발효 biotransformation 최신 논문 통시적 탐구!!

[문형철]

발효와 미생물 생체전환(biotransformation)이

인체 건강에 미치는 유익한 효과를 다룬 고영향력·고인용 논문들을 시대순으로 정리

식품 미생물 발효 과정에서 일어나는 효소적 생체전환

(단백질 → bioactive peptide, polyphenol/flavonoid glycoside → aglycone, isoflavone → equol 등)과

장내 미생물 발효(식이섬유 → SCFA: acetate, propionate, butyrate 생성)으로 인한

건강 효과(장벽 강화, 항염증, 면역 조절, 대사 개선, gut-brain axis 등)를 강조한

기념비적·고인용 리뷰 및 landmark 연구 위주로 13편 이상 선정

2017

Marco ML et al. Health benefits of fermented foods: microbiota and beyond. Current Opinion in Biotechnology 44:94-102. DOI: 10.1016/j.copbio.2016.11.010 (인용 ≈ 2,194)

ISAPP 관련 foundational review. 발효 식품은 단순 probiotics 이상으로, 미생물 성장과 효소적 전환을 통해 기질 변형(substrate transformation)과 bioactive/bioavailable 대사산물을 생성해 영양·기능성을 강화한다고 명확히 제시.

발효 식품은

단순한 보존·풍미 개선을 넘어, 미생물 활동을 통해 원료 식품이 갖지 못했던 영양적·기능적 특성을 획득.

주요 메커니즘은 세 가지로 정리됩니다:

1. 식품 성분의 생물학적 변형 (Transformation of substrates)
2. 새로운 생리활성 물질의 합성 (Formation of bioactive compounds)
3. 생균(프로바이오틱 유사 균주)의 전달 (Delivery of live microorganisms)

1. 식품 성분 변형 (Transformation)

• 유당 분해: 요거트의 L. delbrueckii subsp. bulgaricus와 S. thermophilus가 생산하는 β-galactosidase가 위산에서도 살아남아 유당 불내증 개선 (EFSA 공식 health claim 인정).
• 항영양인자 감소: 피트산(phytic acid) 분해 → 미네랄 흡수율 향상.
• 폴리페놀 활성화: LAB 발효 시 페놀 화합물이 flavonoid, anthocyanidin 등으로 전환되어 Nrf2 경로 활성화 → 항산화·항염증 효과 증대 (강황, 채소류 발효에 특히 유용).
• FODMAPs 감소: 사워도우 빵 등에서 IBS 환자의 내성 개선.

2. 생리활성 물질 합성 (Bioactive compounds)

발효 과정에서 미생물이 새로 만들어내는 물질들:

• 비타민: B2, B12, folate 합성
• 생리활성 펩타이드: ACE 저해 펩타이드 → 혈압 강하 효과
• GABA, exopolysaccharides: 신경 안정, 항산화, 장벽 보호, prebiotic 효과
• Lactate: 장 상피세포에서 pro-inflammatory cytokine 및 ROS 감소
• CLA (공액리놀레산): 유산균의 linoleate isomerase에 의해 생성 → 항비만·항염증 잠재력

3. 생균 전달 및 장내 미생물총 조절 (Microbiota & Probiotic-like effects)

• 대부분의 전통 발효 식품은 10⁶~10⁹ CFU/g 수준의 생균을 함유.
• 이 균주들은 위·장 통과 후 장내 미생물 다양성을 증가시키고, 일부는 프로바이오틱 균주와 유전적으로 유사 (Lactobacillus plantarum, L. casei 등).
• 면역 조절: 장 상피·면역세포 상호작용을 통해 전신 염증 완화 (전임상에서 대장염 모델 보호 효과 확인).
• 서구식 가공식품 중심 식단에서 부족한 미생물 노출을 보완하는 역할 (위생 가설 관련).

