Re: 프로바이오틱스 국제 과학협회 '발효식품 정의, 연구결과, 성명서. 2021 네이처!!

[문형철]

대한민국에 과학기반의 발효 협회가 없다!!

언제 어떻게 만들어질까? 

1. nature  
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3. consensus statements  
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The International Scientific Association for Probiotics and Prebiotics (ISAPP) consensus statement on fermented foods

• Consensus Statement
• Open access
• Published: 04 January 2021

The International Scientific Association for Probiotics and Prebiotics (ISAPP) consensus statement on fermented foods

• Maria L. Marco, 
• Mary Ellen Sanders, 
• Michael Gänzle, 
• Marie Claire Arrieta, 
• Paul D. Cotter, 
• Luc De Vuyst, 
• Colin Hill, 
• Wilhelm Holzapfel, 
• Sarah Lebeer, 
• Dan Merenstein, 
• Gregor Reid, 
• Benjamin E. Wolfe & 
• Robert Hutkins 

Nature Reviews Gastroenterology & Hepatology volume 18, pages196–208 (2021)Cite this article

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Abstract

An expert panel was convened in September 2019 by The International Scientific Association for Probiotics and Prebiotics (ISAPP) to develop a definition for fermented foods and to describe their role in the human diet. Although these foods have been consumed for thousands of years, they are receiving increased attention among biologists, nutritionists, technologists, clinicians and consumers. Despite this interest, inconsistencies related to the use of the term ‘fermented’ led the panel to define fermented foods and beverages as “foods made through desired microbial growth and enzymatic conversions of food components”. This definition, encompassing the many varieties of fermented foods, is intended to clarify what is (and is not) a fermented food. The distinction between fermented foods and probiotics is further clarified. The panel also addressed the current state of knowledge on the safety, risks and health benefits, including an assessment of the nutritional attributes and a mechanistic rationale for how fermented foods could improve gastrointestinal and general health. The latest advancements in our understanding of the microbial ecology and systems biology of these foods were discussed. Finally, the panel reviewed how fermented foods are regulated and discussed efforts to include them as a separate category in national dietary guidelines.

초록

2019년 9월, 프로바이오틱스와 프리바이오틱스 국제 과학 협회(ISAPP)는

발효 식품의 정의를 수립하고

인간 식단에서의 역할을 설명하기 위해 전문가 패널을 구성했습니다.

이러한 식품은 수천 년 동안 섭취되어 왔지만,

생물학자, 영양학자, 기술자, 임상 의사 및 소비자들의 관심을 점점 더 받고 있습니다.

이러한 관심에도 불구하고

'발효'라는 용어의 사용에 대한 일관성 부족으로 인해

패널은 발효 식품 및 음료를

“식품 성분의 미생물 성장과 효소적 전환을 통해 제조된 식품”로

정의했습니다.

foods made through desired microbial growth and

enzymatic conversions of food components

이 정의는 다양한 종류의 발효 식품을 포괄하며,

무엇이 발효 식품인지(그리고 무엇이 아닌지) 명확히 하기 위해 마련되었습니다.

발효 식품과 프로바이오틱스의 구분도

추가로 명확히 되었습니다.

패널은 발효 식품의 안전성, 위험성 및 건강 혜택에 대한 현재의 지식 상태를 다루었으며,

영양학적 특성 평가와 발효 식품이 소화기 건강과 전반적인 건강을 개선할 수 있는

메커니즘적 근거를 포함했습니다.

이러한 식품의 미생물 생태학과 시스템 생물학에 대한

최신 연구 성과도 논의되었습니다.

마지막으로, 패널은

발효 식품의 규제 현황을 검토하고 국가 식이 지침에 별도 카테고리로 포함하기 위한

노력을 논의했습니다.

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Introduction

Fermented foods and beverages accompanied and likely facilitated the transition from hunter-gatherer communities to sessile agricultural communities in the Neolithic revolution about 14,000 years ago1,2. They have remained staples of human diets for centuries and are an increasingly popular food category. Yet, their emergent popularity in the past 20 years has led to numerous misunderstandings and questions. What constitutes fermentation? Do fermented foods necessarily contain live microorganisms? Are fermented foods the same as probiotic foods? Do microorganisms in fermented foods become established in the gut or influence the gut microbiota? Do fermented foods provide health benefits and, if so, how?

Accordingly, the International Scientific Association for Probiotics and Prebiotics (ISAPP) organized a meeting of clinical and scientific experts in family medicine, microbiology, food science and technology, ecology, immunology, and microbial genetics held in September 2019 to develop a consensus report on fermented foods (a category that includes fermented beverages). The main goals of this Consensus Statement are to provide researchers, health-care providers, industry, regulators and consumers with a clear and concise definition of fermented foods, to differentiate between fermented foods and probiotics, and to summarize what is known about the health effects and safety of fermented foods. This Consensus Statement also discusses the mechanistic rationale for how fermented foods could improve gastrointestinal and systemic health, the advancements in knowledge on the microbial ecology and systems biology of those foods, and the current regulatory considerations and position of these foods in dietary guidelines.

소개

발효 식품 및 음료는

약 14,000년 전 신석기 혁명에서

수렵 채집 사회에서 정착 농업 사회로 전환하는 과정을 동반하고 촉진한 것으로 보입니다1,2.

발효 식품은

수 세기 동안 인류의 식생활의 필수품으로 남아 있으며,

점점 더 인기 있는 식품 카테고리로 자리 잡고 있습니다.

그러나

지난 20년간의 급속한 인기로 인해

수많은 오해와 질문이 제기되었습니다.

발효란 무엇인가?

발효 식품은 반드시 살아있는 미생물을 포함해야 하는가?

발효 식품은 프로바이오틱스 식품과 동일한가?

발효 식품의 미생물은 장에 정착하거나 장 미생물군에 영향을 미치는가?

발효 식품은 건강에 이점을 제공하며, 그렇다면 어떻게인가?

이에 따라 프로바이오틱스와 프리바이오틱스 국제 과학 협회(ISAPP)는

2019년 9월에 가정의학, 미생물학, 식품 과학 및 기술, 생태학, 면역학, 미생물 유전학 분야의

임상 및 과학 전문가들을 모아

발효 식품(발효 음료를 포함하는 카테고리)에 대한

합의 보고서를 개발하기 위한 회의를 개최했습니다.

이 합의 성명서의 주요 목표는

연구자, 의료 제공자, 산업계, 규제 기관 및 소비자에게

발효 식품에 대한 명확하고 간결한 정의를 제공하며,

발효 식품과 프로바이오틱스를 구분하고,

발효 식품의 건강 효과와 안전성에 대한 현재까지의 지식을 요약하는 것입니다.

이 합의문은

발효 식품이 소화기 및 전신 건강을 개선하는

메커니즘적 근거, 해당 식품의 미생물 생태학과 시스템 생물학에 대한

지식의 진전, 현재 규제 고려 사항 및 식이 지침에서의 위치에 대해 논의합니다.

Methods

The consensus panel was organized under the auspices of ISAPP, which is a non-profit organization governed by a volunteer board of directors. Although funded by member companies, ISAPP’s activities are not stipulated by industry. The mission is to provide objective, science-based information on probiotics, prebiotics and related health topics. Panel members were identified and invited based on their subject matter expertise and experience. An outline was developed and each expert was asked to address specific topics. The panel discussed each issue until consensus was reached. Following the meeting, each panellist wrote relevant sections and the assembled draft was reviewed and approved by all authors. The authors thank members of the ISAPP board of directors who did not directly participate in this consensus panel but who reviewed, provided comments and approved this manuscript: G. Gibson, E. Quigley, S. Salminen, K. Scott and H. Szajewska.

Historical context

Humans must have learned early in their history that fermentation provided many important advantages for managing precious food resources. Fermentation can improve the functional properties of agricultural crops and transform bland raw materials into nutritious, palatable or intoxicating products. Certainly, fermentation would have been regarded as one of the most effective ways to preserve foods owing, in part, to the formation of organic acids, alcohols, bacteriocins and other antimicrobial end-products as a result of fermentation microorganisms3. Fermentation-associated microorganisms usually out-compete potential pathogenic and spoilage organisms, further enhancing food safety and stability. In the absence of potable water, fermented beverages, such as beer, wine, sour milk and cereal gruels, provided a safe and transportable source of liquids4. These qualities, along with the fermentation-mediated transformation of perishable raw food materials into organoleptically satisfying products, led to their adoption by nearly every culture worldwide.

방법

이 합의 패널은 비영리 단체인 ISAPP의 후원으로 조직되었습니다. ISAPP는 자원봉사자 이사회에 의해 운영되며, 회원사로부터 자금 지원을 받지만 산업계의 지침에 따라 활동하지 않습니다. ISAPP의 임무는 프로바이오틱스, 프리바이오틱스 및 관련 건강 주제에 대한 객관적이고 과학 기반의 정보를 제공하는 것입니다. 패널 구성원은 해당 분야의 전문 지식과 경험을 바탕으로 선정 및 초청되었습니다. 주제별 개요가 개발되었으며, 각 전문가에게 특정 주제를 다루도록 요청되었습니다. 패널은 각 주제를 논의하여 합의에 도달할 때까지 논의했습니다. 회의 후 각 패널 멤버는 관련 섹션을 작성했으며, 작성된 초안은 모든 저자에 의해 검토 및 승인되었습니다. 이 합의 패널에 직접 참여하지 않았지만 이 논문을 검토하고 의견을 제공하며 승인한 ISAPP 이사회 멤버들에게 감사의 말씀을 전합니다: G. Gibson, E. Quigley, S. Salminen, K. Scott 및 H. Szajewska.

One particular example of how fermented foods and human culture co-evolved is through dairy fermentations5. The consumption of fermented milk products, including cheese, pre-date human lactase persistence, suggesting that lactose removal might have been one of the initial aims of this process6. Similarly, the human attraction to flavour-potentiating nucleotides and amino acids that are enriched in certain fermented foods, such as soy sauce and miso, could have evolved as a result of the safety and nutritional benefits of those foods in early human diets7. The extended shelf-life of fermented foods and the removal of noxious plant compounds by fermentation still serve critical purposes in regions of the world that have low food security and poor access to refrigeration, electricity and clean water. Even in societies for which sanitation and preservation are not a problem, fermented foods constitute an important part of the human diet. It is estimated that more than 5,000 varieties of fermented foods (and beverages) are currently produced and consumed globally8.

Beyond their importance to public health and food preservation and quality, current epidemiological evidence suggests that diets rich in fermented foods can reduce disease risk and enhance longevity, health, and quality of life9,10,11. Nonetheless, with the exception of yoghurt and other cultured dairy products, few well-designed, randomized controlled trials (RCTs) on the health benefits of the array of fermented foods have been published. Likewise, hypothesis-driven research describing the mechanisms of how fermented foods affect human physiology is limited. Defining these gaps can provide a basis for future research, including experiments aimed at understanding the potential health benefits of fermented foods.

역사적 배경

인류는 역사 초기부터

발효가 귀중한 식량 자원을 관리하는 데 많은 중요한 이점을 제공한다는 것을

깨달았을 것입니다.

발효는

농업 작물의 기능적 특성을 개선하고

무미건조한 원재료를 영양가 있고 맛있거나 취할 수 있는 제품으로 변환할 수 있습니다.

분명히, 발효는

발효 미생물에 의해 생성되는 유기산, 알코올, 박테리오신 및 기타 항균성 최종 산물 덕분에

식품 보존의 가장 효과적인 방법 중 하나로 여겨졌을 것입니다3.

발효 관련 미생물은

일반적으로 잠재적 병원균 및 부패 미생물을 압도하여

식품 안전성과 안정성을 더욱 향상시킵니다.

음용수 부족 시 발효 음료(맥주, 와인, 신 우유, 곡물 죽 등)는

안전하고 운반 가능한 액체 공급원으로 기능했습니다4.

이러한 특성 외에도

발효를 통해 부패하기 쉬운 원료 식품을

감각적으로 만족스러운 제품으로 변환하는 능력은

전 세계 거의 모든 문화에서 발효 식품의 채택으로 이어졌습니다.

발효 식품과 인간 문화가 공진화한 대표적인 사례는

유제품 발효입니다5.

발효 유제품의 소비는

인간 유당 내성 발달보다 먼저 시작되었으며,

이는 유당 제거가 이 과정의 초기 목표 중 하나였을 수 있음을 시사합니다6.

