오트 베타-글루칸
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1. 개요
오트 베타-글루칸은 귀리, 보리, 밀 등에 존재하는 선형 다당류로, 1984년 콜레스테롤 저하 효과가 보고된 이후 연구가 활발히 진행되었다. 미국 식품의약국(FDA)은 귀리 베타-글루칸의 심장 질환 위험 감소 효과를 인정했으며, 혈중 콜레스테롤 수치를 낮추고, 소화, 혈당 조절, 프리바이오틱 효과 등 다양한 생리적 효능을 가진 것으로 알려져 있다. 오트 베타-글루칸은 화장품에도 사용되며, 상처 치유 등에도 긍정적인 영향을 줄 수 있다는 연구 결과가 있다.
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| 오트 베타-글루칸 | |
|---|---|
| 기본 정보 | |
 | |
| 이름 | 오트 베타-글루칸 |
| 다른 이름 | 귀리 베타-글루칸 귀리 섬유 |
| 상세 정보 | |
| CAS 등록 번호 | 9041-22-9 |
| 화학식 | (C6H10O5)n |
| 분자량 | 50,000–3,000,000 g/mol |
| 특성 | |
| 용해도 | 물에 용해됨 |
| 기타 | |
| 효능 | 콜레스테롤 감소 혈당 조절 면역력 강화 |
| 관련 질병 | 심혈관 질환 당뇨병 |
| 섭취 방법 | 오트밀 오트 브란 귀리 가루 귀리 플레이크 |
2. 역사
오트 제품은 수 세기 동안 의약 및 화장품 목적으로 사용되어 왔지만, β-글루칸의 구체적인 역할은 20세기에 이르러서야 연구되기 시작했다.
2. 1. 초기 연구
오트 제품은 수 세기 동안 의약 및 화장품 목적으로 사용되어 왔지만, β-글루칸의 구체적인 역할은 20세기에 들어서야 연구되기 시작했다. β-글루칸은 처음에는 지의류에서 발견되었고, 곧이어 보리에서도 확인되었다. 1969년 캐나다 농무부에 합류한 피터 J. 우드(Peter J. Wood)는 귀리의 β-글루칸 구조와 생리 활성 특성을 분리하고 밝혀내는 데 중요한 역할을 했다.[1] 1984년, 귀리 β-글루칸의 콜레스테롤 저하 효과가 보고되면서 이에 대한 대중의 관심이 높아졌다.[2][3]1997년, 미국 식품의약국(FDA)은 지난 수십 년간 이루어진 33건의 임상 연구 결과를 검토한 후 중요한 발표를 했다. FDA는 "포화 지방 및 식이 콜레스테롤 섭취가 낮은 식단의 일부로, 귀리에서 하루 3g 이상의 β-글루칸을 섭취하면 심장 질환의 위험을 줄일 수 있다"는 건강 강조 표시(health claim)를 승인했다.[4] 이는 공공 보건 기관이 특정 식이요법이 질병 예방에 실질적인 도움이 될 수 있다고 공식적으로 인정한 첫 사례였다. 이 승인으로 의사와 영양사들은 특정 식품 섭취를 직접 권장하여 질병 예방에 나설 수 있게 되었고, 이는 식이요법에 대한 인식을 바꾸는 계기가 되었다. 이후 귀리 섭취는 허혈성 심장 질환 및 뇌졸중 예방 효과가 알려졌으며, BMI 감소, 혈압 강하, 혈청 콜레스테롤 감소 등 다양한 건강상의 이점에 대한 강력한 증거들이 제시되면서 질병 예방 분야에서 꾸준히 주목받고 있다.[3][5]
2. 2. 건강 효능 인정
1984년에 귀리 베타글루칸의 콜레스테롤 저하 효과가 보고되면서 대중의 관심이 높아졌다.[2][3]1997년, 미국 식품의약국(FDA)은 지난 수십 년간 수행된 33건의 임상 연구 결과를 검토한 후, "포화 지방 및 식이 콜레스테롤이 낮은 식단의 일부로, 귀리에서 하루 3g 이상의 β-글루칸을 섭취하면 심장 질환의 위험을 줄일 수 있다"는 건강 효능 주장을 공식 승인했다.[4] 이는 공공 보건 기관이 특정 식이요법이 질병 예방에 기여할 수 있음을 인정한 첫 사례였다. 이 결정은 의사와 영양사들이 특정 식품 섭취를 통해 질병 예방을 권장할 수 있는 근거를 제공하며 식이요법 분야에 큰 영향을 미쳤다. 이후 귀리 섭취는 허혈성 심장 질환 및 뇌졸중 예방에 긍정적인 영향을 미치는 것으로 알려졌으며, 체질량 지수(BMI) 감소, 혈압 강하, 혈청 콜레스테롤 감소 효과에 대한 연구 결과들이 뒷받침되면서 질병 예방 식품으로서 꾸준히 주목받고 있다.[3][5]
3. 구조적 특성
귀리, 보리, 밀 등 곡물에서 발견되는 베타글루칸은 1,3 및 1,4 탄소 연결로 결합된 선형 다당류이다. 대부분의 곡물 베타글루칸 결합은 3개 또는 4개의 베타-1,4 글리코시드 결합(트라이머 및 테트라머)으로 이루어진 단위들이 1,3 연결로 이어진 형태이다. 베타글루칸에서 이러한 트라이머와 테트라머 단위를 각각 셀로트리오실과 셀로테트라오실이라고 부른다.