인간 연구 증거 (Table 2 요약)

관찰 연구 (대규모 코호트):

• 요거트 1인분/일 → 제2형 당뇨병 위험 ↓ (HR 0.83)
• 발효 유제품 → 심혈관 질환 사망률 ↓ (HR ~0.7)
• 체중 유지 및 대사 건강 개선 연관성 일관되게 관찰

RCT (무작위 대조 시험):

• 김치: 인슐린 저항성 개선
• 발효 콩(청국장 등): 체성분 개선, 콜레스테롤 저하 (13~24%)
• 케피어: 고관절 골밀도 증가
• 발효유: 운동 후 근육통 감소, 감염 예방 효과

2019

Şanlier N et al. Health benefits of fermented foods. Critical Reviews in Food Science and Nutrition 59(3):506-527. (인용 ≈ 1,086)

LAB 중심 발효로 생성되는 bioactive peptides, CLA, exopolysaccharides(EPS), bacteriocins, sphingolipids 등의 건강 효과(항산화·항염증·항당뇨·항동맥경화 등)를 종합.

발효 식품은

미생물의 대사 활동을 통해 원료에서 생성되는 다양한 생리활성 물질 때문에

항산화, 항균, 항진균, 항염증, 항당뇨, 항동맥경화 등 다양한 건강 증진 효과를 나타냅니다.

단순한 영양 공급원을 넘어

기능성 식품으로서의 가치를 강조하는 종설 논문입니다.

주요 건강 혜택

건강 효과주요 메커니즘 및 관련 물질대표 예시

항산화	폴리페놀 전환, bioactive peptide, 유기산	대부분의 발효 채소·유제품
항균·항진균	Bacteriocin, organic acid (lactic, acetic acid), H₂O₂	김치, 요거트, 콤부차
항염증	Bioactive peptide, exopolysaccharide (EPS), lactate	김치, 발효유
항당뇨	α-glucosidase 저해, 인슐린 민감도 개선, GABA	청국장, 김치, 케피어
항동맥경화·심혈관	ACE 저해 peptide, CLA, 콜레스테롤 저하	발효 대두, 요거트
기타	혈압 강하, 면역 조절, 장 건강, 항암 잠재력	전통 발효 식품 전반

주요 메커니즘 (발효 과정에서 일어나는 변화)

1. 단백질 분해 → Bioactive Peptides 생성 미생물이 단백질을 분해하면서 생성되는 펩타이드가 ACE 저해, 항산화, 항균, opioid antagonist, 항알레르기 효과를 나타냄.
2. 지방산 변형
   • Conjugated Linoleic Acid (CLA) 생성 → 항비만, 항염증, 항암 효과
   • Sphingolipids → 항암·항균 효과
3. 탄수화물 대사 산물
   • Exopolysaccharides (EPS): prebiotic 효과, 장벽 보호, 면역 조절
   • 유기산 (lactic acid, acetic acid): pH 저하 → 병원균 억제, 항염증
4. 영양소 생체이용률 향상
   • 비타민 B군, K, folate 합성 증가
   • 항영양인자 (phytic acid, tannins) 분해 → 미네랄 흡수율 ↑
5. 프로바이오틱·포스트바이오틱 효과 생균 자체 + 발효 대사산물(postbiotics)이 장내 미생물총 조절 및 전신 건강에 기여.

논문의 전체적 결론

발효는 단순한 보존 기술이 아니라 식품의 기능성을 극대화하는 생물학적 과정이다. 특히 전통 발효 식품(김치, 요거트, 케피어, 발효 대두, 콤부차 등)은 현대 만성질환(당뇨, 심혈관질환, 염증성 장질환, 비만 등) 예방 및 관리에 유용한 식이 전략이 될 수 있다.

Melini F et al. Health-Promoting Components in Fermented Foods: An Up-to-Date Systematic Review. Foods (PMC6567126). (인용 ≈ 513)

발효 식품의 건강 증진 성분을 체계적으로 정리.

발효는 거의 모든 식품군에서 항산화 활성을 유의하게 증가시킨다.

