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미생물이야기 프럭토올리고당의 섭취에 의한 비피더스균의 대장 내 증식과 중금속의 제거기능은 고령화 사회에 크게 도움을 주는 물질
2013-08-07 16:50:55
이엠생명과학연구원

프럭토올리고당은 감미료로서 보다 기능성을 가진 물질로 주목을 받고 있다. 프럭토올리고당은 감미와 물성, 생리적 기능에 여러가지 특징을 가지고 있다. 식생활의 서구화나, 스트레스의 증가에 따른 정장(整腸)과 성인병 예방에 유효한 물질로 인정되고 있다. 프럭토올리고당의 섭취에 의한 비피더스균의 대장 내 증식과 중금속의 제거기능은 고령화 사회에 크게 도움을 주는 물질로 인식되고 있다.

프럭토올리고당의 감미도는 설탕의 감미도를 100으로 하였을 때 30~60%정도이고 물엿과 소르비톨(Sorbitol)과 같은 보습성을 가지고 있다. 안정성은 pH 6에서 온도 120℃, pH 4에서 90℃, pH 3에서는 70℃에 안전하며, 약 10%정도만이 분해가 일어나고, 산성에서 약간의 갈변이 일어나고 중성부근에서는 갈변이 쉽게 일어난다. 그러나 이성화당이나 포도당에 비교하여 착색정도는 적은 편이다. 천연에는 아스파라거스와 과실에 함유되어 있으며, 신선한 우엉에는 가식부(Edible) 중에 3.6% 정도 함유되어 있고, 양파나 벌꿀에도 존재하나 함량은 미량이다.

프럭토올리고당은 β-결합물질이기 때문에 체내효소에 의하여 가수분해 되지 않는 비소화성 당으로 식이섬유로 취급되고 소장을 통과하여 대장에 도달하게 되면 장내세균의 영양원이 된다. 사람의 장내에는 많은 종류의 세균이 서식하고 있어 건강에 영향을 미치고 있다. 이들 중 인체에 영향을 주는 유용균과 유해균의 밸런스는 건강상태를 조절하게 된다.

유용균의 대표적인 것은 비피더스균과 젖산균이고 유해균의 대표적인 균은 대장균, 식중독균(Welchii), 포도상 구균으로 유해균들은 장내의 부패를 촉진하여 노화를 빨리 일어나게 하고 발암물질을 생산한다.

유아일 때는 유용한 비피더스균이 우세하나, 이유기(離乳期)에 가까워지면 Acteroidaceae,
Eubacterium, Peptococaceae가 출현하고, 성인이 되면 109~1010개/g의 비피더스균이 상존하게 되며, 노인이 되면 비피더스균은 감소되는 반면 유해균인 대장균과 포도상 구균이 1,010개/g로 증가하게 된다. 장관 내 부패균의 증가는 부패물과 유해물질을 생산하게 되고 숙주(宿主)인 인체에 흡수되므로 노화가 빨라지게 된다.
아기가 모친의 태반 내에 있을 때는 균이 전혀 없는 무균상태이나, 생후 1~2일이 되면 외부로부터 대장균과 식중독균 등 유해균이 장내에 침입하게 되고, 3~4일이 되면 비피더스균이 나타나면서 유해균과 다투게 된다. 5일이 경과하게 되면 비피더스균이 압도적으로 우세하게 되는데 아기들의 대변이 황색이고 감초(甘醋)냄새가 나는 것은 비피더스균이 생산하는 아세트산과 젖산의 냄새이다. 이들 아세트산과 젖산은 장관을 청결(Cleaning)하게 하는 작용을 한다. 이유기에 접어들어 어른과 같은 식사를 하게 되는 4~5살부터는 성인과 같은 균의 분포를 갖게 된다. 그러나 나이를 먹으면 장관 내 균총의 분포에 변화가 일어나기 시작하여 비피더스균이 감소하고 대장균과 식중독균 등과 같은 유해균이 증가하면서 장내의 부패가 촉진하게 되고, 암과 같은 질병을 일으키게 된다. 그런데 비피더스균은 수분, 온도, 산에 약하기 때문에 입으로부터 섭취할 경우 장관까지 도달하기 어렵다. 따라서 경구(Oral)섭취되는 비피더스균의 자생력을 강화시켜 증식시키기 위해서는 선택적 자화력(資化力)이 있는 비소화성 당류인 올리고당과 함께 공급하는 것이 좋다.

