서 론
국내 건강기능식품 시장 규모는 2023년 6조 2천 억 원으로 5년전인 2019년 대비 약 27% 증가하였다(한국건강기능식품협회, 2023). 식품의약품안전처 (이하 식약처)에 따르면 건강기능식품에서의 기능성이란 “인체의 구조 및 기능에 대하여 영양소를 조절하거나 생리학적 작용 등과 같은 보건 용도에 유용한 효과를 얻는 것”을 의미한다. 우유는 이러한 영양소 기능과 생리학적 기능을 만족하는 식품이면서 기능성 식품의 소재로 활용될 수 있다는 연구가 다수 존재한다. 완전식품인 우유에는 단백질, 탄수화물, 지방 이외에도 비타민, 효소 등의 성분이 존재하며 한국인의 영양 권장량을 충족시켜줄 수 있는 효과적인 식품인 동시에 포유류가 처음으로 섭취하게 되는 식품으로 높은 생물가의 단백질과 필수 미네랄 등 중요한 성분들을 다량 함유하고 있다 (Koo et al., 2020; Pereira et al., 2014).
우유의 영양소 중 우유 고유의 탄수화물과 단백질인 lactose, whey protein 그리고 casein protein은 일반적인 영양원으로의 기능과 더불어 다양한 생리활성 작용을 할 수 있는 특수성을 가지고 있다. Lactose는 우유에 존재하는 당질 성분으로 다양한 유도체로 활용되어 식품 및 의약품 사업에 활용되고 있다. Lactose는 혈당 조절, 면역 기능에 도움을 준다고 알려져 있으며, 최근에는 장내 유익균의 형성에 도움을 주는 프리바이오틱스로 각광받고 있다 (Enrique et al., 2019). 우유의 단백질은 대부분 whey protein과 casein protein로 구성되어 있으며, whey protein에는 α-lactalbumin, β-lactoglobulin, immunoglobulin 등이 있다. Whey protein은 체내에서 근감소증 예방, 혈압 강하 작용 등에 도움을 준다. 또한 whey protein 중 transferrin의 한 종류인 lactoferrin은 체중 감량과 뼈 강화에 도움을 준다. Casein protein은 αs1-casein, αs2-casein, β-casein, κ-casein 그리고 β-casein의 절단 형태인 γ-casein 등이 있다. Casein protein은 micelle 형태로 구성되어 체내 칼슘 공급원이 될 수 있으며, peptide 형태로 가수분해된 casein 가수분해물은 혈압 강하, 신경 안정과 같은 다양한 생리활성 기능을 할 수 있는 것으로 연구되었다. 이와 같은 우유의 영양학적, 기능적 우수성은 다양한 기능성 식품 소재 개발에 우유 또한 충분한 가능성이 있다는 것을 시사한다. 본고에서는 우유의 유용 성분 중 lactose와 유단백 등을 중심으로 각 성분의 기능성 작용에 대해서 알아보고, 이를 활용한 국내 건강기능식품 개발 사례를 조사하여 이를 통해 우유의 기능성 원료로의 잠재력을 확인하고자 한다.
본 론
Whey protein은 탈지유를 20°C, pH 4.6으로 처리하여 침전되는 casein을 제거한 whey에 함유된 가용성 단백질을 말하며 대표적으로 β-lactoglobulin, α-lactalbumin 등이 있다. Whey protein에는 다양한 기능이 존재한다고 알려졌으나 현재까지 국내 기능성 원료로서 인정받은 whey protein의 기능은 근감소증 방지 및 근육 증진에 관한 것이다.
