조피볼락(Sebastes schlegeli)은 볼락류 중 가장 빠른 성장을 하는 대형 어종 중 한 품종으로 1990년 대 들어 안정적인 대량 종묘생산과 조피볼락(우럭)용 배합사료가 개발 시판되면서 한국의 주요한 양식품종으로 자리잡았다. 이후 조피볼락양식 생산량이 지속적으로 증가하여 해산양식어류 중 넙치 다음 2위를 차지하고 있으며 2007년 생산규모가 최대 연간 35,564톤까지 증가하였지만 최근에는 생산량이 감소, 정체되면서도 2014년 24,592톤을 생산하였다(KOSIS, 2015). 이와 함께, 조피볼락 배합사료 생산량도 지속적으로 중가 하여 연간 최대 2만여 톤이상 생산되기도 하였지만. 여전히 생사료 13만여톤과 함께 사용되고 있고 배합사료 생산량은 조피볼락 생산량 감소에 함께 1만여톤까지 감소하였다. 조피볼락을 포함한 어류양식시 사료는 생산단가의 약 절반을 차지하기 때문에 생산비 절감을 위하여 가장 우선적으로 고려하고 있다.

어류의 성장에 필요한 필수 영양소는 약 40여종이 있으며 이들 요구량 연구에 다양한 실험사료가 사용되었다(NAS, 1973; NRC, 1983; Moon and Gatlin, 1989; Moon and Gatlin, 1991; NRC, 1993). 해산어류인 홍민어에서 단백질 함유량은 유사하였지만 단백질원료의 종류 및 함유량에 따라 성장에서 10배 이상 차이가 나타났다(Moon and Gatlin, 1989). 즉, 사료 중 단백질 함유량은 유사하였지만 단백질원료의 종류 및 함유량이 어류의 성장에 커다란 영향을 주는 인자임을 밝혔다. 또한, 홍민어에서 동물성 단백질원료의 종류가 성장 및 체성분에 영향을 미침도 구명하였다(Moon and Gatlin, 1994). 따라서 어류용 실험 및 실용 사료 설계 및 제조 시 단백질원료의 종류 및 함유량은 경제성 측면과 함께 빠른 성장, 사료효율(FE) 및 생존율을 위하여 중요한 요소가 되었다(Moon and Gatlin, 1991; Moon and Gatlin, 1994). 단백질 원료와 함께 단백질 함유량(Lee et al., 2001)과 이들 단백질을 구성하고 있는 필수아미노산 중 메티오닌 및/또는 시스틴 함유량 및 비율(Moon and Gatlin, 1991; Yan et al., 2007)도 성장, FE 및 생존율에 유의적인 영향을 미침을 구명하였다. 또한, 갑성선호르몬 등 첨가제도 성장 등에 유의적인 영향을 미침을 보고하기도 하였다(MackKenzie et al., 1993; Moon et al., 1994).

