KR20170017418A

KR20170017418A - 기능성 김치 유산균을 이용한 비만 억제 다이어트 효과.

Info

Publication number: KR20170017418A
Application number: KR1020150111282A
Authority: KR
Inventors: 은영범
Original assignee: 은영범
Priority date: 2015-08-06
Filing date: 2015-08-06
Publication date: 2017-02-15

Abstract

햄스터 중에서 눈에 띠는 비만 체형인 햄스터의 배설물로부터 세균을 배양했다. 비만 햄스터들의 장내 미생물의 패턴을 크게 3가지 그룹으로 나눌 수 있었다. 유산균도 많은 그룹A, 유산균이 적고 노란 콜로니가 눈에 띄게 많은 그룹B, 유산균이 적고 노란 콜로니가 별로 눈에 띄지 않는 그룹C로 나눌 수 있었다.
주변에서 흔히 섭취할 수 있는 유산균에 의한 비만 억제 효과를 관찰하기 위해, 유산균양이 적은 그룹B와 C를 중심으로 김치와 유산균 음료로부터 분리한 유산균 5가지 종류를 균주별로 1가지씩 선택적으로 섭취하게 하여 비만과 장내 미생물의 변화를 관찰하였다.
대부분의 햄스터들에게서 유산균의 양이 급증된 것이 관찰되었으며, 특히 김치로부터 분리한 Lactococcus lactis 가 가장 뛰어난 비만 억제 효과를 보였다. 또한 많은 그룹 B에서 노란 콜로니들이 사라지는 등 LB배지에서 많은 세균총의 변화를 관찰할 수 있었다

Description

기능성 김치 유산균을 이용한 비만 억제 다이어트 효과.{ Obesity diet suppressed using functional kimchi lactic acid bacteria}

김치유산균, 비만억제 효과.

김치는 우리나라 식생활의 일상식단에 반드시 오르게 되는 가장 중요한 부식이다. 특히, 겨울철에 얻기 어려운 신선한 채소로 담가두었던 저장식품인 김치류는 각종 유기산, 아미노산, 비타민, 무기질의 급원으로서 한국인의 건강유지와 영양공급에 지대한 공헌을 해왔다.

김치는 그 종류에따라 담근 김치의 맛이 다르나, 발효과정에 관여하는 미생물에 의해 분비되는 효소에 의한 유기산 생성이 김치에 특유한 향미를 부여하게 되는데 주재료인 배추나 무우이외에 여러가지 부재료와 양념을 첨가하고 소금의 농도를 조정하여 숙성발효시킨 한국고유의 전통식품이다.

김치세균의 동적변화에 관한 연구에서 보면 발생초기 10일 까지는 호기성세큔의 증가를 보였다가 차차 혐기성세균의 생육이 활발한 반면, 호기성세균은 감소하여 50일에 가서 최저의 생균수를 나타낸다. 김치숙성중 초기에는 호기성세균인 Achromobacter, Flavobacterium 및 Pseudomonas속이 증식하나 수일이내에 초기의 주발효균인 Leuconostoc mesenteroides와 Streptococcus faecalis 중기의 Pediococcus oervisiae가 번식하며 유산이 0.2%내외가 되면 호기성 세균의 생육은 저해되고 중기 이후로 Lactobacillus plantarum과 Lactobacilus drevis가 증가하여 산미를 갖게된다. 그러므로 김치숙성에 관여하는 미생물은 주로 혐기성균이며, 그 중에서도 유산균의 역활이 역활이 큰것을 알 수 있다. 최근의 연구에서 자연발효균에 의한 김치제품의 가공상의 안정성을 고려하여 Bacillus starter를 첨가하였더니 대조구보다 육안적 선도,색채,그리고 맛이 더욱 우수하였고 산막효모의 증식으로 나타나는 산패도 10여일 늦게 나타난다고 한다.

김치의 비휘발성 유기산으로는 김치중에 주로 lactic acid, succinic acid가 많으며 citric, malic, tartaric, fumaric, malonic acid등의 생성량은 적는데 김치의 산도 변화 경향은 Lactic acid 의 생성과 관련이 있으며 발효과정중에 생성되어지나, 다른 유기산들은 발효가 일어나기 이전에 벌써 상당량 존재한다고 한다. 휘발성유기산으로는 acetic acid가 발효진행중 현저하게 증가 하며 formic, propionic, butyric, valeric, n-heptanoic acid등이 분리 되었다.

