프럭토올리고당이 장 건강에 도움이 되나요?

양식생산에서 항생제를 비이성적으로 사용하면 세균의 내성을 유발하고 동물의 장건강과 면역력을 손상시키며 육류 제품과 환경에 잔류하는 물질은 궁극적으로 인체건강에 영향주게 된다.중국은 사료에 성장 촉진 항생제 첨가를 전면 금지했다.때문에 항생제와 같은 효과를 가진 사료첨가제를 찾아 가축, 가금 생산성과의 하락과 사망률의 증가를 완화시키는것이 현재 연구난제로 되고있다.프로바이오틱스의 장 건강에 대한 이로운 효과는 확인되었으나, 가혹한 저장 환경으로 인해 사료에서의 이용 효과가 불안정하여 프리바이오틱스가 좋은 대안으로 여겨진다.본 글에서는 프리바이오틱스의 대표적인 물질인 올리고당으로부터 시작하여, 올리고당의 물리화학적 특성과 생리적 효과를 설명함으로써 가축 및 가금의 장 건강을 유지하는 역할을 검토한다.

1. oligofructose의 물리화학적 특성

올리고당 (Oligofructose)은 분자식을 갖는다G-F-Fn (G-glucose, F-fructose, n = 1-3), 그리고는 일반적인 용어를 수업에 의해 형성 되는 탄수화물의 β-1, 2 glycosidic 본드의 자당 분자 몇 가지 D-fructose (Fanaroet al., 2010년)이다.고온에 잘 견디고 용해도가 우수하며 120 °C의 중성 용액에서 안정하다.그러나 산도와 온도가 증가함에 따라 안정성이 감소한다.단맛은 자당 (sucrose)보다 약간 낮다.0~70 °C사이에서 과당 올리고당의 점도는 고과당 옥수수 시럽과 유사하며, 온도가 증가함에 따라 감소한다.또한 전분 노화를 억제하고 쉽게 착색되지 않으며 알칼리성이 강해 물을 잘 유지하고 수분 흡수가 잘 되지 않으며 곰팡이 저항성이 좋다.이러한 물리적, 화학적 특성은 fructooligosaccharides를 우수한 사료 첨가제로 사용하기에 적합합니다 (Vandan한et al., 2015).

fructooligosaccharides의 생리학적 효과 2

동물의 장은 수많은 미생물의 서식지이다.미생물과 숙주와의 관계에 따라 장내 미생물은 일반세균, 조건부로 병원성세균과 병원성세균으로 나눌 수 있다.일반적인 상황에서는 세균군이 숙주에 유익한 균형을 유지하지만 집중적인 영농조건에서는 조건반사적으로 병원성 세균이 때로는 침윤할 수 있으며 병원성 세균의 수가 정상치를 초과하여 이러한 균형을 깨뜨리고 세균성 질병을 유발할 수 있다 (Zhang R.J., 2003).Fructooligosaccharides는 장에서 외인성 병원체의 식민지화와 내인성 조건부 병원체의 과잉 성장을 방지하여 장내 미생물 생태 균형을 유지할 수 있습니다.

이 효과는 주로 Bifidobacteria가 생성하는 단쇄지방산 (아세트산:젖산 비율 3:2)의 세균성 효과에 기인한다.의 β-1, 2 glycosidic 본드 oligofructose hydrolyzed 할 수 없 분비 되는 다양 한 소화 효소에 의해 동물들, 그래서 대부분의 oligofructose 문제 없이 위와 소장을 통과 할 수 있다.대장,에 이로 운 박테리아 lactobacilli bifidobacteria와 같은 β-1을 깰 효소를 분비 할 수 있고, 2 glycosidic 본드 및 급증 한 반면, 해로 운 박테리아이 효소들을 분비 할 수 없습니다.유익균이 증식하고 나면 장 점막에 막을 형성해 병원성 세균이 서식하기 어렵게 된다.동시에 유익균도 프락토올리고당이 생성하는 아세트산, 프로피온산, 젖산 등의 지방산을 다량 발효시킬 수 있으며, 이는 장의 산도를 높이고 병원성 세균의 성장을 직접적으로 억제한다 (Munoz et al., 2012;Rober-froid 등, 2010;Callaway 등, 2009).

Fructooligosaccharides와 장 건강 3

일반적으로 효율적인 음식 소화와 영양분 흡수, 정상적이고 안정적인 장내 동식물 환경, 양호한 면역 상태, 전반적으로 건강한 상태 등을 포함하는 동물의 장 건강에 대한 명확한 정의는 없다.주로 사료 조성, 장벽성, 미생물 등 3가지 요인에 의해 결정된다 (Pluske et al., 2018;Celi 등, 2017;Kogut 그리고Arsenault, 2016년;Bischoff, 2011년).

