파이테이트(Phytate)라 불리는 미오-이노시톨헥사포스페이트(화학명)는 식물 유래의 모든 사료에서 마그네슘-파이테이트의 형태로 주로 발견되며, 실제 육계용 사료에서 약 10g/kg 또는 2.8g/kg의 농도로 거의 일정하게 존재한다. 가금류에서 파이테이트는 잘 소화되지 않기 때문에 사료에 포함된 인 성분의 일부만이 이용될 뿐만 아니라 항 영양적 특징을 가지고 있다. 이러한 항 영양적 특징은 파이테이트가 양이온 형태의 영양소들과 매우 잘 결합하는 다가의 음전하적 성질을 가진 분자적 구조에서 비롯되는 것으로 유추할 수 있다. 또한 가금류에서 파이테이트-인 복합체의 이용 증가는 인으로 인한 환경오염과 제한된 인 성분 보존에 용이하게 작용 할 것이다. 전 세계적으로 가금류는 연 250만톤의 사료를 소비한다. 이는 파이테이트-인 복합체의 70만톤에 상응하는 양이며, 다이칼슘 포스페이트 4만톤에 해당하는 양이다.
사료에 파이테즈 첨가
곰팡이 유래의 파이테즈(phytase)는 1991년에 네덜란드에서 소개되었다. 시작은 부진하였지만 사료용 파이테즈 효소는 빠르게 확장되었고 현재 전세계 돼지와 가금류 사료의 약 절반이 파이테즈를 포함하고 있다. 이는 인 오염을 제한하기 위하여 제정된 법률과 무기인의 첨가 보다 효소 첨가 비용이 낮아 생산비 절감에 대한 경제적 원인이 작용하였으며, 일정 국가의 육골분 사용 금지 역시 파이테즈 사용 증가를 불러 왔다.
실제 사료 제형에서, 가금류 영양학자들은 전형적인 파이테즈 포함 비율{500 phytase units(FTU)/kg}이 최종사료내 칼슘 1.15g/kg, 인 1.00g/kg에 기여한다는 추정하에 인과 칼슘의 기본 값을 배정한다.
이와 같은 파이테즈와 사료내 인 조절은 사료비용 절감을 가져오며 또한 인 방출 감소에 용이하게 작용하여 환경오염방지에도 기여한다. 뿐 만 아니라 사료용 파이테즈 효소는 단백질과 에너지 이용을 개선하여 사료 비용 절감에 대한 잠재성을 제공한다.
파이테즈의 잠재성 활용
현대 육계는 곡물과 식용단백질을 육질로 전환하는데 매우 효율적인 개체이다. 실제로 2kg 육계의 사료 효율(feed conversion rate)이 1.45로 이는 사료 2.014kg을 1kg의 육질로 전환하는 값에 해당한다(given a 72%carcass yield). 그러나 상승된 사료 성분 값은 발전하는 육계 생산에 대한 난제로 존재하고 있으며, 이는 인간과 동물에 이용되는 세계적 식량 생산 요구량 증가가 그 원인이다. 실제로 비축량이 1999-2000년 115일에서 2007-8년 53일로 감소되어 세계 곡물 생산은 수요대비에 실패하였다. 이와 같은 결과는 이번 세기를 기점으로 평균 9.2%의 세계 곡물 보존량이 해마다 감소하고 있음을 나타낸다.
불리한 사료 가격과 공급 상황으로 인하여 파이테즈에 대한 사료내 아미노산과 에너지의 매트릭스 값 배정이 고려 해볼 만한 가치가 있는 것이다. 연구들에 의하면 일반 사료를 공급한 닭과 칼슘, 인, 아미노산과 에너지 농도를 낮추고 파이테즈를 첨가한 닭의 성장력과 골격특성에서 어떠한 차이를 보이지 않았다. 한편 회장 소화율 연구에서 파이테즈에 의해 생성된 필수 아미노산의 양과 파이테즈에 대하여 배정된 아미노산의 매트릭스 값 비교는 의미가 있었다. 파이테즈에 의해 발생된 소화 가능한 필수 아미노산의 양은 배정된 기본값을 크게 웃돌은 것이며, 제형에 첨가한 파이테즈에 대해 조성된 사료 매트리스 값 적용의 경제적 잠재성을 강조한다.
