이소플라본

1. 개요

이소플라본은 플라본의 이성질체로, 고등 식물에서 생성되는 플라보노이드 화합물이며, 특히 콩과 식물에 많이 함유되어 있다. 이소플라본은 페닐프로파노이드 경로를 통해 생성되며, 제니스테인과 다이드제인이 대표적이다. 식물은 이소플라본을 파이토알렉신으로 사용하여 병원균을 퇴치하고, 뿌리혹 형성을 돕는다. 이소플라본은 에스트로겐 수용체에 결합하여 에스트로겐 유사 작용을 할 수 있으며, 장내 세균에 의해 에쿠올로 대사되기도 한다. 콩과 식물, 가공식품, 건강기능식품 형태로 섭취되며, 골다공증 예방, 갱년기 증상 완화 등 건강 효능에 대한 연구가 진행 중이다. 뱀장어 양식에도 활용되고 있다.

2. 유기화학 및 생합성

이소플라본은 플라본(2번 위치에 페닐기가 붙음)과 달리 3번 위치에 페닐기가 붙어있는 이성질체이다. 이소플라본은 식물이 페닐프로파노이드 경로를 통해 스스로 합성하는 물질이다. 대두는 사람이 식품을 통해 섭취하는 이소플라본의 가장 흔한 공급원이며, 대두의 주요 이소플라본에는 제니스테인과 다이드제인이 있다. 식물은 이소플라본과 그 유도체를 파이토알렉신 화합물로 사용하여 질병을 유발하는 병원성 균류 및 기타 미생물을 퇴치한다. 또한 대두는 이소플라본을 사용하여 토양 미생물 뿌리줄기를 자극하여 질소 고정 뿌리혹을 형성한다.

2.1. 이소플라본의 구조

이소플라본은 플라본(2번 위치에 페닐기가 붙음)과 달리 3번 위치에 페닐기가 붙어있다.

2.2. 이소플라본의 생합성 과정

이소플라본은 고등 식물에서 플라보노이드 화합물을 생성하는 페닐프로파노이드 경로의 한 가지를 통해 합성된다. 대두는 사람이 섭취하는 식품에서 이소플라본의 가장 흔한 공급원이며, 대두의 주요 이소플라본은 제니스테인과 다이드제인이다.

페닐프로파노이드 경로는 아미노산인 페닐알라닌에서 시작한다. 이 경로의 중간체인 나린게닌은 두 가지 콩과 식물 특이 효소인 이소플라본 합성효소와 탈수효소에 의해 순차적으로 이소플라본 제니스테인으로 전환된다. 유사하게, 또 다른 중간체인 나린게닌 칼콘은 세 가지 콩과 식물 특유의 효소인 칼콘 환원 효소, 제2형 칼콘 이성화 효소, 이소플라본 합성 효소의 순차적인 작용에 의해 이소플라본 다이드제인으로 전환된다.

식물은 이소플라본과 그 유도체를 파이토알렉신 화합물로 사용하여 질병을 유발하는 병원성 진균 및 기타 미생물을 퇴치한다. 또한 대두는 이소플라본을 사용하여 토양 미생물 뿌리줄기를 자극하여 질소 고정 뿌리혹을 형성한다.

3. 분포

이소플라본은 주로 콩과 식물에 많이 함유되어 있다. 대두, 칡뿌리, 붉은토끼풀, 병아리콩, 땅콩 등이 주요 공급원이다. 가공식품 중에는 두부, 된장, 템페 등에 많이 함유되어 있다.

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알팔파(포르모노네틴)와 땅콩(제니스테인)도 이소플라본을 함유하고 있다. 초어리우드 제빵 공정을 사용하는 국가에서는 콩을 사용한 빵이 이소플라본의 공급원이 되기도 한다. 유제품, 육류, 계란, 해산물과 같은 동물성 식품에서도 발견되지만, 총 섭취량에 대한 기여도는 낮다.

식물 조직에서 이소플라본은 대부분 글리코사이드 또는 그에 해당하는 말로네이트나 아세틸 결합체로 존재하며, 이는 이소플라본의 수용성을 더욱 높인다.

3.1. 콩과 식물별 이소플라본 함량

잔털콩은 제니스테인과 다이드제인 함량이 가장 높은 식물이다. 콩, 강낭콩, 알팔파, 녹두, 칡뿌리, 붉은토끼풀 등도 상당량의 이소플라본을 함유한다. 콩과 식물의 대부분은 상당량의 이소플라본을 함유하고 있으며, 여러 종의 이소플라본 함량 분석 결과, 제니스테인과 다이드제인 함량이 가장 높은 식물은 잔털콩(*Psoralea corylifolia*)으로 나타났다. 콩(*Glycine max* L.), 강낭콩(*Phaseolus vulgaris* L.), 알팔파 새싹(*Medicago sativa* L.), 녹두 새싹(*Vigna radiata* L.), 서리태(*Vigna unguiculata* L.), 칡뿌리(*Pueraria lobata* L.), 붉은토끼풀 꽃과 붉은토끼풀 새싹(*Trifolium pratense* L.) 등 다양한 콩과 식물의 에스트로겐 활성이 연구되었다.

