바이오인

스위스, 유럽 기능성식품 기술 콘퍼런스(3부)

- 프로바이오틱스의 장내 활성화 효과-

- 식품 알레르기 관리 -

- 키위주스의 장내 면역 활성화 효과 -

□ 프로바이오틱스의 장내 활성화 효과

Probiogenomics - genomic tools for improving probiotic performance and the substantiation of health claim

 ○ 날짜/ 시간 : 2011년 5월 10일 16시 35분~17시 10분

 ○ 발표자 : Dr. Harro Timmerman, NIZO food research, The Netherlands

요약문 : 게놈의 시대가 프로바이오틱에 대한 이해(어떻게 이 미생물들이 다른 조건에서 행동하는지 그리고 이 미생물들이 다른 스트레스에 반응하는지)에 변혁을 일으켰음. NIZO 식품연구소에서는 이 지식을 산업 파트너들에게 도움을 줄 게놈을 이용한 툴을 개발했음. 이 방법은 프로바이오틱스 산업의

효율성과 입지를 증가시키고, 이 미생물들의 건강 증진하는 특성을 이해하는데 도움을 줄 것임.

○ 미생물의 유전자 혁명은 1977년에 Craig Venter에 의해 유전자 배열 기법(DNA sequencing)이 개발되면서 가속화되기 시작했음. 1995년에 처음으로 박테리아 게놈(Haemophilus influenza)이 완전히 밝혀졌고, 1998년에 미생물 군의 sequencing으로 178종류의 미생물 게놈이 밝혀지게 됐음(metagenomics). 그리고 2010년에 인간의 metagenome이 완성됐음.

 ○ Craig Venter의 발표 이후로 미생물학의 발달이 오늘날에 이르렀음. 바이오 데이터의 급속한 증가로 인해 유전자 배열기법(genome sequencing) 등 데이터를 분석하는 적합한 툴이 필요하게 됐고 본 발표는 NIZO food research에서 개발된 genomic 툴에 대한 소개를 함. 이는, 프로바이오틱스 게놈을 건강기능(health claim)표시에 이용하기 위해 개발됐음. 툴의 프로세스는 1) 프로바이오틱 배양 2) 식품가공 3) 숙주의 건강상태에 미치는 영향 실험 순으로 진행됨(세부사항은 아래 그림 참조).

 ○ Nizo 연구소에서는 comparative transciptomics, gene-trait matching 그리고 metbolicmodels 을 이용해, 발효가 프로바이오틱 기능을 향상시킨다는 사실을 밝혀냈음. 아울러 일반 공기에 비해 이산화탄소 농도를 1% 추가한 경우, 미생물 활성화에 효과가 있는 것으로 나타났음.

이산화탄소 1% 추가 시 미생물(Biomass) 활성화

 ○ 툴 사용법은 미생물(microbiota)의 유전자 배열과 메타데이터 분석 후 결과를 가시화하거나 통계자료를 분석함. 프로바이오틱의 영양유전체학(nutrigenomic) 분석 과정은 아래(좌) 그림과 같이 1) 데이터 분석; 2) 반응 확인; 3) 경로 설정; 4) 네트워크 생성; 5) 재구성; 6) 분자구조 시각화의 과정을 거침.

프로바이오틱의 영양유전학적 분석과정 도식

 ○ 유산균(Lactobacilli)과 같은 프로바이오틱스가 장 내에 유입될 시 점막(mucosal)이 이에 반응하고 분자학적 패턴이 재구성됨. 이 분자학적 반응의 패턴이 분자학적 바이오마커(biomarker)로 이용됨으로써 이를 통해 건강기능표시(health claim)를 구축할 수 있음(위 그림(우) 참조). 결론적으로, 개발된 genomic 툴을 이용하면 비용절감의 효과가 있음.

□ 식품 알레르기 관리

    Managing allergen risks in functional foods

 ○ 날짜/시간 : 2011년 5월 11일 16시 35분~17시 10분

 ○ 발표자 : Mr. Rene Crevel, Unilever, UNITED KINGDOM

요약문 : 본 발표의 주제인 알레르기 항원(allergen)은 식품 안전성을 저해하는 요인으로 잘 알려졌음. 따라서 알레르기는 미생물학적, 화학적, 물리적 위험과 같은 중요도를 가지고 관리돼야 함. 이를 위해서는 통합된 접근방법이 필요함. 본 발표는 첫째, 알레르기 항원 관리의 일반적인 원칙과 둘째, 기능성 식품과 관련해 알레르기 항원에 대한 고려에 대해 설명함. 특히, 알레르기 항원 관리에서는 왜 관리가 필요한지와 위험 관리에 대해 알아봄.