성공적인 조피볼락양식 시 필수적인 먹이공급을 위하여 조피볼락 사료개발을 위한 영양소 요구량을 지속적으로 구명하였다. 실험사료 설계 시 다양한 단백질원료가 사용되어 왔다(NFRDI, 1993; Lee and Kang, 2006). 이때 조피볼락용 실용사료에서도 경제성을 고려한 다양한 단백질원료의 단독 또는 혼합 첨가가 조피볼락의 성장 및 체성분에 미치는 영향을 조사하기도 하였다(Lee et al., 1996a, 1996b; Lee and Kang, 2006; NFRDI, 2009; Lee and Choi, 2013). 어류의 영양연구를 위한 실험사료 중 주요 단백질원료로는 카제인(CA), 젤라틴(GE), 어분(FM), 어류근육분말 및 합성 아미노산(crystalline amino acid, CAA)을 함유한 반정제(semipurified, SP) 기초사료(Basal diet, BD)가 주로 사용되었지만, 실용사료와 비교해 볼 때 성장에서 차이가 나타나기도 하였다(NRC, 1984, 1993; Moon and Gatlin, 1989; Moon and Gatlin, 1994; NFRDI, 1993). 조피볼락 비타민혼합물(vitamin premix, VP) 평가에서는 53% 탈지FM에 10% CA가 혼합된 반정제 실험사료만 사용되기도 하였다(Lee and Kim, 1996). 어류의 필수영양소 요구량은 40여종(NRC, 1993; NRC, 2011)이지만 조피볼락에서는 단백질(NFRDI, 1993), 메티오닌(Yan et al., 2007), 필수지방산 및 비타민 C와 E (Bai and Lee, 1998; Lee et al., 2008) 등 일부 영양소 요구량이 구명되었지만 여전히 밝혀지지 않은 영양소 종류가 대부분이며 크기별, 이들 영양소간 함유량별 비율과 원료 이용성까지 고려한다면 완전 사료개발을 위하여는 체계적인 실험사료 개발이 필수적이다. 비타민을 포함한 필수영양소 구명에 사용되는 실험사료 설계 시 어류인 조피볼락에서 주로 사용 가능한 주요 단백질원료로 설계 및 제조된 여러 종류의 실험 사료에 대한 사육효과 비교가 체계적으로 이루어지지 않은 실정이다. 따라서, 본 실험에서는 VP 무첨가시 조피볼락 실험사료 중 단백질원료의 종류 및 함유량이 시판사료와 함께 조피볼락 치어의 성장 및 체성분에 미치는 영향을 조사하고자 하였다.

실험사료의 조성과 상품사료를 포함한 일반성분은 Table 1에 나타내었다. 이때 사용한 단백질원료의 일반성분과 아미노산 조성은 Table 2에 나타내었다. 실험사료는 단백질함량이 50%내외가 되도록 설계하였고, 어분(fishmeal, FM)구는 해산어용 양어사료에 일반적으로 가장 많이 이용 중인 원료인 FM (Moon and Gatlin, 1994) 66%를 단백질원료로 사용하였다. 어분대두박(FM & soybean meal, FSC)구는 FM 53%에 어분보다 값싼 대체단백질 원료인 대두박(soybean meal, SBM) 10%와 콘글루텐밀(corn gluten meal, CGM) 5%를 첨가한 경제적인 실용 실험사료다. 카제인젤라틴(casein & gelatin, CG)구는 담수어 및 일부 해수어의 비타민 연구에 주로 사용되었으며(Halver, 1989), 단백질원료로 정제된 카제인(casein, CA)과 젤라틴(gelatin, GE)을 각각 38.5% 및 10.0%를 첨가하였다(Moon and Gatlin, 1989). 기호성을 높이기 위하여 수산양식용 단백질원료(Moon and Gatlin, 1994)인 FM 33%에 CA 27%를 첨가한 고어분저카제인(high FM & low CA, HFLC)구와 FM 10%와 CA 42%를 첨가한 저어분고카제인(low FM & high CA, LFHC)구를 EP로 설정하였다. 또한, 해산어용 VP를 첨가하여 양호한 성장을 나타내는 수산양식 현장에서 사용되고 있는 조피볼락용 시판(commercially pelleted rockfish grower, CPR)사료도 실험사료와 함께 사육효과 비교를 위하여 사용하였다. 지질원료로 필수지방산을 함유한 오징어간유와 대두유를 첨가하여 사료 중의 지질 함량을 약 10%내외로 설정하였다(Lee et al., 1996; Lee and Kang, 2006). 탄수화물원료로는 소맥분과 덱스트린을 각각 18% 와 5%씩 첨가하여 적정 에너지 함량으로 조절되었다. Filler로서 cellulose를 첨가하였다(Moon and Gatlin, 1994). CPR를 제외한 모든 EP는 VP를 첨가하지 않았으며, 미네랄혼합물(mineral premix, MP)은 3%를 첨가하였다. 또한, 사료의 수중에서 풀림을 방지하기 위한 점결제로는 2%의 CMC를 첨가하였다(Moon and Gatlin, 1994). 이와 같이 비타민을 제외한 단백질, 지질 및 필수지방산, 에너지, 탄수화물 및 미네랄을 조피볼락의 요구량에 맞도록 설계하였다(Lee and Choi, 2013). 사료원료 중 SBM과 CGM은 각각 0.25 mm와 0.5 mm screen이 부착된 분쇄기(RETSH GMBH 5657, Germany)로 분쇄한 후 사료에 첨가하였다. 사료제조를 위하여 분말상태의 사료원료를 혼합기(Twin-Shell Pin Intensifier Blender, Patterson-Kelly Co., England)에서 30분 동안 혼합한 후, 믹서기에서 지질을 첨가하면서 다시 혼합한 다음 원료의 약 40%의 증류수를 첨가하여, 모이스트펠렛(MP)제조기로 성형하였다. 제조된 사료는 냉동고(−25℃)에 보관하면서 공급 시마다 적절한 크기로 절단하여 공급하였다.

