Background: This study examined the use of new bio-materials with enhanced value and functionality, which were derived from fermented wild ginseng cultures. Methods and Results: To examine the antioxidant activity associated with biological functions, radical scavenging analyses (2,2-diphenyl-1-picr...
Background: This study examined the use of new bio-materials with enhanced value and functionality, which were derived from fermented wild ginseng cultures. Methods and Results: To examine the antioxidant activity associated with biological functions, radical scavenging analyses (2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl, DPPH and 2,2'-azino-bis-3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid, ABTS) and superoxide dismutase (SOD)-like activity analyses were conducted. Furthermore, the total phenolic and flavonoid contents of wild ginseng fermented with microorganisms (Leuconostoc mesenteroides, Bacillus circulans, Bacillus licheniformis and B. subtilis subsp. inaquosorum) were evaluated to determine the antioxidant activity increment. Regarding ginseng fermented with B. licheniformis, values of $70.6{\pm}1.4%$, $44.3{\pm}1.7%$, and $88.4{\pm}1.3%$ were measured using DPPH, ABTS, and SOD-like antioxdiant activity analyses, respectively. The total phenolic content in ginseng fermented with B. licheniformis was $184.5{\pm}0.9{\mu}g{\cdot}GAE/m{\ell}$, and the total flavonoid contents was $108.5{\pm}1.8{\mu}g{\cdot}QE/m{\ell}$ in ginseng fermented with L. mesenteroides. Conclusions: Of the four types of lactic acid bacteria examined, the use of B. licheniformis to ferment ginseng resulted in greatest increase in antioxidant activity. Therefore, ginseng fermented by microorganisms might be used to produce functional bio-materials.
Background: This study examined the use of new bio-materials with enhanced value and functionality, which were derived from fermented wild ginseng cultures. Methods and Results: To examine the antioxidant activity associated with biological functions, radical scavenging analyses (2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl, DPPH and 2,2'-azino-bis-3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid, ABTS) and superoxide dismutase (SOD)-like activity analyses were conducted. Furthermore, the total phenolic and flavonoid contents of wild ginseng fermented with microorganisms (Leuconostoc mesenteroides, Bacillus circulans, Bacillus licheniformis and B. subtilis subsp. inaquosorum) were evaluated to determine the antioxidant activity increment. Regarding ginseng fermented with B. licheniformis, values of $70.6{\pm}1.4%$, $44.3{\pm}1.7%$, and $88.4{\pm}1.3%$ were measured using DPPH, ABTS, and SOD-like antioxdiant activity analyses, respectively. The total phenolic content in ginseng fermented with B. licheniformis was $184.5{\pm}0.9{\mu}g{\cdot}GAE/m{\ell}$, and the total flavonoid contents was $108.5{\pm}1.8{\mu}g{\cdot}QE/m{\ell}$ in ginseng fermented with L. mesenteroides. Conclusions: Of the four types of lactic acid bacteria examined, the use of B. licheniformis to ferment ginseng resulted in greatest increase in antioxidant activity. Therefore, ginseng fermented by microorganisms might be used to produce functional bio-materials.
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문제 정의
따라서 본 연구에서는 인삼 대체 소재로 주목받는 산삼배양 근의 부가가치 향상 및 기능성 증진을 위해 발효 산삼을 이용한 바이오 신소재로서의 가능성을 검정해보고자 실시하였다. 이를 위하여 일차적으로 기능성 소재 증진에 이용되는 미생물인 유산균 (Leuconostoc mesenteroides, Bacillus circulans, Bacillus licheniformis, Bacillus subtilis subsp.
제안 방법
Louis, MO, USA) 25 ㎕를 가하여 5분간 상온에서 안정화 하였다. 20% sodium carbonate (Junsei Chemical Co., Ltd., Tokyo, Japan) 200 ㎕ 를 가하고 30℃에 30분간 반응시킨 후, UV-VIS spectrophotometer를 이용하여 725 ㎚에서 흡광도를 측정하였다.
