J Dent Hyg Sci Vol.12, No.4, 2012, pp.303-309 RESEARCH ARTICLE 우식유발식품에의한인공타액내 ph 변화와당분해효소활성에관한연구 지윤정 ㆍ박수경 1 영동대학교치위생학과, 1 연세대학교대학원치위생학과 A Study on Artificiality Salivary ph and Sugar Fermentation Test of Caries Potentiality Foods Yun-Jeong Ji and Su-Kyung Park 1 Department Dental Hygiene, Youngdong University, Yeongdong 370-701, 1 Department Dental Hygiene, The Graduate School, Yonsei University, Seoul 120-749, Korea This study was designed to provide basic data for developing a standardized caries potentiality index to help to choose snack foods with a low score on the index by investigating adolescents' snack intakes and measuring them in total saccharinity, ph, and acidogenic potential and glucosidase activity of Streptococcus mutans (S. mutans). Total 28 snack foods were selected and measured for total saccharinity (Pocket refractometer PAL-1, ATAGO) and ph with a ph meter (Mentor, Seoul, Korea). Artificial saliva was added to each sample. The experiment group was administered with S. mutans (ATCC 3692), cultured in a constant temperature incubator at 37 o C, and measured for ph changes over five times including after 10 minutes, 30 minutes, 1 hour, and 24 hours. Each sample of 0.3 ml was added to tubes containing sucrose, galactose, or glucose to measure the glucosidase activity of S. mutans. They were then observed for glucosidase activity with colorimetry after 24 hours of culture in a constant temperature incubator at 37 o C. The mean ph by the acidogenic potential of S. mutans was ph 5.33. The experiment group dropped in ph more than the control group due to the increasing acidogenic potential of S. mutans by glucosidase activity, recording ph 5.27 after 10 minutes, ph 5.21 after 30 minutes, ph 5.15 after 1 hour, and ph 4.80 after 24 hours. The observation results of glucosidase activity of S. mutans with colorimetry show that most of the samples were positive in orange and yellow with glucose, sucrose, and glactose recording activity of 78.58%, 75%, and 71.42%, respectively. Key Words: Cariogenic potential, Glucosidase activity, Snack foods 서론 치아우식증이란법랑질, 상아질등의치질이파괴되어경조직우식으로발생하는감염성질환으로치태내세균, 음식물, 타액의상호작용에의하여유발되는다인자성질환이다. 치아우식의원인균인 Streptococcus mutans (S. mutans) 는치아우식과치주질환의원인적요소로여겨지고있는세 균의형성에중요한역할을한다. 이균은 sucrose로부터유산과다당류를형성하고특히세균형성에필수적인불용성다당류를합성하기때문에치아우식과밀접한관련성을가지고있다 1). S. mutans균체는표층에 GTase를분비하며음식물중 sucrose로부터불용성 glucan을형성하여구강내미생물들과치면세균막을생성하여치아우식증과치주질환을발생시킨다. Plaque에존재하는많은양의 S. mutans 에의해자당이포도당과과당으로분해되고구강내미생 Received: April 13, 2012, Revised: August 25, 2012, Accepted: August 27, 2012 Correspondence to: Yun-Jeong Ji Department Dental Hygiene, Youngdong University, 310, Daehak-ro, Yeongdong 370-701, Korea Tel: +82-43-740-1494, Fax: +82-43-740-1494, E-mail: jyj2842@yd.ac.kr ISSN 1598-4478 (Print) / ISSN 2233-7679 (Online) Copyright 2012 by the Korean Society of Dental Hygiene Science This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License (http://creativecommons.org/licenses/ by-nc/3.0) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.
