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문제 정의
- 따라서 본 연구는 돼지 in vitro 모델을 이용하여 장내 미생물과 발효산물 변화에 대한 4종류의 prebiotics와 1종류의 probiotics를 단독, 조합 효과를 검토하였다.
- 본 연구는 prebiotics와 probiotics가 in vitro 배양조건에서 돼지 장내 미생물 및 발효산물에 미치는 영향에 대하여 검토 하였다. prebiotics로써 이소말토-올리고당(IMO), 부분분해 치커리이눌린(CI), 라피노스(RA), 사이클로덱스트린(CD)을 사용하였으며 probiotics로는 Lactobacillus reuteri를 사용하였다.
제안 방법
- 돼지 in vitro 장관조건에서 prebiotics와 probiotics를 첨가하고 24시간 배양한 후 미생물 수를 분석하였다(Table 2). 엔테로박테리아의 수는 무첨가와 비교시 prebiotics, prebiotics+probiotics 첨가시 유의적으로 감소하였다(p<0.
- Serum bottle내의 발효과정에서 생성된 가스량은 water displacement apparatus (Ferorak and Hrwdey, 1983)를 사용하여 측정하였다. 발효액의 pH는 electronic pH meter (HANNA 212, Italia)를 사용하여 측정하였다.
- 발효액의 단쇄지방산 농도는 HP-INNOW WAX column이 장착된 gas chromatograph (Agilent, 6890N, USA)에 의하여 분석하였다.
- In vitro 발효시험은 육성돈 사료를 소화효소로 가수분해 시킨 사료와 5%의 돈분 그리고 prebiotics와 probiotics를 첨가 또는 무첨가하여 24시간 동안 배양시켰다. 배양 후 발효액 내의 미생물, 가스, pH, 암모니아, 황화수소, 단쇄지방산을 분석하였다. 엔테로박테리아는 prebiotics와 probiotics 첨가구가 대조구와 비교하여 유의적으로 감소하였으며, 락토바실러스 수는 유의적으로 증가하였다.
- 발효액은 원심분리하였고 상등액 2 ml에 4 ml의 4 M NaOH와 1 ml의 chloroform을 첨가하고 혼합하였다. 이것을 3,500 rpm에서 10분간 원심분리한 후 DB-5ms column이 장착된 gas chromatograph (Agilent, 6890N, USA)를 이용하여 분석하였다.
- 혼합물을 CO2로 15분간 치환한 후 37℃에서 24시간 배양하였다. 이후 시료를 채취하여 즉시 미생물의 수를 측정하였고, 샘플의 일부는 -20℃에 보관한 후 VOCs 및 SVFA를 분석하였다. 완충액의 조성(McDougall, 1948)은 1 L의 증류수에 9.
- 모든 실험 결과에 대한 통계분석은 SAS (Statistical Anaylsis System)의 GLM (General Linear Model)을 이용하여 분산분석을 실시하였다. 처리구간의 대비는 대조구(CON)와 다른 처리구(OTH), 프리바이오틱스(PRE)와 신바이오틱스(SYN, Prebiotics+Probiotics)로 구분하여 95% 유의수준으로 분석하였다.
- 황화수소는 Gastec detector tube No. 4LL을 장착한 Gastec detector (Model GV-100, Gastec, Japan)를 사용하여 측정하였다.
대상 데이터
- 본 연구는 prebiotics와 probiotics가 in vitro 배양조건에서 돼지 장내 미생물 및 발효산물에 미치는 영향에 대하여 검토 하였다. prebiotics로써 이소말토-올리고당(IMO), 부분분해 치커리이눌린(CI), 라피노스(RA), 사이클로덱스트린(CD)을 사용하였으며 probiotics로는 Lactobacillus reuteri를 사용하였다. In vitro 발효시험은 육성돈 사료를 소화효소로 가수분해 시킨 사료와 5%의 돈분 그리고 prebiotics와 probiotics를 첨가 또는 무첨가하여 24시간 동안 배양시켰다.
- 락토바실러스 미생물의 생균수는 MRS agar를 사용하였고 엔테로박테리아는 DHL agar를 사용하였다. MRS agar plate는 혐기적 조건에서 37℃, 48시간 배양하였고 DHL agar plates는 37℃, 24시간 배양하여 생균수를 분석하였다.