이로써 김치발효는 단순한 유산발효가 아니라 여러 복잡한 발효과정을 거쳐 숙성되어 진다. 김치발효는 이상젓산균에 의한 협기적 발효로서 생성되는 탄산가스가 탄산으로 되어 국물과 조직내로 스며들어 발효과정중에 생성되는 각종 저분자물질들과 함께 시원한 맛을 주는 근원을 이룬다. 즉,발효중에 생성되는 탄산가스는 그 대부분이 용기 밖으로 유출되나 일부분은 조직내부 또는 국물에 녹아 탄산이 되어 시원하고 상쾌한 탄산미를 부여하게 된다. 생성되는 탄산의 양은 관여 미생물의 성질, 숙성온도 및 식염의 농도, 담금온도, 첨가 부재료의 종류 및 양에 상당한 영향을 받는다. 저온에서 숙성시킨 김치는 시온에서 시킨 것보다 의 생성량이 많았고 일반적으로 김장김치나 냉장고에서 숙성시킨 김치의 맛이 시원한 것은 바로 이 때문이다. 특히 숙성온도가 달라짐에 따라 발효에 관여한 미생물상이 달라지고 이에 따라 생성량도 달라진다.

김치 젖산균이 생성하는 이산화탄소의 휘산을 막아 탄산의 생성을 높임으로서 시원한 탄산미를 증대시킬 목적으로 밀폐용기에서 김치를 숙성시키는 동안 품질 변화를 조사하였다. pH, 산도 및 비타민C 함량은 밀폐와 개방에 따른 큰 차이를 보이지 않았으나 조직의 환원당 함량은 밀폐용기에서 낮았다. 조직과 국물의 함량은 전 발효기간을 통하여 밀폐용기에서 높았으며 탄산미도 높았다. 밀폐용기에서 숙성시킨 김치는 젖간균수가 많은 반면 호기성균수는 낮았다.

김치는 우리나라 식사에 빼놓을 수 없는 대표적인 전통 발효식품이며, 특히 겨울철에 부족되기 쉬운 비타민류 및 무기염류의 가장 중요한 공급원이 되어왔다. 종래 김치는 주로 가정단위의 자가제조 형태였으나 주거생활 변화와 함께 주부들의 산업활동 참여가 늘어나고 외국에 수출하는 양도 많아져 공장규모의 생산이 늘어나고 있다. 공장김치의 경우 절임 채소류에 갖은 양념을 섞어 버무린 후에 숙성시키지 않은 채 포장, 유통시키므로 유통과정중에 숙성된다. 소비자 측면에서 보면 숙성진행여부를 포장된 채 또는 먹어보지 않고 편가할 수 있는 방안이 절실히 요구되고 있다. 김치의 숙성정도 판정은 성분 분석에 의한 방법, 관능적인 평가 및 미생물의 생육상태 조사 등으로 행해지고 있다. 성분분석에 의한 방법으로는 pH, 산도 등과 함께 김치의 주요 영양성분으로 알려진 비타민류,유기산 휘발성 성분 등의 함량등을 측정한 사례들을 볼 수 있으며 이 중에서 특히 숙성의 진행과 pH감소는 밀접한 관계가 있음이 알려져 있다. 관능적 평가로서는 맛,냄세,기호도,질감,종합적인 맛 등을 평가하고 있으며 미생물의 생육 상태 조사에서는 젖산균의 분포,총균수,호기성 미생물의 생육상태 등을 들 수 있다. 그러나 이 같은 방법은 육안적 품질 평가가 불가능할 뿐만 아니라 소비자 측면에서 신속히 품질을 평가 할 수 없는 문제점이 있다.

비만에 영향을 미치는 장내 세균에 대한 연구 성과도 점점 축적되면서, 비만에 영향을 주는 요소로 장내세균이 새롭게 주목 받고 있다. 어릴 적부터 많이 키워 온 햄스터의 경우도 어떤 햄스터의 경우는 눈에 띠는 비만이지만, 어떤 햄스터의 경우는 늙어 죽을 때까지 날씬한 체형을 유지하는 것을 많이 보아 왔다. 이들 햄스터의 경우는 평소에도 소화를 위해 자신의 용변을 먹는다고 잘 알려져 있다. 그렇기 때문에 장내 세균이 주는 영향을 관찰하기기 적합한 대상이라고 생각했다.

이들 햄스터를 이용해 비만인 햄스터들에게서 특징적인 장내미생물의 패턴을 나누어 보려 하였다. 이렇게 나눠진 장내 미생물에 따른 햄스터 집단을 대상으로 평소 우리 몸에 좋다고 알려져 있는 다양한 유산균들을 섭취했을 때 햄스터 비만 억제에 도움이 되는지 살펴보고 싶었다. 특히 우리가 접할 수 있는 다양한 유산균 중에서 어떤 균주가 비만 억제에 효과가 있는지 알아보려 했으며, 이들에 의해 장내 미생물총에 어떤 변화가 일어나는지 관찰해 보려 하였다.