마찬가지로,

간장이나 미소와 같은

특정 발효 식품에 풍부한 맛을 강화하는 핵산과 아미노산에 대한 인간의 선호는

이러한 식품이 초기 인간 식단에서 안전성과 영양적 이점을 제공했기 때문에

진화했을 수 있습니다7.

맛의 감각은 영양소나 다른 화학 물질이 구강 내의 특수한 수용체 세포를 자극할 때 활성화됩니다. 맛은 우리가 무엇을 먹을지 결정하는 데 도움을 주며, 이러한 음식의 소화 효율성에 영향을 미칩니다. 인간의 맛 감각은 주로 진화적 조상들이 차지했던 생태적 틈새와 그들이 추구했던 영양소에 의해 형성되었습니다. 초기 호미노이드는 폐쇄된 열대 숲 환경에서 주로 과일과 잎을 먹으며 영양분을 얻었고, 초기 호미니드는 이 환경을 떠나 사바나로 이동하며 식이 범위를 크게 확장했습니다. 그들은 맛을 통해 영양가 있는 음식을 식별했을 것입니다. 사냥이나 채집 시 잘못된 음식 선택은 영양소와 에너지 함량이 낮은 음식을 섭취함으로써 에너지 낭비와 대사적 손상을 초래할 뿐만 아니라, 유해하거나 치명적인 독소를 섭취하는 위험도 동반됩니다. 섭취한 음식의 학습된 결과는 이후 우리의 미래 식습관을 안내할 수 있습니다. 인간의 진화된 맛 감각은 여전히 식량 안보가 매우 낮은 10억 명의 인간이 영양소를 식별하는 데 유용합니다. 그러나 맛있고 에너지 밀도가 높은 음식에 쉽게 접근할 수 있는 사람들에게는 설탕, 소금, 지방에 대한 민감성이 비만과 당뇨병과 같은 과영양 관련 질환을 유발하는 데도 기여했습니다.

발효 식품의 긴 유통기한과 발효를 통해 유해한 식물 성분을 제거하는 기능은

식량 안보가 취약하고 냉장 시설, 전기, 깨끗한 물에 접근이 어려운 지역에서

여전히 중요한 역할을 합니다.

위생과 보존이 문제되지 않는 사회에서도

발효 식품은 인간 식단의 중요한 부분을 차지합니다.

현재 전 세계적으로 5,000종 이상의 발효 식품(및 음료)이

생산되고 소비되고 있는 것으로 추정됩니다8.

공중 보건, 식품 보존 및 품질에 대한 중요성을 넘어,

현재 역학 연구 결과는

발효 식품이 풍부한 식단이 질병 위험을 감소시키고

수명, 건강, 삶의 질을 향상시킬 수 있음을 시사합니다9,10,11.

그러나

요거트와 다른 발효 유제품을 제외하면,

다양한 발효 식품의 건강 혜택에 대한 잘 설계된 무작위 대조 시험(RCT)은

거의 발표되지 않았습니다.

마찬가지로,

발효 식품이 인간 생리학에 미치는

메커니즘을 설명하는 가설 기반 연구도 제한적입니다.

이러한 격차를 정의하는 것은

발효 식품의 잠재적 건강 혜택을 이해하기 위한 실험을 포함한

미래 연구의 기반을 제공할 수 있습니다.

Defining fermentation

Biochemists define fermentation as “an ATP-generating process in which organic compounds act as both donors and acceptors of electrons”12. Although this definition might be relevant for anaerobic lactic and ethanolic fermentations13 that occur in yoghurt, kimchi or wine, it does not apply to numerous other food fermentations. Fermentation as applied to foods and beverages has a much broader meaning and includes reactions and pathways that do not involve any of the criteria implicit in the strict biochemical definition. For example, aerobic metabolism is used by fungi responsible for koji, the starting material for soy sauce and miso, and in the manufacture of vinegar and kombucha by acetic acid bacteria (AAB)14,15. Accordingly, the panel proposes a broader definition that accounts for these variations in metabolic pathways. Thus, we define fermented foods and beverages as: “foods made through desired microbial growth and enzymatic conversions of food components”.

The definition requires the activity of microorganisms. Although endogenous or exogenous enzymes from plants, animals or other sources might be present, the activities of those enzymes alone are insufficient for a food to be regarded as fermented. This definition is sufficiently broad to include not only the fermentations noted earlier but also to distinguish fermentation from its microbiological converse, namely food spoilage. Whereas both processes occur via microbial growth and enzymatic activity on food constituents, spoilage is clearly unintentional and fermentation is deliberate and controlled to generate the desirable attributes.

발효의 정의

생화학자들은 발효를

“유기 화합물이 전자 전달체로 작용하는 ATP 생성 과정”으로 정의합니다.12

Biochemists define fermentation as

“an ATP-generating process in which organic compounds act as both donors and acceptors of electron

이 정의는

요거트, 김치, 와인 등에서 발생하는 무산소 젖산 발효나 에탄올 발효에는 적용될 수 있지만,

다른 많은 식품 발효에는 적용되지 않습니다.

식품 및 음료에 적용된 발효는 훨씬 더 넓은 의미를 지니며,

엄격한 생화학 정의에 내재된 기준을 충족하지 않는 반응과 경로를 포함합니다.

예를 들어,

간장 및 미소의 원료인 코지를 생성하는 곰팡이는 호기성 대사를 사용하며,

식초와 콤부차 제조에는 아세트산 박테리아(AAB)가 관여합니다14,15.

이에 따라 패널은

이러한 대사 경로의 차이를 반영한 더 넓은 정의를 제안합니다.

따라서

발효 식품 및 음료를 다음과 같이 정의합니다:

“미생물의 성장과 식품 성분의 효소적 전환을 통해 만들어진 식품”.

“foods made through desired microbial growth and enzymatic conversions of food components”

이 정의는 미생물의 활동을 요구합니다.

식물, 동물 또는 기타 출처에서 유래한 내인성 또는 외인성 효소가 존재할 수 있지만,

이러한 효소의 활동만으로는 식품이 발효된 것으로 간주되기에는 부족합니다.

이 정의는 앞서 언급된 발효를 포함할 뿐만 아니라

발효와 그 미생물학적 반대 과정인 식품 부패를 구분할 수 있을 만큼 충분히 광범위합니다.

두 과정 모두 식품 성분에 대한 미생물 성장과 효소 활성을 통해 발생하지만,

부패는 분명히 의도하지 않은 반면

발효는 원하는 특성을 생성하기 위해 의도적이고 통제된 과정입니다.

What is included or excluded in the fermented foods definition?

This definition of fermented foods and beverages accommodates the many products made globally from diverse starting materials (Box 1). The definition includes foods and beverages that are produced by fermentation but might not have living microorganisms at the time of consumption. Fermented foods, such as leavened breads, are baked after fermentation, effectively killing the fermentation microorganisms. The manufacture of some fermented foods (for example, most beers and wines) includes steps to remove live microorganisms from finished products. Although microbial inactivation or removal is not common to all fermentation processes, these products still qualify as fermented foods.

Some salad dressing, mustard and other condiments might include ingredients made by fermentation such as vinegar or sour cream. In our view, these foods would not satisfy the definition of a fermented food, even if they contained an appreciable amount of a fermented ingredient (Box 2), nor would a non-fermented food supplemented with added microorganisms be considered fermented. Lastly, there are chemically derived versions of fermented foods; these foods are not fermented (Box 2). For example, some soft cheeses can be made by chemical acidification and fruits and vegetables are often preserved by ‘pickling’ processes that do not require the presence of live microorganisms. In some regions, the production of so-called synthetic vinegar and non-brewed soy sauce use chemical processes14,16. Of note, some cured meat products (made with nitrate or nitrite salts) can be fermented or non-fermented.

발효 식품 정의에 포함되거나 제외되는 것은 무엇인가?

이 발효 식품 및 음료의 정의는

전 세계에서 다양한 원료로 제조된 수많은 제품을 포용합니다(상자 1).

이 정의는 발효를 통해 생산되지만

섭취 시 살아있는 미생물이 존재하지 않을 수 있는

식품 및 음료를 포함합니다.

발효 빵과 같은 발효 식품은

발효 후 구워져 발효 미생물이 효과적으로 죽습니다.

일부 발효 식품(예: 대부분의 맥주와 와인)의 제조 과정에는

완제품에서 살아있는 미생물을 제거하는 단계가 포함됩니다.

미생물의 불활성화 또는 제거는

모든 발효 과정에 공통적이지 않지만,

이러한 제품들은 여전히 발효 식품으로 분류됩니다.

일부 샐러드 드레싱, 머스타드 및 기타 조미료에는

발효로 만들어진 재료(예: 식초나 사워크림)가 포함될 수 있습니다.

우리 견해에 따르면,

이러한 식품은 발효 재료가 상당량 포함되어 있더라도

발효 식품의 정의에 부합하지 않으며,

발효되지 않은 식품에 추가된 미생물을 함유한 경우에도 발효 식품으로 간주되지 않습니다.

마지막으로,

발효 식품의 화학적으로 유도된 버전이 존재합니다.

이러한 식품은 발효 식품이 아닙니다(상자 2).

예를 들어,

일부 소프트 치즈는 화학 산화 과정을 통해 제조될 수 있으며,

과일과 채소는 살아있는 미생물의 존재 없이 ‘피클링’ 과정을 통해 보존됩니다.

일부 지역에서는

소위 합성 식초와 발효되지 않은 간장 제조에 화학 과정이 사용됩니다14,16.

참고로,

일부 염화나트륨 또는 염화나트륨 염으로 제조된 가공육 제품은

발효되거나 발효되지 않을 수 있습니다.

Box 1 Fermented food classification based on the presence of live microorganisms

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Box 2 Key conclusions of this consensus paper

발효 식품은 식품 성분의 미생물 성장과 효소적 전환을 통해 제조된 식품으로 정의됩니다.

• 미생물(자생적 또는 의도적으로 추가된)은 발효 과정의 진행과 결과를 결정하며, 최종 발효 식품의 특이적 성질 발달에 기여합니다.
• 발효 식품 제품은 살아있는 미생물 성분이 건강에 이점을 제공한다는 증거가 있으며, 정확한 미생물학적 함량이 정의된 경우에만 '프로바이오틱스를 함유한'으로 표시되어야 합니다.
• 발효 식품의 발효 및 숙성 과정에서 미생물 군집의 변화 패턴에 대한 현대적인 이해는 메타게노믹스, 메타트랜스크립토믹스 및 대사체학의 적용을 통해 얻어지고 있습니다.
• 인구 기반 식이 및 건강 연구에서 얻어진 데이터 및 새로운 무작위 대조 시험을 기반으로 발효 식품의 건강 효과에 대한 더 나은 이해가 필요하며, 이는 발효 식품의 섭취와 그에 포함될 수 있는 살아있는 미생물이 인간 건강에 미치는 역할을 명확히 하는 데 기여할 것입니다.
• 적절히 제조된 발효 식품과 그 제조에 관여하는 세균 및 곰팡이는 안전한 사용의 오랜 역사를 가지고 있습니다.
• 발효 식품은 원료의 영양학적 변화, 면역 체계 조절, 장 및 전신 기능에 영향을 미치는 생물활성 화합물의 존재, 또는 장 미생물군 구성 및 활동 조절을 통해 건강에 이점을 제공할 수 있습니다.

What is the difference between fermented foods and probiotics?

Fermented foods and beverages are sometimes characterized or labelled as “probiotic foods” or “contains probiotics”. These declarations might reflect efforts by manufacturers to communicate to consumers that living, health-promoting microorganisms are present in the product. However, as noted in a previous consensus statement17, the term ‘probiotic’ should only be used when there is a demonstrated health benefit conferred by well-defined and characterized live microorganisms. The health benefit must, at least in part, be due to the live microorganisms and must extend beyond any nutritional benefit of the food matrix. For these reasons, the terms ‘fermented food’ and ‘probiotics’ cannot be used interchangeably (Table 1).

발효 식품과 프로바이오틱스의 차이점은 무엇인가요?

발효 식품 및 음료는

때로는 “프로바이오틱스 식품” 또는 “프로바이오틱스 함유”로 특징지어나 표시됩니다.

이러한 표기는

제조사가 제품에 건강에 유익한 살아있는 미생물이 존재함을 소비자에게 전달하려는 노력을 반영할 수 있습니다.

