KR102401050B1 - Functional food evaluation method and kit - Google Patents

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Abstract

기능성 식품을 모의소화와 분변 미생물을 이용하여 발효시킨 후, 미생물 생태변화 또는 단쇄지방산의 변화를 분석하여 식품을 평가하는 방법을 제공한다.After fermenting functional food using simulated digestion and fecal microorganisms, it provides a method for evaluating food by analyzing changes in microbial ecology or changes in short-chain fatty acids.

Description

기능성 식품 평가방법 및 키트{Functional food evaluation method and kit}Functional food evaluation method and kit {Functional food evaluation method and kit}

본 발명은 기능성 식품 평가 방법 및 이를 이용하는 키트에 관한 것이다. 구체적으로 식품을 인공적으로 소화시키고, 분변 미생물을 이용하여 발효시켜 식품이 장내 환경 변화에 미치는 영향을 미생물 또는 단쇄지방산(short chain fatty acid, SCFA)을 분석하여 식품의 기능성을 평가하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a functional food evaluation method and a kit using the same. Specifically, it relates to a method of evaluating the functionality of food by artificially digesting food and fermenting it using fecal microorganisms to analyze the effect of food on changes in the intestinal environment by analyzing microorganisms or short chain fatty acids (SCFA) .

건강 기능성 식품은 일상 식사에서 결핍되기 쉬운 영양소나 인체에 유용한 기능을 가진 원료나 성분(이하 기능성원료)을 사용하여 제조한 식품으로 건강을 유지하는 데 도움을 주는 식품이다. 식품의약품 안전처는 동물시험, 인체적용 시험 등의 과학적 근거를 평가하여 기능성 원료를 인정하고 있다. 그러나 개인별 장내 미생물에 따라 동일한 음식을 섭취하여도 같은 효과를 얻을 수 없다. Functional health food is a food manufactured using raw materials or ingredients (hereinafter referred to as functional raw materials) that are easily deficient in daily meals or have useful functions to the human body and are foods that help maintain health. The Ministry of Food and Drug Safety evaluates scientific evidence such as animal testing and human application testing to recognize functional ingredients. However, the same effect cannot be obtained even if the same food is consumed depending on the individual intestinal microflora.

인체에 자연적으로 존재하는 모든 미생물군의 집합체를 인간 마이크로비옴(human microbiome)이라 한다. 인체 미생물(human microbiota)은 피부, 구강, 치아, 생식기, 호흡기, 위장관 등 여러 신체 부위에 존재하나, 이 중 가장 많고 다양한 종류의 미생물을 보유하고 있는 곳은 위장관(gastrointestinal tract)이다. The aggregate of all microorganisms naturally present in the human body is called the human microbiome. Human microbiota exist in various parts of the body, such as the skin, oral cavity, teeth, genitals, respiratory tract, and gastrointestinal tract, but the gastrointestinal tract contains the largest and most diverse types of microorganisms.

일반적으로 장내세균은 일정한 균형 상태를 이루고 있다. 그러나 균형을 깨트리는 여러 가지 요인, 즉 육류의 다량 섭취나 항생물질의 남용, 스트레스 등이 장기간에 걸쳐 가해지거나 노화가 되면 균 총을 정상상태로 회복하는 활동이 약해지게 된다. 장내 균 총의 균형이 무너지면 장내 균 총 중 대표적인 유익균인 비피더스균(bifidobacterium)은 감소하고 대표적인 유해균인 클로스트리듐이나 병원성 대장균 등은 증가한다.In general, intestinal bacteria are in a certain balanced state. However, if various factors that disturb the balance, such as a large amount of meat intake, abuse of antibiotics, stress, etc., are applied over a long period of time or with aging, the activity of restoring the flora to a normal state becomes weak. When the balance of the intestinal flora is disrupted, bifidobacterium , a representative beneficial bacteria in the intestinal flora, decreases, and representative harmful bacteria such as Clostridium and pathogenic E. coli increase.

단기적으로는 병원균의 침입이나 유해균의 이상증식이 일어나면 그것을 배설하는 현상으로서 설사가 일어날 수 있고 유익균이 감소하면 장의 연동운동이 활발치 못한 것 등의 원인으로 변비가 일어나기도 하며, 장기적으로는 유해균들이 생성하는 각종 부패성 물질이나 발암물질 등이 복합적으로 작용하여 면역력을 감퇴시키며 고지혈증이나 동맥경화, 암 등 다양한 성인병과 노화가 발생하기 쉽게 된다.In the short term, when pathogens invade or abnormal growth of harmful bacteria occurs, diarrhea may occur as a phenomenon of excretion. Various decomposing substances or carcinogens produced combine to decrease immunity, and various adult diseases such as hyperlipidemia, arteriosclerosis, and cancer and aging are easy to occur.

장내 미생물은 인간이 소화하기 어려운 음식들을 소화 가능한 형태로 분해한다. 인간이 가지고 있는 효소로 분해하지 못하는 식물성 다당류를 분해하여, 아세테이트(acetate), 프로피오네이트(propionate), 부틸레이트(butyrate)와 같은 단쇄지방산(short chain fatty acid, SCFA)을 생성한다. 이들 산물은 에너지의 확보와 소화를 돕는 등의 대사 기능 조절 작용 외에도, 점막 면역계의 성숙과 발달, 신경계와의 상호작용, 인체 항상성 유지와 관련된 다양한 기능을 수행하여 건강에 유익한 영향을 준다. The gut microbes break down foods that are difficult for humans to digest into digestible forms. By decomposing plant polysaccharides that cannot be broken down by human enzymes, short chain fatty acids (SCFAs) such as acetate, propionate, and butyrate are produced. These products have a beneficial effect on health by performing various functions related to the maturation and development of the mucosal immune system, interaction with the nervous system, and maintenance of homeostasis in the body, in addition to regulating metabolic functions such as securing energy and helping digestion.

장내 미생물과 아토피 피부염, 비만, 암, 당뇨 등 다른 질환과의 관련성을 밝힌 연구는 빠르게 진행되고 있으며, 시장에서는 몇 년 안에 마이크로바이옴을 활용한 개인맞춤형 의료가 현실화될 것으로 전망되고 있다. Research that reveals the relationship between the intestinal microbiota and other diseases such as atopic dermatitis, obesity, cancer, and diabetes is progressing rapidly, and the market is predicting that personalized medicine using the microbiome will become a reality within a few years.

하지만 장내 미생물 기반 개인 맞춤형 기능성 식품 시장은 미미하게 진행되고 있다. 이에 따라 장내 미생물을 기반으로 하는 개인 맞춤형 기능성 식품을 개발하기 위한 시스템 개발이 필요한 실정이다. However, the market for personalized functional food based on intestinal microbes is progressing insignificantly. Accordingly, there is a need to develop a system for developing personalized functional food based on intestinal microbes.

대한민국 등록특허 제10-1875311호Republic of Korea Patent No. 10-1875311

본 발명의 목적은 대상식품에 인공소화액을 첨가하여 소화산물을 제조하는 단계, 상기 소화산물에 분변 미생물을 첨가하여 발효산물을 제조하는 단계, 상기 발효산물에서 16S rDNA 유전자의 V4 가변영역의 염기서열을 분석하여 미생물 생태를 확인하는 단계 및 상기 대상식품 발효산물의 미생물 생태와 표준식품 발효산물의 지표 유익균 또는 지표 유해균을 비교하는 단계를 포함하는 기능성 식품의 평가방법을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to prepare a digestion product by adding artificial digestive juice to a target food, to prepare a fermentation product by adding fecal microorganisms to the digestion product, and the base sequence of the V4 variable region of the 16S rDNA gene in the fermentation product It is to provide a functional food evaluation method comprising the steps of analyzing the microbial ecology and comparing the microbial ecology of the target food fermented product and the indicator beneficial bacteria or indicator harmful bacteria of the standard food fermented product.

본 발명의 다른 목적은 인공소화액, 장내조성배지 및 분변 미생물을 포함하는 기능성 식품 평가용 키트를 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a kit for functional food evaluation comprising an artificial digestive juice, an intestinal composition medium and fecal microorganisms.

상기의 목적을 달성하기 위한 하나의 양태로서, 본 발명은 기능성 식품의 평가방법을 제공한다. As one aspect for achieving the above object, the present invention provides a method for evaluating functional food.

상기 기능성 식품의 평가방법은 대상식품에 인공소화액을 첨가하여 소화산물을 제조하는 단계, 상기 소화산물에 분변 미생물을 첨가하여 발효산물을 제조하는 단계, 상기 발효산물에서 16S rDNA 유전자의 V4 가변영역의 염기서열을 분석하여 미생물 생태를 확인하는 단계 및 상기 대상식품 발효산물의 미생물 생태와 표준식품 발효산물의 지표 유익균 또는 지표 유해균을 비교하는 단계를 포함한다.The evaluation method of the functional food includes the steps of adding an artificial digestive juice to the target food to prepare a digestive product, adding a fecal microorganism to the digestive product to prepare a fermentation product, and in the fermentation product, the V4 variable region of the 16S rDNA gene. A step of confirming the microbial ecology by analyzing the nucleotide sequence and comparing the microbial ecology of the target food fermented product with the indicator beneficial bacteria or indicator harmful bacteria of the standard food fermented product.

상기 소화산물을 제조하는 단계는 대상식품에 인공소화액을 첨가하여 인공적으로 대상식품을 소화시키는 과정이다. 구체적으로 시험관에서 대상식품을 모의타액을 첨가하여 구강에서의 소화과정을 수행하고, 상기 구강 소화산물에 모의 위액을 첨가하여 위에서의 소화를 거친 후, 상기 위장 소화산물에 모의 소장액을 첨가하여 소장에서의 소화과정을 수행하는 것을 특징으로 한다. The step of preparing the digestion product is a process of artificially digesting the target food by adding an artificial digestive juice to the target food. Specifically, in a test tube, simulated saliva is added to the target food to perform a digestion process in the oral cavity, and after gastric digestion is performed by adding simulated gastric juice to the oral digestion product, simulated small intestine fluid is added to the gastric digestion product to add simulated small intestine. It is characterized in that it performs the digestion process in

본 발명에서 "대상식품"은 통상적인 선정방식에 따라 기능성을 가진 것으로 추정되거나 또는 무작위로 선별된 식품을 의미한다.In the present invention, "target food" means a food that is estimated to have functionality or randomly selected according to a conventional selection method.

본 발명에서 "기능성"은 사람의 건강에 유효하게 작용하여 건강의 유지, 증진, 질병을 예방 또는 방지하는 것을 의미하며, 구체적으로 장내의 유익균을 비중을 증가시키고 유해균의 비중을 감소시키거나, 또는 단쇄지방산의 장내 생성을 증가시켜 건강의 유지, 증진, 질병을 예방 또는 방지하는 것일 수 있다.In the present invention, "functional" means to maintain, promote, prevent or prevent disease by effectively acting on human health, and specifically increase the specific gravity of beneficial bacteria in the intestine and reduce the specific gravity of harmful bacteria, or By increasing the intestinal production of short-chain fatty acids, it may be to maintain, promote health, prevent or prevent disease.

본 발명에서 "인공소화액"은 시험관에서 소화과정을 재현하기 위해 인공적으로 제조한 모의 타액, 모의 위액, 모의 소장액을 포함한다. 상기 인공소화액은 각 구강, 위 또는 소장에서 분비되는 소화효소를 포함한다. In the present invention, "artificial digestive fluid" includes simulated saliva, simulated gastric juice, and simulated small intestine fluid artificially prepared to reproduce the digestive process in a test tube. The artificial digestive fluid includes digestive enzymes secreted from each oral cavity, stomach or small intestine.

본 발명의 일실시예에서 빛이 차단되는 시험관에서 모의타액을 넣고 2분간 구강 소화과정을 진행하였으며, 상기 구강 소화산물에 모의위액을 넣고 pH 2로 조정하여 2시간 동안 위에서의 소화과정을 수행하였다. 다음으로 상기 위의 소화산물에 모의 소장액을 첨가하여 2시간 동안 소화과정을 수행하였다. In an embodiment of the present invention, simulated saliva was put in a test tube blocked from light and oral digestion was carried out for 2 minutes. . Next, simulated small intestine fluid was added to the above digestion product, and the digestion process was performed for 2 hours.

따라서 본 발명의 소화산물은 대상식품을 구강, 위, 소장의 소화액을 순차적으로 소화과정이 진행된 결과물 이다Therefore, the digestion product of the present invention is the result of sequentially digesting the target food with the digestive juices of the oral cavity, stomach, and small intestine.

상기 발효산물을 제조하는 단계는 상기 소화산물에 분변 유래 미생물을 첨가하여 발효시키는 단계로, 장내 조성배지를 이용하여 소화산물과 분변 미생물을 혐기성 배양시키는 것을 특징으로 한다.The step of preparing the fermentation product is a step of fermenting by adding a fecal-derived microorganism to the digestion product, and it is characterized in that the digestion product and the fecal microorganism are anaerobically cultured using an intestinal composition medium.

본 발명의 일실시예에서 분변 발효 당일 채취한 사람의 분변을 PBS에 현탁하고 부유물을 제거하여 분변 미생물만 채취하여 사용하였다. 상기 PBS는 혐기성 챔버에 산소를 모두 제거하여 사용하였다. In one embodiment of the present invention, human feces collected on the day of fecal fermentation were suspended in PBS, suspended matter was removed, and only fecal microorganisms were collected and used. The PBS was used by removing all oxygen in the anaerobic chamber.

따라서 본 발명의 "분변 미생물"은 분변에서 채취된 미생물로 산소가 제거된 PBS에 분변을 현탁하여 부유물을 제거하고 채취된 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. Therefore, the "fecal microorganism" of the present invention may be a microorganism collected from feces, which may be obtained by suspending feces in PBS from which oxygen has been removed to remove suspended matter, but is not limited thereto.

바람직하게는 기능성 식품의 미섭취 대상자에서 분리된 분변을 이용할 수 있다. 대상자에서 분리된 분변 미생물을 이용하여 기능성 식품을 평가할 경우, 대상자 개인에서 대상식품이 미치는 기능성 효과를 평가할 수 있어, 개인 맞춤형 식품 처방 및 개발에 유용하게 활용될 수 있다.Preferably, it is possible to use feces separated from subjects who do not consume functional food. When a functional food is evaluated using fecal microorganisms isolated from a subject, the functional effect of the subject food can be evaluated on an individual subject, which can be usefully used for personal customized food prescription and development.

