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Control |
Amino acid chelate |
Carbonate |
Sulfate |
Oxide |
Cu |
Trace |
33 |
12 |
8 |
11 |
Mn |
7 |
94 |
77 |
36 |
23 |
Fe |
23 |
298 |
82 |
78 |
61 |
Zn |
14 |
191 |
87 |
84 |
66 |
[표1] Cu, Mn, Fe, Zn의 무기태 및 Chelates 흡수율 비교
아미노산과 킬레이트된 미네랄은 자연상태에 존재하는 각종 형태의 미네랄보다 3~4배 높은 흡수 이용률을 보여주고 있는 것이다. 이와 같이 킬레이트태 미네랄의 흡수 이용률이 높은 이유는 소화 흡수 기전이 다르기 때문이다. 가축이 무기태 미네랄을 섭취했을 때는 이온화된 금속이온과 장점막에 존재하는 Integral protein이 킬레이트 결합을 하였다가 이들이 다시 분리되어 Carrier protein과 킬레이트 결합되는 복잡한 이온 흡수과정을 거쳐야 하는 반면, 킬레이트 미네랄은 이러한 과정을 거치지 않고 장점막 세포로 곧바로 흡수되기 때문이다.
또한, 무기태 미네랄은 위 내에서 이온형태로 분리 될 때 2가의 양이온을 띠게 되는데 장내에 존재하는 음이온을 띠는 인산, Oxalic acid, Phytic acid, 섬유소 등과 결합하여 불소화 물질이 되므로 흡수 이용률이 현저하게 낮아지게 된다.
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무기태 미네랄 |
아미노산 킬레이트 미네랄 |
흡수 형태 |
이온흡수 |
활성흡수, 확산작용 |
흡수 방법 |
금속이온이 장점막의 Integral protein과 결합 pH 변화에 의해 Integral protein에서 분리되어 운반단백질과 킬레이션 점막세포의 기저부로 이동 |
이온화 과정을 거치지 않고 점막세포로 흡수 |
흡수 장소 |
pH가 낮아 용해성을 유지할 수 있는 십이지장 부위 |
십이지장의 이온흡수 장소를 지나서 소장에서 최대로 흡수 세포막을 통과하여 혈장으로 흡수 |
흡수 작용 |
장내 pH나 phosphate, oxalic acid, phytic acid, 섬유소 등에 의해 흡수 저해 음이온 물질과 결합하여 흡수 불가능한 물질로 변형 |
장내 pH나 기타 방해물질의 영향을 적게 받으며 이온으로 분리되지 않고 신속히 흡수 (Ashmead 등, 1985, Ashmead와 Zunino 1993) |
2. 킬레이트의 조건 및 기본원리
요즘 국내 사료업계에서는 여러 가지 형태의 유기태 미네랄이 수입되고 있으며 국내에서 개발된 것들도 수종이 시판되고 있다. 그러나 안타까운 것은 어느 제품이 가장 효율성이 높은 것인지 정말 효과가 있는 것인지 농가는 물론 사료회사의 R&D 직원까지도 정확한 이해가 부족한 실정이다. 그 이유는 킬레이트 미네랄의 효율성을 측정하는 과학적인 방법이 아직까지 개발되어 있지 않다는 사실에 있는 것 같다. 중요한 사실은 얼마나 킬레이트가 되어 있는가 하는 문제로 현재까지 개발된 X-ray diffraction이나 NMR 방법으로도 정확한 측정이 불가능하다는 것이다. 따라서 현재로서는 정확한 사양시험을 통한 가축의 생산성 향상 정도에 따라서 제품의 진위를 판단하는 것이 가장 좋은 방법이라고 하겠다.
세계에서 킬레이트 미네랄 분야에 최고 권위자이며 이 분야의 세계적인 회사인 Albion의 창업자인 Ashmead 박사는 다양한 종류의 킬레이트가 있으나 흡수 이용률이 높고 가축의 생산성을 향상시키기 위해서는 다음의 조건에 부합해야 한다고 하였다. (Ashmead, 1982)
1) 광물질은 아미노산과 킬레이트를 만들 것
2) 체내 이용률을 높이기 위해서는 체내의 것과 비슷한 산, 염기, 효소를 이용하여 킬레이션 할 것
3) 장점막세포를 통과하기 위해서는 킬레이트 분자량이 1000~1500 이하일 것
4) 생체내에서 만들어지는 킬레이트와 같게 만들 것
5) 제조된 킬레이트는 pH 변화에 대해 완충능력이 있으며 안정성이 유지될 것
등이다.
이와 같은 조건에 의하면 아미노산이 아닌 초산이나 해조류와 결합된 제품들은 효율성이 높다고 할 수 없으며, 단백질을 가수분해하여 제조된 메탈 프로티네이트(Metal Proteinate) 종류도 좋은 제품이라고 하기에는 힘들 것 같다. 왜냐면 메탈 프로티네이트는 단백질을 가수분해하는 과정에서 펩톤, 펩타이드 형태의 큰 덩어리로 분해되어 분자량이 수천, 수만에 달하므로 장점막을 통과할 수 없기 때문이다.
실제로 이러한 제품들은 1900년대 초반부터 1980년대까지 연구 실험되었고 많은 학자들의 가축 사양시험 결과 큰 효과를 보지 못하였다. 이에 반해 1980년대 후반부터 1990년대에 개발된 아미노산 킬레이트 미네랄은 과거의 제품과 차별화된 획기적인 사양시험 결과를 보여줌으로써 세계시장에서 각광을 받기에 이르렀던 것이다.
한편, 아미노산 킬레이트 제품이 높은 소화효율과 흡수율을 갖기 위해서는 다음과 같은 킬레이션의 기본원리를 충족시켜야만 한다.
1) 광물질과 아미노산이 이온결합과 배위공유결합으로 결합될 것
2) 한 개 또는 그 이상의 고리를 가진 환상물질(chelate ring)을 형성할 것
3) Chelate ring은 5각형과 6각형일 것
(5각형 구조가 가장 안정적이며, ring의 숫자가 많을수록 안정적)
4) 금속이온과 친화력이 강한 아미노산(Methionine, Histidine, Cystein)과 결합할 것
이와 같은 원리에서 본다면 이온결합과 공유결합을 통한 킬레이트 결합이 아닌 Complex 제품(4)항의 3개 아미노산 이외의 아미노산 -킬레이트 결합이 잘 이루어지지 않는 단백질 가수분해 아미노산-)들은 이 기본원리를 충족시킨다고 할 수 없을 것이다.