KR101827701B1 - 콜레스테롤 및 담즙산 배출능이 우수한 기능성 발효유 및 이의 제조방법 - Google Patents

콜레스테롤 및 담즙산 배출능이 우수한 기능성 발효유 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 콜레스테롤 및 담즙산 배출능이 우수한 락토바실러스 플랜타럼 LLP5273 균주와 식물성 스타놀 에스테르를 소정량 포함함으로써, 콜레스테롤 저하 기능을 갖는 기능성 발효유 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

Description

콜레스테롤 및 담즙산 배출능이 우수한 기능성 발효유 및 이의 제조방법{functional fermented milk with emission of cholesterol and bile acid, and method for manufacturing the same}
본 발명은 콜레스테롤 및 담즙산 배출능이 우수한 기능성 발효유에 관한 것으로, 구체적으로 장에서 콜레스테롤 저하 및 배출능이 우수한 락토바실러스 플랜타럼 LLP5273 균주와 식물성 스타놀 에스테르를 소정량 포함함으로써 우수한 콜레스테롤 저하 기능을 갖는 기능성 발효유 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
세계적으로 비만 인구가 급속도로 증가하고 있으며, 특히 비만에 의해 콜레스테롤 함량이 높아지고 심장질환, 뇌혈관 장애, 고혈압 등의 위험성이 높아지고 있다. 일반적으로 콜레스테롤 저하를 위한 치료제로서 스타틴(statins)이나 니아신(niacin)과 같은 약물이 많이 사용하고 있다.
스타틴 계열의 컴팩틴(compactin) 유도체인 로바스타틴(lovastatin), 프로바스타틴(provastatin), 심바스타틴(simvastatin)은 세계적으로 가장 많이 사용되는 약물 중 하나이다. 이 약물들은 콜레스테롤 생합성 조절 인자인 HMG-CoA 환원효소(3-hydroxy-methyl-glutamyl coenzyme A reductase)의 활성을 저해하는 기능을 한다. 그 결과, LDL-receptor의 발현량이 증가되고 LDL의 세포 내 유입이 증가하게 됨에 따라 혈중 콜레스테롤 함량이 감소하게 된다. 이런 콜레스테롤 저하 기능을 가지고 있음에도, 위와 같은 약제들은 간독성, 근육통, 위장장애, 발암성 등의 부작용이 있다. 따라서 약물 요법에 의존하기보다 식이요법을 병행함으로써 효과를 기대하는 방향으로 치료를 하고 있는 실정이다. 하지만 식이요법 역시 쉬운 방법이 아니기에 콜레스테롤 수치가 높은 환자들에게는 다른 방법으로의 접근이 필요하다.
최근 고콜레스테롤혈증 환자의 혈청 콜레스테롤 수준을 낮추거나 정상적인 콜레스테롤 수준을 갖는 사람의 고콜레스테롤혈증을 예방하기 위해, 포유동물의 장에 존재하는 장내 세균, 특히 유산균에 의한 담즙산염 분해 가능성에 대한 연구가 증가하고 있으며 이는 담즙산염의 감소된 양에 따라 체내 항상성 유지를 위해 콜레스테롤로부터 담즙산염으로의 전환을 증가시키게 되어 결국 체내 혈중 콜레스테롤 수준을 낮추게 되는 기작을 이용하게 된다.
그러나 이러한 담즙산염 분해효소 분비능이 우수한 유산균을 이용하여 체내 콜레스테롤을 저하한 연구들을 살펴보면, 체외 실험에서 담즙산염 분해효소 유산균을 분리한 다음, 실험동물에 급여한 다음 혈중 콜레스테롤 저하능을 평가한 수준에 그치고 있으며 실제 투여되는 유산균이 생합성 조절 인자에 대해 어떤 영향을 끼치는지에 대해 밝힌 연구는 극히 미비한 수준이다.
특히 대표적인 콜레스테롤 치료약품인 스타틴 계열을 대체하기 위해서는 이 약품이 HMG-CoA 환원효소 억제의 활성을 저해하는 기작을 가지는 만큼, 유사한 기작을 가진 유산균을 개발하는 것이 매우 중요하며 최소 동물세포 수준에서 기작과 효능을 검증하는 것이 매우 필수적일 것으로 예상된다.
따라서 본 발명자들은 이전의 발명에서 담즙산 분해능이 높으면서 HMG-CoA 환원효소 저해능이 우수한 락토바실러스 플랜타럼 LLP5273을 김치로부터 분리하고 특허균주(기탁번호 KCCM11696P)로 기탁하였다. 또한 이 간 세포에 처리하였을 때 HMG-CoA 환원효소 저해에 대한 기작을 확인하여 이 유산균이 콜레스테롤 합성 억제에 유의적인 효능을 보일 가능성이 있음을 확인하였다.
한편 혈청 콜레스테롤 수준을 저하시키기 위해 약물을 대체하는 또 다른 방법으로 식물성 스타놀 에스테르(Plant Stanol Ester)를 이용하는 방법을 들 수가 있다. 식물성 스타놀 에스테르는 대두유를 생산하는 과정에서 만들어지는 식물성 스테롤(Plant Sterol)을 원재료로 사용하고 수소화와 에스테르화(Esterification) 를 거쳐 만들어지며 시토스타놀(Sitostanol)과 캄페스타놀(Campestanol)이며 의 합에 따라 조성이 결정된다. 식물성 스타놀 에스테르는 소장에서 잘 흡수되지 않으며, 물리화학적인 면에서 콜레스테롤과 유사하다는 특징이 있어 식물성 스타놀 에스테르를 음식물과 함께 섭취하면 구조가 유사한 콜레스테롤도 함께 결정체를 이루게 되므로 흡수율이 낮아질 수 있다는 보고가 있다. 또한 체내 콜레스테롤 운반체인 지단백에 대해 경쟁적으로 작용하여 장을 통한 콜레스테롤의 흡수를 낮춘다는 보고가 있다.
실제 유럽의 라이시오(Raisio Co. Ltd., 핀란드)사는 이러한 식물성 스타놀 에스테르를 베네콜 브랜드로 제품화하였으며 1995년 처음 판매가 시작된 이래 한 차례도 부작용이 보고된바 없고 많은 국가의 보건 당국과 관련 단체들이 콜레스테롤 수치 저하를 위해 매일 식물성 스타놀을 2g씩 섭취할 것을 권고하고 있다.
