우유는 다량 및 미량 영양성분을 고루 함유하여 영양학적 가치가 높으나, 우유 단백질에 과민하게 반응하는 일부 사람에게는 알레르기를 일으킬 수 있는 식품이다. 우유 알레르기란 우유 단백질 중 하나인 카제인과 유청 단백질을 항원으로 인식하여 일어나는 과민한 반응이다. 알레르기 유발 식품을 피하여 섭취하는 것이 알레르기 반응을 줄일 수 있는 하나의 방법이지만 부득이하게 생애 초기에 우유를 통하여 독립적으로 영양 성분을 공급받아야 하는 경우가 있다. 보편적으로 분유의 주요 원료는 우유로, 인간으로부터의 모유와 유사한 단백질 조성을 가지고 있으며 영양성분이 풍부하기 때문에 분유 제품에 널리 적용되어 왔다. 주요 알레르기 학회에서도 생후 4 개월까지는 모유 수유하는 것을 권장하나, 수유가 어려운 경우 항원성을 낮춘 가수분해분유를 수유하여 보는 것을 제시하기도 한다. 우유 단백질이 가수분해된 정도에 따라 부분가수분해물과 심도가수분해물로 구분하며, 일반적으로 펩타이드의 크기가 3-10 kDa 인 경우 부분가수분해물로, 펩타이드의 90% 이상이 3 kDa 미만인 경우 심도가수분해물로 명명한다. 우유 알레르기 환아에게는 일반 단백질 대비 항원성을 줄인 심도가수분해물을 원료로 하는 분유 선택을 권장한다. 따라서 영유아에게 분유를 수유하는 목적에 따라 선택가능한 제품이 제시되는 것이 필요하다.
본 연구에서는 소화율 및 흡수율이 높고 알레르기성을 저감한 저알레르기성 유청단백가수분해물 (Hypoallergenic whey protein hydrolysate, HWPH)을 endo-type 및 exo-type 의 가수분해효소를 이용해 생산하는 최적 조건을 반응표면분석법 (Response surface method, RSM)을 활용하여 확립한 후 특성을 평가하였다. 그리고 상업적으로 널리 적용되고 있는 유청단백가수분해물을 배합한 부분가수분해분유 (Partially hydrolyzed formula, pHF) 및 심도가수분해분유 (Extensively hydrolyzed formula, eHF)의 특성을 확인하고, 가수분해분유를 알레르기 고위험군 영유아를 대상으로 수유하였을 때 안전한지와 성장 및 건강 지표를 평가하였다.
첫 번째 연구에서는 먼저 endo-type 및 exo-type 효소를 이용한 가수분해 최적 조건을 RSM 을 통해 확립하고 HWPH 의 소화율, 흡수율, 그리고 면역학적 자극 특성을 평가하였다. RSM 분석 결과를 통하여 가수분해 최적 조건은 Alcalase 와 Prozyme 을 1:1 비율로 1.0% 효소 농도로 혼합하여 10 시간 동안 반응시키는 것으로 확인하였다. HWPH 의 주요 분자량 피크는 384 Da 과 214 Da 이었으며, 아미노산 중 류신의 함량이 가장 높은 것으로 나타났다. In vitro 와 in vivo test 결과 모두, 비손상 단백질로 구성된 유청단백질 대비 제조한 HWPH 의 소화율, 장 투과율이 더욱 높은 것으로 확인하였다. BALB/c mice 에서도 HWPH 는 혈액, 비장세포, 그리고 소장에서 높은 Th1/Th2 비율을 보여 알레르기 반응이 저감된 것을 나타냈다.
이러한 유청단백가수분해물은 효소분해 및 여과 공정을 통해 상업적으로 널리 생산되고 있다. 두 번째 연구에서는 가수분해도가 다른 단백질을 원료로 하는 세 가지 분유 간 영양학적 조성 및 물리화학적 특성을 비교하였다. 세 가지 분유는 비손상 단백질을 원료로 제조한 일반분유 (Standard formula, SF), 알레르기 반응 예방이나 소화가 잘 되는 부분가수분해단백질을 원료로 제조한 pHF, 그리고 가수분해도가 높은 심도가수분해단백질을 원료로 제조한 eHF 이다. In vitro 소화율을 확인한 결과, pHF 와 eHF 는 펩타이드가 큰 SF 에 비해 소화 흡수가 용이한 것으로 나타났다. 입자 크기 분포는 모든 분유 시료에서 비교적 대칭적인 것으로 나타났으며 평균 입자 크기는 eHF 가 가장 작게 나타났다. FT-IR 분석 결과는 세 가지 분유 시료 중 탄수화물, 단백질, 그리고 지방이 각자 다양한 형태로 응집하고 있음을 나타낸다. 단백질 성분의 가수분해 정도와 유당 함량 영향을 받는 유리전이온도는 SF 가 가장 높게 나타났고 이어서 pHF, eHF 순으로 나타났다. 아미노산 분석 결과, 관능적으로 쓴맛이 많이 나는 것으로 널리 알려진 eHF 가 실제로 가장 높은 유리아미노산 함량을 나타낸 것으로 확인하였다.
가수분해분유 중 pHF 는 알레르기 가족력이 있어 알레르기 예방 효능을 기대하는 영아 또는 영아산통을 겪어 편안한 소화에 대한 필요성을 느끼는 영아에게 수유될 수 있다. 제조한 pHF 를 알레르기 가족력이 있는 생후 2 개월 이내의 영아에게 수유한 후 일반분유 수유군과 성장 발달 정도와 혈액학적 검사 결과를 비교한 결과, 성장 발달에 유의적인 차이 없이 잘 수용되었고 영양학적으로 적합함을 확인하였다. 보호자의 필요에 따라 pHF 를 수유하고자 하는 경우 적절히 제공될 수 있음을 확인하였다.
따라서 본 연구를 통하여 알레르기성을 저감한 유청단백가수분해물의 최적 제조 조건을 확립하여 보았고, 제조된 HWPH 는 일반단백질 대비 소화율 및 흡수율이 높고 면역학적으로도 알레르기성 반응을 덜 일으킨다는 점을 확인하였다. 그리고 국내에서 유일하게 제조되고 있는 pHF 와 eHF 의 영양학적 및 물리화학적 특성을 SF 와 비교 분석하여 보았다. 또한 알레르기 질환 가족력이 있는 고위험군 영아를 대상으로 상업적으로 제조된 부분가수분해단백질을 원료로 한 pHF 를 수유하였을 때 정상적으로 성장하였음을 임상연구를 통하여 확인하였다. 이러한 연구를 바탕으로 제조되는 유청단백가수분해물은 편안한 소화 또는 알레르기 반응에 대한 관리를 필요로 하는 영유아, 성인, 노인 등 소비자에게 제시될 수 있을 것으로 기대된다.