3.2. 가공식품의 이소플라본 함량

두부와 같이 콩을 가공하여 만든 식품은 이소플라본 함량의 대부분을 유지하며, 된장과 같이 발효된 식품은 이소플라본 함량이 증가한다. 두유는 간장보다 이소플라본 농도가 훨씬 높지만, 발효된 콩은 이소플라본 농도가 더 높으며, 템페가 가장 높은 이소플라본 함량을 보인다.

4. 연구 및 건강 관련 정보

이소플라본은 에스트로겐과 유사한 작용을 하여 다양한 건강 효과가 연구되고 있다. 갱년기 증상 완화, 골다공증 예방, 암 위험 감소 등의 가능성이 제기되고 있다. 하지만 과다 섭취 시 부작용이 있을 수 있으며, 안전성에 대한 연구가 더 필요하다.

이소플라본 보충제의 사용이 빈번함에도 불구하고, 안전성 및 유해 작용에 대한 데이터는 충분하지 않다. 이소플라본은 미국에서 GRAS 지위를 가지고 있다. 유럽식품안전청은 폐경 후 여성을 위한 이소플라본 보충제의 위험 평가에서 1일 150mg 이하 섭취량에서는 유해 작용이 없다고 밝혔지만, 데이터 부족을 지적했다.

콩과(Fabaceae) 식물은 대부분 다량의 이소플라본을 함유하고 있다. 솔비나무가 가장 많은 제니스테인과 다이제인을 함유하고 있으며, 콩(Glycine max), 강낭콩(Phaseolus vulgaris), 자주개자리(알팔파)(Medicago sativa), 녹두(Vigna radiata), 칡뿌리(Pueraria lobata), 붉은토끼풀꽃, 붉은토끼풀(Trifolium pratense) 등 다양한 콩과 식물에 대한 에스트로겐 유사 활성이 연구되고 있다. 두부 등 콩과 식물을 원료로 한 가공도가 높은 식품은 대부분의 이소플라본 수치를 유지하고 있으며, 발효식품인 된장에서는 이소플라본 수치가 증가한다. 그 외 이소플라본을 함유한 식품으로는 병아리콩(비오카닌A, Biochanin A), 알팔파(포르모네틴(formonetin), 쿠메스트롤(coumestrol)), 땅콩(제니스테인) 등이 있다.

식물 조직에서는 대부분의 이소플라본이 배당체 또는 각 배당체의 말론산 또는 아세틸화 결합체로 존재하며, 수용성이 높은 상태이다(:en:Isoflavone-7-O-beta-glucoside 6"-O-malonyltransferase 참조). 콩의 파종 시기에 따라 이소플라본 함량이 변동하며, 늦게 파종할수록 함량이 많다는 것이 미야자키현의 시험에서 보고되었다.

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콩 또는 콩 제품 자체의 안전성은 문제시되지 않고 있다. 하지만, 이소플라본은 갑상선으로의 요오드 흡수를 저해하는 작용이 있으므로, 요오드 결핍 상태에서 콩 제품을 많이 먹거나 이소플라본을 대량 섭취하면 갑상선 비대를 초래할 가능성이 있다. 일반적인 일본 요리에는 해조류에 요오드가 포함되어 있다. 내륙부에서는 요오드 섭취가 어렵기 때문에 미국, 스위스, 캐나다, 중국 등의 국가에서는 식염에 요오드 첨가를 의무화하고 있다.

4.1. 에스트로겐 유사 작용 및 관련 대사

이소플라본은 에스트로겐 수용체에 결합하여 작용제 또는 길항제로 작용할 수 있어 식물성 에스트로겐으로 불리기도 한다. 그러나 최근 연구에서는 이소플라본의 에스트로겐 유사 작용에 대해 부정적인 보고도 있다.

이소플라본의 일종인 다이제인은 장내세균에 의해 isoflavandiol^영어를 거쳐 에쿠올로 대사된다. 에쿠올은 비스테로이드성 에스트로겐으로, 에스트라디올과 같은 내인성 에스트로겐보다 더 강한 에스트로겐 유사 작용을 나타낼 수 있다.

