실신가스 종류가 산란계의 도축 스트레스와 육질 특성에 미치는 영향

본 연구에 사용된 공시축은 국립축산과학원 동물영양생리과에서 사양실험에 사용한 32주령의 산란계(Hy-Line) 140수를 이관 받아 실험에 사용하였다. 공시축은 한국가축사양표준에서 제시한 산란계 영양소 요구량을 충족한 옥수수-대두박 위주의 시험사료를 급여하였으며, 41 cm × 36 cm × 40 cm(length × depth × height) 규모의 케이지에서 2수씩 사육되었다(사육밀도; m²=27.7kg). 공시축 140수 중 총 70수를 무작위로 선별하여 이산화탄소(CO₂), 아르곤(Ar), 질소(N₂)가스를 사용하여 가스실신 하였으며, 실신 조건별로 각 10수씩 도계를 실시하였다. 가스실신 조건은 이산화탄소(CO₂)와 아르곤(Ar)은 각각 80%와 90% 농도로 설정하였으며, 질소(N₂)는 대기 중 농도보다 높은 90%로 설정하였다(처리구: CO7, CO8, CO9, Ar8, Ar9 및 N9). 이때 대조군으로 할랄방법과 현행 도계장 조건과 유사한 CO₂ 70% 조건으로 설정하였다. 할랄법에 따라서 공시축을 현수하고 경동맥을 칼로 절단하고, 2분간 방혈을 실시하였다(Fuseini et al., 2016). 가스실신은 특수제작된 밀폐형 가스 실신기(STI-01, ㈜STI, 대구, 한국)를 이용하여 CO₂, Ar 및 N₂ 가스에 노출시켜 실신시켰으며, 육안관찰을 통해 충분한 실신이 이루어진 것을 확인한 후 도계를 실시하였다. 가스실신한 산란계는 할랄법과 동일하게 현수하여 경동맥 절단 후 2분간 방혈을 실시하였다. 방혈이 종료된 모든 공시축은 가슴살(Pectoralis major)을 발골하였다. 이후, 닭 가슴살은 온도체 pH를 측정하고 폴리에틸렌 포장지에 진공포장하여 4℃ 냉장고에서 4일간 냉각을 실시 후 육질 분석에 사용하였다.

실신방법에 따른 산란계의 혈중 코티솔(스트레스호르몬, cortisol) 농도 변화 확인을 위해 할랄 또는 가스실신 처리한 산란계의 경동맥에서 혈액을 채취 후 4,500 rpm, 4°C에서 10분 동안 원심분리를 실시하여 혈청을 분리하고 분석 전까지 –80°C에서 보관하였다. 혈중 코티솔 농도는 chicken cortisol ELISA kit(Cusabio, USA, TX)를 사용하여 분석하였다. 혈청 50 µL가 첨가된 각 well에 antibody 50 µL를 첨가하여 혼합 후 37°C에서 40분간 반응시켰다. 이후 각 well을 200 µL의 wash buffer로 3회 세척하여 결합하지 않은 antibody를 제거한 뒤 horseradish peroxidase(HPR)-conjugate를 100 µL 첨가하여 37°C에서 30분간 반응시켰다. Wash buffer 200 µL를 사용하여 각 well을 5회 세척 후 90 µL의 3,3’,5,5’-tetramethylbenzidine substrate를 첨가하고 37°C에서 20분간 빛을 차단하여 반응시켰다. 최종적으로 50 µL의 stop solution을 각 well에 혼합하고 5분 이내에 multi-mode microplate reader(Infinite M200 PRO, Tecan, Switzerland)를 이용하여 450 nm에서 측정하였다. 표준곡선(r²=0.8863)은 표준물질용액(200 ng/mL)을 7단계에 걸쳐 증류수로 4배씩 반복희석하여 0 ng/mL (S0), 0.049 ng/mL(S1)~ 200 ng/mL(S7) 농도를 이용하여 계산하였다.

pH는 우측 닭 가슴살 상단부를 심부측정 방식의 pH*K 21 meter(NWK-Technology GmbH, Kaufering, Germany)를 이용하여 측정하였다. 온도체 시료는 발골 15분 이내에 측정하고, 냉도체 시료는 진공포장하여 4℃ 냉장실에 4일간 보관 후 측정하였다.

닭 가슴살의 표면 색도는 시료를 30분간 발색시킨 후 뼈측의 표면을 색차계(CR-400, Minolta, Japan)를 이용하여 L*(lightness, 명도), a*(redness, 적색도) 및 b*(yellowness, 황색도) 값을 측정하였다. 이때, 색차계 보정은 CIE L* 값이 +95.01, CIE a* 값이 –0.71, CIE b* 값이 +3.96인 백색 표준판을 사용하여 실시하였다.

