효소제 기초 자료

Enzymes

효소제 기초 자료

Kwon, KiBeom 2025. 5. 27. 09:54

효소제의 배경

최초 상용화

- 1984년 핀란드 Rehu가 보리기반 사료의 영양 품질 개선을 위해 도입

- 맥주 산업용 효소 -> 동물 영양 분야 응용

효소제의 발전

- 1980년대: NSPase(섬유소 분해 효소, 자일라나아제, 글루카나아제) 가금류용 사료에 최초 도입

- 1990년대 초: 피타아제(phytase) -> 가금류 돼지용사료에 도입

- 현재: 사료 효소는 산업용 효소 시장의 약 1/4 차지 (세제 효소 시장과 비슷한 규모)

이점

- 사료 생산시 유연성 증가 : 고비용 원료 사용량 감소 및 대체원료 활용, 사료비용 절감

- 사료비 변동 대응: 유연한 사료원료 선택을 지원하여 사료 비용 조절 가능

- 투자대비 빠른 수익 실현 : 효소제 섭취 즉시 경제적 효과 도출 가능

- 폐기물 감소: 배설 영양물질 감소로 환경부담 완화

- 비용절감 효과: 톤당 사료비 절감 가능

효소란?

세포 안에서 만들어지는 고분자 생체 촉매로, 각종 화학 반응의 속도를 빠르게 하는 단백질
일반적으로 62~25,000개 이상의 아미노산 잔기의 글로불린 단백질
강산, 알칼리 처리 및 고온 노출시 구조 손상으로 변성될 수 있다.
화학적 촉매제보다 기질과 생성물에 대한 특이성이 높아 부산물을 만들지 않는다.

* 역가(Unit의 의미)

- 1 unit = 1 mmole/min

Avogadro # = 6.02X10²³ /mole

1 m mole/min = 6.02X10¹⁷/min

⇒ 1 unit은 1 분당 6.02X10¹⁷개의 새로운 환원말단을 만들어 내는 효소의 양

효소의 주요 특성

• 기질 특이성 (Substrate Specificity): 특정 기질에만 선택적으로 반응

• 재사용 가능성(Reusability) : 반응 후에도 효소는 변하지 않아 반복 사용 가능

• 온도와 pH의 영향(Effect of Temperature and pH):

1) 효소는 최적 온도와 pH 범위에서 가장 활발하게 작용함

2) 단백질의 특성으로 열 및 pH에 변성될 수 있음

효소선택시 고려사항

• 열안정성

• pH 안정성

• pH 활성도

• 위산 저항성

• 동물 체온에서 높은 활성(비주류)

안정성	활성도
가혹환경 노출 후 효소의 활성도 변화 정도 (고온, 산성, 알칼리성 환경 등)	온도, pH별 효소의 활성 정도

열안정성

효소는 단백질로 이루어진 물질
열에 의한 단백질 변성으로 효소 고유의 능력 상실할 수 있음
사료 가공과정(펠렛팅 등)에서 고온,고압 환경 노출
가공 후 목표 역기의 효소 공급을 위해 열안정성 확보 필요

pH 안정성

pH에 의한 단백질 변성으로 효소 고유의 능력 상실할 수 있음
소화 과정에서 다양한 pH환경에 노출(pH 3~8)
다양한 pH에서 단백질 변성 가능
목표 지점(소화기관 및)에서 높은 활성도를 위해 pH안정성 확보

pH 활성도

pH에 의해서 효소의 활성도 변화
소화 과정에서 다양한 pH환경에 노출(pH 3~8)
높은 효율을 위해 다양한 pH에서 활성도 확보 필요

위산 저항성(resistance)

내인성 단백질 분해효소(펩신, 트립신 등), 외인성 단백질 분해효소(사료 첨가제 등) 작용으로 분해될 수 있음
단백질 분해 효소에 대한 저항 능력 중요
단백질 분해 저항능력 확보를 통해 소화 중 전반적으로 효과 미칠 수 있음

동물 체온에서 높은 활성

효소는 온도별 활성도가 다름
동물체온에서 높은 활성도를 띄는 효소가 가장 효과적

효소제의 주요 종류(대략적

효소	기질	주효 효과
아밀레이스	전분	탄수화물 소화 증진
프로테이즈	단백질	단백질 소화 증진
라이페이스	지방	지방 소화 증진 (에너지)
파이테이즈	파이테이트(피틴산)	인 이용율 증진
섬유소 분해효소	비전분 다당체	소화율 증진 및 항양양인자 제거

