해양세균 Pseudoalteromonas sp. Ju11-1과 Pseudoalteromonas sp. Ju14의 에탄올 색소 추출물에 대한 안정성과 기능성을 검토한 결과, Ju11-1의 세균 색소는 pH 5.0의 조건과 $25^{\circ}C$ 이하에서 매우 안정하였으며, 금속이온첨가의 경우 $Ca^{2+}$와 $Mg^{2+}$에서 높은 안전성을 나타내었다. Free radical 소거 활성은 $IC_{50}$$95.2{\mu}g$/ml, 인체세포에 대한 DNA 손상 회복능은 $ED_{50}$$82.3{\mu}g$/ml으로 나타나 항산화능이 매우 우수한 것으로 나타났다. 한편 Pseudoalteromonas sp. Ju-14의 세균 색소의 경우 pH 4.0에서 pH 8.0 까지의 조건과 $40^{\circ}C$ 이하에서 매우 안정하였으며, $25^{\circ}C$, 14일간 90% 이상의 잔존율을 나타내어 빛에 대한 안정성이 매우 우수한 것으로 나타났다. 금속이온의 경우 $Fe^{2+}$, $Al^{+3}$, $Cu^{+2}$를 제외한 실험된 모든 금속이온에 대하여 매우 안정하였으며 특히, $Na^+$에 대한 안정성이 매우 높은 것으로 나타났다. Free radical 소거 활성은 $IC_{50}$$208.6{\mu}g$/ml, 인체세포에 대한 DNA 손상 회복능은 $ED_{50}$$96.4{\mu}g$/ml으로 항산화능이 우수한 것으로 나타났다. 해양세균 Pseudoalteromonas 속의 Ju11-1과 Ju14, 두 균주의 색소 추출물은 우수한 물리화학적 안정성을 갖으며, free radical 소거 활성 및 인체세포에 대한 DNA 손상 회복능에서 높은 활성을 나타내어 항산화 활성을 갖는 기능성 색소로의 적용을 검토할 수 있을 것으로 기대된다.
해양세균 Pseudoalteromonas sp. Ju11-1과 Pseudoalteromonas sp. Ju14의 에탄올 색소 추출물에 대한 안정성과 기능성을 검토한 결과, Ju11-1의 세균 색소는 pH 5.0의 조건과 $25^{\circ}C$ 이하에서 매우 안정하였으며, 금속이온첨가의 경우 $Ca^{2+}$와 $Mg^{2+}$에서 높은 안전성을 나타내었다. Free radical 소거 활성은 $IC_{50}$$95.2{\mu}g$/ml, 인체세포에 대한 DNA 손상 회복능은 $ED_{50}$$82.3{\mu}g$/ml으로 나타나 항산화능이 매우 우수한 것으로 나타났다. 한편 Pseudoalteromonas sp. Ju-14의 세균 색소의 경우 pH 4.0에서 pH 8.0 까지의 조건과 $40^{\circ}C$ 이하에서 매우 안정하였으며, $25^{\circ}C$, 14일간 90% 이상의 잔존율을 나타내어 빛에 대한 안정성이 매우 우수한 것으로 나타났다. 금속이온의 경우 $Fe^{2+}$, $Al^{+3}$, $Cu^{+2}$를 제외한 실험된 모든 금속이온에 대하여 매우 안정하였으며 특히, $Na^+$에 대한 안정성이 매우 높은 것으로 나타났다. Free radical 소거 활성은 $IC_{50}$$208.6{\mu}g$/ml, 인체세포에 대한 DNA 손상 회복능은 $ED_{50}$$96.4{\mu}g$/ml으로 항산화능이 우수한 것으로 나타났다. 해양세균 Pseudoalteromonas 속의 Ju11-1과 Ju14, 두 균주의 색소 추출물은 우수한 물리화학적 안정성을 갖으며, free radical 소거 활성 및 인체세포에 대한 DNA 손상 회복능에서 높은 활성을 나타내어 항산화 활성을 갖는 기능성 색소로의 적용을 검토할 수 있을 것으로 기대된다.
