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연구진은 칼로리, 영양소 구성이 동일하더라도 식품의 가공 수준에 따라 신체의 대사 반응과 뇌 활동에 차이가 있음을 발견했습니다. 초가공식품은 인슐린 분비를 증가시키고 에너지를 더 많이 소모하게 하며, 보상 시스템을 자극하는 등 건강에 부정적인 영향을 미칠 수 있습니다.
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원문 바로가기건강한 성인에게 칼로리와 영양소는 일치하지만, 달리 준비된 식사는 예상외로 다른 대사 반응과 뇌의 보상 시스템 활동을 유발했다.
버지니아 공과대학교(Virginia Tech) Fralin Biomedical Research Institute의 신경과학자 Alex DiFeliceantonio(왼쪽)와 연구원 Zach Hutelin은 탄수화물, 지방, 단백질, 물, 칼로리, 염분 및 무게가 동일하지만 가공 수준이 다른 두 끼니가 서로 다른 뇌 및 대사 반응을 일으킨다는 것을 예상치 못하게 발견했다. 사진: Stephanie Klein-Davis (Virginia Tech).
Two researchers in front of an MRI backlit in neon pink, one holding bananas and the other a bowl of cookies
대부분의 영양 과학은 기본적인 영양 프로필이 같은 식사가 사람의 혈당에 동일한 영향을 미칠 것이라고 시사한다.
하지만 음식 가공 자체에 무언가 있어서 우리 몸의 반응에 영향을 미치는 것일까?
이 질문을 탐구한 연구원들은 칼로리, 탄수화물, 지방, 단백질, 물, 염분 및 무게 면에서 영양적으로 일치하는 최소 가공식과 고도로 가공된 식사가 뚜렷하게 다른 대사 반응을 일으킨다는 것을 발견하고 놀랐다.
초가공식품은 신체가 더 많은 인슐린을 분비하고 에너지를 더 많이 소모하도록 촉발했으며, 연료로 탄수화물을 덜 태우게 했다. 또한 동기 부여 및 보상에 관여하는 뇌 부위에서 다른 반응을 불러일으켰다.
이러한 결과는 식품 가공이 신체와 뇌가 음식에 반응하는 방식에 영향을 미칠 수 있으며, 이는 탄수화물, 지방, 단백질을 넘어선 방식으로 작용할 수 있음을 시사한다. 이는 초가공식품이 과다 소비 및 장기적인 건강 문제와 관련되어 온 이유를 연구원들이 이해하는 데 도움을 줄 수 있으며, 새로운 연구 영역을 제시한다.
버지니아 공과대학교 Fralin Biomedical Research Institute의 연구진은 이번 달에 Nature Metabolism에 그 결과를 발표했다.
초가공식품(Ultraprocessed foods)은 평균적인 미국인의 일일 칼로리 중 절반 이상을 차지한다. 전 세계의 식단 또한 이러한 식품들을 더 많이 포함하는 방향으로 변화하고 있는데, 이 식품들은 편리하고, 접근성이 높으며, 저렴하고, 맛이 뛰어나도록 제조되어 과식하기 쉽다.
연구를 주도한 Fralin Biomedical Research Institute의 부교수인 Alex DiFeliceantonio는 “인구 수준 데이터를 살펴보면, 초가공식품을 대량으로 섭취하는 사람들은 비만, 심장 질환, 제2형 당뇨병 등 건강 악화율이 높고, 정신 건강 관련 지표에서도 문제가 발견된다”라고 말했다.
고도로 가공된 식품들이 질병과 연관되어 왔지만, 가공 과정과 그로 인한 건강 결과 및 과잉 섭취를 연결하는 메커니즘은 아직 잘 알려져 있지 않다.
DiFeliceantonio는 “초가공식품의 대부분이 지방 함량이 높고, 설탕 함량이 높으며, 섬유질과 단백질 함량은 낮은 것은 알고 있다”라며, “하지만 이 모든 요소를 인위적으로 일정하게 유지한다면, 가공 과정 자체에 어떤 것이 다른 결과를 초래하는 것일까?”라고 말했다.
연구팀은 18세에서 45세 사이의 건강한 성인들을 모집했다. 전체 연구에는 57명의 성인이 참여했으며, 이 중 32명이 뇌 기능 자기공명영상(fMRI)과 대사 세션 모두를 완료했다.
각 참가자는 세션 사이에 3일 이상의 간격을 두고 두 가지 유형의 식사를 각각 했다. 이는 연구자들이 동일한 사람이 각 식사에 어떻게 반응하는지 비교할 수 있게 해주었다.
대사적 영향을 조사하기 위해, 참가자들은 밤새 금식한 후 테스트 장소에 도착했다. 그들은 인간의 에너지 소비와 대사를 측정하는 데 사용되는 밀폐되고 기밀한 방인 대사 챔버(metabolic chamber)의 더블 사이즈 침대에 누웠다. 연구원들은 이어서 기준선 측정을 진행했다.
한 시간 후, 참가자들은 영양적으로 동일하게 맞춰진 300칼로리의 최소 가공식 또는 고도로 가공된 식사 중 하나를 먹을 수 있는 10분의 시간을 받았습니다. 연구는 산업적 가공 수준에 따라 식품을 네 그룹으로 분류하는 Nova 척도를 사용하여 식사를 선택했습니다.
두 식사는 탄수화물, 지방, 단백질, 칼로리, 물, 소금 면에서 1% 이내로 일치했습니다. 사진 제공: Zach Hutelin.