한편 한국 공개특허 제2002-379116호는 식물성스테롤과 바이오플라보노이드를 이용한 혈중콜레스테롤 저하 및 흡수억제를 위한 복합물질의 제조방법에 관한 것으로서, 이를 보조식품, 식품첨가제, 음료 등에 다양하게 이용될 수 있다고 개시한 바 있다.
그러나 이러한 식물성 스타놀 에스테르의 경우, 그 특유의 향과 비린 맛을 비롯하여 상온에서 단단한 고형을 이루는 특징에 의해 단독으로 직접 섭취하기엔 관능적으로 어려운 점이 있어 다양한 형태의 제품에 적용되어 판매되고 있는 실정이다.
이에 식물성 스타놀 에스테르를 사용하되, 관능적인 어려움 없이 콜레스테롤 저하능을 더욱 향상시킨 기능성 식품을 제공할 필요성이 있다.
1. 한국 공개특허 제2002-379116호
이에 본 발명의 발명자들은 콜레스테롤 저하 및 배출능이 우수한 락토바실러스 플랜타럼 LLP5273 균주와 식물성 스타놀 에스테르를 소정량 포함하는 경우, 각각을 단독으로 사용하였을 때와 대비하여 현저한 콜레스테롤 저하능을 갖으면서, 관능에 있어서도 소비자가 선호할 수 있는 발효유를 제조할 수 있다는 것을 알게 되어 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
따라서, 본 발명은 락토바실러스 플랜타럼 (Lactobacillus plantarum) LLP5273 균주 및 식물성 스타놀 에스테르를 포함하는 것을 특징으로 하는 콜레스테롤 및 담즙산 배출능이 우수한 기능성 발효유를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한 본 발명은 상기 기능성 발효유의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한 본 발명은 상기 기능성 발효유를 건조하여 얻은 콜레스테롤 및 담즙산 배출능이 우수한 발효유의 건조 분말을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않는다. 본 발명의 목적은 이하의 설명으로 보다 분명해 질 것이며, 특허청구범위에 기재된 수단 및 그 조합으로 실현될 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 락토바실러스 플랜타럼 (Lactobacillus plantarum) LLP5273 균주 및 식물성 스타놀 에스테르를 포함하는 것을 특징으로 하는 콜레스테롤 및 담즙산 배출능이 우수한 기능성 발효유를 제공한다.
여기서 "발효유"란 우유를 비롯한 기타 원료를 포함하고 상기 균체, 배양액, 배양액의 농축액 혹은 배양액의 건조물을 일정량 첨가시켜 발효시킨 것을 말한다.
구체적으로 본 발명에서 사용하는 상기 균주는 본 발명의 발명자들이 담즙산 분해능이 높으면서 HMG-CoA 환원효소 저해능이 우수한 신규 균주임을 밝히고, 한국미생물보전센터에 2015년 5월 7일에 기탁하고 수탁번호 KCCM11696P를 부여받은 균주이다.
이러한 균주를 본 발명에서는 균체, 배양액, 배양액의 농축액 혹은 배양액의 건조물의 형태로 포함시킬 수 있으며, 더욱 바람직하게는 균주 배양액을 식용 가능한 배지와 부형제를 사용하여 동결 건조한 동결 건조물을 사용하는 것이 바람직하다.
아울러, 상기 동결 건조물에는 락토바실러스 플랜타럼 (Lactobacillus plantarum) LLP5273 균주의 생균수가 1.0 x 1010 ~ 1.0 x 1011 CFU/g를 포함하는 것이 바람직하다. 생균수가 1.0 x 1010 CFU/g 미만인 경우 유효한 활성 혹은 생장성을 확보하기 위해 첨가해야하는 중량이 늘어나게 되면서 경제적으로 많은 부담이 생기는 한계가 있으며, 1.0 x 1011 CFU/g을 초과해서 제조하기 위해서는 동결건조 이전에 농축배양하는 단계와 시간이 늘어나게 되어 제조효율이 낮아지는 한계가 있기에 상기 범위내에서 사용한다.
아울러, 상기 동결 건조물은 발효유 전체 중량에 대해 0.001 ~ 0.01 중량%를 포함하는 것이 바람직하다. 0.001 중량% 미만인 경우 발효유 제조에 필요한 균수를 확보하는데 한계가 있으며, 0.01 중량% 초과인 경우 발효력과 발효 시간에 유의적인 차이가 없기에 상기 범위 내에서 사용하는 것이 좋다.
다음으로 상기 식물성 스타놀 에스테르는 발효유 전체 중량에 대해 2 ~ 5 중량%을 포함하는 것이 바람직하다. 2 중량% 미만인 경우 기존의 연구에서 콜레스테롤 저하가 가능한 것으로 알려진 농도를 충분히 공급하지 못하는 한계가 있으며, 5 중량%인 경우 식물성 스타놀 에스테르 특유 고유 향취와 점성의 변화 등에 의해 관능적으로 섭취가 어려워지는 한계가 있기에 상기 범위 내에서 사용하는 것이 좋다.
본 발명에 따른 발효유는 균주의 생장 안정성 및 증식을 향상시키기 위해 탈지분유 또는 포도당 또는 이들의 혼합물을 추가적으로 더 포함할 수 있으며, 더욱 바람직하게는 이들의 혼합물이다.
특히 포도당의 경우 발효유 전체 중량에 대해 2 ~ 5 중량%를 사용하는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 2 중량%이다. 포도당이 2 중량% 미만이면 균주의 생장 안정성 및 증식을 향상시킬 만큼의 영향력을 발휘하지 못하며, 5 중량% 초과인 경우 더 추가하더라도 균주의 생장 안정성 및 증싱을 향상시키는 것이 아니기에 상기 범위 내에서 사용하는 것이 좋다.