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(S)-에쿠올은 에스트라디올과 비교했을 때 에스트로겐 수용체 α(ERα)에 약 2%의 친화성을 가지며, 에스트로겐 수용체 β(ERβ)에는 에스트라디올의 약 20%에 해당하는 강한 친화성을 보인다. 이러한 특성으로 인해 (S)-에쿠올은 선택적 에스트로겐 수용체 조절제(SERM)의 특성을 부분적으로 가진다고 볼 수 있다.

하지만 모든 사람이 에쿠올을 생성할 수 있는 것은 아니다. 에쿠올 생성균을 가진 사람은 약 30~50% 정도이다.

4.2. 건강 효능 (연구 중)

이소플라본이 풍부한 음식이나 식품 보조제 섭취는 폐경 후 여성의 암 발생률 감소 및 골다공증 예방과 관련하여 예비 연구 단계에 있다. 콩 이소플라본 식품 보조제 섭취는 폐경 후 여성의 열감 감소와 관련이 있을 수 있다.

게니스테인, 다이제인 등의 이소플라본은 에스트로겐(여성호르몬)과 유사한 작용을 하는 것으로 알려져 있는데, 이는 에스트로겐 수용체에 결합하여 작용제로 작용하기 때문이다. 이러한 식물 유래 화합물을 식물성 에스트로겐이라고 부른다. 하지만, 최근 연구에서는 이소플라본의 에스트로겐 유사 작용에 대해 부정적인 보고도 있으며, 이소플라본이 대사되어 생성된 에쿠올에 의한 것이 아닐까 하는 가설도 제기되고 있다.

이소플라본의 일종인 다이제인은 장내세균에 의해 에쿠올로 대사된다. (에쿠올을 생성하는 장내세균은 약 30~50%의 사람만 가지고 있다.)

에스트로겐과 유사하거나 억제하는 작용이 모두 관찰되었으며, 유방암 및 골다공증에 대해서는 보호 효과가 있다는 보고가 있다. 하지만, 이소플라본을 언급하는 보고라 하더라도 이소플라본 자체의 효과라고 확인되지 않은 것이 적지 않으므로, 식습관에 의한 것인지 이소플라본 단독 효과인지 주의해야 한다.

; 암 위험 감소

2006년 서구에서 실시된 메타분석(다수 연구 결과의 통합 분석)에서는 콩 섭취에 따른 이소플라본 섭취와 유방암 위험의 약간의 감소와의 연관성이 발견되었지만, 보충제로 대량 섭취하는 것은 시기상조라는 의견이 제시되었다. 아시아에서는 유방암 위험을 감소시켰지만, 서구 집단에서는 그렇지 않았는데, 이는 서구에서 이소플라본 섭취량이 적기 때문일 수 있다.

메타분석에서 위암, 전립선암, 난소암, 대장암에서도 위험 감소의 관계가 확인되었다. 에쿠올은 이소플라본인 다이제인으로부터 장내세균에 의해 생성되는데, 역학 연구에서 인간의 에쿠올 생성 능력 유무와 전립선암, 유방암, 갱년기 장애의 예방 및 개선 효과와의 관련성이 보고되었다.

일본 후생노동성 연구반의 대규모 코호트 연구에서는 식품으로부터의 이소플라본 섭취량이 많을수록 일본 여성의 유방암 및 뇌졸중과 심근경색, 남성의 일부 전립선암의 위험이 감소한다는 상관관계가 확인되었다. 미국 밴더빌트 대학교의 중국 유방암 수술 환자를 대상으로 한 조사에서는, 콩 제품 섭취량이 많을수록 사망률·재발률이 감소하는 유의미한 역상관 관계가 나타났다. 일본 국립암센터의 코호트 연구에서는 비흡연 남성에서만 이소플라본 섭취량이 많으면 폐암 발병 위험이 유의하게 낮다는 보고가 있다.

; 부인과 질환 완화

순천향대학교의 연구에 따르면, 낫토 섭취 빈도와 월경 상태·월경 수반 증상은 유의미한 관계가 있으며, 섭취 빈도 증가는 증상을 완화시키는 가능성이 있다고 한다.

; 골다공증

소변에서 검출되는 이소플라본이 많은 사람일수록 골밀도가 높다는 연구 결과가 있다.

; 치매 위험

이소플라본 섭취가 많은 대상자에서는 인지 기능 장애의 위험이 높았다. 반면, 콩 제품 섭취량, 두부, 된장, 낫토, 발효 콩 제품의 섭취량은 인지 기능 장애와의 통계적으로 유의미한 관련성은 인정되지 않았다. 또한, 콩의 장내 세균 대사물질인 에쿠올이 치매 위험을 감소시킬 가능성이 보고되었다.

; 부작용

콩 또는 콩 제품 자체의 안전성은 문제시되지 않고 있다.