Whey protein 가수분해물은 영양가가 높은 식이 단백질로, 골격근량과 근육 기능의 저하를 일으키는 근감소증을 예방하는 데 도움을 줄 수 있다. Shin et al.(2020)의 연구에 의하면, 쥐에게 4가지 다른 whey protein 가수분해물을 투여하고 변화를 관찰한 결과 수용성 whey protein 가수분해물(이하 WP-S)을 투여한 쥐에서 가장 큰 악력, 근육량, 근섬유 단면적 증가가 나타났는데, 이는 WP-S가 근육합성을 촉진하는 phosphoinositide 3-kinase(PI3K)-protein kinase B(Akt)-mammalian target of rapamycin(mTOR) 경로의 촉진 및 근단백질의 분해를 유도하는 PI3K-Akt-forkhead box O(FoxO) 경로의 억제, 그리고 쥐 근육 내 myosin heavy chain(MyHC)의 발현 증가와 MyHC isoform의 발현 변화에 의한 것으로 확인되었다. 또한, whey protein은 다른 단백질 공급원에 비해 생체 이용률이 높고 분지 사슬 아미노산 및 leucine의 함유량이 많아 근육 단백질 합성을 강화하고 근육 단백질 분해를 약화한다고 알려져 있다. Naclerio and Seijo(2019)의 연구에 따르면 WPC, WPI, 그리고 WPH 등의 whey protein은 고용량의 필수아미노산과 leucine이 함유되어 근육 단백질 합성에 좋은 공급원이 될 수 있다. Kang et al.(2020)의 연구에 따르면 leucine 함량이 높은 단백질을 섭취할 시 근육량 증가에 효과를 보이며 특히 50-65세 피험자에게 높은 효과를 이끌어냈다. 이러한 사실은 whey protein이 근육 보충 및 근 감소 예방을 위한 기능성 식품의 원료로 활용가치가 높으며, 특히 중장년층 이상의 건강 보조 성분으로의 가치가 있다는 것을 의미한다.
한편 whey protein은 혈압 강하 작용을 한다. Whey protein은 동맥 확장을 개선하여 심혈관계 질환의 위험을 감소시키며, whey peptide 가수분해물은 혈관을 수축시켜 간접적으로 혈압을 높이는 효소인 angiotensin-converting enzyme (이하 ACE)의 활성을 저해하여 심장 수축 및 혈압 강하에 효과를 나타내며, β-lactoglobulin에서 유래한 다양한 whey peptide는 혈압 상승을 억제한다(Jang, 2015; Mansinhbhai, 2023). 또한 whey protein에서 유래한 물질인 lactokinin은 ACE의 활성을 억제하여 혈압을 상당히 낮출 수 있다(Palabiçak et al., 2023).
Whey protein과 그 가수 분해물은 항산화 물질로 작용할 수 있다. α-Lactalbumin은 상당량의 tryptophan으로 구성되어 높은 수준의 항산화 특성을 갖는데, whey protein 성분에 세포가 직접적으로 노출될 경우 glutathione과 같은 세포 내 산화 방지제가 증가한다. 또한, 상업적인 whey 제품 WPC, WPI와 β-lactoglobulin, α-lactalbumin 등에서 파생된 여러 합성 peptide는 산화 방지 활성을 가지며, 유단백질 그 자체보다 chymotrypsin을 통해 생성된 가수분해물이 항산화 효능이 더 뛰어난 것으로 보고되었다(Corrochano et al., 2019; Stobiecka et al., 2022).
그 외에도 whey protein 및 그 가수분해물에는 항종양, 항비만 작용, 항염증 작용, 알러지 개선 그리고 면역력 향상 등의 기능이 존재한다고 보고되었다(Ha et al., 2021; Kim, 2018; Liu et al., 2023; Nassar et al., 2023; Rai and Priyadarshini, 2022).
상기한 whey protein이 지닌 다양한 기능에 비해 whey protein은 근육 보충 및 근감소증 예방의 기능으로만 기능성 원료로 사용된다. 이에 따라 기능성 식품의 성분표에서 ‘단백질’이라고 기능성 원료로 표시되어 있고 기능성 내용으로는 ‘① 근육, 결합조직 등 신체조직의 구성성분 ② 효소, 호르몬, 항체의 구성에 필요 ③ 체내 필수 영양성분이나 활성물질의 운반과 저장에 필요 ④ 체액, 산-염기의 균형 유지에 필요 ⑤ 에너지, 포도당, 지질의 합성에 필요’ 등 총 5가지가 존재하는데 이는 식약처 식품안전나라가 제공하는 건강기능식품 정보의 단백질 기능성 내용이다. 위와 같은 내용만으로는 제품에 사용된 단백질이 whey protein인지 다른 원재료에서 얻어진 단백질인지 명확히 알 수 없으므로 소비자가 기능성 원료 및 기타 원료를 유심히 읽어봐야 한다. Table 1은 whey protein이 기능성 원료로 사용된 기능성 식품이다. 2023년 7월 27일 ㈜네오크레마 익산공장과 매일헬스뉴트리션(주)에서 개별 인정형 원료인 ‘저분자유청단백가수분해물’을 식품안전나라에 등록하였으나 비교적 최근 등록된 기능성 원료이므로 아직 이를 활용한 제품은 존재하지 않는다.
