프럭토올리고당

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1. 개요

프럭토올리고당(FOS)은 여러 과일과 채소, 곡물에서 발견되는 올리고당의 일종으로, 상업적으로는 이눌린 분해 또는 수크로스의 전과당화 반응을 통해 생산된다. FOS는 소화 효소에 의해 분해되지 않고 대장에서 혐기성 세균에 의해 발효되어 칼로리는 낮지만 식이 섬유 역할을 하며, 프리바이오틱스 효과와 칼슘 흡수 촉진, 인지 기능 향상 등의 건강상 이점을 가질 수 있다. 하지만 가스 생성 및 복부 불편감을 유발할 수 있으며, 일부 국가에서는 유아용 조제분유 사용에 제한이 있다.

2. 화학적 특성

프럭토올리고당(FOS)은 이눌린 분해 또는 전과당화 과정을 통해 상업적으로 생산된다. FOS는 배당체 결합 구조로 인해 침과 장의 소화 효소에 의한 가수분해에 저항성을 갖는다. 대장에서 혐기성 세균에 의해 발효되므로 칼로리 가치는 낮지만, 식단의 식이 섬유에는 기여한다. 프럭토올리고당은 이눌린보다 용해성이 높아 요구르트 등 유제품 첨가제로 사용되기도 하며, 특히 고강도 인공 감미료와 함께 사용되어 단맛과 뒷맛을 개선하는 효과가 있다.

2. 1. 이눌린 분해

이눌린 또는 폴리과당은 α(1→2) 결합된 D-글루코스를 말단으로 하여 β(2→1) 결합으로 연결된 D-과당 잔기의 중합체인데, 효소적 또는 화학적으로 분해되어 FOS가 생성될 수 있다. 이눌린의 중합도는 10에서 60까지이다. 이눌린이 분해되면 일반적인 구조 Glu–Fru_n (약어 GF_n) 및 Fru_m (F_m)을 갖는 올리고당 혼합물이 생성되며, 여기서 n과 m은 1에서 7까지이다. 이 과정은 자연에서도 어느 정도 발생하며, 이러한 올리고당은 특히 돼지감자, 치커리 및 블루 아가베 식물을 포함한 많은 식물에서 발견될 수 있다.^[2] 상업 제품의 주요 성분은 케스토스 (GF₂), 니스토스 (GF₃), 프룩토실니스토스 (GF₄), 바이퍼코스 (GF₃), 이눌로비오스 (F₂), 이눌로트리오스 (F₃) 및 이눌로테트라오스 (F₄)이다.

2. 2. 전과당화

아스페르길루스 니제르(''Aspergillus niger'')^[2]의 β-프룩토시다아제를 수크로스(설탕)에 전과당화 작용을 하여 프럭토올리고당(FOS)을 제조한다. 생성된 혼합물은 n이 1에서 5까지인 GF_n의 일반적인 공식을 갖는다. 이눌린 유래 FOS와는 달리, β(1→2) 결합뿐만 아니라 다른 결합도 발생하지만 그 수는 제한적이다.^[3]

2. 3. 화학 구조

FOS는 상업적으로 두 가지 방식으로 생산되는데, 하나는 이눌린 분해를 기반으로 하고 다른 하나는 전과당화 과정을 기반으로 한다.

FOS는 이눌린 또는 폴리과당으로부터 생성될 수 있다. 이눌린은 α(1→2) 결합된 D-글루코스를 말단으로 하여 β(2→1) 결합으로 연결된 D-과당 잔기의 중합체이다. 이눌린의 중합도는 10에서 60까지이다. 이눌린은 효소적 또는 화학적으로 분해되어 일반적인 구조 Glu–Fru_n (약어 GF_n) 및 Fru_m (F_m)을 갖는 올리고당 혼합물을 생성할 수 있으며, 여기서 n과 m은 1에서 7까지이다. 이 과정은 자연에서도 어느 정도 발생하며, 이러한 올리고당은 특히 돼지감자, 치커리, 블루 아가베를 포함한 많은 식물에서 발견될 수 있다. 상업 제품의 주요 성분은 케스토스 (GF₂), 니스토스 (GF₃), 프룩토실니스토스 (GF₄), 바이퍼코스 (GF₃), 이눌로비오스 (F₂), 이눌로트리오스 (F₃), 이눌로테트라오스 (F₄)이다.