이소플라본은 갑상선으로의 요오드 흡수를 저해하는 작용이 있으므로, 요오드 결핍 상태에서 콩 제품을 많이 먹거나 이소플라본을 대량 섭취하면 갑상선 비대를 초래할 가능성이 있다. 일반적인 일본 요리에는 해조류에 요오드가 포함되어 있다. 미국, 스위스, 캐나다, 중국 등의 국가에서는 식염에 요오드 첨가를 의무화하고 있다.

4.3. 섭취량 및 주의사항

2006년 일본 식품안전위원회는 콩 이소플라본 섭취가 여성의 유방암 발병 증가와 직접적으로 관련되어 있다는 보고는 없다고 발표했다. 콩은 예로부터 섭취되어 왔으며, 과잉 섭취에 의한 건강 피해 보고도 없다. 일본 후생노동성은 이소플라본을 농축한 정제 등으로 섭취하는 경우에 주의를 환기하며, 일상적인 식생활에 더해서 섭취하는 경우는 하루 30mg을 상한으로 할 것을 권고하고 있다.

유아의 발달에는 모유가 최선이지만, 유아가 우유 알레르기인 경우 대체품으로 두유 혼합유가 사용되고 있다. 세계 알레르기 기구는 2016년까지 이소플라본에 대한 우려는 아직 명확한 증거가 없다고 보고했다.

이소플라본은 갑상선으로의 요오드 흡수를 저해하는 작용이 있다. 따라서 요오드 결핍 상태에서 콩 제품을 많이 먹거나 이소플라본을 대량 섭취하면 갑상선 비대를 초래할 가능성이 있다. 일반적인 일본 요리에는 해조류에 요오드가 포함되어 있다. 내륙부에서는 요오드 섭취가 어렵기 때문에 미국, 스위스, 캐나다, 중국 등의 국가에서는 식염에 요오드 첨가를 의무화하고 있다.

5. 산업적 이용

이소플라본은 건강기능식품 원료로 사용되며, 갱년기 장애 개선 및 골다공증 예방 효과가 있다고 알려져 있다. 골다공증에 대해서는 특정보건용식품으로서 "뼈 건강 유지에 도움이 된다"는 표시가 허가된 것도 있다.

최근에는 양식 뱀장어의 성전환 유도에 활용하는 기술이 개발되었다. 2024년, 아이치 현 수산시험장에서 양식 뱀장어 사료에 대두 이소플라본을 첨가하여 수컷을 암컷으로 전환시키는 기술을 개발하였다. 뱀장어는 수컷보다 암컷의 상품 가치가 높으므로, 암컷을 많이 양식할 수 있다면 유리하다.

5.1. 건강기능식품

콩 이소플라본은 갱년기 장애 개선과 골다공증 예방 효과가 있다고 알려져 있다. 골다공증에 대해서는 특정보건용식품으로서 "뼈 건강 유지에 도움이 된다"는 표시가 허가된 것이 있다. 콩 이소플라본 정제의 효능에 대해서는 여러 메타 분석이 존재하며, 골밀도를 유의하게 증가시킨다는 보고가 있는 한편 효과가 없었다는 결과도 보고되고 있다.

; 메타 분석의 예
* "갱년기의 홍조"에 대해 콩 이소플라본, 붉은토끼풀(적 클로버) 유래 이소플라본 모두 유효했다.
* "홍조와 질 건조"에 대한 식물성 에스트로겐의 효과는 중등도이며, 야간 발한에는 효과가 없는 것 같다.
* "자궁내막암의 위험 요소인 자궁내막의 두께"에 대해서는, 전체적으로 보면 이소플라본 정제는 변화를 보이지 않았지만, 용량이 많은 경우 두께를 감소시키고 있으며, 추가 연구가 필요하다고 되었다.
* "혈청 지질 개선"은 콩 제품 섭취에 의해 발생했지만, 이소플라본 정제에서는 영향이 보이지 않았다.
* "고콜레스테롤혈증"에 대해 이소플라본이 없는 콩 단백질과 있는 단백질을 사용한 시험에서 차이가 없었다.

참고로, 앞서 말한 바와 같이, 장내에 에쿠올(equol) 생산균을 가지고 있지 않은 사람의 경우, 에스트로겐(여성 호르몬) 유사 작용은 기대할 수 없다고 생각된다.

5.2. 양식 뱀장어 성전환

2024년, 아이치 현 수산시험장에서 양식 뱀장어 사료에 대두 이소플라본을 첨가하여 수컷을 암컷으로 전환시키는 기술을 개발하였다. 뱀장어는 수컷보다 암컷의 상품 가치가 높으므로, 암컷을 많이 양식할 수 있다면 유리하다.