2톤 FRP 원형 수조를 이용하여, 유수식으로 1일 2회 먹이 공급하여 예비사육 중이던, 동일 어미로부터 출산한 평균체중 8.6±0.1 g (group 평균체중 302.1±3.1 g)의 조피볼락 치어 35마리씩을 60 L 원형 FRP 수조에 3반복 수용하여 1일 2회(09:00, 16:00) 만복으로 먹이공급하였다. 고압모래여과장치로 여과된 자연해수를 실험시작 시에 3 L/min씩 흘려주었고, 실험어가 성장함에 따라 실험종료 시에는 5 L/min로 조절하였다. 각 수조에 에어스톤을 설치하여, 적정 성장을 위하여 용존산소를 5 ppm 이상으로 유지하였다. 사육수온은 자연 수온(21.7-24.9℃)에 의존하였으며, 자연 광주기를 이용하여 52일간 실험하였다.

어체 측정은 24시간 절식시킨 후 MS-222 (100 ppm)로 마취시켜 전체체중을 측정하였다. 실험종료 후, 증체율(WG, %), 간 중량지수 (HSI), 비만도(CF) 및 생존율(survival rate, %)을 조사하였다. 간중량지수(HSI), 복강내지방지수(IPF), 장중량지수(ISI) 및 근육비(MR)를 조사하기 위해 각 수조 별로 5마리씩 간, 복강내지방, 장중량 및 근육의 무게를 측정하였다. 상기 측정 항목들의 계산식은 다음과 같다.

Weight gain (%) = (final body wt. − initial body wt.) × 100 / initial body wt.

Feed efficiency = (wet body wt. gain / dry feed intake) ×100

Hepatosomatic index = (wet liver wt. / wet body wt.) ×100

Condition factor = [wet body wt. (g) / body length (cm)³] ×100

Intraperitoneal fat (IPF = intraperitoneal fat wt. ×100/ wet body wt.)

Intestinosomatic index (ISI = intestine wt. ×100/ wet body wt.)

Muscle ratio (MR = muscle wt. ×100/ wet body wt.)

일반성분은 사료원료, 실험사료 및 각 수조 별로 5마리씩 무작위로 추출하여 분쇄한 전어체 및 근육을 대상으로 분석하였으며, AOAC (Association of Official Analytical Chemists, 1994) 방법에 따라 수분은 상압가열건조법(135℃, 2시간), 조단백질은 kjeldahl 질소정량법(N×6.25), 조회분은 직접회화법으로 분석하였다. 조지질은 샘플을 12시간 동결 건조한 후, Soxtec system 1046 (Tacator AB, Sweden)을 사용하여 soxhlet 추출법으로 분석하였다.

모든 자료의 통계처리는 MiniTab (Minitab Inc., 1994)로 분산분석(ANOVA test)을 실시하여 실험구간에 유의적인 차이가 있으면(P<0.05), Duncan`s multiple range test (Duncan, 1955)로 평균 간의 유의성을 검정하였다.