그러나 이전 합의문17에서 언급된 바와 같이,

'프로바이오틱스'라는 용어는 잘 정의되고 특성화된 살아있는 미생물에 의해 입증된

건강상의 이점이 있을 때만 사용되어야 합니다.

건강상의 이점은 적어도 일부는 살아있는 미생물에 기인해야 하며,

식품 매트릭스의 영양학적 이점을 넘어서는 것이어야 합니다.

이러한 이유로 '발효 식품'과 '프로바이오틱스'라는 용어는

상호 교환적으로 사용될 수 없습니다(표 1).

Table 1 Distinctions between probiotics, fermented foods and probiotic fermented foods

    Microbial compositionProbiotic substanceDefinitionFormatEvidence for health benefitClaim that is consistent with categoryaAlive and present in levels demonstrated to provide benefitTaxonomically defined to strain levelGenome sequence available

Probiotic	Live microorganisms that, when administered in adequate amounts, confer a health benefit on the host	No specific format required	Required	“Probiotic” can be used on the label along with a health benefit claim, such as “helps to reinforce the body’s natural defences”, if the claim is supported by evidence	Required	Required	Required
Fermented food	Foods made through desired microbial growth and enzymatic conversions of food components	Food	Not required	If live microorganisms are not present: “Foods made by fermentation”; if live microorganisms are present: “Contains live and active cultures”	Not required	Not required	Not required
Probiotic fermented food	Food fermented by or containing probiotic(s) with strain-specific evidence	Food	Required	Same as for probiotic	Required for probiotic but not for fermentation microorganisms	Required for probiotic but not for fermentation microorganisms	Required for probiotic but not for fermentation microorganisms
	Food fermented by or containing probiotic(s) without strain-specific evidence	Food	Required	“Contains probiotics”	Required for probiotic but not for fermentation microorganisms	Required for probiotic but not for fermentation microorganisms	Required for probiotic but not for fermentation microorganisms

To label a product as a probiotic fermented food with an additional stipulated health benefit, evidence of a strain-specific benefit from a well-controlled intervention study is required together with proven safety and confirmation of sufficient numbers of that strain in the final product to confer the claimed benefit (Table 1). For example, traditional, spontaneously fermented sauerkrauts likely contain multiple strains of Lactiplantibacillus plantarum (previously Lactobacillus plantarum), but these uncharacterized and unidentified strains, at unknown doses, would not qualify as probiotics. By contrast, if L. plantarum 299v, a genetically characterized strain with clinically demonstrated probiotic properties18,19, was present at an efficacious dose until the end of shelf-life and there were no indications for inhibitory interactions of the sauerkraut matrix, this sauerkraut would meet the minimum criteria for a probiotic fermented food. Such products could contain an appropriately worded claim, for example, “probiotic sauerkraut containing L. plantarum 299v might improve intestinal well-being”, provided that local regulatory requirements are satisfied (Table 1).

프로바이오틱스 발효 식품으로 표시하고 추가로 규정된 건강 혜택을 주장하려면,

잘 통제된 개입 연구에서 균주 특이적 혜택을 입증한 증거와 함께

해당 균주의 안전성이 입증되고 최종 제품에 해당 균주가 충분한 양으로 존재하여

주장된 혜택을 부여할 수 있음을 확인해야 합니다(표 1).

예를 들어,

전통적인 자연 발효 사워크라우트는 

Lactiplantibacillus plantarum(이전 Lactobacillus plantarum)의 여러 균주를 포함할 수 있지만,

특성화되지 않고 식별되지 않은 균주들은 미지의 용량으로 존재하므로

프로바이오틱스로 인정되지 않습니다.

반면, 유전적으로 특성화된 균주이며 임상적으로 프로바이오틱스 특성이 입증된 

L. plantarum 299v가 유효 용량으로 유통기한 종료 시까지 존재하며

사우어크라우트 매트릭스와의 억제 상호작용이 없는 경우,

이 사우어크라우트는 프로바이오틱스 발효 식품의 최소 기준을 충족합니다.

이러한 제품은 적절한 문구의 주장을 포함할 수 있습니다.

예를 들어,

“L. plantarum 299v를 함유한 프로바이오틱 사우어크라우트는 장 건강을 개선할 수 있습니다”와 같이,

현지 규제 요건을 충족하는 경우(표 1)에 한합니다.

발효 식품 내 살아있는 미생물의 건강 혜택에 대한 균주 특이적 증거가 없는 경우,

일부 발효 식품은 “프로바이오틱스를 함유합니다”라고 표시될 수 있습니다(표 1).

In the absence of strain-specific evidence of a health benefit for the live microorganisms in a fermented food, some fermented foods could be appropriately labelled as “contains probiotics” (Table 1). This statement is only supported if at least one of the strains in the food meets the criteria implicit in the term probiotic and if the strain is a member of a well-studied species known to confer probiotic health benefits via the principle of ‘shared benefits’. This principle is based on the knowledge that certain bacterial species that are consistently active in human studies have conserved, or core, properties associated with improving health20. According to Hill et al.17 and Sanders et al.20, these bacterial species are sufficiently well studied such that most strains of that species can be reasonably expected to confer a health benefit. Consistent with this view, certain jurisdictions recognize several common species for which the term ‘probiotic’ can be used in foods. For example, Health Canada recognizes more than 20 species of the Lactobacillus genus complex and Bifidobacterium provided they are delivered at a minimum of 109 colony-forming units per serving21. In Europe, health claims related to live yoghurt cultures and improved lactose digestion are approved by the European Food and Safety Authority based on the core presence of the lactase enzyme in yoghurt cultures (Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus and Streptococcus thermophilus)22. However, in our view, even if the fermented food contains one or more of those species, the label “contains probiotics” should only be used when the strains in the fermented food are defined to the strain level, the genome sequences are known and the strains are present at an appropriate number during product shelf-life (Table 1).

It is expected that the majority of fermented foods sold commercially today do not belong in the “probiotic fermented food” category. Instead, fermented foods and beverages often contain undefined microbial consortia, usually at variable levels, and their potential health benefits have generally not been demonstrated23,24. Thus, we affirm the suggestion from Hill et al.17 that manufacturers should state only that their product contains “live and active cultures” provided the food is not processed to remove or kill the fermentation microorganisms and that these microorganisms are present at levels that are expected for foods of that type (Table 1). For pasteurized fermented foods without live microorganisms in the final product, it is acceptable to label those foods as “foods made by fermentation” (Table 1). Even when characterized cultures are used to perform fermentations and are understood at the strain level, those microorganisms are mostly selected based on performance characteristics, such as rapid acidification, substrate conversion, and flavour and texture properties, rather than on health-related functions. In the absence of evidence for species-level ‘shared benefits’ and knowledge that the strains are present at an appropriate number during product shelf-life, we suggest that manufacturers consider other labelling options (as noted earlier).

이 진술은

식품에 포함된 균주 중 하나가 프로바이오틱스 용어에 내재된 기준을 충족하고

해당 균주가 ‘공유된 혜택’ 원칙을 통해 프로바이오틱스 건강 혜택을 제공하는 것으로 알려진

잘 연구된 종의 구성원일 경우에만 적용됩니다.

이 원칙은

인간 연구에서 일관되게 활성화를 보이는 특정 세균 종이

건강 개선과 관련된 보존된 또는 핵심 특성을 공유한다는 지식에 기반합니다.

Hill et al.17 및 Sanders et al.20에 따르면,

이러한 세균 종은 충분히 잘 연구되어

해당 종의 대부분의 균주가 건강 혜택을 제공할 것으로 합리적으로 기대될 수 있습니다.

이 관점과 일치하여 일부 관할 구역에서는

식품에 '프로바이오틱스'라는 용어를 사용할 수 있는

몇 가지 일반적인 종을 인정합니다.

예를 들어,

캐나다 보건부는

Lactobacillus 속 복합체와 Bifidobacterium 속의 20종 이상을 인정하며,

이는 1회 섭취량당 최소 109 콜로니 형성 단위(CFU)로 공급될 경우에 한합니다21.

유럽에서는

유산균 발효유에 대한 건강 주장이

유산균 발효유에

유당 분해 효소(Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus 및 Streptococcus thermophilus)가

핵심 성분으로 존재한다는 근거로 유

럽 식품안전청(EFSA)에 의해 승인되었습니다.

그러나 우리 의견으로는,

발효 식품에 해당 종 중 하나 이상이 포함되어 있더라도,

발효 식품에 포함된 균주가 균주 수준으로 정의되어 있으며,

유전체 서열이 알려져 있고,

제품 유통 기간 동안 적절한 수로 존재할 경우에만 “프로바이오틱스 함유”라는 표시를 사용할 수 있습니다(표 1).

현재 시중에서 판매되는 발효 식품의 대부분은

“프로바이오틱스 발효 식품” 범주에 속하지 않을 것으로 예상됩니다.

대신 발효 식품 및 음료는

일반적으로 변동되는 수준으로 정의되지 않은 미생물 복합체를 포함하며,

이러한 미생물의 잠재적 건강 혜택은 일반적으로 입증되지 않았습니다23,24.

따라서 우리는 Hill 등17의 제안을 지지하며,

제조업체는 식품이 발효 미생물을 제거하거나 죽이는 가공 과정을 거치지 않았고,

해당 미생물이 해당 유형의 식품에서 예상되는 수준으로 존재하는 경우에만

제품에 “생존하고 활성 있는 미생물”이 포함되어 있음을 표시해야 합니다(표 1).

최종 제품에 살아있는 미생물이 없는 살균 처리된 발효 식품의 경우,

해당 식품을 “발효로 제조된 식품”으로 표시하는 것이 허용됩니다(표 1).

특성화된 미생물을 사용하여 발효를 수행하고 균주 수준에서 이해되더라도,

이러한 미생물은 주로 건강 관련 기능보다는

빠른 산성화, 기질 전환, 맛 및 텍스처 특성 등 성능 특성에 따라 선택됩니다.

종 수준에서의 '공통된 이점'에 대한 증거가 없고,

제품 유통 기간 동안 균주가 적절한 수로 존재한다는 지식이 없는 경우,

제조업체는 다른 표시 옵션을 고려할 것을 권장합니다(앞서 언급된 대로).

Do fermented foods contain prebiotics?

The presence of prebiotics, substrates selectively utilized by host microorganisms that confer a health benefit25, has been reported for several fermented foods and beverages. These examples would include fermented grains or vegetables26 as well as beer and wine27,28 that contain β-glucans, oligosaccharides and polyphenolic compounds29. Other fermented foods might contain prebiotics synthesized in situ by fermentation-associated microorganisms. For example, exopolysaccharides with prebiotic activity can be formed during dairy and cereal fermentations30. It is also possible that some fermented foods and beverages can contain both live microorganisms and prebiotic substrates. However, such products would not qualify as synbiotic foods31 in the absence of a demonstrated health benefit.

발효 식품에 프리바이오틱스가 포함되어 있나요?

호스트 미생물에 의해 선택적으로 이용되어 건강에 이점을 제공하는

프리바이오틱스(25)의 존재는

여러 발효 식품 및 음료에서 보고되었습니다.

이러한 예로는

발효 곡물 또는 채소26, 그리고 β-글루칸, 올리고당 및 폴리페놀 화합물을 함유한

맥주 및 와인27,28이 있습니다29.

다른 발효 식품에는

발효 관련 미생물에 의해 그 자리에서 합성된 프리바이오틱스가 포함될 수 있습니다.

예를 들어,

프리바이오틱스 활성을 가진 외부 다당류는

유제품 및 곡물 발효 과정에서 형성될 수 있습니다30.

일부 발효 식품 및 음료에는

살아있는 미생물과 프리바이오틱스 기질이 모두 포함될 수 있습니다.

그러나 이러한 제품은

건강상의 이점이 입증되지 않은 경우 시너지틱 식품으로 분류되지 않습니다.

Making fermented foods

Which microorganisms are needed to make fermented foods?

To understand the scope of fermented foods in nutrition and health, it is necessary to acknowledge the wide diversity of microorganisms used for fermented food production. The most common fermented foods and beverages require lactic acid bacteria (LAB), AAB, bacilli or other bacteria, yeasts, or filamentous fungi. These microorganisms were among the very first to be isolated and characterized by Pasteur, Lister and other early microbiologists32,33,34 and have long served as model organisms in biology35,36 and as a source of industrial chemicals and bioactive molecules37,38. More recently, they were integral to the discovery and application of CRISPR technology39.

