식품 분야에서 스테비아 글리코사이드의 용도는?
스테비아 (Stevia)는 소나무과 (Asteraceae)의 일종으로 남아메리카가 원산지이며 현재는 세계적으로 재배되고 있다.레비디오사이드 A (RebA), 레비디오사이드 B (Reb B), 레비디오사이드 C (Reb C), 레비디오사이드 E, 레비디오사이드 F, 레비디오사이드 D, 레비디오사이드 E, 레비디오사이드 F, 스테비오사이드, dulcoside A 등 40 종 이상의 스테비올 글리코사이드가 함유되어 있는 것으로 밝혀졌다 [1].스테비오사이드는 스테비올을 아글리콘으로 하는 디테르펜 화합물이다 (그림 1). 다른 양의 포도당, 람코, 자일로스, 과당 및 디옥시 포도당은 그들의 C-13 또는 C-19위치에서 1,2-, 1, 1,4-, 1,6-a 또는 b-glycosidic 결합을 통해 C-13 또는 C-19위치에 연결되어 다른 종류의 스테비올 글리코사이드를 형성한다 [2].순수한 스테비오사이드는 화학식 C38H60O18의 백색 분말이다.물, 메탄올, 에탄올에는 쉽게 녹지만 벤젠, 에테르, 클로로포름 등의 유기용매에는 녹지 않는다.
스테비아글리코사이드는 열에 강하고 안정하며 빛에 쉽게 분해되지 않고 무독성과 무해하며 인체에서의 반응에 참여하지 않는 천연활성물질이다.자당보다 250~300배 달며 천연 감미료 [3]이다.stevia glycoside, rebaudioside A, dulcoside 등 13 종의 steviol glycoside 가 식품안전 국가표준 식품첨가물 steviol glycosides (GB 1886.355-2022)에 포함됐다.연구 결과 스테비오사이드는 항산화, 저혈당, 저혈압, 항암, 위장 기능 개선, 기억상실 치료 등 다양한 생물학적 기능이 있는 것으로 밝혀졌다.따라서 본 논문에서는 최근 식품산업에서의 stevia glycoside의 활용과 생물학적 기능에 대한 연구의 진행과정을 소개함으로써 향후 stevia glycoside의 개발 및 활용에 참고가 될 수 있는 자료를 제공하고자 한다.
1. 식품 산업에서 스테비올 글리코사이드의 응용
자당은 단맛을 줄 수 있고 음식의 질감과 색을 개선한다.자당을 부분적으로 또는 완전히 대체하는 것은 설탕을 줄이기 위해 대부분의 음식에 사용되는 전략이다.스테비올 글리코사이드는 중요한 장점이 있다.그들의 제로 에너지 가치와 높은 건강 안전성은 그들을 자당 (sucrose)보다 우수하게 만듭니다.더 중요한 것은 스테비올 글리코사이드가 체내에 축적되지 않고 건강을 촉진하는 많은 특성을 가지고 있다는 연구 결과가 있습니다.그러나 식품의 질감과 맛을 보장할 수 있는가는 오늘날 대부분의 식품 제조업체들이 직면하고 있는 문제이다 [4-5].스테비올 글리코사이드는 음료, 조미료, 요구르트, 빵 등의 다양한 식품에 천연 감미료로 사용되고 있다 [6-8].
