미나리 프락토올리고당 발효액의 발효기간에 따른 품질특성 및 간암세포 증식 억제 효과 Quality Characteristics and Anti-proliferative Effects of Dropwort Extracts Fermented with Fructooligosaccarides on HepG2 Cells원문보기
발효기간에 따른 미나리 발효추출액의 품질 특성을 검토하고 간암세포주에 대한 증식 억제 효과를 알아보았다. 발효 숙성 기간 중에 총 플라보노이드 함량, 색도 및 생균수는 감소하였으며, 포도당과 과당과 같은 환원당 함량은 증가하였다. 정상 간세포주와 간암 세포주를 이용하여 농도별로 시료 처리를 한 후 각 세포의 증식에 대한 효과를 알아 본 결과, 미나리 발효액이 정상 간세포의 증식에는 영향을 미치지 않았으며, 인간유래 간암 세포주인 HepG2의 증식을 농도 의존적으로 억제하였다. 특히 미나리발효액 1년에서 현저한 억제 효과를 확인하였다. 본 연구 결과는 미나리 발효액의 발효 기간에 따른 품질의 변화 및 간암세포 성장 억제 효능을 확인함으로서, 천연의 미나리 발효 추출액을 다양한 식품 산업에 활용하기 위한 기초적 데이터를 처음으로 제시했다.
발효기간에 따른 미나리 발효추출액의 품질 특성을 검토하고 간암세포주에 대한 증식 억제 효과를 알아보았다. 발효 숙성 기간 중에 총 플라보노이드 함량, 색도 및 생균수는 감소하였으며, 포도당과 과당과 같은 환원당 함량은 증가하였다. 정상 간세포주와 간암 세포주를 이용하여 농도별로 시료 처리를 한 후 각 세포의 증식에 대한 효과를 알아 본 결과, 미나리 발효액이 정상 간세포의 증식에는 영향을 미치지 않았으며, 인간유래 간암 세포주인 HepG2의 증식을 농도 의존적으로 억제하였다. 특히 미나리발효액 1년에서 현저한 억제 효과를 확인하였다. 본 연구 결과는 미나리 발효액의 발효 기간에 따른 품질의 변화 및 간암세포 성장 억제 효능을 확인함으로서, 천연의 미나리 발효 추출액을 다양한 식품 산업에 활용하기 위한 기초적 데이터를 처음으로 제시했다.
The quality characteristics and effects on the proliferation of human hepatoma HepG2 cells due to dropwort (Oenanthe javanica) extracts naturally fermented with fructooligosaccharides were investigated. Dropwort was fermented by steeping with the same weight of oligosaccaride at room temperature for...
The quality characteristics and effects on the proliferation of human hepatoma HepG2 cells due to dropwort (Oenanthe javanica) extracts naturally fermented with fructooligosaccharides were investigated. Dropwort was fermented by steeping with the same weight of oligosaccaride at room temperature for 1 year, and then stored at 4$^{\circ}C$ for 1 or 2 more years. During the fermentation periods, total flavonoid content, Hunter's color (a value), and viable cell counts decreased, but reducing sugars including glucose and fructose increased. HepG2 cell proliferation was inhibited significantly by the three extracts, but no effects were observed on Chang cells. In particular, the dropwort extract fermented for 1 year showed the highest inhibitory effect. These results demonstrate that the quality characteristics and anti-proliferative effects of dropwort were affected by fermentation period. It is concluded that dropwort extract fermented for 1 year showed the highest functional properties and quality.
The quality characteristics and effects on the proliferation of human hepatoma HepG2 cells due to dropwort (Oenanthe javanica) extracts naturally fermented with fructooligosaccharides were investigated. Dropwort was fermented by steeping with the same weight of oligosaccaride at room temperature for 1 year, and then stored at 4$^{\circ}C$ for 1 or 2 more years. During the fermentation periods, total flavonoid content, Hunter's color (a value), and viable cell counts decreased, but reducing sugars including glucose and fructose increased. HepG2 cell proliferation was inhibited significantly by the three extracts, but no effects were observed on Chang cells. In particular, the dropwort extract fermented for 1 year showed the highest inhibitory effect. These results demonstrate that the quality characteristics and anti-proliferative effects of dropwort were affected by fermentation period. It is concluded that dropwort extract fermented for 1 year showed the highest functional properties and quality.
