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식이 섬유

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섬유질이 풍부한 식품: 과일, 채소 및 곡류
밀 속겨(밀기울)는 식이 섬유 함량이 높다.

식이 섬유(食餌纖維, 영어: dietary fiber 또는 roughage) 또는 식이 섬유소는 인간의 소화 효소에 의해 완전히 분해될 수 없는 식물 유래 음식 성분을 말한다.[1][2] 식이 섬유는 화학적 조성이 다양하며, 일반적으로 체내에서 섬유질이 처리되는 방식에 영향을 미치는 용해도, 점성도 및 발효성에 따라 분류할 수 있다.[1] 식이 섬유는 크게 두 가지 하위 유형인 수용성 섬유질과 불용성 섬유질로 나뉘며, 협과(콩류), 통곡물, 곡류, 채소, 과일, 견과, 씨와 같은 식물성 식품의 구성 성분이다.[1][3] 규칙적인 섬유질 섭취가 많은 식단은 일반적으로 건강 증진 및 여러 질병의 위험 감소와 관련이 있다.[1][4] 식이 섬유는 비녹말 다당류와 셀룰로스, 저항성 녹말, 저항성 덱스트린, 이눌린, 리그닌, 키틴, 펙틴, 베타글루칸, 소당류 등의 기타 식물 성분으로 구성된다.[2][1][3]

식이 섬유의 식품 공급원은 전통적으로 수용성 섬유질을 제공하는지 불용성 섬유질을 제공하는지에 따라 나뉘어 왔다. 식물성 식품은 점성도와 발효성이라는 섬유질 특성에 따라 두 가지 유형의 섬유질을 다양한 양으로 함유하고 있다.[2][5] 섬유질 섭취의 장점은 섭취하는 유형에 따라 달라진다.[6] 셀룰로스 및 헤미셀룰로스(차전자 포함)와 같은 팽창성 섬유질은 물을 흡수하고 보유하여 규칙적인 배변을 촉진한다.[7] 베타글루칸 및 차전자와 같은 점성 섬유질은 대변 덩어리를 걸쭉하게 만든다.[7] 저항성 녹말, 잔탄검, 이눌린과 같은 발효성 섬유질은 큰창자의 박테리아와 장내미생물군의 먹이가 되며, 물질대사를 통해 위장 건강에 다양한 역할을 하는 짧은 사슬 지방산으로 산출된다.[8][9][10]

수용성 섬유질(발효성 섬유질 또는 프리바이오틱 섬유질)은 물에 녹으며, 일반적으로 주름창자(결장)에서 가스와 장내 박테리아에 의해 생성되는 짧은 사슬 지방산과 같은 생리학적으로 활성인 부산물로 발효된다. 예로는 베타글루칸(귀리, 보리, 버섯에 함유)과 생 구아검이 있다. 차전자(수용성, 점성 및 비발효성 섬유질)는 소화계를 통과할 때 물을 유지하여 배변을 용이하게 하는 팽창성 섬유질이다. 수용성 섬유질은 일반적으로 점성이 있으며 위의 내용물 배출을 지연시켜 인간에게 포만감을 연장시키는 결과를 가져올 수 있다.[1] 이눌린(치커리 뿌리에 함유), 밀 덱스트린, 소당류 및 저항성 녹말[11](콩류 및 바나나에 함유)은 수용성 비점성 섬유질이다.[1] 귀리나 보리의 베타글루칸과 같은 수용성 섬유질을 규칙적으로 섭취하면 혈중 LDL 콜레스테롤 수치를 낮추는 것으로 확인되었다.[1][4][12] 수용성 섬유질 보충제 또한 LDL 콜레스테롤을 유의미하게 낮춘다.[13][14][15]

불용성 섬유질은 물에 녹지 않으며 상부 위창자길의 소화 효소에 대해 반응하지 않는다. 예로는 밀 속겨, 셀룰로스, 리그닌이 있다. 거칠게 갈린 불용성 섬유질은 큰창자에서 점액 분비를 촉진하여 부피를 제공한다. 그러나 잘게 갈린 불용성 섬유질은 이러한 효과가 없으며 오히려 변비를 유발할 수 있다.[1] 저항성 녹말과 같은 일부 형태의 불용성 섬유질은 주름창자에서 발효될 수 있다.[16]

정의

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식이 섬유는 인간의 소화 효소에 의해 분해되지 않는 식물 성분으로 정의된다.[2] 20세기 후반에는 리그닌과 일부 다당류만이 이 정의를 충족하는 것으로 알려졌으나, 21세기 초에는 저항성 녹말과 소당류가 식이 섬유 성분에 포함되었다.[2][17] 가장 널리 받아들여지는 식이 섬유의 정의는 "인간 위창자길의 내인성 분비물에 의해 소화되지 않는 모든 다당류 및 리그닌"이다.[18] 현재 대부분의 동물 영양학자들은 "포유류 효소에 의한 분해에 저항하는 식이 성분"이라는 생리학적 정의나 "비녹말 다당류(NSP)와 리그닌의 합"이라는 화학적 정의 중 하나를 사용하고 있다.[18]