파이테이즈(Phytase)

기질 : 피틴산(Phytate, IP6)

피틴산은 곡물 씨앗에 저장된 인의 약 80%
산성 pH에서 피틴산은 수용성이며, 식물성 인의 대부분은 분해되지 않음 (내인성 인 분해효소X)
단위동물 (돼지, 닭 등)은 이 피틴산을 소화X, 배설물로 배출
피틴산은 아연, 철, 칼슘, 마그네슘과 같은 중요한 미량원소와 단백질들을 결합하는 항영양인자

역할

피틴산의 인 분해를 촉진하여 가축에 유용한 형태로 제공

효과

파이테이트를 분해하여 인 및 단백질, 금속 이온(양이온)흡수율 촉진 -> 생산성 향상
파이테이즈의 사용은 불필요한 배설물에서의 인 배출을 줄여, 환경 오염 최소화

인(Phosphorus) : 체내 2번째로 많이 존재하는 광물질로 뼈, 유전물질 등을 구성하며 체내 모든 대사에 관여하는 유기 화합물

인의 기능

골격구성 : 인의 80%는 뼈와 치아, 20%는 체내, 혈액에는 350~450mg/L 함유
신체 구성성분 : DNA, RNA 등 핵산과 인지질의 구성 성분으로 세포 생성, 유지에 필수적 물질
에너지 대사

- 영양소 대사의 필수 물질인 ATP등의 구성성분

- 소장에서의 당 흡수, 신장에서의 포도당 재흡수 원조

- 탄수화물 대사 중 glucose-6-phosphate 전환시 필요

완충작용

- 혈액에서 인산으로 존재하여 산염기 평형에 기여

칼슘

인과 함께 체내 총 회분의 75%를 차지하며 뼈를 구성하는 주요 광물질
칼슘-인 길항작용으로 적정 비율로 급여하는것이 바람직

칼슘, 인 급여시 고려사항

적절한 공급량
적절 비율(Ca:P = 1~1.5:1)
비타민D 작용 (칼슘흡수 촉진)

NSPase(비전분 다당체 분해효소)

NSP(비전분 다당체, Non-Starch Polysaccharides)를 분해하는 효소

NSP: 식물 세포벽을 구성하여 영양소를 감싸는 다당류로 내인성 효소로 분해되지 않아 영양소 소화를 저해

효소	기질
만난아제(β-Mannanase)	베타-만난
자일란아제(키라시나아제, Xylanase)	자일란
베타글루칸아제(β-Glucanase)	베타글루칸
셀룰레이즈(Cellulase)	셀룰로스

만난아제(β-Mannanase)

기질: 베타만난 (β-Mannan)

베타만난의 부정적 영향

mannose가 galactose, glucose와 결합한 다당류
주요 원료: 대두박, 옥수수, 주정박, 야자박, 팜박, 대두피 등
세포벽 구성 성분을 영양물질을 감싸 소화 저해
소화물 점도 상승
병원체로 인식하여 선천적 면역 활성화
비생산적 에너지 소모

역할 : 사료 및 원료내 베타만난을 분해하여 영양소 이용율 개선으로 성장 촉진

효과

베타만난 분해하여 영양소 소화율 개선
베타만난에 의한 선천적 면역반응 억제
사료 생산 비용 절감 효과

Cage Effect

자일란아제, 키라시나아제(Xylanase)

기질: 자일란 (Xylan)

자일란의 부정적 영향

Xylose가 galactose, glucose와 결합한 다당류
주요 원료: 밀 보리 등
세포벽 구성 성분을 영양물질을 감싸 소화 저해
소화물 점도 상승
영양소 소화율 저하로 생산성 감소

역할 : 사료 및 원료내 자일란을 분해하여 영양소 이용율 개선으로 성장 촉진

효과

자일란 분해하여 영양소 소화율 개선
사료 생산 비용 절감 효과

프로테이즈(Protease)

기질: 단백질

효소	특징	적용 pH
알칼리 프로테이즈	소장 후반부 이후 단백질 소화 원조, 환경 부하 개선	8~11
중성 프로테이즈	장내 단백질 소화 원조	6~7.5
산성 프로테이즈	위에서의 단백질 소화 원조	2.5~5

역할 : 단백질을 분해하여 단백질 소화율 개선

효과

단백질 소화율 개선으로 생산성 증대
질소방출량 감소로 환경 부하 개선

단백질 소화율(육성돈)

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