Associations between Frequency of Culinary Herb Use and Gut Microbiota (2022)

https://doi.org/10.3390/nu14091981

 

장내 미생물은 인체 대사와 면역, 신경계, 장 건강에 깊이 관여한다. 이 복잡한 생태계는 1000종 이상의 세균으로 구성되어 있으며, 주로 Firmicutes와 Bacteroidetes가 전체의 90% 이상을 차지한다. 이들 미생물은 비타민과 단쇄지방산(SCFA)을 합성하고, 장벽을 보호하며, 면역 반응을 조절한다.

 

식단은 장내 미생물 구성을 바꾸는 가장 강력한 요인 중 하나다. 단백질, 지방, 식이섬유 같은 거대 영양소뿐 아니라 폴리페놀, 알칼로이드, 테르페노이드 같은 식물 유래 생리활성 물질도 세균 대사와 성장에 영향을 미친다. 허브는 양은 적지만 생리활성 성분이 매우 농축된 식물로, 항균 작용, 항산화, 항염증 효과가 보고되어 있다. 이에 따라 연구진은 일상적인 요리 수준의 허브 사용 빈도가 장내 세균 구성에 변화를 유발하는지를 평가했다.

 

연구 목적

• 요리용 허브 사용 빈도와 장내 미생물 다양성(Shannon Index) 및 주요 세균 문(phylum) 구성 간의 연관성을 평가했다.

• 허브의 폴리페놀 함량과 항균성 화합물 함량에 따른 미생물 구성 변화를 분석했다.

 

연구 설계 및 방법

• 연구 형태: INCLD Health 코호트의 2차 데이터 분석

• 참가자 수: 총 96명

  • 평균 연령 29세

  • 여성 85%

  • 백인/코카시안 75%

• 자료 출처: 베이스라인(초기 시점)의 식이 및 분변 데이터

 

허브 사용 조사

• 조사 대상 허브: 28종

  • 마늘, 양파, 생강, 계피, 오레가노, 타임, 로즈마리, 정향, 후추, 고추, 파프리카, 쿠민, 민트, 파슬리, 넛맥, 카다멈 등

• 사용 빈도 구분

  • 저빈도: 월 2~3회 이하

  • 중간빈도: 주 1~2회

  • 고빈도: 주 3회 이상

• 추가 변수

  • 일주일에 3회 이상 사용하는 허브의 총 개수(Total High-Frequency Herbs)

 

허브의 화학적 분류

• 데이터베이스

  • Dr. Duke’s Phytochemical and Ethnobotanical Database

  • Phenol-Explorer 3.0

• 그룹화 기준: 허브의 주요 생리활성 성분 함량(ppm 단위)

그룹명	대표 허브	기준
Allium계	마늘, 양파, 차이브	황화합물 다량 함유
Eugenol계	정향, 올스파이스, 계피	유제놀 ≥ 30,000ppm
Capsaicin계	고추, 파프리카, 카옌	캡사이신 함유
고폴리페놀군 (>30,000ppm)	정향, 계피, 로즈마리, 타임, 오레가노, 생강, 커민, 바질 등	폴리페놀 풍부
고폴리페놀군 (>50,000ppm)	정향, 계피, 타임, 오레가노, 로즈마리, 양파 등	매우 높은 폴리페놀 함량
고항균군 (>30,000ppm)	세이지, 민트, 파슬리, 커민, 베이리프 등	항균성 화합물 함유
고항균군 (>90,000ppm)	정향, 계피, 펜넬, 오레가노, 로즈마리, 블랙페퍼, 넛멕, 카다몸 등	강력한 항균 활성

 

장내 미생물 분석

• 시료: 참가자 분변

• 방법: 16S rRNA 유전자 염기서열 분석

  • 플랫폼: Illumina MiSeq (515F–806R primer set)

  • 분석 도구: QIIME2 (v2021.4), DADA2, SILVA v138

• 평가 지표

  • α-다양성: Shannon Index

  • 주요 세균 문(Phylum) 비율

    • Firmicutes

    • Bacteroidota

    • Actinobacteria

    • Proteobacteria

 

통계 분석

• 사용 모델: 선형 회귀모형 5단계

  • Model 1: 허브 사용 빈도

  • Model 2: + 연령, 성별, 인종

  • Model 3: + 단백질·지방·섬유질 섭취

  • Model 4: + 보충제 사용

  • Model 5: + 약물 사용

• 보정 변수

  • 연령, 성별, 인종

  • 단백질·지방·섬유질 섭취량

  • 보충제 및 약물 복용 수

 

주요 결과

1) 허브 사용 패턴

• 후추 사용 빈도가 가장 높았다(주 4회 수준).

• 양파·마늘은 주 3~4회로 두 번째로 많았다.

