Transcript PowerPoint 프레젠테이션 - 바이오식품 소재개발 및 산업화연구센터

건강 증진용 비피더스 유산균 제품 개발
서울대 식품영양학과
지근억
인간과 미생물
장내 미생물? = 평생의 동반자
나의 장 안에는 얼마나 많은 미생물이 있을까?
• 종류는 ? 400종 이상
• 숫자는 ? 100,000,000,000,000=100조
(인체의 세포수는 약 60조)
• 무게는 ? 1kg 이상
Dr.
Benno, Yoshimi, Asian Conference
on Lactic Acid Bacteria (2001)
Food Microbiology
장내 미생물의 현미경 관찰 모습
물로 1000배 희석
50일된 모유아의 장내 사진
33세 여성의 장내 사진
63세 노인의 장내사진
Food Microbiology
장내 미생물? = 평생의 동반자
박테로이즈, 유박테리움
11
Log counts / g feces
10
8
비피더스
대장균, 스트렙토코커스
6
유산간균
4
클로스트리디움
출생 이유기
성인기
노년기
Food Microbiology
장내세균과 인체와의 관계
장내세균
• 혐기성 미생물의 서식장소
• 영양성분의 섭취
인
체
•섭취열량의 10-15% 공급
•식품섭취의 부족시 : 득
•식품섭취의 과잉시 : 실
•단백질, 지방 등은 대부분 세균에 의하
여 분해되어 독성물질로 변환
Food Microbiology
장내 미생물! 친구? 적?
유해균/독성균
유익균
천억마리
박테로이즈
비피더스
장 부패 촉진
유박테리움
일억마리
8
발암물질 생성
스트렙토코커스
감염증과
설사 유발
클로스트리디움
소화 촉진
장 부패 억제
대장균
백만마리
6
독성균에 대한
억제 작용
유산간균
포도상구균
프로테우스
일백마리
균수/분변 그람
Food Microbiology
장 건강이 중요하여 지는 사회
대장암, 과민성 대장, 변비, 장염
대장암 증가 추이
1970년대 7위
1990년대 4위
2020년대 2위 예상
Food Microbiology
프로바이오틱 유산균? : 인체에는 Bifidobacterium과 Lactobacillus가 주요 프로바이오
유산균임. (2001. WHO & FAO 전문가 그룹 회의 결과)
유해균
억제
설사 억제
변비 개선
장내 균총
비타민 합성
B2,B6,B12
비피더스균
혈중
콜레스테롤
저하
유당 불내증
개선
면역 체계
항 종양 효과
소화작용 도움
변비가 대장에 일으키는 증상
- 변비
. 분변 중 수분함량이 70% 이하로 감소하여 배변의 횟수 감소와 배변이
원활하지 못한 증상, 여성과 노인들에게 자주 발생함.
- 원인
. 패스트푸드 및 육류의 섭취 증가로 인한 장 운동 자극 감소
. 스트레스에 의한 과민성 대장염에 의한 변비
. 기타 습관성, 대장암, 대장의 형태 이상 등
- 증상
. 장내세균에 의하여 암모니아, 아민, 황화 수소 등 유해물질이 증가하고
이들은 혈액으로 들어가 간, 신장, 피부, 뇌 등에 유해 작용을 함
. 피곤, 식욕저하, 치질유발, 혈압증가, 대장암 증가 등.
- 예방
. 활동적 생활, 야채와 해조류 등 섭취, 비피더스 등 유익균 섭취
Food Microbiology
고지방 섭취후의 장내 세균에 발암물질 생산
담즙산
박테로이데스
비피더스
퓨조박테리아
클로스트리디움
락토바실러스
스트렙토코카스
OH
C
NH
CH2 CH2 SO3H
O
HO
일차 담즙산
지방 비누제 성질 감소
OH
H
유박테리움
클로스트리디움
OH
C OH
O
HO
H
이차 담즙산
발암 물질
Deoxycholic
acid
Food Microbiology
고단백 섭취 후 장내세균에 의한 유해물질 생산
단백질
COOH
R1 – C – NH2
박테로이데스
퓨조박테리아
클로스트리디움
스트렙토코카스
아미노산
R2
NH3
아민
R – NH2
박테로이데스
대장균
클로스트리디움