LAB are a group of Gram-positive, non-spore forming, aerotolerant bacteria that are phylogenetically positioned within the Firmicutes phylum, predominantly in the order Lactobacillales. They are among the most important and widely used microorganisms in food fermentations, serving essential functions in fermented dairy, meat, cereal and vegetable products40. LAB include the reclassified members of the Lactobacillaceae or Lactobacillus genus complex41 and numerous other taxa, including species of Lactococcus and Tetragenococcus associated with milk and soy sauce fermentations, respectively. Besides LAB, particular species of Bacillus and AAB are solely responsible for some fermented foods (for example, Bacillus subtilis used for natto, made from whole soybeans, and AAB for vinegar) or have important supporting roles as is the case for Staphylococcus, Enterococcus, Brevibacterium and Propionibacterium in sausage and cheese fermentations42,43. Among the fungi, ethanol-producing yeasts, usually species of Saccharomyces, are used for bread, beer, wine and various alcoholic fermentations. Interestingly, the domestication of Saccharomyces cerevisiae strains and their adaptation to a range of fermentation substrates and environments has led to the formation of distinct lineages associated with particular products44,45.

Similar domestication events are also likely responsible for the widespread use of atoxigenic filamentous fungi46. Penicillium, Aspergillus and Rhizopus are among the moulds commonly used for fermented dairy, meat and soy products and include proteinase, lipase and amylase-producing strains47. As described later, many food fermentations involve microbial communities consisting of multiple genera and taxa.

Considerable progress has been made towards understanding the function of individual microorganisms in fermented food production and then using that information to improve products and strains. Phylogenomic analyses have shown that, despite their general biochemical and physiological similarities, wine, beer and bread yeast strains evolved independently based on habitat and geography as well as through human-driven domestication48,49. Since the twentieth century, pure starter cultures have been developed to provide consistency and convenience and to accommodate large-scale industrial fermentations50. Typically, only one or two microbial strains (for example, bread, yoghurt, cheese) are necessary to initiate those fermentations51. Although technological performance properties remain one of the main criteria, the isolation and development of new strains increasingly relies on relevant genomic information and on the application of available molecular tools50,52,53,54.

발효 식품 만들기

발효 식품을 만들기 위해 필요한 미생물은 무엇인가요?

영양 및 건강 분야에서 발효 식품의 범위를 이해하려면

발효 식품 생산에 사용되는 미생물의 광범위한 다양성을 인정해야 합니다.

가장 일반적인 발효 식품 및 음료에는

젖산균(LAB), AAB, 바실러스 또는 기타 세균, 효모, 또는 필라멘트 곰팡이가 필요합니다.

이러한 미생물은

파스퇴르, 리스터 등 초기 미생물학자들에 의해

최초로 분리 및 특성화된 미생물 중 하나이며32,33,34

생물학의 모델 유기체로 오랫동안 활용되어 왔으며35,36

산업용 화학물질 및 생물활성 분자의 원천으로도 활용되어 왔습니다37,38.

최근에는 CRISPR 기술의 발견과 적용에 필수적인 역할을 했습니다39.

LAB는 그람 양성, 포자 형성하지 않는,

산소 내성 세균으로,

Firmicutes 문에 속하며 주로

Lactobacillales 목에 위치합니다.

이들은 식품 발효에서 가장 중요하고 널리 사용되는 미생물 중 하나로,

발효 유제품, 육류, 곡물 및 채소 제품에서

필수적인 기능을 수행합니다40.

LAB에는

Lactobacillaceae 또는 Lactobacillus 속 복합체로 재분류된 종들41과

우유 발효와 간장 발효와 각각 연관된 Lactococcus 및 Tetragenococcus 속의

수많은 다른 분류군들이 포함됩니다.

LAB 외에도 특정 Bacillus 종과 AAB는

일부 발효 식품(예: 전체 콩으로 만든 나토에 사용되는 Bacillus subtilis, 식초에 사용되는 AAB)에

단독으로 책임지거나,

소시지와 치즈 발효에서 Staphylococcus, Enterococcus, Brevibacterium, Propionibacterium와 같은

중요한 보조 역할을 합니다42,43.

균류 중에서는

에탄올을 생산하는 효모, 주로 Saccharomyces 속의 종이

빵, 맥주, 와인 및 다양한 알코올 발효에 사용됩니다.

흥미롭게도

Saccharomyces cerevisiae 균주의 domestication과

다양한 발효 기질 및 환경에 대한 적응은 특정 제품과 연관된 독특한 계통의 형성을 이끌었습니다44,45.

유사한 domestication 사건은

독소 생성하지 않는 필라멘트 균류의 광범위한 사용에도 책임이 있을 가능성이 있습니다46.

Penicillium, Aspergillus 및 Rhizopus는

발효 유제품, 육류 및 콩 제품에 널리 사용되는 곰팡이로,

단백질 분해 효소, 지방 분해 효소 및 전분 분해 효소를 생산하는 균주를 포함합니다47.

후술할 것처럼,

많은 식품 발효 과정은

다중 속과 분류군으로 구성된 미생물 군집을 포함합니다.

개별 미생물의 기능 이해와 이를 제품 및 균주 개선에 활용하는 데

상당한 진전이 이루어졌습니다.

계통유전체 분석은

와인, 맥주, 빵 효모 균주가 서식 환경과 지리적 조건, 인간에 의한 domestication을 통해

독립적으로 진화했음을 보여주었습니다48,49.

20세기 이후 순수 스타터 배양체가 개발되어

일관성과 편의성을 제공하며

대규모 산업 발효를 가능하게 했습니다50.

일반적으로 이러한 발효를 시작하기 위해서는

빵, 요거트, 치즈 등 한두 가지 미생물 균주만 필요합니다51.

기술적 성능 특성은 여전히 주요 기준 중 하나이지만,

새로운 균주의 분리 및 개발은 관련 유전체 정보와 이용 가능한 분자 도구 적용에

점점 더 의존하고 있습니다50,52,53,54.

Culture-dependent methods remain the gold standard for the strain-level characterization of fermentation microbiota; however, these methods are increasingly complemented by holistic, meta-omics methods (metagenomics, metatranscriptomics, metaproteomics and metabolomics)55. Molecular approaches have shown that fermented foods are frequently dependent on complex, multi-kingdom, microbial communities functioning in concert via dynamic succession processes56,57,58,59. However, despite this complexity, the presence of a so-called core microbiota (defined as widespread microorganisms that are central to the functions of these ecosystems) are often apparent in a wide range of fermented foods60,61,62,63,64. Provided that the starting materials are generally the same, spontaneous fermentations (relying on autochthonous or resident microorganisms present in the ingredients and/or surrounding environment) typically result in products that contain very similar microorganisms (even the same species), regardless of provenance65. For example, fermentations of cabbage and other green leafy vegetables are all initiated by Leuconostoc mesenteroides followed by Lactiplantibacillus species and Levilactobacillus brevis, independent of whether the product is called sauerkraut (Europe and North America), kimchi (Korea), suan-cai (China) or sinki (Nepal)66. This highly reproducible succession of fermentation microbiota in spontaneous vegetable fermentations, whereby the assembly of fermentation microbiota is limited by dispersal, reflects the stable association of these organisms with the raw materials (Fig. 1). Similar reproducible successions occur in fungi-fermented foods67. Collectively, these and other observations suggest that selective and competitive pressures drive microbiome assembly and succession dynamics and provide a basis for predicting the outcome of food fermentations65. Thus, provided that the raw materials and environmental conditions are consistent with the typical practices used for making that food and that salt concentrations, pH, atmosphere or other expected control measures are in place, unpredictable events, which constitute fermentation failure, are relatively rare (Fig. 1). In the absence of those conditions and control measures, food fermentations could result in inferior or unsafe products.

배양 의존적 방법은

발효 미생물 군집의 균주 수준 특성화에 대한 대표적 방법이지만,

이러한 방법은 전체적, 메타오믹스 방법(메타게노믹스, 메타트랜스크립토믹스, 메타프로테오믹스 및 대사체학)55로

점점 보완되고 있습니다.

Culture-dependent methods remain the gold standard for the strain-level characterization of fermentation microbiota; however, these methods are increasingly complemented by holistic, meta-omics methods (metagenomics, metatranscriptomics, metaproteomics and metabolomics)

분자적 접근법은

발효 식품이 복잡한 다왕국 미생물 군집이

동적 순차 과정 통해 협력하여 기능하는 것에 자주 의존한다는 것을 보여주었습니다56,57,58,59.

그러나 이러한 복잡성에도 불구하고,

이른바 핵심 미생물군집(이 생태계의 기능에 중심적인 역할을 하는 널리 분포된 미생물로 정의됨)은

다양한 발효 식품에서 자주 관찰됩니다60,61,62,63,64.

시작 재료가 일반적으로 동일할 경우,

자생적 또는 거주 미생물(원료 및/또는 주변 환경에 존재하는 미생물)에 의존하는 자연 발효는

출처와 무관하게 매우 유사한 미생물(심지어 동일한 종)을 포함하는 제품을 생성합니다65.

예를 들어,

양배추와 다른 녹색 잎채소의 발효는

모두 Leuconostoc mesenteroides에 의해 시작되며,

이후 Lactiplantibacillus 종과 Levilactobacillus brevis가 이어집니다.

이는 제품이 사우어크라우트(유럽 및 북아메리카),

김치(한국), 수안차이(중국), 싱키(네팔)로 불리든

상관없이 동일합니다66.

자연 발효 채소 발효에서

발효 미생물 군집의 이처럼 높은 재현성 있는 순차적 변화는

발효 미생물 군집의 조성이 확산에 의해 제한된다는 점을 반영하며,

이는 이러한 미생물들이 원재료와 안정적으로 연관되어 있음을 보여줍니다(그림 1).

곰팡이 발효 식품에서도 유사한 재현성 있는

순차적 변화가 관찰됩니다67.

이러한 관찰 결과와 다른 연구들은

선택적 및 경쟁적 압력이 미생물 군집의 조성과 순차적 동역학을 주도하며,

식품 발효의 결과를 예측하는 기반을 제공한다는 것을 시사합니다65.

따라서

원재료와 환경 조건이 해당 식품 제조에 일반적으로 사용되는 관행과 일치하며,

염분 농도, pH, 대기 조건 또는 기타 예상되는 제어 조치가 유지된다면,

발효 실패를 구성하는 예측 불가능한 사건은 상대적으로 드뭅니다(그림 1).

이러한 조건과 제어 조치가缺如될 경우,

식품 발효는 품질이 저하되거나 안전하지 않은 제품으로 이어질 수 있습니다.

Fig. 1: Processes that determine community assembly in traditional fermented foods.

The conditions established during traditional and industrial fermentations provide a basis for controlling and manipulating autochthonous and allochthonous microorganisms. Microbial communities in spontaneous food fermentations are determined by dispersal and selection. In most spontaneously fermented foods, plant-associated or animal-associated microorganisms are dominant. Back-slopping of fermented foods eliminates dispersal limitation, and selection is the major principle that determines community assembly. Among lactic acid bacteria (LAB), nomadic and free-living species are dominant in spontaneous food fermentations while host-adapted species dominate many back-slopped fermentations184. Speciation and domestication have been demonstrated for eukaryotic food fermenting organisms, including Saccharomyces cerevisiae and Aspergillus oryzae, but not for bacteria49,97. If comparable raw materials and fermentation protocols are employed, community assembly in fermented foods is reproducible at the genus level (spontaneous food fermentations) or even at the species level (back-slopped food fermentations). The assignment of lifestyles to food-fermenting lactobacilli has been previously described185. aw, water activity.

전통적 및 산업적 발효 과정에서 확립된 조건은

자생적 및 외래 미생물의 제어 및 조작을 위한 기반을 제공합니다.

자연 발효 식품의 미생물 군집은

확산과 선택에 의해 결정됩니다.

대부분의 자연 발효 식품에서는

식물 연관 또는 동물 연관 미생물이 우세합니다.

발효 식품의 재사용은 확산 제한을 제거하며,

선택은 군집 조성을 결정하는 주요 원리입니다.

젖산균(LAB) 중에서는 유목형 및 자유 생활형 종이 자연 발효 식품에서 우세하며,

호스트 적응형 종은 많은 백슬로핑 발효에서 우세합니다184.