실험사료 및 상품사료(CPR)를 공급하며 52일간 사육한 후 성장에서 유의적인(P<0.05) 차이가 나타났다(Table 3). 실험개시시 평균체중 8.6 g이던 조피볼락 치어는 사료 중 VP무첨가시 단백질원료 종류 및 함유량에 차이에 따른 사육실험 후 최종 평균체중 11.0-29.5 g로 약 3배의 큰 성장 차이를 보였다. 이 중 조피볼락용 CPR구와 FM구가 29.5 g로 가장 높았으며 FSG구가 FM구보다는 유의적으로 낮은 25.7 g를 나타냈다(P<0.05). HFLC구는 16.0 g로 FM구보다 유의적으로 낮았으며(P<0.05), FM구의 절반 가량 평균체중을 나타냈다. LFHC구와 CG구가 각각 11.3 g 및 11.0 g로 가장 낮았다(P<0.05). 증체율(WG)도 평균체중과 유사한 경향을 나타내면서 실험사료구에 따라 27-243%로 약10배의 성장 차이를 보였다(Table 3); 즉, 실험사료 중 FM만을 첨가하였을 때 WG가 가장 높았으며, FM함량이 줄어들면서 유의적(P<0.05)으로 낮아졌다(Table 3). FM구에서는 87-239%로 FM을 첨가하지 않은 실험구 27-31%보다 유의적으로 높았다(P<0.05). FM무첨가 CG구와 LFHC구의 WG은 27%와 31%로 가장 낮은 성장을 나타내면서 실험사료로 사용되기에는 부적합한 것으로 나타났다. 따라서 VP무 첨가 실험사료에는 최소 약 30% FM이 첨가되어야 할 것으로 사료된다. 또한, VP무첨가 FM구에서 CPR구와 유사한 성장 결과를 나타내었으므로 52일간까지는 VP첨가가 필요하지 않은 것으로 나타났다.

사료효율(feed efficiency, FE)은 24-90 범위였으며, 성장과 유사한 경향을 나타내었다(Table 3). 실험사료구 중 FM, FSG 및 CPR구에서 90, 88과 85로 유의적으로 높은 값을 나타내었으며 HFLC과 LFHC구에서 31 및 24로 낮았다; 실험사료구중 HFLC는 FSG 및 FM보다는 낮았지만, CPR구와는 유의적인 차이가 없었다. 성장처럼 FE도 어분함량이 줄어들수록 감소하였는데 특히, CA/GE이 함유된 사료는 FM이 주 단백질원료로 함유된 사료에 비하여 1/3 정도 이었다.

생존율은 62-96% (Table 3)로, 사료 중 FM이 감소함에 따라서 낮아지는 경향은 있었지만 52일간의 사육결과에서는 유의적인 차이는 없었다(P>0.05). 하지만 약 8주간의 사육에서도 수치가 상당히 떨어지는 것으로 보아 장기간 사육한다면 어분 감소에 따라서 생존율은 유의적으로 감소할 것으로 보여 향후 장기간 사육에 대한 검토도 필요한 것으로 생각된다. 따라서, 생존율 향상이라는 면에서, 일반적으로 양어사료에 다량 함유되고 있는 어분 첨가는 필수적인 것으로 사려된다.

