[논문]발효 김치로부터 분리한 Lactobacillus sp. Strain KYH를 이용한 진생베리 추출물 최적 발효 공정 확립 및 생성물의 특성 분석

하유진; 유선균; 김미리

doi:10.17495/easdl.2016.2.26.1.88

발효 김치로부터 분리한 Lactobacillus sp. Strain KYH를 이용한 진생베리 추출물 최적 발효 공정 확립 및 생성물의 특성 분석
Process Optimization of Ginseng Berry Extract Fermentation by Lactobacillus sp. Strain KYH isolated from Fermented Kimchi and Product Analysis 원문보기

東아시아食生活學會誌 = Journal of the East Asian Society of Dietary Life, v.26 no.1, 2016년, pp.88 - 98

하유진 (충남대학교 식품영양학과) , 유선균 (중부대학교 식품생명과학과) , 김미리 (충남대학교 식품영양학과)

초록
AI-Helper

인삼의 열매인 진생베리는 항암, 항염증, 혈당저하 등의 효능이 있는 것으로 보고되어 오고 있다. 진생베리와 같은 약리활성의 물질들은 생체이용률이 높을 때 높은 효능을 보이는 것으로 알려졌다. 발효는 세포내 조직에 결합되어 있던 생리활성 물질들을 유리시키기 때문에 생체이용율(bioavailability)이 높이는 것으로 알려졌다. 따라서 본 연구에서는 김치로부터 적합한 생체친화성 균주를 선발하여 최적의 발효공정을 확립하고, 발효생성물의 영양성분 및 진세노사이드의 변화와 항산화 활성을 연구하였다. 김치로부터 분리된 발효 균주는 16S rDNA 염기서열을 비교하여 Lactobacillus sp. strain KYH로 동정되었다. 최적 발효 공정을 수행한 결과, 최적 발효조건은 온도 $30^{\circ}C$와 pH 7로 결정되었다. 발효는 회분식 및 유 가식 공정으로 수행을 하였다. 회분식 발효에서는 고농도의 진생베리 추출물의 증식속도가 낮아 유가식 배양을 수행하였다. 발효 후 영양성분 및 진세노사이드의 변화와 항산화 특성을 분석한 결과, 유기산은 발효 전 진생베리 추출물의 경우에는 lactic acid 와 acetic acid 등이 주종을 이루고 있는 반면에, 발효 후 진생베리 추출물에는 citric acid 및 oxalic acid 등이 주종을 이루었다. 발효 후에 당의 함량이 감소되었고, 구성 당은 glucose와 fructose가 주종을 이루었다. 진생베리 발효 추출물에는 glutamic acid, glycine, leucine, histidine, arginine과 같은 아미노산들의 함량이 높아졌다. 진세노사이드 Re는 발효에 상관없이 가장 많은 함량을 보였으나, 발효 전 진생베리 추출물에는 발효 후 진생베리 추출물에서 보다 진세노사이드 Rb1, Rc, Rd의 함량이 많았다. 반면에 진생베리 발효 후 추출물에는 진생베리 발효 전 추출물에서 확인되지 않았던 진세노사이드 Rh1와 Rh2가 확인되었다. 총 페놀, 플라보노이드 함량의 변화는 발효 전 후에 변화가 있었는데, 총 페놀량은 43.8% 증가하였고, 플라보노이드 함량은 19.8% 감소 하였다. DPPH 소거능 및 총 항산화 능력은 발효 후에 각 각 27.2%와 19.4% 증가하였다. 따라서 Lactobacillus sp. strain KYH를 이용하여 최적의 조건 하에 발효된 진생베리 추출물의 진세노사이드 등 생리활성 성분 변화와 증대된 항산화 활성을 확인할 수 있었다.

Abstract ▼ AI-Helper

The pharmacological effects of ginseng berry have been known to improve psychological function, immune activities, cardiovascular conditions, and certain cancers. It is also known that fermentation improves the bioavailability of human beneficial natural materials. Accordingly, we investigated the optimal fermentation conditions of ginseng berry extract with strain isolated from conventional foods. We also analyzed the fermentation product and its antioxidant activity. The bacterium isolated from fermented kimchi was identified as Lactobacillus sp. strain KYH. To optimize the process, fermentation was performed in a 5 L fermenter containing 3 L of ginseng berry extract at 200 rpm for 72 hr. Under optimized conditions, batch and fed-batch fermentations were performed. After fermentation, organic acids, amino acids, sugars, ginsenosides, and antioxidant activity were evaluated. The optimum fermentation conditions were determined as pH 7.0 and a temperature of $30^{\circ}C$, respectively. After fermentation, the amounts and compositions of organic acids, amino acids, sugars, ginsenosides, and antioxidant activity were altered. In comparing the distribution of ginsenosides with that before fermentation, the ginsenoside Re was a major product. However, amounts of ginsenosides Rb1, Rc, and Rd were reduced, whereas amounts of ginsenosides Rh1 and Rh2 increased. Total phenol content increased to 43.8%, whereas flavonoid content decreased to 19.8%. The DPPH radical scavenging activity and total antioxidant activity increased to 27.2 and 19.4%, respectively.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