진핵생물 발효 미생물,

예를 들어 Saccharomyces cerevisiae와 Aspergillus oryzae에서는

종 분화 및 domestication이 입증되었지만,

세균에서는 그렇지 않습니다49,97.

비교 가능한 원재료와 발효 프로토콜을 사용하면

발효 식품의 공동체 조립은 속 수준(자연 발효 식품) 또는

종 수준(배양액 발효 식품)에서 재현 가능합니다.

식품 발효 락토바실러스의 생활 방식 분류는

이전에 설명되었습니다185. aw, 수분 활성도.

What processes are involved in making fermented foods

The outcome of a food or beverage fermentation process depends on the microorganism-led conversion of substrates into metabolites that support the aroma and taste, appearance, preservation, and nutritional properties of the finished product. These characteristics are time-dependent and determined by the microbiota as well as by a range of physicochemical parameters, including temperature, pH, water activity, oxidation–reduction potential and substrate availability. How these intrinsic and extrinsic environmental parameters are ultimately managed can have profound effects on the final properties and characteristics of fermented foods68.

Systems and evolutionary biology approaches are now providing a rational basis for controlling or managing microbial diversity and community structure to achieve different fermentation processes65,69. Although fermented foods have long been studied as model systems to understand microbial ecology70, these latest efforts integrate broader ecological and evolutionary principles, including dispersal, selection, drift and diversification65,71,72,73. The contribution of these principles to community assembly in fermented foods is outlined in Fig. 1. The use of these principles enables the control of fermentation microbiota in food independent of whether the fermentation is initiated with starter cultures, spontaneously or by inoculation from a prior successful fermentation of the same type (that is, back-slopping) (Fig. 1). The application of systems biology approaches combined with community reconstructions can identify specific microbial interactions that drive community composition51,74, determine a genetic basis for particular microorganisms to live in a fermented food environment75 and recreate the domestication processes that generated the industrial cultures used in fermentations76,77. Ultimately, findings from those studies will help to address product variation and quality issues that occur even when starter cultures are used. They might also lead to the identification of biomarkers to monitor these foods throughout production and to predict nutritional and health-impacting qualities.

발효 식품을 만드는 데 어떤 과정이 관여하나요?

식품 또는 음료 발효 과정의 결과는

미생물에 의해 기질이 대사산물로 전환되는 과정에 달려 있으며,

이는 최종 제품의 향미, 맛, 외관, 보존성, 영양적 특성을 지원합니다.

이러한 특성은 시간에 따라 변하며,

미생물군집뿐만 아니라 온도, pH, 수분 활성도, 산화-환원 전위, 기질 가용성 등

다양한 물리화학적 파라미터에 의해 결정됩니다.

이러한 내적 및 외적 환경 요인이 최종적으로 어떻게 관리되는지는

발효 식품의 최종 특성 및 특성에 깊은 영향을 미칠 수 있습니다68.

시스템 생물학과 진화 생물학 접근법은

이제 다양한 발효 과정을 달성하기 위해 미생물 다양성과 군집 구조를 제어하거나 관리하는 데

합리적인 기반을 제공하고 있습니다65,69.

Systems and evolutionary biology 

발효 식품은

미생물 생태학을 이해하기 위한 모델 시스템으로 오랫동안 연구되어 왔지만70,

최근의 노력은 분산, 선택, 표류, 다양화 등

더 넓은 생태학적 및 진화적 원리를 통합하고 있습니다65,71,72,73.

이러한 원칙이

발효 식품의 공동체 조립에 미치는 기여는 그림 1에 요약되어 있습니다.

이러한 원칙을 활용하면

발효가 스타터 배양으로 시작되든,

자연적으로 발생하든,

동일한 유형의 이전 성공적인 발효에서 접종된 경우(즉, 백슬로핑)든,

식품 내 발효 미생물군집을 제어할 수 있습니다(그림 1).

시스템 생물학 접근법과 공동체 재구성 기술을 결합한 적용은

공동체 구성을 주도하는 특정 미생물 상호작용을 식별할 수 있으며51,74,

발효 식품 환경에서 특정 미생물이 생존하는 유전적 기반을 규명할 수 있으며75,

발효에 사용되는 산업용 배양체를 생성한 domestication 과정을 재현할 수 있습니다76,77.

궁극적으로 이러한 연구 결과는

스타터 배양체를 사용하더라도 발생하는 제품 변동성과 품질 문제를 해결하는 데

기여할 것입니다.

또한 이러한 식품의 생산 과정 전반에 걸쳐

모니터링할 수 있는 바이오마커를 식별하고

영양 및 건강에 미치는 영향을 예측하는 데도 기여할 수 있습니다.

Fermentation and food safety

Does fermentation improve food safety?

Fermented foods that contain appreciable levels of fermentation-produced organic acids (>100 mM), combined with low water activity, salt, nitrite and other antimicrobials, have a long record of food safety78. Likewise, beverages containing 4% or more alcohol and pH values less than 4.5 are also considered microbiologically safe79. Many LAB, whether part of the autochthonous microbiota or added as starter cultures, are known to produce bacteriocins that inhibit undesirable bacteria, including Listeria, Staphylococcus and Clostridium80.

Food fermentations can also enhance food safety and nutritional quality by removing toxic or anti-nutritive compounds from the raw ingredients. For example, the removal of toxic compounds is a prominent feature of cereal, legume and tuber fermentations81. Bitter cassava, for example, contains cyanogenic glycosides that must be removed by fermentation, soaking or other suitable processes to avoid acute toxicity when consumed82. During sourdough fermentations, some LAB facilitate the degradation of phytate, a cereal grain-associated compound that chelates divalent cations and prevents their absorption in the gastrointestinal tract83. Reducing phytate results in enhanced calcium, magnesium, iron and zinc bioavailability from these breads84,85,86. Sourdough fermentation is also hypothesized to reduce the concentration of other immune-reactive proteins, including the amylase-trypsin inhibitor in wheat, and could therefore be better tolerated than conventional breads by individuals with non-coeliac wheat intolerance or irritable bowel syndrome87.

발효와 식품 안전성

발효는 식품 안전성을 향상시키나요?

발효 과정에서 생성된 유기산(>100 mM)을 상당량 함유하며,

수분 활성도, 염분, 질산염 및 기타 항균 물질이 낮은 발효 식품은

식품 안전성 측면에서 오랜 기록을 보유하고 있습니다78.

同様に、

4% 이상의 알코올 함량과 pH 값이 4.5 미만인 음료도

미생물학적으로 안전하다고 간주됩니다79.

많은 LAB(유산균)은 자생 미생물군에 속하거나

스타터 배양균으로 추가된 경우에도

Listeria, Staphylococcus 및 Clostridium과 같은 유해 세균을 억제하는

박테리오신을 생산하는 것으로 알려져 있습니다80.

식품 발효는 원료에서

독성 또는 항영양 성분을 제거함으로써

식품 안전성과 영양 품질을 향상시킬 수 있습니다.

Food fermentations can also enhance food safety and nutritional quality by removing toxic or anti-nutritive compounds from the raw ingredients.

예를 들어,

곡물, 콩류 및 뿌리채소 발효는

독성 성분 제거가 주요 특징입니다81.

예를 들어,

쓴 고구마는 시안화 글리코시드를 함유하고 있어

발효, 침지 또는 기타 적절한 과정을 통해 제거하지 않으면

섭취 시 급성 독성을 유발할 수 있습니다82.

사워도우 발효 과정에서 일부 LAB는

곡물과 관련된 화합물인 피타트를 분해하여

이 화합물이 위장관에서 이온을 결합하고 흡수되는 것을 방지합니다83.

피타트 함량을 줄이면 이러한 빵에서

칼슘, 마그네슘, 철, 아연의 생체 이용률이 향상됩니다84,85,86.

사워도우 발효는

밀에 함유된 아밀라아제-트립신 억제제 등

면역 반응성 단백질의 농도를 감소시킬 수 있으며,

따라서 셀리악병이 없는 밀 불내증이나 과민성 대장 증후군을 가진 개인에게

일반 빵보다 더 잘 견딜 수 있을 것으로 추정됩니다87.

Do fermented foods have food safety risks?

For any food product, there are safety concerns associated with live pathogenic microorganisms as well as toxins or metabolic products that can produce harmful effects. With few exceptions, food-fermenting LAB, yeasts and filamentous fungi are non-pathogenic and do not produce toxins or harmful end-products88. When properly made from safe and wholesome ingredients, fermented foods are rarely associated with gastroenteritis. Nonetheless, some cheeses and low-acid fermented foods can pose a safety risk if the food is contaminated with Listeria monocytogenes, Salmonella, Clostridium botulinum or other foodborne pathogens89. Although not a direct effect on safety, some microorganisms, including species of the Lactobacillaceae as well as Enterococcus and Staphylococcus associated with long-ripened cheeses, sausages and other fermented foods, can carry transmissible antibiotic-resistance genes90,91,92.

The microbial metabolites of some fermented foods can, under certain circumstances, also present safety risks. Alcohol (for example, wine, beer and liquor) and salt (for example, soy sauce or kimchi) are inherent constituents of some fermented foods and should be consumed in moderation. Histamine, tyramine and other biogenic amines are formed by some LAB via the decarboxylation of amino acids during the fermentation of cheese, meats, vegetables, soybeans and wine93. In the absence of host-mediated detoxification systems, these amines can cause mild to more severe effects such as migraines94. Several strategies have been adopted to reduce or mitigate biogenic amine formation, including hygiene to minimize the occurrence of microorganisms producing these compounds and using decarboxylase-negative starter cultures95,96.

Mycotoxins are a potential concern for all fermented foods produced with filamentous fungi. However, domestication and careful strain selection have effectively eliminated mycotoxin-producing lineages of Aspergillus and Penicillium from koji, cheese and other fermented foods76,97,98. Other microbial metabolites, including citrulline and reuterin, are precursors of the toxic compounds ethyl carbamate99 and acrolein100, respectively. Both occur in alcoholic beverages as well as in other fermented foods. However, their risks to human health from the exposure to fermented foods have not been established101,102.

발효 식품은 식품 안전 위험이 있나요?

모든 식품에는

살아있는 병원성 미생물 및 유해 효과를 유발할 수 있는 독소나

대사 산물과 관련된 안전 문제가 있습니다.

예외를 제외하고,

식품 발효에 사용되는 유산균(LAB),

효모 및 필라멘트 곰팡이는 병원성이 없으며

독소나 유해한 최종 제품을 생성하지 않습니다88.

안전하고 건강한 원료로 적절히 제조된 발효 식품은

위장염과 거의 관련이 없습니다.

그럼에도 불구하고

일부 치즈와 저산성 발효 식품은

Listeria monocytogenes, Salmonella, Clostridium botulinum 또는

기타 식품 매개 병원체로 오염된 경우 안전 위험을 초래할 수 있습니다89.

안전성에 직접적인 영향을 미치지는 않지만,

장기간 숙성된 치즈, 소시지 및 기타 발효 식품과 관련된

Lactobacillaceae 속의 일부 종 및 Enterococcus와 Staphylococcus 속의 미생물은

전파 가능한 항생제 내성 유전자를 보유할 수 있습니다90,91,92.

일부 발효 식품의 미생물 대사산물은

특정 조건 하에서 안전 위험을 초래할 수 있습니다.

알코올(예: 와인, 맥주, 주류)과 소금(예: 간장, 김치)은

일부 발효 식품의 본질적인 구성 성분으로 적당히 섭취해야 합니다.

히스타민, 티라민 및 기타 생물학적 아민은

치즈, 고기, 채소, 콩, 와인의 발효 과정에서

일부 LAB에 의해 아미노산의 탈카복실화 과정을 통해 생성됩니다93.

호스트 매개 해독 시스템이 없는 경우,

이러한 아민은 두통과 같은 경미한 증상에서부터

심각한 증상까지 유발할 수 있습니다.94

생물학적 아민 형성을 줄이거나 완화하기 위해

여러 전략이 채택되었습니다.

이는 이러한 화합물을 생성하는 미생물의 발생을 최소화하기 위한

위생 관리와 디카르복실라제 음성 스타터 배양액을 사용하는 것이

포함됩니다.95,96

곰팡이 독소는

필라멘트 곰팡이로 생산된 모든 발효 식품에 잠재적 위험 요소입니다.

그러나

domestication과 신중한 균주 선별을 통해

Aspergillus와 Penicillium의 곰팡이 독소 생성 계통이

코지, 치즈 및 기타 발효 식품에서 효과적으로 제거되었습니다76,97,98.