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문제 정의
발효기간에 따른 미나리 발효추출액의 품질 특성을 검토하고 간암세포주에 대한 증식 억제 효과를 알아보았다. 발효 숙성 기간 중에 총 플라보노이드 함량, 색도 및 생균수는 감소하였으며, 포도당과 과당과 같은 환원당 함량은 증가하였다.
특히 미나리 발효액 1년에서 현저한 억제 효과를 확인하였다. 본 연구 결과는 미나리 발효액의 발효 기간에 따른 품질의 변화 및 간암세포 성장 억제 효능을 확인함으로서, 천연의 미나리 발효 추출액을 다양한 식품 산업에 활용하기 위한 기초적 데이터를 처음으로 제시했다.
본 연구에서는 미나리의 자연 발효 공정에 의해 제조된 발효 추출물의 발효 및 숙성 기간에 따른 미나리 발효 추출액의 품질 특성과 기능성 평가를 위하여 간암세포의 성장 억제 효과에 대하여 알아보고자 하였다.
제안 방법
1 N NaOH로 적정한 소비량을 lactic acid 함량(%, v/v)으 로 환산하였다. 당도는 디지털당도계(Pocket refractometer, ATAGO, Tokyo, Japan)를 이용하여 oBx로 측정하였다.
미나리를 깨끗이 수세한 후 세척 및 살균된 옹기에 넣어 침출제로서 프락토올리고당을 사용하여 세척 미나리 원료와 당의 비율을 1:1(w/w)로 혼합하였다. 당에 절여진 미나리를 상온에서 1년간 방치하면서 원료 중의 유용성분이 삼투압에 의하여 용출과 동시에 자연 발효가 일어나도록 하였다(미나리 발효 추출액 1년). 미나리의 추출이 완전히 이루어지면 발효 추출액을 저장용기에 옮겨 4℃ 냉장실에서 냉장보관하면서 1년(미나리 발효 추출액 2년) 또는 2년간(미나리 발효 추출액 3년) 발효시킨 시료를 본 실 험에 사용하였다.
미나리를 깨끗이 수세한 후 세척 및 살균된 옹기에 넣어 침출제로서 프락토올리고당을 사용하여 세척 미나리 원료와 당의 비율을 1:1(w/w)로 혼합하였다. 당에 절여진 미나리를 상온에서 1년간 방치하면서 원료 중의 유용성분이 삼투압에 의하여 용출과 동시에 자연 발효가 일어나도록 하였다(미나리 발효 추출액 1년).
발효기간에 따른 미나리 발효 추출액에 존재하는 생균수 측정은 시료를 단계별로 희석하여 MRS agar 배지에 도말하여 30℃ 항온배양기에서 24시간 배양한 후 측정하였다(19).
발효기간에 따른 미나리 발효 추출액에 존재하는 유효 발효 균주를 분리하기 위하여 MRS agar에 적절히 희석한 희석액을 도말하여 30℃에서 2일간 배양한 후 출현한 colony를 계수하였다. 이 colony를 다시 MRS agar에서 2회 순수 분리하였다.
발효기간에 따른 미나리 발효 추출액에 존재하는 유효 발효 균주의 동정은 순수 분리된 균주를 이용하여 identification kit(API 50CHB, BioMérieux, Marcy I’Etoile, France)를 사용하여 동정하였다(18).
발효기간에 따른 미나리 발효 추출액의 유리 당 함량 측정은 HPLC(Waters, Milford, DE, USA)를 이용하여 정량하였다. 컬럼은 carbohydrate column(4.