닭 가슴살의 일반성분은 AOAC 방법을 응용하여 근적외선 분광기(Food Scan, Foss Tecator Co., Ltd., Hillerod, Denmark)를 이용하여 분쇄한 닭 가슴살 약 100 g을 사용하여 측정하였다.

보수력은 Hur 등(2001)의 방법을 응용하여 원심분리법으로 측정하였다. 과도한 결체조직 및 지방을 제거한 시료 0.5 g을 2 mL filter tube(0.2 um, P25661, Millipore, Japan)에 칭량하였다. 시료가 담긴 filter tube는 원심분리기(Avanti(R) J-E, Beckman coulter, USA)를 이용하여 12,000 rpm의 속도로 15분 동안 원심분리를 실시하였다. 시료에서 유리된 수분함량을 측정하고, 전체 시료의 수분함량에 대한 잔류 수분함량의 비율을 계산하였다.

닭 가슴살의 육즙삼출은 좌측 가슴살의 저장 전 무게를 측정하고 폴리에틸렌 포장지에 넣고 진공하여 4℃ 냉장고에서 4일간 보관 후 표면의 수분을 제거하여 무게를 측정하고 무게 차이에 대한 비율을 산출하였다. 닭 가슴살의 가열감량은 시료의 가열 전과 후의 무게 차이에 대한 비율로 산출하였다. 가열 전 무게를 측정한 닭 가슴살은 폴리에틸렌 포장지에 넣고 80℃의 항온수조에서 심부온도가 75±1℃에 도달할 때까지 가열하였다. 이후, 시료를 얼음물에 15분간 담궈 심부온도를 24±1℃로 냉각시킨 후 표면의 수분을 제거하여 최종 무게를 측정하였다.

전단력은 Warner-Bratzler shear blade가 장착된 물성기(5543, Instron Corp., USA)를 이용하여 시료를 완전히 절단하는 값을 측정하였다. 시료는 가열된 닭 가슴살에서 직경 1.27 cm의 원형 코어를 이용하여 근섬유 방향의 수평으로 채취하였으며, 시료당 5회 측정하여 평균 수치를 결과값으로 사용하였다. 이때, 측정조건은 load cell이 50 kg, cross-head speed는 400 mm/min으로 설정하였다.

본 연구의 결과는 각 처리구별로 산란계 10수에 대한 측정 평균값과 표준편차로 나타내었다. 통계분석은 SAS Enterprise 7.1(Statistics Analutical System Institute Inc., USA)를 이용하여 일원배치 분산분석(one-way ANOVA)을 실시하였고, 처리구 평균간의 유의성 검정(p<0.05)은 Duncan의 방법을 활용하였다.

할랄방법과 다양한 가스 종류와 농도로 실신시킨 산란계의 혈중 코티솔(cortisol) 농도는 Fig. 1에 나타내었다. 혈중 코티솔 농도는 경우 Ar9 처리구가 유의적으로 가장 높은 값을 나타내었으며(p<0.05), Ar9 처리구를 제외한 모든 처리구들과 유의적인 차이를 나타내지 않았다(p>0.05). 코티솔은 조류의 운송, 열 및 급이 등으로 인한 스트레스 발생 시 뇌하수체 부신피질 자극 호르몬 방출에 의해 항상성을 조절하며, 혈액 스트레스 지표 호르몬으로 사용된다(Guijarro et al., 2020). 본 연구에서는 Ar 처리구들이 CO9에 비해 높은 값을 나타내었는데, 이는 산란계가 가스 노출 이후 실신에 도달하는 시간이 각각 Ar8은 560초, Ar9은 158초로 CO9 처리구의 35초에 비해 가스 노출 시간이 길었기 때문이라고 판단된다. Sindhøj 등(2021)은 아르곤(Ar) 및 질소(N₂)와 같은 불활성 기체는 이산화탄소(CO₂)에 비해 실신을 위한 가스 노출 시간이 증가하지만, 동물의 기도와 점막을 자극하지 않아 도축 스트레스를 감소시킬 수 있다고 하였다. 따라서 CO9에 비해 긴 시간이 소요됐지만 혈중 코티솔 농도의 유의적인 차이가 나타나지 않은 것은 불활성 기체인 Ar과 N₂의 비자극적 특성에 따른 것으로 추정된다. 결과적으로 Ar8와 N9 처리구는 동물복지적인 측면에서 기존 상업적 가스실신 조건(CO7)의 대체재로써 가능성이 있다고 판단된다.

