[국내논문]설탕에 대한 Glycemic Index(GI) 저감효과가 있는 D-Xylose의 적정 농도에 관한 연구 Study on the Proper D-Xylose Concentration in Sugar Mixture to Reduce Glycemic Index (GI) Value in the Human Clinical Model원문보기
본 연구의 목적은 설탕의 Glycemic index(GI) 저감효과를 기대할 수 있는 D-xylose의 적정 농도를 조사하는 것이다. 그 결과, 5% D-xylose 첨가 설탕의 GI는 일반설탕의 GI 수치인 68에 비해 약 27.5% 낮은 49.3이었으며, 10% D-xylose 첨가 설탕의 GI는 약 25.9% 낮은 50.4로 확인되었다. D-xylose 첨가 설탕의 GI는 D-xylose의 농도 증가에 따라 의존적으로 감소하지는 않는 것으로 확인되었으며, 5% D-xylose 첨가 설탕(XyloSugar)의 GI 저감효과가 10% D-xylose 첨가 설탕(XyloSugar10)의 GI 저감효과와 차이가 없음을 확인하였다. D-xylose는 설탕에 비해 고가일 뿐만 아니라 감미도도 설탕보다 낮다. 그러므로 D-xylose의 농도가 낮을수록 가격, 맛에 있어서 장점이 있다. 따라서 설탕의 GI 저감효과를 기대할 수 있는 D-xylose의 적정 농도는 5%(w/w)로 판단된다.
본 연구의 목적은 설탕의 Glycemic index(GI) 저감효과를 기대할 수 있는 D-xylose의 적정 농도를 조사하는 것이다. 그 결과, 5% D-xylose 첨가 설탕의 GI는 일반설탕의 GI 수치인 68에 비해 약 27.5% 낮은 49.3이었으며, 10% D-xylose 첨가 설탕의 GI는 약 25.9% 낮은 50.4로 확인되었다. D-xylose 첨가 설탕의 GI는 D-xylose의 농도 증가에 따라 의존적으로 감소하지는 않는 것으로 확인되었으며, 5% D-xylose 첨가 설탕(XyloSugar)의 GI 저감효과가 10% D-xylose 첨가 설탕(XyloSugar10)의 GI 저감효과와 차이가 없음을 확인하였다. D-xylose는 설탕에 비해 고가일 뿐만 아니라 감미도도 설탕보다 낮다. 그러므로 D-xylose의 농도가 낮을수록 가격, 맛에 있어서 장점이 있다. 따라서 설탕의 GI 저감효과를 기대할 수 있는 D-xylose의 적정 농도는 5%(w/w)로 판단된다.
The objective of this study was to investigate the proper concentration of D-xylose which is expected to reduce the GI (Glycemic index) value of sucrose in the human body. When subjects took a sucrose mixture containing 5% and 10% D-xylose, the blood glucose levels were lowered by approximately 27.5...
The objective of this study was to investigate the proper concentration of D-xylose which is expected to reduce the GI (Glycemic index) value of sucrose in the human body. When subjects took a sucrose mixture containing 5% and 10% D-xylose, the blood glucose levels were lowered by approximately 27.5% and 25.9%, respectively, compared to those of sucrose. The GI values of sucrose mixtures containing 5% and 10% D-xylose were 49.3 and 50.4, respectively. The reduction in GI value was not dependent on the D-xylose concentration, as the GI value of sucrose mixture containing 5% D-xylose (XyloSugar) was similar to that of sucrose mixture containing 10% D-xylose (XyloSugar10). D-xylose is not only more expensive but also less sweet than sucrose. So, low concentration of D-xylose has the advantage in the price and taste. It was determined that the proper concentration of D-xylose expected to reduce GI value of sucrose was 5% (w/w).