본 발명의 일실시예에서 상기 소화산물에 상기 분변 미생물과 장내 조성배지를 넣고 혐기성 챔버에서 배양하였으며 분변 미생물과 장내조성배지의 비율은 1:10(w/v)의 비율이 되도록 첨가하였다. 이때 장내 조성배지는 식품으로 인한 발효만을 평가하기 위해 펩톤, 효모 추출물과 같은 영양소를 제거하여 사용하였다. In an embodiment of the present invention, the fecal microorganism and the intestinal composition medium were added to the digestion product and cultured in an anaerobic chamber. At this time, the intestinal composition medium was used by removing nutrients such as peptone and yeast extract to evaluate only the fermentation caused by food.

따라서 본 발명의 발효산물은 인공소화액으로 소화시킨 소화산물에 분변미생물과 장내조성배지를 첨가하여 혐기성 조건으로 발효시켜 제조할 수 있다. Therefore, the fermentation product of the present invention can be prepared by adding fecal microorganisms and intestinal composition medium to the digestion product digested with artificial digestive juice and fermenting it under anaerobic conditions.

상기 미생물을 확인하는 단계는 상기 발효산물에서 DNA를 분리하고 미생물 생태를 분석하기 위해 16S rDNA 유전자의 염기서열을 분석하는 단계이다. The step of identifying the microorganism is a step of isolating DNA from the fermentation product and analyzing the nucleotide sequence of the 16S rDNA gene to analyze the microbial ecology.

상기 미생물 분석에는 공지된 미생물의 16S rDNA 유전자의 V4 가변영역의 염기서열을 이용할 수 있다.The nucleotide sequence of the V4 variable region of the 16S rDNA gene of a known microorganism may be used for the analysis of the microorganism.

본 발명에서 "미생물 생태"는 서식하는 다양한 미생물 집단, 군집 또는 무리를 의미한다. 보다 구체적으로 상기 미생물 생태는 발효산물을 제조하는 혐기성 상태에서 서식하는 다양한 미생물 집단, 군집 또는 무리를 의미한다. In the present invention, "microbial ecology" refers to various microbial populations, communities or groups inhabiting. More specifically, the microbial ecology refers to various microbial populations, communities or groups living in an anaerobic state for producing fermentation products.

상기 미생물 생태를 확인하는 단계는 상기 미생물을 확인하는 단계에서 얻어진 16S rDNA 유전자의 염기서열을 기반으로, 해당 환경 내 존재하는 미생물들을 Taxonomy(분류학)에 따라 속(Genus) 수준 또는 종(Species) 수준까지 분류(Classification)하고, 각 미생물들의 분포 비율을 확인하는 단계이다.In the step of confirming the microbial ecology, based on the base sequence of the 16S rDNA gene obtained in the step of identifying the microorganism, the microorganisms present in the environment are classified according to Taxonomy (Genus) level or species (Species) level It is a step to classify and confirm the distribution ratio of each microorganism.

상기 지표 유익균 또는 지표 유해균을 비교하는 단계는 상기 미생물 생태를 확인하는 단계에서 분석된 미생물 분포 분석결과를 이용하여 상기 대상식품의 발효산물의 유익균 또는 유해균과 표준식품의 발효산물의 지표 유익균 또는 지표 유해균을 비교하는 단계이다. 구체적으로 대상식품 발효산물의 유익균의 풍부도과 표준식품 발효산물의 지표 유익균의 풍부도를 비교하는 것일 수 있으며, 대상식품 발효산물의 유해균의 풍부도와 표준식품 발효산물의 지표 유해균의 풍부도를 비교하는 것일 수 있다.In the step of comparing the indicator beneficial bacteria or indicator harmful bacteria, the beneficial bacteria or harmful bacteria of the fermented product of the target food and the indicator beneficial bacteria or indicator harmful bacteria of the fermented product of the standard food using the microbial distribution analysis result analyzed in the step of confirming the microbial ecology is a step to compare Specifically, it may be to compare the abundance of beneficial bacteria in the fermented product of the target food and the abundance of beneficial bacteria in the index of the fermented standard food, and compare the abundance of harmful bacteria in the fermented product of the target food and the abundance of harmful bacteria in the index of the fermented standard food. it could be

본 발명에서 "유익균"은 섭취 시 인간의 건강에 유익한 영향을 주는 균으로, 장내에서 단쇄지방산의 생성을 촉진하거나, 또는 젖산을 생산하여 유해균의 장내 증식을 억제하는 것일 수 있다. In the present invention, "beneficial bacteria" are bacteria that have a beneficial effect on human health when ingested, and may promote the production of short-chain fatty acids in the intestine or inhibit the intestinal proliferation of harmful bacteria by producing lactic acid.

본 발명에서 "유해균"은 장에 암모니아, 유화수소, 과산화지질을 포함하는 독소와 노폐물을 쌓아 질병을 유발하는 것으로 알려진 균을 의미한다. In the present invention, "harmful bacteria" refers to bacteria known to cause diseases by accumulating toxins and waste products including ammonia, hydrogen emulsion, and lipid peroxide in the intestine.

본 발명에서 "지표 유익균"은 표준식품의 발효산물에 포함된 유익균을 의미한다.In the present invention, "indicator beneficial bacteria" means beneficial bacteria contained in the fermented product of standard food.

본 발명에서 "지표 유해균"은 표준식품의 발효산물에 포함된 유해균을 의미한다.In the present invention, "indicator harmful bacteria" means harmful bacteria included in the fermented product of standard food.

본 발명의 일실시예에서 분변 미생물만을 발효시킨 후 6시간 이후에 Chao 1이 감소하여 종의 부유함(species richness)이 감소하는 것을 확인하였으며, Shannon 역시 6시간 이후에 감소하여, 종의 균등성(species evenness)이 감소하는 것을 확인하였다. In one embodiment of the present invention, after fermenting only fecal microorganisms, it was confirmed that Chao 1 decreased after 6 hours to decrease species richness, and Shannon also decreased after 6 hours, resulting in species uniformity (species richness). evenness) was confirmed to decrease.

본 발명의 다른 실시예에서 시험관에서 시판 청국장을 이용하여 제조한 발효산물에서 식품 발효 시간에 따른 미생물 생태 변화를 분석한 결과, 발효 2시간 이후부터 식품이 미생물 생태에 영향을 끼침을 확인하였다. 비계량형 다차원척도법 분석(Non-metric multidimensional scaling, NMDS) 결과, 시판 청국장의 발효산물과 분변 미생물만 발효시킨 발효산물 모두 발효시간이 증가할수록 오른쪽으로 분포가 이동하는 것을 확인하였다. 이는 in vitro 소화 및 발효에 의한 미생물 생태 변화로 판단되며, 시판 청국장과 분변미생물의 발효산물의 미생물을 비교한 결과, 붉은색 화살표 방향(위쪽 방향)으로 이동하는 경향을 보여 식품이 미생물 생태에 영향을 미침을 확인하였다.In another embodiment of the present invention, as a result of analyzing the change in microbial ecology according to the fermentation time of food in fermented products prepared using commercially available cheonggukjang in a test tube, it was confirmed that food affects the microbial ecology from 2 hours after fermentation. As a result of non-metric multidimensional scaling (NMDS), it was confirmed that the distribution shifted to the right as the fermentation time increased for both the commercially available cheonggukjang fermented product and the fermented product fermented only with fecal microorganisms. This is judged to be a change in the microbial ecology due to in vitro digestion and fermentation. As a result of comparing the microorganisms of commercially available cheonggukjang and fermented products of fecal microorganisms, the red arrow shows a tendency to move in the upward direction (upward direction), so food affects the microbial ecology. was confirmed to be crazy.

즉, 대상식품의 소화산물을 분변미생물로 발효시켜, 대상식품이 장내의 미생물 생태에 미치는 영향을 시뮬레이션할 수 있음을 확인하였다. That is, it was confirmed that the effect of the target food on the microbial ecology of the intestine can be simulated by fermenting the digested product of the target food with fecal microorganisms.

본 발명의 일실시예에서 분변 미생물의 발효산물에서 발효 전과 2시간 발효한 후의 미생물 생태를 분석한 결과, 분변만을 2시간 발효시켰을 경우에는 Parabacteroides spp., Bilophila spp., Sutterella spp., Oscillospira spp.가 유의적으로 증가하였고, Lachnospiraceae 과, Ruminococcaceae 과의 미생물이 유의적으로 감소하였다. As a result of analyzing the microbial ecology before and after fermentation for 2 hours in the fermentation product of fecal microorganisms in an embodiment of the present invention, when only feces were fermented for 2 hours, Parabacteroides spp ., Bilophila spp ., Sutterella spp ., Oscillospira spp. was significantly increased, and microorganisms of the Lachnospiraceae and Ruminococcaceae families were significantly decreased.

다음으로 2시간 발효시킨 분변미생물 발효산물과 시판 청국장의 발효산물에서 abundance한 미생물을 비교 분석하였다. 시판청국장 발효산물에서 Collinsella spp., Bacteroides spp., Lachnospiraceae 과, Bifidobacterium spp., Ruminococcus 과, Phascolarctobacterium spp.의 미생물이 유의적으로 증가하였고, 상대적으로 Anaerostipes spp., Peptostreptococcaceae 과, Ruminococcus bromii, Oscillospira spp., Rikenellaceae 과, Sutterella spp., Faecalibacterium spp., Prevotella spp.가 유의적으로 감소함을 확인하였다.Next, the abundance of microorganisms in the fermented product of fecal microorganisms fermented for 2 hours and the fermented product of commercial cheonggukjang was analyzed. Collinsella spp ., Bacteroides spp ., Lachnospiraceae , Bifidobacterium spp., Ruminococcus , and Phascolarctobacterium spp . microorganisms were significantly increased in commercial fermented soybean paste, and relatively spp. Anaerostipes spp ., Peptospira spp . , Rikenellaceae , Sutterella spp ., Faecalibacterium spp. , Prevotella spp. It was confirmed that significantly decreased.

상기 미생물 균주에서 Bilophila spp.과 Sutterella spp.는 유해균이며, 상기 Oscillospira spp., Collinsella spp., Bacteroides spp., Bifidobacterium spp., Phascolarctobacterium spp., Anaerostipes spp., Ruminococcus bromii, Faecalibacterium spp. 및 Prevotella spp.는 유익균이다.In the microbial strain, Bilophila spp . and Sutterella spp . are harmful bacteria, and the Oscillospira spp ., Collinsella spp ., Bacteroides spp ., Bifidobacterium spp. , Phascolarctobacterium spp ., Anaerostipes spp. , Ruminococcus bromii , Faecalibacterium spp . and Prevotella spp. are beneficial bacteria.

따라서 본 발명의 상기 유익균은 구체적으로 Oscillospira spp., Collinsella spp., Bacteroides spp., Bifidobacterium spp., Phascolarctobacterium spp., Anaerostipes spp., Ruminococcus bromii, Faecalibacterium spp. 및 Prevotella spp.로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.Therefore, the beneficial bacteria of the present invention are specifically Oscillospira spp ., Collinsella spp ., Bacteroides spp ., Bifidobacterium spp ., Phascolarctobacterium spp ., Anaerostipes spp ., Ruminococcus bromii , Faecalibacterium spp . And Prevotella spp . It may include any one or more selected from the group consisting of.

또한, 본 발명의 상기 유해균은 구체적으로 Bilophila spp. 또는 Sutterella spp.을 포함할 수 있다.In addition, the harmful bacteria of the present invention are specifically Bilophila spp . or Sutterella spp. may include

상기에서 대상식품에 따라 발효산물에서 풍부도(abundance)가 높은 미생물의 종이 상이하게 변화하는 것을 확인하였다.In the above, it was confirmed that the species of microorganisms having high abundance in the fermented product was changed differently depending on the target food.

따라서 본 발명의 기능성 식품의 평가방법은 대상식품의 발효산물에서 분석한 미생물의 유익균의 풍부도(abundance)가 표준식품의 발효산물에서 분석한 지표 유익균의 풍부도(abundance)와 같거나 또는 높은 경우, 또는 발효산물에서 분석한 미생물의 유해균의 풍부도(abundance)가 표준식품의 발효산물에서 분석한 지표 유해균의 풍부도(abundance)와 같거나 또는 낮은 경우 대상식품을 기능성 식품으로 평가하는 단계를 포함할 수 있다.Therefore, in the functional food evaluation method of the present invention, when the abundance of beneficial microorganisms analyzed in the fermented product of the target food is the same as or higher than the abundance of the beneficial bacteria analyzed in the fermented product of the standard food , or when the abundance of harmful bacteria of microorganisms analyzed in the fermentation product is the same as or lower than the abundance of the index harmful bacteria analyzed in the fermentation product of standard food, evaluating the target food as a functional food. can do.

본 발명의 실시예에서 프리바이오틱스의 일종인 갈락토올리고사카라이드(GOS)와 건강기능식품인 발효식품의 일종인 청국장을 이용하여 발효산물들을 제조하였으며, 상기 발효산물들에서 미생물 생태변화, pH 및 단쇄지방산의 함량 변화를 분석하였다. In an embodiment of the present invention, fermented products were prepared using galactooligosaccharide (GOS), a type of prebiotics, and cheonggukjang, a type of fermented food, which is a health functional food. and changes in the content of short-chain fatty acids were analyzed.

본 발명의 다른 실시 예에서 8명의 피험자에서 분리한 분변 미생물과 청국장을 이용하여 시험관에서 2시간 동안 분변 발효 후, 단쇄지방산의 함량 변화 및 장내 미생물을 분석하였다. In another embodiment of the present invention, fecal microorganisms and cheonggukjang isolated from 8 subjects were used for fecal fermentation in a test tube for 2 hours, and changes in the content of short-chain fatty acids and intestinal microorganisms were analyzed.

즉, 동일한 기능성 식품(청국장)을 섭취하더라도 피험자에 따라 장내 환경변화, 구체적으로 단쇄지방산(아세테이트(Acetate), 프로피오네이트(Propionate), 부티레이트(Butyrate)) 생성변화에 미치는 영향이 상이함을 확인하였다. 따라서 분변 미생물을 이용한 모의 발효시스템을 이용하여 기능성 식품 섭취 시 각 개인별로 장내환경 변화(단쇄지방산 생성 변화)를 예측할 수 있다.That is, it was confirmed that even if the same functional food (Chungkukjang) was consumed, the effect on changes in the intestinal environment, specifically short-chain fatty acids (Acetate, Propionate, Butyrate) production change, was different depending on the subject. did Therefore, it is possible to predict changes in the intestinal environment (change in short-chain fatty acid production) for each individual when ingesting functional foods using a simulated fermentation system using fecal microorganisms.

