아스타잔틴 - 눈 거강을 중심으로 살펴본다.

눈 건강의 효능

눈이 매우 좋지 않은 상태라 주기적으로 걱정을 하면서 구글링 통해 정보를 수집하고, 나름의 처방을 통해 관리하려고 애를 쓰다가 발견한 정보이다.

정보 기술의 발달로 업무의 효율성이 눈부시게 개선되었으며, 생활의 편의성 역시 놀랍게 발전하였다. 하지만, 일상적으로 컴퓨터와 휴대기기에 장시간 눈을 혹사함으로써, 현대인은 항시적인 눈의 피로에 노출되게 되었다.눈의 피로는 노화와 관련된 문제로만 치부하기 어려운, 모든 연령대의 심각한 문제로 대두되고 있다. 시력이 저하되거나, 눈에 염증이 생기거나 혹은 초점을 맞추기 어려운 것과 같이 눈의 피로에 의한 다양한 증상들을 피하기 위한 적절한 관리나 예방이 중요하다고 생각된다.

최근 눈 건강 소재로서 세계적으로 각광받고 있는 아스타잔틴은 눈의 피로를 예방하고, 시력을 개선하는데 도움을 준다는 것이 다양한 연구 결과를 통해 밝혀져 왔으며, 적절한 눈의 관리와 예방의 수단으로서 매우 중요한 소재로 부상하고 있다. 여기서는 아스타잔틴의 특성과 눈에 대한 효과를 알아보자.

천연의 카로티노이드, 아스타잔틴

아스타잔틴은 수생동물에서 발견되는 주요한 카로티노이드 색소이다. 이는 홍학,메추리 등과 같은 새들에서도 발견된다. 아스타잔틴은 또한 연어, 송어, 도미, 새우, 바닷가재, 어란 등의 일반적인 해산물에 함유되어 있다. 다른 카로티노이드들과 같이 육상 동물들은 아스타잔틴을 생산하지 못하기 때문에, 식품으로 섭취해야만 한다.

카로티노이드는 광합성에 관여하여 빛에너지를 흡수하여 엽록소로 전달해 주는 역할을 수행하는 보조색소로서, 빛으로부터 클로로필이 손상되는 것을 보호하는 등 탁월한 산화방지 능력이 알려져 왔다. 700여종의 카로티노이드가 알려져 왔으며. 식품산업에서는 베타카로틴, 루테인, 라이코펜 등의 카로티노이드들이 항산화제로서 기능성 식품에 사용되고 있다.

아스타잔틴의 분자구조

아스타잔틴의 분자식은 C40H52O4이며, 베타카로틴, 루테인, 제아잔틴 등과 유사한 구조식을 가지고 있어, 카로티노이드계가 가지고 있는 일반적인 생리적 기능을 수행하고 있다. 하지만, 아스타잔틴은 분자구조에 기초한 독특한 화학적 기능을 가지고 있다. 아스타잔틴은 양 끝에 위치한 이오논기에 수산기(OH)와 케토기(C=O)를 가지고 있어, 크산토필류에 해당되며, 다른 카로티노이드에 비해 극성이 크고, 보다 에스테르화 되기 쉽고, 더욱 강력한 항산화 활성을 가지는 등의 독특한 특성을 나타내고 있다. 이러한 특성 때문에, 아스타잔틴은 매우 불안정하고, 특히 산화되기 쉬운 경향이 있다. 그러므로, 아스타잔틴은 자연에서 단백질 복합물(연어 근육 혹은 바닷가재의 외골격) 혹은 한두개의 지방산과 에스터 결합(모노에스터 혹은 다이에스터)을 하여 분자를 안정화한 채로 존재한다.

아스타잔틴의 상업적 생산

단세포 녹조류인 해마토코커스(haematococcus pluvialis)는 건조 중량의 약 7%가 아스타잔틴으로서, 자연계에서 가장 풍부한 아스타잔틴의 공급원으로 알려져 있다. 녹조류인 해마토코커스는 적합한 생육환경에서는 녹색을 띄고 있지만, 영양 결핍이나 환경적 스트레스를 받으면, 아스타잔틴을 지방 소포에 축적하여 붉은색으로 변하게 된다. 해마토코커스는 휴지기에 강력한 태양광을 받는 곳에서 성장하기도 하는데, 이 때, 아스타잔틴은 UV에 의해 생성된 유리라디칼로부터 DNA 손상을 방지하고 세포핵을 보호하는 기능을 수행한다.

