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Prebiotic

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한국벡스팜제약
작성일
15-10-26 15:59
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Prebiotic

 

 

락티톨은 Prebiotic 제제이므로 유익한 균은 증가시키고 병원균은 억제시킵니다.

 

락티톨은 흡수가 되지 않는 이당류로 이에 대응하는 효소가 없기 때문에 소화되지 않고 대장에 도달합니다.대장에 도달하면 결장의 미생물총에 의해 발효됩니다.

 

이 결과 단사슬 지방산, 락테이트(lactate) 및 가스가 생성되며, 결장에서 유익한 세균을 선택적으로 자극합니다. 이러한 유익한 세균에는 Bifidobacteria와 Lactobacilli 와 같은 혐기성 당화성 세균이 있습니다.또한, E.coli와 같은 병원균의 성장을 억제합니다.

 

이와 같이 상부 위장관에서 소화 및 흡수가 되지 않고 우리 몸에 유익한 균 (당화성 세균)은 증가시키고 병원균(단백분해성 세균)을 감소시키는 역할을 하는 제제를 Prebiotic이라고 합니다.락티톨은 삼투화 현상으로 배변의 부피 및 중량을 증가시킬 뿐만 아니라 Prebiotic 작용으로 인한 이중 작용기전에 의해 변비환자에서 배변효과를 나타냅니다.

 

Prebiotic 효과를 나타내는 기능성 변비제 - 락티톨

 

요약

결장 세균총에 대한 락티톨의 영향을 In vitro 및 사람과 동물을 대상으로 한 In vivo 에서 시험하였다. 사람의 미생물총을 시험할 때는, 건강한 지원자 또는 변비환자 또는 간성혼수 환자의 배변을 사용하였다.In vitro 에서, 장내 미생물총의 균종(strain)을 락티톨의 존재하에 일정 기간동안 섭씨 37도에서 배양하였다. 미생물 성장의 지표변수는 배지의 pH 감소였다. 다른 측정변수는 가스와 단사슬 지방산의 생성이다. 대부분의 시험에서 락티톨이 선택적으로 Lactobacillus sp. 와 Bifidobacteria 와 같은 당화성세균(saccharolytic bacteria)의 성장을 촉진시킨다는 사실이 증명되었다. Enterobactiria 와 Enterococci 와 같은 단백분해성(proteolytic) 세균의 성장은 억제되었다. 이러한 미생물이 억제되는 이유는 혐기성 미생물에 의해 단사슬 지방산이 생성되어 pH가 감소되기 때문이다. 또 다른 기전은 상피세포벽에 박테리아 부착이 억제되는 것이다. 1993년에 Scevola 외 다수는 락티톨이 세포벽에 대한 E. coli 의 부착을 감소시킨다는 사실을 증명하였다. In vivo 에서, 인간과 동물 모두를 대상으로 락티톨을 시험하였다. 미생물이 존재하는 배변 샘플에서, 단사슬 지방산의 농도, 방향성 화합물, 배변의 pH, 배변의 수분 및 특정 효소의 활성을 측정하였다. 동물에서, 암모니아 역치가 긍정적으로 영향을 받았다. 이러한 시험을 통하여 In vitro 시험의 결과를 확인하였다.일일 20g의 락티톨은 결장에서 Lactobacillus sp. 와 Bifidobacteria 의 양을 유의하게 증가시켰다. (p<0.01). 이러한 용량에서 방향성 화합물의 양과 준발암성 효소의 활성이 유의하게 감소되었다. 인간과 동물의 장내 미생물총에 대한 이러한 락티톨은 새로운 prebiotic 및 prebiotic 제품을 개발하는데 많이 사용되고 있다.