또한, 장내 미생물을 분석하고 Picrust 결과와 연결지어 SCFAs의 생성경로를 예측하였으며, 각각의 피험자에 따라 청국장에 의해 생성되는 SCFAs(Acetate, Propanoate, Butyrate)양 및 이에 따라 증가 혹은 감소하는 장내 미생물들이 다양하다는 것을 확인하였다.In addition, the intestinal microflora was analyzed and the production route of SCFAs was predicted by linking it with the Picrust result, and the amount of SCFAs (Acetate, Propanoate, Butyrate) produced by cheonggukjang according to each subject and the amount of intestinal microbes that increased or decreased according to it varied. It was confirmed that

따라서 분석 대상(개인 또는 개체)에서 분리한 분변 미생물을 분변 발효하고, 식품 섭취 후 장내 환경(장내 미생물 및 단쇄지방산의 함량) 변화를 시험관에서 분석하여, 각 개인(또는 개체)의 건강기능성 식품 섭취시 장내 환경 변화를 예측할 수 있음을 확인하였다. Therefore, fecal fermentation of fecal microorganisms separated from the analysis target (individual or individual) is performed, and the change in the intestinal environment (content of intestinal microorganisms and short-chain fatty acids) after food intake is analyzed in a test tube, and each individual (or individual) consumes functional health food. It was confirmed that changes in the market environment can be predicted.

이러한 장내 환경 변화를 예측을 통해 개인 또는 개체에 따른 건강기능성 식품의 효과 예상 및 평가할 수 있다.Through prediction of such changes in the intestinal environment, the effects of health functional foods for each individual or individual can be predicted and evaluated.

또한, 미생물 분석을 통해 SCFAs의 생성경로를 예측하여 대상개체에 장내에 부족한 SCFAs(Acetate, Propanoate, Butyrate)을 생성을 촉진하는 건강기능성 식품을 처방하는데 이를 활용할 수 있다. In addition, it can be used to prescribe health functional food that promotes the production of SCFAs (Acetate, Propanoate, Butyrate) lacking in the intestines of the target object by predicting the production path of SCFAs through microbial analysis.

본 발명의 실시예에서 각각의 피험자들에서 분변을 분리하고 분변발효 후 미생물 분석한 결과, 모든 피험자에서 L-Lactate ([S]-Lactate, Lactate, D-Lactate, [R]-Lactate)를 생성하는 Collinsella aerofaciens (OTU0034), Lactobacillus spp. (Otu0047), Lactobacillus ruminis (Otu0045), Dorea spp. (Otu0041) 및 Coprococcus spp. (Otu0008, OTU0012)의 장내 미생물들이 증가하였다.In an embodiment of the present invention, as a result of separation of feces from each subject and microbial analysis after fecal fermentation, L-Lactate ([S]-Lactate, Lactate, D-Lactate, [R]-Lactate) was produced in all subjects. Collinsella aerofaciens (OTU0034), Lactobacillus spp . (Otu0047), Lactobacillus ruminis (Otu0045), Dorea spp. (Otu0041) and Coprococcus spp . (Otu0008, OTU0012) intestinal microflora increased.

상기 L-Lactate는 Pyruvate 대사(metabolism)에 의해 Acetate로 변환되어지며, 상기 L-Lactate를 소비하는 Megasphaera spp. (Otu0022)와 Bacteroides fragilis (Otu0011) 미생물들이 아세테이트(Acetate)가 유의적으로 증가하지 않은 피험자 S7 혹은 S4에서는 감소하였다. The L-Lactate is converted to Acetate by pyruvate metabolism (metabolism), Megasphaera spp consuming the L-Lactate. (Otu0022) and Bacteroides fragilis (Otu0011) microorganisms were decreased in subjects S7 or S4 in which acetate was not significantly increased.

또한 도 13의 결과를 참고하면, Picrust 결과에서도 Acetate가 유의적으로 증가한 대부분의 피험자에서 Pyruvate 대사(metabolism)이 증가하였으며(S3 제외), Acetate가 증가하지 않은 피험자들은 유의적인 차이가 없었거나 감소하였다. In addition, referring to the results of FIG. 13 , pyruvate metabolism (metabolism) increased in most of the subjects in which Acetate was significantly increased in the Picrust results (except for S3), and there was no significant difference or decreased in the subjects in which Acetate did not increase. .

또한, 장내 미생물에 의해 생성된 L-Lactate가 피루빈산염(Pyruvate) 대사(metabolism) 과정을 통해 호박산염(Succinate) 물질이 생성되어 피험자 S1, S2, S5 및 S8에게서 Pyruvate metabolism이 증가한 것으로 사료된다. 또한 이 피험자들 중 S1과 S2는 c5-branched dibasic acid metabolism 과정이 감소하여 결과적으로 Propanoyl-CoA 물질을 프로피온 에스테르(Propionate)로 전환하는 Propanoate(Propionate) metabolism에 의해 S1, S2 피험자에게서만 Propionate가 청국장에 의해 유의적으로 증가한 것을 확인하였다. In addition, it is thought that pyruvate metabolism was increased in subjects S1, S2, S5 and S8 because L-Lactate produced by intestinal microbes was produced as a succinate material through the process of pyruvate metabolism. . In addition, in S1 and S2 of these subjects, the c5-branched dibasic acid metabolism process was decreased, and as a result, propionate was added to cheonggukjang only in S1 and S2 subjects by propanoate (Propionate) metabolism, which converts propanoyl-CoA to propionate. It was confirmed that there was a significant increase by

따라서 본 발명의 지표 유익균은 L-Lactate를 생성하는 균주를 더 포함할 수 있다. Therefore, the indicator beneficial bacteria of the present invention may further include a strain that produces L-Lactate.

상기 L-Lactate를 생성하는 균주는 Collinsella aerofaciens (OTU0034), Lactobacillus spp. (Otu0047), Lactobacillus ruminis (Otu0045), Dorea spp. (Otu0041) 및 Coprococcus spp. (Otu0008, OTU0012)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있다. The strain producing the L-Lactate is Collinsella aerofaciens (OTU0034), Lactobacillus spp . (Otu0047), Lactobacillus ruminis (Otu0045), Dorea spp . (Otu0041) and Coprococcus spp . (Otu0008, OTU0012) may be at least one selected from the group consisting of.

또한, 상기 지표 유익균은 L-Lactate를 이용하여 Pyruvate 대사에 관여하는 균주를 더 포함할 수 있으며, 상기 L-Lactate를 이용하여 Pyruvate 대사에 관여하는 균주는 구체적으로 Megasphaera spp. (Otu0022) 또는 Bacteroides fragilis (Otu0011)를 포함한다.In addition, the indicator beneficial bacteria may further include strains involved in pyruvate metabolism using L-Lactate, and the strains involved in pyruvate metabolism using L-Lactate are specifically Megasphaera spp . (Otu0022) or Bacteroides fragilis (Otu0011).

본 발명에서 지표 유익균의 비교결과, L-Lactate를 생성하는 균주과 상기 L-Lactate를 이용하여 Pyruvate 대사에 관여하는 균주가 동시에 증가하는 경우, 대상식품 섭취시 장내에서 단쇄지방산의 생성이 증가할 것을 예측 또는 평가할 수 있으며, 구체적으로 아세테이트(Acetate) 또는 프로피오네이트(Propionate)를 증가시키는 것으로 예측 또는 평가할 수 있다. As a result of comparison of the indicator beneficial bacteria in the present invention, when the strain producing L-Lactate and the strain involved in pyruvate metabolism using the L-Lactate increase at the same time, it is predicted that the production of short-chain fatty acids in the intestine will increase when the target food is ingested. Or it can be evaluated, specifically, it can be predicted or evaluated by increasing acetate (Acetate) or propionate (Propionate).

본 발명에서 "표준식품"은 건강기능성 식품으로 상기 건강기능성 식품은 구체적으로 프리바이오틱스, 프로바이오틱스 또는 발효식품일 수 있다. 상기 표준식품은 구체적으로 갈락토올리고사카라이드(GOS) 또는 청국장을 포함할 수 있다. In the present invention, "standard food" is a health functional food, and the health functional food may be specifically prebiotics, probiotics, or fermented food. The standard food may specifically include galactooligosaccharide (GOS) or cheonggukjang.

본 발명에서 "건강기능식품"은 인체에 유용한 기능성을 가진 원료나 성분을 사용하여 정제, 캅셀, 분말, 과립, 액상 및 환 등의 형태로 제조 및 가공한 식품을 말한다. 여기서 기능성이라 함은 인체의 구조 및 기능에 대하여 영양소를 조절하거나 생리학적 작용 등과 같은 보건 용도에 유용한 효과를 얻는 것을 의미한다.In the present invention, "health functional food" refers to food manufactured and processed in the form of tablets, capsules, powders, granules, liquids, pills, etc. using raw materials or ingredients useful for the human body. Here, the term "functionality" refers to obtaining a useful effect for health purposes such as regulating nutrients or physiological action with respect to the structure and function of the human body.

본 발명에서 "프리바이오틱스(prebiotics)"는 장내 유익한 박테리아의 생장을 돕는 난소화성 성분으로써 프로바이오틱스의 영양원이 되어 장내 환경을 개선하는 데 도움을 주는 물질을 의미한다. 프리바이오틱스는 올리고당과 같이 탄수화물로 이루어져 있는 경우가 많고, 대부분이 식이섬유의 형태로 존재한다.In the present invention, "prebiotics (prebiotics)" refers to substances that serve as a nutrient source for probiotics as an indigestible component that helps the growth of beneficial bacteria in the intestine and helps to improve the intestinal environment. Prebiotics are often composed of carbohydrates like oligosaccharides, and most of them exist in the form of dietary fiber.

본 발명에서 "프로바이오틱스(Probiotics)"는 적당량을 섭취했을 때 인체에 이로움을 주는 살아있는 세균을 총칭하는 말로 우리 몸에 유익을 주는 균을 말한다. 현재까지 알려진 대부분의 프로바이오틱스는 유산균이다. 프로바이오틱스인 유산균이나 이로운 세균들은 몸 안의 위산과 담즙산에서 살아남아서 소장까지 도달하여 장에서 증식하고 정착한다. 정착한 장 안에서 건강에 이로운 효과를 나타내며, 이러한 프로바이오틱스는 독성이 없고 비병원성이어야 한다.In the present invention, "probiotics" refers to bacteria that are beneficial to our body as a generic term for live bacteria that are beneficial to the human body when consumed in an appropriate amount. Most probiotics known to date are lactic acid bacteria. Lactobacillus or beneficial bacteria, which are probiotics, survive in stomach acid and bile acid in the body, reach the small intestine, and multiply and settle in the intestine. To have a beneficial effect on health in the settled intestine, these probiotics must be non-toxic and non-pathogenic.

본 발명에서 "발효식품"은 음식 내 유익균종이 우점되면 유해균종(부패균)의 생성 및 증식이 방지되어 보관기간이 늘어나고, 유산균의 생리활동 결과로 소화용이성과 풍미가 개선된 식품이다. 상기 발효식품은 건강증진에 도움이 되는 물질이 생성되는 균종을 포함할 수 있으며. 김치, 매실, 자우어크라우트(양배추를 발효한 독일음식), 장류(간장, 된장, 고추장, 청국장)를 비롯하여 청주, 맥주, 포도주, 소주 등의 각종 주류, 식초, 낫토, 빵, 치즈, 요구르트, 젓갈 등을 포함한다.In the present invention, "fermented food" is a food with improved digestibility and flavor as a result of the physiological activity of lactic acid bacteria, and the production and proliferation of harmful bacterial species (decaying bacteria) is prevented when beneficial bacterial species are dominant in the food, and the storage period is increased. The fermented food may contain a strain that produces a substance helpful for health promotion. Kimchi, plum, sauerkraut (German food fermented with cabbage), soy sauce (soy sauce, soybean paste, gochujang, cheonggukjang), as well as various alcoholic beverages such as sake, beer, wine, soju, vinegar, natto, bread, cheese, yogurt, salted fish etc.

본 발명의 일시시예에서 식품의 종류에 따른 대사산물(metabolites)의 변화를 발효시간 2, 4, 6, 8, 12, 24시간으로 달리하여 pH 변화 및 단쇄지방산(아세테이트, 부티레이트, 프로피오네이트)의 함량을 측정하고, 발효 전과 비교하여 단쇄지방산의 증가율을 분석하였다. In a temporary embodiment of the present invention, by changing the change of metabolites according to the type of food to 2, 4, 6, 8, 12, 24 hours for fermentation time, pH change and short-chain fatty acids (acetate, butyrate, propionate) ) was measured, and the increase rate of short-chain fatty acids was analyzed compared to before fermentation.

음성 대조군(blank)으로 분변미생물의 발효산물을 이용하였고, 양성대조군으로 프리바이오틱스인 갈락토올리고사카라이드(GOS)를 이용하였다. 분변 미생물의 발효산물은 발효시간 동안 pH가 7.5 내지 8 사이로 측정되었으며 SCFA 증가비율은 프로피오네이트(propionate), 부티레이트(butyrate)의 경우 24시간동안 SCFA의 증가율이 0 이하에서 변동의 거의 없음을 확인하였으며, 아세테이트(acetate)는 12시간째에 0에서 24시간 째에 약 5로 증가하였다.As a negative control (blank), a fermentation product of fecal microorganisms was used, and as a positive control, galactooligosaccharide (GOS), a prebiotic, was used. Fermentation products of fecal microorganisms had a pH of 7.5 to 8 during the fermentation time, and the SCFA increase rate was confirmed that the increase rate of SCFA for 24 hours was 0 or less in the case of propionate and butyrate. and acetate increased from 0 at 12 hours to about 5 at 24 hours.

반면 청국장 시료들과 갈락토올리고사카라이드(GOS)의 발효산물에서는 pH가 감소하고, 아세테이트, 부티레이트, 프로피오네이트의 생성량이 음성대조군에 비해 현저히 증가하는 것을 확인하였다.On the other hand, in the cheonggukjang samples and fermented products of galactooligosaccharide (GOS), it was confirmed that the pH decreased and the amount of acetate, butyrate, and propionate production significantly increased compared to the negative control group.

유익균이 많을수록 아세테이트, 부티레이트, 프로피오네이트의 생성량이 증가하며, pH가 낮을수록 유해균의 증식이 저해되는 것으로 알려져 있다. 따라서 단쇄지방산의 생성 또는 pH의 변화를 이용하여 대상식품의 장내 환경 개선 효과를 평가할 수 있다. It is known that as the number of beneficial bacteria increases, the production of acetate, butyrate, and propionate increases, and as the pH decreases, the growth of harmful bacteria is inhibited. Therefore, it is possible to evaluate the effect of improving the intestinal environment of the target food by using the generation of short-chain fatty acids or the change in pH.