유형 및 공급원

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수불용성 식이 섬유
영양소 식품 첨가물 공급원/비고
β-글루칸 (일부는 수용성임)
   셀룰로스E 460곡류, 과일, 채소 (일반적으로 모든 식물)
   키틴—버섯, 곤충 및 갑각류의 외골격
헤미셀룰로스곡류, 속겨(기울), 목재, 콩류
   육탄당—밀, 보리
   오탄당—호밀, 귀리
리그닌—과일의 씨, 채소(풋강낭콩의 섬유), 곡류
잔탄검E 415당 기질로부터 잔토모나스(Xanthomonas) 박테리아를 이용해 생산
저항성 녹말씨앗이나 껍질에 의해 보호되는 녹말(RS1형), 과립형 녹말(RS2형) 또는 노화된 녹말(RS3형)일 수 있음[16]
   저항성 녹말—고아밀로스 옥수수, 보리, 고아밀로스 밀, 콩류, 생바나나, 조리 후 냉각된 파스타 및 감자[16]
수용성 식이 섬유
영양소 식품 첨가물 공급원/비고
아라비노자일란 (헤미셀룰로스의 일종)—차전자[19]
프럭탄일부 식물 분류군에서 저장 탄수화물로서 녹말을 대체하거나 보완함
   이눌린—뚱딴지, 치커리 등 다양한 식물에 함유
폴리우로니드
   펙틴E 440과일 껍질(주로 사과, 마르멜루), 채소
   알긴산 (알긴산염)E 400–E 407조류에 함유
      알긴산 나트륨E 401
      알긴산 칼륨E 402
      알긴산 암모늄E 403
      알긴산 칼슘E 404
      프로필렌 글리콜 알긴산염 (PGA)E 405
      우무E 406
      카라기난E 407홍조류
라피노스—콩류
폴리덱스트로스E 1200합성 중합체, 약 1 kcal/g

식품 함량

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섬유질이 풍부한 음식을 먹는 아이들

식이 섬유는 과일, 채소 및 통곡물에서 발견된다. 일반적인 식품에 함유된 섬유질의 양은 다음 표에 나열되어 있다.[20]

일반적인 식품의 섬유질 함량
식품군평균 1회 제공량1회 제공량당 섬유질 질량
과일120 mL (0.5 컵)[21][22]1.1 g
진한 녹색 채소120 mL (0.5 컵)6.4 g
주황색 채소120 mL (0.5 컵)2.1 g
익힌 말린 콩 (콩류)120 mL (0.5 컵)8.0 g
녹말질 채소120 mL (0.5 컵)1.7 g
기타 채소120 mL (0.5 컵)1.1 g
통곡물28 g (1 oz)2.4 g
육류28 g (1 oz)0.1 g

식이 섬유는 식물에서 발견되며 대개 통째로, 생으로 또는 익혀서 섭취되지만, 식이 보충제와 섬유질이 풍부한 가공 식품을 만들기 위해 섬유질을 추가할 수도 있다. 곡물 속겨 제품은 가공 옥수수 속겨(100g당 79g) 및 가공 밀 속겨(100g당 43g)와 같이 섬유질 함량이 가장 높으며, 이들은 제조 식품의 원료로 사용된다.[20] 메이오 클리닉과 같은 의료 기관에서는 채소와 콩류 섭취가 적고 가공 식품 및 인공 감미료가 많이 들어간 서구식 식사에서 섬유질 섭취가 낮기 때문에 섬유질이 풍부한 제품을 식단에 추가할 것을 권장한다.[23][24]

식물 공급원

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일부 식물은 상당한 양의 수용성 및 불용성 섬유질을 함유하고 있다. 예를 들어, 매실과 프룬은 즙이 많은 과육을 두꺼운 껍질이 덮고 있다. 껍질은 불용성 섬유질의 공급원인 반면, 수용성 섬유질은 과육에 들어 있다. 포도 또한 상당량의 섬유질을 함유하고 있다.[25]

수용성 섬유질

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다음을 포함한 모든 식물성 식품에서 다양한 양으로 발견된다.

불용성 섬유질

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공급원은 다음과 같다.

보충제

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다음은 보충제나 식품 첨가물로 판매되어 온 몇 가지 예시 형태의 섬유질이다. 이들은 영양학적 목적, 다양한 위창자길 질환의 치료, 그리고 콜레스테롤 수치 감소, 대장암 위험 감소, 체중 감량과 같은 가능한 건강상의 이점을 위해 소비자에게 마케팅될 수 있다.

수용성 섬유질

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수용성 섬유질 보충제는 설사나 변비, 복부 불편감과 같은 과민 대장 증후군의 증상을 완화하는 데 도움이 될 수 있다.[27] 이눌린이나 소당류를 함유한 것과 같은 프리바이오틱 수용성 섬유질 제품은 크론병,[28] 궤양성 대장염,[29][30] 클로스트리디오이데스 디피실리균 감염[31]과 같은 염증성 장질환의 완화에 기여할 수 있는데,[32] 이는 부분적으로 생성된 짧은 사슬 지방산이 장에 미치는 항염증 작용 때문이다.[33][34] 섬유질 보충제는 식품 선택의 수정을 통해 과민 대장 증후군을 관리하는 전체적인 식단 계획에서 효과적일 수 있다.[35]

불용성 섬유질

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불용성 섬유질 중 하나인 고아밀로스 옥수수의 저항성 녹말은 보충제로 사용되어 왔으며, 인슐린 감수성 및 혈당 관리 개선에 기여할 수 있고[36][37][38] 배변의 규칙성을 촉진하며[39] 설사 완화에도 도움이 될 수 있다.[40][41][42] 한 예비 연구 결과에 따르면 저항성 옥수수 녹말은 궤양성 대장염의 증상을 줄일 수 있다.[43]

