에너지 대사시험
에너지 대사시험이란 동물이 이용하는 에너지의 줄납(수지[收支])이나 에너지가
이용되는 행방을 조사하는 시험이다.
일반적으로 동물을 직접「동물 열량 측정 장치」에 수용해서 측정하는 방법과 회수된
대소변으로부터 간접적으로 측정하는 시험 방법으로 대별된다. 전자는 동물 스스로가 발생하는 에너지나 에너지가
이용되는 쪽, 행방을 직접적으로 파악하는데 유효한 방법이지만 장치가 대규모여서 실제로는 거의 사용되지
않는다.
한편, 후자는 동물에게 먹이를 주고
그 대변과 소변을 회수하여 에너지의 이용 정도를 간접적으로 파악하는 방법이다. 대규모 장치가 필요 없으며, 동물이 이용하는 에너지의 출납을 비교적 쉽게 파악할 수 있기 때문에 자주 이용된다.
여기서는 이 간접적인 방법에 대해서 설명한다.
에너지란?
먹이 중에 함유된 화학적 연소 에너지를 총에너지(gross energy : GE)라고 한다. 또, 어떤 GE 함량을
갖고 있는 먹이를 동물이 섭취해서 분변으로 배설하는 에너지를 분변 에너지(fecal energy : FE)라고
부른다. 이 GE에서 FE를
뺀 것을 가소화(可消化)에너지(digestible energy : DE)라고 부른다.
식성에 차이는 있을지라도 모든 동물은 에너지 충족을 제1의 목적으로 먹이를 섭취한다고 한다.
그러나 급여량과 같이 부적절하게 에너지가 되는 먹이를 동물에게 주게 되면 비만이나 수척(여윔)해 질지도 모른다. 그래서 동물의 건강유지를 위해서는 먹이의 품질, 특히 에너지 함량(칼로리 함량※1)을 아는 것이 중요하다.
동물은 에너지를 3대 영양소인 단백질, 지방
및 탄수화물로부터 얻는다.
그러나 먹이에 함유된 에너지의 모두가 동물에게 이용되지는 않으며, 일부는 소화 흡수되지
않은 채 대변이나 소변, 또는 다른 형태로 배설된다. 이
관계를 그림3에 나타내었다.
단백질은 체내에서 불완전 연소되어 오줌 속에 질소화합물을 배설한다. 이 배설물에는 약간의
에너지가 남아있다. 오줌의 에너지(urinary energy : UE)를 가소화(可消化) 에너지(DE)에서 뺀 것을 대사 에너지(metabolizable energy : ME)라고 한다.
보다 정확하게 말하면, 대사에너지는 가소화 에너지에서 오줌의 에너지와 가스 에너지(gaseous products of digestion : GPD)를 뺀 수치이다. 그러나 개나 고양이 등의 단위(單胃, 위가 하나) 동물에서는 가스의 에너지가 무시할 수 있을 정도로 적기
때문에 실제로는 거의 측정하지 않는다.
에너지의 측정법
동물이 이용하는 에너지, 즉 대사 에너지를 측정할 때에는 모든 화학적 연소 에너지, 즉 총에너지를 측정한다. 대사 에너지의 경우에는 그림3에 나타낸 바와 같이 먹이(식품)가 갖는 화학적 연소열(燃燒熱)과 대변이 갖는 화학적 연소열 및 소변이 갖는 화학적 연소열을 각각 측정하여 다음의 식으로 계산한다.
ME = GE – FE – UE
에너지를 측정하는 장치를 펌프 칼로리미터(pump calorimeter, 단열형 휘발열량
측정계)라고 부른다. 그 구조를 그림4에 나타내었다.
