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문제 정의
- 이러한 연구결과에 근거하여 마는 비만의 예방 또는 치료에 있어서 유용할 것으로 예측되고 있으나, 건강기능성 식품소재로써 마 활용을 위한 항비만 효능 연구는 아직까지 미비할 뿐만 아니라 발효기술을 통한 유산균 마분말의 항비만 생리활성 연구는 전무한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 체중 조절 기능성 소재를 탐색하기 위한 일련의 연구로서 고지방 식이로 유도된 비만 동물모델에서 유산균 마분말의 항비만 효과를 알아보고자 하였다.
- 본 연구는 고지방 식이로 유도된 비만 동물모델에서 유산균 Lactobacillus acidophilus CBG-C13, Lactobacillus plantarum JBMI F3, Strptococcus thermophilus CBG-C19, Bifidobacterium longum CBG-C11과 Bifidobacterium animalis CBG-C10로 발효된 유산균 마분말의 항비만 효과를 확인하고자 하였다. 유산균 마분말은 비만 동물 모델에서 혈액 내 에너지 대사 지표와 지질함량 변화에 대한 직접적인 효과를 나타내지는 않았으나 대조군과 비교하여 고지방식이에 의한 체중 증가를 감소시키는 것으로 확인되었다.
제안 방법
- 비만 모델을 설립하기 위해 정상군을 제외한 대조군과 각 시험군은 고지방사료와 농도별 유산균 마분말을 동시 투여하여 8주간 사육하였다. 각 시험군 구성은 정상군(Normal diet-vehicle group, Normal), 고지방 사료를 식이한 대조군(High fat diet-vehicle group, Control), 고지방 사료와 유산균 마분말 0.4 g/kg를 식이한 실험군(Hight fat diet + LDR 0.4 g/kg group, LDR 0.4 g/kg), 고지방 사료와 유산균 마분말 1 g/kg를 식이한 실험군(Hight fat diet + LDR 1 g/kg group, LDR 1 g/kg), 고지방 사료와 유산균 마분말 2.5 g/kg를 식이한 실험군(Hight fat diet + LDR 2.5 g/kg group, LDR 2.5 g/kg)의 5개 군으로 군당 10두씩 구성하였다. 실험군 중 유산균 마분말 실험군은 농도별로 제작한 유산균 마분말을 일정 시간에 8주간 경구 투여하였으며, 정상군 및 대조군은 동량의 증류수를 경구 투여하였다.
- 실제 산약의 발효 여부에 따른 항산화활성 평가에서 발효물은 발효하지 않은 산약에 비해 높은 항산화력과 항노화 효과를 보였으며21), 기능성 물질의 함량은 발효 횟수에 따라 증가하여 산약에 함유된 대표적인 기능성 성분인 ergothioneine의 경우 발효 전과 비교하여 발효시 5~8배 증가하는 것으로 보고된 바 있다22). 본 연구는 체중 조절 기능성 소재를 검색하기 위한 일련의 연구로 고지방식이로 유도한 비만 동물모델에서 주간 체중변화량과 식이섭취량 및 체중증가량, 간과 지방조직의 중량, 혈액 및 조직학적 분석을 통해 유산균 Lactobacillus acidophilus CBG-C13, Lactobacillus plantarum JBMI F3, Strptococcus thermophilus CBG-C19, Bifidobacterium longum CBG-C11과 Bifidobacterium animalis CBG-C10로 발효된 유산균 마분말의 항비만 효과를 확인하였다. 각 실험군별 주간 체중 변화는 정상군에 비해 대조군의 체중은 유의하게 증가하였으나 유산균 마분말을 투여한 실험군은 대조군과 비교하여 유의하게 감소된 것으로 나타났다.
- 비만 모델을 설립하기 위해 정상군을 제외한 대조군과 각 시험군은 고지방사료와 농도별 유산균 마분말을 동시 투여하여 8주간 사육하였다. 각 시험군 구성은 정상군(Normal diet-vehicle group, Normal), 고지방 사료를 식이한 대조군(High fat diet-vehicle group, Control), 고지방 사료와 유산균 마분말 0.
- 5 g/kg)의 5개 군으로 군당 10두씩 구성하였다. 실험군 중 유산균 마분말 실험군은 농도별로 제작한 유산균 마분말을 일정 시간에 8주간 경구 투여하였으며, 정상군 및 대조군은 동량의 증류수를 경구 투여하였다. 시험기간 동안 체중과 식이 섭취량은 급여 후 익일 잔량을 측정하여 주 1회 간격으로 일정한 시간에 측정하였다.