We investigated the physicochemical stabilities and biological activities of ethanol- extracted pigment from marine bacteria Pseudoalteromonas sp. Ju11-1 and Pseudoalteromonas sp. Ju14. The bacterial pigment of strain Ju11-1 was very stable at pH 5.0 below $25^{\circ}C$. The stability of ...
We investigated the physicochemical stabilities and biological activities of ethanol- extracted pigment from marine bacteria Pseudoalteromonas sp. Ju11-1 and Pseudoalteromonas sp. Ju14. The bacterial pigment of strain Ju11-1 was very stable at pH 5.0 below $25^{\circ}C$. The stability of the pigment showed higher stability in the presence of metal ions such as $Cu^{2+}$ and $Mg^{2+}$. The pigment has activity of free-radical scavenging ($IC_{50}$$95.2{\mu}g$/ml) and the protective antioxidant effect ($ED_{50}$$82.3{\mu}g$/ml) against DNA damage in human lymphocytes. The bacterial pigment of strain Ju14 was very stable at pH range between 4.0 and 8.0 below $40^{\circ}C$. In the presence of light, the pigment was also very stable, showing more than 90 percent of remaining absorbance during 14 days at $25^{\circ}C$. The stability of the pigment, when metal ions were present, showed higher stability in all examined metal ions except for $Fe^{2+}$, $Al^{3+}$, and $Cu^{2+}$, especially in the presence of $Na^+$. The pigment has activity of freeradical scavenging ($IC_{50}$$208.6{\mu}g$/ml) and the protective antioxidant effect ($ED_{50}$$ 96.4{\mu}g$/m) against DNA damage in human lymphocytes. The result indicates that the bacterial pigments from marine bacteria, Pseudoalteromonas sp. Ju11-1 and Pseudoalteromonas sp. Ju14 showed higher physicochemical stability and significant effects for reduction in oxidative DNA damage. Therefore, the results suggest that these bacterial pigments could be used as a natural colorant having the advantages of antioxidant.
We investigated the physicochemical stabilities and biological activities of ethanol- extracted pigment from marine bacteria Pseudoalteromonas sp. Ju11-1 and Pseudoalteromonas sp. Ju14. The bacterial pigment of strain Ju11-1 was very stable at pH 5.0 below $25^{\circ}C$. The stability of the pigment showed higher stability in the presence of metal ions such as $Cu^{2+}$ and $Mg^{2+}$. The pigment has activity of free-radical scavenging ($IC_{50}$$95.2{\mu}g$/ml) and the protective antioxidant effect ($ED_{50}$$82.3{\mu}g$/ml) against DNA damage in human lymphocytes. The bacterial pigment of strain Ju14 was very stable at pH range between 4.0 and 8.0 below $40^{\circ}C$. In the presence of light, the pigment was also very stable, showing more than 90 percent of remaining absorbance during 14 days at $25^{\circ}C$. The stability of the pigment, when metal ions were present, showed higher stability in all examined metal ions except for $Fe^{2+}$, $Al^{3+}$, and $Cu^{2+}$, especially in the presence of $Na^+$. The pigment has activity of freeradical scavenging ($IC_{50}$$208.6{\mu}g$/ml) and the protective antioxidant effect ($ED_{50}$$ 96.4{\mu}g$/m) against DNA damage in human lymphocytes. The result indicates that the bacterial pigments from marine bacteria, Pseudoalteromonas sp. Ju11-1 and Pseudoalteromonas sp. Ju14 showed higher physicochemical stability and significant effects for reduction in oxidative DNA damage. Therefore, the results suggest that these bacterial pigments could be used as a natural colorant having the advantages of antioxidant.
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제안 방법
Ju11-1과 Pseudoalteromonas sp. Ju14 균주(6)로부터 색소를 추출하여 pH, 온도, 빛 그리고 금속이온에 대한 색소의 안정성을 검토하고, free radical 소거활성과 DNA 손상 회복능의 평가를 통하여 색소의 생물학적 활성을 조사하고 나아가 주요 유해세균에 대한 항균활성을 조사하여 천연 기능성 색소로의 적용성을 검토하였다.