Whey protein 성분 중 당단백질인 lactoferrin은 혈중 철 농도를 조절하는 transferrin protein의 일종이다(Coccolini et al., 2023). Kell et al.(2020)의 연구에 따르면 lactoferrin은 철과 결합한 후 다양한 수용체를 통해 세포, 혈청, 담즙 및 뇌척수액으로 이동할 수 있으며 항세균과 항바이러스성을 가진다. 또한 표적 세포의 수용체와 상호작용을 통해 생물학적 활성을 발휘하고 숙주 방어의 중요한 기전으로 작용한다. 이와 같은 기작이 체내에서 발휘되기 위해서는 단백질인 lactoferrin이 경구 섭취된 후 위에서 pepsin에 의해 분해되지 않고 소장에 도달해야 하므로 위의 소화 작용에 대한 저항성을 가져야 한다. 이런 문제를 해결하기 위해 단백질 의약품에 이용되는 polyethylene glycol 코팅 기술을 적용한 경구 의약품 형태로 만들거나 shellac을 코팅재로 사용한 초임계 이산화탄소 기반 particles from gas saturated solutions 기술을 통해 캡슐화를 하는 등의 방법이 알려져 있다(Ono et al., 2021; You et al.,2021).
Lactoferrin은 지방구 합성을 촉진하는 유전자를 저해하여 지방 합성을 감소시킨다. 일본 라이온사가 발표한 연구에 따르면 lactoferrin은 지방구막에 부착되어 효소에 의한 지방구 분해를 막아주는 perilipin2를 줄이고 지방 분해효소의 활성을 증가시키는 cAMP의 농도를 늘리는 작용을 통해 지방 분해를 촉진한다. 또한 비만 일본인 남녀에게 8주 동안 lactoferrin 정제를 복용시킨 결과 체지방량, 체중, BMI, 허리둘레가 감소한 결과를 통해 lactoferrin과 지방 축적 조절의 상관관계를 볼 수 있었다(Ono et al., 2010). Lactoferrin은 뼈 강화 및 건강에도 도움을 줄 수 있다 Ilesanmi-Oyelere et al.(2020)의 연구에 따르면 whey protein, 특히 그 중 milk based protein (이하 MBP)은 뼈 형성을 촉진하고 뼈 흡수를 억제할 수 있다는 것이 확인되었는데, 이는 MBP 보충에 의해 골 형성이 촉진되고 골 흡수가 억제될 수 있음을 시사한다. 또한 You et al.(2021)의 연구에 따르면 lactoferrin은 파골세포 분화를 억제하여 골 형성을 도와주며, 골아세포에 대하여 동화 인자로 작용하고, 골아세포의 활성을 돕는 cytokine으로써 골형성 단백질과 염기성선 유아 세포 증식 인자로 작용한다.
그 외에도 lactoferrin의 대표적인 기능은 면역 향상 및 세균 감염 억제가 있다. Lactoferrin은 선천 면역 체계의 중요한 구성 요소 중 하나로 그람양성 및 그람음성 세균에 대한 항세균 작용과 DNA 및 RNA 바이러스에 대한 항바이러스성 활동을 한다 (Zarzosa-Moreno et al. 2020). 또한, lactoferrin은 체내 철분과 결합하여 세균 성장을 억제하고 독립적으로 세균 부착 및 세포 진입을 억제함으로써 염증으로 인한 철 항상성 시스템의 변화에 대응하는 기능을 제공하며, 자외선에 의한 피부 손상과 염증 반응을 억제하고 섬유아세포의 콜라겐 생성을 촉진하는 기능이 있어 피부 개선에도 도움을 줄 수 있다. 염증성 피부 질환과 여드름이 있는 18~30세 환자에게 lactoferrin이 함유된 우유를 섭취하게 한 결과 때 피부 상태가 개선되었고 위약 대조군보다 여드름과 피부 염증이 감소했다(Cutone et al., 2017; Podgórska et al., 2021).