알지텍이 생산한 아스타잔틴, 급속냉동건조기 사용

현재 공급되는 아스타잔틴은 대부분 해마토코커스를 추출하여 얻어지고 있는데, 그 배양 방식과 추출 방법에 따라 얻어지는 추출물의 품질에 큰 차이가 있다. AstaREAL® 아스타잔틴은 일본 후지케미칼사에 의해 하와이의 청정 BioDomeTM 시스템과 스웨덴의 환경친화적인 광반응기에서 배양되어 생산되는 불순물이 함유되지 않은 제품이다. 후지케미칼사는 아스타잔틴과 관련한 가장 많은 연구를 수행하였으며, 가장 많은 특허를 보유하고 있는 기업으로서, 엄격한 품질관리 시스템을 기반으로, 한국을 비롯하여, 미국, 유럽, 일본 등 전세계 20여국의 나라에 아스타잔틴을 수출하고 있다.

아스타잔틴의 안전성

아스타잔틴은 지난 수세기 동안 연어나 새우 등과 같은 식품의 형태로 섭취해온 매우 안전한 물질이다. 아스타잔틴의 주요 공급원인 해마토코커스 분말과 추출물의 안전성과 관련한 많은 연구가 시행되었으나, 어떠한 부작용도 보고되지 않았다. 또한, 베타카로틴과 같은 항산화제들의경우, 산화물이 과도하게 축적되면, 오히려 산화를 촉진하는 산화촉진제로 작용하는 부작용이 있는 반면, 아스타잔틴은산화촉진제로 작용하지 않아, 매우 안전한 항산화제라 할 수 있다.

아스타잔틴의 독특한 세포막 보호작용

아스타잔틴은 지용성이기 때문에, 세포막에 친화성이 있어 눈 건강과 세포 기능에 매우 중요하다. 세포막은 세포의 주위에 두 층의 지질로 주로 구성되어, 이중 지질층이라 불리기도 한다. 비타민E와 비교하여, 아스타잔틴은 지방 구조 내에서 보다 뛰어난 항산화 활성을 가진다. 아스타잔틴은 대표적인 항산화제로 알려져 있는 비타민E와 비교하여 지질과산화 방지능은 1,000배, 일중항산소 제거능은 550배에 이른다. 또한, 아스타잔틴은 지질의 산패 방지 기능이 베타카로틴, 루테인, 제아잔틴 등의 다른 카로티노이드들과 비교하여 매우 뛰어나다. 이러한 강력한 산화방지 능력은 아스타잔틴의 특이한 구조와 세포내에서의 위치에 기인한다. 그림3에서 보이는 것처럼, 아스타잔틴은 세포막을 구성하는 이중 지질층의 친수성 부위에 양끝의 링을 위치하여, 나사못처럼 세포막의 이중층을 연결하는 특이한 성질을 가지고 있다. 베타카로틴은 세포의 이중 지질층 내부에서만 존재하고, 비타민C가 세포의 외부에서만 존재하여 제한된 항산화 기능을 수행하는 것과 달리, 아스타잔틴은 세포 지질층의 내외부에 걸쳐 존재하기 때문에, 전반적으로 항산화에 기인한 보호 기능이 탁월하다고 할 수 있다. 아스타잔틴의 이러한 독특한 구조적 특성은 세포막을 안정화하고 강화하는데 도움을 준다.또한, 세포막을 연결하는 아스타잔틴은 포획한 유리라디칼을 세포 내 친수성 부위로 이송하여, 수용성 항산화제에 의해 중화되도록 도와준다.

현대 사회의 새로운 전염병, 눈의 피로

IT 산업의 눈부신 발달로 인해 인류는 크나큰 혜택을 보고 있는 반면, 현대인들은 컴퓨터나 스마트폰과 같은 관련 기기의 모니터(VDT, Visual display terminal)를 지나치게 오랫동안 바라보게 되어, 항시적으로 눈의 피로를 느끼게 되었다. 또한, 오존층의 파괴로 인한 자외선 역시 피부와 눈에 손상을 더하여 주고 있다.

