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서 론
발효유는 원유 또는 유가공품을 유산균 또는 효모로 발효시킨 것, 또는 이에 식품 및 식품 첨가물을 가한 것을 말하며, 5세 이하의 유아에서는 발효유를 간식으로 많이 음용하고 있어 섭취 수준이 높게 나타나며, 성인은 장 관리의 일환으로 음용하는 경우가 많아 연령층별 고른 섭취 수준을 보인다1). Ko 등2)의 연구결과에서 유산균 발효유가 전체적으로 낮은 pH를 가지고 있다고 보고하여, 발효음료는 산성음료로 분류할 수 있다.
치아 경조직이 손실되는 질환으로 치아우식증과 치아부식증이 있다. 이 두 질환은 정의, 발생원인, 위치 및 과정 등 조직학적으로 다른 질환이지만, 산성 환경의 원인에서 발생가능하다는 점에서 유사한 점을 찾을 수 있다3). 구강 내 환경은 탈회와 재광화가 연속적으로 일어나는 유기적인 상황이다. 치아 우식이 존재하는 구강 환경에서 산성음료인 발효음료를 섭취하는 경우, 산에 노출되는 시간이 길어지면서 치아 직하방의 우식 부위가 재광화되는 것을 억제할 뿐만 아니라 치아 표면의 치아부식도 가속화될 가능성이 높다.
산성음료로 인한 치아부식증을 예방하기 위한 다양한 연구가 시행되어 왔다. 특히 칼슘의 경우 식품에 안전하게 첨가할 수 있는 물질로 Kim 등4)의 연구에 따르면 칼슘을 농도별로 유산균 발효유에 첨가하여 치아부식 예방 효과를 보고하였다.
또 다른 방법으로 치아 표면에 불소를 도포하여 치아 자체의 내산성을 강화하는 방법이다. 치면에 불소를 도포하는 방법은 전문가 불소도포법과 자가 불소 양치법이 있다. 그중 자가 불소 양치법은 전문가 불소도포법보다 비교적 낮은 농도의 불소를 이용하는데, Kim 등5)의 보고에 따르면 5년간 매주 1회 0.2%의 NaF 불소용액양치사업을 실시한 초등학생의 구강검사를 한 결과 사업 전·후의 영구치우식경험자율이 평균 10.1%가 낮음을 확인하였다.
한편, Kim6)의 연구에 따르면 유산균 발효유에 저농도 칼슘을 첨가하면서 매일 0.05%의 NaF 불소 용액을 치면에 도포하는 경우 치아부식증 예방 가능성이 있음을 보고하였다. 그러나 불소용액양치사업 방법 중 매주 또는 격주 단위로 시행되는 0.2% NaF 불소용액양치방법과 칼슘을 발효유에 함께 첨가하여 치아부식증 예방 효과를 살펴본 연구는 아직 이루어지지 않은 상태이다.
따라서 본 연구는 초기우식치아의 구강상태에서 발효음료 섭취시 주요 재광화 물질인 불소는 0.2% NaF 용액을 치면에 도포하는 방법을 사용하고, 칼슘은 0.5%의 농도를 발효유에 첨가하였을 때 치아표면에 미치는 영향을 분석하여 치아부식증의 예방효과를 알아보고자 하였다.
연구대상 및 방법
2. 연구방법
2.1. 시편 제작 및 인공우식병소 형성
치아우식증과 표면 균열이 없는 건전한 우치를 사용하여 직경 5 mm 원통의 법랑질 시편을 취득하고, 자가중합형 레진을 이용하여 아크릴 봉에 포매하였다. 이후 METASERV® 2000 Grinder Polisher (Buehler, Lake Bluff, IL, USA)를 이용하여 #60, #240, #600, #1,200 연마지(CarbiMet; Buehler, Lake Bluff, IL, USA)로 순차적으로 연마하여 표면을 매끄럽게 하였다.