귀리와 보리는 셀로트리오실과 셀로테트라오실의 비율이 다르다. 보리는 귀리보다 중합도가 4보다 높은 1-4 연결 구조를 더 많이 가지고 있다. 귀리 속 베타글루칸은 주로 배유, 특히 배유의 바깥층에 분포한다. 이는 배유 전체에 베타글루칸이 고르게 분포하는 보리와는 다른 점이다.[3]
대부분의 귀리는 무게 기준으로 3~6%의 베타글루칸을 함유하고 있다. 귀리는 베타글루칸 함량을 높이는 방향으로 선택적 육종될 수 있으며, 제분업자들은 보통 무게 기준 최소 4% 이상의 베타글루칸을 가진 귀리 품종을 선호하여 가공한다.
귀리 베타글루칸은 선형 구조이며, 1,3 및 1,4 탄소 위치에서 연결되어 있다. 귀리 베타글루칸은 무작위 코일 구조를 형성한다. 특정 농도(임계 농도)에 도달하기 전까지는 뉴턴 유체처럼 흐르지만, 임계 농도를 넘어서면 전단 박화 특성을 보인다. 귀리 베타글루칸이 겔(gel)처럼 굳어지는 성질은 분자 내 트라이머 단위의 비율과 관련이 있다.[3]
4. 추출
오트에서 β-글루칸을 추출하는 것은 탈중합 경향 때문에 어려울 수 있는데, 이는 특히 높은 pH 조건에서 자주 발생한다. 따라서 β-글루칸 추출은 일반적으로 중성에 가까운 pH에서 이루어지며, 온도는 보통 60°C에서 100°C 사이를 유지한다.[3] 추출 과정에서는 대개 β-글루칸과 함께 잔류 전분이 용해되는데, 이 전분은 알파-아밀라아제를 이용한 가수분해를 통해 제거한다. 남은 용액에는 일반적으로 반섬유소와 단백질 같은 다른 성분들도 함께 추출되는데, 이는 선택적 침전 방법을 사용하여 분리할 수 있다. 습식 분쇄, 체질, 그리고 용매 추출과 같은 과정을 거치면 최대 95% 순도의 오트 베타-글루칸을 얻을 수 있다.[6]
5. 점성
귀리에서 β-글루칸은 수용성 섬유의 대부분을 차지하지만, 특정 농도 이상에서는 불용성이 된다. 총 점성은 용해도 수준, 분자량 및 삼량체 대 사량체 비율에 따라 결정된다. 삼량체-사량체 비율이 낮을수록 용액 내 β-글루칸 점도가 높아진다. 일반적으로 더 점성이 높은 내부 β-글루칸 용액은 더욱 뚜렷한 혈당 강하 효과, 콜레스테롤 수치 감소 및 식후 혈당 수치 감소를 포함한 유익한 생리적 효과를 나타낸다.[7][8][9]
6. 생리적 효과
오트 베타-글루칸은 수용성 식이 섬유의 일종으로, 인체 내에서 다양한 긍정적인 생리적 효과를 나타낸다. 이는 대장에서 장내 세균총에 의해 발효되는 프리바이오틱 섬유로서 작용하여 단쇄 지방산 생성을 촉진하고 장 건강에 기여한다.[10][12] 또한 소장 내 점도를 높여 콜레스테롤 흡수를 저해하고[13][14] 포도당 흡수 속도를 늦추어 혈당 조절에 도움을 줄 수 있다.[6][9][17] 이러한 콜레스테롤 저하 효과는 미국 식품의약국(FDA)과 유럽 식품 안전청(EFSA) 등 공신력 있는 기관에서도 인정받았다.[19][13] 이 외에도 포만감 증진을 통한 식욕 조절,[23] 피부 건강 개선 및 면역 기능 조절 등 다양한 잠재적 효능에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다.[26][27]
6. 1. 발효성 섬유
식단에서 베타-글루칸은 물에 녹는 발효 가능한 식이 섬유, 즉 '프리바이오틱 섬유'의 한 종류이다. 이는 대장 안의 미생물군에게 기질을 제공하여 변의 부피를 늘리고 다양한 생리 활성을 가진 단쇄 지방산을 만들어낸다.[10] 이러한 발효 과정은 대장 내 많은 유전자 발현에 영향을 미치며,[11] 이는 다시 소화 기능, 콜레스테롤 및 포도당 대사, 그리고 면역 체계 및 기타 전신 기능에 영향을 미친다.[10][12]6. 2. 콜레스테롤