이눌린류

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화학적으로 소당류로 정의되며 대부분의 식물에서 자연적으로 발생하는 이눌린은 탄수화물, 구체적으로는 천연 식물당인 과당의 중합체인 프럭탄으로서 영양적 가치를 가진다. 이눌린은 일반적으로 제조사가 조리 식품에 사용하기 위해 치커리 뿌리나 뚱딴지와 같이 이눌린이 풍부한 식물 공급원에서 추출한다.[44] 은은하게 단맛이 나는 이눌린은 설탕, 지방, 밀가루를 대체하는 데 사용될 수 있으며, 분말 형태의 영양 보충제의 흐름과 혼합 특성을 개선하기 위해 자주 사용된다. 또한 프리바이오틱 발효성 섬유질로서 잠재적인 건강 가치가 있다.[45]

프리바이오틱 발효성 섬유질로서 이눌린은 장내미생물군에 의해 물질대사되어 짧은 사슬 지방산을 생성하며(아래 참조), 이는 칼슘,[46] 마그네슘,[47] 철의 흡수를 증가시킨다.[48]

이눌린의 주요 단점은 장관 내에서의 발효인데, 대부분의 사람들에게 하루 15g 이상의 용량에서 복부 팽만과 소화 장애를 일으킬 수 있다는 점이다.[49] 소화기 질환이 있는 사람들은 식단에서 과당과 이눌린을 제거함으로써 이득을 보았다.[50] 임상 연구에 따르면 더 낮은 수준의 이눌린 섭취에서도 미생물군유전체의 변화가 나타났지만, 체중에 대한 효과를 얻으려면 더 높은 섭취량이 필요할 수 있다.[51]

식물성 검

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식물성 검 섬유질 보충제는 시장에서 비교적 새로운 제품이다. 종종 분말 형태로 판매되는 식물성 검 섬유질은 뒷맛 없이 쉽게 녹는다. 예비 임상 시험에서 이들은 과민 대장 증후군의 치료에 효과적인 것으로 입증되었다.[52] 식물성 검 섬유질의 예로는 구아검과 아라비아검이 있다.

장 내 활동

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"식이 섬유"로 간주되는 많은 분자들은 인간에게 글리코사이드 결합을 분해하는 데 필요한 효소가 없어서 큰창자에 도달하기 때문에 그렇게 불린다. 많은 식품에는 다양한 유형의 식이 섬유가 들어 있으며, 이들 모두 서로 다른 방식으로 건강에 기여한다.

식이 섬유는 크게 팽창, 점성 및 발효라는 세 가지 주요 기여를 한다.[53] 섬유질마다 효과가 다르며, 이는 다양한 식이 섬유가 전반적인 건강에 기여함을 시사한다. 일부 섬유질은 하나의 주요 메커니즘을 통해 기여한다. 예를 들어, 셀룰로스와 밀 속겨는 탁월한 팽창 효과를 제공하지만 거의 발효되지 않는다. 반면, 많은 식이 섬유는 이러한 메커니즘 중 두 가지 이상을 통해 건강에 기여할 수 있다. 예를 들어, 차전자는 팽창뿐만 아니라 점성도 제공한다.

팽창성 섬유질은 수용성(예: 차전자)이거나 불용성(예: 셀룰로스 및 헤미셀룰로스)일 수 있다. 이들은 물을 흡수하여 대변의 무게와 규칙성을 크게 증가시킬 수 있다. 대부분의 팽창성 섬유질은 장관 전체에서 발효되지 않거나 거의 발효되지 않는다.[53]

점성 섬유질은 장관의 내용물을 걸쭉하게 만들고 당의 흡수를 늦추며 식후 당 반응을 줄이고 지질 흡수(특히 콜레스테롤 흡수에서 나타남)를 감소시킬 수 있다. 식품 배합에서의 사용은 그 점성과 농축 효과 때문에 종종 낮은 수준으로 제한된다. 일부 점성 섬유질은 장관 내에서 부분적으로 또는 완전히 발효될 수도 있지만(구아검, 베타글루칸, 글루코만난 및 펙틴), 일부 점성 섬유질은 거의 또는 전혀 발효되지 않는다(메틸셀룰로스와 같은 변성 셀룰로스 및 차전자).[53]

발효성 섬유질은 큰창자 내의 미생물군에 의해 소비되어 대변 부피를 약간 증가시키고 부산물로서 광범위한 생리적 활동을 하는 짧은 사슬 지방산을 생성한다. 저항성 녹말, 이눌린, 프럭토올리고당 및 갈락토올리고당은 완전히 발효되는 식이 섬유이다. 여기에는 불용성 섬유질과 수용성 섬유질이 모두 포함된다. 이러한 발효는 큰창자 내의 많은 유전자 발현에 영향을 미치며,[54] 이는 소화 기능, 지질 및 포도당 대사뿐만 아니라 면역 체계, 염증 등에 영향을 미친다.[55]

섬유질 발효는 가스(주로 이산화 탄소, 수소, 메탄)와 짧은 사슬 지방산을 생성한다. 분리되거나 정제된 발효성 섬유질은 앞창자에서 더 빠르게 발효되어 바람직하지 않은 위장 증상(복부 팽만, 소화불량 및 방귀)을 유발할 수 있다.[56]

식이 섬유는 위창자길 내용물의 성질을 변화시킬 수 있으며 팽창과 점성을 통해 다른 영양소와 화학 물질이 흡수되는 방식을 바꿀 수 있다.[3][57] 일부 유형의 수용성 섬유질은 작은창자에서 담즙산과 결합하여 이들이 다시 체내로 유입될 가능성을 낮춘다. 이는 결국 사이토크롬 P450이 매개하는 콜레스테롤의 산화 작용을 통해 혈중 콜레스테롤 수치를 낮춘다.[17]