Microbacterium, Aspergillus, Acremonium 속 등 다양한 균주나 프로바이오틱 균주를 이용하여 인삼의 생물 전환에 대한 논문들이 발표되고 있으나(Cheng LQ et al 2008; Chi h & Ji GE 2005; Lu ZQ et al 2008), 진생베리를 이용한 연구들은 미비한 실정이다(Lee BH et al 2006). 따라서 본 연구에서는 김치로부터 적합한 생체친화성 균주를 선발하고, 최적의 진생베리 발효조건을 구축하고자 하였으며, 선발된 균주 Lactobacillus sp. strain KYH를 이용하여 최적의 조건 하에 발효 전후의 진생베리 추출물의 진세노사이드 등의 성분 분석과 항산화 활성을 비교하였다.

제안 방법

, Korea)에서 121℃로 15 min 멸균시켰다. 먼저 발효 최적 온도 조건을 찾기 위해서는 무균 작업대에서 멸균된 배지에 전날 계대 배양하여 균주가 활성화 된 배양액 2%를 옮겨 진탕 배양기를 이용하여 20℃, 25℃, 30℃, 35℃, 40℃ 조건에서 100 rpm으로 12 hr 배양하였다. 배양을 하는 동안 1 hr 단위로 sampling을 하여 균체의 증식을 측정하였다.
배양을 하는 동안 1 hr 단위로 sampling을 하여 균체의 증식을 측정하였다. 발효 최적 pH 조건을 찾기 위해서는 pH를 3, 4, 5, 6, 7로 조절하고, 전날에 계대 배양하여 균주가 활성화된 배양액 2%를 접종하였으며 30℃, 100 rpm으로 12 hr 배양하였다. 배양을 하는 동안 1 hr 단위로 sampling을 하여 균체의 증식을 측정하였다.
증식 후에 반복적으로 같은 배지에 3∼4차례 계대배양하였다. 진생베리 발효 균주는 MMY2S5GB 배지에서 최적의 증식 및 발효 특성을 나타내는 균주를 최종적으로 선택하였다. 동정 전의 균주는 KYH로 명기하였다.

대상 데이터

진생베리 원료는 백년 에프엔지사(Geunsan, Chungnam, Korea)로부터 페이스트 상태로 공급되었고, 실험을 수행하기 전까지 냉동하여 보관하였다. 실험에 사용된 발효 균주는 금산군 추부면에 소재하고 있는 식품점에서 구입한 발효 김치에서 분리되었다. 김치는 아이스박스를 이용하여 실험실로 옮기고, 실험을 수행하기 전까지 냉장고에 보관하였다.
진생베리 원료는 백년 에프엔지사(Geunsan, Chungnam, Korea)로부터 페이스트 상태로 공급되었고, 실험을 수행하기 전까지 냉동하여 보관하였다. 실험에 사용된 발효 균주는 금산군 추부면에 소재하고 있는 식품점에서 구입한 발효 김치에서 분리되었다.

이론/모형

진세노사이드를 분리 및 정량하기 위해서 TLC-densitometry 법을 이용하였다(Corthout J et al 1999). 표준 진세노사이드 Re, Rd 및 Rg1들은 Chromadex Co.