Lactoferrin은 2가지 형태로 개별 인정형 원료로 인정받고 있으나 이 둘의 명칭은 서로 다르다. 하나는 2013년 라이온코리아(주)에서 개발한 Lactoferrin(우유정제단백질)으로 체지방 감소에 도움을 줄 수 있다. 나머지 하나는 주영엔에스(주)에서 개발한 유단백추출물이며 원재료가 lactoferrin으로 뼈 건강에 도움을 줄 수 있다. Table 2에는 lactoferrin과 유단백추출물이 기능성 원재료로 첨가된 기능성 식품을 정리하였다.
우유 내 casein은 micelle 형태로 존재하여 우유에 다양한 특성을 부여하며, 필수 아미노산의 주요 급원이 될 수 있는 영양가 높은 유단백질이다(Vargas-Bello-Pérez et al., 2019). 기본적인 micelle 형태의 casein은 체내 칼슘 공급원으로 작용한다. 우유에 풍부하게 함유된 칼슘은 casein micelle 형태로 섭취되어 골밀도 강화, 골다공증 예방, 콜레스테롤 흡수 감소 및 체중과 혈압 조절 등의 기능을 한다. Galas et al.(2013)에 따르면, 칼슘은 대장암 유발 인자인 담즙산과의 반응으로 불용성 염을 형성하여 대장암을 억제할 수 있다. 한편 소화 기관이나 미생물에 의해 생성되는 단백질 분해효소, 혹은 미생물의 발효에 의해 생성된 casein 가수분해산물은 다양한 생리 활성 기능을 갖는 것으로 알려져 있다. 이들은 두 개 이상의 아미노산으로 존재하여 면역 조절, 혈압 강하, 신경 안정 등 여러 가지 기능성을 갖는다. 일부 casein 가수분해물은 체내 면역 조절 기능에 관여하는데, 특정 casein 가수분해물은 림프구 증식과 대식세포 활성을 촉진시키는 것으로 나타났으며, αs1-casein 가수분해 산물인 isracidin과 caseicidin은 항균 작용을 통해 면역에 기여하는 것으로 밝혀졌다(Javed et al., 2022; Olsen et al., 2023; Wan et al., 2021).
Casein 가수분해물의 혈압강하 기능성 또한 다양한 연구를 통해 규명되었다. 특정 casein 가수분해물은 ACE의 작용을 저해하는데, ACE는 혈관을 확장시키는 bradykinin 효소를 비활성화하고, angiotensin Ⅰ을 혈관을 수축시키는 angiotensin Ⅱ로 전환하여 혈압을 높인다(Nielsen et al., 2023). ACE의 작용을 저해하여 혈압 강하 기능을 하는 casein 가수분해물 중 대표적인 것으로 VPP(Val-Pro-Pro), IPP(Ile-Pro-Pro)의 순서를 가진 peptide가 있으며, 2006년 처음 식약처의 인정을 받아 기능성 성분으로 등록되었다. Adams et al.(2020)의 연구에서 유산균의 protease에 의해 casein이 가수분해되어 생성된 VPP와 IPP가 ACE를 저해하는 것으로 확인되었다. 또한, VPP와 IPP는 혈관 기능개선을 통해서 혈압조절에 도움을 줄 수 있다. VPP와 IPP의 섭취가 혈관건강에 미치는 영향에 대한 연구결과, 위 물질들이 혈관 내피 및 동맥 기능을 개선하는 효과를 가지며 혈관 확장을 유도하는 물질의 생성을 돕는 것으로 확인되었다(Okamoto et al., 2020; Song et al., 2020). Casein 가수분해물은 opioid peptide로 작용하여 신경 안정 및 숙면에 영향을 줄 수 있다. 그중 최초로 우유에서 발견되어 가장 효과적이라고 알려져 있는 것은 β-casomorphins(BCMs)로, 매우 약한 morphine의 성질을 갖는 것으로 알려져 있다(Tyagi et al., 2020). 이것을 장 내에서 체내로 흡수할 수 있는 신생아의 경우 일반적인 장내 기능 조절과 더불어 신경 안정 효과까지 기대할 수 있는 것으로 밝혀졌다(Woodford, 2021). 