따라서 본 발명의 지표 유익균은 구체적으로 단쇄지방산의 생성을 증가시키는 균일 수 있다. Therefore, the indicator beneficial bacteria of the present invention can specifically increase the production of short-chain fatty acids.

상기 단쇄지방산(Short chain fatty acid, SCFA)은 아세테이트, 부티레이트 또는 프로피오네이트를 포함할 수 있다. The short chain fatty acid (SCFA) may include acetate, butyrate or propionate.

본 발명에 따른 기능성 식품의 평가 방법은 상기 발효산물의 단쇄지방산의 함량을 분석하는 단계를 더 포함할 수 있다. The functional food evaluation method according to the present invention may further include analyzing the content of short-chain fatty acids in the fermented product.

또한, 상기 발효산물의 pH를 측정하는 단계 및 상기 측정된 pH가 표준식품에서 측정한 pH 값과 동일하거나 또는 낮은 경우에 대상식품을 기능성 식품으로 선택하는 단계를 더 포함할 수 있다. In addition, the step of measuring the pH of the fermentation product and when the measured pH is the same as or lower than the pH value measured in the standard food, it may further include the step of selecting the target food as a functional food.

상기의 목적을 달성하기 위한 또 다른 양태로서, 본 발명은 기능성 식품의 평가용 키트를 제공한다. As another aspect for achieving the above object, the present invention provides a kit for evaluation of functional food.

본 발명의 기능성 식품 평가용 키트는 인공소화액, 장내조성배지 및 분변 미생물을 포함한다.The functional food evaluation kit of the present invention includes an artificial digestive juice, an intestinal composition medium, and fecal microorganisms.

본 발명에서 "기능성 식품 평가"는 대상식품을 구강, 위장, 소장의 인공소화액을 이용하여 순차적으로 소화시켜 소화산물을 제조하고, 상기 소화산물을 분변미생물과 장내조성배지를 이용하여 혐기성 챔버에서 발효시킴으로서 시험관에서 기능성 식품의 소화 및 분변발효를 재현하여 대상식품으로 인한 미생물의 조성 변화를 비교하여 식품의 소화 및 발효를 통해 장내 환경변화에 미치는 영향을 시뮬레이션하는 것을 의미한다. 상기 장내 환경변화는 미생물 생태변화, pH 변화 및 단쇄지방산의 생성량 변화를 포함한다. In the present invention, "functional food evaluation" refers to sequentially digesting target food using artificial digestive juices of the oral cavity, stomach, and small intestine to produce a digested product, and fermenting the digested product in an anaerobic chamber using fecal microorganisms and an intestinal composition medium. By reproducing the digestion and fecal fermentation of functional foods in a test tube, it means simulating the effect on changes in the intestinal environment through digestion and fermentation of food by comparing changes in the composition of microorganisms caused by the target food. The changes in the intestinal environment include changes in microbial ecology, changes in pH, and changes in the amount of short-chain fatty acids produced.

대상식품의 발효산물에서 분석한 미생물 생태에서 유익균의 비중이 증가 또는 유해균의 비중이 감소하는 경우, 또는 단쇄지방산의 생성을 촉진시키는 균의 비중이 증가하는 경우, 상기 대상식품을 기능성 식품으로 평가할 수 있다.When the proportion of beneficial bacteria increases or the proportion of harmful bacteria decreases in the microbial ecology analyzed in the fermented product of the target food, or when the proportion of bacteria that promotes the production of short-chain fatty acids increases, the target food can be evaluated as a functional food have.

또한, 대상식품의 발효산물에서 단쇄지방산의 함량을 증가하는 경우, 또는 발효산물에서 표준식품과 동일하거나 낮게 pH를 변화시키는 식품을 기능성 식품으로 평가할 수 있다. In addition, when the content of short-chain fatty acids in the fermented product of the target food is increased, or in the fermented product, a food whose pH is changed the same as or lower than that of a standard food can be evaluated as a functional food.

본 발명의 인공소화액은 모의타액, 모의 위장액, 모의 소장액을 포함한다.The artificial digestive fluid of the present invention includes simulated saliva, simulated gastrointestinal fluid, and simulated small intestine fluid.

상기 모의 타액은 구강에서 분비되는 소화효소를 포함하며, 상기 모의 위장액은 위장에서 분비되는 소화효소를 포함하고, 상기 모의 소장액은 소장에서 분비되는 소화효소를 포함한다. 구체적으로 모의 타액은 아밀라아제를 포함하며, 모의 위장액은 펩신을 포함하고, 모의 소장액은 판크레아틴을 포함할 수 있다. The simulated saliva contains digestive enzymes secreted from the oral cavity, the simulated gastrointestinal fluid contains digestive enzymes secreted from the stomach, and the simulated small intestine contains digestive enzymes secreted from the small intestine. Specifically, the simulated saliva may include amylase, the simulated gastrointestinal fluid may include pepsin, and the simulated small intestine fluid may include pancreatin.

본 발명의 장내조성배지는 식품으로 인한 발효만을 유도하기 위해 펩톤, 효모 추출물 등의 영양소를 제거하여 사용하는 것을 특징으로 한다. 또한 장내 조성배지는 혐기성 챔버에서 산소를 제거하는 것을 특징으로 한다.The intestinal composition medium of the present invention is characterized in that it is used by removing nutrients such as peptone and yeast extract in order to induce only fermentation caused by food. In addition, the intestinal composition medium is characterized in that oxygen is removed from the anaerobic chamber.

본 발명의 실시예에서 장내 조성배지에 펩톤, 효모 추출물을 포함시킨 경우, 이들 펩톤 및 효모 추출물로 인해 발효 2시간부터 단쇄지방산 함량이 크게 변화되는 것을 확인하였다. 따라서 기능성 식품의 영향을 평가하기 위해 상기 장내 조성배지는 에너지원인 펩톤, 효모 추출물을 포함하지 않는 것이 바람직하다. In an embodiment of the present invention, when peptone and yeast extract were included in the intestinal composition medium, it was confirmed that the short-chain fatty acid content was significantly changed from 2 hours of fermentation due to these peptone and yeast extract. Therefore, in order to evaluate the effect of functional food, the intestinal composition medium preferably does not contain peptone and yeast extract, which are energy sources.

분변 미생물은 신선한 분변에서 채취된 미생물로 산소가 제거된 PBS에 분변을 현탁하여 부유물을 제거하고 채취된 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. Fecal microorganisms are microorganisms collected from fresh feces, and may be obtained by suspending feces in PBS from which oxygen has been removed to remove suspended matter, but is not limited thereto.

본 발명의 기능성 식품 평가용 키트는 지표 유익균 또는 지표 유해균을 측정하는 제제를 더 포함할 수 있다. The functional food evaluation kit of the present invention may further include an agent for measuring the beneficial indicator bacteria or the indicator harmful bacteria.

본 발명의 지표 유익균, 지표 유해균에 대한 설명은 전술한 바와 같다. The description of the indicator beneficial bacteria and the indicator harmful bacteria of the present invention is the same as described above.

본 발명에서 "측정하는 제제'는 지표 유익균 또는 지표 유해균의 16S rDNA 유전자에 상보적으로 결합하는 염기서열로 이루어진 프라이머를 포함한다. 상기 지표 유익균 또는 지표 유해균의 16S rDNA의 유전자 염기서열은 공지된 염기서열을 이용할 수 있다.In the present invention, the "measurement agent" includes a primer consisting of a nucleotide sequence complementary to the 16S rDNA gene of the indicator beneficial bacteria or the indicator harmful bacterium. The gene base sequence of the 16S rDNA of the indicator beneficial bacteria or the indicator harmful bacterium is a known base sequence can be used.

본 발명의 기능성 식품 평가 시스템은 시험관(in vitro)에서 식품에 따른 개인 분변 미생물의 미생물 생태 변화를 비교 및 분석하고, 단쇄지방산(SCFA)의 함량 변화를 측정하는 기술로, 이를 통해 기능성 식품의 효과를 단시간에 평가할 수 있다. 따라서 시간과 비용이 오래 걸리는 동물실험을 대체하여 건강 기능성 식품의 개발 및 평가에 소요되는 시간 및 비용을 절감할 수 있다. 또한, 개인에게 부재한 유익 미생물을 추적할 수 있어, 개인 맞춤형 프로바이오틱스 제품 개발에 활용할 수 있다. The functional food evaluation system of the present invention is a technology that compares and analyzes changes in the microbial ecology of individual fecal microorganisms according to food in vitro, and measures the change in the content of short-chain fatty acids (SCFA). can be evaluated in a short time. Therefore, it is possible to reduce the time and cost required for the development and evaluation of health functional food by replacing the time-consuming and costly animal experimentation. In addition, it is possible to track beneficial microorganisms that are not present in individuals, so it can be used to develop personalized probiotic products.

도 1은 모의소화 과정을 도식화한 것이다. 구체적으로 A는 구강, B는 위장, C는 소장의 모의소화과정을 나타낸 것이다.
도 2는 비교예1-1에서 발효시간에 따른 ChaoⅠ 및 Shannon을 분석한 결과이다.
도 3은 비교예1-1에서 발효시간에 따른 분변 미생물의 클러스터 변화를 분석한 결과이다.
도 4는 0 내지 6시간 및 8 내지 24시간 동안 배양한 분변 미생물에서 풍부(abundance)하게 나타나는 미생물 속(genus)을 비교한 결과이다.
도 5는 실시예1-2와 비교예1-1에서 배양 시간에 따른 시간에 따른 분변 미생물 생태 변화를 비교 분석한 결과이다.
도 6은 비교예1-1에서 발효 0시간 및 2시간 후 풍부(abundance)하게 나타나는 미생물을 나타낸 것이다.
도 7은 2시간 분변 발효 후 식품의 종류에 따른 발효산물의 미생물 생태를 분석한 결과이다.
도 8은 식품의 종류에 따른 발효산물에서 pH 및 단쇄지방산 증가율을 시간 별로 분석한 결과이다.
도 9는 장내 조성 배지에 포함된 에너지원에 따른 분변발효 진행 시 시간별 변화하는 단쇄지방산(SCFAs; acetate, propionate 및 butyrate) 함량 변화를 나타낸 것이다.양측 T- 테스트에서 각 그룹의 * p <0.05 vs 0 시간; § 양측 T- 검정에서 각 그룹의 샘플링 시간 전 p <0.0.5이다.
도 10은 In vitro상에서 피험자별 청국장에 의해 변화한 SCFAs 함량을 분석한 것이다. 평균값 ± S.D. 표시하였고, 일원분산 분석을 사용하여 대조군(B) 2시간(2h) 및 청국장 처리군(T) 2시간(2h)을 동일한 대상과 비교하였다 (* p <0.001).
도 11은 NMDS를 통한 피험자별 청국장에 의해 변화하는 장내 미생물을 분석한 결과이다. NMDS는 Bray-Curtis를 기반으로 작성하였다.● 기호는 대조군(B) 0시간, × 기호는 대조군(B) 2 시간의 분변 발효의 미생물 총을 나타냅니다. □ 박스 안의 × 기호는 청국장을 처리한 2시간 분변 발효의 미생물 총을 의미한다.
도 12는 OTUs 기반 트리(tree)를 이용한 피험자별 장내 미생물 생태 비교한 것이다.
도 13은 청국장으로 분변 발효 후, PICRUSt((hylogenetic Investigation of Communities by econstruction of Unobserved States)의 대사(metabolism)에서 구별되는 풍부도를 포함하는 선형 판별 분석효과 크기(LefSe)이다. 2 시간의 분변 발효에서 대조군(청색) 및 청국장 처리군(적색) 그룹 사이에 예측된 KEGG 기능적 경로 차이이며, 흰색은 그들 사이에 크게 다른 경로를 의미하지 않는다.
1 is a schematic diagram of the simulated digestion process. Specifically, A is the oral cavity, B is the stomach, and C is the simulated digestive process of the small intestine.
2 is a result of analyzing ChaoI and Shannon according to fermentation time in Comparative Example 1-1.
3 is a result of analyzing the cluster change of fecal microorganisms according to fermentation time in Comparative Example 1-1.
4 is a comparison result of microbial genus appearing in abundance (abundance) in fecal microorganisms cultured for 0 to 6 hours and 8 to 24 hours.
5 is a result of comparative analysis of changes in fecal microbial ecology according to time according to incubation time in Example 1-2 and Comparative Example 1-1.
6 shows microorganisms appearing in abundance after 0 hours and 2 hours of fermentation in Comparative Example 1-1.
7 is a result of analyzing the microbial ecology of the fermented product according to the type of food after fecal fermentation for 2 hours.
8 is a result of analyzing the pH and short-chain fatty acid increase rate in fermented products according to the type of food for each time.
9 shows the change in the short-chain fatty acid (SCFAs; acetate, propionate, and butyrate) content over time during fecal fermentation according to the energy source contained in the intestinal composition medium. In the bilateral T-test, *p <0.05 vs. 0 hours; § p <0.0.5 before sampling time for each group in a two-sided T-test.
10 is an analysis of SCFAs content changed by cheonggukjang for each subject in vitro. The mean value ± SD was expressed, and the control group (B) for 2 hours (2h) and the cheonggukjang-treated group (T) for 2 hours (2h) were compared with the same subject using one-way ANOVA (* p <0.001).
11 is a result of analyzing the intestinal microorganisms changed by cheonggukjang for each subject through NMDS. NMDS was prepared based on Bray-Curtis. ● Symbols indicate the microbiota of control (B) 0 h and control (B) 2 h fecal fermentation. □ The × symbol in the box means the microorganism total of 2 hours fecal fermentation treated with cheonggukjang.
12 is a comparison of intestinal microbial ecology for each subject using an OTUs-based tree.
Fig. 13 is a linear discriminant analysis effect size (LefSe) including the distinct abundance in metabolism of PICRUSt ((hylogenetic Investigation of Communities by econstruction of Unobserved States)) after fecal fermentation with cheonggukjang. Fecal fermentation for 2 hours is the predicted KEGG functional pathway difference between the control group (blue) and the cheonggukjang-treated group (red) in white, and the white color does not mean significantly different pathways between them.

이하, 본 발명을 실시예에 의해 보다 상세히 설명한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기의 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail by way of Examples. However, the following examples are only illustrative of the present invention, and the content of the present invention is not limited to the following examples.