The objective of this study was to investigate the proper concentration of D-xylose which is expected to reduce the GI (Glycemic index) value of sucrose in the human body. When subjects took a sucrose mixture containing 5% and 10% D-xylose, the blood glucose levels were lowered by approximately 27.5% and 25.9%, respectively, compared to those of sucrose. The GI values of sucrose mixtures containing 5% and 10% D-xylose were 49.3 and 50.4, respectively. The reduction in GI value was not dependent on the D-xylose concentration, as the GI value of sucrose mixture containing 5% D-xylose (XyloSugar) was similar to that of sucrose mixture containing 10% D-xylose (XyloSugar10). D-xylose is not only more expensive but also less sweet than sucrose. So, low concentration of D-xylose has the advantage in the price and taste. It was determined that the proper concentration of D-xylose expected to reduce GI value of sucrose was 5% (w/w).
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문제 정의
이에 본 연구에서는 혈당 지수(Glycemic index, GI) 측정 실험을 통해 인체에서 D-xylose가 10%(w/w) 이하의 농도에서 설탕의 GI 저감효과를 확인하고, 적정한 D-xylose의 농도를 제안하고자 한다.
제안 방법
GI test는 국내 GI test 전문기관인 ㈜네오뉴트라에 용역 의뢰하여 수행하였다. 건강한 성인 남녀 각각 5명(평균연령, 남:28.
비교식품은 5% D-xylose 첨가 설탕(XyloSugar)과 10% D-xylose 첨가 설탕(XyloSugar10)으로, XyloSugar의 조성은 설탕 47.5 g과 D-xylose 2.5 g이었으며, 이를 정제수 250 ㎖에 녹여 같은 방법으로 섭취 후 혈당을 측정하였으며, XyloSugar10의 조성은 설탕 45 g과 D-xylose 5 g이었으며, 이를 정제수 250 ㎖에 녹여 같은 방법으로 섭취 후 혈당을 측정하였다.
표준식품 및 비교식품은 2주에 걸쳐 일주일 간격으로 총 2회에 걸쳐 시행하였으며, 표준식품의 경우 포도당 50 g을 정제수 250 ㎖에 녹여 5～10분 이내에 섭취하도록 하였다. 섭취 시작 0분을 시작으로 15, 30, 45, 60, 90, 120분에 각각 혈당을 측정하였다. 혈당 측정은 손가락 끝에서 혈액을 채취하여 측정하였으며, 채혈기에 멸균된 채혈침을 장착하여 채혈준비를 하고, 혈당 측정 시험지를 혈당 측정기에 삽입한 뒤 채혈기로 손가락 끝에서 채혈하였으며, 손가락을 주물러 혈액을 모은뒤 혈당 측정 시험지의 끝부분에 혈액을 떨어뜨려서 혈당수치를 확인하였다.
4세)을 대상으로 하였고, Body Mass Index는 23㎏/㎡ 이하였으며, 피험자는 AST(Aspartate Aminotrasnferase), ALT(Alanine Aminotrasnferase), Total Cholesterol, Blood Glucose 항목에 대한 Screening Test(Table 1) 외 각종 병력, 질환, 약물 복용, 임신 여부 등 ㈜네오뉴트라 선별기준을 통과한 10명이 선정되었다(㈜네오뉴트라2012). 인체장기 중 간(liver)은 포도당 및 기타 탄수화물 대사, 단백질 합성, 지질 대사, 약물 대사 등을 담당하며, 혈당지수(Glycemic index, GI)는 식후에 탄수화물의 흡수속도를 반영하기 위하여 제안된 방법이므로 탄수화물의 대사 이상 유무를 확인하기 위해 간 기능 검사의 대표적인 지표인 AST(Aspartate Aminotrasnferase), ALT(Alanine Aminotrasnferase)를 측정하여 피험자를 선정하였다.