성능/효과

따라서 Lactobacillus sp. strain KYH에 의한 진생베리 발효의 최적 조건으로는 30℃, pH 7인 것으로 확인할 수 있었다.
5B). 따라서 본 연구 결과는 총 페놀 화합물의 함량은 약 44% 정도 증가하였고, 총 플라보노이드의 함량은 약 20% 정도 감소하였다. Kang BH 등(2013)와 Lee KS 등(2010)의 연구결과는 인삼 및 홍삼 추출물의 총 페놀 함량은 발효 후에 약간 감소되었고, 총 플라보노이드 함량은 발효 후에 증가된다고 보고하였다.
진세노사이드 Re는 발효에 상관없이 가장 많은 함량을 보였으나, 발효 전 진생베리 추출물에는 발효 후 진생베리 추출물보다 진세노사이드 Rb1, Rc, Rd의 함량이 많았다. 반면에 진생베리 발효 후 추출물에는 진생베리 발효 전 추출물에서 확인되지 않았던 진세노사이드 Rh1와 Rh2가 확인되었다. 이는 진세노사이드 Re는 Rg2로 진세노사이드 Rg1은 Rh1으로 생물전환이 된 것으로 보여진다(Kim SJ et al 2013; Quan LH et al 2012; Stritularak B et al 2009).

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	인삼이란 무엇인가?	A. Meyer)은 두릅나무과(Araliaceae)에 속하며, 느리게 자라는 다년생초로서 한국, 중국, 일본 등지에서 수 천년동안 사용되어온 약초이다(Wang CZ & Yuan CS 2008). 인삼의 대표적 약효성분은 진세노사이드(ginsenoside, ginseng+glycoside)로서 다른 식물에서 발견되는 사포닌과 다른 독특한 구조 및 활성을 가지는 것으로 알려져 있다(Choi KT 2008).
	발효의 배양온도가 대사물질 생산 속도에 영향을 미치는 이유는 무엇인가?	발효의 배양온도는 대사물질 생산 속도에 크게 영향을 미친다. 발효 온도가 증가함에 따라서 균체량 생산 수율이 떨어지는데, 이는 대사 유지를 위한 에너지가 소비되기 때문이다(Wang DIC et al 1979). Lactobacillus sp.
	진세노사이드의 생리 활성은 무엇인가?	인삼의 대표적 약효성분은 진세노사이드(ginsenoside, ginseng+glycoside)로서 다른 식물에서 발견되는 사포닌과 다른 독특한 구조 및 활성을 가지는 것으로 알려져 있다(Choi KT 2008). 진세노사이드들은 인삼의 모든 부위에 존재하며, 항산화, 항암, 항염증, 항바이러스, 기억력 개선, 신경조절, 간 보호, 혈당 저하, 지방 흡수 조절작용, 성기능 개선 등 약 30 여종 이상의 다양한 생리활성을 갖는 것으로 보고되어 왔다(Qi LW et al 2011; Attele AS et al 1999; Lee SY et al 2010; Wang CZ et al 2006; Attele AS et al 2002).

참고문헌 (49)

Amidon GL, Lennernas H, Shah VP, Crison JR (1995) A theoretical basis for a biopharmaceutics drug classification: The correlation of in vitro drug product dissolution and in vivo bioavailability. Pharm Res 12: 413-420.

상세보기
Ando T, Tanaka O, Shibata S (1980) Preparation of anti-lipolytic substance from Panax ginseng. Planta Med 38: 18-23.

상세보기
Attele AS, Wu CS, Yuan JA (1999) Multiple pharmacological effects of ginseng. Biochem Pharmacol 58: 1685-1693.

상세보기
Attele AS, Zhou YP, Xie JT, Wu IA, Zhang L, Dey L, Pugh W, Rue PA, Polonsky KS, Yuan CS (2002) Antidiabetic effects of Panax ginseng berry extract and the identification of an effective component. Diabetes 51: 1851-1858.

상세보기
Blois MS (2004) Antioxidant determinations by the use of a stable free radical. Nature 18: 1000.
Brand JG, Bryant BP (1994) Receptor mechanisms for flavour stimuli. Food Qual Prefer 5: 31-40.

상세보기
Calkins CR, Hodgen JM (2007) A flesh look at meat flavor. Meat Sci 77: 63-80.

상세보기
Chen GT, Tang M, Song Y, Lu ZQ, Zhang JQ, Huang HL, Wu LJ, Guo DA (2008) Microbial transformation of ginsenoside Rb1 by Acremonium strictum. Applied Microbial Biotechnol 77: 1345-1350.

상세보기
Cheng LG, Na JR, Bang MH, Kim MK, Yang DC (2008) Conversion of major ginsenoside Rb1 to 20(S)-ginsenoside Rg3 by Microbacterium sp. GS514. Phytochemistry 69: 218-224.

상세보기
Chi H, Ji GE (2005) Transformation of ginsenosides Rb1 and Re from Panax ginseng by food microorganisms. Biotechnology Letters 27: 765-771.