또한 탈지분유의 경우 1 ~ 5 중량%를 사용하는 것이 바람직하다. 탈지분유가 1 중량% 미만이면 균주의 생장 안정성 및 증식을 향상시킬 만큼의 영향력을 발휘하지 못하며, 5 중량% 초과인 경우 더 추가하더라도 균주의 생장 안정성 및 증상을 향상시키는 것이 아니기에 상기 범위 내에서 사용하는 것이 좋다.
또한 본 발명에 따른 발효유는 건조하여 얻은 분말의 형태로 제공될 수 있다.
또한 본 발명은 우유와, 포도당 또는 탈지분유 또는 이들의 혼합물을 포함하는 주원료에, 식물성 스타놀 에스테르 2 ~ 4 중량%를 넣고 가압 살균하는 단계; 및 가압 살균한 우유를 식힌 후, 락토바실러스 플랜타럼 (Lactobacillus plantarum) LLP5273 균주의 동결 건조물을 0.001 내지 0.01 중량%를 첨가하고 발효하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 콜레스테롤 및 담즙산 배출능이 우수한 발효유의 제조방법을 제공한다.
상기 언급한 바와 같이, 상기 균주의 동결 건조물에는 락토바실러스 플랜타럼 (Lactobacillus plantarum) LLP5273 균주의 생균수가 1.0 x 1010 ~ 1.0 x 1011 CFU/g인 것이 바람직하다.
아울러, 상기 가압 살균은 120 ~ 130℃ 온도에서 15 ~ 30분 동안 수행하는 것이 바람직하고, 가압 살균한 우유는 25 ~ 35℃ 온도로 식힌 후에 균주의 동결 건조물을 첨가하여 발효시키는 것이 바람직하나, 제조 공정 조건에 따라 변경될 수 있다.
본 발명은 콜레스테롤 및 담즙산 배출능이 우수한 락토바실러스 플랜타럼 LLP5273 균주와 식물성 스타놀 에스테르의 단독 사용과 대비하여 혼합 사용시 콜레스테롤 저하의 상승적 효과(synergetic effect)를 나타내며, 이를 발효유에 적용 시 장에서의 콜레스테롤 및 담즙산의 배출능이 우수하여 체내의 콜레스테롤을 저하시킬 수 있는 기능성 음료로 제공될 수 있다.
도 1은 콜레스테롤 조절 인자인 LXR-Alpha과 콜레스테롤 배출 인자인 ABCG5 의 mRNA 발현량을 측정하여 나타낸 것이다.
도 2는 콜레스테롤의 흡수 인자인 ABCA1과 콜레스테롤을 세포 밖으로 수송하는 역할을 하는 ABCA1의 mRNA 발현량을 측정하여 나타낸 것이다.
도 3은 식물성 스타놀 에스테르의 첨가 농도에 따른 LLP5273 유산균의 생장성을 나타낸 것이다.
이하, 본 발명을 실시예를 통하여 더욱 상세히 설명한다. 그러나 이들 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로 본 발명의 범위가 이들에 의해 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되면 공지 구성 및 기능에 대한 설명은 생략한다. 본 명세서에서 "포함"한다는 것은 특별한 기재가 없는 한 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다.
실시예 1: 동물실험을 이용한 락토바실러스 플랜타럼 LLP5273 및 식물성 스타놀 에스테르의 효능 확인
(1) 실험동물의 준비
본 발명에서의 동물실험을 위해 8주령 암컷 마우스 (C57BL/6N)를 샘타코 바이오코리아 사에서 구매하였으며, 동물실험을 위한 케이지에 입수된 시점을 기준하여 1주일간 적응을 거쳐 준비하였다.
(2) 동물실험용 시료 준비
동물실험을 위한 시료 준비를 위하여 락토바실러스 플랜타럼 LLP5273의 경우, MRS 평판배지에 접종하여 37℃에서 24시간 동안 활성화한 다음 MRS 액상배지에 접종하여 동일한 조건으로 종균배양액을 제조하였다. 제조한 종균배양액을 800ml의 MRS 액상배지에 접종한 다음 37℃에서 24시간 동안 배양을 진행하였고 배양이 종료된 후 원심분리하여 균체만을 회수하였다. 회수한 균체는 0.1M 인산완충액 (0.1M Phosphate buffer, pH 6.8±0.2)을 이용하여 세척, 원심분리 및 회수단계를 거쳤으며 이러한 단계를 3회 반복하여 배양액 내 배지성분을 완전히 제거하여 주었다. 완성된 락토바실러스 플랜타럼 LLP5273의 균체회수액은 멸균된 생리 식염수에 현탁하여 실험군 마우스 개체당 1일 108 CFU로 주사기를 이용하여 경구에 강제 급여할 수 있게 준비하였다.
식물성 스타놀 에스테르의 급여를 위해 시중에서 판매되는 마우스용 사료 중 지방과 콜레스테롤이 완전히 제거된 샘타코 사료를 구매하여 일반사료로 지칭하였고, 이 일반사료에 21.5 중량%의 지방과 1.25 중량%의 콜레스테롤을 첨가한 사료를 고콜레스테롤 유도를 위한 고콜레스테롤 사료로 제조하였다. 식물성 스타놀 에스테르는 라이시오 (Raisio co. Ltd., 핀란드) 사의 베네콜(Benecol)을 이용하였으며, 일반사료에 21.5 중량%의 지방, 1.25 중량%의 콜레스테롤 및 1.6중량%의 베네콜을 첨가하여 식물성 스타놀 에스테르 첨가사료로 제조하였다. 베네콜 첨가 농도의 경우, 베네콜을 이용하여 동물 및 임상 수준에서 혈중 콜레스테롤을 감소시켠 선행문헌을 참고하여 농도를 설정하였다.
(3) 동물실험 진행
상기 실시예에서 1주일간 케이지 적응을 마친 마우스를 대상으로 표 1과 같이 실험군을 편성하여 6주간 실험을 진행하였으며 12시간 암조건, 12시간 명조건 주기로 반복하면서 실험군에 따라 구강 주사투여를 통한 유산균 급여 및 사료를 통한 식물성 스타놀 에스테르 급여를 진행하였다. 6주 후 실험 종료와 함께 해당 실험동물을 해부하여 장기, 혈액 및 분변을 채취하여 주었다. 채취한 간 조직은 총 콜레스테롤, 중성지방, 유전자 분석에 사용하였고, 장 조직은 유전자 분석, 분변은 콜레스테롤 및 담즙산 배출량 분석에 이용하였다.
