유용 프로바이오틱 락토바실러스 플란타룸 200655의 생산최적화 및 신바이오틱 발효 두유의 신경세포 보호 효과 Production Optimization of Probiotic Lactobacillus plantarum 200655 and Neuroprotective Effects of Synbiotic Fermented Soymilk원문보기
프로바이오틱스와 프리바이오틱스는 건강에 유익한 작용을 하기에 건강기능식품으로서 인식되며 소비되고 있다. 이 조합을 신바이오틱스라고 하며 균의 생존 및 활성을 증가시키는 등의 시너지 효과를 가진다. 각 균주에 최적화된 발효 조건은 대사산물 및 균체 생산을 증진시킬 수 있으며, 균주를 식품에 적용함으로써 건강기능성을 향상시킬 수 있다. 최근에는 식물성 원료를 이용한 제품이 주목받고 있다. 그 중 두유는 영양가가 높은 식물성 음료로서, 발효두유의 기능성에 대한 연구가 많이 진행되고 있다. 그러나, 신바이오틱스 발효 두유의 기능성 연구에 대한 보고는 매우 적다. 따라서, 이 연구의 목적은 프로바이오틱스 균체 생산 증진을 위한 배양 조건을 최적화하는 것과 기능성이 향상된 신바이오틱스 발효 두유를 개발하는 것이다. 본 연구에서는 산화적 스트레스에 대해 신경 보호 효과를 가지는 것으로 보고된 Lactobacillus plantarum 200655 균주를 사용하였다. 첫째, one-factor-at-a-time (OFAT), Plackett-Burman 설계 (PBD), response surface methodology (RSM)을 이용하여 생산회적화를 실시하였다. 최적화 배지 및 발효 조건에서 랩 스케일 ...
프로바이오틱스와 프리바이오틱스는 건강에 유익한 작용을 하기에 건강기능식품으로서 인식되며 소비되고 있다. 이 조합을 신바이오틱스라고 하며 균의 생존 및 활성을 증가시키는 등의 시너지 효과를 가진다. 각 균주에 최적화된 발효 조건은 대사산물 및 균체 생산을 증진시킬 수 있으며, 균주를 식품에 적용함으로써 건강기능성을 향상시킬 수 있다. 최근에는 식물성 원료를 이용한 제품이 주목받고 있다. 그 중 두유는 영양가가 높은 식물성 음료로서, 발효두유의 기능성에 대한 연구가 많이 진행되고 있다. 그러나, 신바이오틱스 발효 두유의 기능성 연구에 대한 보고는 매우 적다. 따라서, 이 연구의 목적은 프로바이오틱스 균체 생산 증진을 위한 배양 조건을 최적화하는 것과 기능성이 향상된 신바이오틱스 발효 두유를 개발하는 것이다. 본 연구에서는 산화적 스트레스에 대해 신경 보호 효과를 가지는 것으로 보고된 Lactobacillus plantarum 200655 균주를 사용하였다. 첫째, one-factor-at-a-time (OFAT), Plackett-Burman 설계 (PBD), response surface methodology (RSM)을 이용하여 생산회적화를 실시하였다. 최적화 배지 및 발효 조건에서 랩 스케일 생물반응기를 이용하여 회분식 발효를 진행했다. 일반 유산균용 배지인 MRS 배지에 비해 2.34배 높은 5.866 g/L의 최대 균체량를 얻을 수 있었다. 따라서 최적화된 배양 조건을 통해 프로바이오틱 L. plantarum 200655 균주의 균체 생산량을 향상시킬 수 있음을 확인하였다. 둘째, 신바이오틱스 발효 두유를 제조하여 신경 보호 효과에 대해 조사하였다. 프락토올리고당은 L. plantarum 200655의 베타-글루코시데이스 활성, 발효 두유 내 총 페놀 함량과 항산화능을 향상시켰다. 또한, 3%와 5%의 프락토올리고당을 함유하는 발효 두유는 과산화수소로 산화적 스트레스를 유도한 SH-SY5Y 신경세포에 대해 보호 효과를 가졌다. 발효 두유를 전처리한 뒤, 산화적 스트레스를 유도하였을 때, SH-SY5Y 세포의 생존률이 증가하고 LDH 누출이 저해되는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 뇌신경 생체지표와 세포사멸 관련 유전자의 발현량을 조절함으로써 보호 효과를 가지는 것을 확인하였다. 따라서 본 연구를 통해, L. plantarum 200655 균체 생산 향상을 위한 최적화 조건이 확립되었음을 알 수 있었으며, 산화적 스트레스에 대한 신경 보호 효과를 가지는 기능성 식품으로서 신바이오틱스 발효 두유의 가능성을 제시하였다.