온도에 대한 안정성은 50 µg/ml의 색소 추출물 3 ml을 시험관에 넣고 parafilm을 이용하여 밀봉한 후 이를 각각 -20°C, 4°C, 25°C, 40°C의 암소에서 15일간 보존하면서 24시간 간격으로 각각의 최대 흡수 파장에서 흡광도를 측정하여 조사하였다.
우선 8 mm paper disk에 에탄올에 녹인 색소를 10 µg, 50 µg, 100 µg, 200 µg이 되도록 하여 대상 균주가 도말된 평판배지에 올려놓고 30°C에서 24시간 배양 후 투명대의 지름을 측정하였다.
양성대조구는 PBS 처리된 임파구세포에 DNA 손상을 야기하는 물질인 H2O2를 100 µM 농도로 처리하였으며, 음성대조구는 PBS 처리세포에 H2O2를 처리하지 않고 사용하였다.
건강한 성인 여자의 혈액으로부터 임파구 세포를 1,300 rpm, 6분간 원심 분리하여 준비하고, 색소추출물 시료를 인체 임파구 세포에 적정 농도별로 PBS (160 mM NaCl, 2.7 mM KCl, 11.3 mM Na2HPO4, 1.7 mM KH2PO4, pH 7.4)에 희석하여 혼합한 후 4°C에서 30분간 전처리하였다.
에탄올에 녹여 농도별(5~50 µg/ml)로 희석한 시료에 DPPH/ethanol solution을 가하여 37°C에서 30분간 반응시킨 후 각각의 최대 흡수파장에서 흡광도를 측정하였다.
금속이온에 대한 안정성은 50 µg/ml의 색소 추출물 3 ml에 1.0×102M 농도의 NaCl, AlCl3, FeCl2, CaCl2, CuCl2, ZnCl2, MgCl2와 KCl의 금속이온 용액을 각각 1.0% 첨가하여(11), 25°C의 암소에서 15일간 보존하면서 24시간 간격으로 각각의 최대 흡수파장에서 흡광도를 측정하여 조사하였다.
광선에 대한 안정성은 50 µg/ml의 색소 추출물 3 ml을 시험관에 넣은 후 110 V, 30 W의 조명으로부터 30 cm의 거리에 위치시키고, 25°C에서 15일간 보존하면서 24시간 간격으로 각각의 균주의 최대 흡수파장에서 흡광도를 측정하여 조사하였다.
0% 첨가하여(11), 25°C의 암소에서 15일간 보존하면서 24시간 간격으로 각각의 최대 흡수파장에서 흡광도를 측정하여 조사하였다. 대조구는 금속이온을 첨가하지 않고 같은 조건에서 실험을 수행하였다.
에탄올에 녹여 농도별(5~50 µg/ml)로 희석한 시료에 DPPH/ethanol solution을 가하여 37°C에서 30분간 반응시킨 후 각각의 최대 흡수파장에서 흡광도를 측정하였다. 각 농도별로 3회 반복하여 실험을 수행하였다. 비교구로 합성 항산화제인 BHA (butylate hydroxy anisole)를 각 시료와 같은 농도로 사용하였으며 시료를 첨가하지 않은 대조구의 DPPH radical을 50% 소거시키는데 필요한 시료의 농도를 IC50 ( the half maximal inhibitory concentration)으로 표기하였다.
각 농도별로 3회 반복하여 실험을 수행하였다. 비교구로 합성 항산화제인 BHA (butylate hydroxy anisole)를 각 시료와 같은 농도로 사용하였으며 시료를 첨가하지 않은 대조구의 DPPH radical을 50% 소거시키는데 필요한 시료의 농도를 IC50 ( the half maximal inhibitory concentration)으로 표기하였다. 통계처리는 SPSS-PC + 통계 package (version 10.
