본 연구에서는 유산균을 이용하여 3종의 버섯(상황, 영지, 표고)을 단계적으로 발효하여 항산화 활성을 비교하였다. 항산화 활성이 밝혀진 표준 유산균 5종을 선발하여 버섯 열수 추출물의 1차 발효에, 임실 지역 김치로부터 분리한 유산균 1종을 최종 선발하여 2차 발효에 이용하였다. 버섯 추출물과 1차, 2차 발효물의 항산화 활성 평가를 위해 DPPH 및 ABTS 라디칼 소거 정도를 비교하였다. 버섯 추출물 및 발효물은 농도 의존적으로 라디칼을 소거하였지만 유산균 발효를 통하여 상황과 영지의 경우 라디칼 소거 활성이 감소하였다. 이는 발효 과정 중 폴리페놀 화합물과 비타민 C, E 등 천연 항산화 물질들의 산화에 기인한 결과라고 사료되었다. 그러나 발효 중 생산되는 대사산물 및 유효성분은 XO 효소의 활성을 저해시키고 SOD 효소의 활성을 증가시켰으며, 1차 발효보다 2차 발효에서 활성이 증가되었다. 특히 5 mg/mL 이상의 농도에서 영지 1차 발효물은 90% 이상 XO 효소의 활성을 저해하였으며, 상황 1차 발효물은 3배 이상의 SOD 효소 활성을 증가시켰다. 이는 유산균에 의한 버섯 발효물이 효소의 활성을 저해 혹은 활성화시켜 항산화에 기여하는 것으로 판단되었다.
본 연구에서는 유산균을 이용하여 3종의 버섯(상황, 영지, 표고)을 단계적으로 발효하여 항산화 활성을 비교하였다. 항산화 활성이 밝혀진 표준 유산균 5종을 선발하여 버섯 열수 추출물의 1차 발효에, 임실 지역 김치로부터 분리한 유산균 1종을 최종 선발하여 2차 발효에 이용하였다. 버섯 추출물과 1차, 2차 발효물의 항산화 활성 평가를 위해 DPPH 및 ABTS 라디칼 소거 정도를 비교하였다. 버섯 추출물 및 발효물은 농도 의존적으로 라디칼을 소거하였지만 유산균 발효를 통하여 상황과 영지의 경우 라디칼 소거 활성이 감소하였다. 이는 발효 과정 중 폴리페놀 화합물과 비타민 C, E 등 천연 항산화 물질들의 산화에 기인한 결과라고 사료되었다. 그러나 발효 중 생산되는 대사산물 및 유효성분은 XO 효소의 활성을 저해시키고 SOD 효소의 활성을 증가시켰으며, 1차 발효보다 2차 발효에서 활성이 증가되었다. 특히 5 mg/mL 이상의 농도에서 영지 1차 발효물은 90% 이상 XO 효소의 활성을 저해하였으며, 상황 1차 발효물은 3배 이상의 SOD 효소 활성을 증가시켰다. 이는 유산균에 의한 버섯 발효물이 효소의 활성을 저해 혹은 활성화시켜 항산화에 기여하는 것으로 판단되었다.
This study was focused on the development of fermented mushroom water extracts with antioxidative activities. Mushroom water extracts were fermented with Bifidobacterium bifidum, Lactobacillus plantarum, Lactobacillus acidophilus, Leuconostoc lactis, Streptococcus thermophilus and Lactobacillus sake...
This study was focused on the development of fermented mushroom water extracts with antioxidative activities. Mushroom water extracts were fermented with Bifidobacterium bifidum, Lactobacillus plantarum, Lactobacillus acidophilus, Leuconostoc lactis, Streptococcus thermophilus and Lactobacillus sakei subsp. LI033 was isolated from kimchi. Fermented mushroom water extracts increased DPPH and ABTS radical scavenging activities in a dose-dependent manner. However, radical scavenging activity of fermented Phellinus linteus and Ganoderma lucidum water extracts was decreased compared to non-fermented mushroom water extracts. Antioxidative activity of fermented mushroom water extracts was also confirmed by xanthin oxidase (XO) inhibition and superoxide dismutase (SOD) activities at the same concentration. As the fermentation progressed, fermented mushroom water extracts increased XO inhibition activity and SOD activity. In conclusion, fermented mushroom water extracts were tentatively identified to enhance enzyme activity.