음료에 들어있는 스테비올 글리코사이드 1.1
스테비올 글리코사이드는 음료에서 안정성이 높고 뒷맛이 오래 가기 때문에 자당의 단맛과 기름기를 줄일 수 있다 [9].유럽 연합에서 스테비아 글리코사이드 가 식품 첨가물로 승인된 이후 영국, 프랑스 등의 국가에서는 스테비오사이드와 수크로스를 원료로 한 복합 감미료를 스프라이트에 첨가하여 기존의 수크로스 [10]를 대체하였다.중국시장의 과일차음료와 우유음료도 스테비오사이드를 사용하여 자당을 일부 대체하고있다.당진 등 [11]은 myrica rubra 주스 음료에서 sucrose를 대체하기 위해 스테비오사이드 (stevioside)를 다른 비율로 사용하였다.그들은 스테비오사이드가 자당을 40% 대체했을 때 음료의 맛이 좋고 쓴맛이 적으며 뒷맛이 길고 음료의 특성이 가장 좋다는 것을 발견했다.Buniowska 등 [12]은 파파야 주스, 오렌지 주스, 망고 주스 및 귀리 음료로 만든 복합 음료에 스테비오사이드를 첨가하여 중심합성 설계를 적용한 반응표면법을 사용하였다.스테비아 농도가 2.5% (V/V) 일 때 음료의 항산화성이 가장 높고 맛도 가장 좋은 것으로 나타났다.
조미료에 스테비아 글리코사이드 적용 1.2
이steviol glycoside 사용간장과 식초를 가공할 때 자당의 20%~30%를 대체하려면 [13] 맛을 향상시키고, 양념하는 시간을 단축하며, 유통기한을 연장하고, 제품 내 발효 발생을 줄이고, 갈변반응을 피하며, 합격률을 높일 수 있다.이금기 굴 소스와 큐피 스위트 샐러드 드레싱 모두 스테비올 글리코사이드를 사용합니다.판자희외 [14]는 데리야끼 소스에 40% 자당 대신 0.07% 몽크열매추출물, 14.00% erythritol, 0.03% 스테비올글리코사이드로 구성된 복합감미료를 첨가하여 백설탕을 첨가한 데리야끼 소스에 가까운 맛을 내는 동시에"저당"을 달성했다.
요구르트의 스테비아 글리코사이드 1.3
스테비아 글리코사이드는 오래 전부터 요구르트나 아이스크림 제품의 감미료로 사용되어 왔다.연구에 따르면 프로바이오틱스 요구르트에 스테비오사이드를 첨가해도 프로바이오틱스의 성장에 영향을 주지 않으며 [15] 28일 저장 후에도 그에 상응하는 기능성 수준을 유지할 수 있다고 한다.리베리오 등 [16]은 수크로스와 수크랄로스의 혼합물이 포함된 표준 시료와 다른 농도의 스테비오사이드를 비교했다.Stevioside 1 (75% rebaudioside A + Stevioside), 5% Stevioside 2 (9 5% rebaudioside A), 40% Stevioside 3 (50% rebaudioside A) 가 표준시료의 감각적 특성과 가장 유사하였으며, 소비자 수용도 역시 큰 차이가 없어 요구르트에 Stevioside 사용을 촉진하였다.얀리핑 등 [17]은 사과 소스 요구르트에 수크로스 대신 스테비오사이드를 사용했다.20일간의 저장기간 동안 요구르트의 산도와 유장 강수율을 측정한 결과 스테비오사이드가 자당의 30%를 대체하였을 때 그 결과 요구르트가 감각점수가 가장 높고 표면이 매끄러우며 식감이 섬세한 것을 발견하였다.
구운 음식에서의 스테비아 글리코사이드 1.4
스테비올 글리코 사이드는 구운 제품에서 수크로스의 대용으로 사용될 수 있으며 제품의 감각 및 영양 특성을 향상시킬 수 있습니다.RUIZ et al. [18]은 스테비올 글리코사이드 추출물을 다양한 농도로 함유한 밀빵을 전통적인 밀빵과 수크로스를 대체하여 비교하였다.대조군에 비해 스테비아 추출물을 첨가한 빵이 더 부드러웠고 유통기한 동안 미생물의 성장이 더뎠다.영양기여도 측면에서 스테비아 추출물이 첨가된 빵은 식이섬유 함량이 높고 소화 가능한 탄수화물 함량은 낮으므로 칼로리 섭취를 현저히 줄일 수 있다.자당의 20%를 스테비아로 대체하고 코코아 분말을 모두 코코아 식이섬유로 대체하여도 머핀의 품질변수와 소비자 수용도에 부정적인 영향을 미치지 않았다 [19].스테비올 글리코사이드는 캐러멜화가 잘 일어나지 않기 때문에 구운 제품에 스테비올 글리코사이드를 첨가하면 색상에 영향을 주지 않으면서 제품이 더 달콤해질 뿐이다.