임파구의 DNA 손상정도는 핵으로부터 이동한 DNA 파편의 거리(tail length, TL)에 tail 내 함유된 DNA 양(Tail % DNA)을 곱해준 tail moment (TM)값을 측정하여 나타내었으며, DNA 손상 회복에 대한 비교는 H2O2를 처리하여 산화적 스트레스를 유발한 DNA의 tail 길이에 대한 손상회복 효과(%)와 투여군의 50%에서 효과가 나타나는 유효 용량을 의미하는 ED50 (the effective dose in 50% of the subjects)으로 표시하였다. 각 처리구 당 2개의 슬라이드를 만들어 그 중에서 50개 세포를 관찰하여, H2O2에 의한 DNA 손상 억제정도를 측정하였고, 모든 실험 과정은 blind 방식으로 수행하였다.
(the effective dose in 50% of the subjects)으로 표시하였다. 각 처리구 당 2개의 슬라이드를 만들어 그 중에서 50개 세포를 관찰하여, H2O2에 의한 DNA 손상 억제정도를 측정하였고, 모든 실험 과정은 blind 방식으로 수행하였다. 모든 자료의 처리는 SPSSPC + 통계 package를 사용하여 처리하였다.
금속이온이 색소에 미치는 영향은, 빛이 없는 25°C 조건에서 금속이온을 첨가하지 않은 경우와 NaCl, AlCl3, FeCl2, CaCl2, CuCl2, ZnCl2, MgCl2와 KCl을 첨가한 경우를 비교하였다.
11-1과 Pseudoalteromonas sp. 14균주로부터 추출한 세균색소를 처리하여 손상에서 회복되는 정도를 comet assay를 통하여 관찰하였다. 이들 세균 색소의 DNA 손상 회복능은 양성대조구와 비교하여 본 결과(Fig.
또한 DNA 손상 회복능에 대한 객관적인 비교를 위하여 βcarotene, Ju11-1 및 Ju14 색소의 ED50을 계산하였다.
pH에 대한 색소의 안정성을 알아보기 위하여 색소 용액에 pH 3에서 pH 10 사이의 완충용액(pH 3.0~5.0: sodium citrate, pH 6~7: sodium phosphate, pH 8: Tris-HCl, pH 9~10: sodium carbonate-HCl)을 동량 가하고 25°C에서 4시간 방치한 후 흡광광도계(Spectronic Genesys 5, Miltonroy, USA)를 이용하여 Ju11-1 균주의 색소와 Ju14 균주 색소의 최대 흡수파장인 537 nm과 378 nm에서 각각 측정하였다.
배양액은 6,000 rpm에서 15분간 원심 분리하여 균체와 상등액을 분리하고, 얻은 균체를 증류수로 세척한 후, 추출 효율이 우수하고(6), 색소의 안정성이 높은 것으로 보고된 에탄올을 사용하여 세균 색소를 추출하였다(2). 색소추출물 시료는 에탄올을 첨가하여 3회 반복하여 진탕 추출한 후 원심 분리하여 상등액을 회전진공증발농축기로 증발 건조하였다.
해양으로부터 분리한 Pseudoalteromonas 속의 색소를 생성하는 2균주, Ju11-1과 Ju14의 색소 추출물에 대한 물리화학적 안정성과 생물학적 활성을 조사하였다.
대조 시료인 β-carotene (Sigma, USA)은 색소 추출물과 동일한 방법으로 준비하였다.
우선 8 mm paper disk에 에탄올에 녹인 색소를 10 µg, 50 µg, 100 µg, 200 µg이 되도록 하여 대상 균주가 도말된 평판배지에 올려놓고 30°C에서 24시간 배양 후 투명대의 지름을 측정하였다. 균주는 그람 음성균인 E. coli KCTC 1116, Salmonella typhimurium KCTC 2514T, Pseudomonas aeruginosa KCTC 1750T 와 그람 양성균인 Bacillus subtilis IAM 12188T, Stapylococcus aureus ATCC 25923T을 사용하였다.
데이터처리
시료의 DNA 손상 억제 정도를 비교하기 위해 농도별로 one-way 분산분석(ANOVA)을 시행하였고, 모든 통계적 유의성은 P<0.05 수준에서 평가하였다.
0)를 사용하였으며, DPPH 소거능은 평균치±평균편차(SD)로 표시하였다. 시료의 DPPH radical 소거능 정도를 비교하기 위해 one-way 분산분석 (ANOVA)를 시행하고 군 간의 비교는 Duncan의 다중비교검정법에 의해 사후 검증하였으며, 통계적 유의성은 0.05 이하 수준에서 평가하였다.