 ○ 전 세계 인구의 2~4%가 식품 알레르기를 앓고 있으며 이 문제로 병원을 찾는 환자가 증가하는 추세임. 식품 알레르기 환자는 섭생을 조심해야 하기 때문에 비질환자에 비해 삶의 질이 떨어질 수 있음. 따라서 알레르기 항원에 대한 관리의 필요성이 대두됨.

 ○ 알레르기 항원관리의 목적은 식품 알레르기가 있는 소비자가 안전한 식품 선택을 할 수 있도록 하는 데 있음. 예를 들어, 알레르기 항원에 대한 정확한 정보를 식품에 표시하는 것이 필요함. 또한 소비자로서도 능동적으로 알레르기 항원에 대한 위험을 관리해야 함. 그 외에도 표준화 및 통합된 안전 시스템이 개발돼야 할 것임.

영국 식품알레르기 환자의 질환 원인 비교표(2009년, 2010년)

 ○ 알레르기를 발생시키는 요인으로는 1) 원료 오염 2) 공정 문제(과정, 혼합, 장비공유) 3) 포장 문제 4) 개인의 실수를 들 수 있음. 영국의 2009년, 2010년 식품 알레르기 환자를 대상으로 조사한 알레르기 원인을 보면, 빨간 영역에 해당되는 식품의 성분표시(레이블링) 오류가 기존 20% 미만에서 절반이 넘게 급격히 증가한 것을 볼 수 있음. 이로 인해 알레르기 방지를 위해 식품 성분 표시를 위한 체계적인 디자인이 필요함. 성분표시 디자인을 위해 식품 공급자들에게 1) 상품 2) 생산과정 3) 소비자와의 의사소통에 관한 설문조사를 했음. 이는 식품 공급자들의 알레르기 항원 관리에 대한 이해 정도를 확인하기 위함이었음.

 ○ 공정 시 발생하는 문제를 해결하기 위해서는 1) 공장의 장비를 숙지해야 하며 2) 원료에 대한 확실한 알레르기 항원 정보를 가지고 있어야 하며 3) 장비의 공유를 최소화하는 방안을 마련해야 하고 4) 주기적으로 장비의 청결 상태를 확인해야 할 것임.

 ○ 알레르기 항원을 관리하기가 힘든 이유는 1) 대부분 일반적인 식품재료이고 2) 매우 적은 양의 식품 성분이 알레르기를 발생시킬 수도 있기 때문임. 알레르기에 대한 위험 평가 모델을 디자인해야 함.

 ○ 기능성 식품에도 알레르기 항원 관리와 같은 체계적인 접근방법이 필요하며 “특정 알레르기 항원의 존재에 대한 소비자들의 이해” 또는 “신진대사를 변화를 유도하는 식품의 존재 가능성”과 같은 추가적 요소에도 주의를 기울여야 할 것임.

□ 키위주스의 장내 면역 활성화 효과

    Whole kiwifruit confer gut health and immune benefits both directly and indirectly through prebiotic effects

 ○ 날짜/ 시간 : 2011년 5월 10일 15시 5분~15시 40분

 ○ 발표자 : Dr. Juliet Ansell, Plant and Food Research, NEW ZEALAND

요약문 : Dr. Ansell은 식품, 인간의 장, 그리고 미생물 생태계 사이의 관계를 탐구하는 연구를 이끌고 있음. 연구의 핵심은 키위를 먹음으로써 발생하는 장의 미생물군(microflora) 조성과 활동의 특정 변화들을 조사하는 것임. 세계 최초로 발표될 이 새로운 연구는, 장에 의해 조절되는 메커니즘(기작)을 통해서 감염(해로운 면역반응)보다는 면역 저항력(유익한 면역반응)을 증진하는 키위 역할을 설명함.