This study was focused on the development of fermented mushroom water extracts with antioxidative activities. Mushroom water extracts were fermented with Bifidobacterium bifidum, Lactobacillus plantarum, Lactobacillus acidophilus, Leuconostoc lactis, Streptococcus thermophilus and Lactobacillus sakei subsp. LI033 was isolated from kimchi. Fermented mushroom water extracts increased DPPH and ABTS radical scavenging activities in a dose-dependent manner. However, radical scavenging activity of fermented Phellinus linteus and Ganoderma lucidum water extracts was decreased compared to non-fermented mushroom water extracts. Antioxidative activity of fermented mushroom water extracts was also confirmed by xanthin oxidase (XO) inhibition and superoxide dismutase (SOD) activities at the same concentration. As the fermentation progressed, fermented mushroom water extracts increased XO inhibition activity and SOD activity. In conclusion, fermented mushroom water extracts were tentatively identified to enhance enzyme activity.
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문제 정의
하지만 아직까지 발효기술을 이용한 버섯의 항산화 활성에 대한 연구는 미미한 실정이다. 이에 본 연구에서는 식용 및 약용으로 널리 이용되는 상황, 영지 및 표고의 자실체를 열수 추출하고 표준 유산균으로 1차 발효 후 임실 지역의 김치에서 분리한 유산균으로 2차 발효하여 단계적 발효에 의한 항산화 활성을 평가하여 생리 기능성 바이오 소재 개발을 위한 기초자료로 제공 및 응용하고자 한다.
제안 방법
SOD의 농도는 10 U/μL까지 2배씩 희석하여 얻은 표준곡선과 비교하여 계산하였다.
버섯 추출물과 1차, 2차 발효물을 0~10 mg/mL의 농도로 희석하여 xanthin oxidase activity assay kit(Biovision, Mountain View, CA, USA)를 이용하여 XO의 억제 활성 정도를 측정하였다. XO의 활성은 H2O2의 희석농도로 환산하였으며, 0.1 mM까지 2배씩 희석하여 얻은 표준곡선과 비교하여 계산하였다.
각각의 1차 버섯 발효물은 DPPH 라디칼 소거 활성을 평가하여 3종의 표준 유산균(B. bifidum, L. plantarum, Leu. lactis)을 최종 선발하고 1차 발효물에 김치유래 선발 유산균 1종을 2% 접종하여 37°C에서 24시간 동안 정치배양한 후 2차 발효물을 멸균하였다.
대조구로 50 μM L-ascorbic acid를 사용하였으며, 각 시료에 대한 ABTS 라디칼 소거 활성은 시료를 첨가하지 않은 대조군의 흡광도와 비교하여 그래프로 나타냈다.
버섯 열수 추출물은 보당 및 희석하여 세포노화 억제 활성을 가진 표준균주 5종을 2% 접종하여 37°C에서 72시간 동안 정치배양한 후 1차 발효물을 멸균하였다.
버섯 추출물과 1차, 2차 발효물을 0~10 mg/mL의 농도로 희석하여 EpiQuik superoxide dismutase activity/inhibition assay kit(Epigentek, Brookly, NY, USA)를 이용하여 superoxide dismutase(SOD)의 활성 정도를 측정하였다. SOD의 농도는 10 U/μL까지 2배씩 희석하여 얻은 표준곡선과 비교하여 계산하였다.
버섯 추출물과 1차, 2차 발효물을 0~10 mg/mL의 농도로 희석하여 xanthin oxidase activity assay kit(Biovision, Mountain View, CA, USA)를 이용하여 XO의 억제 활성 정도를 측정하였다. XO의 활성은 H2O2의 희석농도로 환산하였으며, 0.
버섯 추출물과 1차, 2차 발효물을 농도별(0~10 mg/mL)로 희석하여 96 well plate에 50 μL씩 분주하고 에탄올에 녹인 100 μM 1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl(DPPH, Sigma-Aldrich Co., St. Louis, MO, USA) 용액을 150 μL 첨가하였다.
대상 데이터
plantarum 그리고 Leu. lactis의 활성이 크게 나타나 버섯 발효를 위한 유산균으로 최종 선발하였다(Fig. 1). 버섯 추출물 중 상황 추출물의 DPPH 라디칼 소거 활성이 10 mg/mL의 농도에서 74% 이상으로 영지와 표고에 비하여 높게 나타났다.