실험군 투여시료 급여 사료
CON 0.9% 생리식염수 일반사료
HCD 0.9% 생리식염수 고콜레스테롤 사료
(21.5중량% 지방, 1.25 중량% 콜레스테롤)
5273 락토바실러스 플랜타럼 LLP5273
(108 CFU/일)
고콜레스테롤 사료
(21.5중량% 지방, 1.25 중량% 콜레스테롤)
BNC 0.9% 생리식염수 식물성 스타놀 에스테르 첨가 사료
(20.9 중량% 지방, 1.25 중량% 콜레스테롤,
1.6 중량% 식물성 스타놀 에스테르)
5273+BNC 락토바실러스 플랜타럼 LLP5273
(108 CFU/일)
(4) 분변 내 콜레스테롤 (Sterol) 및 담즙산 분석
6주간의 동물실험 종료 후 해부 이전에 실험군 내 마우스 개체들의 분변을 채취하여 분변으로 배출되는 콜레스테롤 분석을 위하여 Total cholesterol assay kit (Cellbiolabs)를 사용하였다. 일정량의 분변 시료를 채취하여 분석키트의 방법에 따라 1ml의 콜레스테롤 추출용매에 담가 균질화시키고 원심분리하여 상등액을 수득하였고, 질소농축을 통하여 용매를 모두 제거한 다음 assay diluent를 1ml 첨가하여 농축된 지질 추출물을 현탁시켜 주고 ELISA Reader(Bio-Rad 680, USA)를 이용하여 540-570 nm에서 흡광도를 측정하여 주었다.
분변으로 배출되는 담즙산의 분석을 위해서는 일정량의 분변 시료를 110℃에서 24시간 동안 건조시킨 후, 무게를 측정하고 1ml의 수산화칼륨 (KOH, 4g KOH in ethylene glycol)을 첨가하여 200℃에서 15분간 반응시켜 주었다. 시료를 냉각 시킨 후, 1ml의 20% NaCl 용액과 0.2ml의 농축된 HCl을 첨가하고 혼합한 다음 6 ml의 디에칠-에테르 (Diethyl-ether)를 첨가한 후 1분간 현탁하고 2,000Xg에서 3분간 원심분리하여 상등액을 수득하였다. 이후 마우스 총 담즙산 분석 키트 (Mouse total bile acids assay kit, Crystal Chem, USA)를 사용하여 담즙산을 분석하였다.
분변으로 배출되는 콜레스테롤과 담즙산 분석 결과는 표 2에 나타내었다. 결과에 나타낸 것처럼 고콜레스테롤식 식이를 급여한 군에서의 콜레스테롤 배출량이 분변 1g 당 116.96±10.44 μmol이었던 것에 비해 LLP5273 균주 및 식물성 스타놀 에스테르를 급이한 군에서는 각각 분변 1 g당 141.83±10.91μmol과 138.41±12.83μmol로 콜레스테롤 배출량이 급격히 증가한 것을 확인할 수 있었다. 또한 LLP5273과 식물성 스타놀 에스테르를 함께 급이한 군에서는 분변 1g 당 202.91±14.77μmol의 콜레스테롤이 배출된 것으로 나타나 함께 사용할 경우 효과가 더욱 높아지는 것으로 확인되었다.
이는 본 발명자들이 발명한 락토바실러스 플랜타럼 LLP5273 유산균이 콜레스테롤의 직접적인 배출에도 영향을 준다는 것으로 추정할 수 있는 결과이며, LLP5273 균주의 효능으로 확인한 바 있었던 담즙산 분해능 및 HMG-CoA 환원효소 저해능 외에도 콜레스테롤을 직접적으로 배출시키는 기작도 존재함을 확인한 것이라 할 수 있다. 또한 이러한 LLP5273 균주를 식물성 스타놀 에스테르와 함께 사용하게 되면 그 효과가 더욱 증가하는 것으로 확인되었다.
분변 내 담즙산 배출량 분석 결과 LLP5273을 급이한 군이 8.04±1.13 μmol, 식물성 스타놀 에스테르를 급이한 군이 7.52±1.50 μmol로 고콜레스테롤식을 급이한 군이 분변 1g 당 7.02±1.66 μmol이었던 것에 비해 유의적으로 배출량이 증가한 것으로 확인되었으며, 이 경우에는 식물성 스타놀 에스테르에 의한 배출량 증가보다 LLP5273에 의한 담즙산 배출량 증가량이 더욱 높은 것으로 나타났다. 또한 LLP5273과 식물성 스타놀 에스테르를 함께 급이한 군에서는 분변 1 g 당 10.92±1.32 μmol의 담즙산이 배출된 것으로 나타나, 단독으로 급이할 경우보다 담즙산 배출이 더욱 증가하는 것을 확인하였다. 다시 말해, LLP5273과 식물성 스타놀 에스테르의 조합은 콜레스테롤 및 담즙산의 배출능이 매우 우수하며, 두 성분의 조합이 콜레스테롤 저하의 상승적 효과(synergenic effect)를 가짐을 확인할 수 있다.
실험군 간 무게
(g)
분변 내 콜레스테롤
(μmol/g 분변)
분변 내 담즙산
(μmol/g 분변)
CON 0.87±0.01 3.96±0.23 2.93±0.40
HCD 1.31±0.05 116.96±10.44 7.02±1.66
5273 1.30±0.03 141.83±10.91 8.04±1.13
BNC 1.26±0.04 138.41±12.83 7.52±1.50
5273+BNC 1.28±0.05 202.91±14.77 10.92±1.32
(5) 간 조직 내 지질 분석
6주간의 동물실험 종료 후 해부하여 채취한 마우스의 간 조직 무게를 측정한 다음, 간 조직 내 총 콜레스테롤 분석을 위하여 상기 실시예 1과 같은 방법으로 Total cholesterol assay kit(Cellbiolabs)를 사용하였다.