1997년, 미국 식품의약국(FDA)은 귀리 베타-글루칸의 콜레스테롤 저하 효과를 인정했다.[19] 유럽에서는 베타-글루칸이 정상 혈중 콜레스테롤 농도 유지 등에 미치는 역할과 관련하여 여러 건강 강조 표시 요청이 유럽 식품 안전청(EFSA) NDA 패널(식이 제품, 영양 및 알레르기 분야)에 제출되었다. 2009년 7월, EFSA 과학 위원회는 베타-글루칸 섭취와 "혈중 콜레스테롤 농도 감소" 사이에 인과 관계가 확립되었다고 결론지었다.[13] 또한 "베타-글루칸의 정기적인 섭취는 정상 혈중 콜레스테롤 농도 유지에 기여한다."는 문구를 사용할 수 있도록 했다. 이 주장을 표시하려면 식품은 귀리, 귀리겨, 보리, 보리겨 또는 이들의 혼합물에서 유래한 베타-글루칸을 1회 제공량당 최소 1g 포함하여 하루 총 3g 이상 제공해야 한다. 대상 인구는 정상 또는 약간 상승된 혈중 콜레스테롤 농도를 가진 성인이다.[13]2011년 11월, EU 집행위원회는 EFSA 및 위원회 규정 (EU) no. 1160/2011에 따라 귀리 베타-글루칸에 대한 결정을 발표했다. 이에 따라 하루 3g의 귀리 베타-글루칸(1회 섭취량당 1g 이상)을 함유한 식품은 "귀리 베타-글루칸은 혈중 콜레스테롤 수치를 낮춘다. 혈중 콜레스테롤 수치를 낮추면 관상동맥 심장질환의 위험을 줄일 수 있다."는 건강 강조 표시를 할 수 있게 되었다.[14]
베타-글루칸은 소장의 소화액 점도를 증가시켜 콜레스테롤 흡수를 부분적으로 억제함으로써 콜레스테롤 수치를 낮춘다. 이 효과는 혈중 총 콜레스테롤과 저밀도 지단백질(LDL) 콜레스테롤이 더 높은 사람들에게서 더 크게 나타난다.[6][15] 또한 연구에 따르면 베타-글루칸은 담즙산 합성에 중요한 효소인 CYP7A1의 활성을 증가시켜 콜레스테롤 배설을 증가시키고, 추가적인 항동맥경화 기전을 가질 수 있다.[16] 콜레스테롤 감소 정도는 26.8 kD와 3000 kD 사이의 분자량 범위에서 특정 베타-글루칸 균주에 따라 달라진다.[3] 더 점성이 높은 베타-글루칸은 장내 소화액의 점성을 높여 콜레스테롤 흡수를 더 효과적으로 억제하지만,[17] 특정 분자량 이후에는 베타-글루칸의 용해도가 감소하여 용액 점도에 대한 기여도가 줄어든다.[17] 액체 형태로 베타-글루칸을 섭취하면 일반적으로 더 큰 용해도를 보이며, 귀리 베타-글루칸은 빵이나 쿠키와 같은 딱딱한 음식보다 주스에서 콜레스테롤을 낮추는 데 더 효과적이다.[6][15][18] 혈청 콜레스테롤 수치에 대한 점도의 인식된 영향에도 불구하고, 내부 용액 점도와 혈청 콜레스테롤을 비교하는 현재 데이터는 존재하지 않는다.[6][15]
하루 3그램 이상의 귀리 베타-글루칸 섭취는 정상 또는 상승된 혈중 콜레스테롤 수치를 가진 사람들의 총 및 저밀도 지단백질 콜레스테롤 수치를 5~10% 낮춘다.[19][20][21]
6. 3. 소화
소화 과정 전반에 걸쳐 β-글루칸은 소화물의 물리적 특성을 변화시키는 동시에, 소화관 내 화학 물질에 의해 분해되어 조성이 변한다. 또한 장내 미생물에 의한 β-글루칸 발효는 단쇄 지방산 생성을 유도하고 장내 미생물 구성을 변화시키며, 원래 β-글루칸의 구조적 변화를 일으킨다.위에서 β-글루칸은 팽창하여 위 팽창을 유발하는데, 이는 포만감 신호 경로와 관련되어 식욕 감소로 이어질 수 있다. 그러나 β-글루칸이 위 배출을 지연시키는 효과는 함께 섭취하는 음식, β-글루칸 투여량, 분자량 및 식품 공급원에 따라 다르게 나타날 수 있다.
