베타인은 식물과 동물에 널리 분포하는 천연 화합물입니다. 사료 첨가제로는 무수물 또는 염산염 형태로 제공되며, 다양한 목적으로 동물 사료에 첨가할 수 있습니다.
우선, 이러한 효능은 주로 간에서 일어나는 베타인의 매우 효과적인 메틸 공여 능력과 관련이 있을 수 있습니다. 불안정한 메틸기의 전달로 인해 메티오닌, 카르니틴, 크레아틴과 같은 다양한 화합물의 합성이 촉진됩니다. 이러한 방식으로 베타인은 단백질, 지질 및 에너지 대사에 영향을 미쳐 도체 성분을 유익하게 변화시킵니다.
둘째로, 사료에 베타인을 첨가하는 목적은 베타인이 체내 세포를 보호하는 유기 침투제로서의 기능과 관련이 있을 수 있습니다. 베타인은 이러한 기능을 통해 특히 스트레스 상황에서 신체 전반의 세포들이 수분 균형과 세포 활동을 유지하도록 돕습니다. 열 스트레스를 받는 동물에게 베타인이 미치는 긍정적인 효과가 잘 알려진 예입니다.
돼지에서 베타인 보충은 다양한 유익한 효과를 나타내는 것으로 알려져 있습니다. 본 논문에서는 이유 자돈의 장 건강에 대한 사료 첨가제로서의 베타인의 역할에 초점을 맞출 것입니다.
여러 연구에서 베타인이 돼지의 회장 또는 전체 소화관에서 영양소 소화율에 미치는 영향이 보고되었습니다. 섬유소(조섬유 또는 중성 및 산성 세제 섬유소)의 회장 소화율이 증가한다는 반복적인 관찰 결과는 장내 세포가 섬유소 분해 효소를 생성하지 않기 때문에 베타인이 소장에 이미 존재하는 박테리아의 발효를 촉진한다는 것을 시사합니다. 식물의 섬유소 부분에는 영양소가 함유되어 있으며, 이러한 영양소는 미생물에 의한 섬유소 분해 과정에서 방출될 수 있습니다.
따라서 건물 및 조회분 소화율의 향상도 관찰되었습니다. 전체 소화관 수준에서, 사료 1kg당 베타인 800mg을 보충한 자돈은 조단백질 소화율(+6.4%)과 건물 소화율(+4.2%)이 향상된 것으로 보고되었습니다. 또한, 다른 연구에서는 베타인 1,250mg/kg을 보충했을 때 조단백질의 겉보기 총 소화율(+3.7%)과 에테르 추출물의 겉보기 총 소화율(+6.7%)이 향상되었다는 결과가 나타났습니다.
관찰된 영양소 소화율 증가의 한 가지 가능한 이유는 베타인이 효소 생성에 미치는 영향입니다. 최근 이유 자돈에 베타인을 첨가한 생체 내 연구에서, 소화 효소(아밀라아제, 말타아제, 리파아제, 트립신 및 키모트립신)의 활성을 평가했습니다(그림 1). 말타아제를 제외한 모든 효소의 활성이 증가했으며, 베타인의 효과는 1,250mg/kg 사료보다 2,500mg/kg 사료에서 더 두드러졌습니다. 이러한 활성 증가는 효소 생성량 증가 또는 효소의 촉매 효율 증가의 결과일 수 있습니다.
그림 1 - 베타인을 0mg/kg, 1,250mg/kg 또는 2,500mg/kg 투여한 새끼 돼지의 장내 소화 효소 활성.
시험관 내 실험에서, 높은 삼투압을 유발하기 위해 NaCl을 첨가하면 트립신과 아밀라아제의 활성이 억제되는 것이 입증되었습니다. 이 실험에 다양한 농도의 베타인을 첨가하면 NaCl의 억제 효과가 회복되고 효소 활성이 증가했습니다. 그러나 완충 용액에 NaCl을 첨가하지 않은 경우, 베타인은 낮은 농도에서는 효소 활성에 영향을 미치지 않지만, 높은 농도에서는 억제 효과를 나타냅니다.