최근에는 어린이들 역시 장시간 컴퓨터 게임을 즐기고 있어, 어린 시절부터 눈을 지속적으로 혹사하고 있다. 이렇듯 조그만 단말기를 오랫동안 응시하는 것은 다른 곳을 계속적으로 응시해야 하는 야구나 축구와 같은 구기 게임을 장시간 하는 것과 크나큰 차이가 있다. 응시하는 지점을 계속 바꿔야 하는 활동은 눈 근육을 건강하게 유지하는데 도움을 준다. 눈의 피로는 시력이 저하된다거나, 눈에 염증이 생긴다거나, 초점이 잘 맞지 않는 것과 같은 다양한 증상이 일어나는 눈의 조건을 일컫는 말이다. “초점조절”은 다른 거리에 있는 사물에 초점을 맞추는 눈의 굴절 변화를 의미하는데,대부분의 초점조절과 관련된 눈의 문제들은 이 과정이 너무 느리거나 약화될 때 발생하게 된다.

하루종일 컴퓨터 모니터 앞에서 작업하는 사람들의 경우, 오랫동안 가까운 곳을 응시하기 때문에, 가까운 곳에서 먼 곳을 응시할 때 초점조절력이 크게 떨어지게 된다. 장시간 모니터를 응시하는 것은 수정체의 굴절을 조절하는 모양체의 기능을 약화시키게 된다. 카메라의 렌즈가 가깝고 먼 사물에 초점을 맞추는 것과 같이, 눈의 모양체 역시 같은 역할을 수행한다. 모양체의 근육이 이완되면, 수정체가 평평해져, 더 넓고 먼 시야를 가지게 된다. 반면에, 모양체 근육이 수축하면, 수정체가 볼록해져, 더 좁고 가까운 사물을 볼 수 있게 된다. 우리의 팔다리 근육이 과도한 작업으로 인해 피로해 지는 것처럼, 장기간 모니터와 같이 가까운 사물을 오랫동안 응시하면, 모양체 근육 역시 장기간 수축한 채 유지해야 하기 때문에, 피로를 느끼게 된다.

아스타잔틴과 눈의 피로 예방 기전

(1) 홍채/모양체의 아스타잔틴 농도

24마리의 NZW 알비노 래빗에 아스타잔틴 100mg/kg을 단회 구강 투여한 후, 168시간 동안 HPLC 분석을 통해 혈청 및 안구 내에서의 아스타잔틴의 농도 변화를 측정하였다. 혈청에서 최대 농도에 도달하는 시간(Tmax)은 9시간이였고, 홍채/모양체에서 최대 농도에 도달하는 시간(Cmax)은 24시간이었다.(그림4) 아스타잔틴은 눈의 안방에서는 검출되지 않았다. 이 결과는 구강 섭취를 통해 아스타잔틴이 눈에 도달한다는 것을 시사한다.즉, 아스타잔틴이 홍채와 모양체에 더 높은 농도로 더 오랫동안 잔존하는 이유는 명확히 밝혀지지 않았지만, 구강 섭취를 통해 홍채와 모양체에서 아스타잔틴이 생리적 기능을 수행한다는 것을 의미한다.

(2) 아스타잔틴의 유리라디칼에 의한 손상 보호 작용

당근이 눈에 좋다는 사실은 널리 알려져 왔다. 이는 당근에 풍부한 베타카로틴이 시력 약화를 예방해 주기 때문이다. 모든 카로티노이드는 강력한 항산화 기능을 수행하며, 이러한 항산화 기능은 눈과 관련된 기전의 하나일 것으로 추정된다. 모양체는 초점조절에 관련된 근육이며, 카로티노이드가 풍부한 조직이라는 것이 밝혀졌다. 아스타잔틴의 항산화 활성은 노인성 황반변성 예방에 도움을 주는 비타민E나 루테인의 항산화 활성과 상호 보완적인 관계에 있다. 자외선에 의해 유발되는 유리라디칼에 의한 손상은 음전하를 띄는 전자가 개입되어 있다.아스타잔틴은 전자를 쉽게 받아들여 조직손상을 유발하는 유리라디칼의 연쇄작용을 중단시킨다. 비타민E와 아스타잔틴은 유리라디칼을 제거하는 다른 기전을 가지고 있지만, 둘 다 매우 중요하다. 비타민E는 유리라디칼에 전자를 공급하는 능력이 가장 우수한 항라디칼제이고, 아스타잔틴은 전자를 수용하는 능력이 가장 우수한 항라디칼제이다.