두 번째 종류의 FOS는 ''아스페르길루스 니제르'' 또는 ''아스페르길루스''^[2]의 β-프룩토시다제의 수크로스에 대한 전과당화 작용에 의해 제조된다. 생성된 혼합물은 n이 1에서 5까지인 GF_n의 일반적인 공식을 갖는다. 이눌린 유래 FOS와는 달리, β(1→2) 결합뿐만 아니라 다른 결합도 발생하지만 그 수는 제한적이다.^[3]

FOS는 배당체 결합의 구성 때문에 침 및 장의 소화 효소에 의한 가수분해에 저항한다. 대장에서 혐기성 세균에 의해 발효된다.

3. 식품 공급원

프럭토올리고당은 용설란뿐만 아니라 여러 과일, 채소, 곡물에서도 추출된다.^[4] 돼지감자와 그 친척인 야콘은 용설란과 함께 재배 식물 중 프럭토올리고당 농도가 가장 높은 것으로 밝혀졌다.^[5]

3. 1. 과일 및 채소

바나나, 양파, 치커리 뿌리, 마늘, 아스파라거스, 히카마, 파와 같은 과일과 채소에서 프럭토올리고당을 추출한다.^[4] 밀과 보리와 같은 일부 곡물과 시리얼에도 프럭토올리고당이 포함되어 있다.^[4] 돼지감자와 그 친척인 야콘은 재배 식물 중 프럭토올리고당 농도가 가장 높은 것으로 밝혀졌다.^[5]

3. 2. 곡물

밀과 보리 같은 일부 곡물에도 프럭토올리고당(FOS)이 포함되어 있다.^[4]

3. 3. 기타

돼지감자와 그 친척인 야콘은 용설란과 함께 재배 식물 중 프럭토올리고당(FOS) 농도가 가장 높은 것으로 알려져 있다.^[5] 바나나, 양파, 치커리 뿌리, 마늘, 아스파라거스, 히카마, 파와 같은 과일과 채소, 그리고 밀과 보리와 같은 일부 곡물에도 프럭토올리고당이 포함되어 있다.^[4]

4. 건강상의 이점

프럭토올리고당은 1990년대 이전부터 일본과 한국에서 인기 있는 감미료로 사용되었다.^[6] 당시 일본 정부는 "특수 영양 식품 또는 기능성 식품"(예: 비타민 강화 밀가루)을 규제하기 위해 22명의 전문가로 구성된 "기능 식품 연구 위원회"를 설치했다.^[7] 효모 감염 치료를 위한 보충제로도 제안되었다.^[8]

4. 1. 프리바이오틱스 효과

프럭토올리고당은 프리바이오틱스 효과로 서양 문화권에서도 점점 더 인기를 얻고 있다. 프럭토올리고당은 대장의 미생물총의 기질로 작용하여 전체적인 인간 위장관 건강을 증진시킨다.^[8]

여러 연구에서 프럭토올리고당과 이눌린이 동물과 인간의 장에서 모두 칼슘 대사를 촉진한다는 사실을 발견했다.^[9]^[10] 하부 장의 장내 미생물총은 프럭토올리고당을 발효시켜 pH를 감소시킨다. 칼슘은 산에서 더 잘 용해되므로 더 많은 칼슘이 음식에서 빠져나와 혈류로 이동할 수 있게 된다.

60세 이상의 36쌍의 쌍둥이를 대상으로 한 무작위 대조 시험에서, 참가자들은 12주 동안 매일 프리바이오틱스(3.375mg 이눌린과 3.488mg 프럭토올리고당) 또는 위약을 섭취하면서 저항 운동 및 분지쇄 아미노산 (BCAA) 보충을 받았다. 원격으로 수행된 이 시험은 프리바이오틱스 보충제가 장내 미생물 변화를 유도하여 특히 비피더스균의 증가를 보였다. 프리바이오틱스 그룹과 위약 그룹 간에 의자 일어나기 시간의 유의미한 차이는 없었지만, 프리바이오틱스는 인지 기능을 향상시켰다.^[11]^[12] 이 연구는 간단한 장내 미생물군 개입이 노인의 인지 기능을 향상시킬 수 있음을 시사한다.