3.1 Fructooligosaccharides와 장내 균사체

Fructooligosaccharidesbifidobacteria와 lactobacilli의 성장을 선택적으로 자극하는 한편, Escherichia coli, Clostridium perfringens, Streptococcus와 같은 유해균의 증식을 억제한다 (Howard et al., 1995;Fishbe에서등, 1988;Mitsuoka et al., 1987)이다.현재 장내 미생물 flora에 대한 대부분의 분석은 특정 세균을 배양하는 방법에 기초하고 있습니다.돼지에서는 돼지사료에 첨가된 올리고당 4% 가 장내 비피도박테리아의 수를 증가시켰다 (Modesto et al., 2009).미켈슨등 (2003)은 올리고당을 4% 첨가한 후 젖을 뗀 새끼돼지의 분변을 분석한 결과 물리적, 화학적 성질에는 거의 영향을 미치지 않았으며, 효모의 성장을 자극하는 것 외에는 다른 미생물에는 큰 영향을 미치지 않았다.그러나, 그들은 미생물군을 분석하지 않았다.젖을 뗀 새끼돼지에게 5%의 올리고당을 먹인 결과, bifidobacteria의 수가 증가하였고, 근위부 대장균의 수가 감소되었다 (Gebbinket al., 1999).육계 닭에게 0.4%의 올리고당을 14일간 먹인 결과 장내 총균수는 변화하지 않았으나, bifidobacteria와 bacteroides는 선택적으로 증가시켰다 (오et al., 2005);브로일러에 oligofructose를 0.2%, 0.4%, 0.8% 첨가하면 그 중 0.4%의 oligofructose는 소장 및 맹장 내용물 중 bifidobacteria와 lactobacilli의 성장을 크게 촉진하고 대장균의 증식을 억제할 수 있다 (수 (Xu)et al., 2003).

정량 형광, 변성 gradient gel 전기영동 및 high-throughput sequencing 기술의 급속한 발전으로 장내 미생물 다양성에 대한 심도 있는 연구를 위한 기술적 지원을 제공합니다.0.5% oligofructose 가 변성구배 겔 전기영동을 이용하여 브로일러의 회장 미생물상에 미치는 영향을 분석한 결과 미생물상이 변화하였다 (Geier et al., 2009).브로일러의 사료에 0.25% oligofructose를 첨가하고 정량 형광 PCR을 이용하여 장내 미생물군을 분석한 결과, 유산균의 수를 증가시키고 Clostridium perfringens와 Escherichia coli의 수를 감소시켰다 (Kim et al., 2011).소에서 Chen Fengmei 등 (2020)은 프로바이오틱스와 결합한 올리고당 5 g을 매일 보충하는 것이 젖소 송아지의 장에 미치는 영향을 연구하기 위해 16SrRN한유전자 염기서열 분석 및 기본 미생물 community α 다양성 분석을 이용하였다.그 결과 장내 미생물의 풍부도에 유의한 영향을 미쳤는데 박테로이데스속 (Bacteroides)의 상대풍부도는 유의하게 증가하였고 Clostridium sporogenes의 상대풍부도는 유의하게 감소하여 결과적으로 설사 발생을 유의하게 감소시키는 것으로 나타났다.

프럭토올리고당과 장내 발효 3.2

프럭토올리고당은 후장의 유익균에 의해 발효되어 젖산과 아세트산, 프로피온산, 부티르산 및 기타 단사 지방산, 그리고 이산화탄소와 메탄을 생성한다.유기산의 대부분은 흡수될 수 있으며, 이는 프럭토올리고당이 숙주를 위한 에너지의 일부를 간접적으로 제공할 수도 있음을 의미한다.또한 유기산은 잠재적으로 독성이 있는 암모니아 이온을 양성자로 만들어 NH4+를 형성하게하고, 젖산은 맹장의 산도를 높여 젖산균과 비피도박테리아의 성장에 이롭다.이 세균들은 암모니아를 질소원으로 사용할 수도 있어 장과 혈액 속의 암모니아를 감소시킬 수 있다.수컷 칠면조에게 oligofructose의 농도 (0.5%, 1%, 2%)를 다르게 먹인 결과, oligofructose 가 증가함에 따라 회장 및 맹장 내용물의 pH는 감소하는 반면, 지방산 함량은 영향을 받지 않았으나 회장 내 지방산의 축적은 증가하였다 (Jus'kiewicz et al., 2007)를 사용하였다.망아지의 식이에 8 g/d와 24 g/d의 올리고프락토스를 첨가한 경우 분변에서 총 휘발성지방산, 아세트산, butyric acid, propionic acid 및 젖산이 유의적으로 증가하였으며 (Berg et al., 2005);올리고당은 돼지 분변과 생쥐의 장에서 단쇄지방산의 함량을 증가시킬 수 있다 (Anthony et al., 2009;Ly Sun Yung 외, 2003);마우스 사료에 올리고당 5%를 첨가하면 propionic acid와 butyric acid의 함량을 유의적으로 증가시킬 수 있으나 총 휘발성 020)에는 영향을 미치지 않는다.

