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[문형철]

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• Review Article
• Published: 11 December 2023

Fermented foods and gastrointestinal health: underlying mechanisms

• Arghya Mukherjee, 
• Samuel Breselge, 
• Eirini Dimidi, 
• Maria L. Marco & 
• Paul D. Cotter 

Nature Reviews Gastroenterology & Hepatology volume 21, pages248–266 (2024)Cite this article

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Abstract

Although fermentation probably originally developed as a means of preserving food substrates, many fermented foods (FFs), and components therein, are thought to have a beneficial effect on various aspects of human health, and gastrointestinal health in particular. It is important that any such perceived benefits are underpinned by rigorous scientific research to understand the associated mechanisms of action. Here, we review in vitro, ex vivo and in vivo studies that have provided insights into the ways in which the specific food components, including FF microorganisms and a variety of bioactives, can contribute to health-promoting activities.

More specifically, we draw on representative examples of FFs to discuss the mechanisms through which functional components are produced or enriched during fermentation (such as bioactive peptides and exopolysaccharides), potentially toxic or harmful compounds (such as phytic acid, mycotoxins and lactose) are removed from the food substrate, and how the introduction of fermentation-associated live or dead microorganisms, or components thereof, to the gut can convey health benefits. These studies, combined with a deeper understanding of the microbial composition of a wider variety of modern and traditional FFs, can facilitate the future optimization of FFs, and associated microorganisms, to retain and maximize beneficial effects in the gut.

Key points

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요약

발효는

원래 식재료의 보존을 목적으로 개발되었을 가능성이 높지만,

많은 발효식품(FF)과 그 성분은

인간의 건강, 특히 위장 건강에 다양한 측면에서 유익한 영향을 미치는 것으로 여겨집니다.

이러한 인식된 이점이 관련 작용 메커니즘을 이해하기 위한

엄격한 과학적 연구를 통해 뒷받침되는 것이 중요합니다.

여기서는

FF 미생물과 다양한 생리활성물질을 포함한 특정 식품 성분이

건강 증진 활동에 기여할 수 있는 방법에 대한 통찰력을 제공한

시험관 내, 시험관 밖, 생체 내 연구를 검토합니다.

보다 구체적으로,

우리는 발효 과정에서

기능성 성분(생리활성 펩타이드, 외부 다당류 등)이 생성되거나 강화되는 메커니즘,

잠재적으로 독성이 있거나 유해한 화합물(피트산, 곰팡이 독소, 유당 등)이 식품 기질에서 제거되는 메커니즘,

분류	functional compound	toxic or harmful compounds
종류	Bioactive peptide exopolysaccharides	phytic acid, mycotoxins and lactose

Bioactive peptideexopolysaccharides

그리고

발효 관련 살아있는 미생물 또는 죽은 미생물 또는 그 성분을

장에 도입하는 것이 건강에 어떤 이점을 가져다 주는지에 대해 논의하기 위해

대표적인 발효 식품의 예를 사용합니다.

이러한 연구와 함께

다양한 현대적 및 전통적 발효 식품의 미생물 구성에 대한 심층적인 이해를 결합하면

장에서 유익한 효과를 유지하고 극대화하기 위해

발효 식품과 관련 미생물을 최적화하는 데 도움이 될 수 있습니다.

요점

• 발효 식품은 다양한 방식으로 위장 건강에 기여할 수 있는 유익한 미생물과 생체 활성 화합물의 독특한 조합을 제공합니다.
• 발효 식품, 발효 식품과 관련된 위장 건강상의 이점, 그리고 그 이면의 메커니즘에 대한 이해가 높아짐에 따라 다양한 발효 식품의 독특한 생물학적, 화학적 구성에 대한 이해가 높아졌습니다.
• 발효는 장에 영향을 미치는 불내성 환자를 돕기 위해 FODMAP(발효성 올리고당, 이당류, 단당류, 폴리올) 또는 글루텐과 같은 식품 기질에 존재하는 바람직하지 않은 화합물을 줄이거나 제거하는 데 활용될 수 있습니다.
• 발효 식품은 장 건강을 개선하고 만성 장 질환의 위험을 줄이기 위해 미생물에 노출되는 안전한 방법입니다.
• 발효 식품에 대한 추가 연구, 특히 무작위 대조군 임상시험이 필요합니다.

파이틱산(Phytic Acid)의 생리학적 역할과 건강에 미치는 영향

1. 파이틱산(Phytic Acid)이란?

파이틱산(phytic acid, myo-inositol hexakisphosphate, IP6)은 식물에서 자연적으로 존재하는 항영양소(antinutrient)이며, 주로 곡물, 콩류, 견과류, 씨앗에 풍부하게 함유된 생리활성 화합물이다.

🔹 화학 구조:

• 이노시톨(Inositol) 골격에 6개의 인산(phosphate) 그룹이 결합된 형태.
• 강한 **음전하(-)**를 띄며, 금속 양이온(Ca²⁺, Mg²⁺, Zn²⁺, Fe²⁺ 등)과 결합하는 킬레이트(chelation) 작용을 함.