Fig. 1. Cortisol of laying hens breast slaughtered by halal and gas-stun method with CO₂, Ar and N₂. All values are mean±SD. ^a-c Means sharing the same letters are not significantly different at p<0.05 by Duncan’s multiple range test. ¹⁾Treatments: Halal, used knife; CO7, gas stun with 70% carbon dioxide; CO8, gas stun with 80% carbon dioxide; CO9, gas stun with 90% carbon dioxide; Ar8, gas stun with 80% argon; Ar9, gas stun with 90% argon; N9, gas stun with 90% nitrogen.

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실신가스 종류별·농도별 산란계 가슴살의 pH는 Fig. 2와 같다. 온도체 가슴살의 pH_15min에서는 Ar 처리구들(80% : 6.61, 90% : 6.59)이 N₂와 CO₂ 처리구에 비해 유의적으로 높은 값을 나타내었으며(p<0.05), N9 (6.17)는 CO₂(80% : 6.46, 90% : 6.48)와 대조구(Halal : 6.33, CO7 : 6.28)보다 낮은 값을 나타내었다. 냉도체의 pH는 N9 (5.96) 처리구가 가장 높은 값을 나타내었으며, Halal(5.84), CO₂(70% : 5.89, 80% : 5.90, 90% : 5.83) 및 Ar(80% : 5.82, 90% : 5.89) 처리구의 pH는 서로간에 유의적인 차이를 나타나지 않았다. Nakyinsige 등(2014)은 토끼 근육의 사후 pH_15min은 이산화탄소(CO₂) 실신에 비하여 할랄 방식이 유의적으로 낮았다고 보고하였으며, Poole와 Fletcher(1995)는 가스실신한 닭의 사후 직후 pH는 가스종류에 따라 유의적 차이가 있었으며, 최종 pH는 5.69~5.72로 유사하게 나타났다고 보고하였다. 또한, Raj 등(1990)은 육계의 사후 pH는 실신가스에 따른 차이가 발생했다고 보고하였다. Foury 등(2005), Henckel 등(2002), Nakyinsige 등(2014)은 할랄 방법에 비하여 가스실신 가축의 사후 pH가 높은 것은 혐기적 조건에서 발생되는 경련이 adenosine triphosphate(ATP)의 이용을 증가시켜 동물 체내의 글리코겐 농도가 감소하며, 스트레스 호르몬인 카테콜아민(catecholamines) 수치는 근육 pH24h와 양의 상관관계가 있어 카테콜아민이 글리코겐 분해를 증가시켜 사후 혐기적 해당작용에 의한 젖산 생산을 감소시킨 결과라고 설명하였다.

Fig. 2. pH of laying hens breast slaughtered by halal and gas-stun method with CO₂, Ar and N₂. All values are mean±SD. ^a-c Means sharing the same letters within a row are not significantly different at p<0.05 by Duncan’s multiple range test. ¹⁾Treatments: Halal, used knife; CO7, gas stun with 70% carbon dioxide; CO8, gas stun with 80% carbon dioxide; CO9, gas stun with 90% carbon dioxide; Ar8, gas stun with 80% argon; Ar9, gas stun with 90% argon; N9, gas stun with 90% nitrogen.

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실신가스 종류별 ․ 농도별 산란계 가슴살의 색도는 Table 1과 같다. 명도는 CO₂ 처리구들이 Ar 및 N₂ 처리구들보다 유의적으로 높은 값을 나타내었다. 적색도는 N₂–90%가 가장 높았으며, CO8와 CO9가 가장 낮은 값을 나타내었다(p<0.05). 적색도에서 Halal과 Ar 처리구들 사이에 유의적 차이는 없었다. 황색도는 Halal이 가장 높았으며 CO2처리구들이 Ar과 N₂ 처리구들보다 유의적으로 높은 황 색도를 나타내었다. Ar과 N₂ 처리구들 사이에 유의적 차이는 없었다. Salwni 등(2016)은 육계의 가슴살은 할랄방법이 가스실신보다 적색도와 황색도가 높다고 보고하였다. Xu 등(2018)은 CO₂ 가스실신이 계육의 변색을 야기할 수 있으며, 이는 단백질 산화에 따른 미오글로빈 산화가 육색에 영향을 미칠 수도 있다고 설명하였다. Alam 등(2022)은 토끼 혈액, 근육 및 소장에서 CO₂ 실신이 Ar과 N₂ 실신보다 적색도가 높고 명도와 황색도가 낮아 어두운 색을 나타냈다고 보고하였다. 따라서, 가스실신은 식육의 육색에 영향을 미칠 수 있으며, 산란계 가슴살에서는 CO₂ 가스에 비하여 Ar과 N₂ 가스 실신에 의해 다소 어두운 육색을 낼 수 있는 것으로 판단된다.