한편, casein 가수분해물 중에는 신경계의 기능에 영향을 미치는 다양한 neuropeptide가 존재하는데, 그중 αs1-casein의 분해산물인 α-Casozepine은 신경 안정과 더불어 수면 질 개선에 도움을 준다. α-Casozepine은 γ-amino butyric acid(이하 GABA)과 유사한 기작으로 신경 안정 기능을 갖는다. GABA는 중추신경계의 억제성 신경전달물질로, 신경 조직의 GABA-a receptor와 결합하여 Cl- 이온을 신경세포 내부로 이동시켜 신경을 억제한다. 이처럼 신경 억제 효과를 유발하거나 상승시키는 약물들은 신경 안정 및 항경련제로 이용된다(Kim and Yoon, 2023). α-Casozepine의 경우 GABA와 유사하게 GABA-a receptor와 결합하여 신경 안정 효과를 갖는다(Yayeh et al., 2018). α-Casein의 trypsin 가수분해 산물인 α-Casozepine은 쥐를 이용한 연구를 통해 항불안 작용을 할 수 있는 것으로 밝혀졌으며, 수면 장애가 있는 사람들을 대상으로 α-Casozepine을 투여한 결과 전반적인 수면의 질이 개선된 것으로 보고되었다(Kim et al., 2019; Qian et al., 2021; Thiagarajah et al., 2022). α-Casozepine은 현재 ‘Lactium’이라는 이름으로 프랑스 Ingredia사에서 제조되어 수면 질 개선에 도움을 줄 수 있는 건강기능식품의 원료로 이용되며, 식약처에도 그 기능성을 인정받아 기능성 성분으로 고시되어 있다.
식품안전나라에 따르면 식약처에 등록된 lactium을 이용한 건강기능식품은 2023년 8월 기준 50개이며 매년 증가하는 추세를 보인다. 개별인정원료로의 '락티움'을 이용하여 수면 개선 효과를 고시한 제품의 경우 ㈜노바렉스의 제품이 다수를 차지하였으며, 고시형 원료를 이용한 제품의 경우 다른 수면 개선 효과를 갖는 기능성 성분을 첨가하거나 신경 안정 효과만을 언급하기도 하였다. 한편 VPP-IPP를 이용한 건강기능식품의 경우 과거 ㈜노바렉스에서 제조한 ‘보움 써큘라케어 카제인 가수분해물’ 하나뿐이며, 현재는 판매하고 있지 않다. 하지만 국민건강보험공단과 여러 연구에서 확인할 수 있듯이 국내 고혈압 환자 수는 2017년 이후 지속적으로 증가하고 있으며, 노령 인구와 그에 따른 노인성 고혈압 증가가 우려된다. 이런 상황에서 casein 가수분해물을 활용한 혈압 강하 기능이 있는 제품의 시장 전망은 밝을 것으로 사료된다(국민건강보험공단, 2022; Ahn et al., 2019).
Table 3에 최근 2년간 등록된 lactium과 casein 가수분해물을 이용한 건강기능식품 중 10개를 선정하여 각 제품의 제조사, 첨가된 기능성 성분 및 기능성을 정리하였다.
Galacto-oligosaccharide(이하 GOS)는 lactose의 파생물로서, β-galactosidase에 의해 lactose가 transgalatosylation되는 과정에서 생성된다(Archana et al., 2023). GOS는 소화효소에 저항성을 가지고 있어 체내에서 프리바이오틱스로 작용한다. GOS는 소화효소에 의해서 분해되지 않고 장까지 이동하여 Bifidobacteria, Lactobacillus와 같은 프로바이오틱스에 의해서 이용될 수 있으며 이들 미생물의 개체 수를 증가시킬 수 있다(Wang et al.,2023). High purity-GOS(HP-GOS)의 in vitro, in vivo 실험에서는 HP-GOS를 규칙적으로 섭취할 경우 프로바이오틱스의 일종인 Lactobacillus와 Bifidobacterium의 장내 생존율이 증가하며 프로바이오틱스 유산균들의 장내 성장에 도움을 줄 수 있고, 회장에서 GLP-1과 PYY를 암호화하는 mRNA의 발현을 유의미하게 증가시켜 음식 섭취 후 식욕을 효과적으로 조절하는 데에도 영향을 미쳤다(Hong et al., 2016).