기타 미생물 대사산물인

시트룰린과 레우테린은

각각 독성 화합물 에틸 카바메이트99와 아크롤레인100의 전구체입니다.

이 두 화합물은 알코올 음료 및 기타 발효 식품에서 발견됩니다.

그러나 발효 식품 섭취를 통한 인간 건강에 대한 위험은

아직 확립되지 않았습니다101,102.

Fermented foods and human health

What is the current evidence that fermented foods benefit human health?

Consumer interest in fermented foods has been driven in large part by their suggested nutritional benefits, and this interest has led to renewed popularity of these foods on nearly every continent24,103. However, except for yoghurt and cultured dairy products, few human clinical studies have been performed to verify their benefits23,24,104. Yoghurt consumption is associated with reductions in adiposity factors (BMI, waist circumference)105, type 2 diabetes mellitus and cardiovascular disease (see reviews106,107), among other positive indications108. Although much of this evidence is based on prospective or epidemiological studies, more than 20 RCTs with yoghurt and cultured milk products have been reported for both healthy individuals and patient population groups109. Likewise, milk kefir110, kimchi111, sauerkraut112, natto113, vinegar114 and sourdough bread115 have been investigated in at least one RCT. By contrast, evidence of health promotion for other fermented foods (for example, kombucha) is mostly limited to chemical analyses and animal and cell culture models24.

A better understanding of the health benefits of fermented foods will be obtained from harvesting information from existing population-based diet and health databases as well as with new RCTs. These studies should address the health outcomes arising from the intake of differentiated fermented food categories (including fermented dairy products and other fermented foods with living versus dead microorganisms), food types (such as fermented vegetables, fermented soy and yoghurt), and individual fermented food products with well-characterized strains and nutrient compositions. Large, placebo-controlled RCTs will need to account for the known limitations of these types of nutrition study, including blinding, sample size, diet control, dietary recall and adequate intervention times, as well as the challenges specific to fermented foods (in particular, how to provide relevant placebo treatments). To prevent the foods from being easily distinguished by study participants, placebo controls might need to be made to provide the same sensory attributes expected for the fermented foods being tested. Retrospective cohort or, preferably, prospective cohort studies that meet the Bradford Hill criteria should be used116 and efforts should be made to avoid misleading or unwarranted conclusions117. It should be noted that additional challenges exist for cohort studies because dietary databases do not often include fermented foods as a category and critical aspects of those foods might not be reported (for example, percent fat, percent protein or microbiological content).

What is the mechanistic basis for the health benefits of fermented food?

Knowledge on the specific health-promoting properties of fermented foods provides a foundation to eval‎uate how those properties vary by food type, strain composition and production methods. Several routes for health promotion by fermented foods are proposed (Fig. 2), including nutritive alteration of raw ingredients and the biosynthesis of bioactive compounds, modification of the human gut microbiota, and development and modification of the immune system.

발효 식품과 인간 건강

발효 식품이 인간 건강에 유익하다는 현재의 증거는 무엇인가요?

소비자의 발효 식품에 대한 관심은

주로 그 영양학적 이점 때문이며,

이 관심은 거의 모든 대륙에서 이러한 식품의 재인기를 이끌었습니다24,103.

그러나

요거트와 발효 유제품을 제외하면,

그 이점을 검증하기 위한 인간 임상 연구는 거의 수행되지 않았습니다23,24,104.

요구르트 섭취는

체지방 지표(BMI, 허리 둘레)105,

제2형 당뇨병 및 심혈관 질환(리뷰 참조106,107) 감소와 연관되어 있으며,

기타 긍정적인 지표도 보고되었습니다108.

이 증거의 대부분은 전향적 또는 역학 연구에 기반하지만,

건강한 개인과 환자 집단 모두에서 요구르트와 발효 유제품을 대상으로

한 20건 이상의 무작위 대조 시험(RCT)이 보고되었습니다109.

또한, 우유 케피르110, 김치111, 사워크라우트112, 나토113, 식초114 및 사워도우 빵115는 

적어도 한 건의 무작위 대조 시험(RCT)에서 조사되었습니다. 

반면, 다른 발효 식품(예: 콤부차)의 건강 증진 효과에 대한 증거는 

주로 화학 분석 및 동물 및 세포 배양 모델에 한정되어 있습니다24

발효 식품의 건강 혜택에 대한 더 나은 이해는

기존 인구 기반 식이 및 건강 데이터베이스에서 정보를 수집하고

새로운 RCT를 통해 얻을 수 있을 것입니다.

이러한 연구는

차별화된 발효 식품 카테고리(발효 유제품 및 살아있는 미생물과 죽은 미생물을 포함한 기타 발효 식품),

식품 유형(발효 채소, 발효 콩, 요거트 등),

잘 특성화된 균주와 영양 성분을 가진 개별 발효 식품 제품에서 발생하는 건강 결과를 다루어야 합니다.

대규모 위약 대조 RCT는 이러한 유형의 영양 연구의 알려진 한계(예: 눈가림, 표본 크기, 식이 통제, 식이 회상, 적절한 개입 기간)를 고려해야 하며, 발효 식품에 특정한 도전 과제(특히 관련 위약 치료를 제공하는 방법)도 포함해야 합니다.

연구 참여자가 식품을 쉽게 구분하지 못하도록 위약 대조군은

테스트 중인 발효 식품과 동일한 감각적 특성을 제공하도록 설계되어야 합니다.

Bradford Hill 기준을 충족하는 회고적 코호트 연구 또는 가능하면 전향적 코호트 연구를 사용해야 합니다116, 오해의 소지가 있거나 근거 없는 결론을 피하기 위해 노력해야 합니다117. 코호트 연구에는 추가적인 도전 과제가 존재한다는 점을 주의해야 합니다. 식이 데이터베이스는 발효 식품을 카테고리로 포함하지 않는 경우가 많으며, 이러한 식품의 중요한 특성(예: 지방 함량, 단백질 함량 또는 미생물학적 내용물)이 보고되지 않을 수 있습니다.

발효 식품의 건강 혜택의 메커니즘적 근거는 무엇인가?

발효 식품의 특정 건강 증진 특성에 대한 지식은

이러한 특성이 식품 유형, 균주 구성 및 생산 방법에 따라

어떻게 달라지는지 평가하는 기반을 제공합니다.

발효 식품의 건강 증진 메커니즘은

여러 경로를 통해 제안되었습니다(그림 2),

이는 원료의 영양 성분 변화,

생물활성 화합물의 생합성,

인간 장내 미생물군집의 변화,

면역 체계의 발달 및 변화 등을 포함합니다.

Fig. 2: Mechanistic basis for the health benefits of fermented foods.

Health benefits, beyond the nutritional contributions of the raw ingredients, result from the removal, synthesis and transformation of the food components during fermentation by the activities of fermentation-associated microorganisms. Such actions can result in improved nutritive value of the food (for example, through phytate detoxification or vitamin synthesis) or in the generation of biologically active compounds (for example, bioactive peptides or conjugated linoleic acid). Food constituents and fermentation products, along with any remaining viable fermentation microorganisms, are consumed and enter the intestinal tract. Those microorganisms, along with resident members of the gut microbiota, might further transform food constituents in vivo into bioactive substances such as peptides, bacteriocins, amino acids, conjugated linoleic acid or organic acids. The constituents of fermented foods and fermentation-associated microorganisms and their cell products can interact with gut microbiota, the intestinal epithelium or the host immune system. SCFAs, short-chain fatty acids.

건강 혜택은

원재료의 영양적 기여를 넘어

발효 과정에서 발효 관련 미생물의 활동으로 인해

식품 성분의 제거, 합성, 변형에서 비롯됩니다.

이러한 작용은

식품의 영양 가치를 향상시킬 수 있습니다(예: 피타트 해독 또는 비타민 합성)

또는

생물학적 활성 화합물(예: 생물활성 펩타이드 또는 공액 리놀레산)을

생성할 수 있습니다.

식품 성분과 발효 제품,

그리고 남아 있는 생존 가능한 발효 미생물은

섭취되어 장으로 들어갑니다.

이러한 미생물은

장내 미생물군집의 구성원과 함께 체내에서 식품 성분을

펩타이드, 박테리오신, 아미노산, 공액 리놀레산 또는 유기산과 같은 생물활성 물질로

추가 변환시킬 수 있습니다.

발효 식품의 구성 성분과 발효 관련 미생물 및 그 세포 제품은

장내 미생물군집, 장 상피 또는 호스트 면역 체계와 상호작용할 수 있습니다.

SCFAs, 단쇄 지방산.

Microbial activity during food fermentations results in the enrichment and/or removal of compounds that affect the nutritional composition of the final food product118. Microorganisms reduce the concentrations of high-calorie monosaccharides and disaccharides (glucose, sucrose and fructose) present in milk, meat and plants via catabolic pathways. Reductions in certain sugars could also reduce the glycaemic index119,120 and improve food tolerability (for example, lactose in dairy foods, fructans in wheat, or raffinose, stachyose and verbascose in soybeans and legumes)121. Fermentation can result in the hydrolysis of polysaccharides, proteins or fats, thereby increasing their digestion122,123,124. Other enzymatic transformations with important nutritional implications also occur, including detoxification reactions (for example, degradation of linamarin in bitter cassava) and the removal of anti-nutritive factors (for example, inactivation of trypsin inhibitor in soybeans and phytic acid in cereals such as sorghum)125,126,127. For polyphenol-containing foods, the conversion of phenolic compounds by lactobacilli128 increases the bioavailability of flavonoids, tannins and other bioactive compounds129,130. The biosynthesis of vitamins, amino acid derivatives, organic acids and cofactors can also occur during fermentation23,131,132, with effects at either local gastrointestinal or systemic sites. Some of these compounds are broadly distributed between fermented food types (such as lactic acid133 and acetic acid134), whereas others are common in certain foods (for example, alkyl catechols135) or limited to certain microorganisms with specific enzymatic activities (for example, synthesis of γ-aminobutyric acid, conjugated linoleic acid or angiotensin-converting enzyme inhibitors132).

Multiple studies in humans have shown that microorganisms in fermented foods can survive gastric transit and reach the colon112,136,137,138,139,140,141,142,143,144. Indeed, many of the LAB that dominate lactic acid-fermented foods possess intrinsic characteristics that promote their ability to survive gastric transit (for example, acid and bile tolerance)145. Depending on individual dietary habits, fermented food-associated LAB can transiently constitute between 0.1% and 1% of the bacteria in the large intestine and a comparable proportion in the small intestine145. This percentage is based on current estimates of autochthonous microbiota in the gastrointestinal tract146 and the presence of up to 1011 LAB cells in a single serving of many fermented foods, such as yoghurt or kefir, that contain live and active microorganisms. Similarly, another study published in 2020 showed that food-associated LAB reached faecal metagenome abundances of >0.1%147. Although these microorganisms are unlikely to maintain long-term residence in the intestine, some fermented food microorganisms are known to be metabolically active in the gastrointestinal tract144,148, and short-term colonization could be sufficient to synthesize bioactive compounds, inhibit intestinal pathogens and mediate epithelial modulatory effects (for example, via interaction with Toll-like receptors149). Such interactions would be augmented by the repeated daily consumption of the fermented food. According to population-based studies and RCTs, fermented foods can also influence the composition of the gut microbiota136,150,151,152,153. Modulation of the gut microbiota can result from the living (or inactivated) microorganisms in those foods, the nutritional components and metabolites released as a result of fermentation, and changes these food constituents confer on the host immune system. These effects are likely dependent on inter-individual differences in host physiology and gut microbiota composition154.

As approximately 70% of the human immune system is located in the gastrointestinal tract155, foods and beverages are the major conduit of contact between external antigens and the human body. The gastrointestinal tract is vulnerable to the initial pattern of microbial colonization during the first months of life156, potentially setting a critical window for microbial stimuli effects on the immune system. In one cross-sectional study, fermented food intake (fermented vegetables) during early childhood was associated with a reduced risk of childhood atopy157,158. In another epidemiological study, fermented food consumption combined with common daily-life exposure (for example, hand versus machine dishwashing) also reduced the risk of childhood allergies157,158. The authors from the former study further reported that an anthroposophic lifestyle (low antibiotic use and vaccinations and high intake of fermented vegetables) was associated with differences in infant microbiome structure, including a higher abundance and diversity of LAB, and a higher concentration of acetate compared with infants from a traditional lifestyle159. Fermented food intake is also one of the synergistic factors associated with a farming upbringing, a lifestyle factor that has consistently been associated with reduced allergy and asthma risk (reviewed elsewhere160). These associations could indicate that a lack of fermented foods in modern, industrialized societies constitutes a substantial loss in exposure to non-harmful microorganisms important for immune system development and maintenance.