단백질에 대한 효과
5년전 Ted Batterham은 파이테즈가 아미노산 소화를 높인다는 첫 번째 명백한 증거를 제시하였다. 그럼에도 불구하고 단백질 소화를 높이는 파이테즈의 능력은 논란의 여지로 남아 있으며 그 결과로 영양학자들은 그들 식품 제형에 아미노산 매트릭스 값을 포함하는 것을 때때로 꺼려하고 있다. 이에 대한 두 가지 이유가 있다.
기초 메카니즘
산성 조건하에서, 파이테이트는 단백질과 복합체를 형성하는 능력을 가지고 있고 형성된 단백질 복합체는 펩신에 의한 소화에 저항성을 가지게 된다. 체외 실험 데이터에 의하면, 파이테이트는 식품에 존재하는 단백질의 반 이상과 복합체를 형성할 수 있을 지도 모른다. 그러나 체내 단백질 복합체 형성 정도는 장내 pH, 소스와 단백질 용해도, 파이테즈의 고유 성질과 같은 몇몇 요소에 의해 영향 받게된다.
단백질-파이테이트 복합체가 소장에서 단백질/아미노산의 소화에 대해 부정적 영향과 함께 전위/사낭에서 단백질 소화를 방해 할 수 있으며, 또한 파이테이트가 결합된 단백질의 난치적 특징에 의한 보상적 메카니즘으로 위내 펩신과 염산 분비 촉진이 가능 하다. 파이테이트가 위내 펩신과 염산의 추가적 분비와 일관하여 육계의 뮤신 분비를 증가시킨다는 것이 증명 되었다.
최근 파이테이트가 육계에서 내부 아미노산의 흐름을 증가시킨다는 것이 입증되었다. 식품내 증가된 파이테이트(8.5에서 15.5g/kg)는 27.7%까지 17개의 아미노산 내부 흐름을 증가 시킨 다고 하였는데, 바꾸어 말하면 500FTU/kg 파이테즈가 20%까지 이들 흐름을 감소 시 킬 수 있는 것이다. 또한 파이테이트와 파이테즈에 의해 유도된 내부 아미노산 흐름에 있어서의 변화는 펩신과 뮤신의 아미노산 구성성분과 일치함을 추론 할 수 있다. 염기성 아미노산의 결핍 때문에 펩신은 독특한 아미노산 구성성분을 가지고 있다. 따라서 이들 유의성 있는 상관 관계는 파이테이트가 위내 펩신과 염산 그리고 이어서 뮤신 분비를 증가시킨다는 것을 뒷 받침 하고 있다. 만약 그렇다면 뮤신 분비의 증가가 내부 아미노산 손실에 원인이 되는 것이다.
또한 사료내 파이테이트가 소장내강으로 나트륨을 끌어 들인다는 것이 육계에서 입증되어졌다. 그리고 이들 이동은 사료에 파이테즈를 첨가함으로써 감소되어진다고 알려 졌다. 파이테이트가 장내 pH를 유지하는 중탄산염 나트륨(NaHCO3) 처럼 장내로 나트륨을 끌어들이는 것은 생각 가능한 일이다. 장내로 이같은 파이테이트에 의한 나트륨 전달이 나트륨 종속 전달 펌프를 통한 아미노산의 장내 흡수를 떨어뜨릴지도 모르며, 이어 나트륨 펌프에 부정적 효과를 가질 수 도 있다.
