The development of a dietary antioxidant database to estimate antioxidant capacity of a food frequency questionnaire and its validation: based on the Korean multi-rural communities cohort (MRCohort)

Abstract

[연구배경] 비타민 C, E, 카로티노이드, 그리고 플라보노이드 및 폴리페놀과 같은 식이 항산화제는 만성 질환에 대한 잠재적인 이로운 효과로 인해 큰 주목을 받아왔다. 총 항산화능(Total antioxidant capacity, TAC)이란 식품에 존재하는 모든 영양소 및 화합물의 항산화 특성을 종합한 누적된 항산화능을 뜻하며, 이는 단순한 합계를 넘어서 모든 항산화제의 시너지 역할까지 고려한 개념이다. 그러나 국내에서는 대부분 단일 또는 일부 식이 항산화제와 만성 질환 사이의 연관성을 규명하는 연구가 주로 수행되어왔기 때문에, TAC를 추정하기 위해 필요한 통합적인 식이 항산화제 데이터 베이스의 이용은 매우 제한적인 실정이다. 또한, 식이 항산화제 섭취량을 추정하기 위한 식이섭취조사 방법에 있어서 타당도를 평가한 연구도 매우 드물어 한국인의 식이 항산화제 섭취량를 정확하게 추정하기에 많은 제한점이 있다. 국내에서는 대규모 전향적 코호트인 한국인 유전체 역학조사사업(KoGES)이 2001년부터 수행 중이며, 106개 식품항목으로 구성된 식품빈도조사(FFQ)를 통해 식이섭취조사를 수행한 바가 있다.

[연구목적] 본 연구는 두 가지 목적을 가지고 수행되었다. 첫째, KoGES의 일환인 농촌 기반 코호트 사업(MRCohort)에서 조사한 106개 식품항목으로 구성된 FFQ와 3일동안의 24시간 회상조사의 데이터를 사용하여 TAC를 추정하기 위한 식이 항산화 데이터베이스를 구축하고, 둘째, MRCohort에 참여한 40-69세의 양평 지역 거주 참여자들의 식이 항산화제 섭취량과 TAC을 추정하여 이를 통해 FFQ의 타당도를 평가하였다.

[연구방법] A. 식이 항산화 데이터베이스의 구축 10개의 하위그룹과 42개의 개별 식이 항산화제를 포함한 식이 항산화 데이터베이스는 FFQ와 3일동안의 24시간 회상조사의 식품 목록을 이용하여 구성되었다. 기 구축된 표준화된 프로토콜에 기초하여, 식이 항산화제의 함량은 1) 식품의약품안전처의 식품영양 데이터베이스, 2) 미국 농무부(USDA)의 USDA National Nutrient Database for Standard Reference (Release 28), USDA Database for the Flavonoid Content of Selected Foods (Release 3.3), USDA Database for the Isoflavone Content of Selected Foods (Release 2.1), USDA Database for the Proanthocyanidin Content of Selected Foods (Release 2.1), 3) 프랑스 국립 컴퓨터 과학 연구센터 (INRA)의 Phenol-Explorer 3.6, 4) 일본 문무성(MEXT)의 Standard Tables of Food Composition in Japan (7th Revised Edition)을 포함한 7개의 데이터베이스로부터 수집하였다. 다음과 같은 원칙을 따라 데이터를 선택하였다. (1) 식품에 대해 이용 가능한 데이터가 1개만 있을 경우 이를 선택함. (2) 식품에 대해 이용 가능한 데이터가 여러 개 있을 경우 다음의 우선순위에 따라 결정함. (2-1) 식약처, USDA, MEXT 순으로 비타민 및 카로티노이드 함량 데이터를 선택함. (2-2) USDA, PE 순으로 플라보노이드 함량 데이터를 선택함. (2-3) 동일한 데이터베이스에서 제공하는 데이터가 여러 개 있을 경우 가장 최신의 데이터를 선택함. 데이터 선택은 식품 설명에 따라 이루어졌으며, 직접적으로 일치하는 데이터가 없는 경우에는 수분 조정, 표준화된 레시피 사용, 유사한 식품으로 대체를 통해 함량을 산출하였다. 각 식품의 TAC는 개별 식이 항산화제 함량(mg/100g)에 비타민 C 등가 항산화능(VCEAC, mg VCE/100g)을 곱한 값으로 계산하였다. 데이터베이스의 포괄력(coverage)은 전체 식품항목 중 함량이 존재하는 식품항목 비율로 정의하였다.