프로바이오틱스와 프리바이오틱스는 건강에 유익한 작용을 하기에 건강기능식품으로서 인식되며 소비되고 있다. 이 조합을 신바이오틱스라고 하며 균의 생존 및 활성을 증가시키는 등의 시너지 효과를 가진다. 각 균주에 최적화된 발효 조건은 대사산물 및 균체 생산을 증진시킬 수 있으며, 균주를 식품에 적용함으로써 건강기능성을 향상시킬 수 있다. 최근에는 식물성 원료를 이용한 제품이 주목받고 있다. 그 중 두유는 영양가가 높은 식물성 음료로서, 발효두유의 기능성에 대한 연구가 많이 진행되고 있다. 그러나, 신바이오틱스 발효 두유의 기능성 연구에 대한 보고는 매우 적다. 따라서, 이 연구의 목적은 프로바이오틱스 균체 생산 증진을 위한 배양 조건을 최적화하는 것과 기능성이 향상된 신바이오틱스 발효 두유를 개발하는 것이다. 본 연구에서는 산화적 스트레스에 대해 신경 보호 효과를 가지는 것으로 보고된 Lactobacillus plantarum 200655 균주를 사용하였다. 첫째, one-factor-at-a-time (OFAT), Plackett-Burman 설계 (PBD), response surface methodology (RSM)을 이용하여 생산회적화를 실시하였다. 최적화 배지 및 발효 조건에서 랩 스케일 생물반응기를 이용하여 회분식 발효를 진행했다. 일반 유산균용 배지인 MRS 배지에 비해 2.34배 높은 5.866 g/L의 최대 균체량를 얻을 수 있었다. 따라서 최적화된 배양 조건을 통해 프로바이오틱 L. plantarum 200655 균주의 균체 생산량을 향상시킬 수 있음을 확인하였다. 둘째, 신바이오틱스 발효 두유를 제조하여 신경 보호 효과에 대해 조사하였다. 프락토올리고당은 L. plantarum 200655의 베타-글루코시데이스 활성, 발효 두유 내 총 페놀 함량과 항산화능을 향상시켰다. 또한, 3%와 5%의 프락토올리고당을 함유하는 발효 두유는 과산화수소로 산화적 스트레스를 유도한 SH-SY5Y 신경세포에 대해 보호 효과를 가졌다. 발효 두유를 전처리한 뒤, 산화적 스트레스를 유도하였을 때, SH-SY5Y 세포의 생존률이 증가하고 LDH 누출이 저해되는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 뇌신경 생체지표와 세포사멸 관련 유전자의 발현량을 조절함으로써 보호 효과를 가지는 것을 확인하였다. 따라서 본 연구를 통해, L. plantarum 200655 균체 생산 향상을 위한 최적화 조건이 확립되었음을 알 수 있었으며, 산화적 스트레스에 대한 신경 보호 효과를 가지는 기능성 식품으로서 신바이오틱스 발효 두유의 가능성을 제시하였다.
The aims of this study were to optimize fermentation conditions for probiotic Lactobacillus plantarum 200655 and develop synbiotic fermented soymilk. L. plantarum 200655 has been reported to provide antioxidant and neuroprotective effects against oxidative stress. Optimization was conducted using on...
