Metabolic tracking of isoflavones in healthy adults after consumption of fermented soybean (Cheonggukjang) diet

Abstract

Background: Fermented soybeans (FS) are the most commonly consumed foods in Korea. Fermentation may enhance the nutritional and functional properties of food by the increase of bioactivity or bioavailability during process, which may have preventive effects on human disease. However, changes in circulating and urinary isoflavone levels following the FS diet in healthy adults have not been studied extensively. Objective: The study aimed to track isoflavone metabolites in plasma and urine of healthy adults after consuming FS or non-fermented soybean (NFS) diet. Also, we estimated the bioavailability of isoflavones provided by FS. Design: In a randomized, controlled, cross-over trial, we recruited ten subjects (60% women) and provided with three standardized meals, consisting of breakfast without test foods and lunch and dinner with test foods in a sequence of FS-NFS or NFS-FS with a one-week interval. Isoflavones in cooked FS and NFS stews provided as tested meals, and their metabolites in 24 h-urine and plasma samples collected before and after consumption were measured by UPLC_DAD-QTOF/MS. Results: : Levels of isoflavone glucosides (e.g. genistin and daidzin) in the FS food compared with those in the NFS food, which might be explained by the degradation of malonylglucoisides during fermentation. The circulating isoflavone levels were significantly higher at 2h after the consumption of the FS diet compared with the NFS diet (p=0.003) but became similar at 20h after the consumption. Fourteen different types of isoflavone conjugates were found in the 24h urine samples including 7 glucuronides, sulfates, and 3 sulfoglucuronides. Their total levels were not significantly different, showing 118.1 mg/L with the FS diet and 127.4 mg/L with NFS diet. However, the result of classification in partial least squares discriminant analysis indicated that urinary genistein 7-O-sulfate level might be the differential marker for discrimination of the consumption of the two diets. Conclusions: This is the first study to suggest that the isoflavone conjugate profile, rather than total isoflavone levels, might be a more appropriate marker to discriminate the consumption of FS and NFS diets. Further studies are needed to replicate our findings in large population-based studies.;식품은 발효과정을 통해 생리활성이나 생체이용률이 증가되어 식품의 영양 및 기능적 특성을 향상시킬 수 있으며, 이는 질병 예방 효과에 영향을 줄 수 있다. 발효에 의해 배당체 형태에서 글루코사이드기가 제거되고 생물학적 활성 형태로 알려진 비배당체 형태로 방출되지만, 발효 콩 식품의 이소플라본 조성은 발효 조건에 따라 다르게 나타날 수 있다. 또한 최근 연구에서는 이소플라본의 배당체형태와 비배당체 형태의 생체이용률의 차이에 대한 결과 가 일관되지 않게 보고되었다. 따라서 본 연구에서는 발효에 따른 콩 식품의 이소플라본 조성의 변화를 분석하고, 발효와 비 발효식품 섭취 후 혈액과 소변의 대사체를 분석하여 발효가 생체이용률에 미치는 효과를 조사하였다. 또 한 발효와 비발효 콩 섭취에 따른 차이 대사체를 확인 하여 발효 콩 섭취의 수준을 판단할 수 있는 생체지표를 발굴하고자 하였다. 건강한 성인 남녀 10명 (남성 4명, 여성 6명)을 대상으로 발효 (청국장) 와 비발효된 콩 찌개를 포함하는 표준화된 식단을 무작위 순서로 배정하여 1주일간의 휴지기를 두고 교차 설계 중재연구를 수행하였다. 이소플라본은 각각의 식이 및 섭취 전후의 혈액과 24시간 동안 수집된 소변에서 분석되었다. 청국장 찌개는 비발효 콩 찌개보다 제니스틴 및 다이드진과 같은 단순배당체 형태의 이소플라본의 함량이 높았으며, 이는 발효동안에 말로닐글루코사이드가 분해되어 생성된것으로 설명된다. 식후 2시간의 혈액에서 이소플라본 농도는 비발효 콩찌개 보다 청국장 찌개 섭취 후 유의하게 높았으며, 이 차이는 식후 20시간에 수집된 혈액에서는 나타나지 않았다. 24시간 동안 수집된 소변의 이소플라본은 총 14종의 접합체 형태로, 7종의 글루쿠로나이드, 4종의 설페이트, 그리고 3종의 설포글루 쿠로나이드로 확인되었다. 24시간 동안 소변으로 배출된 총 이소플라본의 농도는 청국장 섭취그룹은 118.1 mg/L, 비발효 콩 찌개 섭취그룹은 127.4 mg/L로 두 그룹간의 통계적으로 유의한 차이는 없었다. 두그룹간의 차이 대사체 발굴을 위해 PLS-DA 판별 분석을 실시한 결과, 소변중의 제니스테인 7-O-설페이트가 청국장 섭취에 따른 차이를 가장 잘 설명하는 주요 변수 대사체로 분석되었다. 결론적으로, 소변중의 이소플라본 주요 대사체인 접합체 형태의 개별 조성에 대한 고려 없이 총 이소플라본 농도의 차이는 발효와 비발효 콩 식품 섭취를 구분짓는 생체지표로는 적합하지 않을 수 있다. 또한 대규모 대상자를 포함하는 관찰연구를 통해 후보 생체지표의 재현성을 검증하는 추가 연구가 필요하다.