B. 식이 항산화제 섭취량 및 TAC 추정과 FFQ의 타당도 평가 연구 대상자는 총 362명으로, 경기도 양평에 거주하는 40-69세 성인으로 2006년 11월부터 2007년 8월까지 FFQ조사를 완료하고, 2008년 1월에 3일동안의 24시간 회상조사를 완료한 자를 대상으로 하였다. 식이 항산화제 섭취량은 잔차법을 이용하여 열량 섭취량을 보정하였다. 10개의 하위그룹 식이 항산화제 섭취에 대한 각 식품의 기여도는 R2와 기여 분율을 통해 추정되었으며 백분율로 제시되었다. 3일동안의 24시간 회상조사의 재현성은 intra-class correlation coefficient (ICC)에 의해 평가되었다. 두 조사방법의 식이 항산화제 섭취량 상관성은 연령과 성별이 보정된 피어슨 상관계수와 스피어만 상관계수를 통해 평가되었으며, 3일동안의 24시간 회상조사에서의 무작위 측정오류를 보정한 강화된 상관성(de-attenuated correlation)도 제시되었다. 두 조사방법의 일치도는 교차분류 분석을 통하여 검토하였다.

[연구결과] A. 식이 항산화 데이터베이스의 구축 구축된 식이 항산화 데이터베이스는 비타민 C, E, 카로티노이드에 대해서는 식품 항목 1,000개 중 90% 이상을 포함하였고, 플라보노이드는 평균 63%를 포함하였다. TAC가 높은 상위 50개 식품 중 채소류가 14개로 가장 큰 비중을 차지하였고, 그 다음으로는 두류 및 그 제품(12개), 과일류(8개), 음료 및 주류(7개), 곡류 및 그 제품(4개), 견과류(3개), 그리고 양념류(2개)가 뒤를 였다.

B. 식이 항산화제 섭취량 및 TAC 추정과 FFQ의 타당도 평가 식이 항산화제의 하위그룹 별로 일일 평균 섭취량을 추정한 결과, 비타민 C, E, 카로티노이드 및 총 플라보노이드의 섭취량은 FFQ의 경우 각각 53.4 mg/d, 5.16 mg/d, 7,999 μg/d, 147mg/d, 60 mg/d, 3일간의 24시간 회상조사의 경우 각각 60 mg/d, 8.92 mg/d, 5,830 μg/d, and 133.8 mg/d였다. 일일 TAC는 FFQ와 3일간의 24시간 회상조사에서 각각 337.4 mg VCE/d와 280.8 mg VCE/d였다. 열량 섭취 보정 후, 비타민 C, E, 카로티노이드 및 총 플라보노이드의 섭취량은 FFQ의 경우 각각 49.7 mg/d, 4.87 mg/d, 7,439 μg/d, 140.3 mg/d, 3일간의 24시간 회상조사의 경우 각각 60.3 mg/d, 8.85 mg/d, 5,769 μg/d, 133.7 mg/d였다. 일일 TAC는 FFQ와 3일간의 24시간 회상조사에서 각각 317.3 mg VCE/d와 277.1 mg VCE/d였다. 피어슨 상관계수는 플라반-3-올에서 0.06으로 가장 낮았고, 프로안토시아니딘에서 0.28로 가장 높았다 (강화되었을 때 각각 0.07, 0.30). 스피어만 상관계수는 플라보놀에서 0.09로 가장 낮았고, 비타민 C와 프로안토시아니딘에서 0.33으로 가장 높았다 (강화되었을 때 각각 0.1, 0.36). 열량 보정 피어슨 상관계수는 플라반-3-올에서 0.03으로 가장 낮았고, 프로안토시아니딘에서 0.26로 가장 높았다 (강화되었을 때 각각 0.04, 0.30). 열량 보정 스피어만 상관계수는 플라보놀에서 0.08로 가장 낮았고, 프로안토시아니딘에서 0.33으로 가장 높았다 (강화되었을 때 각각 0.09, 0.38). 식이 항산화제 섭취량에 따른 교차분류에서 동일한 4분위수로 분류된 비율은 평균 33.3%, 열량 보정 후 30.0%였다.