- 실험동물의 항비만 효과를 확인하기 위하여 8주간 고지방식이와 농도별 유산균 마분말을 투여하여 각 군의 체중변화와 식이섭취량 및 시험기간 동안 초기 체중에 대한 체중증가율을 분석하였다(Fig. 1).
- 유산균 마분말이 고지방 식이에 의한 체내 조직 중량에 미치는 영향을 확인하기 위해 간 조직과 지방조직인 부고환지방, 후복막지방 및 신장부근 지방조직의 중량을 측정하였다(Table 1). 각 실험군별 간 조직의 중량을 비교하여 보면 정상군에 비하여 대조군이 유의하게 증가하였으나, 유산균 마분말을 투여한 실험군에서는 대조군에 비하여 유의하게 감소하였다.
대상 데이터
- 본 시험에 사용한 유산균 마분말은 ㈜케비젠(Jeonju, Korea)에서 제조하여 제공하였다. 유산균 마분말 제조는 참마 (Dioscorea japonica Thunb.
- 실험동물은 샘타코 바이오코리아(Osan, Korea)에서 Specific-pathogen free (SPF) 상태의 Sprague-Dawley rat male 6주령을 분양받았으며 일주일 순화기간을 거친 후 실험에 사용하였다. 사육기간 중 일반 식이는 일반 고형사료(Samtako, Gyunggi, Korea)를, 고지방 식이는 AIN-93G high fat diet (Research Diet, Inc.
- 본 시험에 사용한 유산균 마분말은 ㈜케비젠(Jeonju, Korea)에서 제조하여 제공하였다. 유산균 마분말 제조는 참마 (Dioscorea japonica Thunb.) 뿌리줄기의 분말은 경북 안동시에서 생산 · 수확한 것을 안동참마영농조합법인(Andong, Korea)에서 구입하여 사용하였고, 마 분말에 음용수를 첨가하여 용해(분산)시킨 후 0.3%의 liqouzyme과 0.5%의 suprizyme 및 액당화액을 각각 혼합하였으며, 이 후 Lactobacillus acidophilus CBG-C13, Lactobacillus plantarum JBMI F3, Strptococcus thermophilus CBG-C19, Bifidobacterium longum CBG-C11과 Bifidobacterium animalis CBG-C10 배양액을 각 균주 당 생균수가 1 × 106 cfu/ml 이상이 되도록 첨가하여 37℃에서 20~22시간 발효하여 유산균 총 균수가 1 × 109 cfu/ml 이상인 상태에서 발효를 정지시키고, 동결건조와 분말화 과정을 거쳐 유산균 마분말(Fermented rhizome of Dioscorea japonica)을 회수하였다.
성능/효과
- 본 연구는 체중 조절 기능성 소재를 검색하기 위한 일련의 연구로 고지방식이로 유도한 비만 동물모델에서 주간 체중변화량과 식이섭취량 및 체중증가량, 간과 지방조직의 중량, 혈액 및 조직학적 분석을 통해 유산균 Lactobacillus acidophilus CBG-C13, Lactobacillus plantarum JBMI F3, Strptococcus thermophilus CBG-C19, Bifidobacterium longum CBG-C11과 Bifidobacterium animalis CBG-C10로 발효된 유산균 마분말의 항비만 효과를 확인하였다. 각 실험군별 주간 체중 변화는 정상군에 비해 대조군의 체중은 유의하게 증가하였으나 유산균 마분말을 투여한 실험군은 대조군과 비교하여 유의하게 감소된 것으로 나타났다. 각 실험군별 식이섭취량은 정상군에 비해 고지방 식이를 섭취한 대조군과 실험군에서 감소하였다.
- 또한 간과 지방 조직 내 지방 축적을 억제하고 지방조직의 크기를 대조군과 비교하여 유의하게 감소시켜 고지방 식이로 인한 간지방증과 지방 조직 비대화 현상을 효과적으로 개선하는 것으로 조사되었다. 따라서 본 연구에서는 마분말과 유산균 Lactobacillus acidophilus CBG-C13, Lactobacillus plantarum JBMI F3, Strptococcus thermophilus CBG-C19, Bifidobacterium longum CBG-C11과 Bifidobacterium animalis CBG-C10의 항비만 효과를 규명하여 이를 이용한 기능성 제품 개발 제제로서의 사용 가능성을 확인할 수 있었다.