젤리와 잼에 스테비올 글리코사이드 1.5
젤리와 잼은 대부분의 사람들이 매일 섭취하는 제품입니다.이들의 제조물의 당 함량은 약 60% 이며, 설탕은 단맛을 제공할 뿐만 아니라 총 가용성 물질 함량을 증가시킨다.people&과#39;s 건강에 대한 인식이 높아짐에 따라, 식품 개발자들은 젤리와 잼의 당 함량을 줄이는 방법을 연구하기 시작했다.박씨 등 [20]은 자당 대신 스테비아 분말을 다른 비율로 첨가하여 (Schisandra chinensis jellie) 만들었다.스테비아 분말 첨가량이 증가할수록 경도 및 씹힘성은 감소하였다.경도, 투명성, 감각적 특성 등의 여러 지표를 종합한 결과, 자당 대신 스테비아 잎 분말 1.0%로 만든 젤리의 품질이 가장 좋은 것으로 나타났다.SUNA 등 [21]은 감잼에 감미료로 스테비오사이드를 첨가하여 제품의 유통기한을 연장하는 항산화 활성을 가진 잼을 개발하였다.잼과 젤리의 식감과 식감은 스테비올 글리코사이드의 첨가에 의해 어느 정도 영향을 받기 때문에 저칼로리 잼과 젤리의 품질을 향상시키는 것은 현 단계에서 해결해야 할 문제이다.
스테비오사이드 (stevioside)의 생물학적 활성에 대한 연구 진행 2
2.1 항산화 활성
인체가 산화 스트레스를 받으면 활성산소가 대량으로 생성된다.과도한 활성산소 수치는 세포와 조직 손상을 초래할 수 있으며, 이는 천식, 알츠하이머 &와 같은 질병을 유발할 수 있다#39, s 병, 그리고 암.식물에서 추출한 다당류 및 페놀성 물질과 같은 천연물은 라디칼 소거 활성과 금속 킬레이트 특성을 가지고 있으며 강력한 항산화 물질이다.식단에 천연 제품 보충제나 천연 의약품을 보충하는 것은 항상성을 유지하는 데 중요하다 [22-23].다른 식물들처럼 스테비아 's 항산화 효과는 그것의 페놀 성 화합물과 플라보노이드에서 온다.물에 담근 스테비아 잎은 말린 스테비아 잎보다 항산화제가 많이 함유되어 있고 알라닌, 아스파르트산, 류신, 프롤린 등이 많이 함유되어 있다 [24].
SHIVANNA 등 [25]은 스테비아 전잎 분말을 streptozotocin으로 유발된 당뇨병 쥐에게 먹인 결과, streptozotocin으로 유발된 당뇨병의 해로움으로부터 쥐를 보호하였고, 간의 말론디알데하이드 (MDA)의 농도가 감소하였으며, 항산화 효소의 함량이 증가하였고, 산화적 스트레스의 위험을 감소시켰다.BENDER 등 (26)은 스테비아 잎 추출물이 항산화 활성이 있으며 항산화 활성이 줄기 추출물보다 높음을 in vitro 산소 라디칼 흡광도 (ORAC)와 세포 항산화 활성 (CAA)으로 측정한 결과 다음과 같은 결과를 얻었다.장통통 등은 stevioside의 in vitro 항산화 활성을 연구한 결과 DPPH 활성산소와 hydroxyl 라디칼에 대한 소거능이 각각 24.8%, 13.8%로 나타났다.DPPH 라디칼에 대한 stevioside의 소거능은 구조와 관련이 있으나, hydroxyl 라디칼에 대한 소거능은 구조와 관련이 없다.따라서 스테비아 잎 또는 그 조잡추출물은 천연 감미료 뿐만 아니라 식품 방부제의 자원으로도 사용될 수 있다는 것이 밝혀졌다.