[결론] 결론적으로, 구축된 식이 항산화 데이터베이스는 선행 연구들에 비슷한 정도의 포괄력을 나타냈으며, 이는 향후 식이 항산화제 섭취와 질병 간의 연관성을 규명하기 위한 연구에서 유용한 자원이 될 수 있음을 시사한다. 구축된 데이터베이스를 기반으로 식이 항산화제 섭취량을 추정하여 FFQ의 타당도 평가한 결과, 타 연구들에 비하여 다소 낮은 수준으로 평가되었다. 이는 기존의 식이 항산화제 섭취 추정을 위한 타당도 연구들과 달리 식이 항산화에 특화된 조사 방법을 사용하지 않은 것으로 여겨지며, 따라서 식이 항산화제 섭취 추정을 위한 특화된 FFQ를 개발하고, 조사 일수 등이 적절하게 설계된 비교 방법을 통해 타당도를 검증하는 추가 연구가 이루어질 필요가 있다.; [Background] The dietary antioxidants like vitamin C and E, carotenoids, and polyphenols including flavonoids have attained great attention because of their potential beneficial effects toward chronic diseases. The concept of total antioxidant capacity (TAC) is to consider the cumulative capacity of all antioxidants in food and to feature the sum of all antioxidant properties of nutrients or compounds, which is the synergistic role of all antioxidants rather than the simple sum. By now, it has been widely studied to determine the relationship between a single or some common dietary antioxidant intake and chronic diseases. However, there were very limited data available on the content of antioxidants in food to estimate total dietary antioxidant capacity. In addition, very few studies evaluate the validity of dietary assessment methods to estimate dietary antioxidant intake, so there are many limitations in accurately estimating Koreans' dietary antioxidant intake. In Korea, a large scale ongoing prospective cohort, the Korean Genome and Epidemiology Study (KoGES), has been established since 2001 and they collected dietary data using a food frequency questionnaire (FFQ) which was composed of 106 food items.

[Objectives] We had two aims of this study. The first was to develop a dietary antioxidant database to estimate total antioxidant capacity using the 106-item FFQ and 3-day 24-hour recalls (3-day 24HRs) among Korean adults aged 40 or older in the multi-rural communities cohort (MRCohort), a part of KoGES. The second was to estimate the intake of dietary antioxidant and TAC of participants in MRCohort aged 40–69 living in Yangpyeong, and to evaluate the validity of FFQ.

[Methods] A. Development of a dietary antioxidant database The dietary antioxidant database, which was composed of 42 individual dietary antioxidants in 10 subclasses, was constructed using the combined food list from the FFQ and 3-day 24HRs of the MRCohort. Based on a priori standardized protocol, the dietary antioxidant contents were obtained from seven national food composition databases worldwide: 1) the Food and Nutrient Database by The Ministry of Food and Drug Safety (MFDS), the USDA (the US Department of Agriculture) National Nutrient Database for Standard Reference (Release 28), USDA Database for the Flavonoid Content of Selected Foods (Release 3.3), USDA Database for the Isoflavone Content of Selected Foods (Release 2.1), USDA Database for the Proanthocyanidin Content of Selected Foods (Release 2.1), Phenol-Explorer 3.6 of the French Institute for Research in Computer Science and Automation (INRA), and the Standard Tables of Food Composition in Japan (7th Revised Edition) of MEXT (the Ministry of Education, Culture, Sports, Science and Technology). The selection of data followed the following principles: (1) If there is only one data available for a food, select it. (2) If there are several available data for a food, select it according to the following priority: (2-1) Select the data of vitamins and carotenoids in order of the MFDS, USDA, and MEXT. (2-2) Select the data of flavonoids in order of the USDA, and PE. (2-3) Select the most recent data if there are several data published from the same source. Data were selected based on food descriptions, and if there was no direct match, the content was calculated through moisture adjustment, use of standardized recipe use, and substituting with similar food. TAC of each food was calculated by summing the value of individual antioxidant content (mg/100g) multiplied by its vitamin C equivalent antioxidant capacity (VCEAC, mg VCE/100g). The coverage of database was defined as the proportion of the food item in which the content exists among total food items.