모든 자료의 처리는 SPSSPC + 통계 package를 사용하여 처리하였다. 각 처리구별로 50개의 세포에서 측정한 DNA 손상도(TL, Tail %DNA, TM)의 평균값과 표준오차를 구하였으며, 양성대조구와 음성대조구를 기준으로 각 농도별로 상대적인 DNA 손상도를 relative score로 표시하였다. 시료의 DNA 손상 억제 정도를 비교하기 위해 농도별로 one-way 분산분석(ANOVA)을 시행하였고, 모든 통계적 유의성은 P<0.
이론/모형
분리된 색소의 in vitro 항산화능력은 DPPH (1.1-diphenyl-2- picrylhydrazyl)의 환원에 의한 free radical 소거 활성 반응에 의한 방법(13)으로 평가하였다. 에탄올에 녹여 농도별(5~50 µg/ml)로 희석한 시료에 DPPH/ethanol solution을 가하여 37°C에서 30분간 반응시킨 후 각각의 최대 흡수파장에서 흡광도를 측정하였다.
실험균주로부터 추출한 색소의 인체 세포 DNA 손상 회복능에 대한 조사는 Margarita 등(16)의 방법에 따라 comet assay를 이용하였다. 색소 추출물 시료는 에탄올에 녹여 농도별(5~100 µg/ml)로 준비하였다.
색소의 항균 활성은 주요 식품유해균, 그람음성 세균 3종과 그람양성 세균 2종에 대하여 디스크 확산법(disk agar method)을 이용하여 확인하였다(7). 우선 8 mm paper disk에 에탄올에 녹인 색소를 10 µg, 50 µg, 100 µg, 200 µg이 되도록 하여 대상 균주가 도말된 평판배지에 올려놓고 30°C에서 24시간 배양 후 투명대의 지름을 측정하였다.
성능/효과
빛이 없는 조건에서, 온도가 색소의 안정성에 미치는 영향을 검토한 결과 Ju11-1의 경우, -20°C와 4°C에서 15일간 93% 이상의 높은 잔존율을 나타내었다.
빛이 색소에 미치는 영향은 Fig. 3에서 보는 바와 같이 Ju11-1 색소의 경우, 25°C, 빛이 없는 조건하에서 14일 경과 후 92%의 잔존율을 나타내었으나 빛이 있는 조건에서는 14일 후 색소의 잔존율이 75% 이하로 감소하는 현상을 나타내었다.
Ju14의 노랑 색소는 pH 5, 6, 7에서 95% 이상의 잔존율을, pH 4와 8에서는 89%, pH 9에서는 각각 77%를 나타내었다. pH 10에서는 48%의 색소 잔존율로 현저한 감소를 보였으나, pH 4~8까지의 비교적 넓은 범위의 pH에서 안정하였다(Fig. 1).
4A), 조사한 8종의 금속이온 중 Ca2+과 Mg2+의 첨가 시 14일 경과 후, 약 97%의 잔존율을 나타내어 대단히 높은 안정성을 나타내었다. Al3+와 Cu2+에서는 각각 76%, 71%의 잔존율을 나타내어 이들 금속이온에 대하여는 다소 낮은 안정성을 나타내었으며 Fe2+ 금속 이온에 대하여는 14일 경과 후 38%의 잔존율을 보여 가장 낮은 안정성을 나타내었다. Ju14색소의 경우(Fig.
이들 세균 색소의 DNA 손상 회복능은 양성대조구와 비교하여 본 결과(Fig. 5), Ju11-1의 경우, 5 µg/ml의 색소 농도에서 40%, 10 µg/ml에서 41%, 100 µg/ml에서 45%의 회복능이 있는 것으로 나타났으며, Ju14의 경우, 5 µg/ml의 색소 농도에서 33%, 10 µg/ ml에서 36%, 100 µg/ml에서 34%의 회복능이 있는 것으로 나타나 이들 색소는 유의한 DNA 손상 회복능을 가진 것으로 나타났다.