7 mM ABTS (Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA)와 2.45 mM potassium persulfate (Daejung Chemical and Metal Co., Ltd., Siheung, Korea)를 1 : 1 비율로 혼합하여 실온인 암소에서 24시간 방치 후 radical을 형성시키고, UV-VIS spectrophotometer를 이용하여 732 ㎚에서 흡광도 값이 0.70 ± 0.02이 되게 phosphate buffer saline (PBS, pH 7.4)로 희석한 후, 희석용액 990 ㎕에 시료 10 ㎕를 가하여 10분간 반응시킨 후 흡광도를 측정하였다.
ABTS radical 소거 활성을 이용한 항산화 활성은 Re 등 (1999)에 의해 실시된 ABTS+ radical cation assay 방법을 변형하여 측정하였다. 7 mM ABTS (Sigma-Aldrich, St.
DPPH radical 소거 활성은 Blois (1958)에 의해 실시된 방법을 변형하여 측정하였다. 시료 100 ㎕에 0.
SOD 유사 활성은 Marklund와 Marklund (1974)에 의해 실시된 방법을 변형하여 측정하였다. 시료 40 ㎕에 Tris-HCl buffer (50 mM Tris + 10 mM EDTA, pH 8.
각 시료 추출물의 ABTS radical 소거 활성은 대조군에 대한 ABTS radical 소거능을 백분율로 나타내었고 소거 활성 양성대조군으로는 ascorbic acid를 사용하였다.
, Waltham, MA, USA)를 이용하여 517㎚에서 흡광도를 측정하였다. 각 시료 추출물의 DPPH radical 소거 활성은 대조군에 대한 DPPH radical 소거능을 백분율로 나타내었고, 소거 활성 양성대조군으로는 ascorbic acid (Amresco LLC, Solon, OH, USA)를 사용하였다.
Louis, MO, USA) 10 ㎕ 가하여 25℃에서 10분간 반응시키고, 1 M HCl (Wako, Osaka, Japan) 10 ㎕를 가하여 반응을 정지한 후, UV-VIS spectrophotometer를 이용하여 420 ㎚에서 흡광도를 측정하였다. 각 시료 추출물의 SOD 유사 활성은 대조군에 대한 SOD 유사 활성을 백분율로 나타내었고 소거 활성 양성대조군으로는 ascorbic acid를 사용하였다.
총 플라보노이드 함량은 Moreno 등 (2000)의 방법을 변형하여 측정하였다. 시료 100 ㎕ (10 ㎎/㎖)에 80% EtOH (Daejung Chemical and Metal Co., Ltd., Siheung, Korea) 900 ㎕을 혼합하여 희석한 시료 500 ㎕에 10% aluminium nitrate (Junsei Chemical Co., Ltd., Tokyo, Japan) 100 ㎕, 1 M potassium acetate (Junsei Chemical Co., Ltd., Tokyo, Japan) 100 ㎕, 80% EtOH 4.3 ㎖를 차례로 가하고 40분간 상온에서 반응시킨 후 415 ㎚에서 흡광도를 측정하였다.
DPPH radical 소거 활성은 Blois (1958)에 의해 실시된 방법을 변형하여 측정하였다. 시료 100 ㎕에 0.2 mM DPPH 100 ㎕ (Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA)를 혼합하여 상온, 암조건에서 30분간 반응시킨 후, UV-VIS spectrophotometer (Multiskan FC Microplate Photometer, Thermo Fisher Scientific Inc., Waltham, MA, USA)를 이용하여 517㎚에서 흡광도를 측정하였다. 각 시료 추출물의 DPPH radical 소거 활성은 대조군에 대한 DPPH radical 소거능을 백분율로 나타내었고, 소거 활성 양성대조군으로는 ascorbic acid (Amresco LLC, Solon, OH, USA)를 사용하였다.