2.2 저혈당 활성
당뇨병은 체내에서 인슐린 저항성, 인슐린 분비 감소 또는 둘 다로 나타나는 고혈당을 특징으로 하는 대사증후군이다.당뇨병 환자의 90%~95% 가 제2 형 당뇨병 (T2D)을 앓고 있다.장기간 당뇨병을 앓는 사람은 케토산증, 망막병증, 신증, 심혈관, 뇌혈관, 말초혈관질환 등 합병증이 생기기 쉽다.따라서 당뇨병의 조기 예방과 효과적인 치료는 무엇보다 중요하다.MYINT 등 [28]은 스테비오사이드와 스테비올이 심장과 뇌의 포도당 섭취를 증가시키고 포도당 축적을 감소시킨다는 것을 발견하였다.쿠주르 등 (KUJUR et al. 29)은 스테비오사이드가 당뇨병 쥐에 어떤 저혈당 효과가 있으며 당뇨병 쥐에 스테비아 물, 에테르 및 메탄올 추출물을 먹여서 시간 의존적으로 작용한다는 것을 발견했다.반감을 사는 것의 저혈 당 효과 stevioside 수와 관련 췌장암 β 세포의 glucotoxicity, 며과 관련 될 수도 있 췌장암 α에 의해 글 루카 곤 세포의 분비를 억제 한다.따라서 T2D 환자에게는 스테비올 글리코사이드를 포함한 비영양성 감미료가 권장되는 식이보조제이다.
혈압을 낮추는 활동 2.3
동맥고혈압은 혈관저항과 혈액량 사이에 부적절한 관계를 수반하는 병리적 상태로 세계&의 약 20%에 영향을 미친다#39;의 성인 인구 [30].고혈압은 중소동맥에 병적변화를 일으키는데 혈관벽이 두꺼워지고 혈관직경이 좁아지는 특징이 있다.이것은 심장이 모든 조직의 요구를 충족시키기 위해 충분한 혈액을 공급하기 위해 더 열심히 일해야 하는 결과를 초래하고, 이로 인해 심장 마비나 뇌졸중의 위험을 증가시킵니다.생활방식의 변화와 식사요법은 고혈압을 예방하고 치료하는 가장 중요한 두 가지 방법이다.동물 실험에서 스테비아는 혈압을 낮추는 것으로 나타났다.
HSU 등 (31)은 스테비오사이드 50 mg·kg-1을 경구 투여한 결과 민감성 고혈압, 신장성 고혈압, 마취 후 자발성 고혈압이 있는 쥐에서 혈압이 유의하게 낮아졌다고 밝혔다.슈만드케 (SCHMANDKE) [32]는 스테비오사이드 (stevioside)를 특정 농도로 정맥 주사하거나 복강 내 주사하면 자발적으로 고혈압이 있는 쥐의 혈압을 낮출 수 있고, 분리된 쥐의 대동맥 고리에서는 스테비오사이드 (stevioside) 가 칼슘이 혈관으로의 방출을 억제함으로써 혈관 확장을 일으킬 수 있다는 것을 발견했다.LIU 등 [33]도 스테비오사이드가 효과적인 천연 항고혈압 물질임을 확인하였으며, rat A7r5세포에 대한 in vitro 실험으로부터 항고혈압 기전이 Ca2+ 내부유동 억제와 관련이 있을 것으로 추론하였다.현재 대량의 인체연구를 통해 원유의 스테비오사이드 용액을 경구투여하면 안전하며 고혈압 환자의 혈압을 낮출 수 있음을 확인했다.