Although fermented foods such as milk kefir161 have been shown to modulate immune responses in numerous animal models, RCTs or prospective studies on the human immune system have yet to be performed. It is expected that the modulation of the human immune system by fermented foods would be the result of the combined effects of compounds present in the starting ingredients and those formed during fermentation as well as of living and dead or inactivated microorganisms. Those fermentation-associated microorganisms and their cell components (for example, peptidoglycan, surface proteins, exopolysaccharides and lipoteichoic acid) are already known to be immune reactive according to animal model and in vitro studies149,162,163,164. Knowledge about other immune-modulating compounds, such as d-phenyllactic acid, produced by lactic acid bacteria in situ165, is still emerging. Ultimately, the precise molecular stimuli in fermented foods responsible for immunomodulation probably depend on the total composition of the product133,134,166.

식품 발효 과정에서 미생물 활동은

최종 식품의 영양 성분에 영향을 미치는

화합물의 풍부화 또는 제거를 초래합니다.118

미생물은

우유, 고기, 식물 등에 존재하는 고칼로리 단당류 및 이당류(글루코스, 설탕, 과당)의 농도를

분해 경로를 통해 감소시킵니다.

특정 당류의 감소는

혈당 지수를 낮출 수 있습니다119,120

그리고

식품의 소화성을 개선할 수 있습니다

(예: 유제품의 락토스, 밀의 프럭탄, 대두 및 콩류의 라피노스, 스타키오스, 버바스코스)121.

발효는

다당류, 단백질 또는 지방의 가수분해를 유발하여

그 소화율을 높일 수 있습니다122,123,124.

영양학적 의미가 중요한 다른 효소적 변환도

발생합니다.

예를 들어,

독성 물질 제거 반응(예: 쓴 카사바의 리나마린 분해)과

항영양 인자 제거(예: 대두의 트립신 억제제 불활성화, 수수 등 곡물의 피틴산 제거)125,126,127.

폴리페놀을 함유한 식품의 경우,

락토바실러스에 의한 페놀 화합물의 전환128은

플라보노이드, 탄닌 및 기타 생물활성 화합물의 생체 이용률을 증가시킵니다129,130.

발효 과정에서

비타민, 아미노산 유도체, 유기산 및 보조인자의 생합성도 발생할 수 있으며23,131,132,

이는 위장관 내 또는 전신적 부위에서 효과를 나타냅니다.

이러한 화합물 중 일부는

발효 식품 유형 간에 널리 분포되어 있습니다(예: 락틱산133 및 아세트산134),

반면 다른 화합물은

특정 식품에 흔히 존재하거나(예: 알킬 카테콜135)

특정 미생물의 특정 효소 활성에 한정되어 있습니다

(예: γ-아미노부티르산, 공액 리놀레산 또는 안지오텐신 전환 효소 억제제 합성132).

인간을 대상으로 한 다수의 연구에서

발효 식품 내 미생물이 위장 통과를 생존하고

대장에 도달할 수 있음을 보여주었습니다112,136,137,138,139,140,141,142,143,144.

실제로,

유산균 발효 식품에서 우점하는 많은 LAB는

위장 통과를 견디는 능력을 촉진하는

내재적 특성을 가지고 있습니다(예: 산 및 담즙 내성)145.

개인의 식습관에 따라 발효 식품과 관련된 LAB는

대장에서 세균의 0.1%에서 1% 사이를 일시적으로 구성하며,

소장에서도 유사한 비율을 차지합니다145.

이 비율은 위장관 내 자생 미생물군집의 현재 추정치146와

요거트나 케피르와 같은 많은 발효 식품 한 serving에 살아있는 활성 미생물을 함유한 LAB 세포가

최대 1011개까지 존재한다는 점을 기반으로 합니다.

유사하게,

2020년에 발표된 또 다른 연구에서는

식품 관련 LAB가 분변 메타게놈 풍부도에서 >0.1%를 달성했다는 결과가 나왔습니다147.

이러한 미생물은

장내에서 장기적으로 거주할 가능성이 낮지만,

일부 발효 식품 미생물은 위장관에서 대사 활성을 나타내는 것으로 알려져 있습니다144,148,

그리고

단기적인 정착만으로도 생물활성 화합물을 합성하거나

장내 병원체를 억제하며 상피 조절 효과를 매개할 수 있습니다

(예: Toll-like 수용체와의 상호작용을 통해149).

이러한 상호작용은

발효 식품의 반복적인 일일 섭취로 강화될 수 있습니다.

인구 기반 연구 및 무작위 대조 시험(RCT)에 따르면,

발효 식품은 장 미생물군집의 구성에도 영향을 미칠 수 있습니다136,150,151,152,153.

장내 미생물군집의 조절은

해당 식품에 존재하는 살아있는(또는 불활성화된) 미생물,

발효 과정에서 방출되는 영양 성분 및 대사산물, 그리고

이러한 식품 성분이 호스트 면역 체계에 미치는 변화에서 비롯될 수 있습니다.

이러한 효과는

호스트의 생리학적 특성 및 장내 미생물군집 구성의 개인 간 차이에 따라

달라질 가능성이 높습니다154.

인간 면역 체계의 약 70%가

소화관 내에 위치해 있습니다155.

따라서 식품과 음료는

외부 항원과 인체 사이의 주요 접촉 경로입니다.

소화관은

생후 첫 몇 달 동안 미생물 정착의 초기 패턴에 취약하며156,

이는 면역 체계에 대한 미생물 자극의 영향에 대한 중요한 창구를 설정할 수 있습니다.

한 횡단면 연구에서

유아기 발효 식품 섭취(발효 채소)는

소아 아토피 위험 감소와 연관되었습니다157,158.

다른 역학 연구에서는

발효 식품 섭취와 일상 생활 노출(예: 손 세척 vs 기계 세척)이 결합될 경우

소아 알레르기 위험이 감소했습니다157,158.

전자의 연구 저자들은

안트로포소피적 생활 방식(항생제 및 백신 사용 감소, 발효 채소 섭취 증가)이

전통적 생활 방식의 영아와 비교해 영아 미생물군집 구조의 차이를 보였다고 추가로 보고했습니다.

이는

LAB의 풍부도와 다양성 증가,

아세테이트 농도 증가를 포함했습니다159.

발효 식품 섭취는

농경 환경에서 자란 것과 연관된 시너지 요인 중 하나로,

알레르기 및 천식 위험 감소와 일관되게 연관된 생활 방식 요인입니다(다른 곳에서 검토됨160).

이러한 연관성은

현대 산업화 사회에서 발효 식품의 부족이 면역 체계 발달과 유지에 중요한

무해한 미생물에 대한 노출의 상당한 손실을 의미할 수 있습니다.

우유 케피르161과 같은 발효 식품이

다양한 동물 모델에서 면역 반응을 조절한다는 것이 입증되었지만,

인간 면역 체계에 대한 무작위 대조 시험(RCT)이나 전향적 연구는 아직 수행되지 않았습니다.

발효 식품에 의한 인간 면역 체계의 조절은

원료에 존재하는 화합물과 발효 과정에서 형성된 화합물,

그리고 살아있는 또는 사멸하거나 비활성화된 미생물의 복합적 효과의 결과일 것으로 예상됩니다.

발효와 관련된 미생물 및

그 세포 성분(예: 펩티도글리칸, 표면 단백질, 외부 다당류 및 리포테이코산)은

동물 모델 및 체외 연구에 따르면 이미 면역 반응이 있는 것으로 알려져 있습니다149,162,163,164.

lactic acid bacteria에 의해 in situ에서 생성되는

d-phenyllactic acid와 같은 다른 면역 조절 화합물에 대한 지식은 아직 초기 단계에 있습니다.

궁극적으로

발효 식품에서 면역 조절을 유발하는 정확한 분자적 자극은

제품의 전체 성분에 따라 달라질 가능성이 높습니다.

What are the regulatory considerations for fermented foods?

Guidelines that govern food fermentation are covered in international regulations and are mainly concerned with food safety167,168. The use of microbial cultures is also regulated and includes criteria for establishing safety, such as the ‘Generally Recognized As Safe’ designation in the USA or the ‘Qualified Presumption of Safety’ list in Europe. The latter, for example, is a designation assigned by the European Food and Safety Authority to groups of microorganisms that, in general, do not raise safety concerns as components of foods, including fermented foods169. Strains developed by the use of recombinant DNA technology or those that are genetically modified have different regulatory controls. For example, in the USA, genetically modified strains must have a ‘Generally Recognized As Safe’ status, whereas in Europe, such products require Qualified Presumption of Safety status170.

The identification of core microbial components in fermented foods has the potential to lead to new regulations around the labelling of these foods. Regulations could be used to ensure that minimum requirements relating to the involvement of specific microbial taxa in the fermentation process are met. Only a few standards exist, mostly for cultured dairy products. For example, the Codex Alimentarius states that yoghurt should be made using a combination of S. thermophilus and L. delbrueckii subsp. bulgaricus and that kefir is a fermented milk consisting of Lentilactobacillus kefiri and species of the genera Leuconostoc, Lactococcus and Acetobacter, in addition to lactose-fermenting yeasts (Kluyveromyces marxianus) and non-lactose-fermenting yeasts (Saccharomyces unisporus, S. cerevisiae and Saccharomyces exiguus)171. Similar standards could emerge as the microorganisms present in other fermented foods are identified (for example, kombucha and water kefir).

발효 식품에 대한 규제 고려 사항은 무엇인가요?

식품 발효를 규율하는 지침은

국제 규범에 포함되어 있으며

주로 식품 안전성에 초점을 맞추고 있습니다167,168.

미생물 배양체의 사용도 규제되며,

안전성 확립을 위한 기준을 포함합니다.

예를 들어 미국에서는

‘일반적으로 안전하다고 인정된(Generally Recognized As Safe)’ 지정,

유럽에서는 ‘안전성 추정(Qualified Presumption of Safety)’ 목록이 있습니다.

후자의 경우, 예를 들어 유럽 식품 안전청(EFSA)이

발효 식품을 포함한 식품의 구성 성분으로 일반적으로 안전성 우려를 일으키지 않는

미생물 그룹에 부여하는 지정입니다169.

재조합 DNA 기술로 개발된 균주나 유전자 변형 균주는 다른 규제 통제를 받습니다.

예를 들어,

미국에서는 유전자 변형 균주는 ‘일반적으로 안전하다고 인정됨’ 지위를 가져야 하며,

유럽에서는 이러한 제품이 ‘안전성 추정 자격’ 지위를 요구합니다170.

발효 식품의 핵심 미생물 성분을 식별하는 것은 이러한 식품의 표시와 관련된 새로운 규제의 도입으로 이어질 수 있습니다. 규제는 발효 과정에 특정 미생물 분류군의 참여와 관련된 최소 요건을 충족하도록 보장하는 데 사용될 수 있습니다. 현재 존재하는 기준은 주로 발효 유제품에 한정되어 있습니다. 예를 들어, 코덱스 알리멘타리우스(Codex Alimentarius)는 요거트가 S. thermophilus와 L. delbrueckii subsp. bulgaricus의 조합을 사용하여 제조되어야 하며, 케피르는 Lentilactobacillus kefiri와 Leuconostoc, Lactococcus 및 Acetobacter 속의 종, 유당 발효 효모(Kluyveromyces marxianus) 및 유당 비발효 효모(Saccharomyces unisporus, S. cerevisiae 및 Saccharomyces exiguus)로 구성되어야 한다고 명시하고 있습니다.171. 다른 발효 식품에 존재하는 미생물이 식별됨에 따라 유사한 기준이 등장할 수 있습니다(예: 콤부차와 물 케피르).

What is the standing of fermented foods in dietary guidelines?