GOS는 면역력 증강에도 도움을 준다. GOS의 섭취는 Bifidobacteria와 Lactobacillus의 개체 수를 늘리고 장내 미생물 환경을 개선하는데, Bifidobacteria와 같은 유익균의 증가는 장에서 Clostridium과 같은 부패균의 증가를 길항적으로 억제하며 장내 pH를 낮추게 된다. 이러한 작용은 감염, 설사, 암 예방에 효과가 있으며 Natural Killer cell의 기능을 향상시키고 염증 유발 cytokine 수치를 감소시킨다(Chaves e Souza et al., 2022). 또한, GOS는 장관병원성 대장균이 장내 세포에 부착하는 것을 억제할 수 있으며 대장염의 염증반응에 효과가 있다는 사실이 밝혀졌다(Jawad et al., 2023; Park et al., 2021).
GOS의 피부 개선 효과는 장내 유해균의 억제와 관련이 있다. E. coli와 같은 장내 유해균의 억제를 통해 Phenol과 같은 독성물질 생성을 감소하고 건성피부와 아토피, 여드름 등의 피부병 발병을 감소시킨다(Mei et al., 2022). 최근 연구결과에 따르면 Collagen-tripeptide (이하 CTP)와 GOS를 3:1, 1:1, 1:3의 비율로 혼합한 약물을 경구 섭취한 경우 UV 조사 대조군에 비해 피부의 광보호 효과가 뛰어난 것으로 나타났다. 이는 CTP와 함께 GOS를 섭취하였을 때 세포 외 기질관련 유전자발현과 염증 관련 cytokine의 분비량, 장내 미생물 구성의 변화, 맹장 단쇄지방산의 함량이 변화하고, 이를 통해 피부의 광보호 효과가 증대된 것으로 밝혀졌다(Han et al., 2022).
Table 4는 GOS가 사용된 국내 건강기능식품을 보여준다. 식약처에 기능성 원료로 등록된 GOS는 크게 두 가지가 있다. 장기능 개선으로 기능성을 인증받은 ‘갈락토올리고당 분말(Bimuno® GOS Powder)’과 피부개선으로 기능성을 인증받은 ‘갈락토올리고당(네오고스 P-70)’이다. Bimuno® GOS Powder를 기능성 원료로 사용하는 제품은 현재 존재하지 않으며, GOS의 특성상 대부분의 경 우 프로바이오틱스 제품에 기타 원재료로 함유되어 있는 경우가 많다. 하지만, GOS의 장 건강 개선기능이 충분히 입증이 되어있는 만큼 관련 GOS를 기능성 원료로 활용한 관련 제품개발이 활발하게 이루어질 것으로 기대된다. 네오고스 P-70은 피부건강에 도움을 줄 수 있는 개별인정형 원료로 인증 받았다. 관련 제품으로는 분말형태의 GOS와 동일 제조 업체에서 만든 ‘스킨벨런스 제로’가 있다.
Lactulose는 galactose와 fructose으로 구성된 이당류로 주로 우유의 살균 조건 중 UHT과정에서 소량 생성된다. GOS와 유사하게 β-galactosidase에 의해서 분해되지 않고 대장까지 이동한 후 유산균, Bifidobacterium등과 같은 미생물에 의해 분해되면서 단당류, 휘발성 지방산, 메탄 등의 물질을 생산한다. 위와 같은 물질들은 장내 pH를 낮추며 부패균의 생장을 억제하고 장내 높은 삼투압을 형성하여 대변의 수분함량을 높게 하고 대장 운동을 촉진하여 변비완화에 도움을 준다(Faerber et al., 2022).
Lactulose는 장내 pH 저하를 유도해서 체내 암모니아 수치를 감소시켜 뇌병증 치료에 도움을 준다(Mukherjee et al., 2022). 위의 기능 이외에도 lactulose가 미네랄 흡수 촉진, 제2형 당뇨병 예방에 도움을 주며, 장내 염증성 종양의 발생을 억제할 수 있다는 연구가 존재한다 (Chu et al., 2022; Hiraishi et al.,2022).