암모니아
Food Microbiology
방귀
• 하루 방귀량 : 400-2,000 mL
• 방귀 주성분 : 개인차가 크며 질소 23-80%, 산소 0.1-2.3%,
수소 0.06- 47%, 메탄 0-26%, 탄산가스 5.1-29%
• 방귀 식품 : 보리, 콩, 식이섬유 다 함유 식품
• 악취 방귀 : 유황 아미노산 함유 단백질 식품
• 악취 방귀 인자 : 암모니아, 황화수소, 인돌, 스카톨, 휘발성 아민
방귀 가스의 1 % 정도
⊙ 장내 가스는 일부 혈액으로 들어가 입으로 나옴.
⊙ 비피더스로 가득찬 아기의 변은 악취가 없고 약간 시큼한 냄새
Food Microbiology
장에 좋은 식품
• 유산균 제품 : 요쿠르트, 비피더스 동결 건조 분말 등 유산균
제품
• 곡류 : 도정이 적게 된 현미, 보리, 귀리 등
• 두류 : 콩을 이용한 식품.
• 해조류 : 다시마, 미역, 김 등
• 채소류 : 배추, 상치, 샐러드, 연근, 고구마, 당근 등
• 과일류 : 자두, 사과, 배 등
• 비타민 및 무기질 : 칼슘, 비타민 C,E,D,A, 엽산 등
Food Microbiology
대표적 프로바이오틱스 종류
비피더스균
유산간균
유산구균
참고 유해성 관련 유산균 : Enterococcus,Staphylococcus 등
약한 정장성 : Streptococcus thermophilus, Lactobacillus
bulgaricus
WHO & FAO 프로바이오틱스 전문가 실행위원회 (2002
년) 에서 제기한 위험성 내재 균주
Enterococcus : 사용하지 말것을 권장
L. rhamnosus, Bacillus subtilis, Saccharomyces
boulardii : 감염 관련 가능성
Health Canada 천연건강제품 지침의 사용금지 균주
Enterococcus sp.
Bacillus cereus
Bifidobacterium dentium
Parascardovia denticolens
Scardovia inopinta
Bacillus clausii CNCM MA23/3V & CNCM MA66/4M
Lactobacillus plantarum CNCM MA40/5B-p
Pediococcus acidilactici CNCM MA28/6B
제품의 종류에 따른 사용 균주 비교
제품명
정장용
균주
및
함량
지근억비피더
스 베이비
비피더스
롱검(8%)
2.0×109/
g
락토바실
러스애시
도필러스
(1%)
2.0×108/
g
C 제품
스트렙토
코커스 페
시움, 바실
루스 서브
틸루스
4g당
4.5×108
MB 제품
바실루스
서브틸리
스
0.25×108
/g
스트렙토
코커스 페
시움
2.25×108
/g
B 제품
락토바실
루스 스포
로게네스
5.0×107/
g
클로스트
리디움 부
티리쿰
1.0×107/
g
바실루스
서브틸리
스
3.0×106/
g
MF 제품
클로스트
리디움 부
티리쿰 미
야이리II
588
6.0×106/
g
국내유산균 발효유의 현황
회사
비피더스 균수 (균수/ml)
전체 미생물수 (균수/ml)
A
1.0 X 10E5
5.5 X 10E8
B
1.5 X 10E5
4.8 X 10E8
C
7.4 X 10E6
4.5 X 10E8
D
<10E3
2.5 X 10E8
E
<10E3
8.1 X 10E8
F
<10E3
2.9 X 10E8
출처 : Korean J. Food Sci. Technol. Vol. 26, No. 5, pp. 526-531 (1994)
한국식품과학회지
LAB FOR BETTER LIFE
SOFT-MORINING
…
BIFIDO
유럽에서 유통 중인 제품에 있는 유산균 생균수
마리/g
유용성
제품
표기
실제
H1
미 표기
1.5 천마리
없음
H2
1억 마리
1.6 천마리
없음
H3
4 억 마리
1 천 마리 이하
없음