인공 초기 치아우식을 형성하기 위해 Hong 등8)의 연구 방법을 이용하였다. 탈회용액의 제작은 수산화인산칼슘이 50% 포화된 0.1 M 젖산을 50% NaOH와 50% HCl을 이용하여 30분간 pH 5.0을 계속 유지시킨 후 0.55 mm 여과지를 이용하여 여과하였다. 여과된 용액은 0.2% carbopol 907을 첨가한 후 50% NaOH를 이용하여 최종 pH 5.0으로 맞추어 최종 탈회용액을 만들고, 동일한 용기에 13 ml씩 분주하여 1개 용기 당 시편 1개씩 침지, 37℃ 배양기에 처리하여 인공 초기 우식병소를 형성하였다.
2.2. 표면미세경도 측정
시편의 표면미세경도를 측정하기 위해 표면미세경도기(HMV-G21, Dong-il SHIMADZU Corp, Tokyo, Japan)를 이용하였다. Basic condition은 200 gf 하중, 10초로 설정하고, 시편의 상·하·좌·우 가장자리에서 0.5 mm 안쪽을 압인한 후 압인 크기를 Vickers hardness number (이하 VHN)로 측정하였다.
시편의 표면미세경도는 4부위의 VHN 평균값으로, 초기 우식치아 법랑질 표면경도 범위에 해당하는 60개 시편을 선별하고, 각 군 간 통계적으로 유의하지 않게 군 당 12개씩 배분하였다.
2.3. 시편 불소 처리
음료 침지 전 불소 처리가 필요한 군에 한하여 시행하였다. 0.2% NaF 용액의 자가 도포는 1-2주 동안 1회 시행이 권고사항으로, 시편 순환처리 직전 면봉을 이용하여 1분간 1회만 도포하였다.
2.4. 실험음료 침지
인공타액은 증류수에 Gastric mucin (0.22%), KCI (0.1114%), KH2PO4 (0.0738%), NaCI (0.038%), CaCl2·2H2O (0.0213%)를 넣고 교반하여 완전히 용해한 후 pH 7.0이 되도록 50% NaOH로 조정하여 제조하였다.
연구 성적
1. 순환처리 후 법랑질 표면미세경도 변화
음료 침지 전 인공 초기 우식 상태와 순환처리 후 표면미세경도를 비교하였을 때 Mineral water군, 0.2% NaF+Fermented milk군, 0.2% NaF+(Fermented milk+0.5% Ca)군, 0.2% NaF+Distilled water군에서 유의한 차이가 나타났고(P<0.05), Fermented milk군은 유의한 차이가 나타나지 않았다(P>0.05, Table 3).
각 군의 음료 순환처리 전·후 표면미세경도차를 비교한 결과 유의한 차이가 나타났다(P<0.05, Table 3). 0.2% NaF+(Fermented milk+0.5% Ca)군(78.07±14.89)과 0.2% NaF+Distilled water군(80.88±15.12), Mineral water군(73.74±10.36)은 유의한 차이가 나타나지 않았고(P>0.05), 0.2% NaF+Fermented milk군(56.43±13.73)과 Fermented milk군(7.90±15.84)은 각각 다른 군과 유의한 차이를 나타내었다(P<0.05).
2. 순환처리 후 표면 형상 관찰
각 군의 시편을 실험음료에 순환처리한 후 주사전자현미경으로 표면을 관찰한 결과, Mineral water군, 0.2% NaF+(Fermented milk+0.5% Ca)군, 0.2% NaF+Distilled water군에서 표면이 매끄러운 것을 확인할 수 있었다. 반면에 0.2% NaF+Fermented milk군은 약간의 거친 표면이 확인되었으며, Fermented milk군에서 심한 균열이 확인되어 표면이 매끄럽지 못한 것을 확인하였다(Fig. 1).
고 안
본 연구의 목적은 초기 우식치아 상태에서 산성음료인 발효 음료를 섭취할 때 재광화 물질로 꼽히는 불소와 칼슘을 각각 0.2% 농도로 치면에 도포, 0.5% 농도를 음료에 적용하여 치아부식증 예방 가능성을 확인하기 위함이다.
Ko 등2)의 연구에 의하면 185종의 국내 시판 유산균 발효유의 평균 pH는 4.08±0.27로 pH 4.5 이하로 치아부식을 발생시키는 pH이고, 액상 발효유가 다른 종류의 발효유 보다 낮은 pH라 보고한 바, 본 연구에서는 액상 발효유 중 소비자들이 일상생활에서 구매하기 쉽고 가장 많이 판매된 액상 발효유를 선택하였다.