VP무첨가시 어분 만을 단백질원료로 함유한 실험사료는 52일까지는 CPR사료와 유사한 성장, FE 및 생존율을 나타내어, VP무첨가로 나타나는 성장 차이는 볼 수 없었다. 하지만, FM이 제한적으로 첨가된 실험사료에서는 성장 및 FE에 뚜렷한 감소를 나타내면서 대조적인 경향을 나타내었다. 즉, WG에서도 FM 대체단백질 원료인 SBM/CGM이 첨가되면서 감소하는 것으로 나타나 VP무첨가시에도 식물성 대체단백질원료가 첨가될 때에는 성장이 유의적으로 감소함을 알 수 있었다. 특히 정제 단백질원료를 다량 사용할 때 조피볼락 치어의 성장은 FM구의 약10% 수준으로 나타났으므로 VP무첨가시 단백질원료의 선택 및 함유량은 조피볼락 실험사료에서 신중하게 첨가해야 할 것이다. 즉, 조피볼락 치어용 실험사료의 단백질원료로 식물성(Lee et al., 1996; Lee and Kang, 2006) 및 정제 단백질 원료(Moon and Gatlin, 1989)는 많은 양이 사용되지 않는 것이 바람직한 것으로 나타났으며 해산어인 홍민어와 유사한 결과를 나타내었다(Moon and Gatlin, 1989). 따라서, 조피볼락 치어용 실험사료를 설계하여 제조할 때는 사료섭취량 및 사료효율이 유의적으로 가장 낮은 CA/GE의 함유량을 홍민어처럼 극히 제한할 필요가 있는 것으로 나타났다(Williams, 1985; Moon and Gatlin, 1989).

실험사료의 일반성분 분석 결과(Table 1), VP무첨가시 단백질원료로 FM, CA, GE, SBM, CGM을 단독 또는 혼합 첨가한 실험사료의 단백질과 지질 함량은 각각 50%와 10% 전후로 조피볼락의 적정 또는 최대 성장을 위한 단백질, 지질 및 필수아미노산인 메티오닌 함량과 유사하였다(Lee and Lee, 1994; Yan et al., 2007). 하지만, 조피볼락용 상품사료(CPR)구는 단백질 및 지질 함량이 56% 및 8%로 다른 실험사료구보다 높거나 낮은 것으로 나타나 단백질 및 지질 요구량 보다 높거나 낮은 경우 성장에 차이가 나타나면서 사육조건별 조피볼락의 크기에 따른 단백질 및 지질 요구량의 재평가가 필요한 것으로 사려된다. 상품사료의 경우 단백질 함량이 높으면서 성장은 가장 높았지만 FE가 낮게 나타나 앞으로 양식경영 향상을 위하여 양질의 단백질원료를 사용하면서 사료품질은 개선되어야 할 것 같다. 또한, 필수 아미노산(Table 2)을 포함한 영양소의 적정 함유량도 중요하지만(Moon and Gatlin, 1994), 이들 영양소를 함유하고 있는 원료의 기호성 및 이용성에 관한 검토도 필요한 것으로 나타났다. 조피볼락의 성장 차이는 다양한 단백질원료를 함유한 사료의 기호성에 기인한 것으로 나타나 났다. 즉, 어분은 잘 섭식하여 성장이 높게 나타났으며 이것은 조피볼락의 자연에서의 식성과 관련이 있는 것으로 나타났다. 어분을 다른 이용 가능한 단백질원료로 대체하였을 때 조피볼락의 성장 및 FE는 감소하였다. VP무첨가시에도 단백질원료의 종류 및 함유량은 조피볼락 치어의 성장 및 FE에 중요한 영향을 미치는 인자로 나타났다. 단백질원료의 품질 차이는 소화율, 필수아미노산 조성, 이용성, 기호성 및 항영양인자 또는 독소화합물에 의하여 영향을 받는다고 보고하였다(Scott et al., 1976). 우수한 소화율과 균형 잡힌 필수아미노산 조성에 의한 어류단백질인 어분을 함유한 실험사료는 이번 사육효과 실험에서도 다른 단백질원료인 대두박 및 콘글루텐밀을 함유한 실험사료에 비교하여 높은 성장 및 기호성으로 홍민어에서 처럼 어류단백질의 우수성을 증명하였다(Moon and Gatlin, 1989; Moon and Gatlin, 1994). 하지만, 카제인 및/또는 젤라틴을 함유한 실험사료에는 어분과 유사하거나 높은 단백질과 필수아미노산을 함유함에도 낮은 성장 및 FE 결과는 기호성 저하에 기인한 것으로 사려되며 홍민어 처럼 유사한 결과를 나타내었다(Moon and Gatlin, 1989), 홍민어에서 사료 중 필수아미노산인 히스티딘, 이소류신, 류신, 메치오닌, 페닐알라닌 및 트립토판 중 메치오닌 부족 시 가장 낮은 성장 및 FE를 나타내었다(Moon and Gatlin, 1989), 이후 홍민어 치어에서 실험사료 중 메치오닌 함량이 0.35% 시 생존율은 약 39%였으며 사료 중 시스틴: 메티오닌가 70:30에서는 10%로 나타나 생존율이 약 100%인 대조구와 비교해 보면 유의적으로 가장 낮았으므로 필수영양소인 필수아미노산의 적정 첨가는 필수적이며 성장 및 FE에 큰 영향을 주는 인자로 구명되었다(Moon and Gatlin, 1991). 필수아미노산의 종류에 따라 성장에 영향을 미치는 정도에도 차이가 나타나 황함유아미노산인 메티오닌(Moon and Gatlin, 1991)은 라이신(Craig and Gatlin, 1992)보다 홍민어의 성장에 더 중요한 제한 인자임을 증명하였다. 조피볼락의 필수아미노산 중 메티오닌 요구량(Yan et al., 2007)은 최대 성장을 위하여 건물기준 사료 중 1.37%로 본 실험의 모든 실험사료(Table 1, 2)는 만족하였다. 대조적으로 유사한 필수아미노산 조성을 가지는 다른 단백질 원료의 품질 차이는 plaice (Pleuronectes platessa) (Cowey et al., 1974) 및 철갑상어(Acipenser transmontanus) (Stuart and Hung, 1989)에서도 보고되기도 하였다.