혈당지수(Glycemic index, GI)는 식후에 탄수화물의 흡수속도를 반영하기 위하여 제안된 것으로, 기준이 되는 식품과 비교하려는 특정 식품의 식후 혈당의 반응 정도를 나타낸다(Jenkins 등 1981). 측정식품 속에 포함된 탄수화물 50 g을 섭취한 후 혈당의 반응곡선 면적을 표준식품인 흰 빵이나 포도당 50 g을 섭취한 후에 나타나는 혈당반응곡선 면적으로 나눈 후 100을 곱하여 계산한다. GI 수치가 70 이상이면 high GI, 56～69이면 medium GI, 55이하이면 low GI 세 개의 그룹으로 나눈다.
1에서 1, 2, 3, 4, 7 부분 면적 합계). 표준식품 및 비교식품 섭취 후의 혈당 변화 곡선에서 각각 Incremental AUC를 계산한 후 두 값을 다음의 식에 대입하여 비교 식품의 GI를 산출하였다.
표준식품 및 비교식품은 2주에 걸쳐 일주일 간격으로 총 2회에 걸쳐 시행하였으며, 표준식품의 경우 포도당 50 g을 정제수 250 ㎖에 녹여 5～10분 이내에 섭취하도록 하였다. 섭취 시작 0분을 시작으로 15, 30, 45, 60, 90, 120분에 각각 혈당을 측정하였다.
피험자는 표준식품 및 비교식품 섭취 실험 전까지 12시간 이상 금식하였고, 실험 data의 안정성과 신뢰도를 높이기 위해 실험 전날 저녁의 식이를 동일하게 유지하도록 하였다. 피험자는 실험 전날 금주하였고, 실험이 완료될 때까지 금연하였다.
피험자는 실험 전날 금주하였고, 실험이 완료될 때까지 금연하였다. 피험자의 혈당 안정도를 확인하기 위해 섭취 전 30분, 0분에 혈당을 측정하여 차이가 4 미만인 경우에 식품의 섭취를 시작하였다.
섭취 시작 0분을 시작으로 15, 30, 45, 60, 90, 120분에 각각 혈당을 측정하였다. 혈당 측정은 손가락 끝에서 혈액을 채취하여 측정하였으며, 채혈기에 멸균된 채혈침을 장착하여 채혈준비를 하고, 혈당 측정 시험지를 혈당 측정기에 삽입한 뒤 채혈기로 손가락 끝에서 채혈하였으며, 손가락을 주물러 혈액을 모은뒤 혈당 측정 시험지의 끝부분에 혈액을 떨어뜨려서 혈당수치를 확인하였다.
대상 데이터
본 연구에서 사용된 포도당은 무수결정포도당(Samyang, Korea), 자일로스는 D-xylose(Samin Chemical, Korea), 설탕은 백설탕(TS Corporation, Korea)을 사용하였으며, 모두 food grade 로 순도 99% 이상의 제품을 사용하였다. GI 측정에 사용된 혈당 측정기, 혈당 측정 시험지는 ONETOUCH Ultra(한국 존슨앤드존슨 메디칼㈜)를 이용하였다.
GI test는 국내 GI test 전문기관인 ㈜네오뉴트라에 용역 의뢰하여 수행하였다. 건강한 성인 남녀 각각 5명(평균연령, 남:28.0세, 여: 25.4세)을 대상으로 하였고, Body Mass Index는 23㎏/㎡ 이하였으며, 피험자는 AST(Aspartate Aminotrasnferase), ALT(Alanine Aminotrasnferase), Total Cholesterol, Blood Glucose 항목에 대한 Screening Test(Table 1) 외 각종 병력, 질환, 약물 복용, 임신 여부 등 ㈜네오뉴트라 선별기준을 통과한 10명이 선정되었다(㈜네오뉴트라2012). 인체장기 중 간(liver)은 포도당 및 기타 탄수화물 대사, 단백질 합성, 지질 대사, 약물 대사 등을 담당하며, 혈당지수(Glycemic index, GI)는 식후에 탄수화물의 흡수속도를 반영하기 위하여 제안된 방법이므로 탄수화물의 대사 이상 유무를 확인하기 위해 간 기능 검사의 대표적인 지표인 AST(Aspartate Aminotrasnferase), ALT(Alanine Aminotrasnferase)를 측정하여 피험자를 선정하였다.