불용성 섬유질은 당뇨병 위험 감소와 관련이 있으나,[58] 이를 달성하는 메커니즘은 알려져 있지 않다.[59] 불용성 식이 섬유의 일종인 저항성 녹말은 건강한 사람,[60][61] 제2형 당뇨병 환자,[62] 그리고 인슐린 저항성이 있는 사람들에게서 인슐린 감수성을 증가시킬 수 있어, 아마도 제2형 당뇨병의 위험 감소에 기여할 수 있다.[38][37][36]

아직 공식적으로 필수 다량 영양소로 제안되지는 않았지만 식이 섬유는 식단에서 중요하며, 많은 선진국의 규제 당국은 섬유질 섭취 증가를 권장하고 있다.[3][57][63][64]

물리화학적 성질

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식이 섬유는 뚜렷한 물리화학적 성질을 가지고 있다. 대부분의 반고체 식품, 섬유질 및 지방은 수화되거나 미세 구조 요소, 소구체, 용액 또는 캡슐화된 벽과 함께 붕괴된 겔 매트릭스의 조합이다. 신선한 과일과 채소는 세포 물질이다.[65][66][67]

  • 익힌 감자와 콩류의 세포는 호화된 녹말 알갱이로 채워진 겔이다. 과일과 채소의 세포 구조는 겔로 채워진 폐쇄형 세포 기하학을 가진 거품이며, 복합 탄수화물 섬유에 의해 강화된 무정형 매트릭스인 세포벽으로 둘러싸여 있다.
  • 입자 크기와 인접한 매트릭스와의 계면 상호 작용은 식품 복합체의 기계적 특성에 영향을 미친다.
  • 식품 중합체는 물에 용해되거나 물에 의해 가소화될 수 있다.
  • 변수에는 화학 구조, 중합체 농도, 분자량, 사슬 분지 정도, 이온화 정도(전해질의 경우), 용액 pH, 이온 강도 및 온도가 포함된다.
  • 화학적 공유 결합을 통하거나 분자 얽힘 또는 수소 결합 또는 이온 결합 교차 결합을 통한 서로 다른 중합체, 단백질 및 다당류의 교차 결합.
  • 음식을 익히고 씹는 행위는 이러한 물리화학적 성질을 변화시키며, 따라서 위와 장을 통한 흡수 및 이동에 영향을 미친다.[68]

상부 위창자길

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식사 후 위와 상부 위장관 내용물은 다음으로 구성된다.

미셀은 세제의 임계 미셀 농도와 유사하게 위와 같은 조건에서 형성되는 콜로이드 크기의 분자 클러스터이다.[69] 상부 위창자길에서 이러한 화합물은 담즙산과 다이 및 모노아실 글리세롤로 구성되어 트라이글리세라이드와 콜레스테롤을 가용화한다.[69]

두 가지 메커니즘이 영양소를 상피와 접촉시킨다.

  1. 장 수축은 난류를 생성한다.
  2. 대류는 내강에서 상피 표면으로 내용물을 보낸다.[70]

위창자길의 다중 물리적 상은 현탁 용매 단독의 경우보다 흡수 속도를 늦춘다.

  1. 영양소는 상피에 인접한 얇고 비교적 휘저어지지 않은 체액 층을 통해 확산된다.
  2. 복합 다당류 분자 내에 영양소 및 기타 화학 물질을 고정시키는 것은 작은창자로부터의 방출 및 후속 흡수에 영향을 미치며, 이는 혈당지수에 영향을 주는 효과이다.[70]
  3. 분자의 농도가 증가함에 따라 상호 작용이 시작된다. 흡수되는 동안 물은 용질의 흡수에 상응하는 속도로 흡수되어야 한다. 상피를 통한 능동 및 수동 흡수 영양소의 수송은 미세융모 막을 덮고 있는 휘저어지지 않은 물 층에 의해 영향을 받는다.[70]
  4. 휘저어지지 않은 층에 점액이나 펙틴 또는 구아와 같은 섬유질이 존재하면 점성과 용질 확산 계수가 변할 수 있다.[68]

탄수화물 식사에 점성 다당류를 추가하면 식후 혈당 농도를 낮출 수 있다. 밀과 옥수수는 포도당 흡수를 조절하지만 귀리는 그렇지 않으며, 그 속도는 입자 크기에 따라 달라진다. 구아검에 의한 흡수 속도 감소는 장 수축에 의해 생성된 대류 흐름에 대한 점성 용액의 저항 증가 때문일 수 있다.

식이 섬유는 췌장 및 장 효소 및 그 기질과 상호 작용한다. 인간의 췌장 효소 활성은 대부분의 섬유질 공급원과 함께 배양될 때 감소한다. 섬유질은 아밀레이스 활성에 영향을 미칠 수 있으며 따라서 녹말의 가수분해 속도에 영향을 미칠 수 있다. 더 점성이 있는 다당류는 입에서 맹장까지의 통과 시간을 연장시킨다. 구아, 트라가칸트 및 펙틴은 밀 속겨보다 느리다.[71]

큰창자

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큰창자는 두 개의 기관으로 간주될 수 있다.

  1. 우측(맹장 및 상행 결장), 발효기 역할을 한다.[72] 큰창자의 우측은 영양소 회수에 관여하여 식이 섬유, 저항성 녹말, 지방 및 단백질이 박테리아에 의해 활용되고 최종 생성물이 신체에서 사용하기 위해 흡수된다.
  2. 좌측(횡행, 하행 및 S상 결장), 자제력에 영향을 미친다.

큰창자에 박테리아가 존재하면 간이 산화적인 것과 달리 주로 환원적인 강렬한 대사 활동의 '기관'이 생성된다. 맹장에서 활용되는 기질은 전체 장을 통과했거나 담즙 배설 제품이다. 큰창자에서 식이 섬유의 효과는 다음과 같다.

