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프로바이오틱스의 기능성 향상을 위한 배양법
Optimization of Culture Condition for Enhancing the Probiotics Functions 원문보기

한국식품위생안전성학회지 = Journal of food hygiene and safety, v.30 no.3, 2015년, pp.295 - 301  

장보윤 (원광대학교 약학대학 약품연구소) ,  한지혜 (원광대학교 약학대학 약품연구소) ,  차범석 (영사이언스샬라우코리아) ,  안상호 (영사이언스샬라우코리아) ,  김성연 (원광대학교 약학대학 약품연구소)

초록
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본 연구에서는 식물성 프로바이오틱스에 해조류인 미역을 첨가하여 프로바이오틱스의 체내 안정성 및 면역원성을 향상 시킬 수 있는 고농도 배양법을 개발하고자 하였다. 미역 첨가 배지를 생산 수준으로 유산균을 배양하였을 때 유산균수는 18시간째 $10^{22}$, 24시간째 $100^9$으로 고농도 배양이 가능하였다. 미역첨가배지로 배양된 유산균의 열 안정성, 위산 및 담즙 안정성의 효과도 기본배지와 비교 하여 유의적인 증가를 확인할 수 있었다. 미역첨가배지로 배양된 프로바이오틱스는 생균 및 사균 모두 면역증강효과를 나타내는 것을 알 수 있었다. 배양만으로 기능성이 향상된 프리바이오틱스를 개발함에 따라, 다양한 프로바이오틱스의 기능성 향상의 기반 기술로서 활용이 가능할 것으로 사료 된다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The functions of probiotics, particularly Lactic acid bacteria, have been studied in a range of human diseases, including cancer, infectious diseases, gastrointestinal disorders, and allergies. Among the many benefits associated with the consumption of probiotics, modulation of immune activity has r...

주제어

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문제 정의

  • 따라서 본 연구에서는 신바이오틱스 제제로서의 체내 유용성을 규명 하고자, 미역을 프로바이오틱스 배양 단계부터 첨가하여 실험실 수준(1 L 플라스크 배양)과 생산 수준(50 L 발효조 배양)에서의 연구를 진행하였다. 기존 프로바이오틱스의 취약점인 대량배양 및 체내 안정성 개선과 면역증강 효과를 추가로 확인하고, 이를 통해 향후 기능성 식품 및 의약품으로 산업적 이용의 가능성을 제시할 수 있는 기초자료를 얻고자 하였다.
  • 따라서 본 연구에서는 신바이오틱스 제제로서의 체내 유용성을 규명 하고자, 미역을 프로바이오틱스 배양 단계부터 첨가하여 실험실 수준(1 L 플라스크 배양)과 생산 수준(50 L 발효조 배양)에서의 연구를 진행하였다. 기존 프로바이오틱스의 취약점인 대량배양 및 체내 안정성 개선과 면역증강 효과를 추가로 확인하고, 이를 통해 향후 기능성 식품 및 의약품으로 산업적 이용의 가능성을 제시할 수 있는 기초자료를 얻고자 하였다.
  • 본 연구에서는 식물성 프로바이오틱스에 해조류인 미역을 첨가하여 프로바이오틱스의 체내 안정성 및 면역원성을 향상 시킬 수 있는 고농도 배양법을 개발하고자 하였다. 미역 첨가 배지를 생산 수준으로 유산균을 배양하였을 때 유산균수는 18시간째 1022, 24시간째 109으로 고농도 배양이 가능하였다.
  • casei 균주 및 Leuconostoc 속보다 위산 및 담즙산 내성이 우수하다고 보고된 바 있고 이를 활용한 식품 및 의약학 분야가 점점 확대되고 있다21,22). 본 연구에서는 식물성 프로바이오틱스인 L. plantarum의 산업적 활용을 위한 고농도 대량 배양 및 면역 기능성, 안정성을 높일 수 있는 방법으로 알칼리성 대표 해조류인 미역을 배양단계에서부터 첨가하여 연구를 진행하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
프리바이오틱스는 무엇인가? 프리바이오틱스는 유익한 장내 미생물의 성장이나 활성을 촉진함으로써, 숙주의 건강에 좋은 효과를 나타내는 소화되지 않는 영양성분을 일컫는다. 대표적으로 올리고당, 키토산, 식이섬유 등이 다량 함유되어 있는 채소류 및 해조류 등이 프리바이오틱스로 광범위하게 사용되어지고 있다4,13).
유산균을 최종 목적지인 장(腸)에 도착하게 할 확률을 높이기 위해 어떤 연구가 진행 되고 있는가? 즉 유산균이 최종 목적지인 장(腸)에 도착할 확률은 5% 정도에 불과하다8). 이를 개선하기 위해, 유산균 자체를 코팅하는 기술과 배양시 탄산염, 계면활성제 및 폐배추와 같은 천연물 추출액등 다양한 배지성분 활용하는 방법과 열처리 방법을 달리하여 배양하는 방법에 대한 연구가 진행 되어지고 있다9,10). 그 외에도 체내 안정성을 위해 프로바이오틱스와 프리바이오틱스(prebiotics)의 조합인 신바이오틱스(synbiotics)를 이용한 연구도 점차 증가하고 있다11,12).
미역에 들어있는 다당류 fucoidan는 어떤 효과를 갖는가? 미역(Undaria pinnatifida)은 대표적인 갈조류로서 다당류인 alginate, fucoidan 이 풍부하고 미역의 부위에 따라 유리아미노산인 alanine, glycine, glutamate 및 asparagine 등이 함유되어있다16). 그 중, 산성수용성 다당류인 fucoidan은 혈액응고작용, 항종양 및 항암활성, 항산화 효과가 연구된 바 있다. 또한 미역에 다량 함유된 alginate는 효소에 의해 분해되면 alginate oligomer가 된다.
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참고문헌 (27)