B. Estimation of dietary antioxidant intake and TAC, and evaluation of the validity of FFQ A total of 364 participants were adults aged 40-69 years living in Yangpyeong, Gyeonggi-do, who completed the FFQ and between November 2006 and August 2007 and completed the 3-day 24HRs in January 2008. Dietary antioxidant intake was presented as both energy-adjusted intake using residual method and unadjusted one. The contribution of each food to the subclass dietary antioxidant intake was estimated by calculating the R2 and a percent contribution, expressed the ratio as a percentage. The reproducibility of the 3-day 24HRs was evaluated by intra-class correlation coefficient (ICC). Correlations of dietary antioxidant intake were assessed by Pearson’s correlation coefficient and Spearman’s correlation coefficient after adjustment for age and sex. Observed correlation coefficients were de-attenuated for random measurement error in the 3-day 24HRs. The agreement of the FFQ with the 3-day 24HRs was assessed by cross-classification analysis.

[Results] A. Development of a dietary antioxidant database The dietary antioxidant database covered over 90% of 1,000 food items in vitamin C, E and carotenoids and 63% in flavonoids on average. Of the top 50 foods with high TAC, vegetables accounted for the largest portion with 14 foods, followed by legumes and their products (12), fruits (8), beverage and drink (7), grains and their products (4), seeds and nuts (3), and seasonings (2).

B. Estimation of dietary antioxidant intake and TAC, and evaluation of the validity of FFQ By subclasses of dietary antioxidant, the mean daily vitamin C, E, carotenoids, and total flavonoids intakes were 53.4 mg/d, 5.16 mg/d, 7,999 μg/d, and 147 mg/d in FFQ, and 60 mg/d, 8.92 mg/d, 5,830 μg/d, and 133.8 mg/d in 3-day 24HRs. In addition, TAC was estimated to be 337.4 and 280.8 (mg VCE/d) in the FFQ and 3-day 24HRs, respectively. The energy-adjusted mean daily vitamin C, E, carotenoids, and total flavonoids intakes were 49.7 mg/d, 4.87 mg/d, 7,439 μg/d, and 140.3 mg/d in FFQ, and 60.3 mg/d, 8.85 mg/d, 5,769 μg/d, and 133.7 mg/d in 3-day 24HRs. TAC was estimated to be 317.3 and 277.1 (mg VCE/d) after energy adjustment in the FFQ and 3-day 24HRs, respectively. Pearson’s correlation coefficient was between 0.06 for flavan-3-ols and 0.28 for proanthocyanidins (when deattenuated 0.07 and 0.30, respectively) and Spearman’s correlation coefficient was between 0.09 for flavonols and 0.33 for vitamin C and proanthocyanidins (when deattenuated 0.1 and 0.36, respectively). The energy-adjusted Pearson’s correlation coefficient was between 0.03 for flavan-3-ols and 0.26 for proanthocyanidins (when deattenuated 0.04 and 0.30, respectively) and the energy-adjusted Spearman’s correlation coefficient was between 0.08 for flavonols and 0.33 for proanthocyanidins (when deattenuated 0.09 and 0.38, respectively). The proportion of participants classified into same quartile of dietary antioxidant intake averaged 33.3%, and 30.0% after energy adjustment.

[Conclusion] In conclusion, the developed dietary antioxidant database showed moderate coverage compared to other studies, which is considered to be a useful resource for further studies to identify the relationship between dietary antioxidant intake and disease. The validation analysis of FFQ was conducted with estimated dietary antioxidant intake based on the developed database, but it was found to be below a moderate level of validity. It could be explained that FFQ and 3-day 24HRs were not specialized in estimating dietary antioxidant intake and are therefore not suitable for evaluating validity. A further validation study of newly developed antioxidant-specific FFQ with a well-designed reference method is required.