 

도입

락티톨 (4-0-(b-D-galactopyranosyl)-D-glucitol)은 락토오스(lactose)에서 이 이당류의 포도당 부분을 환원시켜 유도된 단맛이 나는 당알콜이다. 이 물질은 자연에서는 발견되지 않았으며 1920년 Senderens 가 최초로 논문에서 설명하였다. 1937년 Karrer 와 Bunchi 가 최초로 유용한 제제로 개발하였다. 락티톨은 퓨락에서 락토오스에 촉매적으로 수소를 첨가하여 (hydrogenation)제조하였다. 퓨락은 락티톨 모노하이드레이트에 대한 유럽의 제조와 물질특허를 포함하여 락티톨에 대한 여러 특허를 소유하고 있다.유럽연합과 미국 식품의약품안전청에서는 락티톨을 허가된 감미료로 분류하였다. 락티톨은 유럽과 미국뿐만 아니라 30개국 이상에서 감미료로 승인되었다. 일본의 경우 락티톨을 식품으로 간주하여 무제한으로 사용할 수 있다. 현재 유럽약전과 미국약전의 monograph 를 기다리는 중이다.식품으로는 무당 캔디,초코렛, 츄잉껌, 설탕을 첨가하지 않고 구운 상품 및 아이스크림에 사용된다. 다른 용도는 Maillard 반응에 의한 단백질 변성과 색깔형성을 방지하기 위해 식품 첨가제로 사용한다.락티톨의 새로운 적용법은 prebiotic 과 prebiotic 제품에 사용하는 것이다. 락티톨은 변환되지 않고 결장에 도달한다. 결장에서, 락티톨은 장내 미생물총에 의해 에너지원으로 사용된다. 락티톨의 발효로 당화성 세균의 성장은 증가되고 암모니아 생성, 발암성 화합물 및 내독소를 생성하는 단백분해성 세균의 양은 감소한다. "건강에 좋은" 세균과 "건강에 좋지 않은" 세균간의 균형이 이와 같이 변하게 되면 인간과 동물의 건강에 긍정적인 영향을 미치게 된다.

 

장내세균총

사람의 경우, 장내 세균총은 체세포의 총합보다도 많은 수의 세포를 포함하는 생물학적 생태계이다.소화관은 출생시에는 멸균상태이나 어머니나 음식물에 의해 생애의 초기 몇시간동안 환경중에 존재하는 세균이 군락을 이루게 된다. (Skinner & Carr, 1974; Mckowiack, 1982; Zoppi, 1984). 출생시에 장점막은 200 mV 의 산화환원 양전위를 나타내며 호기성 세균(Cocci, E.coli)의 정착과 성장에 좋은 환경이 된다. 그 후에는 기질의 가수분해로 음전위를 나타내며(-300 mV) 혐기성 세균을 성장시킨다.(Gracey, 1982). 모유 특히 K-casein 과 lysozyme 이 존재하면 Lactobacilli 와 Bifidobactiria 와 같은 그램양성 당화성 세균의 부착과 성장에 도움을 준다. Bifidobacteria 는 여러 기전을 통해 인간과 동물에게 이익을 준다: 유기산 생성으로 대장을 산성화 및 영양소와 장벽부착에 대해 유해한 세균과 경쟁(Rasic & Kurmann, 1983). 유기산 (acetic acid 와 lactic acid)의 생성은 b-glucuronidase, nitroreductase 와 azoreductase 와 같은 유해한 효소를 생성하는 부패성 및 병원성 세균의 성장을 억제한다. 그래서 발암원이 될 수 있는 내독소와 N-nitroso 화합물의 생성이 감소된다. 또 다른 잇점은 장내 pH 의 감소로 인해 암모니아 배설이 증가된다는 것이다. (Miller-Catchpole, 1989).Bifidobacteria 는 유아(infant)의 장 세균총의 대다수를 차지한다. (Mitsuoka, 1990). 성인에 존재하는 미생물에는 약 400 종의 장세균이 포함되며 최고 배변 g 당 log10-12 를 차지하며 혐기성/호기성 비율이 1000에서 1까지 달한다.(Skinner and Carr, 1974). 장세균 환경에 대해 시험할 경우 대략적 분류가 가능한데, 인간의 장세균총을 4가지 타입을 분류할 수 있으며 우세도(prevalence)에 따라 각각 다음과 같다 :1. Bacteroides;2. Eubacterium (그램 양성);3. Bifidobacterium;4. 혼합 미생물총인간이 나이가 들어감에 따라, 장관에 존재하는 bifidobacteria 의 수와 종이 변화한다: bifidobacteria 는 세번째나 네번째 그룹으로 감소한다; Bifidus infantis 와 breve 는 Bifidus adolecentis 로 대체되는 반면, Bifidus longum 은 일생동안 지속된다.저 섬유, 고 지방 및 고 단백질 식사는 bifidobacteria 의 존재에 부정적인 역할을 주는 것 같다. 장 세균총은 다음과 같은 이유로 인간의 건강을 조절하는 중요한 인자이다:1. 영양소 섭취에 영향을 준다 (비타민과 미네랄);2. 결장의 병원균의 군락을 조절하므로 면역계에 영향을 준다.3. 독소물질을 생성한다. ( 내독소, 암모니아 유도체, mercaptan 등). 이러한 내독소는 간에서 해독되어 정상적인 상태에 있다.장 세균총에 대한 락티톨의 영향결장의 세균총에 대한 락티톨의 영향을 in vitro 및 사람과 동물을 대상으로 한 in vivo 에서 시험하였다.

