Bacillus subtilis 균주를 이용하여 뽕잎을 발효하고, 발효과정 중 성분 변화와 단백질의 변화, 항산화 활성을 측정하였다. 뽕잎의 조단백 함량은 21.40%, 구성아미노산은 105.06 mg/g으로 측정되었으며, 그중 주된 아미노산은 aspartic acid와 glutamic acid였다. 뽕잎 발효 36시간 후 B. subtilis의 생균수는 9.49 log CFU/mL였으며, protease의 활성은 발효가 진행될수록 증가하여 발효 120시간에는 97.45 units/mL로, 뽕잎의 환경에서 B. subtilis의 생육이 우수하였다. 2DE 실험 결과 발효 전 관찰되던 단백질 spot이 발효 후 분해된 것을 확인하였다. 총 유리아미노산은 발효 전($486.91{\mu}g/g$)보다 발효 후($644.35{\mu}g/g$) 증가하였으며, 특히 alanine, isoleucine, leucine, valine의 함량이 3배 이상 증가한 것으로 나타났다. DPPH radical scavenging activity는 발효 전 25.93%에서 발효 후 73.22%로 증가하였다.
Bacillus subtilis 균주를 이용하여 뽕잎을 발효하고, 발효과정 중 성분 변화와 단백질의 변화, 항산화 활성을 측정하였다. 뽕잎의 조단백 함량은 21.40%, 구성아미노산은 105.06 mg/g으로 측정되었으며, 그중 주된 아미노산은 aspartic acid와 glutamic acid였다. 뽕잎 발효 36시간 후 B. subtilis의 생균수는 9.49 log CFU/mL였으며, protease의 활성은 발효가 진행될수록 증가하여 발효 120시간에는 97.45 units/mL로, 뽕잎의 환경에서 B. subtilis의 생육이 우수하였다. 2DE 실험 결과 발효 전 관찰되던 단백질 spot이 발효 후 분해된 것을 확인하였다. 총 유리아미노산은 발효 전($486.91{\mu}g/g$)보다 발효 후($644.35{\mu}g/g$) 증가하였으며, 특히 alanine, isoleucine, leucine, valine의 함량이 3배 이상 증가한 것으로 나타났다. DPPH radical scavenging activity는 발효 전 25.93%에서 발효 후 73.22%로 증가하였다.
This study was performed to evaluate the characterization of fermented mulberry leaf using Bacillus subtilis by focusing on protein degradation and antioxidant activity. The crude protein and total amino acid compositions of mulberry leaf were 21.40% (w/w) and 105.06 mg/g, respectively. The pH level...
This study was performed to evaluate the characterization of fermented mulberry leaf using Bacillus subtilis by focusing on protein degradation and antioxidant activity. The crude protein and total amino acid compositions of mulberry leaf were 21.40% (w/w) and 105.06 mg/g, respectively. The pH level decreased sharply in mulberry leaf extracts fermented using B. subtilis, in accordance with an increase in bacteria cell populations (9.49 log CFU/mL) during 36 h of fermentation. The protease activity of mulberry leaf increased to 97.45 units/mL after 5 days of fermentation. After fermentation, free amino acid contents in fermented mulberry leaf increased from $486.91{\mu}g/g$ to $644.35{\mu}g/g$ due to considerable elevation of isoleucine (6-fold), alanine (4.67-fold), leucine (4.52-fold), and valine (4.21-fold). The DPPH radical scavenging activity of fermented mulberry leaf also increased from 25.93% to 73.22% after 5 days of fermentation. These results suggest that mulberry leaf fermentation using B. subtilis can improve nutritional quality and antioxidant activity.
This study was performed to evaluate the characterization of fermented mulberry leaf using Bacillus subtilis by focusing on protein degradation and antioxidant activity. The crude protein and total amino acid compositions of mulberry leaf were 21.40% (w/w) and 105.06 mg/g, respectively. The pH level decreased sharply in mulberry leaf extracts fermented using B. subtilis, in accordance with an increase in bacteria cell populations (9.49 log CFU/mL) during 36 h of fermentation. The protease activity of mulberry leaf increased to 97.45 units/mL after 5 days of fermentation. After fermentation, free amino acid contents in fermented mulberry leaf increased from $486.91{\mu}g/g$ to $644.35{\mu}g/g$ due to considerable elevation of isoleucine (6-fold), alanine (4.67-fold), leucine (4.52-fold), and valine (4.21-fold). The DPPH radical scavenging activity of fermented mulberry leaf also increased from 25.93% to 73.22% after 5 days of fermentation. These results suggest that mulberry leaf fermentation using B. subtilis can improve nutritional quality and antioxidant activity.