본 연구에서 사용된 포도당은 무수결정포도당(Samyang, Korea), 자일로스는 D-xylose(Samin Chemical, Korea), 설탕은 백설탕(TS Corporation, Korea)을 사용하였으며, 모두 food grade 로 순도 99% 이상의 제품을 사용하였다. GI 측정에 사용된 혈당 측정기, 혈당 측정 시험지는 ONETOUCH Ultra(한국 존슨앤드존슨 메디칼㈜)를 이용하였다.
데이터처리
모든 실험결과는 Minitab 14 프로그램을 이용하여 평균과 표준편차를 구하였으며, 분산분석(ANOVA) 및 student t-test 를 이용하여 p<0.05 수준에서 유의적인 차이를 검증하였다.
이론/모형
GI의 산출 방법은 가장 많이 사용되는 방법인 Incremental AUC method를 사용하였다(㈜네오뉴트라2012). AUC(Area Under The Curve) 산출 방법은 Total AUC, Incremental AUCcut, Incremental AUC, Incremental AUCmin, net incremental AUC 총 5가지의 방법이 있으며, Incremental AUC method는 반응곡선의 기준선 위 영역만을 이용하는 방법으로 5가지 방법 중 GI 의 표준편차 값이 가장 낮아 높은 정확도를 가지고 있으며, 0분대의 혈당수치를 기준선으로 기준선 위의 면적만을 계산하여 합산한다(Fig.
성능/효과
3). D-xylose 농도가 10%에서 5%로 감소되어도 GI에 영향을 미치지 않았으며, GI가 D-xylose의 농도에 따라 의존적으로 감소하지는 않는 것으로 확인되었다(Fig. 3). XyloSugar10의 GI 저감 효과율 25.
7% 낮았다. XyloSugar10도 설탕의 절대량이 10% 적기 때문에 설탕의 절대량을 반영한 이론적인 GI 수치는 61.2로 계산되었고, 이론적인 GI 수치에 비하여 17.7% 낮았다. XyloSugar의 혈당상승폭과 XyloSugar10의 혈당상승폭은 섭취 후 15～120분 모두에서 통계학적으로 유의적인 차이를 보이지 않았으며(Fig.
XyloSugar는 설탕의 절대량이 5% 적기 때문에 설탕의 절대량을 반영한 이론적인 GI 수치는 64.6으로 계산되었고, 이론적인 GI 수치에 비해 23.7% 낮았다. XyloSugar10도 설탕의 절대량이 10% 적기 때문에 설탕의 절대량을 반영한 이론적인 GI 수치는 61.
그러나 이러한 개인간의 차이에도 불구하고, 피험자 모두에서 XyloSugar 와 XyloSugar10을 섭취한 경우 혈액 내 포도당 농도의 최고점이 낮게 유지되는 결과를 보였으며, 시간에 따른 혈액 내 포도당 농도의 변화 또한 완만한 변화를 보이는 것으로 확인되었으며, 이는 Seri 등(1996)의 동물실험 결과와 Bae 등(2011) 의 인체실험 결과와 유사하다. XyloSugar의 GI 수치를 산출한 결과, 최소 30.6에서 최대 72.1까지 분포하였고, 피험자 10명의 GI 수치는 49.3으로 계산되었으며, XyloSugar10의 GI 수치는 최소 23.6에서 최대 79.6까지 분포하였고, 피험자 10명의 GI 수치는 50.4로 계산되었다. 순수한 설탕의 GI 수치는 68로 보고되어 있으며(Foster-Powell 등 2002), XyloSugar는 순수한 설탕의 GI에 비해 약 27.