- 본시험에서 사용한 prebiotics는 이소말토-올리고당(IMO), 부분분해 치커리이눌린(CI), 라피노스(RA), 사이클로덱스트린(CD)을 사용하였으며 probiotics는 Lactobacillus reuteri를 사용하였다.
데이터처리
- 모든 실험 결과에 대한 통계분석은 SAS (Statistical Anaylsis System)의 GLM (General Linear Model)을 이용하여 분산분석을 실시하였다. 처리구간의 대비는 대조구(CON)와 다른 처리구(OTH), 프리바이오틱스(PRE)와 신바이오틱스(SYN, Prebiotics+Probiotics)로 구분하여 95% 유의수준으로 분석하였다.
이론/모형
- Serum bottle내의 발효과정에서 생성된 가스량은 water displacement apparatus (Ferorak and Hrwdey, 1983)를 사용하여 측정하였다. 발효액의 pH는 electronic pH meter (HANNA 212, Italia)를 사용하여 측정하였다.
- 0 ml의 25% HPO3와 혼합하였다. 그리고 혼합물은 12,000 rpm에서 10분간 원심분리 한 후 상등액을 0.2 mm syringe filter로 여과하여 gas chromatography 방법으로 분석하였다.
- 발생된 ammonium ion (NH4+)은 Chaney와 Marbach (1962)의 방법에 따라 spectrophotometer를 이용하여 630 nm의 파장에서 측정하였다.
- 발효과정에서 생성된 VOCs의 농도는 gas chromatography를 사용하여 분석하였다(Willing et al., 2005). 발효액은 원심분리하였고 상등액 2 ml에 4 ml의 4 M NaOH와 1 ml의 chloroform을 첨가하고 혼합하였다.
- 육성돈(growing pig) 사료(Table 1)를 Boisen and Fernandez(1995)의 방법으로 미리 소장의 조건으로 가수분해 하였다. 1 g의 사료를 25 ml의 phosphate buffer (0.
성능/효과
- Prebiotics, prebiotics+probiotics 첨가구에서 acetic acid, propionic acid, butyric acid, valeric acid의 농도가 무첨가구에 비하여 유의적으로 높게 나타났으며(p<0.001).
- 결론적으로 본 시험 결과는 사용한 prebiotics는 악취물질 생성을 감소시키고 prebiotics+probiotics 사용은 유산균과 단쇄지방산을 증가시키고 pH를 감소한다는 것을 보여주었다.
- 대조구에 비교하여 prebiotics와 probiotics 첨가시 가스생산량이 유의적으로 증가하였다(p<0.001).
- , 2005). 또한 3% FOS 급여는 대장 발효를 촉진시키고 단쇄지방산의 생산이 흡수력보다 빠르다는 것을 암시하였다.
- 엔테로박테리아는 prebiotics와 probiotics 첨가구가 대조구와 비교하여 유의적으로 감소하였으며, 락토바실러스 수는 유의적으로 증가하였다. 발효액의 pH는 대조구에 비하여 첨가구에서 낮았으며 prebiotics보다 prebiotics+probiotics 첨가구에서 더욱 낮았다. 암모니아, 황화수소 및 스카톨의 농도는 prebiotics+probiotics 구보다 prebiotics 첨가시 유의적으로 감소하였다.
- 단쇄지방산은 prebiotics보다 prebiotics+probiotics 구에서 유의적으로 많이 생성되었다. 본 시험의 결과 prebiotics 첨가는 암모니아, 황화수소 및 스카톨의 농도를 감소시키는데 효과가 있었으며, prebiotics+probiotics는 유산균과 단쇄지방산의 농도를 증가시키는 효과가 있었다. In vitro에서 얻어진 실험 결과가 실제로 돼지에 급여 시 같은 결과가 얻어질런지에 대한 추가적인 연구가 필요하다.