3.3 Fructooligosaccharides와 장벽

프럭토올리고당과 같은 프리바이오틱스는 장 융모세포의 높이, 크립트의 깊이, 상피층의 두께, 상피세포의 수, mitotic cell, 점액세포 및 잔세포의 수와 같은 장 점막의 형태, 구조 및 기능을 조절할 수 있다.이러한 장의 변화는 영양소의 소화와 흡수를 촉진할 수 있다.이러한 변화의 메커니즘은 다음과 같은 측면에서 올 수 있다:(1) 발효성 당은 소장 내 크립트 세포의 증식을 조절하기 위해 장내 글루카곤 수준에 영향을 줄 수 있다 (Gee et al., 1996);(2) 프리바이오틱스는 폴리아민 합성을 촉진하여 장과 결장 점막의 성장과 발달을 긍정적으로 조절할 수 있다 (Delzenneet al., 2000);(3) 프리바이오틱스는 소화효소 활성을 증가시켜 소장 점막의 성장과 변화를 촉진할 수 있다 (Yang et al., 2005);(4) 단쇄지방산 합성의 증가는 대장 및 소장 세포의 증식을 촉진하기도 하며, 장 융모의 높이와 크립트의 깊이를 조절함으로써 브러시 테두리에 의한 영양소의 소화 및 흡수를 향상시킬 수 있다.

돼지 사료에 0.25% 올리고과당을 첨가하면 소장 근위부에서 융모의 높이와 크립 깊이에 대한 융모 높이의 비를 증가시킬 수 있다 (Shim, 2005);0.4%와 0.6%의 올리고당은 포신 공장에서 융모의 높이와 크립 깊이에 대한 융모 높이의 비율을 증가시킬 수 있다 (수 (Xu)et al., 2002);올리고프락토스는 젖새끼 돼지의 맹장과 대장에서 점막 상피세포의 증식률을 높이고 점막 상피세포의 위축을 방지할 수 있다 (Howard et al., 1995);0.4% oligofructose를 식이에 첨가한 결과, 병아리의 공장 및 회장에서는 융모 높이 및 crypt depth에 대한 융모 높이 비율이 유의적으로 증가하였으며, crypt depth는 유의적으로 감소되었다.그러나 올리고당을 0.8% 첨가하여도 이러한 효과를 얻지 못하였다 (Xu et al., 2003);0.5% oligofructose는 육계 회장의 융모 높이, 크립 깊이 및 상피 두께를 현저히 개선할 수 있으나, 십이지장과 공장에는 영향을 미치지 않는다 (Shang et al., 2014);0.4%와 0.6%의 올리고프락토스 첨가는 크립 깊이를 유의하게 증가시켰고 그리고 세포 밀도는 유의하게 증가하였다 (Zhan et al., 2003);초기 젖을 떼는 송아지의 사료에 4 g/d와 6 g/d의 올리고당을 첨가하면 장의 융모 높이와 장 점막의 두께를 증가시킬 수 있다 (Tai et al., 2009).

올리고당과 면역 3.4

동물의 장은 장내 미생물과 외부 항원, 면역계가 상호작용하는 곳이다.올리고당과 같은 프리바이오틱스가 가축의 면역기능에 미치는 영향은 아직 완전히 밝혀지지 않았다.가능한 기전은 다음과 같다:(1) 젖산균 또는 그 산물이 면역세포에 미치는 영향과 직접적인 관계;(2) 단쇄 지방산의 발효 산물은 위장관의 T 림프구 수의 증가를 자극 할 수있다;(3) 무신의 생성을 조절하여 잔세포의 수를 증가시킴으로써 (Schley 그리고Field, 2009).프리바이오틱스는 장내 림프조직의 기능과 종류를 조절할 수 있으며, 특히 페이어 's patches, secondary lymphoid follicles 그리고cells 에서이peripheral circulati에(Samalet al., 2009).에서 암 퇘 frb의 10 g/d fructooligosaccharides,에서 증가하는 경향이 있었변환 초유, β 1 성장 요인을이 끈 IgA 농도의 증가, 인터페론 분비 되는 γ 농도의 증가에 의해 Peyer's 패치와 장간막 림프구, 그리고 Peyer&에 의해 분비된 IgA의 증가#39;s 패치 셀.인터페론 γ 활성화와 관련이 있는 T 림프 구 (신 디 et al., 2014년)이다.육계 사료에 올리고당을 0.5% 첨가하면 맹장 편도내 B림프구의 비율을 줄이고 혈중 IgM및 IgG함량을 증가시킬 수 있다 (Janardhana et al., 2009).

4 요약

현재 올리고과당을 동물성 사료에 적용한 연구는 주로 돼지와 닭을 중심으로 이루어지고 있으며, 소, 양, 토끼와 같은 다른 가축 및 가금류에 적용한 보고는 많지 않다.이들에 대한 기초적이고 기계론적인 연구도 부족한 실정이다.따라서 가축, 가금 사료에서의 올리고당의 응용효과와 메커니즘을 더 연구할 필요가 있다.high-throughput sequencing과 같은 분자생물학 기술의 발전은 올리고당 연구에 새로운 아이디어를 도입하였다.

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