유산균이 풍부한 그룹에 대한 해결책으로는 항생제 혹은 정로환과 같은 항생제류의 약품을 통해 장내 유산균을 제거한 뒤에 비만 억제 효과가 있는 것으로 나타난 Lactococcus lactis를 섭취시킴으로써 비슷한 다른 그룹B, C의 비만 감소효과에 버금가거나 더 뛰어난 효과를 확인할 수 있었다.

가. 햄스터 사육 및 비만햄스터의 세균 검출

평소 키워 온 햄스터 중에서 눈에 띠는 비만 체형인 햄스터의 배설물로부터 세균을 배양했다.

1) LB배지를 이용해 햄스터의 장내미생물을 알아보고 햄스터들의 장내미생물 패턴을 분석해 보았다.

가) LB배지(Luria Bertani 배지) 만드는 법

tryptone 10g, yeast extract 5g, NaCl10g을 넣고 증류수 850mL를 넣어 안벽하게 녹여 주었다. pH를 7.0으로 맞춰주었다. pH가 높으면 HCl을 넣어주고, 낮으면 NaOH를 넣어주었다. 증류수를 부어 최종부피를 1L로 맞춰주었다. 고체배지의 경우 1.5%의 microagar를 넣어주었다. 액체배지의 경우 넣어주지 않았다. 멸균을 위해 autoclave(일종의 멸균용 압력솥)에서 120℃에서 20분 정도를 두었다. autoclave가 끝난 후 어느 정도 식혀서 필요시 항생제를 넣어주었다. 고체배지의 경우 clean bench에서 LB배지를 plate에 20mL정도씩 분주한 후 뚜껑을 조금 열어 식혔다. 고체배지가 다 굳으면 랩으로 싸주거나 파라필름(파라핀이 주성분인 sealing용 필름)으로 감아준 다음 4℃에서 보관하였다.

나) 햄스터들의 장내미생물 배양

① 실험에 사용할 윈터화이트 러시안 햄스터(학명: Phodopus sungoris sungoris)의 경우 사람이 햄스터의 몸집을 움켜잡기만 하면 긴장하기 때문에 몇 초 만에 거의 대부분 항문으로 쌀알 크기 하나 정도의 배설물을 배출했다.

② 햄스터 쌀알 크기의 배설물 1개를 마이크로센트리퓨즈 튜브에 담고 증류수 1mL를 넣어 현탁액을 만들어 4000rpm에서 2분간 원심분리시킨 뒤 상층액을 10μL 피펫팅하여 새 마이크로 센트리퓨즈 튜브에 옮겨 담았다. 새로 옮겨 담은 상층액 10μL에 증류수를 넣어 1/20농도의 접종용 시료 를 만든다.

③ 위에서 준비된 시료를 30μL를 배지에 접종하여 장내미생물을 배양했다.

④ 여러 마리의 비만 햄스터들을 대상으로 장내 세균을 확인해 본 뒤, 대조군인 날씬한 일반 햄스터들의 콜로니와 비교해 보아 특징적인 콜로니들의 패턴들을 찾아냈다.

　⑤ 비만 햄스터들의 특징적인 콜로니들을 나타낼 만한 것들을 선별해 외부의 전문동정기관인 마크로젠에 의뢰하여 세균들을 정확히 동정해 보았다.

2) 김치와 유산균 음료로부터 유산균 분리

가) 김치와 시중에 판매되는 유산균 음료로부터 유산균을 분리한다.

유산균 전용배지로 알려져 있는 MRS배지를 사용하여 유산균을 분리한다.

① MRS 배지 만드는 법 MRS 배지는 MRS broth 25g과 Bacterial Agar 20g 을 섞은 뒤 최종부피가 1리터가 되도록 물을 넣어 녹인 뒤 앞에서와 같이 autoclave 시켜 고체 배지를 만들어 사용한다.

② 집에서 담근 살짝 익은 김치와 시중에서 판매되고 있는 여러 가지 식재료의 김치를 구입해 MRS 배지를 이용해 다양한 유산균을 검출해 보도록 한다. 일반적인 배추김치와 달리, 물김치나 무 김치 혹은 파김치나 갓 김치 등 유산균이 자랄 수 있는 환경이 차이가 날 수 있는 조건에서 다양한 종류의 유산균이 자랄 수 있다고 생각되기 때문이다. 식품과학기술대사전에 따르면, 장내에 상주하면서 사람이나 동물의 건강과 중요한 관계가 있다고 알려진 Lactobacillus만 해도 생육온도, 당분해, 성장, 생성 유산의 선광성 등에 따라 55균종 11아균종으로 분류되어 있다고 한다.

③ 시중에서 판매되고 있는 유산균 음료를 구입하여 MRS 배지를 이용해 유산균을 검출해 보도록 한다.

④ 위 과정을 통해 얻은 다양한 유산균들을 마크로젠 같은 외부 전문기관에 의뢰하여 각 콜로니들을 동정한다.