상세보기
Choi KT (2008) Botanical characteristics, pharmacological effects and medicinal components of Korean Panax ginseng CA Meyer. Acta Pharmacol Sinica 29: 1109-1118.

상세보기
Corthout J, Naessens T, Apers S, Vlietinck AJ (1999) Quantitative determination of ginsenosides from Panax ginseng roots and ginseng preparations by thin layer chromatography densitometry. J Pharm Biomed Anal 21: 187-192.

상세보기
Dewanto V, Wu X, Adom KK, Liu RH (2002) Thermal processing enhances the nutritional values of tomatoes by increasing total antioxidant activity. J Agri Food Chem 50: 3010-3014.

상세보기
Dey L, Xie JT, Wang A, Wu J, Maleckar SA, Yuan C (2003) Antihyperglycemic effects of ginseng: Comparison between root and berry. Phytomedicince 10: 600-605.

상세보기
Huang YC, Chen CT, Chen SC, Laing PH, Chang Y, Yu LC, Sung HW (2005) A natural compound (ginsenoside Re) isolated from Panax ginseng as a novel angiogenic agent for tissue regeneration. Pharmaceutical Research 22: 636-645.

상세보기
Hubert J, Berger M, Nepveu F, Paul F, Dayde J (2008) Effects of fermentation on the phytochemical composition and antioxidant properties of soy germ. Food Chem 109: 709-721.

상세보기
Jeon JM, Choi SK, Kim YJ, Jang SJ, Cheon JW, Lee HS (2011) Antioxidant and antiaging effect of ginseng berry extract fermented by lactic acid bacteria. J Soc Cosmet 37: 75-81.
Kang BH, Lee KJ, Hur SS, Lee DS, Lee SH, Shin KS, Lee JM (2013) Ginsenoside derivatives and quality characteristics of fermented ginseng using lactic acid bacteria. Korean J Food Preserv 20: 578-582.
Katina K, Liukkonen KH, Kaukovirta-Norja A, Adlercreutz H, Heinonen SM, Lampi AM (2007) Fermentation induced changes in the nutritional value of native or germinated rye. J Cereal Sci 46: 348-355.

상세보기
Kim EY, Baik IH, Kim JH, Kim SR, Rhyu MR (2004) Screening of the antioxidant activity of some medicinal plants. Kor J Sci Technol 36: 333-338.
Kim HB, Lim KH, Kang CW, Kim BS, Roh YS, Kwon J, Kim S, Ejaz S, Kim JH (2011) Influence of ginsenoside-Re against myocardial infarction in isolated heart. Mol Cell Toxicol 7: 15-24.

원문보기 상세보기
Kim SJ, Kim JD, Ko SK (2013) Changes in ginsenoside composition of ginseng berry extracts after a microwave and vinegar process. J Ginseng Res 37: 269-272.

원문보기 상세보기
Kim ST, Kim HJ, Jang SK, Lee DI, Joo SS (2013) Establishment of optimal fermentation conditions for steam dried ginseng berry via friendly bacteria and its antioxidant activities. J Food Sci 45: 77-83.
Lee AR, Park JH (2015) Antioxidant and hepatoprotective effects of hydroponic cultured ginseng folium by fermentation. Kor J Herbol 30: 101-108.

원문보기 상세보기
Lee BH, You HJ, Park MS, Kwon B, Ji GE (2006) Transformation of the glycosides from food materials by probiotics and food microorganisms. J Microbiol Biotechnol 16: 497-504.

원문보기 상세보기
Lee JS, Kim GN, Jang HD (2008) Effect of red ginseng extract on storage and antioxidant activity of tofu. J Korean Soc Food Sci Nutr 37: 1497-1506.

원문보기 상세보기
Lee KS, Seong BJ, Kim KH, Kim SI, Han SH, Kim HH, Baik ND (2010) Ginsenoside, phenolic acid composition and physiological significances of fermented ginseng leaf. J Kor Soc Food Sci Nutr 39: 1194-1200.

원문보기 상세보기
Lee KW, Jung SY, Choi SM, Yang EJ (2012) Effects of ginsenoside Re on LPS-induced inflammatory mediators in BV2 microglial cells. BMC Complementary and Alternative Medicine 12: 196-203.

상세보기
Lee SY, Kim YK, Park NI, Kim CS, Lee CY, Park SU (2010) Chemical constituents and biological activities of the berry of Panax ginseng. J Med Plant Res 4: 349-353.
Lee YJ, Jin YR, Urn WC, Ji SM, Cho JY, Ban JJ, Lee SK (2003) Ginsenoside Rc and Re stimulate c-Fos expression in MCF-7 human breast carcinoma cells. Arch Pharm Res 26: 53-57.