소화율 증가뿐만 아니라, 사료에 베타인을 첨가한 돼지의 성장 성능 및 사료 전환율이 향상되는 것도 그 이유 중 하나입니다. 베타인을 돼지 사료에 첨가하면 동물의 유지 에너지 요구량도 감소합니다. 이러한 효과에 대한 가설은 베타인이 세포 내 삼투압을 유지하는 데 사용될 때, 에너지를 필요로 하는 이온 펌프의 작동이 줄어들기 때문입니다. 에너지 섭취가 제한된 경우, 베타인 보충의 효과는 유지 에너지 공급보다는 성장 에너지 공급을 증가시킴으로써 더욱 두드러지게 나타날 것으로 예상됩니다.
장벽을 덮고 있는 상피세포는 영양소 소화 과정에서 장 내용물에 의해 발생하는 매우 가변적인 삼투압 조건에 대처해야 합니다. 동시에 이러한 장세포는 장 내강과 혈장 사이의 수분 및 다양한 영양소 교환을 조절해야 합니다. 이러한 어려운 환경으로부터 세포를 보호하기 위해 베타인은 중요한 유기 투과 물질입니다. 다양한 조직에서 베타인 농도를 관찰한 결과, 장 조직에서 베타인 함량이 상당히 높은 것으로 나타났습니다. 또한, 이러한 베타인 함량은 식이 베타인 농도의 영향을 받는 것으로 관찰되었습니다. 균형 잡힌 세포는 증식 및 회복 능력이 더 뛰어납니다. 따라서 연구자들은 새끼 돼지의 베타인 섭취량을 증가시키면 십이지장 융모의 높이와 회장 움푹 들어간 곳의 깊이가 증가하고 융모가 더욱 균일해진다는 것을 발견했습니다.
다른 연구에서는 십이지장, 공장, 회장의 융모 높이가 증가하는 것이 관찰되었지만, 장선와 깊이에는 변화가 없었습니다. 콕시디아에 감염된 육계에서 관찰된 바와 같이, 베타인의 장 구조 보호 효과는 특정 (삼투압) 자극 조건에서 더욱 중요할 수 있습니다.
장벽은 주로 상피세포로 구성되어 있으며, 이 세포들은 밀착연접 단백질로 서로 연결되어 있습니다. 이 장벽의 완전성은 유해 물질과 병원성 세균의 침입을 막는 데 필수적이며, 그렇지 않을 경우 염증을 유발할 수 있습니다. 돼지의 경우, 장벽 손상은 사료의 곰팡이 독소 오염이나 열 스트레스와 같은 부정적인 영향으로 인해 발생하는 것으로 여겨집니다.
장벽 효과에 미치는 영향을 측정하기 위해 세포주를 이용한 시험관 내 실험에서 상피세포 전기저항(TEER)을 측정하는 경우가 많습니다. 베타인을 첨가하면 여러 시험관 내 실험에서 TEER이 향상되는 것을 확인할 수 있습니다. 배터리가 고온(42°C)에 노출되면 TEER이 감소합니다(그림 2). 이러한 열에 노출된 세포의 배양 배지에 베타인을 첨가하면 감소된 TEER이 회복되어 내열성이 향상되었음을 알 수 있습니다.
그림 2 - 고온 및 베타인이 세포 상피 투과 저항(TEER)에 미치는 시험관 내 효과.
또한, 자돈을 대상으로 한 생체 내 연구에서 1,250mg/kg의 베타인을 투여한 동물의 공장 조직에서 밀착연접 단백질(오클루딘, 클라우딘1, 존룰라 오클루덴스-1)의 발현이 대조군에 비해 증가한 것으로 측정되었다. 더불어, 장 점막 손상의 지표인 혈장 내 디아민 산화효소 활성이 유의하게 감소하여 장벽 기능이 강화되었음을 나타냈다. 성장기 및 비육기 돼지의 사료에 베타인을 첨가했을 때, 도축 시 장 인장 강도가 증가한 것을 측정하였다.