<실시예1> 발효산물 제조<Example 1> Preparation of fermented products

사람의 소화기관을 모방하여 시험관(in vitro) 상에서 모의소화액을 이용하여 식품의 분해, 즉 인공 소화과정을 진행하였다. 각각 인공적으로 조성한 구강, 위장 및 소장 환경에서 각 소화기관에서 분비되는 모의 소화액을 첨가하여 차례로 식품을 소화시켰다. 이후 소화산물에 분변에서 분리한 미생물을 첨가하고 배양하여 발효산물을 제조하였다.In imitation of the human digestive system, food decomposition, that is, artificial digestion, was performed in vitro using simulated digestive juices. Foods were digested in turn by adding simulated digestive juices secreted from each digestive system in each artificially created oral, gastrointestinal, and small intestine environment. Thereafter, microorganisms isolated from feces were added to the digestion product and cultured to prepare a fermentation product.

모의 소화액 준비Preparation of simulated digestive juices

상기 모의 소화액은 표 1 내지 표 3과 같은 조성으로 제조하였다. The simulated digestive juices were prepared with the compositions shown in Tables 1 to 3.

표 1은 모의 타액(Simulated Salivary Fluid, SSF)의 조성이다. Table 1 shows the composition of simulated saliva (SSF).

Figure 112020003176799-pat00001
Figure 112020003176799-pat00001

표 2는 모의 위액(Simulated Gastric Fluid, SGF)의 조성이다. Table 2 shows the composition of simulated gastric fluid (SGF).

Figure 112020003176799-pat00002
Figure 112020003176799-pat00002

표 3은 모의 소장액의 조성이다. Table 3 shows the composition of simulated small intestine fluid.

Figure 112020003176799-pat00003
Figure 112020003176799-pat00003

인공소화(구강)Artificial digestion (oral)

구강에서의 소화과정을 도 1의 A에 나타내었다. 먼저 빛이 차단되는 갈색 시험관에 분변 발효과정 100ml을 기준으로 0.1(w/v)% 식품과 5㎖ PBS를 넣어준 후 3.5㎖의 모의 타액(Simulated Salivary Fluid, SSF)을 넣고, 12U/㎎ 알파-아밀라아제(α-amylase)를 0.5㎖ SSF에 녹인 후 추가하였다. 0.3M CaCl2 25㎕와 멸균수 975㎕를 최종적으로 넣고 37℃의 진탕 배양기(shaking incubator)에서 100rpm으로 2분간 구강의 소화반응을 수행하였다.The digestive process in the oral cavity is shown in Fig. 1A. First, 0.1 (w/v)% food and 5 ml PBS were put into a brown test tube blocked from light, based on 100 ml of the fecal fermentation process, and then 3.5 ml of simulated salivary fluid (SSF) was added, and 12U/mg alpha -Amylase (α-amylase) was dissolved in 0.5 ml SSF and then added. 25 μl of 0.3M CaCl 2 and 975 μl of sterile water were finally added, and oral digestion was performed for 2 minutes at 100 rpm in a shaking incubator at 37°C.

인공소화(위)Artificial digestion (above)

다음으로 상기 구강 소화산물을 이용하여 위 소화과정을 진행하였다. 위에서의 소화과정은 도 1의 B에 나타내었다. 구강소화가 끝난 소화산물에 위에서 소화과정을 거치기 위해 차례로 다음과 같은 물질을 첨가하였다. 7.5㎖의 모의 위액(Simulated Gastric Fluid, SGF)를 넣고, 727 U/㎎의 펩신(pepsin)은 1.6㎖ SGF에 녹인 후 추가하였다. 추가로 0.3M의 CaCl2 5㎕와 1M의 HCl 0.2㎖와 멸균수 695㎕를 넣어준 뒤 1M HCl을 첨가하여 pH 2로 조정하였다. 이후, 진탕배양기(shaking incubator)에서 37℃로 2시간 동안 100rpm으로 위에서의 소화를 수행하였다. Next, the gastric digestion process was performed using the oral digestion product. The digestion process in the stomach is shown in FIG. 1B. The following substances were sequentially added to the digested product after oral digestion to go through the digestion process in the stomach. 7.5ml of simulated gastric fluid (Simulated Gastric Fluid, SGF) was added, and 727 U/mg of pepsin was dissolved in 1.6ml SGF and then added. In addition, 0.3M CaCl 2 5 μl, 1M HCl 0.2 ml, and sterile water 695 μl were added, and then 1M HCl was added to adjust the pH to 2. Thereafter, digestion was performed in the stomach at 100 rpm for 2 hours at 37° C. in a shaking incubator.

인공소화(소장)Artificial digestion (small intestine)

다음으로 상기 위장 소화산물을 이용하여 도 1의 C와 같은 과정 소장의 소화과정을 수행하였다. 상기 위장 소화산물에 11㎖의 모의 소장액(Simulated Intestinal Fluid, SIF)을 넣은 뒤 7.776 TAME μM Unit/㎎의 판크레아틴(pancreatin)을 SIF 5㎖에 녹여 첨가하고, 160mM 담즙산 2.5㎖, 0.3M CaCl2 40㎕, 1M NaOH 0.15㎖, 멸균수 1.31㎖를 첨가하였다. 그 후 진탕배양기(shaking incubator)에서 37℃로 2시간 동안 100rpm으로 소장의 소화반응을 수행하였다. 모든 소화과정을 완료한 소화산물은 즉시 액체질소로 냉각시킨 뒤 동결건조 시키고, -20℃에서 보관하였다. Next, the digestion process of the small intestine was performed using the gastrointestinal digestion product as shown in FIG. 1C. After putting 11 ml of Simulated Intestinal Fluid (SIF) in the gastric digestion product, 7.776 TAME μM Unit/mg of pancreatin was dissolved in 5 ml of SIF and added, 160 mM bile acid 2.5 ml, 0.3M CaCl2 40 μl, 0.15 ml of 1M NaOH, and 1.31 ml of sterile water were added. Thereafter, digestion of the small intestine was performed in a shaking incubator at 37° C. for 2 hours at 100 rpm. After completing all digestion processes, the digestion products were immediately cooled with liquid nitrogen, lyophilized, and stored at -20°C.

분변 발효(Fecal Fermentation, FF)Fecal Fermentation (FF)

분변 발효를 위해 먼저 신선한 분변에서 미생물을 분리하였다. 분변 발효에는 당일 채취한 사람의 분변에서 분리한 미생물을 사용하였다. Microorganisms were first isolated from fresh feces for fecal fermentation. For fecal fermentation, microorganisms isolated from human feces collected on the same day were used.

분변 미생물을 분리하기 위해 분변에 1:10(v/v)의 PBS를 첨가하여 혼합하였다. 그 후, 구멍의 크기가 250㎛, 150㎛, 53㎛인 체에 차례로 여과하여 분변 내의 부유물을 제거하고 최종적으로 분변 미생물만을 채취하였다. 이때 상기 PBS는 실험 전날 혐기성 챔버에 넣어 산소를 모두 제거하여 사용하였다. To separate fecal microorganisms, 1:10 (v/v) PBS was added to the feces and mixed. Thereafter, the pore size was filtered through a sieve of 250 μm, 150 μm, and 53 μm in order to remove suspended matter in the feces, and finally only fecal microorganisms were collected. At this time, the PBS was put into an anaerobic chamber the day before the experiment to remove all oxygen was used.

혐기성 챔버에 장내 조성배지, 동결건조된 소화산물 및 분변 미생물을 첨가하였다. 분변 미생물과 장내 조성배지는 1:10(w/v)의 비율이 되도록 첨가하였다. 발효 준비가 끝나면 혐기상태가 유지되도록 하고, 진탕 배양기에서 빛을 차단하고 37℃에서 100rpm으로 발효반응을 수행하였다. Intestinal composition medium, freeze-dried digestion products and fecal microorganisms were added to the anaerobic chamber. Fecal microorganisms and intestinal composition medium were added in a ratio of 1:10 (w/v). After preparation for fermentation, anaerobic conditions were maintained, light was blocked in a shaking incubator, and fermentation was performed at 37° C. at 100 rpm.

일반적으로 효모(yeast) 추출물을 세균배양에서 비타민 B 복합체의 주요 자원으로 알려져 있으며, 이 물질은 비타민뿐만 아니라 단백질, 탄수화물등과 같은 필수 영양소로 미생물이 살아가는 필수적인 영양 공급원으로 알려져 있으며, 펩톤(Peptone)은 질소를 쉽게 동화할 수 있게 하여 미생물한테 탄소 및 미네랄 공급원으로 사용되어진다.In general, yeast extract is known as a major source of vitamin B complex in bacterial culture. It makes nitrogen readily assimilated and is used as a carbon and mineral source for microorganisms.

분변발효의 장내 조성배지에서 실험 조건 확립을 위해 에너지원(펩톤, 효모 추출물)가 분변 발효시 단쇄지방산 생성 변화에 미치는 영향을 도 9에서 확인하였다. In order to establish experimental conditions in the intestinal composition medium of fecal fermentation, the effect of energy sources (peptone, yeast extract) on changes in short-chain fatty acid production during fecal fermentation was confirmed in FIG. 9 .

장내 조성배지는 표 4의 조성에 따라 제조하였으며, 에너지원 첨가 그룹(E 그룹)의 경우, 표 4의 배지에 펩톤(2g) 및 효모 추출물(2g)을 추가로 첨가하였다.The intestinal composition medium was prepared according to the composition of Table 4, and in the case of the energy source addition group (group E), peptone (2g) and yeast extract (2g) were additionally added to the medium of Table 4.

장내 조성배지를 표 4의 조성으로 제조하였다. The intestinal composition medium was prepared with the composition shown in Table 4.

표 4는 장내 조성배지의 조성이다.Table 4 is the composition of the intestinal composition medium.

Figure 112020003176799-pat00004
Figure 112020003176799-pat00004

상기에서 제조한 장내 조성배지를 오토클레이브로 고압멸균한 후, 배지가 식으면 헤민(hemin) 50 mg/L와 비타민 K을 10 ㎕/L)를 첨가하였다. After autoclaving the prepared intestinal composition medium with autoclave, 50 mg/L of hemin and 10 μl/L of vitamin K) were added when the medium cooled.

갈락토올리고사카라이드(GOS)를 인공소화 후 피험자 한명의 분변을 이용하여 총 4개 그룹(B, E, G1 및 G5)으로 나누어 실험을 진행하였다. After artificial digestion of galactooligosaccharide (GOS), the experiment was conducted by dividing the feces into four groups (B, E, G1 and G5) using the feces of one subject.

B 그룹:Group B:

GOS, 펩톤 및 효모 추출물을 첨가하지 않은 그룹, group without GOS, peptone and yeast extract,

E 그룹:Group E:

GOS를 첨가하지 않고, 펩톤과 효모 추출물이 첨가되어진 그룹Group with no added GOS and added peptone and yeast extract

G1 그룹:G1 group:

펩톤과 효모 추출물을 첨가하지 않고 GOS 0.1g을 GID 후 첨가한 그룹The group that added 0.1 g of GOS after GID without adding peptone and yeast extract

G5 그룹:G5 group:

펩톤과 효모 추출물을 첨가하지 않고 GOS 0.5g을 GID 후 첨가한 그룹The group that added 0.5 g of GOS without adding peptone and yeast extract after GID

각 그룹의 발효 0시간, 2시간, 4시간, 8시간, 12시간, 18시간 및 24시간째의 단쇄지방산(acetate, propionate 및 butyrate) 함량은 도 9에 나타냈다. The contents of short-chain fatty acids (acetate, propionate and butyrate) at 0 hours, 2 hours, 4 hours, 8 hours, 12 hours, 18 hours and 24 hours of fermentation of each group are shown in FIG. 9 .

B 그룹에서는 세 개의 단쇄지방산(SCFAs)이 발효 18h 후 통계적으로 증가하였다(P<0.05). In group B, three short-chain fatty acids (SCFAs) were statistically increased after 18 h of fermentation (P<0.05).

그 외의 다른 그룹에서는 발효 2시간 후 아세테이트(Acetate) 및 프로피오네이트(propionate)가 0h에 비해 유의적으로 증가하였으며(P<0.05), G1 그룹 같은 경우에는 부티레이트(Butyrate)가 발효 4시간 후 0시간과 비교하였을 때 유의적으로 증가하였다(P<0.05). 즉, 장내 조성배지에 포함된 에너지원(펩톤과 효모 추출물)이 발효 2시간 이후부터 단쇄지방산 생성 변화에 영향을 미침을 확인하였다. In other groups, acetate and propionate increased significantly compared to 0 h after 2 hours of fermentation (P<0.05), and in the case of G1 group, butyrate was 0 after 4 hours of fermentation It increased significantly when compared with time (P<0.05). That is, it was confirmed that the energy sources (peptone and yeast extract) included in the intestinal composition had an effect on the change in the production of short-chain fatty acids from 2 hours after fermentation.

따라서 장내 조성배지의 경우 식품으로 인한 발효의 효과를 평가하기 위해 펩톤, 효모 추출물과 같은 영양소를 제거하고 시험관에서 위장소화-분변발효(In vitro GID-FF)에 사용하였다. Therefore, in the case of the intestinal composition medium, nutrients such as peptone and yeast extract were removed to evaluate the effect of fermentation due to food, and it was used for gastric digestion-fecal fermentation (In vitro GID-FF) in vitro.

실시예 1-1Example 1-1

상기 식품으로 삶은 콩을 사용하여 상기 구강, 위장, 소장 소화과정을 차례로 거쳐 소화산물을 제조하고, 상기 소화산물에 분변 미생물을 첨가하여 분변 발효(Fecal Fermentation, FF)시켜 발효산물을 제조하였다.By using boiled soybeans as the food, a digestion product was prepared through the oral, stomach, and small intestine digestion process in sequence, and fecal fermentation (FF) was performed by adding fecal microorganisms to the digestion product to prepare a fermented product.

실시예 1-2Example 1-2

시판 청국장을 사용하는 것을 제외하고 실시예 1-1과 동일한 방법으로 발효산물을 제조하였다. 상기 시판 청국장은 순천장류 회사의 무염 청국장을 구매하여 사용하였다.A fermented product was prepared in the same manner as in Example 1-1, except that commercially available cheonggukjang was used. The commercially available cheonggukjang was purchased and used as unsalted cheonggukjang from Suncheonjang Liu Company.

실시예 1-3Examples 1-3

청국장 쿠키에서 분리한 균주(Bacillus subtilis)로 제조한 청국장(SRCM 101336)을 사용하는 것을 제외하고 실시예 1-1과 동일한 방법으로 발효산물을 제조하였다. A fermented product was prepared in the same manner as in Example 1-1, except that Cheonggukjang (SRCM 101336) prepared with a strain ( Bacillus subtilis ) isolated from Cheonggukjang cookies was used.