2.4 항암 활성
암은 사람들에게 정신적, 육체적 고통과 경제적 스트레스를 유발한다.따라서 다양한 항암제를 포함한 다양한 암 치료법이 개발되고 있지만 이러한 방법들은 모두 심각한 부작용과 약물 내성 등의 문제를 안고 있다.이러한 문제를 해결하기 위해서는 암에 대한 화학예방제를 개발하고 암 치료법을 개선하는 것이 중요하다.발암의 여러 단계 중에서 종양 억제 단계는 가장 효과적인 예방 방법 중 하나로 여겨진다 [34].상술한 점을 감안하여 많은 사람들은 천연물에 들어있는 암예방제를 연구하고 종양억제효과와 종양예방효과를 밝혀내고있다.Stevia rebaudiana에서 추출한 stevioside 가 항암 효과가 있다고 보고되었다.
LOPEZ 등 [35]은 스테비오사이드가 cyclin D1-CDK4에 미치는 영향을 연구함으로써 자궁경부암, 췌장암 및 대장암 세포의 증식을 억제할 수 있음을 확인하였고, 스테비오사이드가 효과적인 세포사멸 유도제임을 밝혀내었다.PAUL et al. [36]은 스테비오사이드가 세포 내 반응성 산소종의 생성을 촉진함으로써 미토콘드리아의 전위 (transmembrane potential) 변화를 유도하고, 미토콘드리아 매개 세포사멸 경로를 유도하며, 유방암 세포의 사멸을 촉진한다는 것을 발견하였다.KHARE 등 37)은 스테비오사이드 화합물이 MDA-MB-231과 SKBR3세포의 증식을 억제하고 유방암 세포주에 대한 항암 활성을 갖는다고 밝혔다.따라서 스테비오사이드는 항암활성이 높은 생리활성 화합물이다.
2.5기억력 상실 치료하기
인구 고령화는 세계적인 현상이 되었고, 기억력 감퇴와 지적 기능 감퇴를 동반하는 치매는 노인들에게 가장 흔한 질병 중 하나이다.Alzheimer's 병 (AD)은 치매의 가장 흔한 형태로, 전체 환자의 60%에서 70%를 차지한다 [38].가장 두드러진 특징은 큰 피질세포의 기저핵에 있는 콜린성 뉴런의 소실로 [39] 기억력 상실의 주원인이기도하다.현재까지 갈란타민 (galantamine)과 같은 콜린에스테라아제 (cholinesterase) 억제제가 알츠하이머& 치료의 주요 약물이다#39;s 병, 그러나 현재 대부분의 약물은 치매의 증상을 완화시킬 뿐 치매의 진행을 막을 수 없으며, 특정 부작용이 있습니다.따라서 치매의 진행을 억제할 수 있는 약의 개발이 시급한 실정이다.
최근에는 순환하는 포도당 수치가 적당히 증가하면 설치류와 인간에게서 새로운 기억 형성을 강화할 수 있다는 증거가 많이 나왔다 [40].포도당은 해마에서 아세틸콜린의 합성과 분비를 증가시켜 기억 과정을 강화할 수 있다.샤르마 등 (SHARMA et al.)은 스코폴라민 유발 기억상실증 쥐를 수미로 검사를 이용하여 학습 및 기억 능력을 평가하는 모델로 사용하였다.콜린계 활성은 brain acetylcholinesterase (Acetylch olinesterase (AChE)) 활성을 측정하여 콜린계의 활성을 평가하고, thiobarbituric acid reactive substances (TBARS)와 reduced glutathione (GSH)의 수준을 측정하여 산화적 스트레스의 정도를 평가하였다.그 결과 쥐에 stevioside (250 mg·kg-1)를 경구 투여한 결과, scopolamine에 의해 유도된 뇌의 아세틸콜린에스테라제 활성 증가 및 산화적 스트레스 수준을 억제함과 동시에, scopolamine에 의해 유도된 뇌의 학습 및 기억장애를 유의하게 호전시켰다.이는 스테비오사이드가 여러가지 작용을 통해 인지장애가 있는 쥐의 기억을 보호할수 있음을 보여준다.