최근 연구에서, 파이테즈는 1.5와 1.8g/kg의 나트륨을 포함하는 육계 사료에서 평균 50%까지 13개 아미노산의 소화율을 증가 시켰지만, 반대로 5.2g/kg의 높은 나트륨 수준에서는 파이테즈가 아미노산 소화에 아무런 효과를 미치지 못하였다. 이 모순은 파이테즈 절약 효과가 낮은 나트륨 수준에서 아미노산의 장 흡수를 용이하게 해주는 것으로 제시하고 있다. 이는 파이테이트와 파이테즈가 사료내 아미노산 흡수와 내부 아미노산의 재흡수에 영향을 준다는 제안을 지지한다.
아미노산 소화 분석 시험
육계에 파이테즈를 포함하는 13개의 아미노산 소화연구의 최근 요약을 보면, 그 결과들이 불일치 하였다. Chromic oxide와 달리 Titanium oxide나 산 불용성 회분이 사료 마커로 사용 되었을때 파이테즈 반응이 더 두드러진다는 것은 명백하였다. Titanium oxide 또는 산 불용성 회분을을 사용한 다섯 개의 연구에서 파이테즈는 5%의 가중치(범위3.46-5.92%) 로 장 소화율계수를 증가 시켰고, 대조적으로 여덟 개의 chromic oxide 연구들에서는 1.52%의 가중치(0.47-3.09%)로 장소화율 계수를 증가 시켰다.
사료 마커 선택은 파이테즈 아미노산 소화 분석 실험의 모호성에 중요한 논점이다. 게다가 두 연구 그룹들은 titanium oxide가 chromic oxide 보다 우수한 마커로 생각하였다. 그러므로 chromic oxide 연구는 파이테즈가 아미노산의 회장 소화를 높여준다는 것을 보여주는 연구들의 평가를 남겨두고 신중하게 다루어져야 한다.
에너지에 대한 효과
17개 예시에서, 사료 kg당 평균 662FTU로 포함된 파이테즈는 건조분을 기초로 하여 계산하였을 때 13.27MJ에서 13.64MJ로 0.36MJ까지 육계사료의 한계를 넘어 에너지 이용율을 높였다고 하였다.
유사한 에너지 향상이 아주 일관되게 기록되는 동시에 이들 반응에 대한 근거는 불명확 하게 남아있다. 그러나 파이테즈 추가는 옥수수-대두 육계사료에서 지방(3.5%), 단백질(2.6%)과 전분(1.4%)의 회장 소화 계수를 높였고 이는 파이테즈가 에너지 이용율에 긍정적 효과가 있다는 것을 제시하는 것이다. 파이테즈가 단백질 소화를 높였기 때문에 에너지에서 부합되는 상승효과가 기대 되어 질 수 있었다. 칼슘-파이테이트 복합체는 소장에서 알칼리 금속염 형성에 관여되어 있으며 이는 지방으로부터 생성되는 에너지 이용을 제한 한다. 파이테즈는 상부 장에서 파이테이트를 가수분해하여 알칼리 금속염 형성을 감소 시키고 포화 지방으로부터 생성되는 에너지 이용을 증가 시킨다.
전분과 관련한 상황은 보다 더 불명확하다. 파이테이트가 전분과 복합체를 형성한다는 것이 제시되었지만 근거 제시가 부족하다. 더불어 파이테이트는 알파 아밀라아제 활성을 억제하는 능력이 있지만 유의성 있는 육계 실험에도 불구하고 명확하지는 않다. 또한 연구에 의하면 파이테즈는 글루코오즈 테스트 식품이 제공된 사람들에게서 글루코오즈 흡수가 감소되는 것을 보여 주었다. 이는 파이테즈가 전분 소화를 변형하는 것보다 오히려 소장의 글루코오즈 흡수를 직접적으로 방해한다는 가능성을 증대 시켰다.
결론
적절한 매트릭스 값이 사료 제형에 적용되어 지고 사료비용을 절약하기 위해서는 파이테즈가 단백질 및 에너지에 미치는 효과들을 정확히 설명하는 것이 필요하다. 또한 펩신 가수분해에 대한 저항성을 높이는 것과 같이 더 효과 적인 파이테즈 소스 개발은 흥미 있는 새 단계이다.