※1 칼로리 함량 : 칼로리는 cal로 표시된다. 에너지와 같은 뜻으로 취급되는 경우도 있지만 칼로리는 에너지를 나타내는 척도의 하나이며, 국제적으로는 「주울(J)」이 사용된다. 1cal = 4.184J, 1J = 0.239cal.
a : 봄베(bombe), b : 내부 통, c : 중간 통, d : 외부 수조, e : 가온 수조,
f : 배크만(Backman) 온도계, g : 교반 용기, h ; 교반용 모터
그림4. 단열형 열량 측정계
시험
시료(건조시킨 먹이[사료],
대변이나 소변 등)을 약 1g 취해서 칭량한
후 동철(銅鐵)로 만든 봄베(원통상의 동철로 만든 용기, 폭발에 대한 내성이 강한 것. 그림의 a) 내 소정의 위치에 넣고 밀봉한 후 고압산소(약 20~25기압)를 충진하고
수조 내에 정치(靜置)한다.
수조는 보온병과 같은 구조이며, 이중 구조의 유리병으로 그 사이가 진공으로 되어있어 외부와는
단열되어 있다. 그 수조(水槽)에 덮개를 씌우고 봄베에 부착된 전극으로 통전(通電)시켜 봄베 내의 시료를 한 번에 연소시킨다.
이
연소에 의해 발생된 열량이 전용 온도계가 장착된 봄베(a) 외부에 들어있는 수조의 수온을 상승시키는
형태로 되어있다. 이렇게 해서 시료가 발생한 열량(에너지)을 측정할 수 있다.
시료의 조제법
에너지 함량 측정에 사용하는 시료는 상술한 소화시험에 사용된 먹이(사료)나 소화시험에서 얻어진 분변을 그대로 사료로써 사용할 수 있다.
기본적으로 소화시험과 에너지 대사 시험은 동시에 행해지는 경우가 많다. 통상 소화시험에서는
소변의 채취를 행하지 않지만 대사에너지(ME)를 측정할 때에는 소변의 채취도 필수적이다. 소변은 인덱스법을 사용하더라도 소변까지는 지표물질이 이행되지 않기 때문에 전량을 신중하게 채취하지 않으면 안
된다.
오줌을 채취할 때에는 미량의 황산 등을 첨가하여 질소화합물이 암모니아로 휘발해서 날아가지 않도록 주의해야 한다. 또, 채취 후는 가능한 빨리 건조시키는 것이 중요하다. 건조 방법은 진공동결건조법이 가장 바람직하다.
건조시킨 오줌의 에너지를 측정하더라도 보통은 완전히 연소시키기가 어렵다. 이럴 때에는 조연재(助燃材)로써 셀룰로오스 파우치 등을 이용하면 좋다. 물론 이 조연재의 에너지 함량은 미리 별도로 측정해 놓는다.
AAFCO에 기재된「종합영양식」 판정을 위한 동물 영양
시험
AAFCO는 1987년에
개 사료(dog food)와 고양이 사료(cat food) 급여
프로토콜(시험 요령)을 정해놓고 있다. 이것을 일본의 펫푸드 공정거래협의회는 종합영양식의 판정 기준의 하나로 채용하고 있으며, 「펫푸드의 표시에 관한 공정경쟁규약 ∙ 시행규칙 해설서」에 번역문이 기재되어 있다. 이것을 이하에 인용하여 개략적인 시험 내용을 설명한다.
이것은 개사료 또는 고양이사료(종합영양식인 것)의
영양 기준의 적합성에 명확한 표시를 제공하기 위해서 최저 급여 프로토콜(종합영양식으로 적당한가 아닌가의
동물 시험법)로써 정해진 것이다.
AAFCO의 규정
AAFCO (Association of America Feed Control Officials)란 미국 사료 검사관 협회의 약자이며, 미국에서 사료 전반에
대하여 용어의 정의 결정, 각종 가이드라인(guide line)의
표시나 지도 등을 행하고 있는 단체이다.
이 단체에서는 펫푸드 에너지 함량의 표기에 대해서 다음과 같이 정하고 있다.
「개 사료 또는 고양이 사료의 라벨에는 칼로리 양을 ME(대사
에너지)로 표기할 수 있다」
결국 펫푸드의 에너지 함량 표시를 할 경우에는 ME를 사용하지
않으면 안 된다.