🔹 식물에서의 역할:

• 광합성 대사산물로 저장 인산(phosphorus)의 형태로 저장됨.
• 식물 발아 시 인산 및 미네랄 공급원 역할 수행.
• 항산화 기능 및 자연 방어 물질로 작용하여 산화 스트레스로부터 보호.

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2. 파이틱산의 인체 건강에 미치는 영향

(1) 미네랄 흡수 저해 작용 (Antinutrient Effect)

✅ 킬레이트 효과(Chelation Effect)로 미네랄 흡수를 저해

• 파이틱산은 강력한 음전하를 가지므로 금속 이온(Ca²⁺, Mg²⁺, Fe²⁺, Zn²⁺ 등)과 결합하여 불용성 복합체를 형성함.
• 특히 아연(Zn), 철(Fe), 칼슘(Ca)의 생체이용률을 저하시키며, 이는 채식주의자 및 곡물 위주의 식단을 섭취하는 사람들에게 결핍 위험을 증가시킬 수 있음.

🔹 영향을 많이 받는 미네랄과 증상

미네랄흡수 저해 가능성결핍 시 문제

철 (Fe²⁺, Fe³⁺)	철-파이틴 복합체 형성	빈혈, 피로, 면역력 저하
아연 (Zn²⁺)	소장에서 흡수율 감소	면역력 저하, 상처 치유 지연
칼슘 (Ca²⁺)	골밀도 감소 가능성	골다공증, 근육 경련
마그네슘 (Mg²⁺)	신경계 기능 저하 가능성	피로, 신경과민

✅ 해결 방법

• 발효(fermentation), 발아(germination), 숙성(soaking) 과정을 거치면 파이티아제(phytase) 효소가 활성화되어 파이틱산이 분해됨.
• 비타민 C와 함께 섭취 시 철 흡수 증가 가능.
• 미네랄을 따로 보충하여 파이틱산의 영향을 최소화할 수 있음.

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(2) 강력한 항산화 효과 (Antioxidant Activity)

✅ 파이틱산은 활성산소(ROS)를 제거하는 항산화제 역할을 수행함

• 철과 같은 금속 이온이 과량 존재하면, Fenton 반응을 통해 산화 스트레스가 증가하는데, 파이틱산은 철과 결합하여 산화적 손상을 감소시킴.
• 지질 과산화(lipid peroxidation) 방지 → 세포막 손상 억제.
• DNA 보호 효과 → 돌연변이 억제 및 항암 효과 연구 진행 중.

✅ 실제 연구 사례

• 심혈관 보호 효과: 산화 스트레스로 인한 LDL 산화 억제 → 동맥경화 예방 가능성.
• 신경 보호 효과: 알츠하이머, 파킨슨병 등과 관련된 산화 스트레스 완화 연구 진행 중.

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(3) 항암 효과 (Anti-Cancer Activity)

✅ 파이틱산은 암세포 성장 억제 및 세포 자멸사(apoptosis) 유도 효과가 있음

• 철 킬레이션을 통해 철 의존적 세포 성장 억제
• 항산화 효과로 돌연변이 및 암 발생 억제
• 세포 신호 조절 (PI3K/Akt, MAPK 신호 경로 조절)

✅ 연구 사례

• 대장암, 유방암, 전립선암에서 세포 성장 억제 효과 확인.
• 방사선 및 화학요법과 병행 시 항암 효과 강화 가능성 연구 중.

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(4) 인슐린 감수성 및 혈당 조절 효과 (Blood Sugar Regulation)

✅ 파이틱산이 혈당 조절 및 인슐린 감수성을 개선할 가능성이 있음

• 소장에서 전분 소화를 지연 → 혈당 급상승 방지(GI 지수 감소).
• 인슐린 신호 조절 → 제2형 당뇨병 예방 가능성 연구 중.

✅ 연구 결과

• 쥐 실험에서 파이틱산 섭취 시 혈당 상승이 완화됨.
• 인슐린 민감성이 증가하여 당뇨병 예방에 기여할 가능성 있음.

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3. 파이틱산의 건강 효과 요약

영향긍정적 효과부정적 효과

미네랄 흡수	-	Ca, Zn, Fe, Mg 흡수 저해
항산화 효과	세포 보호, 노화 억제, 신경 보호	-
항암 효과	암세포 성장 억제, DNA 보호	-
혈당 조절	혈당 상승 완화, 인슐린 감수성 증가	-

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4. 결론: 파이틱산은 유익한가, 해로운가?

✅ 파이틱산은 단순한 "항영양소"가 아니라, 강력한 항산화 및 항암 효과를 가진 생리활성 물질임.
✅ 하지만 과도한 섭취 시 미네랄 결핍 위험이 증가할 수 있으므로, 발효, 발아, 조리법을 통해 파이틱산을 적절히 조절하는 것이 중요함.
✅ 적절한 섭취 전략

• 곡물, 콩, 견과류는 발효 및 발아 후 섭취
• 미네랄 보충제 병행
• 비타민 C와 함께 섭취하여 철 흡수 증가

📌 추가적으로, 특정 질환(빈혈, 당뇨, 신경 질환)과 관련한 연구가 궁금하면 알려줘! 🚀