  1. 일부 식이 섬유의 박테리아 발효
  2. 그로 인한 박테리아 질량의 증가
  3. 박테리아 효소 활성의 증가
  4. 발효 후 섬유질 잔류물의 수분 보유 능력 변화

일부 식이 섬유를 먹일 때 맹장의 비대가 흔히 발견되며 이는 이제 정상적인 생리적 조절로 여겨진다. 이러한 증가는 섬유질의 장기 맹장 거주, 박테리아 질량 증가 또는 박테리아 최종 생성물 증가와 같은 여러 요인 때문일 수 있다. 펙틴, 아라비아검, 소당류 및 저항성 녹말과 같은 일부 비흡수 탄수화물은 짧은 사슬 지방산(주로 아세트산, 프로피온산 및 n-뷰티르산)과 이산화 탄소, 수소 및 메탄으로 발효된다. 이러한 짧은 사슬 지방산은 거의 모두 큰창자에서 흡수될 것이다. 이는 대변의 짧은 사슬 지방산 추정치가 맹장 및 대장 발효를 반영하지 않으며, 단지 흡수 효율, 짧은 사슬 지방산을 격리하는 섬유질 잔류물의 능력, 그리고 아마도 기질이 고갈될 때까지 계속될 큰창자 주변 섬유질의 지속적인 발효만을 반영한다는 것을 의미한다. 짧은 사슬 지방산의 생성은 장 점막에 몇 가지 가능한 작용을 한다. 모든 짧은 사슬 지방산은 대장 점막에 의해 용이하게 흡수되지만, 아세트산만이 상당한 양으로 전신 순환계에 도달한다. 뷰티르산은 대장 세포의 선호되는 에너지원으로서 대장 점막에 의해 연료로 사용되는 것으로 보인다.

콜레스테롤 대사

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식이 섬유는 섭취, 소화, 흡수 및 배설의 각 단계에 작용하여 콜레스테롤 대사에 영향을 미칠 수 있다.[73] 예를 들어 다음과 같다.

  1. 팽창 효과를 통한 식품의 칼로리 에너지 조절
  2. 위의 내용물 배출 시간 지연
  3. 흡수에 대한 혈당 지수 유형의 작용
  4. 돌창자에서 담즙산 흡수를 늦추어 담즙산이 맹장으로 빠져나가게 함
  5. 맹장에서 담즙산 대사 변화 또는 증가
  6. 섬유질 발효로 생성된 흡수된 짧은 사슬 지방산, 특히 프로피온산에 의해 간의 콜레스테롤 대사에 간접적으로 영향을 미침
  7. 맹장의 섬유질 또는 박테리아에 담즙산이 결합하여 장간 순환에서 대변 소실 증가

일부 섬유질의 한 가지 작용은 돌창자에서 담즙산의 재흡수를 줄여서 큰창자에 도달하는 담즙산과 지방의 양과 유형을 줄이는 것이다. 돌창자에서 담즙산 재흡수 감소는 몇 가지 직접적인 효과를 가진다.

  1. 높은 내강 점성 때문에 또는 식이 섬유와의 결합 때문에 담즙산이 돌창자의 내강 내에 갇힐 수 있다.[74]
  2. 섬유질의 리그닌은 담즙산을 흡착하지만, 담즙산의 비공액 형태가 공액 형태보다 더 많이 흡착된다. 담즙산이 주로 흡수되는 돌창자에서는 담즙산이 주로 공액 형태이다.
  3. 담즙산의 장간 순환이 바뀔 수 있고 맹장으로의 담즙산 흐름이 증가하여 그곳에서 탈공액 및 7알파-탈하이드록실화가 일어난다.
  4. 이러한 수용성 형태의 담즙산(예: 데옥시콜산 및 리토콜산)은 식이 섬유에 흡착되고, 섬유질의 양과 유형에 따라 부분적으로 스테롤의 대변 소실이 증가한다.
  5. 펙틴과 같은 일부 섬유질이 박테리아에 의해 소화됨에 따라 돌창자의 박테리아 질량과 활성이 증가하는 것이 또 다른 요인이다. 박테리아 질량이 증가하고 맹장 박테리아 활성이 증가한다.
  6. 담즙산의 장내 소실은 콜레스테롤로부터의 담즙산 합성을 증가시켜 결과적으로 체내 콜레스테롤을 감소시킨다.

스테롤 대사에 영향을 미치는 데 가장 효과적인 섬유질(예: 펙틴)은 큰창자에서 발효된다. 따라서 체내 콜레스테롤의 감소가 큰창자에서 이 발효된 섬유질에 흡착되기 때문일 가능성은 낮다.

  1. 큰창자에서 흡수되어 문맥을 통해 간으로 돌아가 콜레스테롤의 합성 또는 담즙산으로의 이화 작용을 조절하는 담즙산 박테리아 대사의 최종 생성물 또는 짧은 사슬 지방산의 방출에 변화가 있을 수 있다.
  2. 섬유질이 콜레스테롤 대사에 영향을 미치는 주요 메커니즘은 초기 탈공액 및 탈하이드록실화 후 큰창자에서 박테리아가 담즙산과 결합하는 것이다. 격리된 담즙산은 대변으로 배설된다.[75]
  3. 펙틴과 같은 발효성 섬유질은 박테리아 성장을 위한 배지를 제공함으로써 큰창자의 박테리아 질량을 증가시킨다.
  4. 아라비아검과 같은 다른 섬유질은 안정제 역할을 하며 대변 담즙산 배설을 증가시키지 않으면서 혈청 콜레스테롤의 상당한 감소를 유발한다.