β-Carotene이 24.8 µg/ml 인데 비해 Ju11-1과 Ju14의 세균 색소는 각각 82.3 µg/ml과 96.4 µg/ml으로 나타나 각각 β-carotene의 30% 및 26%에 달하는 DNA 손상 회복능을 나타내었다.
두 종의 세균 색소의 DNA 손상 회복능의 정도를 비교하고자 동일한 조건에서 β-carotene에 대하여 comet assay를 수행한 결과, Fig. 6에서 보는 바와 같이 β-carotene의 DNA 손상 회복능은 10 µg/ml에서 51%의 DNA 손상 회복능을 나타낸 데 비하여 Ju11-1의 세균 색소는 41%, Ju14 색소는 36%를 나타내었다.
온도에 대한 안정성 시험 결과, 두 균주 모두 40°C이하에서 비교적 안정하여 Rhodospirillum rubrum의 황색색소를 비롯하여(12) 세균 유래의 색소들이 40°C이하에서는 비교적 안정하다는 결과(10, 11)와 일치하는 것이었다.
특히, Rhodophila의 적색색소가 40°C에서 5일 이후(10), Rhodospirillum의 황색색소가 25°C에서 3일 이후에는 90% 이하로 색소 잔존율이 감소한 것과(12) 비교할 때, 특히 Pseudoalteromonas sp. Ju14의 노랑색 색소는 조사된 모든 온도에서 색소의 잔존율이 95% 이상으로 나타나 상온에서도 색소의 안정성이 매우 뛰어난 것으로 관찰되었다. Ju11-1의 색소의 경우 25°C이하에서, Ju14 색소의 경우 상온에서의 사용과 보관이 가능할 것으로 생각된다.
Ju11-1의 색소의 경우 25°C이하에서, Ju14 색소의 경우 상온에서의 사용과 보관이 가능할 것으로 생각된다. 빛에 대한 색소의 안정성은 두 균주 모두 빛이 없는 조건에서는 92% 이상의 색소 잔존율을 나타내었으며, Ju14의 색소 추출물은 광조사의 경우에도 거의 동일한 안정성을 보여 빛에 매우 안정한 색소임을 알 수 있었다. 단 Ju11-1의 경우, 광조사 시 14일 경과 후 71%의 색소 잔존율을 나타내어 다소 안정성이 저하되었으나, 광조사 조건에서 5일 이후 급격한 퇴색 현상을 일으켜 50% 이하의 낮은 잔존율을 나타낸 Rhodospirillum rubrum의 황색색소(12) 및 호염 세균으로부터 에탄올 추출한 카로테노이드 색소의 경우 2일 이후 88% 이상의 파괴율을 나타낸 것과(2) 비교할 때 색소의 온도 안정성은 우수한 것으로 관찰되었다.
빛에 대한 색소의 안정성은 두 균주 모두 빛이 없는 조건에서는 92% 이상의 색소 잔존율을 나타내었으며, Ju14의 색소 추출물은 광조사의 경우에도 거의 동일한 안정성을 보여 빛에 매우 안정한 색소임을 알 수 있었다. 단 Ju11-1의 경우, 광조사 시 14일 경과 후 71%의 색소 잔존율을 나타내어 다소 안정성이 저하되었으나, 광조사 조건에서 5일 이후 급격한 퇴색 현상을 일으켜 50% 이하의 낮은 잔존율을 나타낸 Rhodospirillum rubrum의 황색색소(12) 및 호염 세균으로부터 에탄올 추출한 카로테노이드 색소의 경우 2일 이후 88% 이상의 파괴율을 나타낸 것과(2) 비교할 때 색소의 온도 안정성은 우수한 것으로 관찰되었다. 특히 Ju14의 색소는 빛에 대하여 매우 안정한 것으로 나타났다.
금속이온은 식품 등에 자체적으로 함유되어있거나 포장조건, 가공과정 중의 오염이나 고의적으로 염을 첨가하는 등의 가공과 관련성이 크다(22). Ju11-1과 Ju14 두 균주의 색소 모두 Fe2+, Al3+, Cu2+ 제외한 금속이온에 대하여는 높은 안정성을 나타내었다. Ju11-1의 색소의 경우 Fe2+에 대하여, Ju14 색소의 경우 Al3+과 Fe2+에 대하여 낮은 안정성을 나타내었다.