최근 여러 연구에서 베타인이 항산화 시스템과 연관되어 있으며, 활성산소 감소, 말론디알데히드(MDA) 수치 감소, 글루타티온 퍼옥시다제(GSH-Px) 활성 개선 효과가 있는 것으로 나타났습니다.
베타인은 동물에서 삼투압 보호제 역할을 할 뿐만 아니라, 많은 박테리아가 자체 합성이나 환경으로부터의 유입을 통해 베타인을 축적할 수 있습니다. 베타인이 이유 자돈의 위장관 내 세균 수에 긍정적인 영향을 미칠 수 있다는 징후가 나타나고 있습니다. 회장 내 세균의 총 수, 특히 비피도박테리아와 락토바실러스의 수가 증가했으며, 분변에서 엔테로박터의 양이 감소했습니다.
결론적으로, 베타인이 이유자돈의 장 건강에 미치는 영향은 설사 발생률 감소인 것으로 나타났습니다. 이러한 효과는 용량 의존적일 수 있으며, 사료에 2,500mg/kg의 베타인을 첨가했을 때 1,250mg/kg을 첨가했을 때보다 설사 발생률 감소에 더 효과적이었습니다. 그러나 두 첨가 수준에서 이유자돈의 성장 성능은 유사했습니다. 다른 연구에서도 800mg/kg의 베타인을 첨가했을 때 이유자돈의 설사 발생률과 빈도가 감소하는 것으로 나타났습니다.
베타인은 pKa 값이 약 1.8로 낮아 섭취 후 베타인 HCl이 해리되어 위산 분비를 유발합니다.
흥미로운 점은 베타인 공급원으로서 염산베타인의 산성화 가능성입니다. 인체 의학에서 염산베타인 보충제는 위장 문제 및 소화 장애가 있는 사람들을 돕기 위해 펩신과 함께 사용되는 경우가 많습니다. 이 경우 염산베타인은 안전한 염산 공급원으로 사용될 수 있습니다. 염산베타인이 어린 돼지 사료에 함유되었을 때 이러한 특성에 대한 정보는 없지만, 이는 매우 중요할 수 있습니다.
이유 자돈의 위액 pH는 비교적 높을 수 있다는 것(pH>4)은 잘 알려져 있으며, 이는 펩신 전구체가 펩시노겐으로 활성화되는 데 영향을 미칩니다. 최적의 단백질 소화는 동물이 영양소를 잘 흡수하는 데 중요할 뿐만 아니라, 소화 불량은 기회 감염균의 증식을 유발하고 이유 후 설사 문제를 악화시킬 수 있습니다. 베타인은 약 1.8의 낮은 pKa 값을 가지고 있어 섭취 후 베타인 HCl이 해리되어 위산 분비를 촉진합니다.
이러한 단기적인 재산성화 현상은 사람을 대상으로 한 예비 연구와 개를 대상으로 한 연구에서 관찰되었습니다. 위산 억제제를 투여받았던 개들에게 염산베타인 750mg 또는 1,500mg을 1회 투여했을 때, 위산도가 약 7에서 2로 급격히 떨어졌습니다. 그러나 치료를 받지 않은 대조군 개의 위산도는 약 2였으며, 이는 염산베타인 투여와는 관련이 없었습니다.
베타인은 이유 자돈의 장 건강에 긍정적인 영향을 미칩니다. 본 문헌 고찰은 베타인이 영양소 소화 및 흡수 촉진, 물리적 보호 장벽 강화, 장내 미생물총 조절, 그리고 자돈의 면역력 증진에 기여할 수 있는 다양한 가능성을 제시합니다.