실시예 1-4Examples 1-4

고추장에서 분리한 균주(Bacillus subtilis)로 제조한 청국장(SRCM 100169)을 사용하는 것을 제외하고 실시예 1-1과 동일한 방법으로 발효산물을 제조하였다. A fermentation product was prepared in the same manner as in Example 1-1, except that Cheonggukjang (SRCM 100169) prepared with a strain ( Bacillus subtilis ) isolated from red pepper paste was used.

실시예 1-5Examples 1-5

고추장에서 분리한 균주(Bacillus amyloliquefaciens)로 제조한 청국장(SRCM 100730)을 사용하는 것을 제외하고 실시예 1-1과 동일한 방법으로 발효산물을 제조하였다.A fermentation product was prepared in the same manner as in Example 1-1, except that Cheonggukjang (SRCM 100730) prepared with a strain ( Bacillus amyloliquefaciens ) isolated from red pepper paste was used.

실시예 1-6Examples 1-6

고추장에서 분리한 균주(Bacillus amyloliquefaciens)로 제조한 청국장(SRCM 100731)을 사용하는 것을 제외하고 실시예 1-1과 동일한 방법으로 소화산물을 제조하였다.A digestion product was prepared in the same manner as in Example 1-1, except that Cheonggukjang (SRCM 100731) prepared with a strain ( Bacillus amyloliquefaciens ) isolated from red pepper paste was used.

비교예 1-1Comparative Example 1-1

음성 대조군(blank)으로 혐기성 챔버에 분변미생물과 장내 조성배지를 1: 10(w/v)의 비율이 되도록 첨가하고 진탕배양기에서 빛을 차단하고 37℃에서 100rpm으로 반응시켜 발효산물을 제조하였다. As a negative control (blank), fecal microorganisms and intestinal composition medium were added to an anaerobic chamber in a ratio of 1: 10 (w/v), light was blocked in a shaker incubator, and reacted at 37 ° C. at 100 rpm to prepare a fermentation product.

비교예 1-2Comparative Example 1-2

양성 대조군으로 식품으로 화학식1로 표시되는 갈락토올리고사카라이드(GOS)을 사용하는 것을 제외하고 실시예 1-1과 동일한 방법으로 발효산물을 제조하였다.A fermented product was prepared in the same manner as in Example 1-1, except that galactooligosaccharide (GOS) represented by Chemical Formula 1 was used as a food as a positive control.

Figure 112020003176799-pat00005
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<실시예 2> 단쇄지방산(Short chain fatty acid, SCFA)의 함량 및 pH 분석<Example 2> Analysis of content and pH of short chain fatty acid (SCFA)

식품이 장내 환경 변화에 미치는 영향을 분석하고자, 0, 2, 4, 6, 8, 12 및 24시간 발효시킨 발효산물을 샘플링하고, 이를 GC-MS를 이용하여 분석하여 시간대별로 단쇄지방산(acetate, propionate, butyrate)의 함량을 분석하고, 0시간을 기준으로 각 단쇄지방산의 증가율을 분석하였다. 또한, 발효 시간에 따른 발효산물의 pH 변화를 측정하였다. To analyze the effect of food on changes in the intestinal environment, fermented products fermented for 0, 2, 4, 6, 8, 12, and 24 hours were sampled and analyzed using GC-MS to obtain short-chain fatty acids (acetate, propionate, butyrate) were analyzed, and the increase rate of each short-chain fatty acid was analyzed based on 0 hours. In addition, the pH change of the fermentation product according to the fermentation time was measured.

<실시예 3> 미생물 생태 분석<Example 3> Microbial ecology analysis

발효산물에서 미생물 DNA를 추출하고 16S rDNA 유전자의 V4 가변영역을 기반으로 미생물 생태를 분석하였다. 분석에는 Mothur를 이용하여 시퀀싱 오류를 제거하였으며, 종 다양성 분석(Chao, Shanon index), OTU 수준 그룹 간의 미생물 생태 연관성 비교(ANOVA), 그룹 간의 연관성을 거리로 나타낸 비계량형 다차원척도법(non-metric multidimensional scaling, NMDS) 및 Tree 분석, 속(Genus) 및 OTU 수준의 유의적인 부유함(Abundance) 비교분석(metastats, lefse), 16S rDNA 유전자 기반 metabolic pathway 추정(PICRUSt) 등의 통계학적 분석으로 미생물 생태를 비교 분석하였다. Microbial DNA was extracted from the fermentation product and the microbial ecology was analyzed based on the V4 variable region of the 16S rDNA gene. Mothur was used for the analysis, and sequencing errors were removed, species diversity analysis (Chao, Shanon index), comparison of microbial ecological association between OTU level groups (ANOVA), and a non-metric multidimensional scale method that expressed association between groups as distance Comparison of microbial ecology by statistical analysis such as scaling, NMDS) and tree analysis, comparative analysis of significant abundance at Genus and OTU level (metastats, lefse), and estimation of metabolic pathway based on 16S rDNA gene (PICRUSt) analyzed.

<실험예 1> 분변 미생물 발효시간에 따른 미생물 생태변화 확인<Experimental Example 1> Confirmation of changes in microbial ecology according to fermentation time of fecal microorganisms

분변 미생물의 발효 완료 시간을 확인하고자, 분변 미생물을 장내 조성배지에서 0, 2, 4, 6, 8, 12, 24시간 동안 37℃로 혐기상태에서 빛을 차단하여 진탕배양기(shaking incubator)에서 배양하고 발효산물을 제조하고, 상기 발효산물에서 DNA를 추출하였다. 추출한 DNA를 16S rDNA 유전자를 기반으로 미생물 생태를 분석하였다. To check the fermentation completion time of fecal microorganisms, fecal microorganisms were cultured in a shaking incubator by blocking light in an anaerobic state at 37°C for 0, 2, 4, 6, 8, 12, and 24 hours in the intestinal composition medium. and a fermentation product was prepared, and DNA was extracted from the fermentation product. The extracted DNA was analyzed for microbial ecology based on the 16S rDNA gene.

도 2에서 6시간 이상 발효 시 Chao 1이 감소하여 종의 다양성이 감소하는 것을 확인하였으며, Shannon 역시 6시간 이후에 감소하여, 미생물의 균등성(evenness)이 감소하는 것을 확인하였다. 따라서 미생물 발효시간은 6시간 이하로 진행하는 것이 바람직함을 확인하였다. 2, it was confirmed that Chao 1 decreased during fermentation for more than 6 hours, thereby reducing species diversity, and Shannon also decreased after 6 hours, confirming that microbial evenness was reduced. Therefore, it was confirmed that the microbial fermentation time is preferably carried out for 6 hours or less.

다음으로, 비교예1-1을 이용하여 발효시간에 미생물 생태의 변화를 비교하였다. 도 3은 시간에 따른 미생물 생태를 분석한 결과이다. 도 3에서 6시간 이하와 8시간 이상의 미생물 생태가 상이함을 확인하였다. 24시간, 12시간, 8시간의 미생물 생태는 같은 클러스터로 분류됨을 확인하였다. Next, using Comparative Example 1-1, the change of the microbial ecology at fermentation time was compared. 3 is a result of analyzing the microbial ecology according to time. In FIG. 3, it was confirmed that the microbial ecology of less than 6 hours and more than 8 hours was different. It was confirmed that the microbial ecology of 24 hours, 12 hours, and 8 hours was classified into the same cluster.

이를 구체적으로 확인하고자, 도 4에서 0 내지 6시간, 8 내지 24시간 동안 분변 미생물 발효산물에서 풍부(abundance)하게 존재하는 미생물 종을 비교하였다. 도 4의 초록색은 0 내지 6시간 동안 abundance하게 나타나는 미생물 종이며 붉은색은 8 내지 24시간 발효 시 abundance하게 나타나는 미생물을 나타냈다. 비교 결과, 0 내지 6시간에는 Dorea 속, L. Ruminococcus 속, R. Ruminococcus 속, Ruminococcaceae 과(family), Roseburia 속, Blautia 속, Coprococcus 속, Bfidobacterium 속, Ruminococcaceae 과, dialister 속, faecalibaterium 속의 미생물이 풍부(abundance)하였으며, 8 내지 24시간 발효 시 bacteroides 속, Bilophila 속, Parabacteroides 속, Clostridiales 과, Lachnospiraceae 과. Oscillospira 속, Akkermansia 속, Desulfovibrio 속 및 Enlerobacteriaceae 과의 미생물이 abundance하게 나타나서 발효시간에 따라 미생물 생태가 상이함을 확인하였다. To confirm this in detail, in FIG. 4 , microbial species present in abundance in the fecal microbial fermentation product for 0 to 6 hours and 8 to 24 hours were compared. Green color in FIG. 4 indicates microorganism species that appear abundantly for 0 to 6 hours, and red color indicates microorganisms that appear abundantly during fermentation for 8 to 24 hours. As a result, at 0 to 6 hours, microorganisms of the genus Dorea , L. Ruminococcus , R. Ruminococcus , Ruminococcaceae , Roseburia , Blautia , Coprococcus , Bfidobacterium , Ruminococcaceae , dialister , and faecalibaterium were abundant. (abundance), and during fermentation for 8 to 24 hours, bacteroides genus, Bilophila genus, Parabacteroides genus, Clostridiales family, Lachnospiraceae family. Oscillospira , Akkermansia , Desulfovibrio and Enlerobacteriaceae were abundantly present, confirming that the microbial ecology was different depending on the fermentation time.

<실험예 2> 식품 발효 시간에 따른 미생물 생태 변화 분석<Experimental Example 2> Analysis of microbial ecology change according to food fermentation time

시판 청국장(실시예1-2)을 인공소화 처리하고 분변 미생물로 발효시킨 후, 발효 시간에 따른 미생물 생태 변화를 분석하고, 비교예1-1과 비교하였다. After artificial digestion of commercial cheonggukjang (Example 1-2) and fermentation with fecal microorganisms, the microbial ecology change according to fermentation time was analyzed and compared with Comparative Example 1-1.

도 5는 식품 발효 시간에 따른 미생물 생태 변화를 분석한 결과이다. 각 발효산물에서 DNA를 추출하고 16S rDNA 유전자를 분석한 뒤, 그 결과를 비계량형 다차원척도법(non-metric multidimensional scaling, NMDS)하였다. 5 is a result of analyzing the microbial ecology change according to the fermentation time of food. DNA was extracted from each fermentation product and 16S rDNA gene was analyzed, and the result was subjected to non-metric multidimensional scaling (NMDS).

도 5에서 발효 전(0시간)과 비교하여 발효 시간 2시간 이후부터 미생물 생태가 상이하게 분포함을 확인하였다. 시판 청국장의 발효산물(실시예1-2)과 분변 미생물만 발효시킨 발효산물(비교예1-1) 모두 발효시간이 증가할수록 오른쪽으로 분포가 이동하는 것을 확인하였다. 이는 in vitro 소화 및 발효 효과에 따른 결과로 사료된다.In FIG. 5 , it was confirmed that the microbial ecology was distributed differently from 2 hours after fermentation time compared to before fermentation (0 hours). It was confirmed that the distribution shifted to the right as the fermentation time increased for both the commercial fermented product of cheonggukjang (Example 1-2) and the fermented product fermented only with fecal microorganisms (Comparative Example 1-1). This is considered to be the result of in vitro digestion and fermentation effects.

또한, 실시예1-2의 미생물 분포는 비교예1-1과 비교하여 붉은 화살표 방향으로 이동됨을 확인하였다. 이는 식품에 의한 변화로 사료된다. In addition, it was confirmed that the distribution of microorganisms in Example 1-2 moved in the direction of the red arrow compared to Comparative Example 1-1. This is considered to be a change caused by food.

상기 실험결과를 통해 발효 2시간 이전에 식품이 미생물 생태에 영향을 끼침을 확인하였다. 이를 더 구체적으로 확인하고자, 발효산물에서 abundance한 미생물을 비교 분석하였다. Through the above experimental results, it was confirmed that food affects the microbial ecology 2 hours before fermentation. To confirm this in more detail, the microorganisms abundant in the fermentation product were comparatively analyzed.

도 6a에서 비교예1-1에서 발효 전과 2시간 발효한 후의 미생물 생태 변화를 비교 분석하였다. 분변만을 2시간 발효시켰을 경우에는 Parabacteroides spp., Bilophila spp., Sutterella spp., Oscillospira spp.가 유의적으로 증가하였고, Lachnospiraceae 과, Ruminococcaceae과의 미생물이 유의적으로 감소하였다. In FIG. 6a, in Comparative Example 1-1, changes in microbial ecology were compared and analyzed before fermentation and after fermentation for 2 hours. When only feces were fermented for 2 hours, Parabacteroides spp ., Bilophila spp ., Sutterella spp ., Oscillospira spp .

다음으로 2시간 발효시킨 비교예1-1과 실시예1-2의 발효산물에서 abundance한 미생물을 비교 분석하였다. 실시예1-2에서는 Collinsella spp., Bacteroides spp., Lachnospiraceae 과, Bifidobacterium spp., Ruminococcus 과, Phascolarctobacterium spp.의 미생물이 유의적으로 증가하였고, 상대적으로 Anaerostipes spp., Peptostreptococcaceae 과, Ruminococcus bromii, Oscillospira spp., Rikenellaceae 과, Sutterella spp., Faecalibacterium spp., Prevotella spp.가 유의적으로 감소하였다.Next, the microorganisms abundant in the fermentation products of Comparative Example 1-1 and Example 1-2 fermented for 2 hours were comparatively analyzed. In Example 1-2, Collinsella spp ., Bacteroides spp ., Lachnospiraceae family , Bifidobacterium spp ., Ruminococcus family, Phascolarctobacterium spp. of microorganisms were significantly increased, and relatively Anaerostipes spp. , Peptostreptococcaceae , Ruminococcus bromii , Oscillospira spp ., Rikenellaceae , Sutterella spp ., Faecalibacterium spp. , Prevotella spp . was significantly decreased.

상기 미생물 균주에서 Bilophila spp.과 Sutterella spp.는 유해균이며, 상기 Oscillospira spp., Collinsella spp., Bacteroides spp., Bifidobacterium spp., Phascolarctobacterium spp., Anaerostipes spp., Ruminococcus bromii, Faecalibacterium spp. 및 Prevotella spp.는 유익균이다.In the microbial strain, Bilophila spp . and Sutterella spp . are harmful bacteria, and the Oscillospira spp ., Collinsella spp ., Bacteroides spp ., Bifidobacterium spp ., Phascolarctobacterium spp . , Anaerostipes spp . and Prevotella spp . are beneficial bacteria.