J Dent Hyg Sci Vol. 12, No. 4, 2012 물에의해산을생성하게되어 ph가 5.5 이하로떨어져법랑질의미세한분해와탈회가일어나치아우식병소가발생된다 2,3). 근래에들어경제성장에따른생활수준향상의결과, 식생활에있어서도당의섭취량이많아지고, 섭취빈도가잦아졌다. 식이조절은섭식습관과식단을조절하여치아우식증의발생을예방하는행위로음식이우식발생에미치는영향을분석하는과정이다. 식이조절로치아우식증을예방하는방법은개별구강진료과정에활용할수있으며, 환경요인을제거하는방법으로임상적인면에서널리활용되고있다. 2006년실시된국민구강건강실태조사결과 12세의영구치우식경험자율은 61.1% 이였으며, 15세의영구치우식경험자율은 77.% 이었고, 2010년실시된국민구강건강실태조사결과 12세의영구치우식경험자율은 60.5% 이었으며, 15세의영구치우식경험자율은 74.6% 로모두 2006년에비해감소되었으나, 다른 OECD 국가와비교할경우여전히높은실정이다 4,5). 치아우식증은식이섭취, 특히설탕의섭취와관련성이크며, 음식물의조성과식습관은우식활성에영향을줄수있다. 당질이많이배합된식품은치아우식증의발생원인이되고음식조성과식습관은치태에서발견되는특별한우식유발미생물의유형과비율에영향을주어간접적인우식활성에도영향을미친다. Vipeholm 연구에의하면설탕이함유된캐러멜, 초콜릿, 사탕등의섭취빈도가많은아동에서치아우식증이많고, 칼슘의함량이높은어패류, 우유등과섬유소가많은식품을골고루섭취하는좋은식습관을가진아동에서치아우식증이적게발생되는것으로보고되었다 6). 최근에는치아우식증을예방하기위해생물학적접근도에서 S. mutans에대한성장억제연구로여러가지방법들이제시되고있으며, 연구자들은프로폴리스같은천연항생제나화학적요법에의한구강내세균들의항생제감수성실험들을통하여그효과들을증명하고있다. 정 7) 은마 (Dioscorea batatas) 와꿀풀 (Prunella vulgaris) 헥산추출물을이 용하여 S. mutans의항균및항우식효과를알아본결과 S. mutans의성장억제, 산생성억제, GTase의활성저해효과를보고하였고 Sakanaka 등 8) 과 Smullen 등 9) 의연구에서는녹차의경우 polyphenol 화합물이 S. mutans균에대한항균활성을나타내며 GTase의활성도억제한다고보고하였다. 당분이높은간식품의섭취는청소년과국민들의영양섭취뿐만아니라치아우식에큰영향을미치므로간식품의영양적가치나성분등에대한자세한연구가필요하나이에관한연구는부족한실정이다. 따라서본연구에서는청소년을대상으로선호하는간식섭취실태를조사하고, 간식품의총당도, 간식품의 ph 변화측정, 당분해효소활성도, S. mutans에의한산생성능을측정하여, 치아우식유발지수가낮은간식품을선택할수있게하고, 표준화된치아우식유발지수를개발하는데필요한기초자료를제시하고자본연구를실시하였다. 재료및방법 1. 연구재료 1) 균주본실험에사용된 S. mutans는 KTCT ( 한국생명공학연구원생명자원센터 ) 에서분양받았으며, 생육배지는 Brain Heart Infusion (BHI) Bacto, broth와 BHI (Brain Heart Infusion, Bacto) 에 Agar (Becton Dickinson Co., USA) 를첨가하여사용하였다. 2) 간식품설문지조사를통해많이섭취하고있는간식품을과자류, 빵및케익류, 음료류, 사탕및초콜릿류, 우유및유제품류, 인스턴트및분식류, 생과일류로분류하였으며, 고체군 21가지, 액체군 7가지를선정하여대형할인매장에서구입하였다. 구입한간식품의목록으로는 Table 1과같다. Table 1. Classification of the test foods Classification Test foods Snack 새우깡 ( 농심 ), 콘프레이크 ( 켈로그 ), 스윙칩 ( 오리온 ), 오레오 ( 동서 ) Bread and cake 카스테라, 단팥빵, 피자빵, 소보루빵 ( 파리바게트 ) Drink 콜라 ( 코카콜라 ), 포카리스웨트 ( 동아오츠카 ), 오렌지쥬스 ( 콜드 ), 녹차 ( 동서 ) Candy and chocolate 츄파춥스 ( 농심 ), 마이쮸, 땅콩카라멜 ( 크라운 ) ABC초콜릿 ( 롯데 ) Milk 흰우유 ( 남양유업 ), 액상요구르트 ( 야구르트 ), 호상요구르트 ( 소와나무 ), 치즈 ( 서울우유 ) Instant food 라면, 김밥, 찐만두 ( 영동대학교구내식당 ), 양념치킨 (BBQ) Fruit 사과, 바나나, 복숭아, 파인애플 ( 영동감귤나라 ) 304