• 우유 및 유제품
• 곡류 (cereal)
• 과일 및 채소 (fruit and vegetables)
• 육류 및 어류 (meat and fish)

발효 조건(균주, 온도, 시간, 원료)에 따라 항산화 물질의 종류와 양이 달라지지만, 전반적으로 항산화 활성 ↑라는 일관된 경향을 보입니다.

주요 건강 증진 성분 (발효로 생성·강화되는 성분)

성분 카테고리주요 예시 및 효과비고

항산화 성분	폴리페놀 유도체, 플라보노이드, 페놀산, 유기산, 펩타이드	가장 많이 연구된 부분
Bioactive Peptides	ACE 저해 펩타이드 (항고혈압), 항산화·항염증 펩타이드	유제품, 대두 발효에서 두드러짐
항당뇨 관련 성분	α-glucosidase 저해 물질, GABA, 특정 유기산	인슐린 민감도 개선 기여
FODMAP 저감 성분	발효 과정에서 FODMAPs 분해	IBS 환자에게 유용
비타민 및 기타	B군 비타민 (folate, B12 등) 합성 증가	곡류·채소 발효에서 중요

식품 매트릭스별 주요 효과

• 유제품 (Milks): 발효 후 항산화 활성 뚜렷하게 증가. Yogurt, kefir 등에서 bioactive peptide와 유기산이 주요 기여.
• 곡류 (Cereals): 페놀 화합물의 생체이용률 향상, 항산화 활성 증가. 사워도우 발효가 대표적.
• 과일·채소: 폴리페놀 프로파일 변화 (glycoside → aglycone 전환 등)로 항산화·항염증 효과 강화. 김치, 사우어크라우트 등.
• 육류·어류: 발효 소시지, 발효 생선 등에서 항산화 펩타이드와 유기산 생성으로 산화 안정성 향상.

결론 및 시사점

이 논문은 “발효 = 항산화 성분 공장”이라는 관점을 체계적 문헌 고찰을 통해 뒷받침합니다. 발효 과정에서 생성되는 성분들은 단순한 영양 강화가 아니라, 산화 스트레스 감소 → 만성 염증 완화 → 대사 질환 예방으로 이어지는 경로를 가집니다.

한계: 대부분 in vitro 및 동물 연구이며, 인간 대상 임상 연구는 상대적으로 적다고 지적합니다. 그러나 기존 증거만으로도 발효 식품의 기능적 가치는 충분히 인정할 수 있다고 결론짓습니다

2020

Silva YP et al. The Role of Short-Chain Fatty Acids From Gut Microbiota in Health and Disease. Frontiers in Endocrinology 11:25. DOI: 10.3389/fendo.2020.00025 (인용 ≈ 3,517)

가장 많이 인용된 SCFA 리뷰 중 하나. 장내 미생물 발효(biotransformation)로 생성된 SCFA의 장벽 유지, 점액 생산, 면역 조절, 대사·신경염증 조절, gut-brain axis 효과를 광범위하게 다룸.

장내 미생물이 식이섬유와 저항성 전분을 발효하여 생성하는 Short-Chain Fatty Acids (SCFAs: acetate, propionate, butyrate)가 장-뇌 축(Gut-Brain Axis)을 통해 중추신경계 기능, 신경염증, 행동, 그리고 다양한 신경·정신 질환에 직접적인 영향을 미친다는 것을 체계적으로 정리한 리뷰 논문입니다.

발효 식품(이전 논문들) → 장내 미생물 조절 → SCFA 생성 증가 → 수용체 신호전달 및 후성유전적 조절로 이어지는 메커니즘의 핵심 고리입니다.

