생성하여 일부 유해 곰팡이의 자생을 억제하고 발효 과정의 안정을 유지할 수 있다;효모균은 섬유소 효소, 단백질 효소 등 다양한 포외효소를 분비하여 동물의 사료 소화 효율을 높일 수 있다.연구에 따르면 특정한 아포주균과 효모균은 또 면대에 있는 유리면페놀의 함량을 대폭 낮출수 있다.그러므로 구체적인 면대 미저장 실천에서 원료의 성분에 따라 적합한 미생물 균주를 선택해야 한다.

◆ 목화 줄기 사료화 기술 연구 개발 아이디어

상술한 바를 종합하면, 면대 사료화 기술은 이미 비교적 많은 연구를 하였고, 일정한 진전을 거두었다;그러나 대부분 단일한 기술과 처리 방식을 채택하여 면대를 이상적인 양질의 사료로 만들 수 없기 때문에 면대 사료화의 복합 또는 조합 기술에 대한 연구는 전개할 가치가 있다.만약 완전한 목화 줄기 사료화 기술 체계를 구축할 수 있다면, 여러 가지 기술을 이용하여 복합 또는 조합 처리할 수 있는데, 예를 들면 증기 폭발, 암모니아화, 황산 아철 등 처리 기술을 조합할 수 있다. 즉 증기 폭발 전에 부서진 목화 줄기와 요소, 황산 아철을 충분히 혼합하고, 증기 폭발 작용을 통해 목질소와 섬유소 분리, 섬유 빔 해체,요소와 면대 조직 성분의 깊은 융합, 요소와 2가 철이온과 면페놀의 충분한 접촉과 반응 등 여러 가지 목적을 가진 후 상술한 처리를 거친 면대를 미세하게 저장하면 면대 사료화의 효율을 높이고 면대 사료화의 가치를 한층 더 높일 수 있다.