프럭토올리고당은 (모든 종류의 섬유질과 마찬가지로) 칼로리 가치가 낮은 작은 식이 섬유로 간주될 수 있다. 프럭토올리고당의 발효는 가스와 단쇄 지방산의 생성을 초래한다. 후자는 신체에 어느 정도의 에너지를 제공한다.

4. 2. 칼슘 흡수 촉진

여러 연구에서 프럭토올리고당과 이눌린이 동물과 인간의 장에서 모두 칼슘 대사를 촉진한다는 사실이 밝혀졌다.^[9]^[10] 하부 장의 장내 미생물총은 프럭토올리고당을 발효시켜 pH를 감소시킨다. 칼슘은 산에서 더 잘 용해되므로, 더 많은 칼슘이 음식에서 빠져나와 혈류로 이동할 수 있게 된다.

4. 3. 기타 건강 효과

프럭토올리고당은 대장 미생물총의 기질로 작용하여 전체적인 인간 위장관 건강을 증진시키며, 효모 감염 치료 보충제로도 제안되었다.^[8]

여러 연구에서 프럭토올리고당과 이눌린이 동물과 인간의 장에서 칼슘 대사를 촉진한다는 사실이 밝혀졌다.^[9]^[10] 장내 미생물총은 프럭토올리고당을 발효시켜 pH를 낮추는데, 이는 칼슘의 용해도를 높여 음식으로부터 혈류로 더 많은 칼슘이 흡수되도록 돕는다.

60세 이상 쌍둥이 36쌍을 대상으로 한 무작위 대조 시험에서는 참가자들이 12주 동안 매일 프리바이오틱스(3.375mg 이눌린과 3.488mg 프럭토올리고당) 또는 위약을 섭취하며 저항 운동과 분지쇄 아미노산 (BCAA) 보충제를 함께 섭취했다. 원격으로 진행된 이 시험에서 프리바이오틱스 보충은 장내 미생물 변화, 특히 비피더스균 증가를 유도했다. 의자에서 일어서는 시간은 프리바이오틱스 그룹과 위약 그룹 사이에 유의미한 차이가 없었으나, 프리바이오틱스는 인지 기능을 향상시키는 것으로 나타났다. 이는 간단한 장내 미생물군 개입이 노인의 인지 기능 개선에 도움을 줄 수 있음을 시사한다.^[11]^[12]

프럭토올리고당은 다른 섬유질과 마찬가지로 칼로리가 낮은 식이 섬유로 간주될 수 있다. 프럭토올리고당 발효 과정에서 가스와 단쇄 지방산이 생성되며, 단쇄 지방산은 신체에 일정 부분 에너지를 제공한다.

5. 부작용

프럭토올리고당(FOS)은 비피도박테리아 같은 유익균뿐만 아니라 클레브시엘라, 대장균^[14], 클로스트리디움 등 일부 유해균의 먹이가 될 수 있어 과다 섭취 시 부작용이 나타날 수 있다.

5. 1. 가스 생성 및 복부 불편감

프럭토올리고당(FOS)을 포함한 모든 이눌린형 프리바이오틱스는 일반적으로 ''비피도박테리아'' 종의 성장을 촉진한다고 알려져 있다. 비피도박테리아는 유익한 박테리아로 간주된다. 그러나 이러한 효과가 모든 연구에서 비피도박테리아 또는 다른 장내 미생물에 대해 일관되게 나타나는 것은 아니다.^[13] FOS는 ''클레브시엘라'', ''대장균''^[14] 및 많은 ''클로스트리디움'' 종을 포함하여 장내의 여러 박테리아 종에 의해서도 발효되는데, 이들은 장내에서 병원성을 가질 수 있다. 이러한 종들은 FOS 섭취 후 발생하는 가스(수소 및 이산화탄소) 생성의 주요 원인이다. 연구에 따르면 하루 최대 20그램까지는 섭취해도 문제가 없는 것으로 나타났다.^[15]

5. 2. 과민성 대장 증후군(IBS) 환자의 주의사항

비피도박테리아의 성장을 돕는 것으로 알려진 프럭토올리고당(FOS)은 모든 연구에서 일관된 효과를 보이지는 않았다.^[13] FOS는 클레브시엘라, 대장균^[14] 및 클로스트리디움 종 등 장내 유해균에 의해 발효되어 가스(수소 및 이산화탄소)를 만들 수 있다. 연구에 따르면 하루 최대 20그램까지는 섭취해도 큰 문제가 없는 것으로 나타났다.^[15]

6. 규제 현황

프럭토올리고당(FOS)은 여러 국가에서 식품 첨가물로 사용되고 있지만, 그 규제 현황은 국가별로 차이가 있다.