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문제 정의
본 연구에서는 뽕잎 추출물에 Bacillus subtilis를 접종하여 발효시킨 후 단백질 및 아미노산의 변화를 관찰하였으며, 항산화 활성 측정을 통해 발효 뽕잎의 활용 가능성을 검토하고자 한다.
제안 방법
Bacillus subtilis 균주를 이용하여 뽕잎을 발효하고, 발효과정 중 성분 변화와 단백질의 변화, 항산화 활성을 측정하였다. 뽕잎의 조단백 함량은 21.
B. subtilis 균주를 이용하여 뽕잎을 발효했을 때의 항산화 활성을 확인하기 위해 DPPH 라디칼 소거 활성(%)을 측정하였다(Fig. 5).
subtilis 3%(v/v)를 접종하였다. 발효는 5일간 진행하였으며 0, 12, 24, 36, 48, 72, 120시간마다 시료를 채취하여 -20°C에 보관하며 실험에 사용하였다.
발효에 의한 단백질 변화 패턴을 알아보기 위해 2DE 분석을 시행하였고, 그 결과를 Fig. 3에 나타내었다.
대상 데이터
실험에 사용된 뽕잎은 전라남도 화순에서 2015년 재배한 것을 사용하였으며, 열풍 건조한 후 분쇄하여 실험에 사용하였다. 발효에 사용된 Bacillus subtilis는 한국생물자원센터(KCTC, Jeongeup, Korea)에서 동결 건조된 형태로 분양받아 nutrient broth(Difco, Sparks, MD, USA)를 배지로 사용하여 30°C의 진탕배양기에서 150 rpm, 48시간 전배양을 실시한 후 실험에 사용하였다. 뽕잎 발효는 뽕잎 건조물 50 g에 20배의 증류수를 첨가하여 추출물을 제조한 후 배양된 B.
실험에 사용된 뽕잎은 전라남도 화순에서 2015년 재배한 것을 사용하였으며, 열풍 건조한 후 분쇄하여 실험에 사용하였다. 발효에 사용된 Bacillus subtilis는 한국생물자원센터(KCTC, Jeongeup, Korea)에서 동결 건조된 형태로 분양받아 nutrient broth(Difco, Sparks, MD, USA)를 배지로 사용하여 30°C의 진탕배양기에서 150 rpm, 48시간 전배양을 실시한 후 실험에 사용하였다.
데이터처리
실험은 3회 반복하여 실시하였고 결과는 평균에 대한 표준편차로 나타내었다. 유의성 검증은 SPSS 21.0(SPSS Inc., Chicago, IL, USA) 통계 프로그램을 이용하여 일원배치 분산분석을 하고 Duncan의 다중검정(Duncan’s multiple range test)을 통해 95% 신뢰 수준에서 유의성 검증을 시행하였다.
이론/모형
2DE는 Park 등(31)의 방법을 이용하여 측정하였다. 즉 sample buffer(7 M urea, 2 M thiourea, 4.
DPPH 라디칼 소거 활성 측정은 Blois(32)의 방법에 따라 시료 추출물 0.4 mL에 0.4 mM DPPH 용액 1.6 mL를 가하여 10분간 방치 후 525 nm에서 흡광도를 측정하였으며, 100－[(OD of sample/ OD of control)×100]에 의하여 활성도를 산출하였다. 대조구로는 ascorbic acid를 100 ppm으로 희석하여 사용하였다.
뽕잎의 일반성분 분석은 동결 건조된 시료를 사용하였으며, AOAC(Association of Official Analytical Chemists)법(29)에 따라 조회분, 조단백, 조섬유, 조지방을 분석하였다.