(3) 아스타잔틴의 항염작용

동물실험을 통해, 아스타잔틴은 항염 작용으로 인해 노인성 황반 변성에 의한 시력 손실을 유발하는 혈관 변화를 예방하고 포도막염으로 알려진 눈의 염증을 완화시킨다는 사실이 밝혀졌다. 아스타잔틴은 또한, 염증의 바이오마커로 알려진 nitric oxide synthase, prostaglandin E2, TNF-alpha, cellular infiltration, protein build-up 등의 수준을 감소시켰다.(그림5)

(4) 아스타잔틴의 망막 혈류개선 작용

대조군과 비교하여, 6mg/일의 아스타잔틴을 섭취한 군은 시각정보가 도달되는 눈 뒷부분의 망막 혈류가 개선되었다. 즉, 아스타잔틴의 섭취는 좌안과 우안 모두에서 망막의 혈류를 개선하여,모양체에 더 많은 혈액이 도달하게 하고, 모양체 근육에 풍부한 영양을 공급하여 주었다. 아스타잔틴의 섭취가 망막의 혈류 개선을 통해 눈의 피로를 경감시켜 준다는 새로운 기전의 가능성이 제시되었다.

아스타잔틴과 눈의 피로 경감 효과

눈의 피로 경감에 대한 아스타잔틴의 효능을 입증하기 위하여, 다양한 연구가 수행되었으며, 그 결과들은 다음과 같다.

(1) 아스타잔틴의 초점조절력 개선 작용

26명의 VDT 작업자를 대상으로 아스타잔틴 5mg/일과 위약을 무작위로 한달간 섭취시킨 결과, 아스타잔틴 섭취군에서 눈의 피로가 54% 감소하였고, 초점조절 능력이 개선되었다. 흥미롭게도, 본 실험은 이중맹검법에 의해 진행되었지만, 아스타잔틴 섭취군에서만 주관적 증상의 유의적인 감소가 나타났다. 또한, 4주간의 5mg/일의 아스타잔틴 섭취를 통해 초점조절 능력이 유의적으로 개선되었다. 반면에, 위약군은 유의적 차이가 없었다.(그림7) 그림7. 아스타잔틴과 초점조절의 개선

(2) 아스타잔틴의 초점조절 시간단축 효과

섭취량에 따른 아스타잔틴의 눈의 초점조절 시간에 대한 효과를 알아보고자 다른 실험을 진행하였다. 초점조절 능력은 원거리 사물에서 근거리 사물로 초점을 조절하기 위하여, 모양체 근육이 충분히 수축하는데 소요되는 시간을 참조하여, 초 점조절에 소요되는 수축 시간이 짧을수록 눈의 피로가 적고 눈이 건강하다고 평가하였다.

아스타잔틴 4mg/일과 12mg/일 섭취군에서 유의적으로 눈의 피로가 감소했으며, 초점조절력이 개선되었다. 초점조절에 소요된 수축시간은 아스타잔틴 섭취 전과 비교하여, 4mg/일 및 12mg/일 섭취군에서 모두 유의적으로 단축되었다. 유사한 방식으로 다른 실험이 진행되었는데, 4주간 12mg/일의 아스타잔틴을 섭취한 군에서 초점조절에 소요된 수축시간이 유의적으로 개선되었다. 6mg/일의 아스타잔틴을 섭취한 군은 초점조절력이 개선되는 경향을 보였다.

컴퓨터 앞에서 작업하는 것 외에, 밝은 빛에 눈을 노출하거나 근거리에서 시각적인 자극을 주는 것은 눈의 피로를 유발하여 초점조절을 위한 수축시간을 지연시키는 결과를 낳는다. 놀랍게도, 일본인을 대상으로 한 실험에서, 아스타잔틴의 섭취가 초점조절 시간의 지연을 막아준다는 결과를 얻었다. 더 나아가서, 일일 6mg/일의 아스타잔틴을 섭취하면, 초점조절의 악화를 예방하고, 근거리에서 원거리로 초점을 조절하는데 소요되는 시간의 지연을 막아주었다.