충치 예방법 2.6
충치는 치아 법랑질 표면에서 칼슘과 인이 손실되어 충치가 생기는 만성 구강 질환이다.충치의 원인 중 하나는 수크로스와 같은 탄수화물의 섭취인데,이 탄수화물을 발효시켜 치아 이염현상 [41]을 일으키는 산으로 만들 수 있다.그러므로 충치를 예방하는 중요한 방법은 자당의 대체물을 찾는 것이다.스테비오사이드는 수크로스의 대체제로 사용될 수 있다는 여러 연구가 있다.DE SLAVUTZKY 등 [42]은 플라크를 10% sucrose 용액과 10% stevioside 용액으로 5일 이내에 4회 헹구고, 플라크 지수를 측정하여 스테비아로 헹구고 난 후 플라크 축적량을 구하였다.수크로스로 헹구었을 때에 비해 57.82% 양이 줄었다.코카등 [43]은 충치 발생 위험이 높은 어린이 271명 (6~9세)을 대상으로 스테비아가 함유된 간식을 매일 섭취하는 것이 충치에 미치는 영향을 조사했다.
그 결과 단 과자와 비교할 때 스테비아가 함유된 과자를 단기간 섭취할 경우 치아의 산도를 낮추고 cariogenic bacteria의 생성을 감소시켜 향후 새로운 충치 발생 가능성을 줄일 수 있음을 알 수 있었다.BRAMBILLA 등 [44]은 stevioside와 sucrose 가 Streptococcus mutans 생체 세포 형성과 세포 내 세포에 미치는 영향을 비교한 결과, sucrose에 비해 stevioside로 rinsing 하면 Streptococcus mutans 생체 세포의 형성이 감소되었으며, 세포 내 pH는 감소되지 않아 stevioside는 non-cariogenic 뿐만 아니라 non-acidogenic 임을 알 수 있었다.이러한 연구 결과는 모두 스테비오사이드가 충치의 형성을 줄일 수 있음을 보여줍니다.충치 치료에서 스테비아 또는 그 유도체의 잠재적인 역할과 작용 메커니즘 및 장기적인 안전성을 조사하기 위해서는 장기적인 인체 연구가 필요합니다.
3 결론
사람들이 건강한 생활과 영양가 있는 식단에 점점 더 많은 관심을 쏟으면서, 그steviol glycosides의 식품 내 적용산업과 그들의 생물학적 활동에 대한 연구는 현재의 연구 핫스팟이 되었다.스테비올글리코사이드는 천연식품첨가물로서 식품에 첨가되는외에 의약, 화장품, 보건품 등 여러 업종에서도 널리 사용되고있다.현재 스테비오사이드의 추출, 분리 및 정제 공정이 최적화되어야하고, 가장 적합한 스테비오사이드를 찾아야 하며, 쓴 맛을 제거해야하고, 식품 중의 맛을 개선해야 합니다.또한 stevioside의 생물학적 활성에 대한 검증은 현재 세포나 쥐와 같은 동물에만 적용되고 있으며, 실제 인체에의 적용은 아직 연구되어야 할 과제로 남아있다.국내외에서 스테비오사이드의 안전성에 대한 연구는 거의 이루어지지 않고 있다.중국에서 식품안전 최신 국가표준인 식품첨가물-스테비오사이드 (GB 1886.355-2022)는 스테비오사이드가 최소 90% 순수해야 한다고 규정하고 있는데 이는 스테비오사이드 제품의 불순물이 고농도로 정제되지 않은 불순물이 잠재적인 위험을 초래할 수 있음을 의미한다.
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