지윤정ㆍ박수경 : 우식유발식품에의한인공타액내 ph 변화와당분해효소활성에관한연구 2. 실험방법 1) 고체시료의전처리고체군 21가지는막자사발에빻아서고운가루로만든후 10 ml 증류수와섞어액체화상태에서사용하였다. 2) 인공타액인공타액제조에필요한 Na-CMC (sodium-carboxylmethlycellulose), Glycerine, Methyl 4-hydroxy benzoate는 Daejung사 (Daejung chemical, Seoul, Korea) 로부터구입하여, Na-CMC solution 150 ml, glycerin 30 ml, 증류수 120 ml을섞어제조하였다. Na-CMC solution은 CMCsodium 11.0 g, methyl parabenzoate 1.0 g, glycerin 60 ml, ethanol 5 ml를 1 L volumetric flask에넣고증류수로채워전체용량이 1 L가되게정용한후 121 o C, 1.5기압하에서 15분간멸균하였다. 을 0.85% saline solution 9 ml에현탁하고이를 10배단위로희석한액을 100 μl BHI Agar 배지에도말하여 37 o C에서 48시간동안배양한후형성된 colony를계수하였다. 후에 ph를기준으로분류한 28가지간식품중각각당분의함량이가장많은간식품을한가지씩선택하여, 액체시료와고체시료 10 ml에대수증식기의균액 100 μl를접종하여 37 o C 항온배양기에서 18시간배양한후, 멸균한증류수 10 ml, phenolphthalein을첨가하고 0.1 N NaOH로적정하여총산도및 ph를측정하였다. 6) 당분해효소활성측정 S. mutans의당분해효소활성도를측정하기위하여 sucrose, galactose, glucose가첨가된 Yeast sucrose, galactose, glucose Assay Kit를 Liofilchem사 (Liofilchem, Italy) 로부터구입하여, 튜브에시료를 0.3 ml씩첨가하고, 24시간후효소활성도를비색법으로관찰하였다. 3) ph 변화측정 ph meter (Mentor, Seoul, Korea) 를이용하여각시료당 0분, 10분후, 30분후, 1시간후, 24시간후총 5회 ph의변화를측정하였다. 4) 당도측정 Pocket refractometor pal-1 (Atago, Tokyo, Japan) 를이용하여기계에고체군은증류수와희석한용액을떨어뜨리고, 액체군은액상으로떨어뜨려측정한후수치를기입하였다. 결과 1. 총당도측정간식품 28종류의 ( 고체군 21가지, 액체군 7가지 ) 당도를측정한결과, Fig. 1과같다. 오레오가 43.5로가장높았고, 스윙칩과마이쮸가 39.3, 땅콩카라멜 38.8, 츄파춥스 37.2, 소보루빵 33.9 순이었으며, 포카리스웨트와녹차가 0으로가장낮았다. 설탕이많이함유된음식에서총당도의값이높아지는것을볼수있었다. 5) S. mutans에의한간식품의산생성능측정생균수는 plate count method로측정하였다. 배양액 1 ml 2. S. mutans 의산생성능에의한 ph 변화 S. mutans 의산생성능에의한액체와고체간식품의 ph Fig. 1. Sugar contents. 305