Fermented foods are widely consumed around the world and have been estimated to account for approximately one-third of the human diet172,173. However, with few exceptions, fermented foods are generally absent as a recommended category in dietary guidelines172,174,175. The only country, to our knowledge, that has a specific guideline is India, which encourages pregnant women to consume fermented foods176. Other countries, including the USA and Canada, mention yoghurt and kefir in the dairy products section136,138, but there is no specific emphasis on fermented foods. Owing to the high levels of live, potentially health-promoting microorganisms in many fermented foods, these foods have been advocated for inclusion in dietary recommendations132,172,174. To advance this field, studies that collect dietary information should also track foods that contain live cultures. Adding granularity to dietary intake data so that fermented foods are not subsumed under other categories will enable researchers to better understand the role of these foods in health.

발효 식품은 식이 지침에서 어떤 위치를 차지하고 있나요?

발효 식품은

전 세계적으로 널리 소비되며,

인간 식단의 약 1/3을 차지하는 것으로 추정됩니다172,173.

그러나

예외를 제외하고는 발효 식품은

식이 지침에서 권장 카테고리로 일반적으로 포함되지 않습니다172,174,175.

우리 지식 범위 내에서 특정 지침을 가진 유일한 국가인 인도는

임신 여성에게 발효 식품 섭취를 권장합니다176.

미국과 캐나다를 포함한 다른 국가들은 유제품 섹션에서 요거트와 케피르를 언급하지만136,138, 발효 식품에 대한 구체적인 강조는 없습니다. 많은 발효 식품에 존재하는 높은 수준의 살아있는 잠재적으로 건강에 유익한 미생물 때문에, 이러한 식품은 식이 권장 사항에 포함되도록 권장되어 왔습니다132,172,174. 이 분야를 발전시키기 위해, 식이 정보를 수집하는 연구는 살아있는 미생물을 함유한 식품을 추적해야 합니다. 식이 섭취 데이터에 세부적인 분류를 추가하여 발효 식품이 다른 카테고리에 포함되지 않도록 하면 연구자들이 이러한 식품의 건강에 대한 역할을 더 잘 이해할 수 있을 것입니다.

Implications for stakeholders

One of the main goals of this panel was to bring scientific clarity to the rapidly growing field of fermented foods and beverages. We anticipate that the outcomes described in this report (Box 2) could affect a range of stakeholders, including consumers, industry, government, and science communicators.

Consumers

Although consumers have become increasingly interested in fermented foods, it is unfortunate that, in our opinion, much information available on fermented foods in popular press magazines, websites and social media is exaggerated or inaccurate. For example, on the many internet and popular magazine lists of the ‘best super foods’, fermented foods are often ranked at the top. Such labels, while perhaps useful for marketing, do not convey accurate information for consumers regarding nutritional or other specific properties of fermented foods. Furthermore, as discussed earlier, fermented foods are frequently considered as probiotic foods, even when live microorganisms are absent in the final product and the health benefits have not been clinically demonstrated. This report clarifies these points for consumers and communicators.

Industry

As noted previously, fermented foods and beverages were among the first processed foods. Bread, beer, wine and fermented dairy, soy and other products continue to represent a considerable portion of the total processed foods industry. This form of processing remains extremely important in many parts of the world, whereby fermented foods can enhance both food security and sustainability177. Food fermentation can also provide new strategies for industry to address contemporary socioeconomic and health challenges involving ageing, malnutrition and obesity178. Manufacturers who produce and market fermented foods can benefit from clear definitions and criteria for what constitutes probiotic fermented foods. In particular, we reaffirm the statement in Hill et al.17 that fermented foods are not equivalent to probiotic foods. Many fermented food products have no evidence that their live microbial component provides health benefits and the precise microbiological content is rarely defined. Without this level of characterization, they should not be labelled as “containing probiotics”. Some manufacturers supplement fermented foods with microorganisms after a heat treatment, perhaps to satisfy consumer interest in adding live microorganisms to their diet. These products, in our view, do not reflect the expected characteristics of fermented foods containing live microorganisms. In general, there is no expectation that fermented foods must contain live microorganisms. The most notable exception is for yoghurt, where, depending on the jurisdiction, specific requirements can exist. Industry is responsible for producing fermented foods following good manufacturing practices and should practice advertising and labelling that is truthful and informative and should be consistent with the criteria stipulated above.

Government

In most jurisdictions, governments provide regulatory oversight of the safety and marketing of fermented foods, including advertising, product labelling and health benefit claims. In Europe, a broad range of fermented foods are made in accordance with so-called Protected Designation of Origin requirements that impose geographical, manufacturing and quality requirements179. Similar arrangements also exist in other countries. Although the Protected Designation of Origin framework is designed to control product claims about geographical origins and production practices and not microbiological properties of foods, per se, these protections can dictate the type or nature of the cultures used in cheese, sausages, bread, vinegar and other fermented foods. Thus, for these products, governments can indirectly influence how fermented products are produced as well as the safety and quality properties. This process is especially relevant as industrialization and high-throughput production practices have been adopted even by traditional small-scale manufacturers180.

Government agencies are also responsible for providing accurate and informative nutritional labelling and for reviewing and approving health benefit claims. However, as already noted, most regulatory agencies have not considered the potential inclusion of fermented foods in dietary guidance programmes beyond their nutritional contribution to health. Nonetheless, as more clinical and epidemiological studies are reported, such efforts could be warranted.

관계자への 시사점

이 패널의 주요 목표 중 하나는 발효 식품 및 음료의 급속히 성장하는 분야에 과학적 명확성을 제공하는 것이었습니다. 본 보고서(상자 2)에 기술된 결과는 소비자, 산업, 정부, 과학 커뮤니케이터 등 다양한 관계자에게 영향을 미칠 것으로 예상됩니다.

소비자

소비자들은 발효 식품에 대한 관심이 점점 증가하고 있지만,

우리 의견으로는 대중 매체 잡지, 웹사이트 및 소셜 미디어에 제공되는

발효 식품 관련 정보의 많은 부분이 과장되거나 부정확합니다.

예를 들어,

인터넷과 대중 잡지의 ‘최고의 슈퍼 식품’ 목록에서

발효 식품은 종종 상위권을 차지합니다.

이러한 라벨은 마케팅에는 유용할 수 있지만,

소비자에게 발효 식품의 영양학적

또는 기타 특정 특성에 대한 정확한 정보를 전달하지 않습니다.

또한 앞서 논의된 바와 같이,

최종 제품에 살아있는 미생물이 없거나

건강 혜택이 임상적으로 입증되지 않았음에도 불구하고

발효 식품이 프로바이오틱스 식품으로 자주 분류됩니다.

이 보고서는

소비자와 소통자에게 이러한 점을 명확히 합니다.

산업

앞서 언급된 바와 같이,

발효 식품과 음료는 가공 식품의 초기 형태 중 하나였습니다.

빵, 맥주, 와인, 발효 유제품, 콩 제품 등은

여전히 전체 가공 식품 산업의 상당 부분을 차지하고 있습니다.

이 가공 방식은

전 세계 많은 지역에서 여전히 매우 중요하며,

발효 식품은 식품 안전성과 지속 가능성을 모두 향상시킬 수 있습니다177.

식품 발효는

노화, 영양 결핍, 비만과 관련된 현대의 사회경제적 및 건강 문제에 대응하기 위한

산업의 새로운 전략을 제공할 수 있습니다178.

발효 식품을 생산 및 판매하는 제조업체는

프로바이오틱스 발효 식품을 정의하는 명확한 기준과 기준을 활용할 수 있습니다.

특히,

우리는 Hill 등17의 진술을 재확인합니다.

발효 식품은

프로바이오틱스 식품과 동일하지 않습니다.

많은 발효 식품 제품은

살아있는 미생물 성분이

건강에 이점을 제공한다는 증거가 없으며,

정확한 미생물학적 구성도 거의 정의되지 않았습니다.

이러한 수준의 특성화가缺如한 경우,

이들은 “프로바이오틱스를 함유한”으로 표시되어서는 안 됩니다.

일부 제조업체는

소비자의 살아있는 미생물을 식단에 추가하려는 관심에 부응하기 위해

열처리 후 발효 식품에 미생물을 보충합니다.

우리 의견으로는 이러한 제품은

살아있는 미생물을 함유한 발효 식품의 기대되는 특성을 반영하지 않습니다.

일반적으로 발효 식품이 살아있는

미생물을 반드시 포함해야 한다는 기대는 없습니다.

유일한 예외는 요거트이며,

관할 지역에 따라 특정 요구사항이 적용될 수 있습니다.

산업계는 좋은 제조 관행을 준수하여 발효 식품을 생산해야 하며,

광고 및 표시가 진실되고 정보 제공적이며 위에서 언급된 기준과 일치하도록 해야 합니다.

정부

대부분의 관할권에서 정부는

발효 식품의 안전성과 마케팅(광고, 제품 표시, 건강 효능 주장 포함)에 대한

규제 감독을 제공합니다.

유럽에서는

지리적, 제조, 품질 요건을 부과하는 이른바 ‘보호된 원산지 표시’ 요건에 따라

다양한 발효 식품이 제조됩니다.179

다른 국가에서도 유사한 제도들이 존재합니다.

보호된 원산지 표시 제도는 식품의 미생물학적 특성 자체를 통제하기보다는

지리적 기원 및 제조 관행에 대한 제품 주장을 통제하기 위해 설계되었지만,

이러한 보호 조치는 치즈, 소시지, 빵, 식초 등 발효 식품에 사용되는

미생물 배양체의 유형이나 성질을 규정할 수 있습니다.

따라서 이러한 제품에 대해 정부는

발효 제품의 생산 방식뿐만 아니라 안전성과 품질 특성에도 간접적으로 영향을 미칠 수 있습니다.

이 과정은 전통적인 소규모 제조업체조차 산업화와 고효율 생산 방식을 채택함에 따라 특히 중요합니다180.

정부 기관은

정확한 영양 표시를 제공하고 건강 혜택 주장을 검토 및 승인하는 책임도 있습니다.

그러나 이미 언급된 바와 같이, 대부분의 규제 기관은

발효 식품을 영양학적 기여를 넘어 식이 지침 프로그램에 포함하는 가능성을 고려하지 않았습니다.

그럼에도 불구하고

임상 및 역학 연구 결과가

더 많이 보고됨에 따라 이러한 노력은 필요할 수 있습니다.

Conclusions

For more than a century, microbiologists have sought to identify and describe the relevant ‘microbial parts’ within fermented foods and beverages. Only in the past two decades have researchers from multiple scientific disciplines, including systems and molecular biology, microbial ecology, and bioinformatics, begun to understand how those parts are assembled to build microbial communities that are ultimately responsible for the attributes associated with fermented foods and beverages. Collectively, this research provides a rational basis for improving both the functional characteristics and nutritional properties of these foods. It could also be feasible to identify and introduce novel microbial species that can augment desirable traits50. Many spontaneously fermented foods serve as a rich reservoir of potentially valuable strains181,182,183. Of particular interest is the possibility of predicting the quality attributes of fermented foods and beverages based on the initial microbial composition of the raw materials. Ultimately, the production of fermented foods and beverages with greater quality control will ensure the delivery of products that provide flavour, texture and health-related attributes.

결론

1세기 이상 동안 미생물학자들은

발효 식품 및 음료 내 관련 '미생물 구성 요소'를 식별하고

설명하기 위해 노력해 왔습니다.

최근 20년 동안 시스템 생물학, 분자 생물학, 미생물 생태학, 생물정보학 등

다양한 과학 분야 연구자들은

이러한 구성 요소가 어떻게 결합되어

발효 식품 및 음료의 특성과 관련된 미생물 군집을 형성하는지 이해하기 시작했습니다.

이 연구는

이러한 식품의 기능적 특성 및 영양적 특성을 개선하기 위한 합리적인 근거를 제공합니다.

또한, 바람직한 특성을 강화할 수 있는

새로운 미생물 종을 식별하고 도입하는 것도 가능할 수 있습니다.

자연 발효 식품은

잠재적으로 가치 있는 균주들의 풍부한 저장고 역할을 합니다181,182,183.

특히 원료의 초기 미생물 구성에 기반해

발효 식품 및 음료의 품질 특성을 예측할 수 있는 가능성에 관심이 집중되고 있습니다.

궁극적으로 품질 관리가 강화된 발효 식품 및 음료의 생산은

맛, 텍스처, 건강 관련 특성을 갖춘 제품을 공급하는 데 기여할 것입니다.

References

1.  
2.  
3.  
4.  
5.  
6.  
7.  
8.  
9.  
10.  
11.  
12.  
13.  
14.  
15.  
16.