주요 내용

1. SCFA 생성

• 주로 결장에서 혐기성 발효로 생성 (하루 500–600 mmol)
• 비율: Acetate : Propionate : Butyrate ≈ 60 : 20 : 20
• 주요 기질: 식이섬유, 저항성 전분
• 일부는 아미노산 대사에서도 생성되지만, 섬유 발효가 압도적으로 주요 경로

2. 주요 수용체 (가장 잘 연구된 부분)

수용체이전 이름주요 발현 부위주요 효과

FFAR2	GPR43	장 상피, 면역세포, 미세아교세포	GLP-1/PYY 분비 촉진, 미세아교세포 성숙, 항염증
FFAR3	GPR41	장 상피, 신경계	에너지 항상성, 식욕 조절, 호르몬 분비
HCAR2	GPR109a	대식세포, 장 상피	항염증, Treg 유도, 장벽 강화

3. 장-뇌 소통 메커니즘 (주요 경로)

직접 경로

• SCFA가 장 상피에서 흡수 → 문맥 → 전신 순환 → 혈액뇌장벽(BBB) 통과 (MCT 수송체 이용)
• BBB 투과 후 뇌 내에서:
  • HDAC 억제 → 후성유전적 조절 (히스톤 아세틸화 증가)
  • 신경염증 억제 (미세아교세포 활성화 ↓, IL-1β/IL-6/TNF-α ↓)
  • BDNF, NGF 등 신경영양인자 증가
  • 해마 신경발생 촉진
  • 세로토닌·도파민 합성 조절

간접 경로

• 장내분비세포 자극 → GLP-1, PYY, 세로토닌 분비 → 미주신경 경유 뇌 신호 전달
• 장 투과성 조절 및 전신 염증 감소 (Treg 유도)
• 미주신경 직접 활성화

질환별 시사점 (논문에서 강조된 부분)

• 자폐 스펙트럼 장애 (ASD): Propionate 과다 또는 butyrate 부족이 미세아교세포 활성화와 ASD-like 행동 유발. Butyrate 보충이 사회성·반복행동 개선.
• 우울증·기분장애: SCFA 감소가 우울 행동과 연관. Butyrate가 HDAC 억제를 통해 항우울·항조증 효과.
• 알츠하이머병: SCFA 감소와 아밀로이드 축적, 시냅스 기능 저하 연관. Butyrate가 기억 회복 및 신경염증 감소.
• 파킨슨병: SCFA 생성균 감소 → 운동장애 악화. Butyrate 보충이 도파민 결핍 개선 가능성.
• 다발성 경화증 (MS): Butyrate가 Treg 분화 촉진 및 탈수초화 억제.
• 대사질환: FFAR2/FFAR3를 통한 인슐린 분비 조절, 식욕 억제, 에너지 항상성 유지.

결론 (논문의 핵심 제언)

SCFAs는 단순한 대사 산물이 아니라 신경-면역-내분비 조절자로서 장-뇌 축의 핵심 매개체입니다. 미래 CNS 질환 치료에서 장내 미생물-SCFA 축을 타깃으로 하는 전략(식이섬유 증가, 프로바이오틱스, 포스트바이오틱스, SCFA 자체 보충 등)이 유망하다고 강조합니다

Blaak EE et al. Short chain fatty acids in human gut and metabolic health. Beneficial Microbes 11(5):411-455. DOI: 10.3920/BM2020.0057 (인용 ≈ 1,206)

SCFA의 장 건강·대사 건강(인슐린 민감성, 에너지 대사, 염증)에서의 역할을 심도 있게 분석.

2021

Marco ML et al. (ISAPP consensus). The International Scientific Association for Probiotics and Prebiotics (ISAPP) consensus statement on fermented foods. Nature Reviews Gastroenterology & Hepatology 18:196-208. DOI: 10.1038/s41575-020-00390-5 (인용 ≈ 1,036)

발효 식품 공식 정의(“desired microbial growth and enzymatic conversions of food components”)와 건강 잠재력에 대한 국제 전문가 합의.

Wastyk HC et al. Gut-microbiota-targeted diets modulate human immune status. Cell (2021). DOI: 10.1016/j.cell.2021.06.019 (인용 ≈ 1,573)

Landmark 인간 임상 연구. 10주간 발효 식품 다량 섭취 시 장내 미생물 alpha diversity 증가 + 혈중 염증 마커 감소 확인. 섬유질 식이와 대비되는 뚜렷한 효과.