대변 무게

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대변은 물, 박테리아, 지질, 스테롤, 점액 및 섬유질로 구성된 찰흙 같은 물질로 이루어져 있다.

  1. 대변의 75%는 물이며, 박테리아는 건조 중량의 큰 부분을 차지하고 나머지는 발효되지 않은 섬유질과 배설된 화합물이다.
  2. 대변 출력량은 24시간 동안 20g에서 280g 사이에서 다를 수 있다. 하루에 배설되는 대변의 양은 일정 기간 동안 개인에 따라 달라진다.
  3. 식이 성분 중에서 식이 섬유만이 대변 무게를 증가시킨다.

물은 큰창자에서 세 가지 방식으로 분포된다.

  1. 큰창자에서 흡수될 수 있는 자유수(free water).
  2. 박테리아 질량으로 편입된 물.
  3. 섬유질에 의해 결합된 물.

대변 무게는 다음에 의해 결정된다.

  1. 발효 후 잔류 식이 섬유에 의한 수분 보유.
  2. 박테리아 질량.
  3. 박테리아 발효 산물이 대변 덩어리에 미치는 추가적인 삼투 효과가 있을 수도 있다.

섬유질 섭취의 효과

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예비 연구에 따르면 섬유질은 서로 다른 메커니즘을 통해 건강에 영향을 미칠 수 있다.

섬유질의 효과는 다음과 같다.[2][1]

  • 소화 가능한 탄수화물만큼 칼로리 함량을 높이지 않으면서 음식의 부피를 늘려, 식욕을 줄일 수 있는 포만감을 제공한다(불용성 및 수용성 섬유질 모두).
  • 소화 중에 물을 끌어당겨 점성 겔을 형성하여 위의 배출을 늦추고, 장 통과 시간을 단축하며, 탄수화물을 효소로부터 보호하고, 포도당 흡수를 지연시킨다.[2][76] 이는 혈당 수치의 변동을 낮춘다(수용성 섬유질).
  • 총 콜레스테롤과 LDL 콜레스테롤을 낮추어 심혈관계 질환의 위험을 줄일 수 있다.[2] (수용성 섬유질)
  • 혈압을 낮추며, 모든 원인 및 심혈관 사망률과 음의 상관관계가 있다.[77][78] 또한 자손의 심혈관계 질환 발병을 예방할 수 있다.[79]
  • 혈당을 조절하여 당뇨병 환자의 포도당 및 인슐린 수치를 낮추고 당뇨병 위험을 낮출 수 있다.[2][80] (불용성 섬유질)
  • 소화 시스템을 통한 음식의 통과 속도를 높여 규칙적인 배변을 촉진한다(불용성 섬유질).
  • 대변에 부피를 더해 변비를 완화한다(불용성 섬유질).
  • 장내 pH의 균형을 맞추고[81] 짧은 사슬 지방산의 장내 발효 생산을 자극한다.[2]

섬유질은 미네랄 및 비타민과 결합하지 않으므로 그들의 흡수를 제한하지 않는다. 오히려 발효성 섬유질 공급원이 미네랄, 특히 칼슘의 흡수를 개선한다는 증거가 존재한다.[82][83][84]

연구

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2019년 기준, 규칙적인 고섬유질 식단의 잠재적인 건강 효과에 대한 예비 임상 연구에는 여러 암, 심혈관계 질환 및 제2형 당뇨병 위험에 관한 연구가 포함되었다.[1][4]

섬유질 섭취가 많은 것은 유방암, 대장암 위험 감소 및 낮은 사망률과 관련이 있다.[85][86][87][88]

식단 권장 사항

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오스트레일리아

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오스트레일리아 정부는 여러 만성 질환의 위험을 줄이기 위해 식이 섬유의 "적정 섭취량(Adequate Intake)" 섭취를 권장한다.[89]

연령 하루 적정 섭취량
1-3세 14g
4-8세 18g
9-13세, 남성 24g
9-13세, 여성 20g
14-18세, 남성 28g
14-18세, 여성 22g
19세 이상, 남성 30g
19세 이상, 여성 25g

유럽 연합

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탄수화물 및 식이 섬유에 대한 영양 권장량 설정을 담당하는 유럽 식품안전청(EFSA)의 영양, 신소재 식품 및 식품 알레르기 유발 항원 패널에 따르면, "장 기능에 관한 가용 증거에 근거하여 패널은 성인의 정상적인 완화(배변)를 위해 하루 25g의 식이 섬유 섭취가 적절하다고 간주한다".[90][91]

미국

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미국국립과학원 산하 미국 의학 한림원(NAM, 구 의학 연구소)의 현재 권장 사항에 따르면, 적정 섭취량으로 19~50세 성인 남성은 하루 38g, 51세 이상 남성은 30g, 19~50세 여성은 하루 25g, 51세 이상 여성은 21g의 식이 섬유를 섭취해야 한다. 이는 섬유질 섭취량이 상위 20%에 해당하는 사람들이 칼로리 1,000kcal당 중앙값 14g의 섬유질을 섭취하고 관상동맥 심장 질환 위험이 가장 낮았으며, 특히 시리얼 섬유질을 더 많이 먹은 사람들에게서 그러했다는 세 가지 연구에 근거한다.[1][92][3]

미국 영양 및 식이요법 학회(AND)는 NAM의 권장 사항을 반복한다.[93] 1995년 한 연구팀의 어린이 권장 사항은 섭취량이 나이 더하기 하루 5g이 되어야 한다는 것이다(예: 4세 어린이는 하루 9g 섭취).[94][95] 어린이들에 대한 NAM의 현재 권장 사항은 1~3세의 경우 19g/일, 4~8세의 경우 25g/일이다.[1] 고령자나 중증 환자에 대한 가이드라인은 아직 확립되지 않았다. 현재 변비, 구토 및 복통이 있는 환자는 의사의 진찰을 받아야 한다. 오피오이드 처방 시 특정 팽창제는 일반적으로 권장되지 않는데, 이는 느린 통과 시간과 더 커진 대변이 섞여 심각한 변비, 통증 또는 폐쇄를 유발할 수 있기 때문이다.