균주 Ju11-1과 Ju14의 색소추출물의 free radical 소거 활성(IC50)은 각각 95.2 µg/ml과 208.6 µg/ml 나타내어, 거봉종 포도의 에탄올 종자 추출물의 IC50값이 628.9 µg/ml, 과피 추출물의 경우 12,779.5 µg/ml (18), 캠벨 종 포도의 에탄올 추출물의 경우, 종자는 16.8 µg/ml, 과피는 2437.5 µg/ml의 IC50값을 보인다는 연구 결과(19)와 비교할 때 두 균주의 색소추출물은 매우 우수한 항산화 효과가 있는 것으로 나타났다.
Ju11-1과 Ju14 두 균주의 색소 추출물은 시험한 5종의 세균에 대하여 항균활성은 나타내지 않았으며 이는 Pseudoalteromonas psicida TA20의 색소 추출물이 50 µg 이상에서 그람 음성과 양성세균 모두에 대하여 항균 활성을 나타낸 것(17)과는 대조적인 결과였다.
각각의 ED50은 24.8, 82.3 그리고 96.4 µg/ml으로 나타나 Ju11-1과 Ju14 균주의 색소 추출물은 강력한 항산화제인 β-carotene과 비교하였을 때 각각 DNA 손상 회복능이 β-carotene의 30% 및 26%에 달하는 결과를 나타냈다.
β-Carotene의 DNA 손상 회복능은 10 µg/ml에서 51%를 나타내었으며, 50 µg/ml에서 DNA 손상 회복능이 79%를 나타내어 최고치에 달한데 비하여 Ju11-1과 Ju14의 세균 색소는 10 µg/ml에서 각각 41%와 36%의 DNA 손상 회복능을 나타내었으며 처리농도의 증가에도 DNA 손상 회복능 역시 크게 증가하지 않았다.
5 µg/ml의 IC50값을 보인다는 연구 결과(19)와 비교할 때 두 균주의 색소추출물은 매우 우수한 항산화 효과가 있는 것으로 나타났다. 두 균주의 색소 추출물은 해양으로부터 분리한 Pseudoalteromonas psicida 균주의 색소(17)에 비해 DPPH 라디칼 소거활성으로 본 항산화 활성이 매우 높게 나타났으며 또한, Ju11-1 균주의 색소는 Ju14에 비하여 더 강한 항산화능을 나타내었다.
4 µg/ml으로 나타나 Ju11-1과 Ju14 균주의 색소 추출물은 강력한 항산화제인 β-carotene과 비교하였을 때 각각 DNA 손상 회복능이 β-carotene의 30% 및 26%에 달하는 결과를 나타냈다. 이러한 결과들에 비추어 볼 때 본 세균 색소의 항산화능은 매우 우수함을 알 수 있었다.
Ju11-1과 Pseudoalteromonas sp. Ju14는 16S rDNA 염기서열 유사도 98.5%의 매우 유사한 균주(6)이나 각각 서로 다른 색깔의 색소를 형성하며 물리화학적 안정성은 Ju14의 색소가 뛰어난데 비해 항산화 활성과 같은 생물학적 활성은 Ju11-1이 더 우수한 차이를 나타내었다. 유전공학적 방법을 이용한다면 두 균주를 사용하여 색소생성을 위한 우수한 균주의 개발이 가능할 것으로 사료 된다.
후속연구
Rhodospirillum의 황색색소(12)와 Rhodophila 의 적색색소의 경우 Fe2+, Al3+, Cu2+에서 색소의 안정성이 현저히 저하된다(10)는 결과 및 Rhodopseudomonas의 녹색색소의 경우 Fe2+, Al3+ 첨가 시 신속히 퇴색하였다는 보고(11)와 유사한 결과였다. 한편 두 균주의 색소 모두 Ca2+, Mg2+ 이온에 대하여 높은 안정성을 나타내었으며 특히 Ju14 색소의 경우 Na+의 첨가 시에도 높은 안정성을 나타내어 염농도가 비교적 높은 식품의 경우에도 적용 가능할 것으로 사료된다. 금속이온에 대한 안정성 시험 결과, 본 색소는 Fe2+, Al3+, Cu2+ 등이 존재하지 않는 용기의 사용과 가공공정에 이들이 제거된 식품에 사용하면 높은 효과를 기대할 수 있을 것으로 생각된다.