성능/효과
B. subtilis 균주를 이용하여 5일간 발효한 결과 총 유리아미노산의 함량은 644.35 μg/g으로 증가하였다. 특히 isoleucine의 경우 발효 후 38.
4에 나타내었다. 측정된 유리아미노산은 alanine, aspartic acid, glutamic acid, isoleucine, leucine, phenylalanine, pro-line, serine, tyrosine, valine으로 총 10종이었으며, 발효 전 뽕잎의 총 유리아미노산 함량은 486.91 μg/g이었다. Glutamic acid의 함량이 230.
35 μg/g으로 증가하였다. 특히 isoleucine의 경우 발효 후 38.31 μg/g으로 발효 전과 비교하여 약 6.26배가 증가하였고, alanine, leucine, valine의 함량도 발효 전과 비교하여 각각 4.67배, 4.52배, 4.21배로 큰 폭으로 증가한 것을 확인할 수 있었다. 일반적으로 식품 발효에 사용되는 Bacillus 및 Aspergillus는 식품 내의 단백질을 분해시키기 위해 강력한 단백질 분해효소를 생성하고 단백질을 분해하는 것으로 알려져 있다(40,41).
후속연구
본 연구에서 B. subtilis를 이용하여 뽕잎을 발효할 경우 가장 높은 생균수를 보인 시간은 36시간이었으나, 항산화 활성은 발효 72시간까지 증가하는 모습을 보였으므로 최적 발효 시점은 72시간으로 생각되지만, 최적 발효 시점에 대해서는 발효조건에 따른 추가연구가 진행되어야 할 것으로 생각한다. 또한, B.
또한, B. subtilis를 이용한 뽕잎 단백질의 효소적 가수분해 과정에서 생성되는 저분자 펩티드에 관한 연구는 거의 없는 실정으로, 어떠한 펩티드가 항산화에 직접적인 연관성을 가지는지에 관해서도 연구가 필요할 것으로 생각한다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
뽕잎은 어떤 원료인가?
뽕잎(mulberry leaf)은 식품으로 사용 가능한 원료로 식품공전에 등재된 1998년도부터 가공식품 및 건강식품의 원료로 다양하게 활용되고 있다(1). 뽕잎은 rutin과 GABA(γ- aminobutyric acid) 유래 혈압강하 효능, β-sitosterol, campesterol, β-sitosterol glycoside, β-ecdysone 및 inokosterone 등에서 유래하는 혈중 콜레스테롤과 중성지질 저하작용 등(1-3)이 알려져 기능성 원료로 주목받고 있는 한편, 뽕잎은 약 20% 이상이 단백질로 구성되어 있어 단백질 소재로의 이용가치가 증진되고 있다(4).
화학적 가수분해 방법과 달리 미생물 발효를 통한 효소적 가수분해 방법은 어떤 장점을 갖는가?
하지만 화학적 가수분해를 통한 단백질 분해는 과량의 염 생성, 독성물질 생성, 단백질 소화 저해, 아미노산의 racemization 등의 문제를 발생시킬 수 있다(23-26). 반면 미생물 발효를 통한 효소적 가수분해 방법은 단백질의 기능성 유지 및 증진에 도움을 주며, 안전성에서도 장점이 있는 것으로 알려져 있다(27,28). 뽕잎을 발효할 경우 단백질 분해로 인한 저분자 펩티드의 생산은 항산화 활성 등의 기능성 향상을 가져올 수 있고, 유리아미노산 증가는 사료 시장 등에서 소화 및 영양학적 가치가 있을 것으로 보인다.
단백질은 어떻게 구분할 수 있으며 어떤 자원으로 인식되고 있는가?
단백질은 동물성 단백질과 식물성 단백질로 구분이 되는데, 최근 가수분해를 통한 식물성 단백질 가수분해물의 아미노산 및 저분자 펩티드들이 가지는 다양한 기능성 및 생리활성이 알려지면서 식품 및 제약 산업에 중요한 자원으로 인식되고 있다. 식물성 단백질 펩티드에 관한 효능 연구로는 항고혈압(5-11), 항산화(12,13), 항혈전(14-16), 면역증진(17-19) 등이 보고되고 있으며, 마늘(5), 미역(6), 대두(19), 해바라기(20), 시금치(21) 등 다양한 식물들의 기능성 펩티드에 관한 연구들이 보고되고 있다.
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