Changes in loperamide-induced constipation and fecal microbiome composition after malto-oligosaccharide administration
저자
발행사항
Seoul : Greduate School, Korea University, 2021
학위논문사항
학위논문(박사)-- 고려대학교 대학원: 의생명융합과학과 2021. 2
발행연도
2021
작성언어
영어
주제어
발행국(도시)
서울
형태사항
x, 107장 : 천연색삽화, 도표 ; 26 cm
일반주기명
지도교수: 서형주
참고문헌: 장 94-104
UCI식별코드
I804:11009-000000235679
DOI식별코드
소장기관
This study attempted to present the functionality and potential as a new prebiotic material by manufacturing malto-oligosaccharide (MOS), a relatively unknown material compared to fructo-oligosaccharide (FOS) or galacto-oligosaccharide (GOS), and verifying the effects related to changes in intestinal microorganisms and constipation. In general, MOS is known to have no intestinal function unlike other oligosaccharides, but MOS containing amylopectin that is not digested according to the manufacturing method could have a prebiotic function that promotes the growth of intestinal microorganisms and helps bowel movements.
In the first study, the optimal enzymatic reaction conditions for producing MOS using organic rice powder were investigated. To prepare MOS, high temperature α-amylase (HTAA), medium temperature α-amylase (MTAA) and saccharified amylase (Fungamyl 800L) were used for liquefaction and saccharification processes. In order to optimize the amount of enzyme and the concentration of the substrate, the amount of MOS produced after the reaction was analyzed using high-performance liquid chromatography (HPLC) system. Compared with the MOS produced by using HTAA alone, the amount of MOS treated with Fungamyl 800L after HTAA reaction was 52-53%, which was similar. In addition, as a result of evaluating the production of MOS based on the amount of HTAA added and the concentration of the substrate, the higher concentration of HTAA and the lower rice powder concentration, the higher production of MOS. Taken together, when producing MOS using only α-amylase, it was most preferable to perform liquefaction and saccharification using only HTAA.
In the second study, the prebiotic effect of MOS was verified by measuring the growth of Bifidobacterium, the degree of degradation by digestive tract, and the changes in microorganisms in human feces by in vitro fermentation. The addition of 1% MOS to the medium significantly increased the proliferation of Bifidobacterium breve, and it was confirmed that MOS was not degraded in the oral and gastric environment, but partially degraded by intestinal enzyme. When 2% MOS was added, the short chain fatty acid (SCFA) content gradually increased with fermentation time. In addition, in 2% MOS group, not only showed a significant increase in species diversity and abundance of intestinal microbes, but also reduced the intestinal pathobiont microorganisms and increased commensal microorganisms including the genus Bifidobacterium. In conclusion, MOS promoted the production of SCFA during in vitro fermentation by human fecal microorganisms and increased beneficial bacteria, thereby improving diversity and abundance of intestinal microbiota.
The third study evaluated the alleviating effect of MOS on loperamide-induced constipation in a rat model. First, the effect of MOS on the growth of lactic acid bacteria was evaluated through an in vitro experiment. Moreover, in order to evaluate the effect of improving constipation, 10% or 15% of MOS was added to drinking water of Sprague-Dawley (SD) rats with constipation induced by loperamide for 14 days. In the in vitro experiment, MOS promoted the growth of lactic acid bacteria except Lactobacillus bulgaricus. As evidence of relief of constipation in rats with MOS administration, the number and moisture content of fecal pellets were improved, and the SCFA content was significantly increased compared to the control group (p < 0.001). In addition, MOS treatment improved mucosal thickness and mucus secretion, and increased ICC (intestinal Cajal cells) area compared to the control group (p < 0.001). These results suggest that MOS has a beneficial effect on the intestinal tract and relieves constipation, so it can be used as an ingredient in functional foods for treating constipation or improving bowel health.
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