중성지방의 측정을 위해 간 조직 무게 측정 후, 350μl의 에탄올-수산화칼륨 용액 (95% Ethanol : 30% KOH = 2 : 1)에 담가 55℃에서 24시간 동안 처리하고 이후 50% 에탄올을 1000μl 첨가하여 현탁한 다음 원심분리하여 (15,000 x g, 10분) 주었다. 원심분리된 상등액을 새로운 튜브에 옮긴 후 50% 에탄올을 이용하여 상등액의 전체 부피를 1,200μl로 조정하여 준 다음 Sigma 사 (미국)의 중성지방 측정 키트(Triglyceride quantification kit)를 이용하여 중성지방 수치를 측정하였다.
6주간의 동물실험 후 간 조직 내 콜레스테롤과 중성지방을 분석한 결과는 표 3에 나타내었다. 결과에 나타낸 것처럼, 지방과 콜레스테롤을 전혀 첨가하지 않은 일반사료 급이군의 총 콜레스테롤이 간 1g 당 2.07±0.38 mg인 것에 비해 고콜레스테롤 사료 급이군에서는 간 1g 당 5.97±0.89 mg인 것으로 나타나 3배 가까이 차이가 나타나는 것으로 확인되었다. 반면 동일하게 고콜레스테롤 사료를 급이하면서 LLP5273 유산균과 식물성 스타놀 에스테르를 급이한 경우, 각각 5.60±0.61, 2.88±0.47으로 나타나 간 조직 내에서 합성되는 콜레스테롤을 저하시키는데 유용한 것으로 확인되었으며, 이 경우 LLP5273에 의한 효과보다는 식물성 스타놀 에스테르에 의한 효과가 더욱 큰 것으로 나타났다. 특히나 지방과 콜레스테롤을 전혀 첨가하지 않은 일반사료 실험군의 총 콜레스테롤이 간 1g 당 2.07±0.38 mg인 것으로 고려한다면 고지방식 및 고콜레스테를식을 하면서도 식물성 스타놀 에스테르를 함께 섭취하면 간 조직 내 콜레스테롤 합성량을 급격히 낮출 수 있을 것으로 예상된다. LLP5273과 식물성 스타놀 에스테르를 함께 급이하였을 경우엔 식물성 스타놀 에스테르만을 급이한 군에 비해 다소 높은 3.22±0.39 mg/간 1g으로 나타났다.
반면 중성지방의 경우엔 5개 실험군 내에 개체간에 차이가 많은 것으로 나타났으며 통계처리 결과에서도 크게 유의적인 차이가 없는 것으로 나타났다. 다만 LLP5273과 식물성 스타놀 에스테르를 함께 급여한 군에서 간 1g당 31.65±8.48 g으로 다소 낮은 중성지방 수치가 나타났으나 이 역시 실험군 내 개체간 차이가 많아 유의적인 결과로 보기엔 다소 어려운 것으로 확인되었다.
실험군 간 무게
(g)
총 콜레스테롤
(mg/g liver)
중성지방
(mg/g liver)
CON 0.87±0.01 2.07±0.38 48.68±6.53
HCD 1.31±0.05 5.97±0.89 36.08±19.08
5273 1.30±0.03 5.60±0.61 43.56±14.38
BNC 1.26±0.04 2.88±0.47 46.93±14.68
5273+BNC 1.28±0.05 3.22±0.39 31.65±8.48
(6) 콜레스테롤 대사 관련 유전자 발현 분석
지금까지 연구된 콜레스테롤 대사 관련 경로를 보면, 콜레스테롤 합성에 주로 관여하는 인자로는 간에서 SREBP-2, HMG-CoA 환원효소, LDL-Receptor 등이 알려져 있으며, 콜레스테롤 배출에 관련하여서 LXR-alpha, ABCG-5 등이 알려져 있고, 콜레스테롤 흡수 인자로는 NPC1L1 등이 알려져 있다. 또 간에서 주로 작용하는 인자인 CYP7A1의 경우 담즙산 생성 인자이며, 담즙산의 경우 콜레스테롤을 기질로 합성하기 때문에 직접적으로는 체내 담즙산 농도가 줄어들었을 경우, 즉 간접적으로는 콜레스테롤 농도가 감소되는 것과 유의적인 상관관계가 있을 것으로 알려진 인자이다.
따라서 간과 장의 조직 내 유전자 발현을 분석하여 콜레스테롤 대사 관련 유전자 발현량 변화 패턴을 확인하고자 하였다. 이를 위해 실험동물 해부 후 추출 키트를 (Easy-BLUE Total RNA Extraction Kit, iNitron, USA) 이용하여 채취된 간과 장 조직 내 RNA를 추출하였다. 이후의 실험은 cDNA 합성 키트 (High Capacity cDNA Reverse Transcription Kits, AB Biosystems, USA)를 이용하여 cDNA를 합성시키고 RT-PCR을 사용하여 각각의 유전자 발현량을 측정하였다. 확인된 mRNA 농도는 △△Ct 법을 이용하여 상대 정량하여 산출하였다.
간에서의 콜레스테롤 합성과 배출, 대사 조절 관련된 인자들의 발현량 분석결과는 표 4에 나타내었다. 표 4에 나타낸 것처럼 콜레스테롤 합성 인자 중 콜레스테롤 합성에 관련된 인자, 즉 HMG-CoA 환원효소 활성과 LDL-receptor, SREBP-2의 경우엔 고콜레스테롤식 급이군에 비해 LLP5273 급이군, 식물성 스타놀 에스테르 급이군과 2 종류를 함께 급이한 군에서 전반적으로 낮게 나타나는 것은 확인하였으나 유의적으로 큰 차이가 있는 것으로 보이긴 어려웠다. 콜레스테롤 대사 조절인자인 LXR-Alpha의 경우엔 LLP5273을 급이한 군에서 고콜레스테롤식 급이군에 비해 뚜렷하게 조절인자 발현량이 증가한 것으로 나타났으며, 반대로 담즙산 생성인자인 CYP7A1의 경우 뚜렷하게 높게 나타난 것으로 확인되었다. 콜레스테롤 조절인자인 LXR-Alpha의 경우 발현이 증가하고 담즙산 생성 인자가 증가한다는 결과에 따르면 간 조직 내 콜레스테롤이 배출됨에 따라 담즙산으로부터 콜레스테롤을 합성시키게 되며 이에 따라 담즙산 농도가 줄어들어 담즙산 생성 인자가 증가하는 것으로 추정할 수 있을 것이다. 따라서 LLP5273 유산균을 급이할 경우 간 조직 내에서 증가한 콜레스테롤 조절인자에 의해 콜레스테롤 배출이 높아질 것으로 예상된다.