- 이같은 사실은 최근 보고에서도 산약으로부터 에틸 아세테이트와 클로로포름, 에탄올 추출물로 회수한 플라보노이드는 α-amylase와 lipase의 활성을 저해하여 지질대사를 조절하는데 효과적이라고 확인되었다31). 따라서 본 연구의 유산균 마분말은 저장성 단백질과 다당류 및 식이섬유에 의하여 고지방 식이에 의한 체중증가 억제 뿐만 아니라 체내 지방조직의 증가를 감소된 것으로 생각된다. 본 연구결과를 바탕으로 유산균 마분말이 항비만 기전에 미치는 영향을 설명하는 데 있어 발효과정을 거치지 않은 마와의 효능 비교를 비롯하여 관련 유전자 및 단백질의 발현율 분석 및 분자수준의 작용 기전 분석과 같은 심층적인 연구가 이루어진다면, 이를 이용한 건강 기능성 개발 및 의약품 개발에 따른 활용가치가 매우 높을 것으로 생각된다.
- 유산균 마분말은 비만 동물 모델에서 혈액 내 에너지 대사 지표와 지질함량 변화에 대한 직접적인 효과를 나타내지는 않았으나 대조군과 비교하여 고지방식이에 의한 체중 증가를 감소시키는 것으로 확인되었다. 또한 간과 지방 조직 내 지방 축적을 억제하고 지방조직의 크기를 대조군과 비교하여 유의하게 감소시켜 고지방 식이로 인한 간지방증과 지방 조직 비대화 현상을 효과적으로 개선하는 것으로 조사되었다. 따라서 본 연구에서는 마분말과 유산균 Lactobacillus acidophilus CBG-C13, Lactobacillus plantarum JBMI F3, Strptococcus thermophilus CBG-C19, Bifidobacterium longum CBG-C11과 Bifidobacterium animalis CBG-C10의 항비만 효과를 규명하여 이를 이용한 기능성 제품 개발 제제로서의 사용 가능성을 확인할 수 있었다.
- 대사성 질환인 비만의 경우 섭취한 탄수화물과 지방산이 에너지원으로 이용되지 않아 비정상적인 간 대사로 인해 간 독성 지표효소인 AST와 ALT의 수치가 증가된다26). 본 연구에서 유산균 마분말을 투여한 실험군은 혈중 간 독성 지표효소 함량이 대조군에 비해 유의하게 감소된 것으로 나타나 유산균 마분말이 비정상적인 간 대사에 의한 간독성을 감소시키는 것으로 조사되었다.
- 이 중 간 조직은 지방산 합성과 산화의 균형이 깨질 경우 지방 축적 및 인슐린 저항이 야기되어 만성 간질환이 나타나며, 백색 지방에 해당하는 부고환 지방 조직이 체내에 비정상적으로 비대해질 경우 심각한 대사증후군을 유발하는 것으로 알려졌다25). 본 연구에서 유산균 마분말을 투여함에 따라 고지방식이로 인해 증가된 간과 지방조직의 중량이 감소되었는데, 실험군 중 유산균 마분말을 고농도로 투여한 LDR 2.5 g/kg 실험군의 경우 정상군과 유사한 수준으로 감소됨을 확인할 수 있었다. 이 결과를 통해 유산균 마분말은 고지방 식이에 의한 체지방의 증가를 감소시켜 간 지방증 및 비정상적인 지방조직의 비대화를 감소시키는 데 유효할 것으로 보인다.
- 이에 따라 각 실험군별 고지방식이로 인한 간지방증과 지방조직 크기 증가에 미치는 영향을 확인한 결과 대조군의 간은 세포 내 지방 침착으로 인하여 조직 내에 전체적으로 지방 공포현상과 풍선화변성과 같은 심각한 간세포의 변형이 관찰되었으나, 유산균 마분말을 투여한 실험군의 경우 농도 의존적으로 간세포의 변형 및 간지방증에 의한 현상이 감소되는 것으로 조사되었다. 실험군별 지방조직의 크기 또한 대조군과 비교하여 유산균 마분말을 처리한 실험군은 지방구의 크기가 유의하게 감소되어 정상군과 유사한 수준을 보이는 것으로 확인되었다. 이러한 결과는 유산균 마분말의 섭취가 고에너지 식이에 의한 체지방의 축적을 감소시켜 체중의 증가를 억제시킨다는 것을 의미하는데, 간과 지방조직의 중량 및 조직학적 변화에서 앞선 결과와 일치함을 확인할 수 있었다.