J Dent Hyg Sci Vol. 12, No. 4, 2012 변화를측정한결과 Table 2과같다. 액체간식품 7가지를음료류와우유및유제품류로분류하였고, 고체간식품 21 가지를과자류, 빵및케익류, 사탕및초콜릿류, 인스턴트및분식류, 생과일류로분류하였다. 간식품의 ph 변화는 Fig. 2와같다. 간식품의 ph 평균값은 ph 5.33이었으며, 음료류, 우유및유제품류, 사탕및초콜릿류에서 ph 평균값이낮았다. 실험군의 S. mutans 산생성능에의한평균 ph 변화는 10분후 ph 5.27, 30분후 ph 5.21, 1시간후 ph 5.15, 24시간후 ph 4.80으로대조군에비해 S. mutans의산생성도증가로 ph값이낮아지는것을볼수있었다. 3. 당분해효소활성도 Sucrose, glucose, glactose 튜브에 0.3 ml 의시료를첨가 한후 S. mutans의당분해효소활성도를비색법으로관찰한결과 Fig. 3과같다. Glucose의활성도는 78.58%, sucrose 의활성도는 75%, glactose의활성도는 71.42% 로대부분의시료에서 Positive인 orange, yellow color를보였으며, Negative는 red color로나타났다. 고찰 식품에포함되어있는당질은치아우식증의원인이되고, 식품마다당질의종류와함량이다르므로구강내에서다양하게우식유발력을가진다. 특히, 설탕을함유하는식품을자주간식으로섭취하는것은치면세균막형성을증가시키며, 박테리아가산을생성해낼수있는시간을늘리게되므로, 설탕섭취빈도를증가시키는것은결과적으로치면세균 Table 2. Over time ph measurement index of foods Classification Item ph 0 (min) 10 (min) 30 (min) 1 (hour) 24 (hour) Snack 새우깡 7.07 7.09 7.01 7.08 6.91 콘프레이크 4.96 5.13 5.10 5.07 5.08 스윙칩 5.61 5.66 5.53 5.37 5.41 오레오 7.49 7.49 7.35 7.30 7.27 Bread and cake 카스텔라 6.65 6.64 6.88 6.76 6.70 단팥빵 5.43 5.66 5.57 5.51 5.58 피자빵 5.44 5.40 5.30 5.29 5.43 소보루빵 6.83 6.80 6.71 6.78 6.72 Drink 콜라 3.67 3.23 3.18 3.26 3.25 포카리스웨트 3.63 3.62 3.55 3.50 3.30 오렌지쥬스 3.69 3.72 3.61 3.55 3.50 녹차 6.10 5.58 5.78 6.02 5.74 Candy and chocolate 츄파춥스 3.72 3.61 3.54 3.46 3.44 마이쮸 4.13 4.23 3.98 3.92 3.87 땅콩카라멜 6.14 6.21 6.29 6.14 6.07 ABC 초콜릿 6.37 6.53 6.30 6.26 5.65 Milk 흰우유 6.62 6.54 6.57 6.45 5.60 요구르트 3.57 3.53 3.51 3.37 3.42 요플레 4.38 4.52 4.43 4.37 4.28 치즈 6.05 6.02 6.07 5.91 5.84 Instant food 라면 6.26 6.16 6.27 6.22 4.95 김밥 5.67 5.58 5.49 4.98 4.48 양념치킨 5.65 5.69 5.61 5.54 4.55 찐만두 5.95 5.93 5.93 5.83 4.13 Fruit 사과 4.74 4.82 4.89 4.54 4.51 바나나 5.24 5.30 5.12 5.04 4.59 복숭아 4.15 4.27 4.24 4.02 4.00 파인애플 4.22 4.37 4.37 4.04 4.01 306
지윤정ㆍ박수경 : 우식유발식품에의한인공타액내 ph 변화와당분해효소활성에관한연구 Fig. 2. Acid generation capability caused by change in ph of S. mutans. Fig. 3. Sugar fermentation test. 막내 S. mutans의수를증가시키고치아우식증의경험률을증가시킨다 10). 본연구에서청소년들의간식섭취빈도에서우유및유제품류, 음료류, 생과일류와같은간식을주로섭취한다는결과는우리나라학생들이우유, 코코아, 비스켓, 아이스크림등의간식을선호한다 11-13) 는결과와일치하였다. 윤등 14) 은일부치위생과학생들의 5일간의식생활일지를통한식품섭취실태조사결과에서우식성섭취횟수는 12.82회이었고 1일평균우식성간식섭취횟수는 1.74회나타나우식성식품의섭취횟수와총간식섭취횟수는서로관련성을가지며치아우식발생가능성을예측보고하였다. 