Kim 등4)의 연구에서 유산균 발효유에 칼슘을 농도별로 첨가하였을 때 2%의 농도에서 중성인 생수와 같이 치아부식이 발생하지 않는 결과를 보고하였으나, 0.5%의 농도부터 치아부식 예방에 대해 유의미한 결과를 나타내었고, 인체에 무해하면서 음료의 맛을 변화시키지 않는 농도로 보고하여, 본 연구에서 실험하고자 하는 칼슘의 농도를 0.5%로 선택하였다.
많은 연구에서 불소로 인하여 치아 법랑질 표면이 재광화됨을 보고하고 있다10-12). Jang 등10)은 불소 도포 방법과 적용 횟수에 따라 치아 법랑질의 표면을 연구하여 보고하였다. 그러나 전문가 불소 도포로만 한정하여 결과가 도출되어, 전문가 불소 도포에 비해 비교적 낮은 농도의 자가 불소 활용법에 대한 치아 법랑질 표면 연구는 미비한 편이다. 자가로 불소를 활용하는 방법 중 불소용액 양치법으로 0.05%의 NaF를 매일 사용하거나 0.2%의 NaF를 1-2주에 1회씩 사용하여 1분 이상 양치하는 방법이 있다12). 한편 Silverstone13)의 연구에서 1 ppm 정도의 저농도의 불소가 함유된 저농도 칼슘 용액으로 재광화시켰을 때, 불소가 함유되지 않은 저농도 칼슘 용액으로 재광화시켰을 때보다 병소 본체의 넓이가 22%에서 72%로 감소함을 보고하였고, Kim6)의 연구에서 0.05%의 NaF 불소 용액을 치면에 매일 도포하고 유산균 발효유에 저농도의 칼슘을 첨가하였을 경우 치아부식증 예방 가능성을 보고하였다.
따라서 본 연구에서는 0.05%의 NaF 불소 용액과 함께 학교 불소용액양치사업으로 많이 활용되는 불소의 농도인 0.2%의 NaF 용액을 치면에 1회 도포하고 0.5%의 저농도 칼슘과 함께 처리하였을 때 치면에 미치는 영향에 대해 알아보고자 하였다.
실험 방법으로 구강 내 환경을 실험실에서 가장 현실적으로 실현 가능한 pH 순환처리를 선택하여 실험 결과와 현실의 괴리감을 줄이고자 하였다. pH 순환처리는 5일 동안의 처리에서도 고농도 불소 제재의 치아 부식증을 확인한 Medeiros 등9)의 연구결과에 따라 본 실험도 5일의 순환처리를 선택하였다.
또한 실험음료에 침지하는 시간은 제외하고, 다른 모든 시간에는 인공타액에 침지하였다. pH 순환처리에 사용된 인공타액은 Jeong 등14)의 연구결과에서 재광화 목적으로 권고하는 방법으로 선택하여 제조하였다. 따라서 발효음료에 침지하지 않은 0.2% NaF+Distilled water군과 중성의 Mineral water군의 경우 표면미세경도차가 증가함을 확인하였고, 이는 인공타액으로 인한 재광화의 결과로 판단된다. 그러나 Fermented milk군은 인공타액에 침지하였음에도 통계적으로 유의한 표면미세경도차가 나타나지 않아(P>0.05), 초기 우식치아를 가진 경우 유산균 발효유 섭취시 타액에 의한 재광화 효과를 기대할 수 없을 것으로 생각된다.
Garcia-Godoy 등15)의 연구결과에 따르면 저농도의 칼슘, 저농도의 인산 및 저농도의 불소가 제공되는 환경 하에 이상적인 재광화가 발생된다고 하였다. 본 연구에서도 불소와 칼슘을 같이 처리한 군인 0.2% NaF+(Fermented milk+0.5% Ca)군(78.07±14.89)이 중성인 Mineral water군(73.74±10.36)과 발효유에 침지하지 않은 0.2% NaF+Distilled water (80.88±15.12)군과 표면미세경도 변화 양상에 군간 차이가 나타나지 않았고, 0.2%의 NaF 불소용액만 1회 도포 후 유산균 음료에 침지한 0.2% NaF+Fermented milk (56.43±13.73)군과 유의한 차이가 나타나고 표면미세경도차가 더 크게 나타나, 0.2% NaF 불소용액을 치면에 도포하고 유산균 음료에 0.5%의 칼슘이 첨가되었을 경우 치아부식증 예방 효과가 가장 높은 것으로 판단되었다.