- Van Heugten과 Van Kempen (2002)는 비육돈에 cellulose 급여시 분변의 p-cresol 농도가 감소함을 보고하였다. 본 연구의 결과 prebiotics, prebiotics+probiotics 처리구에서 악취물질의 감소는 lactobacilli와 같은 유산 생성 미생물의 증가와 낮은 pH 때문이라고 생각된다. 왜냐하면 낮은 pH 조건에서 indole, skatole, hydrogen sulfide, ammonia 생성을 촉매하는 tryptophanase, cystein desulfunase와 같은 효소를 생산하는 미생물의 활성을 감소시키는 것으로 사료된다.
- H2, CO2, CH4와 같은 장내 가스는 난소화성 올리고당의 대장발효에 기인한다고 알려져 있다(Delzenne and Roberfroid, 1994). 본 연구의 결과 prebiotics, prebiotics+probiotics의 첨가구에서 가스생산의 증가는 비피도박테리아, 락토바실러스 이외의 다른 미생물의 성장에 의하여 발생한다는 간접적인 증거가 될 수 있다. 왜냐하면 이들 유익미생물은 homolactic fermentation 동안에 가스를 생산하지 않기 때문이다.
- 발효액의 pH는 대조구에 비하여 첨가구에서 낮았으며 prebiotics보다 prebiotics+probiotics 첨가구에서 더욱 낮았다. 암모니아, 황화수소 및 스카톨의 농도는 prebiotics+probiotics 구보다 prebiotics 첨가시 유의적으로 감소하였다. 단쇄지방산은 prebiotics보다 prebiotics+probiotics 구에서 유의적으로 많이 생성되었다.
- 배양 후 발효액 내의 미생물, 가스, pH, 암모니아, 황화수소, 단쇄지방산을 분석하였다. 엔테로박테리아는 prebiotics와 probiotics 첨가구가 대조구와 비교하여 유의적으로 감소하였으며, 락토바실러스 수는 유의적으로 증가하였다. 발효액의 pH는 대조구에 비하여 첨가구에서 낮았으며 prebiotics보다 prebiotics+probiotics 첨가구에서 더욱 낮았다.
- 001). 특히 prebiotics 처리구와 비교시 prebiotics+probiotics 처리구 모두에서 단쇄지방산 생성이 높았다. 또한 iso-butyric acid와 iso-valeric acid 생성의 감소는 대조구와 비교하여 prebiotics, prebiotics+probiotics 처리구에서 뚜렷이 관찰되었다(p<0.
후속연구
- 본 시험의 결과 prebiotics 첨가는 암모니아, 황화수소 및 스카톨의 농도를 감소시키는데 효과가 있었으며, prebiotics+probiotics는 유산균과 단쇄지방산의 농도를 증가시키는 효과가 있었다. In vitro에서 얻어진 실험 결과가 실제로 돼지에 급여 시 같은 결과가 얻어질런지에 대한 추가적인 연구가 필요하다.
- 본 연구에서 사용한 여러 종류의 prebiotics와 prebiotics가 단쇄지방산을 증가시켜 장에 서식하는 다양한 미생물 중에서 유기산 및 유산을 생성하는 유산균의 성장에 도움을 줄 것으로 사료된다. 또한 본 실험에서 사용한 돼지 in vitro 발효모델은 새로운 prebiotics, probiotics들이 경구투여 시 숙주동물의 소화관 발효에 미치는 효과를 예측하는데 도움이 될 것이다.
- 본 연구에서 사용한 여러 종류의 prebiotics와 prebiotics가 단쇄지방산을 증가시켜 장에 서식하는 다양한 미생물 중에서 유기산 및 유산을 생성하는 유산균의 성장에 도움을 줄 것으로 사료된다. 또한 본 실험에서 사용한 돼지 in vitro 발효모델은 새로운 prebiotics, probiotics들이 경구투여 시 숙주동물의 소화관 발효에 미치는 효과를 예측하는데 도움이 될 것이다.
- Synbiotics, 즉 probiotics와 prebiotics의 조합은 장내미생물을 유익한 미생물총으로 변환시켜 숙주동물의 장 건강을 증진시킬 수 있다는 개념이다(Collins and Gibson, 1999). 특히 본 실험에서 사용하는 prebiotics 중에서 사이클로덱스트린은 난소화성 다당이며 돼지 장내 발효에 미치는 효과를 검토 함으로서 향후 prebiotics로서 사용 가능성에 대한 기초자료가 될 수 있을 것이다.
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