치아우식증에영향을미치는식이의모든기전이밝혀진것은아니지만탄수화물, 특히설탕의치아우식유발성이가장강하다고할수있다. 또한, Burt 등 15) 의연구에서는 11 15세청소년들을대상으로조사한연구에서설탕섭취가많 은경우인접면치아우식증발생위험이높아진다고하였다. 본연구결과에서나타난총당도함량이높은간식품으로는과자류 ( 오레오, 스윙칩 ), 사탕및초콜릿류 ( 마이쮸, 땅콩카라멜, 츄파춥스 ) 등에서가장높게나타났다. 총당도가가장높은 5개의간식품평균값은 38.54였으며, 이는표준화된당도의수치와거의일치하였다. 하지만, 모든식품의표준화된당도가제시되어있지않으므로, 청소년들의치아우식증예방과올바른간식품선택을위해영양성분량과함께당도를제시하도록하여야한다. Sissons 등 16) 의연구에서도치면세균막내 S. mutans에의해구강내에서 ph가 5.5 이하로떨어지면치아가우식되며, ph 4.0 이하면부식되기쉬운상태가되기때문에 ph가낮고총산도가높은식품일수록치아에좋지않은영향을미친다고보고하였다 16,17). 본연구결과에서는 S. mutans균을접종한후, 24시간후측정한평균 ph 값으로음료류 ph 3.93, 우유및유제품류 ph 4.78, 사탕및초콜릿류 ph 4.75 였으며, 주스류 ph 2.71, 탄산음료류 ph 2.72, 우유및두유류 ph 6.36, 초콜렛류 ph 4.87로 Takahashi 등 18) 의음료류의구강내타액 ph에대한연구결과와일치하였다. 이와같은연구결과를종합해볼때, ph가낮은음료류, 생과일류, 인스턴트및분식류는 ph가높은빵및케익류, 과자류같은간식품에비해우식될가능성이높을것으로생각된다. 또한과자류, 빵및케익류와같은고체간식품의경우에는 ph 가높고총산도는낮기때문에우식가능성은적지만, 식품자체의 ph보다저작후치면에남아있는당성분이미생물에의해발효되어산을생성해치아를탈회시키므로간식품섭취시이점을고려해야한다. 또한, 치면에부착한 S. mutans 균은당질대사과정에서젖산과같은유기산을생성하며, 307
J Dent Hyg Sci Vol. 12, No. 4, 2012 이와같은 plaque와유기산은치아의법랑질을탈회시키는원인이된다. 강과김 19) 은산에대한 S. mutans의스트레스반응연구에서 lactic acid로처리후 S. mutans의세포막지방산조성과단백질패턴분석결과 acid stress 동안불포화지방산의증가와단백질발현이증가함을보고하였다. 세포의불용성 glucan은 S. mutans균이분비하는 glucosyl-transferase (GTase) 에의해음식물중의 sucrose로부터합성되어치아우식증을증진시키는원인으로알려져있다. Brudevold의연구에따르면당은 S. mutans균에의한산생성력에따라직접적으로법랑질탈회에영향을미치는데, 특히 fluctose, glucose, sucrose가탈회를많이일으키고 galactose 가탈회에대한영향력이가장낮은것으로보고하였다 20). 윤 21) 과 Kashket 등 22) 과 Nakahara 등 23) 의연구에서도여러가지당을기질로하여 S. mutans균의 GTase 활성을측정해본결과 sucrose가불용성 glucan을생성하였음을보고하였다. 본연구결과에서도 sucrose, glucose, galactose에서세균의효소활성도가높은것으로나타나세균의활성도를낮추어 glucan 생성량을감소시켜치아우식유발을낮추어야한다고생각된다. 식품의치아우식유발력과관련하여가장대표성을갖고신뢰도가높은요인을이번연구를통하여찾아내는것은의미가있는일이다. 치아우식증을예방하기위해국민들이스스로치아우식유발지수가비교적낮은식품을선택하여섭취하도록하여야한다고예방치학자들은주장하고있다. 따라서, 식생활을지도하고식이를상담하는과정에필요한표준화된식품별치아우식유발지수개발의필요가시급하다. 또한, 치아우식증을예방할목적으로식이를조절하는과정에는, 되도록당질이적게함유되고치아에점착도가적은음식을먹게하는반면, 당질이많이함유되고치아에대한점착도가큰우식성식품의섭취를엄격하게금지시켜야한다. 우식에영향을미치는인자들의연관적인영향이음식에달려있다는문제가제기되어왔다. 