The purpose of this research was to investigate loading rate of influent for acidogenic fermentation. Laboratory batch experiments were conducted, at $35^{\circ}C$, HRT 18hr, pH 6 and used 3.5L reactor. Loading rate of influent was varied 2.0 to 4.0g VSS/L, TOA concentration is decreased according to increasing loading rate Over 2.5g VSS/L. When loading rate is 2.0g VSS/L, hydrolysis percentage show the maximum value of 87%. Most of SCFA is consist of HAc, HPr, I-HBu and MBu. HAc concentration is 5,233mg/L in the 2.0g VSS/L condition. So, for this study, we think that limiting loading rate is 2.5g VSS/L. SCFA species was investigated to HAc, HPr, I-HBu and n-HBu during our studying. HAc/SCFA ratio is about 89.3%, SCFA production rate is highest to $1,104mg\;COD/L/d{\cdot}gPCOD$ for 2.0g VSS/L loading rate.
To compare the effects of various types of dietary fiber on microbial production of short-chain fatty acids (SCFA) and on colon cell proliferation which is used as an intermediate biomarker for colon carcinogenesis, groups of 10 male Sprague-Dawley rats were fed one of four fiber-supplemented diets (6% cellulose, 6% pectin, 6% polydextrose, and a mixture of 3% cellulose and 3% polydextrose) for three weeks. As a control, a fiber-free diet was fed to a separate group of 10 rats. Cell proliferation was measured by in vivo incorporation of bromodeoxyuridine into DNA in the proximal and distal colon, respectively. Luminal concentrations of SCFA were measured by gas chromatography. Dietary fiber significantly influenced microbial production of SCFA in the colon; pectin supplementation produced the highest concentrations of luminal SCFA in both the proximal and distal colon (p<0.05). The degree of individual SCFA production was characterized by a relatively higher increase in butyrate production by the pectin-supplemented diet, and in propionate production by the polydextrose-supplemented diet, resulting in alterations of the molar ratios of acetate, propionate and butyrate. There were significant differences in colon cell proliferation among the diet groups; the pectin-supplemented diet produced a significantly higher effect on cell proliferation of distal colonic epithelial cells (p<0.05), and the polydextrose-supplemented diet produced an intermediate effect compared to the fiber-free or cellulose-supplemented diet. Increased cell proliferation was correlated to increased luminal concentrations of butyrate in the proximal colon and to increased luminal concentrations of propionate and butyrate in the distal colon (p<0.05). Therefore, these data suggest that dietary fiber may modulate colon cell proliferation by altering luminal SCFA concentrations, particularly butyrate and perhaps propionate. In addition, the present study is the first finding that has demonstrated a relative increase in colon cell proliferation due to supplementation with polydextrose, suggesting that the overuse of this artificially synthesized polysaccharide in food processing technology needs to be carefully evaluated from the public health point of view.
This study was carried out to find the difference in flavor compounds between cholesterol-reduced Cheddar cheese slurries and control sample. The cheeses were made by 3 different treatments as followings: 1) Control (no homogenization, no ${\beta}$-CD), 2) Trt A (1,000 psi milk homogenization, 1% ${\beta}$-CD) and 3) Trt B (cream separation following by 10% ${\beta}$-CD, mixed with skim milk at 1,000 psi homogenization). The cholesterol removals of the cheeses were 79.30% (Trt A) and 91.22% (Trt B). The cheese slurries made by the cheeses were aged at $32^{\circ}C$ for 3 wk. The production of short-chain fatty acids (SCFA) was significantly increased with storage time in all treatments. Total amount of SCFA was dramatically increased at 2 wk and maintained thereafter in control group. The amounts of acetone and acetaldehyde were slightly increased in control at 3 wk, however, no difference was found in others. Ethanol production was dramatically increased at 1 wk and decreased thereafter in all treatments. Based on our results, cheese slurries for Trt B showed a highest cholesterol removal rate. Although little difference was found in flavor production, lower amount of SCFA was found in Trts A and B in 2 and 3 wk. It may indicate that a certain amount of SCFA is decreased during ${\beta}$-CD treatment.
