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장내 세균총은 많은 건강 전문가들과 의료진들의 관심사가 되었다. 많은 연구들에서 장내 세균총의 조성을 양질로 바꾸는 것은 건강 전반에 도움을 줄 수 있으며 나아가 더 나은 삶의 질을 누리는 길이라고 언급하고 있다. 하지만 많은 연구진들의 기대와는 반대로 장내 세균총의 변화는 쉽지 않으며 실제로 균으로 이루어진 프로바이오틱스(유산균 등)가 장까지 살아남는다는 것이 쉽지 않음이 밝혀지자, 이와 관련된 연구를 하는 전문가들은 프로바이오틱스를 장까지 도달하게 하는 방법과 더불어 다른 무엇인가를 섭취함으로서 장내 유익균을 활성화 시킬 수 있는 방법에 대한 집중을 하기 시작하였다.

그래서 연구진들이 집중하기 시작한 것은 프리바이오틱스이다. 프리바이오틱스는 프로바이오틱스를 활성화 시키는 존재로서 프리바이오틱스 섭취를 통해서 프로바이오틱스인 유익균들이 활성화(Activation)되거나 균주의 수가 증가(Proliferation)되게 된다. 이런 식품들의 대표적인 형태는 바로 건강한 당이라 불리는 올리고당으로서 탄수화물의 한 형태인 올리고당은 장의 상부에서 소화되지 않고 유익균에 의해 섭취되어 유익한 장내 환경을 유도하는 성분을 말한다. 

결국 식사-장내균총-숙주(프리바이오틱스를 섭취한 사람)의 상호관계에 대한 연구는 자연스럽게 발전되어져 왔고 프리바이오틱스를 제공하는 식품 뿐만 아니라 특정 성분들에 대한 연구가 다양하게 이루어졌다. 하지만 프로바이오틱스의 효능 및 안전성에 대한 결과물이 흔들리는 만큼 이들을 촉진하는 것으로 나타나는 프리바이오틱스 섭취 효과에 대한 부분도 아직까지 많은 논란 속에 진행되고 있다. 그래서 오늘은 지난 프로바이오틱스(유익균)를 섭취하는 장단점과 제품 추천에 이어 프리바이오틱스에 대해서 세부적으로 알아보려고 한다.
 
프리바이오틱스는 선택적으로 발효되는 난소화성 식품 성분을 의미했으나, 최근 들어 그 개념 자체가 특정 반응에 의해서 건강에 유익한 작용을 하는 성분을 말하는 것으로 전환되어 왔다. 특히 장내 세균총과 뇌의 연결 선상에 대한 것들이 밝혀지면서 몸을 조절하는 뇌가 장내 세균과 관련하여 신경, 정신, 심리적인 부분에도 깊게 관여하고 있음과 이들 균들에게 직-간접적 영향을 미치는 프리바이오틱스에 대한 개념 전환으로 나타났다.


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프리바이오틱스의 조건을 충족시키기 위해서는 인체의 소장에서 소화되지 않아야 하며 대장에 도착하여 장내 세균총에 의해서 발효되어야 한다. 현재까지 이 조건을 만족시키는 것으로는 이눌린, 프럭토올리고당, 저항성전분 정도가 있으며 그 외에도 갈락토올리고당, 폴리덱스트로스, 밀 덱스트린, 아카시아검, 차전자피, 통곡 등 섬유질이나 올리고당 분류가 이 프리바이오틱스 효과를 가진 것으로 연구되고 있다.

최근 올리고당 제품이 다양하게 시판되면서 올리고당만이 유산균의 먹이가 되어 장내세균총에 영향을 미치는 것처럼 알려져 왔지만, 소장에서 소화되지 않는다는 조건을 볼 때 가장 먼저 눈에 띄는 성분들은 바로 섬유질이다. 섬유질은 Non-Starch Polysaccharide(비전분다당류), Non-Digestible Polysaccharide(난소화성다당류)로 표현되며 소장에 소화효소에 의해서 소화되지 않고 대장에 가서 장내세균에 의해서 발효되는 대표적인 성분이다. 

사람은 반추동물(소, 염소, 양 등)처럼 되새김질을 하지 않기 때문에 대장에서 발효된 식이섬유로 부터 나온 에너지를 체내 에너지원으로서 이용할 수 없다. 하지만 이런 발효로 인해 발생된 에너지원들은 장내세균의 에너지원이 되어 이들의 생장을 돕기 때문에 그 가치가 주목되고 있는 것이다. 