시료 추출은 Kim 등 (2008)에 의해 실시 된 방법을 변형하여 수행하였다. 시료를 5일간 동결건조한 후 막자사발을 이용해 곱게 분쇄하여 70% MeOH 용매로 3일간 상온에서 추출한 후 여과하여 감압농축 (SB1200, EYELA, Tokyo Rikakikai Co.
시료 추출은 Kim 등 (2008)에 의해 실시 된 방법을 변형하여 수행하였다. 시료를 5일간 동결건조한 후 막자사발을 이용해 곱게 분쇄하여 70% MeOH 용매로 3일간 상온에서 추출한 후 여과하여 감압농축 (SB1200, EYELA, Tokyo Rikakikai Co., Tokyo, Japan)을 실시하였다. 완전하게 농축된 플라스크에 100% MeOH 용매를 넣고 시료와 용매가 잘 섞일 때까지 vortexing한 후 15분간 초음파 추출하였다.
실험에 사용된 식물재료는 양구에서 채취한 35년근 야생토종산삼을 수세한 후 기내도입을 하였다. 증류수 1 ℓ, SH (Schenk and Hildebrandt, 1972; Duchefa Biochemie, Haarlem, Netherlands) medium 3 ㎎/ℓ, sucrose 30 g/ℓ, indole-3- butyric acid (IBA, Duchefa Biochemie, Haarlem, Netherlands) 2 ㎎/ℓ 조성 배지에 plant agar (Duchefa Biochemie, Haarlem, Netherlands) 10 g/ℓ를 이용하여 만들어진 고체배지에 수세한 산삼을 얇게 잘라 넣어 부정근을 유도하였고, 유도된 부정근을 250 ㎖ 삼각플라스크에 0.5 - 1.0 ㎝로 잘라 접종하여 배양 증식시킨 후, 생물반응기로 옮겨 7주간 대량증식 시킨 후 재료로 사용하였다.
총 페놀 함량은 Taga 등 (1984)에 의해 실시된 FolinCiocalteu 방법을 변형하여 측정하였다. 시료 13 ㎕ (10 ㎎/㎖) 에 Folin-Ciocalteu reagent (Sigma-Aldrich, St.
총 플라보노이드 함량은 Moreno 등 (2000)의 방법을 변형하여 측정하였다. 시료 100 ㎕ (10 ㎎/㎖)에 80% EtOH (Daejung Chemical and Metal Co.
inaquosorum)을 이용하여 실험하였다. 효능이 검증된 자연산 산삼 뿌리조직을 무균상태로 기내도입 한 후 생물반응기를 통하여 배양한 산삼배양근에 미생물을 이용하여 발효처리한 후 다양한 생리 활성의 차이를 확인하였다.
대상 데이터
실험에 사용된 식물재료는 양구에서 채취한 35년근 야생토종산삼을 수세한 후 기내도입을 하였다. 증류수 1 ℓ, SH (Schenk and Hildebrandt, 1972; Duchefa Biochemie, Haarlem, Netherlands) medium 3 ㎎/ℓ, sucrose 30 g/ℓ, indole-3- butyric acid (IBA, Duchefa Biochemie, Haarlem, Netherlands) 2 ㎎/ℓ 조성 배지에 plant agar (Duchefa Biochemie, Haarlem, Netherlands) 10 g/ℓ를 이용하여 만들어진 고체배지에 수세한 산삼을 얇게 잘라 넣어 부정근을 유도하였고, 유도된 부정근을 250 ㎖ 삼각플라스크에 0.
따라서 본 연구에서는 인삼 대체 소재로 주목받는 산삼배양 근의 부가가치 향상 및 기능성 증진을 위해 발효 산삼을 이용한 바이오 신소재로서의 가능성을 검정해보고자 실시하였다. 이를 위하여 일차적으로 기능성 소재 증진에 이용되는 미생물인 유산균 (Leuconostoc mesenteroides, Bacillus circulans, Bacillus licheniformis, Bacillus subtilis subsp. inaquosorum)을 이용하여 실험하였다. 효능이 검증된 자연산 산삼 뿌리조직을 무균상태로 기내도입 한 후 생물반응기를 통하여 배양한 산삼배양근에 미생물을 이용하여 발효처리한 후 다양한 생리 활성의 차이를 확인하였다.