식이 섬유질에는 여러 종류가 있고 그 종류에 따라 short chain fatty acid(SCFA)의 생산 등 생리작용도 크게 다르다. 식이 섬유질 중 수용성은 장내세균의 발효를 받아 butyrate, acetate, propionate 등의 SCFA를 생산한다. 수용성 식이 섬유질을 섭취함으로서 SCFA의 생산을 증가시키고 대장점막증식, 물.전해질 흡수 촉진, 혈류량을 증가시키는 작용 외에 면역조절 작용을 가지고 있다. 식이 섬유는 장관계 질환 중의 하나인 염증성 장질환 특히 궤양성 대장염의 치료법으로서 기대되고 있으며, 암세포 연구에서는 butyrate 가 apoptosis 유도작용과 발암유전자의 억제효과가 확인되고 있으나 역학 연구에서는 식이 섬유질에 의한 대장암 예방효과는 아직 불확실하다. 모든 유형의 식이 섬유질은 건강 식품으로서 사용되고 있으며, prebiotic으로서도 주목받고 있다. 또한 경장 영양제에도 각종의 식이 섬유질이 첨가되어 있다. 그러나 충분한 양의 비타민과 무기질을 함유한 고섬유질식과, 건강 식품으로서의 식이 섬유질을 같은 의미로 해석하기에는 여러 가지 문제가 남아 있다.
본 연구는 양돈 슬러리의 악취물질 감소에 효과가 있는 것으로 확인된 물질의 효능을 비교분석하기 위하여 수행되었다. 페놀류 농도는 고추냉이와 아몬드피 구에서 낮았고, 인돌류 농도는 아몬드피 구에서 가장 낮았다(p<0.05). 따라서 슬러리에 아몬드피를 첨가하면 VOC 농도가 감소되었다. SCFA 농도는 팽이버섯폐배지와 아몬드피 구에서 높았고, BCFA 농도는 대조구에 비해 다른 모든 처리구에서 낮았다(p<0.05). 또한 슬러리의 pH는 팽이버섯폐배지와 아몬드피 구에서 낮았다(p<0.05). 따라서 팽이버섯폐배지 또는 아몬드피를 슬러리에 첨가하면 SCFA 농도는 증가되고 BCFA 농도는 감소되는 것으로 나타났다.
Hyeon-Ji Lim;In-Sun Park;Ji Won Seo;Gwangsu Ha;Hee-Jong Yang;Do-Youn Jeong;Seon-Young Kim;Chan-Hun Jung
Journal of Microbiology and Biotechnology
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제34권7호
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pp.1501-1510
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2024
Inflammatory bowel disease (IBD), characterized by chronic inflammation of the gut, is caused by several factors. Among these factors, microbial factors are correlated with the gut microbiota, which produces short-chain fatty acids (SCFAs) via anaerobic fermentation. Fermented foods are known to regulate the gut microbiota composition. Ganjang (GJ), a traditional fermented Korean soy sauce consumed worldwide, has been shown to exhibit antioxidant, anticancer, anti-colitis, and antihypertensive activities. However, its effects on the gut microbiota remain unknown. In the present study, we aimed to compare the anti-inflammatory effects of GJ manufactured using different methods and investigate its effect on SCFA production in the gut. To evaluate the anti-inflammatory effects of GJ in the gut, we performed animal experiments using a mouse model of dextran sulfate sodium (DSS)-induced colitis. All GJ samples attenuated DSS-induced colitis symptoms, including reduced colonic length, by suppressing the expression of inflammatory cytokines. In addition, GJ administration modulated SCFA production in the DSS-induced colitis model. Overall, GJ exerted anti-inflammatory effects by reducing DSS-induced symptoms via regulation of inflammation and modulation of SCFA levels in a DSS-induced colitis model. Thus, GJ is a promising fermented food with the potential to prevent IBD.