  1. DeKivit, S., Tobin, M.C., Forsyth, C.B., Keshavarzian, A. and Landay, A.L.: Regulation of Intestinal Immune Responses through TLR Activation: Implications for Pro-and Prebiotics. Front Immunol. 18, 60-66 (2014). 

  2. Rolfe, R.D.: The role of probiotic cultures in the control of gastrointestinal health. J. Nutr. 130, 396-402 (2000). 

  3. Kang, K.H.: Health Benefits of Lactic Acid Bacteria. Curr. Top LAB Probiotics. 1, 1-8 (2013). 

  4. Ghouri, Y.A., Richards, D.M., Rahimi, E.F., Krill, J.T., Jelinek, K.A. and DuPont, A.W.: Systematic review of randomized controlled trials of probiotics, prebiotics, and synbiotics in inflammatory bowel disease. Clin. Exp. Gastroenterol. 9, 473-487 (2014). 

  5. Vander, M.J., Hulst, M.M., Smits, M.A. and Schuurman, T.: Small intestinal segment perfusion test in piglets: future applications in studying probiotics-gut crosstalk in infectious diarrhoea. Benef. Microbes. 1, 439-445 (2010). 

  6. Iebba. V., Nicoletti, M. and Schippa, S.: Gut microbiota and the immune system: an intimate partnership in health and disease. Int. J. Immunopathol. Pharmacol. 25, 823-833 (2012). 

  7. Bansal, S., Mangal, M., Sharma, S.K. and Gupta, R.K.: Non-Dairy Based Probiotics: A Healthy Treat for Intestine. Crit. Rev. Food Sci. Nutr. 43, 65-66 (2015). 

  8. Garcia-Albiach, R., Pozuelo de Felipe, M.J., Angulo, S., Morosini, M.I., Bravo, D., Baquero, F. and del Campo, R.: Molecular analysis of yogurt containing Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus and Streptococcus thermophilus in human intestinal microbiota. Am. J. Clin. Nutr. 87, 91-96 (2008). 

  9. Jeun, J.1., Kim, S., Cho, S.Y., Jun, H.J., Park, H.J., Seo, J.G., Chung, M.J. and Lee, S.J.: Hypocholesterolemic effects of Lactobacillus plantarum KCTC3928 by increased bile acid excretion in C57BL/6 mice. Nutrition. 26, 321-330 (2010). 

  10. Jeong, E.J., Moon, D.W., Oh, J.S., Moon, J.S., Eom, H.J., Choi, H.S., Kim, C.S. and Han, N.S.: Composition optimization of cabbage extract medium for cell growth of Lactobacillus plantarum. Korean Soc. Biotechnol. Bioengineering J. 27, 347-351 (2012). 

  11. Morrow, L.E., Gogineni, V. and Malesker, M.A.: Probiotic, prebiotic, and synbiotic use in critically ill patients. Curr. Opin. Crit. Care. 18, 186-191 (2012). 