Lactulose 가공 시에는 주로 분말 형태로 만든 후 2차 가공하게 된다. 2023년 8월 기준으로 식약처에 등록된 lactulose 분말 관련 제품은 총 12가지이다. 대부분의 제품이 lactulose를 프리바이오틱스 목적으로 가공한 분말 형태의 유산균 제품이며 남양유업의 '이너케어 장 프로텍트'와 같은 발효유 형태의 제품과 서흥의 '락추로스 구미젤리'와 같은 젤(Gel) 형태의 제품도 존재한다. Table 5에 lactulose 분말을 이용한 국내 건강기능식품을 정리하였다.
자연계에서 소량 존재하는 유당 파생물인 tagatose(D-tagatose)는 galactose의 keto형태 당으로 fructose의 구조 이성질체이며 주로 치즈, 발효유와 같은 우유를 활용한 유제품에 소량으로 존재하는 것으로 알려져 있다. 설탕에 비해서 절반의 칼로리를 가지고 있지만 같은 당도를 가지고 있어 저칼로리감미료로 주로 사용되며 구강으로 섭취된 양의 20%만이 간에서 완전히 분해되며 80%는 체외로 배출되게 된다(Lu et al., 2007; Ibrahim, 2018). Tagatose는 저칼로리감미료 이외에도 프리바이오틱스로 작용할 수 있다. Tagatose는 장에서 프리바이오틱스로 작용하여 유산균 수를 증가시켜 인체에 유익한 영향을 준다(Gupata,2023).
또한, tagatose는 혈당을 조절하는데 도움을 준다. Tagatose의 Glycemic Index(이하 GI)지수는 약 3정도로 포도당이나 빵과 같은 식품에 비해 낮다(Khuwijitjaru et al., 2018). 낮은 GI지수는 혈당 수치의 급격한 상승을 막을 수 있으며 당뇨에 도움을 줄 수 있다. 지금까지 밝혀진 체내에서 tagatose의 혈당 조절 기작은 tagatose가 glucose가 소장에서 부착되는 것을 직접적으로 막는 것과, glycogen 합성 효소인 glucokinase를 활성화하여 혈중 glycogen 합성을 촉진하고 glycogen 대사효소와 소장 내 탄수화물 분해 효소의 작용을 저해하는 것을 통해 체내 혈당 증가를 막는 것이다(Guerrero-Wyss et al., 2017).
Tagatose는 CJ제일제당에서 출시한 분말형태의 제품이 존재한다. CJ제일제당의 '타가토스 분말'은 식약처에서 건강기능식품으로 인증을 받았다. Tagatose를 활용한 건강기능식품 제품은 존재하지 않지만 이를 활용한 식음료는 존재하는데, 2023년 기준으로는 판매하고 있지는 않지만 매일유업 '마시는 퓨어'와 담터 '아사이베리 에이드'에 tagatose가 함유되어 있다. Table 6에 관련 제품을 정리하였다.
| 제품명 | 제품사진 | 제조사 | 기능성 성분 | 기능성 및 특징 |
|---|---|---|---|---|
| 타가토스 |
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CJ제일제당 | 타가토스 |
• 건강기능식품 인증 완료 • 혈당강하 효과 |
| 마시는퓨어1) |
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매일유업 | - | • 타가토스 함유 농후발효유 |
| 아사이 베리에이드1) |
|
담터 | - |
• 분말형태 음료베이스 • 타가토스 27%함유 |
결론
우유는 영양소의 기능과 생리활성 기능을 모두 가지고 있고 3대 영양소인 탄수화물, 단백질, 지방뿐만 아니라 비타민, 무기질을 함유한 식품 소재다. 그 중 whey protein은 근육 보충, 혈압 강하, 항산화 등의 기능이 존재한다. 이중 현재 기능성 원료로 인정받은 기능은 근육 보충인데 whey protein, 특히 그 가수분해물은 생체 이용률과 leucine 함량이 높아 근육 단백질 합성을 강화하고 근육 단백질 분해 작용을 약화한다. 이러한 작용을 통해 whey protein은 근감소증을 예방하고 근육 보충을 할 수 있다. 그러나 현재 '유청 단백질'이라는 이름으로 기능성 원료가 고시되어 있지 않기 때문에 소비자가 whey protein 기반 건강기능식품을 섭취하려면 소비자가 직접 원료를 확인해야 할 필요성이 있다.