 

In vitro 시험

대부분의 락티톨은 적절한 ß -galactosidase 가 소장에 없기 때문에 소화되지 않고 결장에 도달한다. 락툴로오스와 락티톨에 대한 인간, 동물 및 일부 microbial galactosidases 의 상대적 활성을 락토오스와 비교하였다. 인간과 소의 소장 균등액은 락티톨과 락툴로오스의 활성에 영향을 주지 않았다. 성숙한 돼지의 균등액에서 락툴로오스가 45 와 락티톨이 29 의 상대적 활성을 나타내었다. L. acidophilus 와 B. longum 의 세포가 없는 추출물은 락툴로오스와 락티톨에 대해 고활성을 (거의 100) 나타내었다.그러나, E. coli 와 B. frgilis 의 무세포 추출물은 락툴로오스와 락티톨에 대한 활성이 매우 낮았다. (락툴로오스에 대해 각각 8 과 9, 락티톨에 대해 각각 2와 8). 이러한 결과는 락티톨과 락툴로오스가 결장에서 당화성 세균을 성장시킬 수 있다는 사실을 입증한다 (무명, 1991)

 

인간의 미생물총과 관련된 시험

1993 년에 Scevola 외 다수가 In vitro 에서 배지에 락티톨 추가시 인간의 장세균총의 대표 세균에 대한 락티톨 투여량 증가 효과를 시험하였다. 표1 은 락티톨이 없는 세균 배지와 비교시 10% 락티톨을 추가한 세균 배양물에 의해 pH가 감소되고 가스가 생성되었다는 것을 나타낸다. 이 표는 Bifidobacteria 와 Lactobacillus sp. 의 성장이 락티톨에 의해 야기되었다는 사실을 나타낸다. 세균의 성장곡선은 1, 2, 5 및 10%의 락티톨 추가시 표2에 나타낸 것과 같이 상당히 비례적으로 부패성이 독소를 생성하는 종을 억제하고 당화성 세균을 성장시킨다는 사실을 증명한다.1989년 Lebek 과 Luginbuhl 은 인간의 장에 대한 락티톨의 효과를 시험하였다. 그들은 다음의 두 질문에 답을 얻으려고 노력하였다 :어떤 종의 장 세균이 락티톨을 발효시키는가건강한 지원자의 배변 현탁액에서 락티톨이 어떻게 pH, 암모니아 농도 및 미생물의 수에 영향을 미치는가In vitro 에서, 일반적인 장 세균종을 0.03M 락티톨 또는 포도당이 함유된 배지에 배양하고 세균 108 을 섭씨 37도에서 배양하였다. 이 결과를 표 3 에 요약하였다. 1명의 건강한 지원자에서 채취한 8개의 배변 샘플을 0.03, 0.06 및 0.09M 이 되도록 락티톨과 포도당을 혼합하였다. 각 농도에 대해 서로 다른 장운동으로 얻은 4가지 배변으로 시험하였다. 섭씨 37도에서 48시간동안 배양하였다. 배양기간동안 암모니아, pH 및 미생물의 수를 측정하였다. 모든 당에서 pH가 현저히 감소하고 암모니아 생성이 억제되었다. 락티톨은 산을 생성하여 유의하게 암모니아 생성을 억제하였다. 호기성 및 혐기성 미생물의 수가 모두 감소하였다. 표 4에 기록하였듯이, 호기성 균의 수는 혐기성 균의 수에 비해 더 많이 감소하였다.