섬유질이란 단어가 생긴 것은 1953년이지만, 기원전 430년 히포크라테스는 정제된 밀가루와 비교하여 통밀(거친 밀이라 표현했다)의 변비약으로서의 효과를 언급했다. 섬유질은 히포크라테스가 언급한 것처럼 변의 크기를 증가시키고 장내에 머무르는 시간을 감소시켜 배변활동을 촉진하고 포도당, 콜레스테롤 등을 배설하는 기능을 가진 것으로만 알려져 있지만, 장내 세균총에 변화를 줘서 장내 환경을 개선한다는 것 또한 잊어서는 안 될 섬유질의 기능이다. 뿐만 아니라 식이섬유는 당뇨병, 심혈관계질환, 대장암, 비만과 같은 서구형 질병의 발병에 대한 예방 차원에서 섭취해야 한다는 의견이 대부분이다. 

섬유질의 인체에 대한 유용성에 대한 것들이 다양하게 밝혀지면서, 영양과 건강에 대해서 연구하는 사람들은 섬유질을 정의하였고 식품에서 섬유질이란 성분을 측정하기 시작하였으며 섬유질에 섭취에 따른 건강적 이점에 대해서 계속 연구하였다. 미국에서는 '분석학적 접근법'에 근거하여 "섬유질은 무엇인지"와 "식품 라벨에 섬유질 표기 여부"를 결정하였고 이로서 사람들은 식품 속 섬유질에 대한 부분을 인지하게 되었다.

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CODEX 국제식품규격위원회에서는, 2009년 식이섬유의 정의에 대해서 발표하였고 그 정의에 대해서 논란의 되는 몇가지 이슈들은 Fahouny 식이섬유 심포지엄에서 논의되었다. 이 논의는 3~9개 단위의 결합을 가진 난소화성 탄수화물의 포함 또는 배제(올리고당이 3~9개에 해당)는 각 국가의 관계당국의 재량으로 남겨두었으며 섬유질의 생리학적 영향과 그 입증에 관한 접근법에 대한 리스트 형성, 식품에서 섬유질을 수량화하는 분석학적 방법론에 대한 것이었다.
 
이런 과정들을 통해 식품 내 섬유질의 함량을 조사한 결과, 일반적으로 섭취되는 식품들은 섬유질 함량이 매우 적은 편에 속한다. 대게, 섬유질이 풍부하지 않은 식품은 해당 식품을 충분히 섭취해도 1~3g 정도의 섬유질을 공급한다. 섬유질 함량이 높은 식품은 야채류, 통곡류, 콩류, 과일류 등인데, 이들은 섬유질 이외에 다른 성분들도 다량 함유하고 있다. 이런 섬유질과 함께 작용하는 성분들은 섬유질 단독보다 건강 이점을 제공한다. 

영양성분표에서는 2000kcal 식단에서 섬유질 권장량을 25g에 기초하고 있다. 미국에서는 일반적으로 섬유질 권장량의 60%를 섭취하고 있으며(15g/일), 우리나라의 경우 10~12g 선에서 그 섭취량이 결정되고 있다. 밀가루, 곡류, 감자는 미국 식단에서 섬유질을 공급하는 가장 큰 급원이고 우리나라의 경우 쌀, 김치, 고춧가루, 미역 등이 섬유질을 공급하는 대표적인 식품으로 자리잡고 있다.

그동안 영양학적으로 섬유질은 화학적 종류에 따른 생리학적 영향을 구분하기 위해 불용성과 수용성으로 분류되어져 왔다. 수용성 섬유질은 혈청 지질에 관련된 개선 효과가 있는 것으로 여겨진 반면, 불용성 섬유질은 변비약으로 효과가 언급되었다. 섬유질의 화학적 특성에 따른 체내 작용이 분류되면서 식품의 영양성분표에서 이런 부분들이 표기되었지만 수용성 섬유질이 콜레스테롤을 낮춰주고 불용성 섬유질이 대변의 크기를 증가시킨다는 것에 대한 과학적 근거는 아직까지 불분명하다.

그 예로 저항성 전분과 이눌린 모두 수용성 섬유질이지만 혈중 콜레스테롤 감소 효과를 보이지 않으며 불용성 섬유질의 대변량 증대 효과는 상황에 따른 차이가 큰 것으로 밝혀졌으며, 오트밀섬유질, 차전자피 등 섬유질 급원은 대게 수용성이지만 대변량을 증대시킨다. 그렇기에 화학적으로 섬유질의 특성을 결정짓는 것은 사실 애매모호한 접근이라고 볼 수 있다.