• 생강과 계피는 주 1~2회 수준

• 나머지 허브는 대부분 주 1회 미만

• 하루 평균 '매일 사용하는' 허브는 없었다.

• 그룹별 사용 빈도

  • Allium계 허브 사용이 가장 많음

  • Eugenol계 허브 사용이 가장 적음

2) Shannon 다양성 지수

• 허브 사용 빈도와 장내 미생물 다양성 간 유의한 상관관계 없음

• 즉, 허브 사용량이 늘어도 세균 종 다양성(α-다양성)은 유지됐다.

• 허브를 자주 쓴다고 전체 미생물 수가 증가하지는 않았다.

3) Firmicutes 비율 변화

• 고폴리페놀 허브를 자주 사용할수록 Firmicutes 비율이 증가했다.

• 고항균 허브(>30,000ppm, >90,000ppm) 사용도 Firmicutes 증가와 관련 있었다.

• 여러 허브를 일주일에 3회 이상 다양하게 사용할수록 Firmicutes 증가

• 이 경향은 식단, 보충제, 약물 요인 보정 후에도 유지됐다.

4) Proteobacteria 비율 변화

• 폴리페놀 함량이 높은 허브 사용이 많을수록 Proteobacteria 비율이 감소했다.

• Proteobacteria에는 E. coli, Klebsiella, Pseudomonas 등 병원성 세균이 포함된다.

• 항균 성분이 많은 허브 사용 역시 Proteobacteria 감소와 관련 있었다.

• 이 관계는 식이 요인 보정 후에도 통계적으로 유의했다.

5) Bacteroidota 및 Actinobacteria

• 허브 사용 빈도와 두 세균군 사이에는 유의한 변화 없음.

• 이들 세균군은 허브의 생리활성 물질에 민감하게 반응하지 않았다.

 

생리학적 해석

• 폴리페놀의 프리바이오틱 효과

  • 폴리페놀은 장내 유익균(Faecalibacterium, Roseburia, Lactobacillus 등)의 에너지원으로 작용

  • SCFA(부티르산 등)를 생성해 장벽 강화, 염증 억제

  • 병원균의 quorum sensing과 ATP 합성 억제 → Proteobacteria 성장 억제

• 허브의 항균성 작용

  • 유제놀, 티몰, 카바크롤 등은 세포막 투과성 파괴, 효소 억제를 통해 병원균 선택적 억제

  • Lactobacillus, Clostridium, Faecalibacterium prausnitzii는 상대적으로 보존되거나 증가

• 허브 다양성의 효과

  • 여러 종류의 허브를 고빈도로 사용할수록 미생물 구조가 건강한 방향으로 조정

  • 식물성 식재료의 다양성이 장내 생태계 안정성에 기여

  • 허브 사용이 많아도 총 식물 섭취량이 부족하면 Shannon 다양성 변화는 제한적

 

 

허브 성분군별 장내 세균 변화 경향: Firmicutes↑·Proteobacteria↓

• Firmicutes 패널

  • Antibiotic >90k ppm, Polyphenol >50k ppm, Polyphenol >30k ppm, Antibiotic >30k ppm 순으로 양의 효과가 컸다.

  • 폴리페놀·항균 성분이 많은 허브일수록 Firmicutes 비율이 늘어나는 경향이 강했다.

• Proteobacteria 패널

  • Polyphenol >50k ppm에서 가장 음의 효과(감소)가 컸고, 이어서 Antibiotic >90k ppm, Polyphenol >30k ppm, Antibiotic >30k ppm 순으로 감소 효과가 컸다.

  • 폴리페놀·항균 성분이 풍부한 허브일수록 Proteobacteria 비율이 줄어드는 경향이 뚜렷했다.

• Allium, Capsaicin, Eugenol 단일군의 효과는 상대적으로 작았다.

• 전체적으로 보면 고 폴리페놀 및 고 항균 특성을 가진 허브군이 장내 미생물 조성을 건강한 방향(Firmicutes↑, Proteobacteria↓)으로 영향을 주었다.

 

연구 결론

허브 사용 빈도는 전체 세균 다양성에는 큰 영향을 주지 않았지만, 세균의 구성 비율에는 뚜렷한 차이를 만들었다. 폴리페놀과 항균 물질이 풍부한 허브(정향, 계피, 오레가노, 로즈마리 등)를 자주 사용할수록 Firmicutes(유익균 계열)이 증가하고 Proteobacteria(병원성 세균 계열)가 감소했다. 이 결과는 허브가 단순한 향신료가 아니라 장내 환경을 조절하는 식이 인자로 작용할 수 있음을 시사했다. 즉, 평소에 허브를 다양하게 자주 사용하는 습관이 장내 세균 균형을 건강한 방향으로 유지하는 데 도움이 될 수 있다.