치의학자, 식품영양학, 치과관련종사자, 그리고다양한전문가들은음식물의우식유발성을더욱신중하게연구해야할것이며, 우식을유발하지않는새로운식품의개발과치아에손상을감소할수있는제품의연구개발이필요할것으로생각된다. 요약 청소년을대상으로간식섭취실태를조사하고, 간식품의총당도, 간식품의 ph, S. mutans의산생성능과당분해효소활성도를측정하여, 치아우식유발지수가낮은간식품을선택할수있도록표준화된치아우식유발지수를개발하는데 필요한기초자료를제시하고자본연구를실시하였으며다음과같은결론을얻었다. 1. 간식품 28종류의 ( 고체군 21가지, 액체군 7가지 ) 당도를측정한결과오레오가 43.5로가장높았고, 스윙칩과마이쮸가 39.3, 땅콩카라멜 38.8, 츄파춥스 37.2, 소보루빵 33.9 순이었으며, 포카리스웨트와녹차가 0으로가장낮았다. 설탕이많이함유된음식에서총당도의값이높아지는것을볼수있었다. 2. S. mutans의산생성능에의한 ph 평균값은 ph 5.33이였으며, 실험군의 S. mutans 산생성능에의한평균 ph변화는 10분배양후 ph 5.27, 30분후 ph 5.21, 1시간후 ph 5.15, 24시간배양후에는 ph 4.80으로 S. mutans의당분해효소활성에의한산생성도증가로대조군보다 ph값이낮아지는것을볼수있었다. 3. S. mutans의당분해효소활성도를비색법으로관찰한결과 glucose의활성도는 78.58%, sucrose의활성도는 75%, galactose의활성도는 71.42% 로대부분의시료에서 Positive 인 orange & yellow color로나타났다. 참고문헌 1. Paik DI et al.: Clinical Preventive Dentistry. Fifth Edition. Komoomsa, Seoul, pp.66-75, 2011. 2. Ciardi et al.: The effect of anti-bacterial compounds on glucosyltransferase activity from streptococcus mutans. Archs oral Biol 23: 301-302, 1978. 3. Cole AS, Eastoe JE: The formation and properties of dental plaque. In Biochemistry and Oral Biology 2(2): 219-232, 1988. 4. Ministry of Health and Welfare: Korea National Oral Health Survey 2006. Seoul: Ministry of Health and Welfare, 2006. 5. Ministry of Health and Welfare: Korea National Oral Health Survey 2009. Seoul: Ministry of Health and Welfare, 2010. 6. Gustafsson et al.: The Vipeholm dental caries study; the effect of different levels of carbohydrate intake on caries activity in 436 individuals observed for five year. Acta Odontol Scand 11(3-4): 232-264, 1954. 7. Jung GO: Glucosyltransferase Inhibition of Streptococcus mutans by Dioscorea batatas and Prunella vulgaris extract. J Dental Hygiene Science 7(1): 9-12, 2007. 8. Sakanaka S et al.: Antimicrobial effects of green tea polyphenols on thermophilic spore-forming bacteria. J Biosci Bioeng 90(1): 81-85, 2000. 308
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