국가/지역	규제 현황
미국	미국 식품의약국(FDA)은 FOS를 일반적으로 안전하다고 인정되는 물질(GRAS)로 분류한다.^[16]
유럽 연합	FOS 사용이 승인되었으며, 생후 6개월 미만의 유아용 조제분유와 생후 6개월에서 12개월 사이의 영아용 조제분유에 제한된 양으로 첨가할 수 있다. FOS 함유 유아용 및 후속 조제분유 제품은 1999년부터 EU에서 판매되고 있다.^[17]
기타 국가	식품 안전청은 뉴질랜드에서 생산된 주요 유럽 유아용 조제분유 브랜드가 현지 규정(FOS 함유)을 준수하지 않아 사용 중단을 경고했다.^[17] FOS는 현재 유아용 조제분유에 사용이 승인되지 않았다.^[18]

6. 1. 미국

미국 식품의약국(FDA)은 프럭토올리고당(FOS)을 일반적으로 안전하다고 인정되는 물질(GRAS)로 분류하고 있다.^[16]

6. 2. 유럽

유럽 연합에서는 프락토올리고당(FOS)의 사용이 승인되었으며, 생후 6개월 미만의 유아용 조제분유와 생후 6개월에서 12개월 사이의 영아용 조제분유에 '''제한된''' 양으로 FOS 첨가를 허용하고 있다. FOS를 함유한 유아용 및 후속 조제분유 제품은 1999년부터 EU에서 판매되어 왔다.^[17]

6. 3. 기타 국가

식품 안전청은 뉴질랜드에서 생산된 주요 유럽 유아용 조제분유 브랜드가 현지 규정(프락토올리고당(FOS) 함유)을 준수하지 않아 사용 중단을 경고했다.^[17] FOS는 현재 유아용 조제분유에 사용이 승인되지 않았다.^[18]

참조

_[1] 웹사이트 Using inulin and oligofructose with high-intensity sweeteners http://newhope360.co[...] 2008-06-01
_[2] 논문 Fructooligosaccharides synthesis by highly stable immobilized β-fructofuranosidase from Aspergillus aculeatus
_[3] 서적 Prebiotic effects of Non-digestible oligo- and polysaccharides Wageningen University, the Netherlands
_[4] 논문 Selected Fructooligosaccharide (1-Kestose, Nystose, and 1^F-β-Fructofuranosylnystose) Composition of Foods and Feeds
_[5] 서적 Polysaccharides: Structural Diversity And Functional Versatility https://books.google[...] CRC Press 2012-06-13
_[6] 간행물 Annual Report 2007 http://www.meiji.com[...] Meiji Seika|Meiji
_[7] 뉴스 Japan forges ahead to regulate functional foods http://findarticles.[...] Prepared Foods
_[8] 논문 Prebiotic effects of oligosaccharides on selected vaginal lactobacilli and pathogenic microorganisms
_[9] 논문 Nondigestible oligosaccharides increase calcium absorption and suppress bone resorption in ovariectomized rats http://www.nutrition[...]
_[10] 논문 Oligofructose stimulates calcium absorption in adolescents
_[11] 논문 Effect of gut microbiome modulation on muscle function and cognition: the PROMOTe randomised controlled trial https://www.nature.c[...] 2024-02-29
_[12] 뉴스 A Cheap Daily Supplement Seems to Boost Brain Function in Older People https://www.sciencea[...] Science Alert 2024-11-28
_[13] 논문 Inulin-type prebiotics—a review: part 1. 2008-12
_[14] 논문 Growth of enterobacteria on fructo-oligosaccharides
_[15] 논문 Evaluation of safety of inulin and oligofructose as dietary fiber
_[16] 웹사이트 GRAS Notice No. GRN 000044 http://www.cfsan.fda[...]
_[17] 웹사이트 Inulin, FOS and GOS assessed in Australia, NZ http://www.nutraingr[...]
_[18] 웹사이트 Baby formula additive's use in adult food queried http://www.stuff.co.[...] 2011-09-30

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