Whey protein의 가수분해물 중 일부인 lactoferrin 또한 기능성 원료로 인정받았다. 이때 lactoferrin은 개별 인정형 원료로 2가지가 존재하는데 하나는 lactoferrin(우유정제단백질)이며 다른 하나는 유단백추출물이다. 이 둘은 서로 다른 기능으로 작용하는데 전자는 perilipin2를 줄이고 cAMP를 늘려 체중 감량 기능을 가지고 있으며 후자는 MBP 보충 등을 통해 뼈 강화 기능을 보유하고 있다. 이 두 성분은 같은 성분이지만 다른 기능으로 인정받았기 때문에 소비자의 구분이 필요하다. 그 외에도 lactoferrin은 피부 건강이나 면역력에 좋은 영향을 줄 수 있다.
Casein protein의 가수분해물은 면역 조절, 혈압 조절, 신경 안정 등의 효과가 있다. Casein 가수분해물은 ACE의 작용을 저해하여 혈압 강하 역할을 할 수 있는데 VPP와 IPP와 같은 펩타이드는 혈관 기능을 개선하는 데 도움이 되며 혈관 확장을 유도하는 물질을 생성하는데 도움을 준다. 또한 casein 가수분해물 중 β-casomorphins나 α-casozepine과 같은 casein 분해 산물은 신경 안정과 수면 개선에 도움이 되는 것으로 보고되었다.
우유 소재 탄수화물 중 GOS, lactulose, tagatose 등은 다양한 기능을 가지고 있는데 이들은 모두 glucose와 galactose로 구성된 lactose의 파생물이다. GOS는 프리바이오틱스 역할을 통해 면역력 증진에 도움이 된다. 또한 장내 유해균을 억제하여 독성 물질 감소를 통해 피부 건강 개선에, 특히 피부의 광보호에 큰 도움을 준다고 보고되었다. Galactose와 fructose으로 구성된 lactulose는 프리바이오틱스의 역할을 하며 부패균의 생장을 억제 및 장내 높은 삼투압을 형성하여 대변의 수분함량을 높게 하고 대장 운동을 촉진하여 변비 완화에 도움을 준다. 그 외에도 뇌병증 치료 등에도 도움을 줄 수 있다. 유제품에 소량 존재하는 tagatose는 저칼로리 감미료, 프리바이오틱스 등으로 작용할 수 있고 혈당을 낮출 수 있다.
한국건강기능식품협회의 자료에 따르면 2023년 관련 시장 성장률은 전년도 대비 0.9%로 2019년 이후 매년 5-10%의 성장률을 보였던 것에 비해 성장세가 둔화되고 있다. 이런 상황을 극복하기 위해서는 기능성 원료의 다변화와 다양한 제품 개발이 필요하다. 우유는 상술한 내용에서 알 수 있듯, 다양한 기능성 성분을 함유하고 있다는 점에서 활용가치가 뛰어나다고 할 수 있다. 그러나 현재 국내에 존재하는 기능성 원료 중 우유 유래 성분들은 그 다양한 기능에 비해 인정된 기능들이 매우 한정적이며 제품화가 이루어진 성분도 일부에 불과하다. 우유 속에는 다양한 생리활성 물질이 존재하기 때문에 lactose, 유단백 등 이미 기능성이 입증된 성분 이외에도 많은 성분들이 추후 제품으로 활용될 가능성이 높다. 예를 들어 유지방 유래 성분들 중 기능성이 존재하는 공액리놀레산(CLA)과 milk ceramide 등은 현재 기능성 원료로 인정받지 않았다. 이러한 성분들은 추후 연구개발을 통해 활용될 것으로 사료되며 실제로 우유 내 극미량 존재하는 milk ceramide는 현재 기능성 식품 검증을 받고 있다.
국내 건강기능식품 시장의 성장세는 둔화되었지만 적극적인 연구가 동반된다면 우유 유래 기능성 원료의 다양화와 신제품 개발을 통해 어려움을 극복해 나갈 수 있을 것이다. 우유 내 기능성 물질들에 대한 다양한 생리활성 기능들이 연구되고 식약처에서 신규 기능과 성분들을 추가로 인정받는다면 건강기능식품 시장의 성장을 활성화하고, 낙농업계의 발전에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.