The aims of this study were to optimize fermentation conditions for probiotic Lactobacillus plantarum 200655 and develop synbiotic fermented soymilk. L. plantarum 200655 has been reported to provide antioxidant and neuroprotective effects against oxidative stress. Optimization was conducted using one-factor-at-a-time (OFAT) method, Plackett-Burman design (PBD), and response surface methodology (RSM). The optimized medium composition was 31.29 g/L maltose, 30.27 g/L yeast extract, and 39.43 g/L soytone, with the maximal biomass of 3.845 g/L. The optimal culture conditions were determined to be pH 6.5 and 30°C. The batch fermentation was conducted under optimized conditions with a jar fermentor. As a result, the highest biomass (5.866 g/L) was obtained after 18 h of fermentation, which was 2.34-fold higher compared to MRS medium. The effect of fructooligosaccharides (FOS) on soymilk fermentation and neuroprotective effects of fermented soymilk (FS) were also investigated. FOS supplement increased β-glucosidase activity of L. plantarum 200655 by 4.26−20.74% and total phenol content in FS by 52.95−55.94%, resulting in enhanced antioxidant activities. In addition, FS with 3% and 5% FOS (FS3 and FS5) exerted neuroprotective effects on SH-SY5Y cells against H2O2-induced oxidative stress. FS3 and FS5 increased cell viability and decreased LDH leakage of SH-SY5Y cells. Pretreatment of FS3 and FS5 attenuated neuronal apoptosis by regulating the gene expression of neuronal biomarkers and apoptosis-related factors. This study suggested the optimized conditions for enhanced biomass of L. plantarum 200655 and the potential use of synbiotic fermented soymilk as a functional food with neuroprotective effects against oxidative stress.
The aims of this study were to optimize fermentation conditions for probiotic Lactobacillus plantarum 200655 and develop synbiotic fermented soymilk. L. plantarum 200655 has been reported to provide antioxidant and neuroprotective effects against oxidative stress. Optimization was conducted using one-factor-at-a-time (OFAT) method, Plackett-Burman design (PBD), and response surface methodology (RSM). The optimized medium composition was 31.29 g/L maltose, 30.27 g/L yeast extract, and 39.43 g/L soytone, with the maximal biomass of 3.845 g/L. The optimal culture conditions were determined to be pH 6.5 and 30°C. The batch fermentation was conducted under optimized conditions with a jar fermentor. As a result, the highest biomass (5.866 g/L) was obtained after 18 h of fermentation, which was 2.34-fold higher compared to MRS medium. The effect of fructooligosaccharides (FOS) on soymilk fermentation and neuroprotective effects of fermented soymilk (FS) were also investigated. FOS supplement increased β-glucosidase activity of L. plantarum 200655 by 4.26−20.74% and total phenol content in FS by 52.95−55.94%, resulting in enhanced antioxidant activities. In addition, FS with 3% and 5% FOS (FS3 and FS5) exerted neuroprotective effects on SH-SY5Y cells against H2O2-induced oxidative stress. FS3 and FS5 increased cell viability and decreased LDH leakage of SH-SY5Y cells. Pretreatment of FS3 and FS5 attenuated neuronal apoptosis by regulating the gene expression of neuronal biomarkers and apoptosis-related factors. This study suggested the optimized conditions for enhanced biomass of L. plantarum 200655 and the potential use of synbiotic fermented soymilk as a functional food with neuroprotective effects against oxidative stress.
주제어
#Lactobacillus plantarum production optimization synbiotics soymilk fermentation neuroprotective effects
학위논문 정보
저자
최가현
학위수여기관
건국대학교 대학원
학위구분
국내석사
학과
축산식품생명공학과
지도교수
백현동
발행연도
2022
총페이지
69
키워드
Lactobacillus plantarum production optimization synbiotics soymilk fermentation neuroprotective effects
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