발효기간에 따른 미나리 발효 추출액의 환원당 측정은 환원당에 의하여 3,5-dinitrosalicylic acid(DNS)가 환원되어 생성된 3- amino-5-nitrosalicylic acid의 흡광도를 측정하여 당을 정량분석 하였다(20). 103 배 희석한 희석액 1 mL에 DNS 시약 3 mL을 넣고 끓는 물에 5분간 반응시킨 다음 상온으로 냉각시킨 후, spectrophotometer(UVICON 922, Kontron instruments, Milan, Italy)를 이용하여 0.
발효기간에 따른 미나리 발효농축액(고형분 함량 98%)의 간암 세포 성장 억제율을 측정하기 위해 정상 간 세포주와 간암 세포주에 농도별로 시료 처리를 한 후 각 세포의 성장에 대한 효과를 알아보았다. 미나리 발효농축액의 경우 농도 의존적으로 억제 효과를 확인할 수 있었다.
발효기간에 따른 미나리 발효액에 존재하는 발효 미생물을 확인하기 위해서 NB배지 및 젖산균 배양 배지를 이용하였다. NB 배지를 사용하는 경우 미나리 발효액의 고초균이 과도하게 생육하여 젖산균 등의 다른 유용 균주의 분리가 어려웠다.
cells/well)에 24시간 배양한 후 시료를 농도별로 12시간 처리하였다. 세포를 PBS로 세척한 후 도립현미경(DM IRE2, Leica, Wetzlar, Germany)으로 100, 200 및 400배의 배율 하에서 세포 형태와 세포 수에 대한 영향을 관찰하였다. 시료 처리하지 않은 군과 시료를 0.
세포를 PBS로 세척한 후 도립현미경(DM IRE2, Leica, Wetzlar, Germany)으로 100, 200 및 400배의 배율 하에서 세포 형태와 세포 수에 대한 영향을 관찰하였다. 시료 처리하지 않은 군과 시료를 0.1과 1 mg/mL로 처리한 군에 대해 3회 실험으로 재현성을 확인하였다.
발효기간에 따른 미나리 발효 추출액의 플라보노이드 함량은 Nieva 등(21)의 방법에 따라 측정하였다. 시료를 10배 희석한 희석액 0.1 mL를 80% 에탄올 0.9 mL에 희석한 후 0.1 mL를 취하여 10% aluminium nitrate와 1 M potassium acetate를 함유하는 80% 에탄올 4.3 mL에 혼합하여 실온에서 40분 방치한 뒤 spectrophotometer(UVICON 922, Kontron Instruments)를 이용하여 415 nm에서 흡광도를 측정하였다. 이때 플라보노이드 함량은 quercetin을 이용하여 작성한 표준곡선으로부터 함량을 구하였다.
컬럼은 carbohydrate column(4.6 mm×250 mm, Waters)을, 이동상은 acetonitrile:water(v/v, 75:25) 용액을 2.0 mL/min의 속도로 30℃에서 Refractive Index Detector(RID)를 사용하여 분석하였다.
대상 데이터
당에 절여진 미나리를 상온에서 1년간 방치하면서 원료 중의 유용성분이 삼투압에 의하여 용출과 동시에 자연 발효가 일어나도록 하였다(미나리 발효 추출액 1년). 미나리의 추출이 완전히 이루어지면 발효 추출액을 저장용기에 옮겨 4℃ 냉장실에서 냉장보관하면서 1년(미나리 발효 추출액 2년) 또는 2년간(미나리 발효 추출액 3년) 발효시킨 시료를 본 실 험에 사용하였다.
본 실험에 사용한 인간 유래 정상 간 세포주 Chang cell과 간암 세포주 HepG2 cell은 한국세포주은행(KCLB)으로부터 분양 받았으며, 10% fetal bovine serum(FBS)과 1% antibiotics(penicillin/ streptomycin)를 첨가한 MEM 배지를 이용하여 5% CO2가 존재 하는 37℃ incubator에서 2-3회 계대 배양한 후 사용하였다.