건강한 자원자를 대상으로 한 또 다른 이중맹검 실험에서, 위약군을 섭취한 군과비교하여, 4주간 6mg/일의 아스타잔틴 섭취군에서 초점조절력과 눈의 피로 증상이 개선되었다.

상기의 결과들은 아스타잔틴이 눈의 피로를 경감하고, 시각작업에 의한 눈의 피로회복 시간을 단축시켜준다는 것을 시사한다. 아스타잔틴은 눈의 피로를 개선하는 것 뿐 아니라, 눈의 피로 유발을 경감하기 때문에, 치료 외에 예방적으로 매우 의미가 있다. 아스타잔틴 섭취군은 대조군과 비교하여, 과중한 시각작업 후에 빠르게 회복할 수 있었다.

요약하면, 아스타잔틴은 구강 섭취를 통해 안구의 홍채와 모양체에 도달하여, 특징적인 강력한 항산화 기능과 망막의 혈류 개선을 통해 눈의 피로를 개선하여, 초점조절 능력을 증진시키고, 모양체의 회복속도를 빠르게 하였다. 강력한 항산화/항염증제로서의 아스타잔틴은 눈 건강 외에도, 심혈관질환의 개선, 피부 개선, 근지구력 향상 등의 다양한 생리적 기능을 돕는다.

아스타잔틴 지방간 예방에 기여 - 고려대 외국인박사과정생연구

27일 고려대에 따르면 식품공학부 이성준 교수 연구팀의 박사과정생 가요요 학생(29·여·중국)과 황민현 학생(35·여·베트남)은 각각 아스타잔틴의 지방간 억제효능과 타우린의 고밀도 리포단백질(HDL) 콜레스테롤 생성작용 기전을 규명했다. 이 교수와 가요요 학생은 해조류 등 각종 해산물에 풍부하게 존재하는 색소성분인 아스타잔틴이 세포 내 지질대사 개선 및 지방간 억제 효능이 있음을 밝혀냈다.

아스타잔틴은 미세조류(microalgae)를 비롯한 각종 해조류 및 연어 등 붉은살 생선과 새우 등에 풍부하게 존재하는 적색 색소성분이다. 이 교수 등은 아스타잔틴이 세포 내에 존재하는 PPAR(peroxisome proliferator-activated receptor) 핵수용체에 결합해 지질대사 관련 유전자 발현을 조절하고 간조직에서 지방축적을 억제, 지방간 예방에 기여할 수 있다는 사실을 연구를 통해 확인했다.

가요요 학생의 연구 결과에 이어 황민현 학생과 이 교수는 각종 해산물에 풍부하게 존재하는 타우린이 세포 내 지질대사 개선을 통해 유용한 콜레스테롤인 HDL 콜레스테롤 생성을 촉진한다는 결과를 밝혀냈다. 타우린은 홍합, 가리비, 굴 등 조개류 및 흰살생선에 풍부한 물질이다.

이번 연구 결과로 타우린이 세포내 존재하는 LXR(liver X receptor) 핵수용체에 결합해 지질대사를 조절, 혈관내에 콜레스테롤을 축적하는 대식세포에 작용해 축적된 콜레스테롤을 HDL 콜레스테롤로 전환시켜 줄 수 있다는 사실을 규명했다.

LXR은 세포 내 지질대사, 혈당조절, 염증반응 등을 종합적으로 조절하는 주요 핵수용체로서 대식세포에서는 HDL 콜레스테롤 증진에 관여해 간조직에서는 지방간을 유도하는 부작용이 있을 수 있다. 하지만 타우린이 간조직 지방간 유도에 관여하는 단백질을 억제해 LXR 활성에 따른 부작용이 나타나지 않는 효능을 가지게 된다.

고려대 관계자는 “이러한 연구결과를 응용하면 식품 천연 색소성분을 이용한 지방간 예방용 식의약소재 개발이 가능하고 HDL 콜레스테롤 증가를 통해 심혈관질환 예방과 국민건강증진에 기여할 수 있을 것으로 전망된다”고 말했다. 이들의 연구결과는 독일의 학술지 ‘분자영양식품연구’(Molecular Nutrition & Food Research) 6월호에 게재됐다.