원문보기 상세보기
Lim KH, Lim DJ, Kim JH (2013) Ginsenoside Re ameliorates ischemia and reperfusion injury in the heart: A hemodynamics approach. J Ginseng Res 37: 283-292.

원문보기 상세보기
Liyana PCM, Shahidi F (2006) Importance of insoluble bound phenolics to antioxidant properties of wheat. J Agri food Chem 54: 1256-1264.

상세보기
Miller NJ, Davis MJ, Copinaththan V, Milner A (1993) A novel method for measuring antioxidant capacity and its application to monitoring the antioxidant status in premature neonates. Clinical Science 26: 265-277.
Park EY, Kim HJ, Kim YK, Park SU, Choi JE, Cha JY, Jun HS (2012) Increase in insulin secretion induced by Panax ginseng berry extracts contributes to the amelioration of hyperglycemia in streptozotocin induced diabetic mice. J Ginseng Res 36: 153-160.

원문보기 상세보기
Park YS, Jang HG (2003) Evaluation of physiological activity and lactic acid fermentation of Rubus Coreanus Miq. J Kor Soc Agric Chem Biotechnol 46: 367.
Pitchumoni SS, Doraiswamy PM (1998) Current status of antioxidant therapy for Alzheimer's disease. J Am Geriatr Soc 46: 1566-1572.

상세보기
Qi LW, Wang CZ, Yuan CS (2011) Ginsenosides from American ginseng: Chemical and pharmacological diversity. Phytochemistry 72: 689-99.

상세보기
Quan LH, Min JW, Sathiyamoorthy S, Yang DU, Kim YJ, Yang DC (2012) Biotransformation of ginsenosides Re and Rg1 into ginsenosides Rg2 and Rh1 by recombinant glucosidase. Biotechnol Lett 34: 913-917.

상세보기
Rajan KN, Rajendan AD (2009) Effect of fermentation parameters on extra cellular tannase production by Lactobacillus plantarum MTCC 1407. E J Chemistry 6: 979.
Saleh ES, Hameed A (2008) Total phenolic contents and free radical scavenging of certain Egyptian ficus species leaf samples. Food Chem 114: 1271-1277.
Shin JH, Yoo SK (2012) Antioxidant properties in microbial fermentation products of Lonicera japonica Thunb extract. J East Asian Soc Dietary Life 22: 98-102.
Sritularak B, Morinaga O, Yuan CS, Shoyama Y, Tanaka H (2009) Quantitative analysis of ginsenosides Rb1, Rg1, and Re in American ginseng berry and flower samples by ELISA using monoclonal antibodies. J Nat Med 63: 360-363.

상세보기
Thomson JD, Higgins DG, Gibson TJ (1994) Crustal improving the sensitivity of progressive multiple sequence alignment through sequence weighting, positions specific gap penalties and weight matrix choice. Nucleic Acids Res 22: 4673-4680.
Wang CZ, Wu JA, McEntee A, Yuan CA (2006) Saponins composition in American ginseng leaf and berry assayed by high performance liquid chromatography. J Agric Food Chem 54: 2261-2266.

상세보기
Wang CZ, Yuan CS (2008) Potential role of ginseng in the treatment of colorectal cancer. Am J Chin Med 36: 1019-1028.

상세보기
Wang CZ, Zhang B, Song WX, Ni M, Luo X, Aung HH, Xie JT, Robin T, Tong CH, Yuan CH (2006) Steamed American ginseng berry: Ginsenoside analyses and anticancer activities. J Agric Food Chem 54: 9936-9942.

상세보기
Wang DIC, Cooney CL, Demain AL, Dunnill P, Humphrey AE, Lilly MD (1979) Fermentation and Enzyme Technology. John Wiley & Sons. USA. 6: 87-90.
Xie JT, Du GJ, McEntee E, Aung HH, He H, Mehendale SR, Wang CZ, Yuan CS (2011) Effects of triterpenoid glycosides from fresh ginseng berry on SW480 human colorectal cancer cell line. Cancer Res Treat 43: 49-55.

상세보기
Xie JT, Wang CZ, Ni M, Wu JA, Mehendale SR, Aung HH, Foo A, Yuan CS (2007) American ginseng berry juice intake reduces blood glucose and body weight in ob/ob mice. J Food Sci 72: 590-594.

상세보기

저자의 다른 논문 :

LOADING...

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format