한편 두 균주의 색소 모두 Ca2+, Mg2+ 이온에 대하여 높은 안정성을 나타내었으며 특히 Ju14 색소의 경우 Na+의 첨가 시에도 높은 안정성을 나타내어 염농도가 비교적 높은 식품의 경우에도 적용 가능할 것으로 사료된다. 금속이온에 대한 안정성 시험 결과, 본 색소는 Fe2+, Al3+, Cu2+ 등이 존재하지 않는 용기의 사용과 가공공정에 이들이 제거된 식품에 사용하면 높은 효과를 기대할 수 있을 것으로 생각된다.
5%의 매우 유사한 균주(6)이나 각각 서로 다른 색깔의 색소를 형성하며 물리화학적 안정성은 Ju14의 색소가 뛰어난데 비해 항산화 활성과 같은 생물학적 활성은 Ju11-1이 더 우수한 차이를 나타내었다. 유전공학적 방법을 이용한다면 두 균주를 사용하여 색소생성을 위한 우수한 균주의 개발이 가능할 것으로 사료 된다. 또한 두 균주 모두, 보고된 천연 색소들과 비교할 때 색소의 안정성이 매우 뛰어나고 항산화능이 우수하여 항산화 효과를 가지는 기능성 색소로의 개발이 가능할 것으로 사료된다.
유전공학적 방법을 이용한다면 두 균주를 사용하여 색소생성을 위한 우수한 균주의 개발이 가능할 것으로 사료 된다. 또한 두 균주 모두, 보고된 천연 색소들과 비교할 때 색소의 안정성이 매우 뛰어나고 항산화능이 우수하여 항산화 효과를 가지는 기능성 색소로의 개발이 가능할 것으로 사료된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
천연색소가 제한적으로 사용되어 온 이유는 무엇인가?
색소는 식품, 의약품, 화장품 등에 색깔을 내는 능력을 갖는 물질로써 주로 상품성, 저장성을 높이는 용도로 사용된다. 과거에는 자연에 존재하는 동식물로부터 추출한 천연색소가 주로 사용되어왔으나 추출의 어려움과 소재와 용도의 제한성이 커서 제한적으로 사용되어왔다. 1900년대 화학 공업의 발달과 함께 합성색소가 개발되어 광범위하게 사용되어 왔으나 최근 들어 합성색소의 인체에 대한 발암성과 유해성이 문제점으로 제기되면서 합성 색소에 대한 규제가 점차 증가되고 있는 추세이다.
천연색소에 대한 단점을 극복하기 위해 관심이 증가하고 있는 색소는 무엇인가?
그러나 천연색소는 가격이 비싸고 생육 조건 및 환경에 따라 품질의 변화가 심하다는 단점을 갖는다. 이러한 단점을 극복하기 위하여 최근에는 대량생산이 가능하고 안정된 품질의 색소를 생산할 수 있는 천연 미생물 색소에 대한 관심이 증가하고 있다(21). 현재까지 곰팡이(14), 효모(3, 10), 세균(1, 11, 12) 등을 이용한 미생물 색소에 관한 연구가 수행되어졌으며, 홍국색소를 비롯하여 몇몇 색소는 실질적으로 생산되어 이용되고 있다.
색소란 무엇인가?
색소는 식품, 의약품, 화장품 등에 색깔을 내는 능력을 갖는 물질로써 주로 상품성, 저장성을 높이는 용도로 사용된다. 과거에는 자연에 존재하는 동식물로부터 추출한 천연색소가 주로 사용되어왔으나 추출의 어려움과 소재와 용도의 제한성이 커서 제한적으로 사용되어왔다.
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