Two black trays of food, one of minimally processed and one of highly processed food
고도로 가공된 식사에는 땅콩버터와 젤리를 바른 샌드위치 한 조각, 델리 터키, 채소 칩, 쿠키, 시리얼, 인스턴트 매시 포테이토, 그리고 약간의 물이 포함되었습니다. 최소 가공식은 슬라이스된 바나나, 건크랜베리, 치즈, 달걀이 포함되었습니다.
연구원인 Zach Hutelin은 이 연구소의 연구원이자 본 연구의 제1 저자로 “두 식사는 탄수화물, 지방, 단백질, 칼로리, 물, 소금 면에서 1% 이내로 일치합니다”라고 말했습니다. 이 연구는 Virginia Tech의 Translational Biology, Medicine, and Health Graduate Program을 통해 진행된 그의 박사 학위 연구의 일부였습니다. 그는 “이 식사들에 영양 성분표가 있다면 실질적으로 동일할 것입니다”라고 덧붙였습니다.
식후에도 혈액 채취를 다시 했으며, 이후 세 시간 동안 총 여섯 번 더 했습니다. 연구원들은 인슐린 반응, 에너지 소비, 탄수화물 산화를 포함한 식후 대사 상태를 측정했습니다.
Hutelin은 “모든 대사 지표가 다르다는 것을 보고 충격을 받았습니다”라고 말했습니다. 그는 “초가공식품에서 발견한 것은 인슐린 반응이 훨씬 높고 혈당이 조금 더 오랫동안 약간 높은 상태로 유지된다는 것입니다”라고 설명했습니다.
만성적으로 높은 혈당은 당뇨병과 같은 질환의 위험을 증가시킵니다.
DiFeliceantonio는 우리가 무엇을 먹는지, 즉 음식 선택의 기본적인 메커니즘을 이해하기 위해 노력하는 신경과학자입니다. 그녀는 식사에 대한 대사 반응이 음식 단서에 대한 뇌의 반응과 연결되는지 확인하고 싶었습니다.
다른 날에는 참가자들이 기능적 자기공명영상(fMRI)을 촬영하는 동안 영양적으로 일치된 고도로 가공되거나 최소로 가공된 식품 사진들을 보았습니다. 이 스캔은 뇌의 여러 영역에 걸친 혈류 변화를 추적하여 뇌 활동을 측정합니다. 대사 테스트 중에 제공된 음식들은 사진에서 보여진 음식들 중 일부였습니다.
참가자들은 각 음식을 볼 때 그것에 대해 얼마까지 지불할 의향이 있는지 보고했습니다. 이를 통해 연구자들은 참가자들이 느끼는 식품의 주관적 가치가 그들의 뇌 활동과 어떻게 일치하는지 비교할 수 있었습니다.
주목할 만한 결과 중 하나는 학습, 동기 부여, 보상에 관여하는 뇌 영역인 복측 선조체(ventral striatum)와 측좌핵(nucleus accumbens)에서 나타났습니다. 각 유형의 식사 후 참가자들이 에너지를 위해 탄수화물을 태우는 방식의 차이가 음식 사진에 대한 그들의 뇌 반응의 차이와 연결되었습니다.
참가자들은 초가공식품이나 최소로 가공된 식품에 대해 더 많은 돈을 지불할 의향이 있다고 말하지 않았지만, 이 결과들은 식품 가공으로 인해 발생하는 대사적 차이가 뇌가 음식 단서(food cues)에 반응하는 방식의 차이와 관련되어 있음을 시사했습니다.
상파울루 대학의 카를로스 A. 몬테이로(Carlos A. Monteiro)는 Nature Metabolism과의 인터뷰에서 “문헌상의 핵심 논쟁은 초가공식품과 건강 악화 결과 사이의 연관성이 영양 성분 때문인지 아니면 가공 과정 때문인지”라고 말했습니다. 몬테이로는 비만 연구를 통해 영양 및 공중 보건 연구에 사용되는 국제 NOVA 식품 가공 분류법을 개발한 브라질 역학자입니다. 그는 대사 반응 외에도 로아노크 팀이 뇌 활동까지 살펴봤다는 점에 주목하며, “이는 뇌가 궁극적으로 식습관 행동을 조절하기 때문에 새롭고 중요한 기여입니다”라고 언급했습니다.
이 연구는 일치하는 300칼로리 식사 한 세트를 살펴봤으며, 연구 대상자들은 젊고 건강했습니다. 버지니아 테크 대학 농업 및 생명과학대학 인간 영양, 식품 및 운동학과에서도 직책을 맡고 있는 DiFeliceantonio는 다양한 인구 집단, 더 긴 시간 기간, 더 큰 식사량, 그리고 최소 가공식품과 고도로 가공된 식품의 조합에 대한 검토를 원한다고 밝혔습니다. 제공된 식사들이 단백질 같은 요소로 일치했지만, 단백질 공급원들은 달랐으며 이는 결과에 영향을 미쳤을 수 있습니다.
초가공 식사는 또한 더 많은 첨가물을 포함하고 있었고, 연구는 총 섬유질을 측정했지만, 연구된 식품의 물리적 및 화학적 구조를 명시적으로 측정하지는 않았습니다.
DiFeliceantonio는 “우리는 상업용 첨가물이나 특정 가공 단계와 같이 다른 대사 반응을 유발할 수 있는 구체적인 요인들을 검토하고 싶다”고 말했습니다.
이 연구는 국립당뇨병 및 소화기 신장 질환 연구소(National Institute of Diabetes and Digestive and Kidney Diseases)의 미국 국립보건원(National Institutes of Health) 연구 보조금과 미국 국립과학재단(National Science Foundation) 대학원 연구 펠로우십을 통해 자금을 지원받았습니다.
원본 연구 DOI: 10.1038/s42255-026-01619-4