Nogal A et al. The role of short-chain fatty acids in the interplay between gut microbiota and diet in cardio-metabolic health. Gut Microbes (인용 ≈ 1,012)

SCFA와 심혈관·대사 질환의 연관성을 diet-microbiota 관점에서 분석.

2022

Leeuwendaal NK et al. Fermented Foods, Health and the Gut Microbiome. Nutrients 14(7):1527. (인용 ≈ 561)

발효 식품이 장내 미생물에 미치는 단기·장기 영향과 건강 효과를 종합.

Xiong RG et al. Health Benefits and Side Effects of Short-Chain Fatty Acids. Frontiers in Nutrition (PMC9498509). (인용 ≈ 488)

SCFA의 다양한 건강 이점과 안전성 측면 정리.

2024

Facchin S et al. Short-Chain Fatty Acids and Human Health: From Metabolic Pathways to Current Therapeutic Implications. Life 14(5):559. (인용 ≈ 356)

SCFA의 대사 경로부터 치료적 적용(위장관·대사 질환)까지 포괄적 리뷰.

Valentino V et al. Fermented foods, their microbiome and its potential in boosting human health. Microbial Biotechnology 17(2):e14428. (인용 ≈ 135)

전통 발효 식품의 미생물군과 영양·건강 증진 잠재력.

추가 참고 (최근 고영향 리뷰)

• 2025년경 Sawant SS et al. Microbial Fermentation in Food: Impact on Functional Properties... (MDPI, 사용자 첨부 이미지와 유사한 주제)
• Castellone V et al. (2021) Health Benefits of LAB-Fermented Foods (LAB 발효 식품의 bioactive metabolite 중심)

요약 및 탐구 포인트

이 논문들은 공통적으로 미생물 발효 = 효소적 생체전환 과정임을 강조합니다:

• 식품 내: β-glucosidase 등으로 polyphenol glycoside → aglycone (흡수율↑, 항산화↑), 단백질 가수분해 → bioactive peptide (항고혈압, 항산화, 면역 조절), GABA·비타민·EPS 생성.
• 장내: 난소화 탄수화물 발효 → SCFA (GPR41/43 수용체 활성화, HDAC 억제, colonocyte 에너지원, Treg 유도, 염증 억제).
• 임상적 의미: microbiome diversity ↑, systemic inflammation ↓ (Wastyk/Cell), 대사·면역·신경 건강 지원 → 암 지지요법, 만성염증성 질환, 대사증후군 등 integrative approach에 유용.

2000년대 이후,

한약재(한의학/중의학 herbal medicine) 2차 대사산물의 생체전환(biotransformation)과

발효(fermentation)가 인체 건강에 미치는 유익한 효과(기전·결과)에 대한 고영향력·고인용 논문 10개를 시대순으로 정리.

선정 기준: PubMed/ScienceDirect 등에서 확인된 고인용 리뷰·연구 (Cited by 수 기준, 2026년 기준), ginsenoside 등 주요 2차 대사산물(사포닌, 페놀, 플라보노이드 등)의 미생물 발효·효소 전환, bioavailability 향상, 항산화·항염·면역·대사 개선 기전 중심.

주로 Lactobacillus, Aspergillus, Bacillus 등 probiotic/microbe 사용.

1. 2016

Hussain et al. (2016). Food Research International. "Fermentation, a feasible strategy for enhancing bioactivity of herbal medicines." (Cited by ~271). 발효가 isoflavones, saponins, phenols 등을 biotransformation해 antioxidant, anti-inflammatory, anti-obesity 효과 강화. 기전: 미생물 효소 분해 + 새로운 bioactive metabolite 생성. 인체 건강(염증·대사질환) 적용.

이 논문은

발효(fermentation)가

한의학·생약(herbal medicines)의 생물학적 활성(bioactivity)을 높이는 효과적인 전략이라고 강조.

발효는

전통적으로 사용되어 온 기술로, 현대 과학적으로도

그 가치가 재조명되고 있습니다.