섬유질에서 유심히 봐야할 부분은 점성과 발효성인데, 점성인 섬유질은 소화기계에서 젤을 형성하는 기능을 가지고 있으며 발효성인 섬유질은 대장 박테리아에 의해 대사될 수 있다. 대부분 수용성 섬유질은 더욱 완벽하게 발효되고 더 높은 점성을 가진다. 그러나 위에 화학적 특성에 언급한 것고 같이 모든 수용성 섬유질이 점성이 있는 것은 아니며(특히 구아검, 아카시아검) 일부 불용성 섬유질도 잘 발효된다.

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이렇게 대중들에게 잘 알려진 영양적 내용과 실제가 다른 이유는 아직까지 식품의 섭취로 인한 인체 내 효능에 관련된 연구들이 대부분 생체 외 실험 자료를 기반으로 진행되기 때문이다. 이는 임상실험을 진행하기에 있어 식품 섭취로 인한 결과물을 도출해내는데 상당히 오랜 기간의 필요하다는 것과 장기적 섭취에 대한 안전성 문제가 있기 때문이다.

대부분 식이섬유와 관련된 연구들이 이루어진 방법인 동물 실험과 생체외 연구들은 질병과 식이 사이에 상관관계에 대한 중요한 근거를 제공하지만 이를 인체에 바로 적용시킬만한 기준으로 여기지 않으며(실제로 동물 실험의 결과물이 인체에서 적용되지 않음을 나타내는 케이스가 더 많다), 이런 자료는 우리가 섬유질 성분들을 비교할 수 있게는 도와주지만 임상 영양 분야에서 섭취에 대한 인체 실험 결과물을 대체해 줄지에 대한 부분은 불분명하다.

오로지 인체 실험을 통한 자료가 식이섬유와 프리바이오틱스에 관한 상관관계를 입증할 자료로 사용되어야 한다. 위에 언급한 기준을 대상으로 할때, 아직까지 프리바이오틱스 섭취와 건강 영향 사이에 상관성을 입증한 자료는 없는 것이나 다름없다. 또한, 섬유질 이나 올리고당의 프리바이오틱스로서의 가능성을 측정하는 일반적으로 입증된 프로토콜은 존재하지 않는다. 그나마 섬유질 또는 올리고당이 건강한 사람에게 섭취된 후에 장내 세균총에 변화가 관찰되는 곳이 나타나면 그 성분에 대한 적극적인 검토를 해볼 수 있는 것으로 판단할 수 있다.  

식품 성분에 대한 분류에서 프리바이오틱스란 다음과 같은 과학적 근거를 필요로 한다고 정의된다.
1. 위의 산성, 포유류의 효소에 의한 소화, 소장 상부에서 흡수에 저항해야 한다.
2. 장내 세균총에 의해 발효되어야 한다
3. 건강 또는 웰빙과 잠재적으로 관련된 장내 세균의 생장 및 활동을 선택적으로 촉진해야 한다.

앞서 계속적으로 소개한 섬유질과 프리바이오틱스의 작용에 대하여 가장 중요한 메커니즘은 대장 내 발효 작용이며 이로 인해 장내 세균총을 변화시킨다는 것이다. 인간의 대장은 가장 다양하게 미생물이 가장 다양하게 서식하고 대사적 활성을 보이는 기관으로, 최대 1000 이상의 다른 종류의 세균이 존재하고 있으며 그 수는 1011~12 cfu/g(Colony forming Unit : 균의 크기가 작기 때문에 집단인 콜로니를 측정하는 방법으로 그 단위를 표현)정도이다. 뿐만 아니라 대장의 환경은 세균의 성장에 최적화되어 있는데 대장은 느린 체류시간때문에 균들이 쉽게 영양소를 이용할 수 있으며 pH 환경도 적절하기 때문이다. 

일반적으로 광범위하게 당을 분해하는 대사를 가진 세균들(단백질 분해능력은 없음)은 잠재적으로 이로운 작용을 할 것으로 판단되고 있다. 이런 균들의 대사에 대한 관심이 가장 대표적인 균주인 락토바실러스와 비피도박테리움에게서 나타난다. 이들 균은 장내 면역 시스템과 함께 소화관내로 침투하는 병원균으로부터 방어막을 치는데 매우 중요한 역할을 한다. 

장내 세균총은 장 상부에서 소화에 의한 것이 아닌 탄수화물의 발효에 의해 에너지를 얻기에 주요 기질은 점액 물질들이고 식이 탄수화물로부터 상부 소화기계에서 벗어난 것들을 이용하게 된다. 여기에는 저항성 전분, 비전분성다당류(셀룰로오스, 헤미셀룰로오스, 펙틴, 검), 난소화성올리고당, 당알코올 등이 해당된다. 