본 연구에 사용된 미나리 발효 추출액은 비슬청록농장(Daegu, Korea)으로부터 제공받았으며, 프락토올리고당은 CJ 제일제당(CJ Cheiljedang Co, Seoul, Korea)으로부터 구입하였다. 플라보노이드 측정에 필요한 Folin-phenol reagent는 (Junsei Chemical Co.
, Tokyo, Japan)로부터 구입하였으며, 세포 배양에 사용된 Eagle’s Minimum Essential Medium(MEM) 배지와 antibiotics, FBS(fetal bovine serum)은 Gibco BRL(Rockville, MD, USA)로부터 구입하였다. 세포 생존율 측정에 사용한 MTT(3-(4,5-dimethyl-thiazol-2-yl)- 2,5-diphenyltetrazo lium bromide)는 Amresco(Solon, OH, USA)로부터 구입하였다.
플라보노이드 측정에 필요한 Folin-phenol reagent는 (Junsei Chemical Co., Tokyo, Japan)로부터 구입하였으며, 세포 배양에 사용된 Eagle’s Minimum Essential Medium(MEM) 배지와 antibiotics, FBS(fetal bovine serum)은 Gibco BRL(Rockville, MD, USA)로부터 구입하였다.
이론/모형
발효기간에 따른 미나리 발효 농축액을 HepG2 세포에 농도별로 처리하였을 때 세포 형태와 세포의 수에 어떠한 영향을 미치는지 알아보기 위하여 Kim 등과 Yun 등의 방법(23,24)을 이용하였다.
발효기간에 따른 미나리 발효 추출액의 플라보노이드 함량은 Nieva 등(21)의 방법에 따라 측정하였다. 시료를 10배 희석한 희석액 0.
인간 유래 정상 간 세포주 Chang cell과 간암 세포주 HepG2 cell에 대한 세포 생존율을 알아보기 위하여 MTT assay(22)를 실시하였다. MTT 시약은 세포내로 흡수된 후, 미토콘드리아 내 효소인 succinate-dehydeogenase에 의해 formazan으로 변하여 세포의 성장을 멈추게 하며, 세포가 죽을수록 formazan의 생성이 줄어들게 되는 것을 이용한 것이다.
성능/효과
2와 같다. 대조군으로 사용된 프락토올리고당만 처리한 경우와 비교 하였을 때 미나리 발효농축액을 처리한 경우 농도 의존적으로 세포의 수가 감소되었으며, 세포의 크기도 줄어드는 변화를 확인할 수 있었다.
미나리 발효농축액의 경우 농도 의존적으로 억제 효과를 확인할 수 있었다. 동일 농도의 프락토올리고당으로 처리한 대조군의 cell viability를 100%로 보았을 때 특히 1년의 경우 1-2 mg/mL에서 10% 수준 cell viability를 나타내면서 높은 간암 세포의 성장 억제 효과를 확인할 수 있었으며, 2년과 3년의 경우도 1 mg/mL에서 20% 수준의 cell viability를 보이면서 약간 감소된 억제율을 나타내었다(Fig. 1A). 한편, 동일 농도의 프락토올리고당으로 처리한 대조군의 정상 세포의 cell viability를 100%로 보았을 때 미나리 발효 농축액이 정상 간세포의 생존에는 아무런 영향을 미치지 않았다(Fig.
미나리를 흑설탕으로 절임한 후 자연 발효시키는 경우에 최종 발효 미나리 추출물의 색상이 어두운 갈색으로 제품화되었다. 따라서 미나리의 발효에 사용되는 당의 종류에 따라 색상의 변화를 줄 수 있으며, 장기간 동안 저온 숙성기간에 따른 색도의 변화가 관능적 품질에 영향을 줄 것으로 판단된다.