대조구로 50 μM L-ascorbic acid(Sigma-Aldrich Co.)를 사용하였으며, 각 시료에 대한 DPPH 라디칼 소거 활성은 시료를 첨가하지 않은 대조군의 흡광도와 비교하여 그래프로 나타냈다.
버섯 추출물의 발효를 위하여 사용된 유산균은 한국미생물보전센터(KCCM, Seoul, Korea)로부터 항산화 효과가 있다고 보고된 표준 유산균 5종(Bifidobacterium bifidum, Lactobacillus acidophillus, Lactobacillus plantarum, Leuconostoc lactis, Streptococcus thermophilus)과 김치로부터 분리한 유산균 1종(Lactobacillus sakei subsp. LI033)으로 MRS 액체배지(Difco Laboratories Inc., St. Detroit, MI, USA)에서 계대배양 하며 실험에 사용하였다.
실험에 사용한 3종의 버섯(상황, 영지, 표고)은 (재)장흥버섯산업연구원에서 제공받은 것으로 각각 열수 추출하고 소분하여 냉동상태로 보관한 것을 시료로 사용하였다. 상황 추출물을 PW, 영지 추출물을 GW, 표고 추출물을 LW로 명명하였다.
데이터처리
모든 실험은 3회 반복하여 측정하였고 결과는 평균±SD (standard deviation)로 나타냈고, Duncan's multiple range test를 이용하여 P<0.05에서 유의성을 검정하였다.
성능/효과
LI033을 이용하여 2차 발효시킨 발효물에서 XO 효소 활성이 더욱 감소하였으며, 단계적 발효에 의한 활성의 변화는 영지 발효물에서 더욱 뚜렷하게 확인할 수 있었다. 5 mg/mL 이상의 농도에서 영지 추출물과 비교하여 1차 발효물은 90% 이상의 저해 활성을 나타내었으며 2차 발효에 의해 그 활성은 더욱 증가되었다.
sakei subsp. LI033을 이용하여 2차 발효시킨 발효물에서 XO 효소 활성이 더욱 감소하였으며, 단계적 발효에 의한 활성의 변화는 영지 발효물에서 더욱 뚜렷하게 확인할 수 있었다. 5 mg/mL 이상의 농도에서 영지 추출물과 비교하여 1차 발효물은 90% 이상의 저해 활성을 나타내었으며 2차 발효에 의해 그 활성은 더욱 증가되었다.
버섯 추출물보다 1차 발효물에서, 1차 발효물에서보다 2차 발효물에서 SOD 효소 활성이 더욱 증가하였다. 단순 추출물보다 발효에 의한 효소의 활성 변화가 가장 큰 것은 표고였으며, 단계적 발효에 의한 활성의 변화는 상황 발효물에서 더욱 뚜렷하게 확인할 수 있었다. 특히 버섯 발효물의 SOD 효소 활성 평가 시 3종의 유산균 중 B.
3에 나타내었다. 버섯 추출물 중 상황 추출물의 ABTS 라디칼 소거 활성이 10 mg/mL의 농도에서 53% 이상으로 영지와 표고에 비하여 높게 나타났으나 유산균별 유의적인 차이는 나타나지 않았다. 표고는 1차, 2차 발효 후 ABTS 라디칼 소거 활성에 큰 변화가 없었으나 상황과 영지의 ABTS 라디칼 소거 활성은 감소하여 DPPH 라디칼 소거 활성 결과와 유사하였다.
1). 버섯 추출물 중 상황 추출물의 DPPH 라디칼 소거 활성이 10 mg/mL의 농도에서 74% 이상으로 영지와 표고에 비하여 높게 나타났다. 또한 표준 유산균으로 1차 발효 시 B.
5에 나타내었다. 버섯 추출물과 비교하여 유산균을 이용한 발효물의 SOD 효소 활성이 농도 의존적으로 증가됨을 확인하였다. 버섯 추출물보다 1차 발효물에서, 1차 발효물에서보다 2차 발효물에서 SOD 효소 활성이 더욱 증가하였다.