평균적으로 북미 인구는 건강을 위해 권장되는 식이 섬유 수준의 50% 미만을 섭취한다. 오늘날 청소년들이 선호하는 식품 선택에서는 이 수치가 20%까지 낮아질 수 있으며, 전문가들은 이를 많은 선진국에서 나타나는 비만증 수준에 기여하는 요인으로 간주한다.[96] 섬유질 섭취 증가의 생리적 이점에 대한 과학적 증거가 늘어남에 따라, 미국 식품의약국(FDA)과 같은 규제 기관은 섬유질에 대한 건강 강조 표시를 하는 식품에 대해 승인을 해왔다. FDA는 어떤 성분이 "섬유질"로 자격이 있는지 분류하며, 제품 라벨링을 위해 섬유 성분을 추가함으로써 생리적 이점을 얻을 수 있도록 요구한다.[97] 2008년 현재 FDA는 규칙적인 섭취가 혈중 콜레스테롤 수치를 낮추어 관상동맥 심장 질환 위험을 줄일 수 있고 일부 유형의 암 위험도 줄일 수 있다는 라벨을 부착할 수 있도록 적격 섬유 제품에 대해 건강 강조 표시를 승인했다.[98][99]

FDA 승인을 받은 점성 섬유 공급원은 다음과 같다.[1]

기능성 식품 및 보충제에 사용되는 팽창성 섬유 공급원의 다른 예로는 셀룰로스, 구아검 및 잔탄검이 있다. 기능성 식품 및 보충제에 사용되는 발효성 섬유 공급원(식물성 식품 또는 생명공학 유래)의 다른 예로는 저항성 녹말, 이눌린, 프럭탄, 프럭토올리고당, 소당류 또는 다당류, 그리고 저항성 덱스트린이 있으며, 이들은 부분적으로 또는 완전히 발효될 수 있다.

지속적인 발효성 섬유질 섭취는 만성 질환의 위험을 줄일 수 있다.[100][101][102] 식단에서 섬유질이 부족하면 변비가 생길 수 있다.[103]

영국

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2018년 영국 영양 재단(British Nutrition Foundation)은 식이 섬유를 더 간결하게 정의하고 현재까지 확립된 잠재적인 건강 이점을 나열하는 성명을 발표했으며, 건강한 성인의 일일 최소 권장 섭취량을 30g으로 늘렸다.[104][2]

식이 섬유의 소화 불가능한 성질에 의해 식이 섬유를 정량화하기 위해 특정 분석 방법을 사용하면 식이 섬유의 탄수화물 성분과 함께 다른 많은 소화 불가능한 성분이 분리된다. 이러한 성분에는 저항성 녹말과 소당류뿐만 아니라 식물 세포 구조 내에 존재하며 위창자길을 통과하는 물질에 기여하는 다른 물질이 포함된다. 이러한 성분들은 생리학적 효과를 가질 가능성이 높다.

자연적으로 섬유질이 풍부한 식단은 다음과 같은 몇 가지 주요 생리적 결과를 가져오는 것으로 간주될 수 있다.[2]

섬유질은 생리학적 영향에 의해 정의되며, 매우 이질적인 유형의 섬유질이 있다. 일부 섬유질은 주로 이러한 이점 중 하나에 영향을 미칠 수 있지만(예: 셀룰로스는 대변 팽창을 증가시키고 변비를 예방함), 많은 섬유질은 두 가지 이상의 이점에 영향을 미친다(예: 저항성 녹말은 팽창을 증가시키고, 대장 발효를 증가시키며, 대장 미생물군을 긍정적으로 조절하고 포만감과 인슐린 감수성을 높임).[16][11] 고섬유질 식단의 유익한 효과는 식단에 존재하는 다양한 유형의 섬유질 효과와 그러한 식단의 다른 성분들의 합이다.

섬유질을 생리학적으로 정의하면 천연 식이 섬유와 구조 및 생리학적 특성이 유사한 소화 불가능한 탄수화물을 인식할 수 있게 된다.[2]

발효

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시리얼 및 곡물 협회(Cereals & Grains Association)는 수용성 섬유질을 "큰창자에서 완전 또는 부분 발효되며 인간의 작은창자에서 소화 및 흡수에 저항하는 식물의 먹을 수 있는 부분 또는 이와 유사한 탄수화물"로 정의했다.[105]