소장에서는 β-글루칸이 전분의 소화 속도를 늦추고 포도당 흡수를 줄여 식사 후 혈당 상승을 완만하게 하는 데 중요한 역할을 한다.
귀리 β-글루칸은 프리바이오틱 효과를 나타내 대장에서 특정 미생물 균주의 성장을 선택적으로 자극한다. 어떤 미생물이 자극받는지는 β-글루칸의 중합 정도(분자 크기)에 따라 달라진다. 구체적으로, 모든 종류의 귀리 β-글루칸은 락토바실루스와 장구균의 성장을 돕는 반면, 비피도박테리움은 귀리 β-글루칸 올리고당(더 작은 단위로 분해된 형태)에 의해서도 추가적으로 자극받는다. 수용성 β-글루칸은 대장 내 미생물 세포 수를 늘려 변의 부피를 증가시키는 데에도 기여한다.
6. 4. 혈당 조절
β-글루칸이 함유된 식사를 섭취하면 식후 혈당 수치가 낮아지는 경향이 있다.[6][9][17] 이는 β-글루칸이 창자의 점성을 높여 위에서 음식이 배출되는 것을 늦추고, 소장을 통과하는 시간을 길게 만들기 때문이다.[6][9][17] 한 리뷰 연구에 따르면, 이렇게 혈당 흡수가 줄어들면 식후 인슐린 농도 역시 감소하여 인슐린 민감성이 개선되는 효과가 나타난다.[23]2021년에 발표된 임상 시험 메타 분석 결과에 따르면, 특히 분자량이 300 kg/mol 이상인 귀리 베타-글루칸은 섭취량에 비례하여 효과를 나타냈다. 당뇨병 환자와 비환자 모두에게서 곡선 아래 면적(AUC)을 23%, 최고 혈당 수치를 28%, 인슐린 수치를 22% 감소시키는 것으로 확인되었다.[24] 또한, 당뇨병 환자가 매일 3g 이상의 베타-글루칸을 수개월 동안 꾸준히 섭취했을 때 체중이 감소하는 효과도 관찰되었다.[25]
6. 5. 프리바이오틱 효과
귀리 β-글루칸은 프리바이오틱 효과를 가지고 있어 결장에서 특정 미생물 균주의 성장을 선택적으로 자극한다. 어떤 미생물이 자극받는지는 β-글루칸의 중합 정도에 따라 달라진다. 구체적으로, 락토바실루스와 장구균은 모든 귀리 β-글루칸에 의해 성장이 촉진되는 반면, 비피도박테리움 박테리아는 귀리 β-글루칸 올리고당에 의해서도 자극받는다. 또한, 수용성 β-글루칸은 결장의 미생물 세포 수를 늘려 변의 양을 증가시키는 데 기여한다.6. 6. 기타 효능
베타-글루칸은 콜라겐 생성과 피부 질환에 영향을 줄 수 있어 다양한 크림, 연고, 파우더 형태의 화장품에 사용된다.[26]오트 베타-글루칸은 예비 연구 단계에서 상처 치유 과정에서의 면역 조절 효과, 항종양 특성, 콜라겐 축적, 조직 육아, 재상피화 및 대식세포 침윤 자극 가능성에 대해 연구되고 있다.[27]
참조
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