지구상에는 약 5,400여 종의 포유동물이 있고 그 중 약 1,000여 종은 풀을 뜯어 먹고 사는 초식동물이다. 초식동물 중에서 약 250여 종이 반추동물로 알려져 있다. 반추동물인 소와 양은 반추위에서 주로 발효가 일어나지만 비반추동물인 돼지와 사람은 맹장과 결장, 직장에서 주로 발효가 일어난다. 반추위 미생물의 종류와 우점도 Bacteroidetes 51%, Firmicutes 43% 존재하며, 사람의 대장미생물의 우점도Firmicutes 65%, Bacteroidetes 25%로 존재한다. 풀의 세포벽 구성성분은 미생물에 의해 분해, 발효에 의해 SCFA (short chain fatty acid)를 생성하게 되고 acetate, propionate, butyrate 생성비율은 60:25:15이다. 장내 primary butyrate transporter인 MCT1(monocarboxylatetransports-1)에 의해서 흡수된 butyrate는 SCFA receptor GPR43과 GPR41을 활성화시킨다. Butyrate는 강력한 anti-tumorigenic 기능을 가지고 있다. Butyrate는 다양한 cancer cell에 효과를 나타내며 세포내의 기능 조절에 기여하고, 암세포사멸을 유도하는 특성이 있다. Butyrate는 caspase의 활성화, HDAC (histone deacetylase) 활성을 억제하여apoptosis를 유도하고, p53 발현증가로 cell cycle arrest와 apoptosis를 유도한다. SCFA의 항 염증작용으로는 장 상피세포에서 IL-8 발현 감소, NO합성과 NF-${\kappa}B$ (nuclear factor ${\kappa}B$)의 활성을 억제하여 염증으로 인한 암 발생을 억제한다. Butyrate는 장 점막의 생리적 기능을 유지하는데 중요한 역할을 하며 IBD (inflammatory bowel disease) 치료법으로 이용되고 있다.
Guerin-Deremaux, Laetitia;Ringard, Florence;Desailly, Fabrice;Wils, Daniel
Nutrition Research and Practice
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제4권6호
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pp.470-476
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2010
The resistant dextrin NUTRIOSE$^{(R)}$, developed from starch, is expected to act as a prebiotic. The aim of this study was to determine the effects of NUTRIOSE$^{(R)}$ on cecal parameters, short-chain fatty acid (SCFA) concentrations, and fecal excretion in rats. In an initial experiment, twenty-four male Fischer F344 rats were randomly assigned to one of the following four treatments for 14 days: G0 (control diet), G2.5 (control diet+2.5% of dextrin), G5 (control diet + 5% of dextrin), and G10 (control diet + 10% of dextrin). After 14 days, total cecal weight, cecal content, and cecal wall weight were significantly increased in G5 and G10 compared to G0. At the same time, cecal pH was significantly lower in G10 compared to G0. Total SCFA concentration was significantly higher in G10 than in G5, G2.5, and G0, and significantly higher in G5 than in G0. Acetate, butyrate, and propionate concentrations were significantly increased in G5 and G10 compared to the controls. In a second trial based on a similar design, eighteen male Fischer F344 rats were treated with a control diet supplemented with 5% of dextrin or 5% of fructo-oligosaccharide. The results obtained with NUTRIOSE$^{(R)}$ were similar to those obtained with the fructo-oligosaccharide. In a third experiment, two groups of 5 Fischer F344 rats were orally treated with 100 and 1,000 mg/kg NUTRIOSE$^{(R)}$, respectively, and from 18% to 25% of the dextrin was excreted in the feces. The results of these three studies show that the consumption of NUTRIOSE$^{(R)}$, by its effects on total cecal weight, cecal content, cecal wall weight, pH, and SCFA production, could induce healthy benefits since these effects are reported to be prebiotic effects.