핵심 메커니즘

• 분해(decomposition): 발효 미생물(박테리아, 곰팡이 등)이 생약의 복잡한 화합물을 분해하여 더 작고 흡수하기 쉬운 형태로 만듭니다.
• 생성물 증가: 폴리페놀, 이소플라본, 사포닌 등 생리활성 물질의 함량과 효능이 크게 증가합니다.
• 독성 감소: 일부 부작용을 일으키는 성분을 줄여 안전성을 높입니다.
• 새로운 활성 물질 생성: 화학 합성이나 일반 추출로는 만들기 어려운 새로운 유용한 화합물을 생산합니다.

효과

• 식물, 채소, 허브의 생물학적 특성(항산화, 항염증, 면역 조절 등) 개선.
• 한약재의 치료 효능 강화와 생체 이용률(bioavailability) 향상.
• 전통 한의학의 효능을 과학적으로 입증하고, 현대 기능성 식품·의약 개발에 활용 가능성을 제시.

2. 2018~2020 (기전 심화)

• Filannino et al. (2018). Current Opinion in Biotechnology. Lactic acid bacteria (LAB) fermentation of plant foods. Plant secondary metabolites (phenolics 등) biotransformation으로 anti-nutritional factors ↓, bioactive ↑. Gut health·immunomodulation 기전.

이 논문은

유산균(Lactic Acid Bacteria, LAB)이 식물성 식품(채소, 과일, 허브 등)을 발효할 때 일어나는

복잡한 대사 경로(metabolic pathways)를 체계적으로 분석합니다.

식물 발효를 “미로(labyrinth)”로 비유하며,

LAB가 어떻게 이 미로를 성공적으로 빠져나와 건강 증진 기능성 식품을 만드는지 설명합니다.

핵심 포인트

• LAB의 역할: 식물 고유 미생물 중 소수이지만, 건강 증진 특성을 가장 크게 변화시키는 핵심 미생물입니다.
• 대사 미로(Metabolic Labyrinth):
  • 식물에는 다양한 화학 성분(탄수화물, 단백질, 페놀 화합물, 항영양인자 등)이 존재합니다.
  • LAB는 이들을 분해·전환하는 다양한 효소 경로를 통해 바이오전환(bioconversion)을 수행합니다.
  • 특히 페놀 화합물(phenolics) 같은 2차 대사산물의 변환이 중요합니다.
• 적응 능력: LAB의 성장과 생존은 식물 환경에 대한 강한 적응력에 달려 있으며, 종/균주별로 특이적인 효소 포트폴리오를 가집니다.
• 오믹스(Omics) 접근: 유전체·전사체·대사체 등 다중 오믹스 연구를 통해 LAB의 식물 적응 특성을 밝혀냈습니다.

발효를 통해 얻는 효과

• 항영양인자 감소: 옥살산, 피트산, 탄닌 등 흡수 방해 물질 감소.
• 생리활성 물질 증가: 생체 이용률 높은 페놀류, 항산화물, 비타민, 유기산 등 생성.
• 기능성 향상: 항산화, 항염증, 면역 조절 등 건강 증진 효과 강화.
• 맛·기능 최적화: 특정 원료에 맞춘 발효 전략 설계 가능.

• Li et al. (2020). The American Journal of Chinese Medicine (Cited by ~202). "The Application of Fermentation Technology in Traditional Chinese Medicine: A Review." 전통·현대 발효 기술 총정리. Toxicity reduction, efficacy enhancement (e.g., ginsenosides to rare forms), solid/liquid fermentation. 건강 효과: 소화·면역·항산화.

이 리뷰 논문은

전통 중국의학(TCM, 한의학)에서 발효 기술이 가지는 중요성과 응용을 체계적으로 정리한 연구.

발효는

한의학에서 오랜 역사를 가진 중요한 약재 가공 기술(processing technology)로,

약초를 적절한 온도, 습도, 시간 조건에서 발효시켜 약효를 강화하는 방법입니다.