구분 유전인자 mRNA 발현량 (Relative quantity)
CON HCD 5273 BNC 5273+BNC
콜레스테롤 합성 HMG-CoA
Reductase
1.00±0.08 0.45±0.19 0.35±0.12 0.33±0.11 0.24±0.63
LDL-Receptor 1.00±0.11 0.42±0.24 0.33±0.09 0.25±0.11 0.22±0.08
SREBP-2 1.02±0.21 0.37±0.17 0.37±0.09 0.23±0.08 0.20±0.06
콜레스테롤 배출 및 조절 ABGC5 1.01±0.16 1.96±0.23 1.71±0.49 0.89±0.05 0.88±0.35
LXR-alpha 1.01±0.12 0.59±0.08 0.77±0.13 0.42±0.13 0.39±0.11
담즙산 생성 CYP7A1 1.13±0.58 0.16±0.09 0.47±0.42 0.04±0.04 0.18±0.11
장에서의 콜레스테롤 대사 관련 유전자의 분석 결과는 도 1과 도 2에 나타내었다. 도 1에는 콜레스테롤 조절 인자인 LXR-Alpha와 콜레스테롤 배출 인자인 ABCG5에 대한 결과를 나타내었으며, LLP5273을 투여하였을 경우 콜레스테롤 조절인자인 LXR-Alpha의 발현량이 급격히 증가한 것을 확인하였으며 이 LXR-Alpha에 의해 발현되는 ABCG5 역시 급격히 증가한 것을 확인할 수 있었다. 반면 이 경우 식물성 스타놀 에스테르만을 첨가한 군에서는 고콜레스테롤식 급이군에 비해 뚜렷한 증가를 확인할 수는 없었지만 LLP5273과 함께 급이한 군에서는 역시 뚜렷한 증가를 확인할 수 있었다. 반면 장에서 콜레스테롤의 흡수에 관여하는 인자인 NPC1L1의 경우, LLP5273과 식물성 스타놀 에스테르를 단독 처리한 군에서 유의적으로 감소하였으며 혼합 처리한 군에서는 그 효과가 더욱 뚜렷하게 감소하는 것으로 확인되었다.
또한 ABCA1의 경우, 초기 흡수된 콜레스테롤을 이용하여 고밀도 지단백 (HDL, High Density Lipoprotein)으로 합성하는 역할을 주로 하는 것으로 알려져 있는데 LLP5273을 처리한 군에서 뚜렷하게 증가하였으나 상기 다른 유전인자와 다르게 혼합 처리한 군에서 뚜렷한 상승적 효과는 확인되지 않는 것으로 추정된다.
앞서 간에서의 유전자 분석을 한 상기 실시예와 비교하여 보면 LLP5273을 처리하였을 때 간보다는 장에서의 유전자 발현량이 유의적으로 우세한 결과가 나타났으며, 이는 일반적인 유산균이 장에서 역할을 하는 것으로 알려진 결과들과 어느 정도 부합하는 결과라고 볼 수 있을 것이다.
또한 LLP5273 유산균과 식물성 스타놀 에스테르를 혼합 처리하였을 경우 간보다는 장에서의 콜레스테롤과 담즙산 배출량이 뚜렷하게 증가하였으며 이에 따른 유전인자 발현량도 증가하는 것으로 확인되었다.
상기의 실시예들을 토대로 한 결과, 락토바실러스 플랜타럼 LLP5273 유산균과 식물성 스타놀 에스테르는 혈중 콜레스테롤 저하를 위해 작용하는 기작 혹은 작용방법이 유사한 부분도 있지만 서로 다른 기작으로 상이하여 공통으로 갖지 않은 부분도 존재하는 것으로 확인되었다.
따라서 LLP5273 유산균과 식물성 스타놀 에스테르를 함께 급여할 경우 콜레스테롤 저하를 위한 기작을 서로 보완이 가능할 것으로 판단되며 콜레스테롤 배출에 있어 상승적 효과를 보여줌으로써 결론적으로 체내 콜레스테롤 저하에 도움을 줄 수 있을 것으로 예상되었다.
실시예 2: 락토바실러스 플랜타럼 LLP5273 의 동결건조 원료 제조
LLP5273 유산균의 발효유 테스트를 위해 동결건조 원료로서 스타터를 제조하고자 하였다. 동결보존 중인 LLP5273 유산균을 MRS 평판배지에서 활성화시킨 다음 일정 콜로니를 채취하여 MRS 액상배지에 접종한 다음 37℃에서 24시간 동안 배양하여 종균배양액을 제조하였다. 평판배지에서 활성화시킨 콜로니와 종균배양액은 ㈜메디오젠(충북 제천, 대한민국)에 송부 및 의뢰하여 식용가능 배지와 부형제를 사용하여 동결건조 원료로서 제조하였다. 제조한 동결건조 원료의 주부형제는 말토덱스트린, 생균수는 1.4 x 1011 CFU/g 이었으며, 수분은 1.6±0.2% 인 것으로 확인되었다.