데이터처리
통계처리는 Statistical analysis system (SAS 9.2, SAS Institute Inc., Cary, NC, USA)을 이용하여 Duncan’s Multiple Range Test (DMRT)로 유의성을 검증하였고, 통계적 유의성을 5% 수준에서 분석하였다.
성능/효과
10 ㎎/㎖ 농도에서 B. licheniformis가 88.4 ± 1.3%로 가장 높은 활성을 나타내었으며, L. mesenteroides 71.0 ± 3.6%, B. subtilis subsp.
inaquosorum 101.5 ± 2.9 ㎍ • QE/㎖, B. circulans 76.3 ± 0.7 ㎍ • QE/㎖, B. licheniformis 72.8 ± 2.7 ㎍ • QE/㎖, 산삼배양근 17.1 ± 1.3 ㎍ • QE/㎖ 순으로 나타났다.
대조구인 산삼배양근은 56.4 ± 4.2 ㎍ • GAE/㎖로 측정되어서, 유산균으로 발효시킨 산삼보다 총 페놀 함량이 현저히 낮은 것으로 나타났다 (Table 1).
발효산삼배양근과 산삼배양근의 ABTS radical 소거 활성과의 상관관계를 SAS program으로 분석한 결과, Fig. 2에서와 같이 유의성이 인정되는 것으로 나타났다. 산삼배양근과 미생물 이용발효 산삼배양근 처리구의 ABTS radical 소거 활성은 1 ㎎/㎖ 농도에서 B.
발효산삼배양근과 산삼배양근의 DPPH radical 소거 활성과의 상관관계를 SAS program으로 분석한 결과, Fig. 1에서와 같이 유의성이 인정되는 것으로 나타났다. 산삼배양근과 미생물 이용 발효 산삼배양근 처리구의 DPPH free radical 소거 활성은 1 ㎎/㎖ 농도에서 B.
또 재배삼보다는 장뇌삼 추출물에서 ABTS 소거 활성이 더 높은 것으로 보고되었고, 이는 Jang 등 (2008)의 연구결과와 일치하는 것으로 나타났다. 본 연구에서 DPPH와 ABTS 소거능 방법에 의한 샘플간의 항산화능 차이는 별로 크지 않았으나, B. licheniformis로 발효된 산삼의 경우 DPPH에서는 높은 항상화능을 보였으나, ABTS에서는 DPPH 결과와 비교하면 다소 낮은 항산화능으로 조사되었다. 이러한 결과는 ABTS가 과산화수소에 특이적으로 반응하여 나타나지만, DPPH는 더 넓은 활성산소종과의 반응 때문에 약간의 차이를 보인 것으로 사료된다.
산삼배양근과 미생물 이용 발효 산삼배양근 처리구의 DPPH free radical 소거 활성은 1 ㎎/㎖ 농도에서 B. licheniformis가 70.6 ± 1.4%로 가장 높은 활성을 나타내었으며, L. mesenteroides 47.1 ± 1.2%, B. circulans 40.1 ± 1.9%, B. subtilis subsp.
산삼배양근과 미생물 이용 발효 산삼배양근 처리구의 SOD 유사활성은 SAS program으로 분석한 결과, Fig. 3에서와 같이 유의성이 인정되는 것으로 나타났다. 10 ㎎/㎖ 농도에서 B.
산삼배양근과 미생물 이용 발효 산삼배양근 처리구의 총 페놀 함량은 B. licheniformis로 발효시킨 산삼에서 184.5 ± 0.9 ㎍ • GAE/㎖로 가장 높은 함량을 나타내었다.