버섯 추출물과 비교하여 유산균을 이용한 발효물의 SOD 효소 활성이 농도 의존적으로 증가됨을 확인하였다. 버섯 추출물보다 1차 발효물에서, 1차 발효물에서보다 2차 발효물에서 SOD 효소 활성이 더욱 증가하였다. 단순 추출물보다 발효에 의한 효소의 활성 변화가 가장 큰 것은 표고였으며, 단계적 발효에 의한 활성의 변화는 상황 발효물에서 더욱 뚜렷하게 확인할 수 있었다.
폴리페놀 화합물과 비타민류 등 천연 항산화제의 산화에도 불구하고 발효 과정을 통하여 새롭게 생성되는 유효 성분과 더불어 유산균이 생성하는 2차 대사산물이 항산화 관련 효소에 긍정적으로 작용한 것으로 판단된다(30-32). 즉 XO 효소 활성은 저해하고 SOD 효소 활성 증가를 유도함을 확인하였다.
LI033에 의한 2차 발효에서도 유사한 결과를 보였다. 표고 추출물은 10 mg/mL의 농도에서 9%였으나 1차 발효 후 20%, 2차 발효 후 16%로 발효를 통하여 DPPH 라디칼 소거 활성이 증가함을 확인하였다. 그러나 발효 과정을 거치면서 상황과 영지의 DPPH 라디칼 소거 활성은 감소하였으며 상황의 활성 감소 폭이 가장 컸다(Fig.
후속연구
버섯 발효물의 DPPH 및 ABTS 라디칼 소거 활성을 평가한 결과, 발효 과정 중 폴리페놀 화합물과 비타민 C, E 등 천연 항산화 물질들의 산화로 활성이 저하된 것으로 판단되며(28,29), 보다 정확한 결과를 얻기 위한 성분분석 등의 차후 연구가 필요할 것으로 사료된다.
상기의 결과를 종합할 때 버섯 발효물이 발효 생성물과 유산균 대사산물이 효소의 활성을 저해 혹은 활성화시켜 항산화에 기여하는 것으로 여겨지며, 보다 정확한 결과를 얻기 위한 차후 연구가 필요할 것으로 사료된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
유산균의 기능은?
최근에는 발효식품의 생리활성 작용이 알려지면서 세계적으로 건강기능성 장수식품으로 인식되고 있으며, 특히 프로바이오틱스로서 유산균의 건강기능성이 밝혀지면서 이에 대한 관심이 높아지고 있다(18-20). 유산균은 발효식품에 특유의 풍미와 우수한 보존성을 부여할 뿐만 아니라 유당불내증의 완화작용, 정장작용, 병원성세균의 생육억제 작용, 콜레스테롤 저하작용, 항암작용 등 다양한 질병을 예방하고 치료할 수 있다고 알려져 있다(21-25). 또한 건강한 사람의 장내에 존재하면서 인체의 특이 및 비특이적 면역체계의 증강에 기여한다고 알려져 있으며, 최근에는 유산균 발효에 의한 천연물의 면역증진 효과에 관한 연구가 많이 보고되고 있다(26,27).
천연 항산화제 개발을 위해 주목하고 있는 버섯은 어떤 것이며 그 특징은 무엇인가?
최근 천연 항산화제로 주목받고 있는 버섯은 고등균류로써 담자균강(Basidiomycota)과 일부의 자낭균강(Ascomycota)에 속하는 종으로, 풍미가 뛰어나고 탄수화물, 단백질, 지질, 무기질 및 비타민 등의 각종 영양소를 다양하게 함유하고 있을 뿐만 아니라 생리활성 물질을 생산함으로써 예로부터 식용 혹은 약용 등의 목적으로 사용하여 왔다(11,12). 특히 버섯의 다당체는 항암작용, 면역증강작용, 항산화 효과, 혈중 콜레스테롤 저하 효과 등의 다양한 약리 효과가 밝혀지면서 건강기능식품의 소재로 많이 이용되고 있다(13-16).
발효법은 어떤 기술인가?
한편 발효법은 역사상 가장 오래된 기술로써 식품, 약품, 화장품 등 다양한 분야에서 활용되고 있는데 그중 인류 역사와 함께 해온 식품 발효는 현재까지 전 세계적으로 가장 널리 이용되고 있는 기술이다(17). 최근에는 발효식품의 생리활성 작용이 알려지면서 세계적으로 건강기능성 장수식품으로 인식되고 있으며, 특히 프로바이오틱스로서 유산균의 건강기능성이 밝혀지면서 이에 대한 관심이 높아지고 있다(18-20).
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