 ○ 키위가 불러일으키는 장의 미생물군의 변화를 소화분석, 탄수화물 화학분석, 미생물, 점막 면역학/형태학적 방법으로 이해함으로써, 키위가 미치는 영향(작용)의 잠재적인 메커니즘(기작)을 발견했음. 탄수화물 화학분석은 미생물들에 의한 탄수화물 분해에 의한 프리바이오틱 작용의 메커니즘(기작)을 이해하는 데 필수적임.

 ○ 우리는 키위의 섭취가, 공생하는/유익한 박테리아의 성장과 대사작용을 향상시킴으로써 장의 미생물생태와 기능을 변화시킨다는 것을 발견했음. 이 박테리아 의존적인 성분들(독립적으로/부수적으로 소화하기 쉬운 키위 성분들(특별히 탄수화물들)은 장의 점막 표면에 선천면역을 향상시키는 역할을 함. 우리가 제안하는 가설은, 키위가 장이 조절하는 메커니즘(기작)을 통해 감염(해로운 면역반응)보다는 면역저항력(유익한 면역반응)을 증진시킨다는 것임.

 ○ 이 발표는(위 그림 참조) 장의 소화작용이 어떻게 프리바이오틱(prebiotic) 효과에 기여를 하는지, 키위의 프로바이오틱 효과, 키위에 의한 점막의 면역체계 변화, 그리고 어떻게 면역체계가 작용하는지 등을 다루고 있음.

 ○ 프리바이오틱스는 1995년에 Roberfroid 와 Gibson에 의해 처음 발견되고, 정의됐음. 프리바이오틱스는 결장에 온전하게 도달할 수 있어야 함. 소화, 흡수, 흡착에 저항성이 있어야 하고, 장에 상주하고 있는 미생물군에 의해 발효가 돼야 하며, 박테리아의 성장과 활동을 촉진시켜야 함. 일반적으로 숙주의 건강에 유익해야 프리바이오틱스로 인정이 됨. 실질적으로 프리바이오틱스는 무엇을 의미하는가? Bifidobacteria 와 LAB(lactic acid bacteria)의 선택적인 성장을 증가시키고, short-chained 지방산(butyrate, acetate, proprionate)을 증가시키며, 병원균의 성장을 억제하는 역할을 함. 기본적으로는 오직 인슐린과 fructo-oligosaccharides만이 여기에 해당함.

 ○ 본 연구 가설은, 과일에 있는 소화되지 않고, 발효되는 섬유질(fiber)과 phytochemicals(식물 속에 들어 있는 화학 물질들)의 섭취가 미생물의 직, 간접적인 기작으로 인해 건강에 유익한 효과를 나타내는 바이오마커(biomarkers) 에 영향을 줄 수 있다는 것임.

 ○ 본 소화기관 실험에 이용된 샘플들은 1. 신선한 키위와 체외(in vitro) 소화된 키위, 2. 키위를 먹인 돼지에서 적출한 소장이 사용됐음. 대장 발효에 이용된 샘플들은 1. 체외(in vitro) 소화된 키위, 2. 키위를 먹인 돼지에서 적출한 결장 소화물이 사용됐음. 실험 결과, B. Jongum의 증식의 큰 증가를 보였고, B. Jonum의 장 세포로의 유착이 크게 증가했으며, acetate, proprionate, butyrate에도 상당한 증가를 보였음. 이는 비티도균(bifidobacteria)의 증가와 병원균 증식억제를 의미함. 또한, 돼지를 이용한 실험은 박테리아의 다양성과 수적인 증가를 보여주었고, 소화가 안 되는 섬유질이 원인인 것으로 보임.

 ○ 결과적으로, 키위 섭취는 식품의 운반과 결장의 부담량(loading)에 영향을 주는 것으로 보임. 그리고 녹색과 금색의 키위는 모두 체외(in vitro) 프로바이오틱 효과를 보여주었음(동물실험은 진행 중임). 소화되거나 발효된 키위의 수용성 결과물은 점막의 면역력에 유익한 것으로 나타났음. 섬유질이나 polyphenol과 같은 물질들은 면역강화 효과를 보여줄 후보 성분들임.

자료원 : 비타푸드 기술 콘퍼런스 www.vitafoods.eu.com, KOTRA 취리히 KBC

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