미나리 발효 추출액의 1년에서 288.36 µg/mL로 최대 함량을 나타났으나, 발효 및 숙성기간이 2년과 3년 경과한 시료에서 167.76 µg/mL과 89.58 µg/mL로 급격히 감소하는 경향이 두드러졌다.
색도는 발효물의 품질 평가에 중요한 인자가 되며 냄새와 더불어 기호성에 상당한 영향을 미칠 수 있으므로 매우 중요하게 생각된다. 미나리를 흑설탕으로 절임한 후 자연 발효시키는 경우에 최종 발효 미나리 추출물의 색상이 어두운 갈색으로 제품화되었다. 따라서 미나리의 발효에 사용되는 당의 종류에 따라 색상의 변화를 줄 수 있으며, 장기간 동안 저온 숙성기간에 따른 색도의 변화가 관능적 품질에 영향을 줄 것으로 판단된다.
따라서 발효되기 전부터 설탕이 분해되었으며, 흑설탕 자체의 이러한 특성 때문에 발효 중 효소 작용에 의한 당의 변화가 거의 없는 것으로 보고하였다. 반면에 본 연구에서 프락토올리고당으로 절임하여 발효 숙성시킨 미나리 발효액에서는 첨가한 프락토올리고당에 존재하는 설탕과 포도당이 1년 발효 숙성하는 과정에서 발효미생물에 의해서 이용되어 설탕은 완전히 소비되었으며, 포도당과 과당이 4% 수준을 나타냈다. 숙성기간이 증가하면서 미나리 발효액이 과당과 포도당이 증가하는 경향을 보이면서 설탕으로 절임한 산야채 발효물과 상이한 결과를 나타내었다.
발효 및 숙성기간이 1, 2 및 3년 경과한 시료에서 각각 4.6×104, 2.4×104, 1.6×103 CFU/mL의 생균이 검출되었으며, 생균수가 감소하는 경향을 확인하였다.
발효기간에 따른 미나리 발효추출액의 품질 특성을 검토하고 간암세포주에 대한 증식 억제 효과를 알아보았다. 발효 숙성 기간 중에 총 플라보노이드 함량, 색도 및 생균수는 감소하였으며, 포도당과 과당과 같은 환원당 함량은 증가하였다. 정상 간세포주와 간암 세포주를 이용하여 농도별로 시료 처리를 한 후 각 세포의 증식에 대한 효과를 알아 본 결과, 미나리 발효액이 정상 간세포의 증식에는 영향을 미치지 않았으며, 인간유래 간암 세포주인 HepG2의 증식을 농도 의존적으로 억제하였다.
발효기간에 따른 미나리 발효 추출액에 존재하는 발효 균주의 동정한 결과 Pediococcus pentosaceus균주와 99.9% 유사성을 나타내었다.
반면에 본 연구에서 프락토올리고당으로 절임하여 발효 숙성시킨 미나리 발효액에서는 첨가한 프락토올리고당에 존재하는 설탕과 포도당이 1년 발효 숙성하는 과정에서 발효미생물에 의해서 이용되어 설탕은 완전히 소비되었으며, 포도당과 과당이 4% 수준을 나타냈다. 숙성기간이 증가하면서 미나리 발효액이 과당과 포도당이 증가하는 경향을 보이면서 설탕으로 절임한 산야채 발효물과 상이한 결과를 나타내었다. 이는 미나리 당 절임에 첨가된 올리고당이 포도당과 과당이 결합된 성분으로 미나리 발효액의 장기간 숙성과정에서 발효미생물에 의한 가수분해 작용으로 포도당과 과당성분이 증가하는 것으로 사료된다.