, 2010). 이 보고에서는 물 보다는 에탄올 추출물에서 더 높은 항산화력을 나타내었다. 또 재배삼보다는 장뇌삼 추출물에서 ABTS 소거 활성이 더 높은 것으로 보고되었고, 이는 Jang 등 (2008)의 연구결과와 일치하는 것으로 나타났다.
후속연구
본 연구 결과에 따라, 실험재료에 사용된 미생물 균주 이용 발효 산삼배양근의 항산화력 증진은 대조구인 산삼배양근에 비해 높다고 인정되어, 산삼배양근의 기능성 소재 연구에 중요한 요소가 될 수 있을 것으로 판단된다. 또한 이러한 기능성이 높은 미생물 이용 발효 산삼배양근은 산업적 활용이 가능하므로, 식품가공, 건강기능식품 및 화장품 등의 원료로 다양하게 이용될 수 있을 것으로 사료된다.
본 연구 결과에 따라, 실험재료에 사용된 미생물 균주 이용 발효 산삼배양근의 항산화력 증진은 대조구인 산삼배양근에 비해 높다고 인정되어, 산삼배양근의 기능성 소재 연구에 중요한 요소가 될 수 있을 것으로 판단된다. 또한 이러한 기능성이 높은 미생물 이용 발효 산삼배양근은 산업적 활용이 가능하므로, 식품가공, 건강기능식품 및 화장품 등의 원료로 다양하게 이용될 수 있을 것으로 사료된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
생물반응기를 이용해 대량 증식한 산삼배양근은 어떤 장점을 지니는가?
0 ㎎/ℓ kinetine를 첨가한 Murashige and Skoog (MS) 배지에 접종하여 캘러스를 유도한 후, 5 ㎎/ℓ indole-3-butyric acid (IBA)가 첨가된 Schenk and Hildebrandt (SH) 배지가 담긴 생물반응기를 이용하여 산삼 부정근 생산이 가능해졌다 (Lee, 2007). 이러한 생물공학 기법으로 배양된 산삼은 유전적 조성도 안정적이고, 특이적 유효물질인 ginsenoside 생산 수율도 높은 것으로 보고되었다 (Shin et al., 2010). 산삼 배양근은 인삼과 비교하면 사포닌 및 Rh2, Rg3, Rb1, Rh1, Rg1, Rg2, Re, Rf 등 다양한 성분을 더 많이 함유하고 있어서 화장품과 건강기능식품의 원료로 이용되고 있다 (Park et al.
생물반응기를 이용한 산삼배양근의 대량 증식 기술은 어떤 방식으로 이루어지는가?
산삼의 제한적 생산과 고가 비용 문제로 인해 생물공학적 기법인 식물조직배양기술과 대용량 생물반응기 (bioreactor)를 이용한 산삼배양근의 대량 증식 기술이 발달되었다. 산삼배양근의 대량증식은 산삼 뿌리를 1.0 ㎎/ℓ 2,4-dichorophenoxyacetic acid (2,4-D)와 1.0 ㎎/ℓ kinetine를 첨가한 Murashige and Skoog (MS) 배지에 접종하여 캘러스를 유도한 후, 5 ㎎/ℓ indole-3-butyric acid (IBA)가 첨가된 Schenk and Hildebrandt (SH) 배지가 담긴 생물반응기를 이용하여 산삼 부정근 생산이 가능해졌다 (Lee, 2007). 이러한 생물공학 기법으로 배양된 산삼은 유전적 조성도 안정적이고, 특이적 유효물질인 ginsenoside 생산 수율도 높은 것으로 보고되었다 (Shin et al.
산삼은 무엇인가?
산삼은 두릅나무과에 속하는 다년생 초본으로서 인삼 (Panax ginseng C. A. Meyer)이 야생에서 자연적으로 발아하여 성장한 삼을 말한다 (Shin et al., 2001).
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