<실험예 3> 식품 종류에 따른 발효산물의 미생물 생태 변화 분석<Experimental Example 3> Analysis of changes in microbial ecology of fermented products according to food types

다음으로 식품의 종류에 따른 발효산물에서 미생물 생태를 분석하였다. 도 7은 실시예1-1 내지 실시예1-6, 비교예1-1 및 비교예1-2 발효산물에서 미생물 생태를 분석한 결과이다. 도 7에서 발효 2시간에 식품의 종류에 따라 서로 다른 미생물 생태를 가짐을 확인하였다. 상기 실험결과를 통하여 발효 2시간 이전에 식품이 미생물생태에 영향을 끼침을 확인하였다. 따라서, 분변미생물을 이용한 발효시간은 2시간 이하로 진행하는 것이 바람직함을 확인하였다.Next, the microbial ecology was analyzed in the fermented products according to the type of food. 7 is a result of analyzing the microbial ecology in the fermentation products of Examples 1-1 to 1-6, Comparative Example 1-1 and Comparative Example 1-2. In FIG. 7 , it was confirmed that the microbial ecology was different depending on the type of food at 2 hours of fermentation. Through the above experimental results, it was confirmed that food had an effect on the microbial ecology 2 hours before fermentation. Therefore, it was confirmed that the fermentation time using fecal microorganisms is preferably carried out for less than 2 hours.

<실험예 4> 식품의 종류에 따른 발효산물의 SCFA 및 pH 분석<Experimental Example 4> SCFA and pH analysis of fermented products according to the type of food

식품의 종류에 따라 발효산물의 미생물 생태가 변화하는 것을 확인하였는바, 식품에 따른 장내 미생물 환경이 변화하는 것을 확인하였다. 다음으로 식품의 종류에 따른 대사산물(metabolites)의 변화를 발효시간 2, 4, 6, 8, 12, 24시간으로 달리하여 pH 변화 및 SCFA(acetate, propionate, butyrate)의 함량을 측정하고, 발효 전과 비교하여 SCFA의 증가율을 분석하였다. It was confirmed that the microbial ecology of the fermented product was changed according to the type of food, and it was confirmed that the intestinal microbial environment was changed according to the food. Next, by varying the change of metabolites according to the type of food to 2, 4, 6, 8, 12, and 24 hours of fermentation, the pH change and the content of SCFA (acetate, propionate, butyrate) were measured, and fermentation The increase rate of SCFA compared to before was analyzed.

유익균이 많을수록 아세테이트, 부티레이트, 프로피오네이트의 생성량이 증가하며, pH가 낮을수록 유해균의 증식이 저해되는 것으로 알려져 있다. 따라서 단쇄지방산의 생성 또는/및 pH의 변화를 이용하여 식품의 장내 환경 개선 효과를 평가할 수 있다. It is known that as the number of beneficial bacteria increases, the production of acetate, butyrate, and propionate increases, and as the pH decreases, the growth of harmful bacteria is inhibited. Therefore, it is possible to evaluate the effect of improving the intestinal environment of food by using the production of short-chain fatty acids and/or changes in pH.

음성 대조군(blank)으로 비교예1-1을 이용하였고, 양성대조군으로 프리바이오틱스로 잘 알려진 비교예 1-2를 이용하였다. 비교예1-1의 경우 발효시간 동안 pH가 7.5 내지 8 사이로 측정되었으며 SCFA 증가비율은 프로피오네이트(propionate), 부티레이트(butyrate)의 경우 24시간동안 SCFA의 증가율이 0 이하에서 변동의 거의 없음을 확인하였으며, 아세테이트(acetate)는 12시간째에 0에서 24시간 째에 약 5로 증가하였다.Comparative Example 1-1 was used as a negative control group (blank), and Comparative Example 1-2 well known as prebiotics was used as a positive control group. In the case of Comparative Example 1-1, the pH was measured between 7.5 and 8 during the fermentation time, and the SCFA increase rate was propionate, butyrate, the increase rate of SCFA for 24 hours was 0 or less. It was confirmed, and acetate increased from 0 at 12 hours to about 5 at 24 hours.

양성대조군인 비교예 1-2의 갈락토올리고사카라이드(galactooligosaccharide, GOS)의 경우, 발효시간 2 내지 24시간 동안 아세테이트, 부티레이트, 프로리오네이트의 증가율이 높게 나타났으며, 발효 6시간까지 단쇄지방산의 증가율이 급격하게 증가함을 확인하였다.In the case of galactooligosaccharide (GOS) of Comparative Example 1-2, which is a positive control, the increase rate of acetate, butyrate, and proionate was high for 2 to 24 hours of fermentation, and short-chain fatty acids were observed until 6 hours of fermentation. It was confirmed that the increase rate of

실시예1-1 내지 실시예1-6은 음성대조군과 비교하여 발효에 따라 pH가 감소하였고, 아세테이트, 부티레이트, 프로피오네이트의 생성량이 증가하는 것을 확인하였다. In Examples 1-1 to 1-6, it was confirmed that the pH decreased according to fermentation, and the amount of acetate, butyrate, and propionate production increased compared to the negative control group.

<실험예 5> 건강기능성 식품평가 시스템의 적용 - 청국장의 기능성 평가<Experimental Example 5> Application of health functional food evaluation system - Functional evaluation of cheonggukjang

다음으로, 기능성 식품인 청국장이 장내 미생물 생태에 미치는 영향을 평가하고자, 8명의 피험자(S1 내지 S8)에서 분변 미생물을 분리하고, 분리된 각 피험자의 분변 미생물 시료를 이용하여 2시간 동안 분변 발효를 수행하고 청국장에 의한 단쇄지방산(Acetate, Propionate, Butyrate) 생성 변화 및 미생물 생태 변화를 분석하였다. 도 10는 분변발효 2시간 후의 대조군(Blank, B)과 청국장 처리군(Treatment, T)의 단쇄지방산 함량 변화를 나타낸 것이다.Next, in order to evaluate the effect of cheonggukjang, a functional food, on the intestinal microbial ecology, fecal microorganisms were isolated from 8 subjects (S1 to S8), and fecal fermentation was performed for 2 hours using the separated fecal microorganism samples from each subject. and analyzed changes in the production of short-chain fatty acids (Acetate, Propionate, Butyrate) and changes in microbial ecology by Cheonggukjang. Figure 10 shows the change in the short-chain fatty acid content of the control group (Blank, B) and the cheonggukjang treatment group (Treatment, T) after 2 hours of fecal fermentation.

도 10을 참조하면 피험자 S2는 청국장을 첨가하였을 경우 아세테이트(Acetate), 프로피오네이트(Propionate), 부티레이트(Butyrate)가 모두 유의적으로 증가하였으며, 피험자 S4, S6 및 S7 경우에는 아세테이트(Acetate), 프로피오네이트(Propionate), 부티레이트(Butyrate)가 유의적으로 증가하지 않음을 확인할 수 있었다. 피험자 S1는 아세테이트(Acetate), 프로피오네이트(Propionate)가 유의적으로 증가하였으며, 피험자 S3와 S5는 아세테이트(Acetate)만이 피험자 S8는 아세테이트(Acetate), 부티레이트(Butyrate)만이 유의적으로 증가하였다.Referring to Figure 10, when the subject S2 added cheonggukjang, acetate, propionate, and butyrate all significantly increased, and in the case of subjects S4, S6 and S7, acetate (Acetate), It was confirmed that propionate (Propionate), butyrate (Butyrate) does not increase significantly. In subject S1, acetate and propionate increased significantly, in subjects S3 and S5, only acetate increased, and in subject S8, only acetate and butyrate significantly increased.

즉, 동일한 기능성 식품(청국장)을 섭취하더라도 피험자에 따라 장내 환경변화, 구체적으로 단쇄지방산(아세테이트(Acetate), 프로피오네이트(Propionate), 부티레이트(Butyrate)) 생성변화에 미치는 영향이 상이함을 확인하였다. 따라서 분변 미생물을 이용한 모의 발효시스템을 이용하여 기능성 식품 섭취 시 각 개인별로 장내환경 변화(단쇄지방산 생성 변화)를 예측할 수 있다.That is, it was confirmed that even if the same functional food (Chungkukjang) was consumed, the effect on changes in the intestinal environment, specifically short-chain fatty acids (Acetate, Propionate, Butyrate) production change, was different depending on the subject. did Therefore, it is possible to predict changes in the intestinal environment (change in short-chain fatty acid production) for each individual when ingesting functional foods using a simulated fermentation system using fecal microorganisms.

이러한 단쇄지방산 생성변화 차이는 장내 미생물의 생태에 대한 개인의 차이로 인한 결과로 예측된다. 따라서 피험자에 따른 장내 미생물 생태를 분석하고, 비계량형 다차원척도법(NMDS)상에서 피험자별 그룹에 따른 장내 미생물생태를 도 11에 나타내었다. 피험자 S3만을 제외한 모든 피험자들은 대조군(Blank) 그룹의 발효 0시간을 기준으로 대조군(Blank) 2시간과 청국장 처리 그룹 2시간 발효 후의 방향성이 달라지는 것을 확인 할 수 있었으며, 피험자별로 청국장에 의해 변화하는 장내 미생물생태가 다르다는 것을 확인 할 수 있었다. This difference in short-chain fatty acid production is predicted as a result of individual differences in the ecology of intestinal microbes. Therefore, the intestinal microbial ecology according to each subject was analyzed, and the intestinal microbial ecology according to each subject group on the non-quantitative multidimensional scale method (NMDS) is shown in FIG. All subjects, except for subject S3, were able to confirm that the direction after fermentation of the control group (Blank) for 2 hours and the cheonggukjang treatment group for 2 hours was different based on the fermentation time of the control group (Blank). It was possible to confirm that the microbial ecology was different.

OTUs 기반 tree 결과를 도 12에 나타내었다. 그 결과 작게는 피험자별로 클러스터링(clustering)되었으며, 크게는 총 3개의 그룹으로 피험자들의 장내 미생물생태가 클러스터링 되었다. 피험자 S8, S5, S4는 클러스터(Cluster) I에 피험자 S7, S6는 클러스터(Cluster) II-a, 피험자 S3, S2, S1는 클러스터(Cluster) II-b에 클러스터링(clustering) 되었다.The results of the OTUs-based tree are shown in FIG. 12 . As a result, small groups were clustered for each subject, and the intestinal microbial ecology of the subjects was clustered into three groups. Subjects S8, S5, and S4 were clustered in Cluster I, subjects S7 and S6 were clustered in Cluster II-a, and subjects S3, S2, and S1 were clustered in Cluster II-b.

또한 모든 피험자에서 대조군(Blank) 그룹 0시간 발효와 대조군(Blank) 2시간 발효 샘플은 한 클러스터(cluster)에 위치하였고, 청국장을 첨가한 샘플은 대조군(Blank) 그룹과는 클러스터링(clustering)되지 않았음을 보았을 때 In-vitro 실험을 통해 샘플 처리 후 장내 미생물 생태의 변화가 모든 사람에게서 일어난 것을 알 수 있다.In addition, in all subjects, the control (Blank) group 0 hour fermentation and the control (Blank) 2 hour fermentation sample were located in one cluster, and the sample to which cheonggukjang was added was not clustered with the control group (Blank). When looking at the sound, it can be seen that changes in intestinal microbial ecology occurred in all people after sample processing through an in-vitro experiment.

OTUs 수준에서 선형 판별 분석 효과크기(Linear discriminant analysis effect size, LEfSe)를 통해 피험자별 대조군(Blank) 그룹의 2시간 발효와 청국장 처리그룹 2시간 발효 후의 비교 시 증가 혹은 감소한 장내 미생물들과 Sung, Jaeyun, et al.(2017) 을 바탕으로 종(species) 수준에서 장내 미생물들이 단쇄지방산(Acetate(A), Propionate(P), Butyrate(B)) 생산을 하는지에 대해 표 5에 나타내었다(LDA>3.0).According to the linear discriminant analysis effect size (LEfSe) at the OTUs level, when comparing the 2-hour fermentation in the blank group and the 2-hour fermentation in the cheonggukjang-treated group, the intestinal microorganisms increased or decreased, and Sung, Jaeyun Based on , et al. (2017), it is shown in Table 5 whether intestinal microbes produce short-chain fatty acids (Acetate (A), Propionate (P), Butyrate (B)) at the species level (LDA> 3.0).

표 5는 OTUs 수준 피험자별 In vitro Fermentation 진행 시 청국장에 의해 변화한 장내 미생물을 나타낸 것이다. Table 5 shows the intestinal microorganisms changed by Cheonggukjang during in vitro fermentation by OTUs level per subject.

Figure 112020003176799-pat00006
Figure 112020003176799-pat00006

모든 OTU는 LDA> 3.0, T에서 p 값을 나타내는 것으로 선택하였다. 시험 <0.05는 B 2h와 T 2h 사이의 RRA (Relative Abundance) 및 RA> 1.0 %의 갭 비를 비교한다. 그 중에서, 감소 OUT은 D, 증가된 OUT은 I로 나타냈다. - 및 +는 RA 간격 비율의 0.5 % 이상을 나타내는 OTU 감소 또는 증가를 의미합니다. 빈칸은 OTU가 감지되지 않음을 의미한다.All OTUs were selected to exhibit p values at LDA > 3.0 and T. Test <0.05 compares the gap ratio of RRA (Relative Abundance) and RA >1.0% between B 2h and T 2h. Among them, decreased OUT was denoted by D, and increased OUT was denoted by I. - and + mean reduction or increase in OTUs representing at least 0.5% of the RA interval ratio. Blank means that no OTU is detected.

표 5에서 Faecalibacterium prausnitzii (Otu0005) 경우에는 모든 피험자들에게서 감소를 하였으나, Faecalibacterium prausnitzii (Otu0023) 경우에는 피험자 S1, S2, S6 및 S7에서 증가하였다. Bifidobacterium spp.는 청국장과 유사한 Bacillus subtilis에 의해 콩을 발효한 낫또를 섭취했을 시 증가한다고 알려져 있으며, Bifidobacterium spp.의 일종인 Bifidobacterium adolescentis (Otu0001) 경우에는 피험자 S7을 제외한 피험자들에게서 모두 증가하였다.In Table 5, Faecalibacterium prausnitzii (Otu0005) decreased in all subjects, but Faecalibacterium prausnitzii (Otu0023) increased in subjects S1, S2, S6 and S7. Bifidobacterium spp. is known to increase when fermented soybean natto is consumed by Bacillus subtilis similar to cheonggukjang, and in the case of Bifidobacterium adolescentis (Otu0001), a type of Bifidobacterium spp ., it was increased in all subjects except for subject S7.