국내 하수처리장에 적용되는 BNR(Biological Nutrients Removal) 공정의 효율저하 원인은 유입원수의 낮은 C/N비와 탄소 (Carbon source) 부족이 가장 큰 것으로 지적되어 왔다. 탄소원의 효율적인 공급을 위해 1차 슬러지 산 발효조(Acid fermenter)를 이용하여 SCFAs(Short-Chain Fatty Acids) 생성을 유도할 수 있다. 본 연구에서는 side-stream의 산 발효조와 조합된 $A_2/O$ 프로세스를 운전하여 영양염류 제거에 미치는 영향을 연구하였다. 그 결과 산 발효조의 최대 SCFAs생성은 중온상의 SRT 4~5일에서 약 3.000mg/L(as COD), 대략 0.10~0.16 mg SCFA(as COD)/mg 1차 슬러지(as COD)로 나타났다. 또한 생성된 SCFAs의 성상비는 Acetic, Propionic, (iso)Butyric 및 (iso)Valeric이 1, 0.7, 0.5 그리고 0.6 순으로 나타났다. BNR공정의 side-stream 산 발효조 적용에 의한 영양염류 제거효율은 크게 증가하는 것으로 나타났다. T-N은 인공하수(R1)의 경우 35% 정도의 낮은 처리효율을 나타냈으나 인공 SCFA 주입(R2) 및 발효산물 투입(R3)의 경우 제거효율 74%, 76%로 크게 향상되는 것으로 나타났다. 또한 Phosphate 는 R1의 경우 45% 의 처리효율을 나타냈으나 R2, R3의 경우 73~74% 정도로 양호한 처리효율을 나타냈다. 이는 발효산물 및 SCFA 주입에 의해 혐기조에서 인의 방출 및 호기조에서 과잉섭취가 잘 이루어졌기 때문으로 R3의 경우 인의 방출율은 $0.34g\;PO_4-P/g$ COD로 기존 연구와 비교해서 유사한 것으로 나타났다.
수용성 식이섬유의 섭취는 혈청 콜레스테롤 저하효과가 있으며 , 그 작용기 작으로는 수용성 식이섬유의 점성으로 인한 콜레스테롤과 담즙산 흡수저해, 대장내 미생물 발효로 생성 된 단쇄지방산에 의한 콜레스테롤 합성률 변경 및 담즙산 합성증가 등으로 설명되어진다. 그러나 명확한 작용기전은 규명 되지 않았다. 본 연구에서는 간세포 핵내의 CYP7A1의 발현에 호르몬과 식이섬유의 발효로 생성된 단쇄지방산이 미치는 영향을 알아보았다. 사람의 간세포(HepG2 세포)의 배양배지에 insulin, dexamethasone 및 triiodothyronine을 각각 $1\;{\mu}M$ 투여하고 24시간 배양하였다. Semi-quantitative RT-PCR기법에 의해 CYP7A1 mRNA발현을 측정한 결과, dexamethasone에서 가장 높아 $173\%$의 증가를 나타내었고, 그 다음으로 insulin에서 $150\%$, triiodothyronine 에서 $141\%$의 증가를 나타내었다. 이처럼 transient transfection을 하지 않은 HepG2 세포에서 생리적 조절자로 알려진 insulin, dexamethasone 및 triiodothyronine이 CYP7A1의 발현을 모두 증가시킨다는 결과는 본 연구에서 처음으로 규명하며, rat gene and/or human gene 발현이 다르게 조절됨을 제안한다. 단쇄지방산에 의한 HepG2 세포에서의 CYP7A1 유전자의 발현 정도를 측정하기 위해서 actetate, propionate 및 butyrate를 각각 1 M농도로 24시간 동안 배양한 결과, 모든 단쇄지방산이 CYP7A1의 발현을 증가시켰다. Acetate와 propionate는 유사한 효과를 나타내어 대조군에 비하여 1.8배의 증가를 나타내었으며 , butyrate는 1.5배의 증가를 보였다. 이상의 결과는 수용성 식이섬유 섭취시 나타나는 콜레스테롤 저하 효과는 수용성 식이섬유의 대장 발효가 대장을 자극함으로써 내인성 호르몬의 변화를 통해서 나타나거나 대장내 발효산물인 actetate, propionate 및 butyrate 등이 흡수되어 간에서의 CYP7A1의 up-regulation에 의한 담즙산 배설증가에 따른 결과로 설명할 수 있을 것이다. 단쇄지방산의 CYP7A1 발현에 미치는 작용은 acetate와 propionate가 butyrate보다 큼을 알 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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