핵심 포인트

• 전통 발효 기술:
  • 신곡(神曲), 육신곡(六神曲) 등 전통 발효 한약 제품 소개.
  • 자연 미생물(곰팡이, 효모, 세균 등)을 이용한 고전적 발효 과정.
• 현대 발효 기술:
  • 순수 배양, 고체/액체 발효, 미생물 선별 등 과학적·산업적 발효 방법.
  • 특정 미생물(유산균, Aspergillus, Monascus 등)을 활용한 제어 발효.
• 발효의 효과:
  • 효능 강화: 생리활성 성분(사포닌, 플라보노이드, 알칼로이드 등)의 함량 증가와 생체 이용률 향상.
  • 독성 감소: 유해 성분 분해·해독(detoxification).
  • 새로운 성분 생성: 미생물 대사로 인해 기존에 없던 유용한 화합물 생성.
  • 흡수·맛 개선: 소화 촉진, 쓴맛 감소 등.

3. 2023~2024 (최신 고인용, probiotic 중심)

• Zhang et al. (2023). iMeta (Cited by ~100). "Research advances in probiotic fermentation of Chinese herbal medicine." Probiotic (Lactobacillus 등) 발효로 CHM bioactive (ginsenosides → Compound K, Rg3 등) 변환. Bioavailability ↑, toxicity ↓, anti-inflammatory·antioxidant 강화. 임상 적용 예시 포함.

이 리뷰 논문은

프로바이오틱스(유익균)를 이용한 중국 한약재(CHM, Chinese Herbal Medicine) 발효 연구의 최신 진전을 종합적으로 정리.

프로바이오틱스 발효를 통해

한약재의 생물학적 활성, 안전성, 기능성을 크게 향상시킬 수 있다는 점을 강조하며,

기술적·과학적 발전 방향을 제시합니다.

핵심 포인트

• 프로바이오틱스 발효의 장점:
  • 생리활성 성분(사포닌, 플라보노이드, 폴리페놀 등)의 함량 증가와 생체 이용률(bioavailability) 향상.
  • 독성 성분 분해로 안전성 제고.
  • 장내 미생물총 조절, 항산화·항염증·면역 조절 등 건강 증진 효과 강화.
  • 새로운 대사산물 생성으로 기존 추출법의 한계를 극복.
• 발효 기술:
  • 액체 발효, 고체 발효, 양방향 발효(bidirectional fermentation) 등 다양한 방법.
  • 프로바이오틱스 균주(유산균, 비피더스균, Bacillus 등) 선별 및 최적화.
  • 발효 조건(온도, 시간, 습도, 기질) 제어 기술 발전.
• 주요 프로바이오틱스 균주:
  • Lactobacillus, Bifidobacterium, Saccharomyces 등 한약재에 잘 적응하는 균주 중심으로 다룸.

이 리뷰 논문은 식물 유래 2차 대사산물(Secondary Metabolites, SMs)의 생물학적·농업적·약학적 특성을 포괄적으로 정리한 연구입니다. 식물은 스트레스 환경(병충해, 자외선, 가뭄 등)에서 생존하기 위해 다양한 SMs(알칼로이드, 테르페노이드, 페놀 화합물, 플라보노이드 등)를 생산하며, 이들이 가지는 다각적 가치를 강조합니다.

핵심 포인트

• 생물학적 특성(Biological Properties):
  • 강력한 항산화, 항염증, 항균, 항바이러스, 항암 효과.
  • 인간 건강 증진(면역 조절, 항노화 등)과 관련된 약리학적 활성.
• 농업적 응용(Agricultural Properties):
  • 천연 살균·살충제로 식물 병해충 방제.
  • 식물 방어 시스템 강화(유도 저항성).
  • 향료, 식품 첨가물로 사용.
• 약학적 특성(Pharmaceutical Properties):
  • 신약 개발 소재로서의 잠재력.
  • 생체 이용률 향상, 독성 저감 전략.
• 생합성 및 분류: SMs의 생합성 경로, 화학적 분류, 생화학적 특징을 체계적으로 설명.

