The Effects of Negative- and Positive- Charged Surfactants on In vitro DM Digestibility and the Growth of Ruminal Mixed Microorganisms

In order to investigate the effects of supplemental ionic surfactants in in vitro ruminal fermentation, N-Lauroylsarcosine sodium salt(N-LSS) and sodium dodecyl sulfate(SDS) for negative(－) ionic surfactant, and hexadecylpyridinium chloride monohydrate(HPCM) and hexadecyltrimethyl ammonium bromide(HTAB) for positive (+) ionic surfactant were supplemented by 0.05% and 0.1% into the Dehority’s artificial medium containing rice straw(1mm) as a substrate. In vitro DM digestibility, the growth of rumen mixed microbes, pH, cumulative gas production and SEM(Scanning Electron Microscopy) observation of microbial attachment on rice straw particle were investigated through the experiment composing 9 treatments (two supplemental levels of two positive ionic(+) surfactant, two supplemental levels of two negative(－) ionic surfactant) including the control. The sample collection was at 6, 12, 24, 48 and 72 h post fermentation with 3 replications per treatments. DM digestibility in treatments supplemented (+) or (－) surfactants almost stopped afterward 12 h fermentation, in vitro DM digestibility at 72 h post fermentation in the ionic surfactants was at half level of that of the control(P<0.05). Accumulative gas production in in vitro was less(P<0.05) with addition of ionic surfactants compared to the control. The amount of rumen mixed microbes recovered from in vitro incubation fluid pleateaued at 12 h post fermentation for the positive (+) ionic surfactants, but steadily increased as fermentation time elapsed for the control. Rumen microbial growth rate was significantly(P<0.05) low in the negative(－) ionic surfactant compared to the control. pH of the incubation fluid was ranged from 6.02 to 7.20, and was the highest in the negative(－) ionic surfactants, and was the lowest in the control(P<0.05). In SEM observation, rumen microbial population attached on rice straw particle was less with addition of ionic surfactants than the control. In conclusion we could not found any positive effects of negative- and positive- charged surfactants on rumunal fermentation characteristics and rumen microbial growth rates.

양(+) 이온성 및 음(-) 이온성 계면활성제 첨가가 반추위 혼합 미생물에 의한 In vitro 건물소화율 및 미생물 성장에 미치는 영향

반추동물의 생산효율을 향상시킬 목적으로 반추위 환경을 조절하려는 노력들이 수십년간 지속되어 오면서 그동안 주로 사료급여 및 사양관리 시스템 개발(NRC, 2001)이 근간을 이루어 왔으나, 최근에는 유전공학, 효소공학, 생물공학, 미생물공학, 천연물화학 등의 발전으로 식물추출물, 항생제, 미생물제제, 계면활성제 등 다양한 분야에서 연구가 진행되고 있다 (Yang과 Russell, 1993; 이 등, 1997; Lee 등, 2003; Lee와 Ha, 2003; Busquet 등, 2006). 그 중, 계면활성제인 surfactant는 미생물 세포막 표면에 부착하여 미생물에 대한 산소공급을 차단함으로써 호기성 미생물 성장을 감소시키며 (Hulme와 Stranks, 1970), 세포내, 외의 효소를 유리시켜 효소기능 및 분비를 촉진 하는 것 (Reese와 Maguire, 1969; Munn 등, 1983; Yazdi 등, 1990)으로 알려져 있다. 이러한 surfactant의 작용원리를 이용하여 반추위내 혐기성 발효를 촉진시키기 위한 제제로서 그 가능성이 높이 평가되어 왔는데, 지금까지 반추위 발효 조절 기능이 밝혀진 계면활성제는 비이온성으로서 반추동물의 소화율과 생산성에 기여할 수 있는 제제로서 인정받고 있다. 계면활성제를 이용한 일련의 시험 중, 앞서 수행한 비이온성 계면활성제와 양쪽 이온성(+/－) 계면활성제를 이용한 시험에서 비이온성 계면활성제는 in vitro 반추위 발효양상에 매우 긍정적인 결과를 얻었으나 양쪽 이온성(+/－) 계면활성제는 반추위 미생물에 오히려 독성으로서 작용하는 결과를 얻었다(De Oude, 1992). 또한 양(+)이온성과 음(－)이온성 계면활성제에 대한 국내의 연구가 전무한 사항이라 참고 자료를 찾을 수가 없었다. 따라서 본 시험은 일반적으로 많이 사용하는 양(+)이온 또는 음(－)이온성을 띄는 계면활성제를 선발하여 반추위 발효 성상 및 미생물 합성에 어떠한 영향을 미치는지를 규명해 보고자 실시하였다.