발효 숙성 기간 중에 총 플라보노이드 함량, 색도 및 생균수는 감소하였으며, 포도당과 과당과 같은 환원당 함량은 증가하였다. 정상 간세포주와 간암 세포주를 이용하여 농도별로 시료 처리를 한 후 각 세포의 증식에 대한 효과를 알아 본 결과, 미나리 발효액이 정상 간세포의 증식에는 영향을 미치지 않았으며, 인간유래 간암 세포주인 HepG2의 증식을 농도 의존적으로 억제하였다. 특히 미나리 발효액 1년에서 현저한 억제 효과를 확인하였다.
정상 간세포주와 간암 세포주를 이용하여 농도별로 시료 처리를 한 후 각 세포의 증식에 대한 효과를 알아 본 결과, 미나리 발효액이 정상 간세포의 증식에는 영향을 미치지 않았으며, 인간유래 간암 세포주인 HepG2의 증식을 농도 의존적으로 억제하였다. 특히 미나리 발효액 1년에서 현저한 억제 효과를 확인하였다. 본 연구 결과는 미나리 발효액의 발효 기간에 따른 품질의 변화 및 간암세포 성장 억제 효능을 확인함으로서, 천연의 미나리 발효 추출액을 다양한 식품 산업에 활용하기 위한 기초적 데이터를 처음으로 제시했다.
발효기간에 따른 미나리 발효 추출액의 유리당 함량 측정 결과는 Table 3과 같다. 프락토올리고당 미나리 발효 추출액의 경우 검출된 유리당은 과당과 포도당 2가지로 나타났으며, 발효 및 숙성이 진행되면서 과당과 포도당이 4.6%, 4.8%에서 각각 15.2%와 16.6%로 크게 증가하여 총 유리당 함량이 발효기간 3년 경과한 시료에서 31.8%로 최대 함량을 나타내었다. 이와 같은 결과는 발효 및 숙성 중 발효 미생물의 효소 작용에 의한 당의 성분 변화에 기인한 것이라 생각된다.
후속연구
반면에 젖산균 배양 배지에서는 고초균의 생육이 지연되면서 유용미생물을 동정할 수 있었다(19). 미나리 발효 추출액 유래 유용미생물은 발효액의 품질 특성과 기능성에 영향을 줄 것으로 사료되며, 또한 이 균주를 이용하여 미나리 발효 추출액의 품질향상 및 제 품의 표준화를 위해 활용 될 것으로 기대한다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
미나리란?
미나리(Dropwort, Oenanthe javanica)는 산형과의 다년생 초본으로서 우리나라 전역에서 자생하고 있으며 중국, 일본 등 아한대에서 열대에 이르는 지역에서 널리 분포하고 식용으로 재배하고 있다. 중국에서는 기원전 2000년경부터 논미나리와 밭미나리를 재배했다고 알려져 있으며, 우리나라에서도 사람들이 좋아하는 향채 중의 하나로 식욕을 되찾는 식품으로 이용되고 있다(1).
미나리의 향기 성분은 무엇인가?
또한, 음주 후에는 숙독을 제거하는데 사용하기도 하며, 민간요법에서는 이질을 치료하는데 효과가 있는 것으로 알려져 있다(5,6). 미나리의 독특한 향의 주성분은 isoramnetin, α-pinene, myrecene 등으로 알려져 있다(7). 미나리의 주요 성분으로는 수분 94.
미나리는 한방에서 뭐라고 불리는가?
미나리는 다른 식품에는 없는 독특한 향미와 비타민이 풍부한 식물로 김치를 담글 때 함께 쓰이기도 하며, 강회, 나물, 생채, 장아찌 및 생선찌개 등의 여러 요리에 다양하게 이용되고 있다(2). 미나리는 한방에서 수근(水芹)이라 하여, 생즙을 짜서 마시면 혈압이 낮아지고 피를 깨끗이 하며 해열과 진정작용을 하고 간장 질환, 신경통 및 류머티즘에도 약효가 있다. 미나리의 잎에는 향기가 좋은 정유를 함유하고 있어 발한 작용 및 보온 작용이 있으며, 식욕을 촉진시켜 대장 활동을 도와 변비를 예방한다(3,4).
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