⑤ 위의 과정에서 외관상으로 관찰했을 때도 아주 다양한 콜로니들이 생겨난다면, 다음 과정인 햄스터 비만에 미치는 효과를 확인한 다음 결과에 영향을 미친 주요 균주들만 동정을 의뢰할 생각이다.

3) 유산균의 햄스터 비만 억제 효과 관찰

가) 실험에 참가한 햄스터들의 체중을 측정하였다.

나) 액체 MRS 배지에서 키운 유산균을 4000rpm, 2분간 원심분리시켜 상층액과 침전물로 나눈 뒤, 침전물을 증류수로 희석하여 원심분리 전의 부피의 1/3로 만든 뒤, 햄스터 각각에게 마실 물 대신 공급하였다.

다) 1주일 뒤 체중변화를 관찰하였다. 대조군과 실험군의 체중변화를 비교하여 보았다.

4) 선별한 비만햄스터 집단에 대한 유산균 투여 효과 관찰

선별한 비만햄스터 집단에 대해 유산균 접종 전과 접종 후의 장내미생물의 변화를 유산균 종류별로 관찰해 보았다.

가) 액체 배지에서 키운 유산균을 4000rpm, 2분간 원심분리시켜 상층액과 침전물로 나눈 뒤, 침전물을 증류수로 희석하여 원심분리 전의 부피의 1/3로 만든 뒤, 햄스터 각각에게 마실 물 대신 공급 하였다. 단, 유산균 음료를 공급하기 직전, 장내미생물 배양을 하기 위해 햄스터에게서 대변을 1개 얻어냈다. 유산균 음료를 공급한 뒤 12시간이 지나 햄스터에게서 1개의 대변을 새로 받아냈다. 음료수 공급 후 이틀이 경과된 뒤에도 다시 대변을 받아냈다. 이렇게 받아낸 대변들을 LB 배지와 MRS 배지에서 각각 배양한 뒤 패턴의 변화와 각 배지에서의 세균의 상대적인 개체수의 변화를 관찰하여 보았다.

5) 항생제와 정로환을 먹인 햄스터에게 유산균을 섭취 시킨 후 비만 억제 효과 관찰하고 항생제를 섭취시킨 햄스터에게 유산균을 섭취시키면 비만 세균을 줄이는 효과를 극대화시킬 수 있지 않을까 생각했다. 실험 재료는 다음과 같다.

가) 아무런 처리를 하지 않은 햄스터의 배설물에서 추출한 세균 시료를 고체 MRS배지에 접종하여

배양하여 유산균이 많은 비만 그룹을 분리하였다.

나) 이들 유산균이 많은 햄스터에게 ‘일양 세파드록실’ 캡슐 1개를 50mL 증류수에 녹여 그 수용액

을 유산균이 많은 비만햄스터 2마리에게 이틀 동안 물 대신 섭취 시켰다.

다) 별개의 유산균이 많은 햄스터 2마리에게 위 실험과 별개로 정로환 1알을 50mL 증류수에 녹여 그 수용액을 유산균이 많은 비만햄스터 2마리에게 이틀 동안 물 대신 섭취시켰다.

라) 항생제를 섭취한 햄스터들에게서 배설물을 채취하여 유산균의 변화를 살펴보았다.

마) 이들 항생제 혹은 정로환을 먹인 햄스터에게 이틀간 미리 준비한 액체 MRS배지에서 배양한 Lactococcus lactis 를 섭취시킨 후 1주일 뒤 체중변화를 관찰하였다. 대조군과 실험군의 체중변화를 비교하여 보았다.

비만 햄스터들은 대체로 LB배지에서 노란 콜로니가 눈에 띄게 많은 그룹이 주로 많다는 것을 알 수 있으며 특히 위키피디아에 따르면, Enterobacter cloacae 의 경우 'A recent study has shown that the presence of Enterobacter cloacae B29 in the gut of a morbidly obese individual may have contributed to the patient’s obesity' 라고 나와 있듯이 일반적으로 비만에 기여한다고 알려진 Firmicutes 문 소속이 아님에도 비만에 크게 기여하고 있다는 것을 알 수 있다.

Claims

이들 피르미쿠테스 문의 세균과 다양한 유산균들의 상호 작용 혹은 견제를 통해 장내 건강이 유지 될 것으로 생각되는데, 인간의 장수에 크게 기여를 한다고 알려진 유산균이 비만을 억제할 것으로 예상하였는데, 종에 따라 그 정도가 차이가 나타난 것을 알 수 있었다. 주위 장내 세균총에 따라 영향을 받겠지만, Lactococcus lactis 가 가장 효과가 뛰어난 것으로 보인다. 그리고 유산균임에도 불구하고, Weissella sp . 의 경우는 오히려 큰 폭으로 증가되고 있는 모습을 보이고 있으므로 Lactococcus lactis 가 비만억제 유산균으로 효과가 있음.