실신가스 종류별 ․ 농도별 산란계 가슴살의 일반성분은 Table 2에 나타내었다. 수분은 CO7가 Halal 보다 유의적으로 높았으며, 다른 처리구들은 이 두 처리구와 유의적 차이가 없었다. 단백질 함량은 모든 처리구에서 유의적 차이가 인정되지 않았다. 지방 함량은 N9와 Ar9가 CO9와 Ar8 보다 높은 값을 나타내었다(p<0.05). 회분 함량은 Halal과 CO7가 가장 높았으며, N9 처리구가 가장 낮게 나타났다(p<0.05). Song 등(2022)은 할랄 및 가스실신을 실시한 닭 가슴살에서 일반성분의 차이는 나타나지 않았다고 보고하였으며, Alam 등(2023)은 실신방법과 가스종류에 따라서 닭 가슴살의 일반성분 차이가 있으나, 1% 내외로 나타난다고 보고하여 본 연구 결과와 유사하였다.

실신가스 종류별·농도별 산란계 가슴살의 보수력, 육즙삼출 및 가열감량은 Table 3에 나타내었다. 보수력은 N9가 할랄, CO8, CO9 및 Ar9에 비해 유의적으로 높게 나타났으며(p<0.05), 이외의 처리구들 사이에 유의적 차이는 없었다. 육즙삼출은 N9가 가장 낮으며(p<0.05), Ar9의 수분 삼출이 높은 경향을 보였으나, Halal과 CO₂ 처리구와 유의적 차이는 없었다(p>0.05). 가열감량은 보수력과 유사한 경향을 보이며 N9가 가장 낮으며, CO7이 가장 높았다(p<0.05). Ar8의 가열감량은 CO7 보다 유의적으로 낮은 것으로 나타났다. 식육은 pH가 등전점인 5.0~5.4에서 가까울수록 보수력이 낮아진다. Alam 등(2023)의 연구에서 할랄 방식에 비하여 CO₂와 N₂ 가스로 실신한 육계의 닭 가슴살은 pH와 보수력이 낮았다. Bórnez 등(2009)은 양고기의 보수력은 높은 농도로 노출시간이 길어질수록 CO₂ 흡입으로 인해 양고기에 심각한 세포 파괴가 발생하여 근육 외부로 수분이 삼출된다고 보고하였으며, Hambrecht 등(2004)은 도살 직전 스트레스는 육즙삼출에 부정적인 영향을 미친다고 하였다. 본 연구에서도 산란계 가슴살의 보수력은 스트레스 호르몬인 코티솔(cortisol)과 pH에 따라 차이가 발생한 것으로 판단되며, 결과적으로 실신 가스 조건에 의한 도축 스트레스 발생이 식육의 보수성(보수력, 육즙삼출 및 가열감량)에 영향을 줄 수 있다고 생각된다.

실신가스 종류별·농도별 산란계 가슴살의 전단력은 Fig. 3에 나타내었다. 본 연구에서는 CO₂, N₂, Ar, Halal 순으로 낮은 전단력을 나타내었으며, CO9가 가장 높았고 Halal이 가장 낮은 전단력을 나타내었다. 이전의 연구에서 할랄방식으로 도계된 육계의 전단력은 약 1.95 kgf 정도라고 보고된바 있다(Alam et al., 2023). Northcutt 등(1998)의 연구에서 칠면조 가슴살의 전단력은 전기실신, 이산화탄소(CO₂) 실신 및 비실신 방법에 따른 유의적 차이가 없음을 보여주었다. Linares 등(2007)은 어린 양에 가스실신은 전단력을 낮추는 결과가 나타나지만 나이가 든 양에서는 가스실신, 전기실신, 비실신에 따른 전단력의 차이는 나타나지 않았다고 보고하였다. 본 연구의 결과가 이전 연구와의 결과와 다른 경향을 나타내는 것은 본 실험에 사용된 산란계의 품종과 성장단계의 차이에 의한 물리화학적 특성 차이에서 기인된 것으로 추측된다.

Fig. 3. Shear force of laying hens breast slaughtered by halal and gas-stun method with CO₂, Ar and N₂. All values are mean±SD. ^a-d Means sharing the same letters within a row are not significantly different at p<0.05 by Duncan’s multiple range test. ¹⁾Treatments: Halal, used knife; CO7, gas stun with 70% carbon dioxide; CO8, gas stun with 80% carbon dioxide; CO9, gas stun with 90% carbon dioxide; Ar8, gas stun with 80% argon; Ar9, gas stun with 90% argon; N9, gas stun with 90% nitrogen.

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