아세테이트(Acetate)를 생성하는 장내 미생물(Bifidobacterium adolescentis (Otu0001), Alistipes putredinis (Otu0033), Bacteroides caccae (Otu0052), Bacteroides fragilis (Otu0011), Bacteroides ovatus (Otu0069), Bacteroides uniformis (Otu0020), Prevotella copri (Otu0002), Clostridium perfringens (Otu0089), Faecalibacterium prausnitzii (Otu0005, Otu0023), Lactobacillus ruminis (Otu0045), Ruminococcus bromii (Otu0018), [Ruminococcus] gnavus (Otu0013), [Ruminococcus] torques (Otu0043))은 각각의 피험자들에게서 증가 혹은 감소를 하였다. Acetate-producing intestinal microflora ( Bifidobacterium adolescentis (Otu0001), Alistipes putredinis (Otu0033), Bacteroides caccae (Otu0052), Bacteroides fragilis (Otu0011), Bacteroides ovatus (Otu0069), Bactero000ides uniformis (Otu0020) ), Clostridium perfringens (Otu0089), Faecalibacterium prausnitzii (Otu0005, Otu0023), Lactobacillus ruminis (Otu0045), Ruminococcus bromii (Otu0018), [ Ruminococcus] gnavus (Otu0013)), increased or decreased.

구체적으로 Bifidobacterium adolescentis (Otu0001)는 S1, S2, S3, S4, S5, S6 및 S8에서 증가하였고, Alistipes putredinis (Otu0033)은 S1에서만 증가하였으며, Bacteroides caccae (Otu0052)는 S5에서 감소하였고, Bacteroides fragilis (Otu0011)는 S4에서만 감소하였다. Bacteroides ovatus (Otu0069)는 S8에서만 감소하였고, Bacteroides uniformis (Otu0020)는 S5에서 감소하고, S1에서 증가하였다. Prevotella copri (Otu0002)는 S1, S2, S3 및 S6에서 감소하였고, Clostridium perfringens (Otu0089)는 S6에서 증가하였고, Faecalibacterium prausnitzii (Otu0005)는 S1 내지 S8 에서 모두 감소하였으며, Faecalibacterium prausnitzii (Otu0023)는 S1, S2, S6 및 S7에서 증가하였고, Lactobacillus ruminis (Otu0045)는 S3 및 S8에서 증가하였다. 또한, Ruminococcus bromii (Otu0018)는 S3에서 감소하였으며, [Ruminococcus] gnavus (Otu0013)는 S4에서 감소하고 S5 및 S8에서 증가하였고, [Ruminococcus] torques (Otu0043)는 S3 및 S4에서 감소하였다. Specifically, Bifidobacterium adolescentis (Otu0001) increased in S1, S2, S3, S4, S5, S6 and S8, Alistipes putredinis (Otu0033) increased only in S1, Bacteroides caccae (Otu0052) decreased in S5, and Bacteroides fragilis ( Otu0011) decreased only in S4. Bacteroides ovatus (Otu0069) decreased only in S8, and Bacteroides uniformis (Otu0020) decreased in S5 and increased in S1. Prevotella copri (Otu0002) was decreased in S1, S2, S3 and S6, Clostridium perfringens (Otu0089) was increased in S6, Faecalibacterium prausnitzii (Otu0005) was decreased in all of S1 to S8, and Faecalibacterium prausnitzii (Otu0023) was decreased in S1, S8. increased in S2, S6 and S7, and Lactobacillus ruminis (Otu0045) increased in S3 and S8. Also, Ruminococcus bromii (Otu0018) decreased in S3, [ Ruminococcus] gnavus (Otu0013) decreased in S4 and increased in S5 and S8, and [Ruminococcus] torques (Otu0043) decreased in S3 and S4.

그러나 도 10를 참고하면 S1, S2, S3, S5 및 S8의 피험자들에게서만 아세테이트가 유의적으로 증가를 하였다.However, referring to FIG. 10, acetate was significantly increased only in subjects of S1, S2, S3, S5 and S8.

또한 본 실험 결과에서 각각의 피험자들에게서 L-Lactate ([S]-Lactate, Lactate, D-Lactate, [R]-Lactate)를 생성하는 Collinsella aerofaciens (OTU0034), Lactobacillus spp. (Otu0047), Lactobacillus ruminis (Otu0045), Dorea spp. (Otu0041) 및 Coprococcus spp. (Otu0008, OTU0012) 등의 장내 미생물들이 증가하였다. In addition, Collinsella aerofaciens (OTU0034), Lactobacillus spp , which produce L-Lactate ([S]-Lactate, Lactate, D-Lactate, [R]-Lactate) in each subject from the results of this experiment. (Otu0047), Lactobacillus ruminis (Otu0045), Dorea spp . (Otu0041) and Coprococcus spp . (Otu0008, OTU0012) and other intestinal microorganisms increased.

이 물질은 Pyruvate 대사(metabolism)에 의해 Acetate로 변환되어지며, 본 실험의 결과에서 이 물질을 소비하는 Megasphaera spp. (Otu0022)와 Bacteroides fragilis (Otu0011) 미생물들이 아세테이트(Acetate)가 유의적으로 증가하지 않은 피험자 S7 혹은 S4에서는 감소하였다. This substance is converted to Acetate by pyruvate metabolism (metabolism), and Megasphaera spp consuming this substance in the results of this experiment. (Otu0022) and Bacteroides fragilis (Otu0011) microorganisms were decreased in subjects S7 or S4 in which acetate was not significantly increased.

또한 도 13의 결과를 참고하면, Picrust 결과에서도 Acetate가 유의적으로 증가한 대부분의 피험자에서 Pyruvate 대사(metabolism)이 증가하였으며(S3 제외), Acetate가 증가하지 않은 피험자들은 유의적인 차이가 없었거나 감소하였다. In addition, referring to the results of FIG. 13 , pyruvate metabolism (metabolism) increased in most of the subjects in which Acetate was significantly increased in the Picrust results (except for S3), and there was no significant difference or decreased in the subjects in which Acetate did not increase. .

이 결과를 바탕으로 청국장을 통해 In vitro-FF 진행시 피험자들에 따라 L-Lactate를 소비하는 미생물들에 의해 Pyruvate 대사(metabolism)이 증가 혹은 감소하여 Acetate가 증가 혹은 감소하는 것으로 사료된다.Based on these results, it is considered that Acetate increases or decreases due to the increase or decrease of Pyruvate metabolism by the microorganisms consuming L-Lactate depending on the subjects during In vitro-FF with Cheonggukjang.

표 5에서 Propanoate를 생성하는 장내 미생물 Alistipes putredinis (Otu0033)는 S1에서 증가하고 Bacteroides uniformis (Otu0020)는 S1에서 증가하였고, Clostridium perfringens (Otu0089)는 S6에서만 증가하였고, Faecalibacterium prausnitzii (Otu0005)는 S1 내지 S8에서 모두 감소하였고, Faecalibacterium prausnitzii (Otu0023))는 S1, S2, S6 및 S7에서 증가하였다. 그러나 도 10을 참고하면 S1과 S2 피험자만이 Propinoate가 유의적으로 증가하였다.In Table 5, Propanoate-producing intestinal microorganism Alistipes putredinis (Otu0033) increased in S1, Bacteroides uniformis (Otu0020) increased in S1, Clostridium perfringens (Otu0089) increased only in S6, Faecalibacterium prausnitzii (Otu0005) increased in S1 to S8 were all decreased, and Faecalibacterium prausnitzii (Otu0023)) was increased in S1, S2, S6 and S7. However, referring to Figure 10, only the S1 and S2 subjects showed a significant increase in propinoate.

이러한 결과는 위의 설명한 바와 같이 장내 미생물에 의해 생성된 L-Lactate가 피루빈산염(Pyruvate) 대사(metabolism) 과정을 통해 호박산염(Succinate) 물질이 생성되어 피험자 S1, S2, S5 및 S8에게서 Pyruvate metabolism이 증가한 것으로 사료된다. 또한 이 피험자들 중 S1과 S2는 c5-branched dibasic acid metabolism 과정이 감소하여 결과적으로 Propanoyl-CoA 물질을 프로피온 에스테르(Propionate)로 전환하는 Propanoate(Propionate) metabolism에 의해 피험자 2명(S1, S2)에게서만 Propionate가 청국장에 의해 유의적으로 증가한 것으로 판단된다.As described above, as described above, L-Lactate produced by intestinal microbes is succinate through the process of pyruvate metabolism, resulting in pyruvate in subjects S1, S2, S5 and S8. It is thought that metabolism was increased. In addition, among these subjects, S1 and S2 were only found in 2 subjects (S1, S2) due to reduced c5-branched dibasic acid metabolism and consequently propanoate (Propionate) metabolism, which converts propanoyl-CoA to propionate. Propionate was significantly increased by Cheonggukjang.

본 실험 결과에서 청국장에 의해 증가 혹은 감소하는 장내 미생물을 분석하여 Acetate와 Propanoate 물질은 Picrust 결과와 연결지어 생성경로를 예측하였으며, 각각의 피험자에 따라 청국장에 의해 생성되는 SCFAs (Acetate, Propanoate, Butyrate)양 및 증가 혹은 감소하는 장내 미생물들이 다양하다는 것을 확인할 수 있었다.In the results of this experiment, by analyzing the intestinal microbes increased or decreased by Cheonggukjang, the Acetate and Propanoate substances were linked with the Picrust result to predict the production route, and the SCFAs (Acetate, Propanoate, Butyrate) generated by Cheonggukjang according to each subject It was confirmed that the amount and increase or decrease of intestinal microflora were diverse.

Claims (11)

대상식품에 인공소화액을 첨가하여 소화산물을 제조하는 단계;
상기 소화산물에 검사 대상자의 분변 미생물과 장내조성배지를 첨가하여 발효산물을 제조하는 단계;
상기 발효산물에서 16S rDNA 유전자의 염기서열을 분석하여 미생물 생태를 확인하는 단계; 및
상기 대상식품 발효산물의 미생물과 표준식품 발효산물의 지표 유익균 또는 지표 유해균을 비교하는 단계를 포함하고,
상기 비교하는 단계는,
대상식품의 발효산물에서 확인한 유익균의 풍부도가 표준식품의 발효산물에서 확인한 지표 유익균의 풍부도와 같거나 높은 경우,
또는 대상식품의 발효산물에서 확인한 유해균의 풍부도가 표준식품의 발효산물에서 확인한 지표 유해균의 풍부도와 같거나 낮은 경우, 대상식품을 기능성 식품으로 평가하는
기능성 식품의 평가 방법.
preparing a digestive product by adding an artificial digestive juice to the target food;
preparing a fermentation product by adding the fecal microorganism and intestinal composition medium of the test subject to the digestion product;
checking the microbial ecology by analyzing the nucleotide sequence of the 16S rDNA gene in the fermentation product; and
Comprising the step of comparing the microorganism of the target food fermented product and the indicator beneficial bacteria or indicator harmful bacteria of the standard food fermented product,
The comparing step is
When the abundance of beneficial bacteria confirmed in the fermented product of the target food is the same as or higher than that of the index beneficial bacteria confirmed in the fermented product of the standard food,
Or, if the abundance of harmful bacteria confirmed in the fermented product of the target food is the same as or lower than the abundance of the index harmful bacteria confirmed in the fermented product of the standard food, the target food is evaluated as a functional food.
Evaluation method of functional food.
삭제delete 제 1항에 있어서,
상기 표준식품은 프리바이오틱스 또는 프로바이오틱스 식품인 것을 특징으로 하는,
기능성 식품의 평가방법.
The method of claim 1,
The standard food is characterized in that it is a prebiotic or probiotic food,
Evaluation method of functional food.
제 1항에 있어서,
상기 지표 유익균은 단쇄지방산의 생성을 증가시키는 것을 특징으로 하는,
기능성 식품의 평가 방법.
The method of claim 1,
The indicator beneficial bacteria is characterized in that it increases the production of short-chain fatty acids,
Evaluation method of functional food.
제 4항에 있어서,
상기 단쇄지방산(Short chain fatty acid, SCFA)은 아세테이트, 부티레이트 또는 프로피오네이트를 포함하는 것을 특징으로 하는,
기능성 식품의 평가 방법.
5. The method of claim 4,
The short chain fatty acid (SCFA) is characterized in that it comprises acetate, butyrate or propionate,
Evaluation method of functional food.
제 1항에 있어서,
상기 발효산물의 단쇄지방산의 함량을 분석하는 단계를 더 포함하는,
기능성 식품의 평가 방법.
The method of claim 1,
Further comprising the step of analyzing the content of short-chain fatty acids in the fermentation product,
Evaluation method of functional food.
제 1항에 있어서,
상기 발효산물의 pH를 측정하는 단계; 및
상기에서 측정한 pH가, 표준식품에서 측정한 pH 값과 동일하거나 또는 낮은 경우, 대상식품을 기능성 식품으로 선택하는 단계를 더 포함하는,
기능성 식품의 평가 방법.
The method of claim 1,
measuring the pH of the fermentation product; and
When the pH measured above is the same as or lower than the pH value measured in the standard food, further comprising the step of selecting the target food as a functional food,
Evaluation method of functional food.
제 1항에 있어서,
상기 지표 유익균은 Oscillospira spp., Collinsella spp., Bacteroides spp., Bifidobacterium spp., Phascolarctobacterium spp., Anaerostipes spp., Ruminococcus bromii, Faecalibacterium spp. 및 Prevotella spp.로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상인 것인,
기능성 식품의 평가 방법.
The method of claim 1,
The indicator beneficial bacteria are Oscillospira spp ., Collinsella spp ., Bacteroides spp ., Bifidobacterium spp ., Phascolarctobacterium spp ., Anaerostipes spp ., Ruminococcus bromii , Faecalibacterium spp . And Prevotella spp . Any one or more selected from the group consisting of,
Evaluation method of functional food.
제 1항에 있어서,
상기 지표 유해균은 Bilophila spp. 또는 Sutterella spp.로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상인 것인,
기능성 식품의 평가 방법.
The method of claim 1,
The indicator harmful bacteria is Bilophila spp . Or Sutterella spp . Any one or more selected from the group consisting of,
Evaluation method of functional food.
삭제delete 삭제delete
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