  12. Passariello, A., Terrin, G., Cecere, G., Micillo, M., De Marco, G., Di Costanzo, M., Cosenza, L., Leone, L., Nocerino, R. and Canani, R.B.: Randomised clinical trial: efficacy of a new synbiotic formulation containing Lactobacillus paracasei B21060 plus arabinogalactan and xilooligosaccharides in children with acute diarrhoea. Aliment Pharmacol Ther. 35, 782-788 (2012). 

  13. Mugambi, M.N., Musekiwa, A., Lombard, M., Young, T. and Blaauw, R.: Probiotics, prebiotics infant formula use in preterm or low birth weight infants: a systematic review. Nutr. J. 28, 58-65 (2012). 

  14. Im, YG., Choi, J.S. and Kim, D.S.: Mineral contents of edible seaweeds collected from Gijang and Wando in Korea. J. Kor. Fish. Soc. 39, 16-22 (2006). 

  15. Baek, E.Y.: A study on the distribution structure of seaweed market in Korea. Korea Maritime Review. 272, 55-68 (2007). 

  16. Choi, J.S., Bae, H.J., Kim, Y.C., Park, N.H., Kim, T.B., Choi, Y.J., Choi, E.Y., Park, S.M. and Choi, I.S.: Nutritional Composition and Biological Activities of the Methanol Extracts of Sea Mustard (Undaria pinnatifida) in Market. J. Life Sci. 18, 387-394 (2008). 

  17. Maruyama, H., Tamauchi, H., Iizuka, M. and Nakano, T.: Antitumor activity and immune response of Mekabu fucoidan extracted from Sporophyll of Undaria pinnatifida. In Vivo. 17, 245-249 (2003). 

  18. Zhang, W., Oda, T., Yu, Q. and Jin, J.O.: Fucoidan from Macrocystis pyrifera Has Powerful Immune-Modulatory Effects Compared to Three Other Fucoidans. Mar. Drugs. 19, 1084-1104 (2015). 

  19. Kim, K.H. and Kim, C.S.: Studies on the manufacture of Undaria pinnatifida, laver and it's physiocochemical properties Kor. J. Food Sci. Tech. 14, 336-341 (1982). 

  20. Botes, M., van Reenen, C.A. and Dicks LMT.: Evaluation of Enterococcus mundtii ST4SA and Lactobacillus plantarum 423 as probiotics by using a gastro-intestinal model with infant milk formulations as substrate. Int. J. Food Microbiol. 128, 362-370 (2008). 

  21. Nagata, Y., Hashiguchi, K., Kamimura, Y., Yoshida, M. and Gomyo, T.: The gastrointestinal transit tolerance of Lactobacillus plantarum strain No. 14 depended on the carbon source. Biosci. Biotechnol. Biochem. 73, 2650-2655 (2009). 

  22. Zhang, H., Liu, L., Hao, Y., Zhong, S., Liu, H., Han, T. and Xie, Y.: Isolation and partial characterization of a bacteriocin produced by Lactobacillus plantarum BM-1 isolated from a traditionally fermented Chinese meat product. Microbiol. Immunol. 57, 746-755 (2013). 

  23. Jung, W.J., Lee, K.G., Kim, C.W. and Lee S.H.: Assessment of Applicability of a Calcium Carbonate-Alginate Beads as Neutralizer for the High Cell Density Cultivation of Isolated Sourdough Lactic Acid Bacteria. Food Engineering Progress. 3, 208-216 (2010). 

  24. Moon, S.H., Chang, H.C. and Kim, I.C.: Development of a Novel Medium with Chinese Cabbage Extract and Optimized Fermentation Conditions for the Cultivation of Leuconostoc citreum GR1. J. Korean Soc. Food Sci. Nutr. 42, 1125-1132 (2013). 

  25. Senz, M., van Lengerich, B., Bader, J. and Stahl, U.: Control of cell morphology of probiotic Lactobacillus acidophilus for enhanced cell stability during industrial processing. Int. J. Food Microbiol. 192, 34-42 (2015). 

  26. Ko, S.J., Jeong, S.S., Choi, C.H. and Kim, K.H.: pH and buffering capacity in some commercial fermented milks. Journal of Korean society of Dental Hygiene. 4, 23-26 (2013). 

  27. Chuang, L., Wu, K.G., Pai, C., Hsieh, P.S., Tsai, J.J., Yen, J.H. and Lin, M.Y.: Heat-killed cells of Lactobacilli Skew the immune response toward T Helper 1 polarization in mouse splenocytes and dendritic cell-treated T cells. J. Agric. Food Chem. 55, 11080-11086 (2007). 

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