H4
미 표기
2.5 백만 마리
없음
P1
미 표기
5 백만마리
약간
P2
미 표기
1.1 억 마리
있음
P3
50 억 마리
30 억마리
있음
P4
2 천만 마리
2 천 마리
없음
출처 : Fundamental Food Microbiology, Academic press, 2001, p220
비피더스의 모양
장에 부착되어 있는 비피더스의 전자 현미경 사진
V자, Y자, 콤마모습, 약간 구부러진 막대모양
Food Microbiology
대장암 억제활성 우수 균주 선발
30종의 bifidobacteria 균주를 대상으로 배양액 및 균체의 활성을 측
정한 결과, 가장 뛰어난 대장암 증식저해활성을 가진bifidobacteria
BGN4를 획득
Bifidobacterium sp. BGN4
Tumor Growth Inhibition (%)
80
60
40
20
0
l
tro
on
C
1
BB
4
BB
5
BB
8
11 B20 B21 B22 B23 B24 B25 B29 B30 B31 B32 B33 B35 B39 B40 B42 B45 B46 B47 B50 B53 B54 B58 B68 B69
BB BB
B
B
B
B
B
B
B
B
B
B
B
B
B
B
B
B
B
B
B
B
B
B
B
B
Bifidobacterial Strains
Electron scanning morphology of BGN4
• 30개의 bifidobacteria strain 중 가장 활성이 높은
strain으로서 BGN4를 선발
항암활성 물질 규명
•BB-pol의 구성성분 : glucose(31.5%), ribose(23.8%),
galactose(11%),rhamnose(3.9%),
chiro-inositol(26.3%)
4: glucose, galactose
*
200
*
6
3
2
1
-50
0.00
ECD_1
ECD_1
ECD_1 600
nC
400
5
200
(fructose)
2: ribitol
400
3: rhamnose
1: myo-inositol
1 - test311 #3 [time corrected by -0.100 min]
2 - test311 #2 [modified by 탄수화물연구소, time corrected by -0.100 min]
Standard(myo-inositol ribitol rhamnose glucose galactose fructose)
700
nC
min
1.00
Standard
Standard + Sample
2.00
Sample
3.00
4.00
*: unknown
-50
5.00
Microarray Data
HT-29
항종양 활성 - 동물실험
The effect of Bifidobacterium spp RD65 and BGN4 on number
and size of aberrant crypt foci
Group
Control
SM2)
SM+Protease
SM+Bifido3)
BGN4
ACF
92.00 ±
90.17 ±
86.50 ±
66.38 ±
85.17 ±
7.04
17.77
9.74
13.88*
14.72
Size
+++++
+++++
+++++
+++
++
1) All the numbers are expressed as Mean ± SE 2) Soy milk powder
3) Bifidobacterium spp
제품의 인체평가
제품 섭취에 따른 균총의 변화
12
Log of CFU/g
10
bifidus
bacteroides
Lactobacillus
Clostridium
E.coli
total aerobes
8
6
4
2
0
1차 (비섭
취)
2차(섭취)
3차(비섭취)
실험구
4차(섭취)
5차(비섭취)
연구배경
Switch
Exposure to
Gut bacteria
Pathogen
(by IL-12)
Th2