7% 낮았다. XyloSugar의 혈당상승폭과 XyloSugar10의 혈당상승폭은 섭취 후 15～120분 모두에서 통계학적으로 유의적인 차이를 보이지 않았으며(Fig. 2), XyloSugar의 GI와 XyloSugar10의 GI 역시 통계학적으로 유의적인 차이가 없었다(Fig. 3). D-xylose 농도가 10%에서 5%로 감소되어도 GI에 영향을 미치지 않았으며, GI가 D-xylose의 농도에 따라 의존적으로 감소하지는 않는 것으로 확인되었다(Fig.
설탕은 medium GI 식품으로 알려져 있으며, 당뇨, 비만 등 대사질환자들은 섭취를 제한하고 있다. 그러나 본 연구 결과에 의하면 XyloSugar와 XyloSugar10은 GI 수치가 유사하게 계산되었으며, 둘 다 GI 가 55 이하로 low GI 식품으로 분류될 수 있으며, 이는 당뇨, 비만 등 low GI 식이가 요구되는 사람에게 적합한 제품으로 사용 가능하다는 것을 의미한다.
따라서 신뢰할 만한 GI 수치를 위해 최소 10명 이상의 피험자를 대상으로 진행하며, 개인별 혈당 반응 실험을 2회에 걸쳐 실시하는 이유가 여기에 있다고 할 수 있다. 그러나 이러한 개인간의 차이에도 불구하고, 피험자 모두에서 XyloSugar 와 XyloSugar10을 섭취한 경우 혈액 내 포도당 농도의 최고점이 낮게 유지되는 결과를 보였으며, 시간에 따른 혈액 내 포도당 농도의 변화 또한 완만한 변화를 보이는 것으로 확인되었으며, 이는 Seri 등(1996)의 동물실험 결과와 Bae 등(2011) 의 인체실험 결과와 유사하다. XyloSugar의 GI 수치를 산출한 결과, 최소 30.
본 연구 결과에 의하면 GI 측정에 참가한 10명의 피험자는 포도당을 섭취한 후 혈액 내 포도당 농도 변화의 추이가 서로 다른 것을 확인할 수 있었다(data not shown). 대부분의 경우, 포도당 섭취 시 혈당 상승폭이 높으며, 섭취 후 30분 내지 45분의 혈당이 가장 높고, 120분이 되면 상승된 혈당이 정상상태로 회복되거나 또는 회복하지 못한 경우도 있는 반면, 혈당 상승폭이 높지 않고 빠른 시간에 섭취 전의 혈당치로 회복되는 경우도 있었다. 이는 GI 측정 실험에 참가한 피험자들의 탄수화물 소화 및 흡수율이 각기 다르다는 것을 의미하며, 이러한 차이는 생물학적 다양성으로 혈당 반응 정도가 개인별 차이에 기인한다고 볼 수 있다.
2에 나타내었다. 본 연구 결과에 의하면 GI 측정에 참가한 10명의 피험자는 포도당을 섭취한 후 혈액 내 포도당 농도 변화의 추이가 서로 다른 것을 확인할 수 있었다(data not shown). 대부분의 경우, 포도당 섭취 시 혈당 상승폭이 높으며, 섭취 후 30분 내지 45분의 혈당이 가장 높고, 120분이 되면 상승된 혈당이 정상상태로 회복되거나 또는 회복하지 못한 경우도 있는 반면, 혈당 상승폭이 높지 않고 빠른 시간에 섭취 전의 혈당치로 회복되는 경우도 있었다.
4%와 유사하였다. 서로 다른 실험에서 10% 가량의 D-xylose 첨가가 유사한 GI 저감 효과를 나타냈으므로, XyloSugar의 GI 저감 효과율 27.5%는 신뢰성 있는 결과로 판단된다. 추가적인 GI 측정 실험 결과, 3%(w/w) D-xylose 첨가 설탕의 경우 GI 저감효과가 미미하였다(data not shown).