 

1995년에 Watanabe 외 다수가 인간에서 기원한 장세균에 의한 락티톨의 이용율을 시험하였다. 인간에서 기원한 48종의 장세균을 0.5% 락티톨용액에서 배양하였다. 48시간 후에, 섭씨 37도에서 혐기성 배양물의 pH를 측정하였다. 48 종 중 15종에서 락티톨이 사용되었다. Bifidobacterium 과 Lacobacillus 와 같은 lactic acid 를 생성하는 박테리아에 의해 상대적으로 쉽게 이용되었지만 Bacteroides 과 Clostridium 은 거의 이용하지 않았다. 락퉅로오스는 48종 중 37종이 사용하였는데 Bifidobacterium 과 Lactobacillus 뿐만 아니라 Bacteriodes 와 Clostridium 이 이용하였다.(표5) 1987년 Patil 외 다수는 In vitro 의 배변 배양 시스템에서 다른 물질과 락티톨을 비교하였다. In vitro 시험에서 락티톨의 농도는 20 g/l 이었다. 샘플은 섭씨 37도에서 24시간 배양하였다. 시험결과 호기성 환경에서 인간의 배변중의 세균은 락티톨을 에너지원으로 사용하고 생성된 휘발성 지방산이 반응 혼합물의 pH를 감소시킨다는 사실을 나타내었다. 가장 많이 생성된 휘발성 지방산은 acetic acid 이다. 락티톨 존재시 E.coli 와 다른 병원균의 감소는 1993년에 실시된 Scevola 외 다수의 시험으로 설명할 수 있다. 이들은 상피세포에 대한 E.coli 의 부착에 대한 락티톨의 효과를 용량을 증가시키면서 시험하였다. 그림1은 락티톨이 부착 세균의 양을 유의하게 감소시킨다는 사실을 나타낸다.이러한 효과는 수용체 또는 세포벽에 부착하는 박테리아 자신의 lectin(박테리아 표면에 존재하는 당단백질)을 봉쇄하기 때문이라고 설명할 수 있다.

 