이 정의에서 "식물의 먹을 수 있는 부분"은 껍질, 과육, 씨앗, 줄기, 잎, 뿌리와 같이 사람이 먹는 식물의 일부 부분이 섬유질을 함유하고 있음을 나타낸다. 불용성 및 수용성 공급원 모두 이러한 식물 성분에 들어 있다. "탄수화물"은 소당류 또는 다당류라고도 불리는 긴 사슬 당과 같은 복합 탄수화물을 말하며, 이는 수용성 발효성 섬유질의 공급원이다. "인간의 작은창자에서 소화 및 흡수에 저항하는"은 위와 작은창자의 위산 및 소화 효소에 의해 소화되지 않아 소화하는 동물이 화합물을 에너지로 활용하지 못하게 하는 화합물을 말한다. 이 과정에 저항하는 음식은 불용성 및 수용성 섬유질처럼 소화되지 않는다. 이들은 물의 흡수(불용성 섬유질) 또는 물에 녹는 것(수용성 섬유질)에 의해서만 영향을 받은 채 큰창자로 전달된다. "큰창자에서 완전 또는 부분 발효"는 발효 과정을 통해 추가적인 영양소 흡수가 일어나는 주름창자(결장)라는 부위를 포함하는 큰창자의 소화 과정을 설명한다. 발효는 음식 덩어리에 대한 대장 박테리아의 작용을 통해 일어나며 가스와 짧은 사슬 지방산을 생성한다. 이러한 짧은 사슬 지방산은 중요한 건강 특성을 가진 것으로 나타났다.[106] 이에는 뷰티르산, 아세트산(에탄산), 프로피온산 및 발레르산이 포함된다.

발효의 한 예로, 짧은 사슬 탄수화물(콩류에서 발견되는 섬유질의 일종)은 소화될 수 없지만, 큰창자에서 발효를 통해 짧은 사슬 지방산과 가스(일반적으로 방귀로 배출됨)로 변한다.

2002년 한 학술지 기사에 따르면,[100] 부분적으로 또는 낮게 발효되는 섬유질 화합물은 다음과 같다.

높게 발효되는 섬유질 화합물은 다음과 같다.

짧은 사슬 지방산

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발효성 섬유질이 발효될 때 짧은 사슬 지방산(SCFA)이 생성된다.[18] SCFA는 다음과 같이 건강을 증진하는 수많은 생리적 과정에 관여한다.[106]

대장 점막에 의해 흡수된 SCFA는 대장벽을 통과하여 (간에 공급되는) 관문맥 순환으로 들어가고, 간은 이를 일반 순환계로 운반한다.

전반적으로 SCFA는 혈당 및 지질 수치, 대장 환경, 장내 면역 기능과 같은 주요 조절 시스템에 영향을 미친다.[108][109]

인간에게서 주요 SCFA는 뷰티르산염, 프로피온산염 및 아세트산염이며, 뷰티르산염은 대장 세포의 주요 에너지원이고, 프로피온산염은 간으로 흡수되며, 아세트산염은 말초 순환으로 들어가 말초 조직에 의해 대사된다.

FDA 승인 건강 강조 표시

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FDA는 차전자피 수용성 섬유질을 1회 제공량당 1.7g 함유하거나 베타글루칸 형태의 귀리 또는 보리 수용성 섬유질을 0.75g 함유한 식품 제조사가 규칙적인 섭취가 심장병 위험을 줄일 수 있다는 건강 강조 표시를 하는 것을 허용한다.[12]

이 표시를 하기 위한 FDA 문구 템플릿은 다음과 같다.

포화 지방과 콜레스테롤이 낮은 식단의 일부로 [수용성 섬유질 공급원의 이름, 원한다면 식품 제품의 이름]과 같은 식품의 수용성 섬유질은 심장병 위험을 줄일 수 있습니다. [식품 제품의 이름] 1회 제공량은 이러한 효과를 얻는 데 필요한 하루 [이득을 위해 필요한 일일 식이 섭취량]그램의 [수용성 섬유질 공급원의 이름] 유래 수용성 섬유질을 공급합니다.[12]

베타글루칸을 제공하는 적격 수용성 섬유질 공급원은 다음과 같다.

  • 귀리 속겨(귀리 기울)
  • 납작귀리
  • 통귀리 가루
  • 오트림(Oatrim)
  • 통곡물 보리 및 건식 제분 보리
  • 순도 95% 이상의 차전자피 유래 수용성 섬유질

허용된 라벨에는 포화 지방과 콜레스테롤이 낮고 위의 특정 식품 유래 수용성 섬유질을 포함하는 식단이 심장병 위험을 줄일 수 "있다"고 명시할 수 있다.

FDA 규정 21 CFR 101.81에서 논의된 바와 같이, 관상동맥 심장 질환 위험 감소와 관련된 위에 나열된 공급원 유래 수용성 섬유질의 일일 식이 섭취 수준은 다음과 같다.

  • 통귀리 또는 보리, 또는 통귀리와 보리의 조합으로부터 유래한 베타글루칸 수용성 섬유질 하루 3g 이상
  • 차전자피 유래 수용성 섬유질 하루 7g 이상.[110]

곡물 섭취를 통한 수용성 섬유질은 과일 및 채소 섭취를 통해 일부 유형의 암 및 심장병 위험을 낮추는 것에 대한 다른 허용된 건강 강조 표시(21 CFR 101.76, 101.77, 및 101.78)에 포함된다.[12]

2016년 12월, FDA는 고아밀로스 옥수수 유래 저항성 녹말 섭취가 인슐린 감수성을 높이는 효과 때문에 제2형 당뇨병 위험을 줄일 수 있다는 조건부 건강 강조 표시를 승인했다. 허용된 표시에는 다음과 같이 명시되었다: "고아밀로스 옥수수 저항성 녹말은 제2형 당뇨병 위험을 줄일 수 있습니다. FDA는 이 표시에 대한 과학적 증거가 제한적이라고 결론지었습니다."[111] 2018년 FDA는 다양한 유형의 식이 섬유가 어떻게 분류되어야 하는지 명확히 하기 위해 분리되거나 합성된 식이 섬유의 라벨링에 관한 추가 지침을 발표했다.[112]

각주

[편집]
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