5%는 신뢰성 있는 결과로 판단된다. 추가적인 GI 측정 실험 결과, 3%(w/w) D-xylose 첨가 설탕의 경우 GI 저감효과가 미미하였다(data not shown). D-xylose의 sucrase 저해 형식은 uncompetitive 방식이며, 상세하게는 sucrase가 설탕의 과당을 해리한 후 포도당과 공유결합한 중간상태에 결합하여 저해하는 것으로 알려져 있으며(Seri 등 1996; Yoon 2003), 이는 D-xylose가 효소 기질 결합체와 1:1 반응을 한다는 증거이다.
후속연구
높은 GI를 가진 음식물의 섭취는 대사나 식욕 조절에 부정적인 영향을 미치며, 체중 증가, 2형 당뇨병(Salmeron 등 1997), 심혈관 질환의 발생률을 높이는 것으로 알려져 있다(Luis 등 2000; Frost 등 1999). 그러므로 GI가 높은 식품 대신 낮은 식품을 섭취함으로써 위와 같은 만성질환의 발병률을 낮출 수 있을 것으로 기대된다.
그러나, L-arabinose는 국내 식품 공전 및 첨가물 공전에 등록되지 않은 물질로 국내 식품산업에 사용할 수 없으며, D-xylose는 기질 대비 10%(w/w) 미만의 낮은 농도에서 인체에 적용한 결과는 없다. 따라서 기질 대비 10%(w/w) 미만의 농도에서 설탕의 GI 저감효과를 확인할 필요가 있으며, 만약 10%(w/w) 미만의 농도에서도 10%(w/w) D-xylose와 유사한 GI 저감효과가 있다면 D-xylose의 사용량을 줄일 수 있고, 설탕 본연의 맛을 유지할 수 있는 기능성 감미료가 될 것이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
혈당지수란?
혈당지수(Glycemic index, GI)는 식후에 탄수화물의 흡수속도를 반영하기 위하여 제안된 것으로, 기준이 되는 식품과 비교하려는 특정 식품의 식후 혈당의 반응 정도를 나타낸다 (Jenkins 등 1981). 측정식품 속에 포함된 탄수화물 50 g을 섭취한 후 혈당의 반응곡선 면적을 표준식품인 흰 빵이나 포도당 50 g을 섭취한 후에 나타나는 혈당반응곡선 면적으로 나눈 후 100을 곱하여 계산한다.
당알콜계 물질을 과잉 섭취하면 어떤 문제가 발생되는가?
반면에, 설탕이 비만이나 과체중의 원인이 아니며, 사람들을 살찌게 만드는 것은 설탕보다 고지방 식품 때문이라는 연구 결과가 있으며(Parnell 등 2008), 설탕의 섭취를 줄였음에도 불구하고, 비만인구는 늘었다는 보고가 있어(Barclay 등 2011) 건강에 대한 설탕의 부정적인 인식은 분분한 상태이다. 설탕의 대용으로 sorbitol, maltitol 등을 포함하는 당알콜과 aspartame, acesulfame K 등의 인공감미료를 사용하고 있으나, 당알콜계 물질은 과잉 섭취 시 소화장애를 유발하고, aspartame은 페닐케톤뇨증 환자의 섭취가 제한되는 등의 문제점을 내포하고 있으며, 감미질이나 물성면에 설탕에 못 미쳐 그 용도가 제한적이다(Homer 1984; Nam 등 1989; Pong 등 1991; Park 등 1992, Nelson 2000).
혈당지수는 어떻게 계산되는가?
혈당지수(Glycemic index, GI)는 식후에 탄수화물의 흡수속도를 반영하기 위하여 제안된 것으로, 기준이 되는 식품과 비교하려는 특정 식품의 식후 혈당의 반응 정도를 나타낸다 (Jenkins 등 1981). 측정식품 속에 포함된 탄수화물 50 g을 섭취한 후 혈당의 반응곡선 면적을 표준식품인 흰 빵이나 포도당 50 g을 섭취한 후에 나타나는 혈당반응곡선 면적으로 나눈 후 100을 곱하여 계산한다. GI 수치가 70 이상이면 high GI, 56～69이면 medium GI, 55이하이면 low GI 세 개의 그룹으로 나눈다.
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