In vivo 시험인간과 관련된 시험

1997년 Ballongue 외 다수가 4 주동안 36명의 건강한 지원자를 대상으로 50% 락토오스와 50% 포도당 혼합물로 된 위약과 락티톨의 효과를 비교하였다. 관찰한 변수는 다음과 같다; 장 미생물총에 대한 영향, 단사슬 지방산의 량, 방향성 화합물, 변의 pH, 배변의 수분 및 여러 효소의 활성, 결과는 표 6 에 기록하였다. 락티톨 투여로 시험한 모든 변수가 영향을 받았다. Prebiotic 세균은 증가하였고, 부패성이며 잠재적인 병원균은 유의하게 감소하였다. 이 시험의 결과는 다음과 같다 : 준발암성 효소의 활성을 낮추고 단사슬 지방산의 양을 증가시키고 변의 pH와 수분함유량에 영향을 미치고 방향성 화합물의 양을 감소시켰다. 1995년 Ravelli 외 다수는 고질적인 만성 변비로 고생하는 11명의 건강한 여성에게 락티톨을 투여하여 그 효과를 시험하였다. 일일 평균용량은 4주동안 락티톨 20g이었다. 투여전, 투여 중 및 투여후에 24시간동안 배변을 수거하였다. 총 생존 혐기성 세균종, 포자를 형성하지 않는 혐기성균, bacterioiaceae 및 총 슬라이드 수의 합계는 시험기간동안 유의하게 증가하였고 락티톨을 섭취하는 동안 가장 큰 차이를 보였다.(표7). 배변의 건조 중량 중 총 휘발성 지방산의 농도는 환자가 락티톨을 복용하자 즉시 상당히 증가하였고 투여 종료시와 투여 후에 약간 감소하였다. (표8). 1987년 Patil 외 다수는 in vivo에서 락티톨의 소비효과를 시험하였다. 24시간동안 2회내지 3회의 반고형변을 볼 수 있도록 락티톨의 용량을 증가시켜 3일에서 4일동안 투여하였다. 최종 락티톨의 투여량은 하루에 2횡에서 4회까지 분복하여서 24시간동안 40~180g 이었다. 락티톨에 의한 내강의 pH 변화는 결장의 오른쪽에서만 나타났다.이 점은 락티톨의 내강 농도가 결장의 근위부 쪽에서 높기 때문이라고 설명할 수 있다. 그러므로 이 부분이 주로 세균이 발효하는 부위일 것이다. 두번째로 pH를 감소시키는 휘발성 지방산은 결장 점막에서 신속히 흡수된다. 마지막으로, bicarbonateion 이 결장으로 분비되어 산을 중화시킬 것이다.1993년에 Scevola 외 다수는 심각한 간질환을 가진 69 명의 환자를 대상으로 락티톨의 효과를 시험하였다. 간경화나 간성혼수와 같은 간질환은 부패성 장미생물총에 의해 생성되는 독성 물질로 인해 악화될 수 있다. 세균의 균형이 당화성 세균에게 유리하게 변화되면 내독소의 생성이 억제된다. 락티톨은 Bifidobacteria 와 Lactobacilli 와 같은 당화성 세균을 성장시키므로 간성혼수와 다른 간질환 치료에 사용된다. 30일동안 일일 40 g 으로 시험하였다. 락티톨은 간질환 환자에서 평균 혈장 내독소 농도를 유의하게 감소시켰다. 5명의 환자를 대상으로 세균총의 소모를 자세히 시험하였다. 락티톨이 부패성 세균에 손실을 입힐 정도로 당화성 세균의 양을 증가시키는 것이 관찰되었다.(표9).8명의 성인에게 50 g 의 락티톨을 정상식사에 첨가하여 투여하였다. 콜레스테롤 대사가 현저히 감소하였다. 주로 콜레스테롤과 그 대사체의 배변농도가 감소하였고 배변 중 총 담즙산의 농도가 상당히 감소하였다.(Felix 외 다수, 1990)1995 년 Tarao 외 다수는 3-4주 동안 8명의 간경화 환자에게 매일 36g 의 락티톨을 투여하였다. 표 9에 기록하였듯이, 배변 중 미생물총의 변화와 혈중 암모니아 농도와 같은 간성혼수에 대한 임상적 효과를 조사하였다. 혈중에서 암모니아 농도가 현저히 감소하였다. 투여전 농도는 152.4 ± 15.4 g/dl 이었고, 95.0 ± 18.4 g/dl 로 변화하였다. 미생물총의 소비에 변화가 생겨 이렇게 감소하였다.락티톨의 투여로 Bifidobacteria 와 Lactobacilli 가 증가하였고 세균 bacterioidaceae 를 생성하는 암모니아의 양이 감소하였다.  

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