실시예 3: 락토바실러스 플랜타럼 LLP5273 의 우유 내 발효력 확인
(1) 조성별 우유 발효력 확인
상기 실시예 1에서 제조한 락토바실러스 플랜타럼 LLP5273 균주를 우유 기반 배지에서 발효시키기 위한 최적 조성을 확인하고자 하였다. 우유는 시중에서 시판되는 파스퇴르 우유를 (롯데푸드 파스퇴드) 구매하여 사용하였으며, 제조일 기준하여 5일 이내에 실험에 소진하는 것을 원칙으로 하였다. 시중 우유를 기반하여 탈지분유와 포도당 첨가 유무에 따라 LLP5273 균주의 발효력을 비교하기 위해 각각 제조한 우유 배지에 LLP5273 균주 동결건조 원료를 0.001 중량% 접종한 다음 37℃에서 배양하면서 시간대별 생균수를 측정하였으며 그 결과는 표 1에 나타내었다. 탈지분유는 4 중량%, 포도당은 4 중량%를 첨가하였으며 모두 첨가할 경우엔 각각 2 중량%씩을 첨가하여 주었다. 결과에 나타낸 것처럼 LLP5273 균주의 경우 우유 단독 혹은 우유와 탈지분유만을 첨가하였을 경우엔 배양 12시간까지 생균수에 유의적인 변화가 나타나지 않았으며 배양 24시간째에 102 정도가 증가한 것으로 확인되었다. 반면 포도당을 첨가하였을 경우엔 접종시간 기준하여 6시간 이후부터 서서히 생균수가 증가하여 배양 12시간 째에는 포도당만 첨가한 군에서 3.4 x 108, 포도당과 탈지분유를 함께 첨가한 군에서 4.9 x 108까지 증가한 것으로 확인되었으며 배양 24시간 째에는 109 수준까지 증가하였다. 이 경우 포도당만을 첨가한 군과 탈지분유와 포도당을 함께 첨가한 군의 시간대별 생균수를 비교한 결과 두 실험군 간에는 유의적인 차이가 없는 것으로 확인되었다.
이 결과에 의하면 LLP5273 유산균은 다른 유산균에 비해 우유에 많은 것으로 알려져 있는 락토오스 (Lactose) 분해능이 다소 약한 것으로 추정되며 이는 LLP5273 균주가 김치 유래 유산균임을 고려할 수 있을 것이다. 따라서 LLP5273 균주를 이용한 발효유 제조를 위해서는 포도당을 첨가하는 것이 유리할 것으로 판단하였으며, 일반적인 발효유 제조 시 일정량의 탈지분유 첨가 시 발효유의 조직감과 관능을 향상시키는 점을 고려하여 포도당과 탈지분유를 함께 첨가하는 것으로 최종 결정하였다.
배양시간
(시간)
생균수 (CFU/ml)
우유 단독 우유+탈지분유 우유+포도당 우유
탈지분유+포도당
0 2.7 x 106 2.2 x 106 1.9 x 106 2.3 x 106
2 2.2 x 106 1.8 x 106 1.8 x 106 2.1 x 106
4 2.2 x 106 1.4 x 106 2.4 x 106 2.3 x 106
6 1.9 x 106 2.5 x 106 5.1 x 107 4.4 x 107
8 2.5 x 106 1.9 x 106 1.4 x 108 1.9 x 108
10 2.6 x 106 2.3 x 106 2.9 x 108 2.2 x 108
12 3.1 x 106 2.2 x 106 3.4 x 108 4.9 x 108
24 5.5 x 108 6.3 x 108 1.6 x 109 1.3 x 109
(2) 포도당 농도별 우유 발효력 확인
첨가되는 포도당의 농도에 따라 우유 배지 내 발효력이 차이가 있는지 확인하고자 하였다. 상기 실시예에서와 동일한 방법에 따라 탈지분유 4 중량%를 첨가한 우유 배지에 포도당을 각각 1, 2, 3, 4, 5 중량% 첨가한 다음 배양시간에 따라 생균수를 측정하여 표 2에 나타내었다. 결과에 나타낸 것처럼 포도당을 1 중량% 첨가할 경우 접종 기준 10시간째에 생균수에서 101 수준이 증가하는 것으로 확인되었으며 24시간째에 8.3 x 108 CFU/g으로 나타났다. 이는 상기 실시예에서 포도당을 전혀 첨가하지 않은 실험군에 비해 발효시간 및 생균수에서 다소 향상은 되었으나 유의적으로 증가한 결과로 보기엔 어려운 것으로 확인된다. 반면 포도당을 2 내지 5 중량% 첨가할 경우 유사한 수준에서 생균수가 증가하는 것으로 나타났다. 이는 일정 농도 이상의 탄소원이 첨가될 경우 그 이용성에서 큰 차이가 없어지는 것으로 추정되며 보통 유산균 생육을 위한 배지에 탄소원이 2 중량% (20g/L) 수준으로 첨가되는 것을 고려한다면 유사한 결과라 할 수 있겠다.
따라서 LLP5273 유산균의 생장을 위한 포도당 농도는 2 내지 5 중량% 가 유리한 것으로 여겨지며, 특히 경제성을 고려하여 2 중량%가 가장 적당할 것으로 여겨진다.
배양시간
(시간)
생균수 (CFU/ml)
포도당 1중량% 포도당 2 중량% 포도당 3 중량% 포도당 4 중량% 포도당 5중량%
0 1.4 x 106 1.6 x 106 1.8 x 106 1.8 x 106 1.8 x 106
2 1.7 x 106 1.9 x 106 2.3 x 106 2.2 x 106 1.7 x 106
4 1.7 x 106 2.9 x 106 3.1 x 106 2.6 x 106 2.2 x 106
6 1.8 x 106 3.6 x 107 5.8 x 107 6.2 x 107 2.8 x 107
8 3.2 x 106 4.1 x 108 1.9 x 108 2.3 x 108 5.3 x 108
10 1.1 x 107 7.4 x 108 5.3 x 108 4.5 x 108 6.7 x 108
12 5.4 x 107 7.6 x 108 7.2 x 108 5.7 x 108 6.2 x 108
24 8.3 x 108 1.5 x 109 1.5 x 109 1.6 x 109 1.8 x 109
실시예 4: 식물성 스타놀 에스테르 농도 최적화
혈중 콜레스테롤 저하로 잘 알려져 있는 식물성 스타놀 에스테르의 경우 많은 국가의 보건 당국과 연구진들에 의하면 일일 2 내지 3g 이상을 섭취하라고 권장하고 있으며 해외의 경우 발효유, 두유, 버터 등에 첨가하여 섭취하고 있는 경우가 많다. 상기의 락토바실러스 플랜타럼 LLP5273 균주를 이용하여 발효유 제조에 적합한 식물성 스타놀 에스테르 농도를 확인하고 각각의 농도에 따라 유산균의 생장성에 영향이 있는지 확인하고자 하였다.