- 본 연구는 고지방 식이로 유도된 비만 동물모델에서 유산균 Lactobacillus acidophilus CBG-C13, Lactobacillus plantarum JBMI F3, Strptococcus thermophilus CBG-C19, Bifidobacterium longum CBG-C11과 Bifidobacterium animalis CBG-C10로 발효된 유산균 마분말의 항비만 효과를 확인하고자 하였다. 유산균 마분말은 비만 동물 모델에서 혈액 내 에너지 대사 지표와 지질함량 변화에 대한 직접적인 효과를 나타내지는 않았으나 대조군과 비교하여 고지방식이에 의한 체중 증가를 감소시키는 것으로 확인되었다. 또한 간과 지방 조직 내 지방 축적을 억제하고 지방조직의 크기를 대조군과 비교하여 유의하게 감소시켜 고지방 식이로 인한 간지방증과 지방 조직 비대화 현상을 효과적으로 개선하는 것으로 조사되었다.
- 5 g/kg 실험군의 경우 정상군과 유사한 수준으로 감소됨을 확인할 수 있었다. 이 결과를 통해 유산균 마분말은 고지방 식이에 의한 체지방의 증가를 감소시켜 간 지방증 및 비정상적인 지방조직의 비대화를 감소시키는 데 유효할 것으로 보인다.
- 실험군별 지방조직의 크기 또한 대조군과 비교하여 유산균 마분말을 처리한 실험군은 지방구의 크기가 유의하게 감소되어 정상군과 유사한 수준을 보이는 것으로 확인되었다. 이러한 결과는 유산균 마분말의 섭취가 고에너지 식이에 의한 체지방의 축적을 감소시켜 체중의 증가를 억제시킨다는 것을 의미하는데, 간과 지방조직의 중량 및 조직학적 변화에서 앞선 결과와 일치함을 확인할 수 있었다.
- Duane의 보고23)에 의하면 고에너지 식이는 공복감을 줄여 식이섭취량을 감소시킨다고 하였는데 본 연구에서도 이와 같은 결과를 보이는 것으로 확인되었다. 이러한 결과를 바탕으로 본 연구에서 유산균 마분말을 투여한 실험군은 고에너지 식이에 의한 체중 증가를 억제하는 데 효과가 있는 것으로 생각된다.
- 현재까지의 결과는 간접적인 지표로서 유산균 마분말이 고지방식이에 따른 체내 지방조직의 증가를 감소시키고 있음을 제시하고 있다. 이에 따라 각 실험군별 고지방식이로 인한 간지방증과 지방조직 크기 증가에 미치는 영향을 확인한 결과 대조군의 간은 세포 내 지방 침착으로 인하여 조직 내에 전체적으로 지방 공포현상과 풍선화변성과 같은 심각한 간세포의 변형이 관찰되었으나, 유산균 마분말을 투여한 실험군의 경우 농도 의존적으로 간세포의 변형 및 간지방증에 의한 현상이 감소되는 것으로 조사되었다. 실험군별 지방조직의 크기 또한 대조군과 비교하여 유산균 마분말을 처리한 실험군은 지방구의 크기가 유의하게 감소되어 정상군과 유사한 수준을 보이는 것으로 확인되었다.
후속연구
- 따라서 본 연구의 유산균 마분말은 저장성 단백질과 다당류 및 식이섬유에 의하여 고지방 식이에 의한 체중증가 억제 뿐만 아니라 체내 지방조직의 증가를 감소된 것으로 생각된다. 본 연구결과를 바탕으로 유산균 마분말이 항비만 기전에 미치는 영향을 설명하는 데 있어 발효과정을 거치지 않은 마와의 효능 비교를 비롯하여 관련 유전자 및 단백질의 발현율 분석 및 분자수준의 작용 기전 분석과 같은 심층적인 연구가 이루어진다면, 이를 이용한 건강 기능성 개발 및 의약품 개발에 따른 활용가치가 매우 높을 것으로 생각된다.
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