한편, 치아부식 예방 효과를 시각적으로 평가하기 위해 주사전자현미경이 이용되며16), 본 실험에도 사용하였다. 주사전자현미경으로 얻어진 시편 표면 이미지와 표면미세경도 분석결과와 유사한 것을 확인할 수 있었다.
따라서 치아우식이 있는 구강 상태에서 유산균 발효음료를 섭취할 때 1주일 또는 2주일에 한번 시행하는 0.2% 불소용액양치사업에 참여하고, 음료생산 시 안전하게 섭취 가능한 0.5%의 칼슘을 첨가한다면 산성음료로 인한 치아부식증을 효과적으로 예방할 수 있을 것이라 사료된다.
본 실험에서 사용한 시편은 우치로 제작하였는데 소의 치아는 사람의 치아보다 다공성이 많아, 약한 경도와 탈회 양상이 더 빠르다17). 또한 실험 방법으로 인해 편평한 표면이 조건으로, 표면 연마가 필수적이다18). 이를 종합해볼 때 구강 내 치아부식 정도는 이러한 양상이 더 작을 것으로 판단된다. 또한 본 연구에서 사용한 불소와 칼슘 이외에 자일리톨이나 나노 입자형 수산화인회석 등19,20)과 같은 다양한 재광화 물질이 연구되어졌다. 따라서 추후 다른 재광화 물질과의 치아부식 예방 가능성을 확인하고 효과를 비교, 분석하는 연구도 진행할 수 있을 것이다.
결 론
본 연구는 초기우식치아의 구강환경에서 발효음료 섭취시 0.2% NaF 불소용액을 치면에 도포하는 방법과 칼슘을 음료에 적용하여 치아부식증 예방 가능성을 알아보고자 하였다.
인공 초기 우식 상태와 5일의 순환처리 후 표면미세경도는 표면미세경도차 순으로 0.2% NaF+Distilled water군(80.88±15.12), 0.2% NaF+(Fermented milk+0.5% Ca)군(78.07±14.89), Mineral water군(73.74±10.36), 0.2% NaF+Fermented milk군(56.43±13.73), Fermented milk군(7.90±15.84)으로 각 군에서 음료 침지 전과 후 표면미세경도를 비교하였을 때 Fermented milk군(P>0.05)을 제외한 4군에서는 유의한 차이가 나타났다(P<0.05).
각 군의 음료 순환처리 전·후 표면미세경도차를 비교한 결과 유의한 차이가 나타났다(P<0.05). 0.2% NaF+(Fermented milk+0.5% Ca)군(78.07±14.89)과 0.2% NaF+Distilled water군(80.88±15.12), Mineral water군(73.74±10.36)은 유의한 차이가 나타나지 않았고(P>0.05), 0.2% NaF+Fermented milk군(56.43±13.73)과 Fermented milk군(7.90±15.84)은 각각 다른 군과 유의한 차이를 나타내었다(P<0.05).
각 군의 음료 순환처리 후 주사전자현미경으로 표면을 관찰한 결과, Mineral water군, 0.2% NaF+(Fermented milk+0.5% Ca)군, 0.2% NaF+Distilled water군에서 표면이 매끄러운 것을 확인할 수 있었다. 반면에 0.2% NaF+Fermented milk군은 약간의 거친 표면이 확인되었으며, Fermented milk군에서 심한 균열이 확인되어 표면이 매끄럽지 못한 것을 확인하였다.
이상의 결과에서 0.2%의 불소를 치아에 도포하고 0.5%의 칼슘이 음료에 첨가된다면 초기 우식치아의 구강 환경에서도 치아부식증을 효과적으로 예방할 가능성이 있음을 확인하였다.
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