비피더스균은 올리고당을 분해하여 아세트산과 프로피온산, 젖산 등을 생산하여 장관 벽을 자극, 연동운동을 항진하고 변비와 설사를 개선하며, 비타민B류와 면역능력을 높여 장내의 이상발효를 억제하게 되어 발암물질의 생성이 저지되고, 배설 속도를 빨라지게 함으로써 장내 배설물의 잔류시간을 감축시키는 효과가 있다.

올리고당은 수용성을 가지고 있어 유해금속, LDL콜레스테롤, 중성지방 등을 흡착,배설하여 혈당치를 놀랄만큼 낮추게 된다. 프럭토올리고당도 락투로오스(Lacturose), 글루코만난(Glucomannane)과 같이 장내 세균들의 먹이가 되나 세균의 종류에 따라 이용성이 다르다는 것에 유의하여야 한다. 인체 내에 생존하고 있는 세균을 소화관 별로 검토하여 보면 사람의 침에는 1㎖당 107~109개의 세균이 존재하고, 구성은 혐기성균과 호기성균이 같은 수로 나타난다.

종류로는 Streptococcus, Neissevia, Veillonella, Fusobacterium, Spirochaetaceae, Peptostreptococcus, Corynebacterium 등 약 30종인데, 섭취된 식품은 이들과 함께 구강으로부터 식도를 통과하여, 위장에 도달한다. 공복시 위장은 pH가 1.5~2.5까지 낮아져, 내산성 균인 Lactobacillus, Streptococcus, Helicobacterpylori, Yeast 등은 1㎖에 102~103개 정도로 감소되는데, 식품이 위장에 들어가면 위장내의 pH가 4까지 상승하게 되어 세균의 증식에 적합한 상태로 되어, 세균수가 104~108개/g로 증가된다.

이때 증식되는 세균은 공복시의 세균 이외에 Bacteroides, Bifidobacterium, Veillonella, Fusobacterium, Entrobacteriaeae, Bacillus, Staphylococcus 등 구강내의 세균과 식품에 함유된 세균들이다.

다음 십이지장 부위로 가면 분비된 쓸개즙과 장 점막에서 분비된 리소자임(Lysozyme:계란 흰자질에 많이 함유)과 점액 등의 화학적 요인과 물리적 요인에 의하여 세균은 잘 증식되지 못하는 상태로 소장 하부로 이동되는데, 이곳에는 Streptococcus, Lactobacillus, Veillonella가 주로 잔류하게 된다. 대장으로의 진입단계에 이르면 세균이 급격히 증가하여 1,010개/g 이상으로 되며, 세균 종류의 구성도 변화가 일어나 Bacteroidacae, Bifidobacterium, Eubacterium, Peptococcaceae, Clostridium 등 혐기성균이 우세하고, Entrobacteriaceae, Streptococcus, Lactobacilus, Veillonella, Staphylococcus는 10개/g 이하로 낮아진다.

이러한 조건에서 프럭토올리고당류의 섭취는 Bifidobacterium과 Enterobacteriaceae를 증가시키게 하며, 식품의 장관 통과시간도 단축되고, 대장 내용물도 희석시켜 장내의 발암물질 또는 발암 촉진물의 작용을 억제하게 된다. 그 예로 대장내 E. Coli, Streptococcus Faecali, Clostridium Paraputrificum 등의 투여시 간 종양의 발생률이 100%인데 반하여, Bifidobacterium Longum을 투여하면 간 종양의 발생률이 46%로 낮아진다는 실험 결과도 있다. 고단백, 고지방, 저식이섬유 식으로 결장암의 발생이 촉진된다는 것은 구강으로 오염된 세균에 의하여서는 확률이 적으나 대장 내에 서식하고 있는 세균에 의해서 단백질 중 구성 아미노산인 트립토판(Tryptophan), 페닐알라닌(Phenylalanine), 티로신(Tyrosine) 등으로부터 인돌(Indol)과 같은 페놀류를 발생시키므로 이들 변이원성물질이 발암을 촉진하게 된다. 또 유해균들에 의해 단백질로부터 생성되는 2급, 3급 아민은 질산염과 암모니아의 반응으로 아질산화합물을 생성하여 발암물질인 니트로소아민(Nitrosoamine)을 생성하여 암을 발생시킨다.

한편 지방의 과다섭취는 쓸개즙의 분비를 촉진시키므로 장내의 쓸개즙산과 콜레스테롤 양이 증가되고, 이들을 기질로 한 장내 세균의 작용은 2차 쓸개즙 산(분리된 네 종류의 콜린산)과 이의 유도체를 생성하게 되므로 이들도 발암을 촉진하는 작용을 하게 된다.




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