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발효 경로는 주로 해당 대사의 대표적인 물질 피루브산을 생성하는 것이다. 대장 박테리아는 수소, 메탄, 이산화탄소, 단쇄사슬지방산(주로 아세트산, 프로피온산, 부티르산), 젖산을 생산하기 위해 다양한 탄수화물 가수분해 효소를 사용한다. 대장 내 특정 세균들은 이런 발효 산물을 통해서 에너지를 만들어 내고 발효를 촉진하는 식이 성분은 세균량의 증가를 유도하고 이로 인해 대변량 증대를 이끈다. 

대장 및 전신에서 단쇄사슬지방산(SCFA)의 생성은 중요한 역할을 한다. 대장 상피세포는 우선적으로 부티르산을 에너지로서 이용하는데 이는 포도당, 글루타민이 이용가능할 때에도 부티르산을 우선시한다. 비록 약간의 논란의 여지가 있긴 하지만, 대장 상피세포에서 대사 활동 및 성장을 결정하는 핵심 영양소로서 부티르산이 언급되고 있으며 대장 질환을 예방하는데 가장 중요한 영양소로서 언급되고 있다.

간, 근육, 및 다른 말초 조직으로 단쇄사슬지방산의 이동과 그로 인해 발생되는 대사 작용은 대상자의 일일 에너지 요구량의 일부분을 충족시킨다고 알려져 있으며(약 7~8%), 이들의 생성이 분변 등의 pH를 감소시킴으로서 병원균 발생을 억제한다는 결과물이 대다수이다. 낮은 pH는 펩타이드 분해 및 암모니아, 아민 및 페놀 물질과 같은 독성 물질의 형성을 감소시키며 바람직하지 못한 세균효소의 활동을 감소시킨다.

종합적으로 정리해보면 유산균과 같은 프로바이오틱스만을 장내세균총과 연관지었던 사람들에게 프리바이오틱스란 컨셉은 상대적으로 새롭다. 전세계적으로 프리바이오틱스는 아스파라거스, 치커리, 예루살렘 아티초크, 마늘, 양파, 밀, 오트밀, 대두 등에서 주로 섭취되는데 미국 및 유럽의 전형적인 식단에서 1일 몇 ~그람 정도에 그치며 가장 대표적인 것인 난소화성 올리고당의 열량은 g당 1~2kcal 선이다. 

이눌린같이 소화가 잘 되지 않는 탄수화물이 있는데 이런 종류들은 많은 양이 섭취되었을 때 소화관내 트러블(부작용, 불편함)을 유발하는 것으로 보고되고 있다. 반면 다른 프리바이오틱스 섬유질들(밀 덱스트린, 폴리덱스트로스)은 1일 30~45g을 섭취하여도 특별한 문제가 나타나지 않는 것을 보여준다.

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전체적으로 많은 요인들이 장내 세균총의 조성에 영향을 준다. 이는 대상자의 생리학적 조건(건강상태, 노화 등), 식이조성, 환경상황(위생 및 소독, 항생물질 등의 사용)의 변화를 포함한다. 특정 장내 미생물의 건강 촉진 능력에 대한 인지는 대상자의 식이 조성을 변화시킴으로서 전체적으로 이로운 방향으로 진행되리라 본다. 프리바이오틱스 섭취와 관련된 효과에 대한 논란은 1990년대 중반, 이들의 정의와 효용성에 대해서 처음 정의된 이후 계속되어 왔으므로, 프리바이오틱스의 효능과 안전성에 대해서 평가하기 위해서는 임상실험을 베이스로 한 추가적인 연구가 필요로 할 것이다.

심지어 최근에는 피부 탄력을 부여하는 것으로 알려진 콜라겐 등이 프리바이오틱스로서 기능을 한다는 언급이 될 정도이다. 콜라겐이 피부, 털, 격막, 뼈 등 중요한 성분이기에 식품 섭취를 통해서 충분히 먹어야하는 것은 당연하지만 결국 중요한 것은 콜라겐의 형성 및 작용과 관련된 모든 영양소(대표적으로 비타민 C)를 골고루 잘 섭취해야 한다는 영양학의 가장 기본적인 컨셉은 변하지 않았다. 

가장 중요한 것은 적절한 섭취 선에서 건강에 대한 위해는 언급되지 않기에 식품 섭취를 통해서 섭취할 수 있는 다양한 식이섬유 및 올리고당 등 난소화성 탄수화물 물질들의 섭취를 장려하지 않을 이유는 없다. 하지만 보충 식품으로서 프리바이오틱스로서의 목적을 충족시키기 위해서 섭취한다면 아직은 조금 섣부르다라는 말을 전하고 싶다.

스포츠영양사 우수 이호욱