4. 2024~2025 (최근 메커니즘·응용)

• Luo et al. (2024). Fermentation (또는 PMC). "Fermentation: improvement of pharmacological effects..." Anti-tumor, hypolipidemic, antioxidant, gut flora regulation. Toxicity ↓, new active ingredients 생성 기전. Ginseng 등 예시.

이 리뷰 논문은 식물성 약물(botanical drugs, 생약)에 대한 발효 기술의 적용을 중점적으로 다루며, 발효가 약효를 어떻게 강화하고, 독성을 줄이며, 새로운 활성 성분을 생성하는지 체계적으로 정리합니다. 발효를 중요한 가공 기법(concoction technique)으로 보고, 미생물 과정을 통해 생약의 활성 성분을 변환·증강시키는 메커니즘을 강조합니다.

핵심 포인트

• 발효의 약리학적 개선 효과:
  • 지질 저하(hypolipidemic): 고지혈증, 비만 개선 (예: 발효 인삼, 발효 녹차 등).
  • 항당뇨(anti-diabetic): 혈당 조절, 인슐린 민감성 향상 (예: 발효 구기자, 발효 황기).
  • 항산화·항염증: ROS 감소, NF-κB 등 염증 경로 억제.
  • 항종양(anti-tumor), 항균(antimicrobial), 면역 조절, 장내 미생물총 조절.
  • 화장품(cosmetology) 분야 적용.
• 발효의 장점:
  • 활성 성분(사포닌, 플라보노이드, 폴리페놀 등) 함량 증가와 생체 이용률 향상.
  • 독성 성분 분해 → 부작용 감소.
  • 새로운 활성 대사산물 생성.
  • 약효 강화와 용량 감소.
• 사용되는 주요 균주:
  • Lactobacillus plantarum, Lactobacillus acidophilus, Monascus spp. (홍국균), Bifidobacterium 등 프로바이오틱스와 전통 발효균.
• 영향 요인: 발효 조건(온도, 습도, 시간), 균주 선택, 기질(생약 종류).

Fan et al. (2024). Scientific Reports (Cited by ~10+). Non-targeted metabolomics of fermented TCM. Metabolite 변화 분석으로 antioxidant·anti-inflammatory 효과 확인.

이 연구는 반기(BanQi) — 판람근(Radix Isatidis, Banlangen)과 황기(Astragalus membranaceus)의 복합 추출물 — 을 Bacillus subtilis (프로바이오틱스)로 발효한 후, 비표적 대사체학(non-targeted metabolomics)을 통해 성분 변화를 분석하고, 이유양(weaned lambs)에게 급여하여 성장 성능, 혈청 생화학, 장내 미생물총에 미치는 영향을 조사한 실험 연구입니다.

핵심 결과

• 발효 전·후 대사체 변화 (Metabolomics):
  • 발효 후(FBQ) 자유 아미노산 (phenylalanine, isoleucine 등), 단백질 유래 소펩타이드 (Val–Leu–Pro–Val–Pro–Gln, Gly–Leu 등), 활성 성분 (vindesine, reserpine 등)이 유의하게 증가.
  • 총 998개 대사체 식별, FBQ에서 152개 이상의 대사체가 유의하게 증가 (주로 lipids, phenylpropanoids, organic acids 등).
  • 발효가 대분자 물질을 소분자(아미노산, 펩타이드)로 분해하여 생체 이용률을 높임.
• 이유양 급여 효과:
  • 성장 성능: FBQ 급여군에서 최종 체중과 일당증체량(ADG)이 유의하게 증가.
  • 혈청 지표: 총 단백질 증가, AST(아스파르트산 아미노전이효소)와 요소(urea) 감소 → 간·신장 기능 개선.
  • 장 조직: 공장(jejunum)과 회장(ileum)의 장융모(villus) 길이 증가 → 영양 흡수 능력 향상.
  • 장내 미생물: 미생물 다양성(alpha diversity) 증가, Mogibacterium, Butyrivibrio 등 유익균 증식