알레르기의 심각성

선진국 인구의 50%가 알레르기 경험 (Nature., 1999).

우리나라의 11 %는 식품 알레르기 보유
Blocking
switch
Clean
environment
Th1
Normal Infants
TH2


현재는

알레르기원 회피- 주요 식품 소재가 알레르기 원이기 때문에
일상적인 식생활에 상당한 불편 초래

스테로이드 처방 – 부작용 심각

주변 관련 제품 – 아로마, 보습제, 아토피용 침구류 등
Allergic
Infants
알레르기가 있는 아이들에게 프로바이오틱스를 복용시켜 면역을 challenge
시킴으로써 알레르기 발생에 있어서 50% 감소효과가 보고됨
비피더스 섭취에 의한 알레르기 억제 효과
500
PN-specific IgE (ng/ml)
400
G1 : Bif/Pre + PN
G2 : Bif/Pre + PN/Bif
G3 : PBS/Pre + PN
G4 : naive
300
200
100
0
w0
w1
w2
Experimental weeks
w3
Fig. 2-1. Experimental schedule: Mice were sensitized on weeks
0, 1 and 3 with OVA. Experimental mice were maintained on a
diet supplemented with 0.2% of lyophilized Bifidobacterium
from 2 weeks before or after initial sensitization.
W1
W2
W3
W4
W5
Group1; Naive
Group2; Sham
Group3; Pre treatment
Group4; After treatment
Sensitization
BGN4 administration
W6
W7
Fig. 2-3. OVA-sensitized mice showed marked tail bruising and
scabs. A: Group1; Naïve, Group2; Sham, Group3; Pre
treatment, Group4; After treatment.
B
A
6
Score, Symptoms on tail
5
a
Naive
Sham
Pre
After
4
b
3
2
c
1
c
0
Naive Sham Pre After
Blood
BGN4
IgE 
IgG1 
Histamine 
Eotaxin 
IgA 
Tcell
IgG2a 
Th1
Th1
APC
Intestinal tract
Tcell
Th1
APC
Th1
Th1
Spleen
IFN- 
IL-2 
IL-4 
IL-5 
IL-13 
IL-12 
Peyer’s patch
TH
2
Th1
항로타바이러스 비피더스 단백질
• 겨울철 유아 설사의 주요 원인은 로타바이러스
•
2001 년도에 발생한 경기도 고양시 산후조리원의 영아 집단 사망
원인
• 1999년 미국에서 와이어스社(Wyeth)에 의해 로타바이러스 백신이
개발돼 식품의약청(FDA)의승인을 받은 적이 있지만 백신 투여 후
‘장중첩 증상’ 등의 부작용이 있어 바로 허가가 취소돼 현재까지
세계적으로 부작용 없는 로타바이러스 백신은 없음
 현재까지는 백신등의 의약품 차원에서 연구가 되었으나 본
연구에서는 Bifidobacterium의 선발균주에 존재하는 BORI 단백질을
활용하여 로타바이러스를 제어하고자 함
항로타바이러스 활성 단백질의 분리 정제 및
아미노산 서열
순수 분리 단백질 BORI
IIC50 : 2 ng/ml
Q클로우닝 단백질
A미극, 유럽, 일본 특허 출원
BIFIDO
Application
비피더스(+)a)
비피더스(-)b)
나이 (개월)
16.4±8.5
19.1±11.1
총설사기간(일)
4.38±1.29
5.61±1.23
발열기간(일)
3.66±1.14
4.32±1.94
설사횟수(회/일)
2.38±0.49
2.64±0.73
구토기간(일)
1.55±1.12
1.82±0.94
a)28명, b)
29명
[신촌세브란스, 소화아동병원]
[지근억 비피더스 베이비 유산균]
• 제품의 유형 : 건강기능식품(혼합유산균이용제품)
• 생균수 : Bifidobacterium longum 20억개/g,
Lactobacillus acidophilus 2억개/g
• 섭취량 : 2 스틱 (2그람)/일
BIFIDO
균주의 산업화
비피더스에 의한 콩 이소플라본의 생물전환
200
Genistein
Genistin
Daidzein
Daidzin
이
소
플
라
본 100
농
도
(㎍/㎖)
0
18 시간
0 시간
발효시간
배당체 활성전환 제품개발
배당체 활성전환 제품 개발 II
콩 이소프라본의 비피더스에 의한 생물 전환 제품
㈜비피도
장의 건강을 위해서는?
• 과식 절제
• 운동과 휴식 및 긍정적 생활
• 건강한 장내 균총을 유지해야 함
• 유산균 제제
•우수한 발효유 제품
•식이섬유의 섭취
Food Microbiology