하지만 많은 식물 유래 지질성분들이 미생물의 생장을 저해시키는 성분이 존재할 확률이 있다고 알려진 만큼, 본 발명자들이 사용하고자 하는 식물성 스타놀 에스테르에 의해 LLP5273 균주 생장에 저해가 되지는 않는지 또한 임상적으로 유효한 농도 투여가 가능한지에 대해 최적의 투여농도를 확립하는 것이 필수적이다.
따라서 락토바실러스 플랜타럼 LLP5273 유산균과 식물성 스타놀 에스테르를 0, 1, 2, 3, 4, 5, 10 중량% 첨가하였을 때 우유 배지에서의 생장성을 확인하고자 하였다. 우유 배지의 최종 중량은 100g을 기준하였으며 이에 맞추어 탈지분유 4 중량% 및 포도당 2 중량%를 첨가하였고 식물성 스타놀 에스테르를 중량 기준하여 첨가하였다. 첨가되는 식물성 스타놀 에스테르의 농도에 따른 LLP5273 유산균 생장성은 도 3에 나타내었다.
도 3에 나타낸 것처럼 식물성 스타놀 에스테르의 첨가 농도를 증가시켜도 LLP5273 유산균의 생장성에는 유의적인 변화가 나타나지 않았으며 식물성 스타놀 에스테르에 생장 억제능이 있는 것으로 볼 수는 없었다. 그러나, 식물성 스타놀 에스테르의 농도가 높아질수록 특히 5 중량% 이상 첨가되면 원료 특유의 풀취 같은 향이 높아지면서 관능적으로 문제가 발생하였으며, 점도의 상승과 식감적으로 미끈거림이 향상되는 것을 확인하였다. 또한 식물성 스타놀 에스테르와 관련하여 그 동안의 선행 연구를 보면 일일 2 내지 3 g 정도를 섭취해야 콜레스테롤에 유의적 영향을 줄 수 있다고 하였으며 이에 따라 식물성 스타놀 에스테르의 최적 농도는 2 내지 4 중량%로 결정하였다.
제조예 1: LLP5273 과 식물성 스타놀 에스테르를 이용한 발효유 제조
상기 실시예에서 확인된 결과를 토대로 발효유을 제조하기로 하였다. 상용으로 판매하는 우유(파스퇴르, 한국) 1 kg에 포도당 25g, 탈지분유 40g을 첨가하였고 식물성 스타놀 에스테르 30g을 첨가한 다음 121℃에서 20분 동안 가압살균 (autoclave)한 다음 30℃로 식혀 준비하였다. 준비된 우유배지에 LLP5273 유산균 동결건조물 (생균수 기준 1.4 x 1011 CFU/g) 0.02g을 첨가한 다음 37℃로 유지되는 배양기에서 24시간 발효한 다음 회수하여 4℃로 유지되는 냉장고에서 8시간 방치하여 주었다. 배양이 완료되어 최종 회수된 발효유는 985g이었으며 발효유 내 생균수는 1.3 x 109 CFU/g, 최종 pH는 4.1인 것으로 확인되었다.
이상으로 본 발명에 대해 상세히 설명하였다. 다만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에 의해 정해진다.

Claims (10)

  1. 락토바실러스 플랜타럼 (Lactobacillus plantarum) LLP5273 균주 배양액의 동결 건조물 및 식물성 스타놀 에스테르를 포함하는 발효유로서,
    상기 균주 배양액의 동결 건조물은 발효유 전체 중량에 대해 0.001 내지 0.01 중량%, 상기 식물성 스타놀 에스테르는 발효유 전체 중량에 대해 2 ~ 4 중량%를 포함하고,
    상기 발효유는 콜레스테롤 조절 인자인 LXR-Alpha와 콜레스테롤 배출 인자인 ABCG5의 mRNA 발현양을 증가시키며, 콜레스테롤 흡수 인자인 NPC1L1의 mRNA 발현양을 감소시키는 것을 특징으로 하는 콜레스테롤 및 담즙산 배출능이 있는 기능성 발효유.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 동결 건조물에는 락토바실러스 플랜타럼 (Lactobacillus plantarum) LLP5273 균주의 생균수가 1.0 x 1010 ~ 1.0 x 1011 CFU/g인 것을 특징으로 하는 콜레스테롤 및 담즙산 배출능이 있는 기능성 발효유.
  4. 삭제
  5. 제 1 항 또는 제 3 항 중에서 선택된 어느 한 항에 있어서, 상기 발효유는 포도당 또는 탈지분유 또는 이들의 혼합물을 추가적으로 더 포함하는 것을 특징으로 하는 콜레스테롤 및 담즙산 배출능이 있는 기능성 발효유.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 포도당은 발효유 전체 중량에 대해 2 ~ 5 중량%인 것을 특징으로 하는 콜레스테롤 및 담즙산 배출능이 있는 기능성 발효유.
  7. 제 5 항에 있어서, 상기 탈지분유는 발효유 전체 중량에 대해 1 ~ 5 중량%인 것을 특징으로 하는 콜레스테롤 및 담즙산 배출능이 있는 기능성 발효유.
  8. 우유와, 포도당 또는 탈지분유 또는 이들의 혼합물을 포함하는 주원료에, 식물성 스타놀 에스테르 2 ~ 4 중량%를 넣고 가압 살균하는 단계; 및
    가압 살균한 우유를 식힌 후, 락토바실러스 플랜타럼 (Lactobacillus plantarum) LLP5273 균주의 동결 건조물을 0.001 내지 0.01 중량%를 첨가하고 발효하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 제1항에 따른 콜레스테롤 및 담즙산 배출능이 있는 발효유의 제조방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 균주의 동결 건조물에는 락토바실러스 플랜타럼 (Lactobacillus plantarum) LLP5273 균주의 생균수가 1.0 x 1010 ~ 1.0 x 1011 CFU/g 인 것을 특징으로 하는 콜레스테롤 및 담즙산 배출능이 있는 발효유의 제조방법.
  10. 제 1 항 또는 제 3 항 중에서 선택된 어느 한 항의 발효유를 건조하여 얻은 콜레스테롤 및 담즙산 배출능이 있는 발효유의 건조 분말.
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