박영숙 '유엔미래보고서 2030'저자

식약청의 아스타잔틴 소개

식약청의 아스타잔틴에 관한 소개이다. 미세조류의 수십만 균주 중 헤마토코쿠스를 키워서 만든 추출물이 아스타잔틴이다. 제조기준 원재료 : 헤마토코쿠스(Hematococcus pluvialis) 제조방법 : 상기의 원재료를 배양한 건조물을 분쇄하여 이산화탄소(초임계추출) 또는 아세톤으로 추출하고 정제하여 식용에 적합하도록 함. 기능성분(또는 지표성분)의 함량 : 아스타잔틴(Astaxanthin)이 60~140㎎/g 함유되어 있어야 함.

규격

(1) 성상 : 고유의 색택과 향미를 가지며 이미∙이취가 없어야 함.

(2) 아스타잔틴

(가) 원료성 제품 : 표시량 이상
(나) 최종제품: 표시량의 80~120%

(3) 아세톤(㎎/㎏) : 30.0 이하(사용한 경우)

(4) 중금속

(가) 납(㎎/㎏) : 1.0 이하
(나) 카드뮴(㎎/㎏) : 1.0 이하
(다) 총 수은(㎎/㎏) : 1.0이하
(라) 총 비소(㎎/㎏) : 1.0 이하

(5) 대장균군 : 음성

이거 제조해볼까?

아스타잔틴을 생산하는 균주 헤마토코쿠스는 미세조류 수십만 균주중의 하나로 생산하기에 가장 까다롭다는 균주이다. 지금까지 지구촌에서 헤마토코쿠스를 대량생산할 수 있는 기업은 십여군데 밖에 없다. 말레시아 알지텍의 사이드이사 경은 7번의 실패이후에 2013년 최초로 헤마토코쿠스를 대량생산하는데 성공하였다.

최초의 대량생산업체인 사이아노테크에 전량 판매할 아스타잔틴을 생산하기 시작하였다. 헤마토코쿠스 미세조류 균주는 완전 무균실에서 자라며 공기중의 어떠한 미세균이 들어가도 그 다음난 아침이되면 하얗게 다 죽어버리는 아주 생산하기 힘든 미세조류이다. 특히 감염이 손쉽기 때문에 바이오리엑터를 한번 생산후에 전량 버리고 다시 제작한 바이오리엑터를 사용하는 등, 비용이 만만치 않다.

스피루리나 생산보다는 100여배 더 힘이 드는 균주이라고 흔히들 이야기한다. 2번의 공정과정이 있는데 그린 스테이지에서는 빛을 2만룩스를 그리고 레드 스테이지에는 빛을 10만룩스정도를 제공하여서 미세조류들이 스트레스를 받아 붉게 변하게 만드는 과정, 생산후에 급속냉동건조기를 통해 파우더를 만드는 과정등이 대부분 다른 미세조류보다 훨씬 공정이 까다롭기로 알려져 있다.

이처험 대량생산하기도 힘들기 때문에 스피푸리나보다 훨씬더 가격이 비싸다고도 하고, 현재는 아스타잔틴을 제조하는 기업이 몇몇 기업 되지 않기 때문에 아스타잔틴을 구매하기위해 구매팀들이 전 세계를 돌아다니고 있는 형편이다.

화장품 대기업들은 아스타잔틴 구매팀을 두고 전세계의 물량을 조사하고 있고 계약생산을 하는 곳이 대부분이다. 이 아스타잔틴은 앞으로 고령화사회에 안티에이징, 항산화작용, 항염작용등으로 제약회사와 화장품회사에서 가장 사고싶어하는 원료이다.

아스타잔틴을 백과사전에서 찾아보았다. 카로티노이드계 색소로 테르펜으로 알려진 피토케미컬의 한 분류에 속한다. 갑각류를 비롯하여 수생동물에 널리 분포한다.화학식 C40H52O4. 새우·게 등의 갑각류를 비롯하여 수생동물에 널리 분포한다. 빨간색을 띠며 지용성 색소이다. 생체 내에서는 단백질과 결합한 색소단백질로 존재하는 것이 많다. 게를 삶으면 빨갛게 되는 것은 색소단백질이 분해되어 붉은 아스타잔틴의 색이 나타나기 때문이다.