실험사료종류에따라비만도(CF) 및복강내지방(IPF)에서유의적인 차이가 나타났지만(P<0.05) (Table 3, 4), 근육비(MR), 간중량비(HSI), 장중량비(ISI)에서는 유사하였다(P>0.05). 이와 같이 VP무첨가시 단백질원료의 종류 및 함유량을 달리한 실험사료를 사용하였을 때 정제단백질을 함유한 사료를 공급한 조피볼락에서 CF 및 IPF 함량이 감소하여 향후 이와 관련된 대사에 관한 연구가 필요한 것으로 나타났다. 하지만, 조피볼락은 VP무첨가시 실험사료에서 단백질원료의 종류 및 함유량이 달라지더라도 MR, HSI와 ISI는 일정하게 유지한 것으로 나타났다. 하지만 실험사료에서 VP무첨가시 단백질원료의 종류 및 함유량이 달라지면서 전어체와 근육의 수분 및 회분 함량에 유의적인 차이를 나타내었다(Table 5, 6). 단백질 함량은 전어체에서만 유의적인 차이가 나타났지만, 지질 함량은 전어체 및 근육에서 유사하였다(Table 5, 6). 이와 같이 전어체 및 근육의 일반성분은 VP무첨가시 실험사료에 따라 수분, 단백질 및 회분 함량은 다양한 차이를 보이면서 영향을 받는 것으로 나타났지만, 지질 함량은 영향을 받지 않은 것으로 나타나 실험사료 중 유사한 지질 함량에서는 유사하였다. 자연산 및 양식산 조피볼락 치어의 전어체에서 영양학적 비교 결과 지질 함량에서 유의적인 차이가 나타난 것과는 대조적이었다(Lee et al., 2000).

VP무첨가시 단백질원료로 약 30% 어분과 약 25% 카제인을 함유한 실험사료를 설계한다면 조피볼락 치어의 특히 비타민을 포함한 다양한 영양소 필수성 및 요구량 구명에 적합한 것으로 나타나 각종 비타민 필수성 기초사료로 사용하였으며 이들 비타민 필수성을 구명하는데 사용하였다.