아미노산 첨가가 꽃송이버섯 균사체 성장 및 베타글루칸, GABA 함량 변화에 미치는 영향 Effect of addition amino acids on the mycelial growth and the contents of β-glucan and γ-aminobutyric acid (GABA) in Sparassis latifolia원문보기
최근 식용과 약용버섯으로 각광을 받고 있는 꽃송이버섯(Sparassis latifolia 혹은 S. crispa)은 베타-글루칸이 풍부하여 다양한 생리활성을 나타낸다고 알려져 있다. 꽃송이버섯에 다량 포함된 베타-글루칸과 더불어 뇌기능을 증진시킬 수 있는 영양성분이 보강된다면 약용버섯의 기능성이 더욱 증대되어 농가소득 증대와 국민 건강증진에 큰 기여를 할 것으로 판단된다. 본 연구에서는 꽃송이버섯 균사체 배양 시 아미노산을 첨가하였을 시 균사 생장이 촉진됨과 함께 GABA 함량이 증대되었고, ${\beta}-glucan$ 함량에는 유의적인 효과가 없는 것을 확인하였다. 균사의 생장에는 glutamic acid와 ornithine 모두 효과가 있었으나, GABA 함량에 대해서는 glutamic acid의 첨가가 훨씬 효과적임을 확인하였다. 이는 꽃송이버섯 균사체의 GABA-shunt에 glutamic acid가 영향을 미친 것으로 사료된다. 생성된 GABA의 소멸과 다른 화합물의 신규 생성에 대해서는 아직 결과를 도출하지 못하였으므로, 이 부분에 대한 추가 연구가 필요하리라 사료된다.
최근 식용과 약용버섯으로 각광을 받고 있는 꽃송이버섯(Sparassis latifolia 혹은 S. crispa)은 베타-글루칸이 풍부하여 다양한 생리활성을 나타낸다고 알려져 있다. 꽃송이버섯에 다량 포함된 베타-글루칸과 더불어 뇌기능을 증진시킬 수 있는 영양성분이 보강된다면 약용버섯의 기능성이 더욱 증대되어 농가소득 증대와 국민 건강증진에 큰 기여를 할 것으로 판단된다. 본 연구에서는 꽃송이버섯 균사체 배양 시 아미노산을 첨가하였을 시 균사 생장이 촉진됨과 함께 GABA 함량이 증대되었고, ${\beta}-glucan$ 함량에는 유의적인 효과가 없는 것을 확인하였다. 균사의 생장에는 glutamic acid와 ornithine 모두 효과가 있었으나, GABA 함량에 대해서는 glutamic acid의 첨가가 훨씬 효과적임을 확인하였다. 이는 꽃송이버섯 균사체의 GABA-shunt에 glutamic acid가 영향을 미친 것으로 사료된다. 생성된 GABA의 소멸과 다른 화합물의 신규 생성에 대해서는 아직 결과를 도출하지 못하였으므로, 이 부분에 대한 추가 연구가 필요하리라 사료된다.
Sparassis latifolia (formerly S. crispa) is used in food and nutraceuticals or dietary supplements, as rich in flavor compounds and ${\beta}-glucan$. Some previous studies have reported the effects of mushroom on brain function, including its neuroprotective effect. Thus, for this mushroo...
Sparassis latifolia (formerly S. crispa) is used in food and nutraceuticals or dietary supplements, as rich in flavor compounds and ${\beta}-glucan$. Some previous studies have reported the effects of mushroom on brain function, including its neuroprotective effect. Thus, for this mushroom to be used as an effective nutraceutical for brain function, it would be desirable for it to contain other compounds such as ${\gamma}-aminobutyric$ acid (GABA) in addition to ${\beta}-glucan$. In this study, the enhancement of growth and GABA production in the mycelium of medicinal and edible mushroom S. latifolia was investigated. Amino acids were added externally as the main source of nutrition, and the effects of amino acids were investigated using liquid medium, specifically amino acid-free potato dextrose broth (PDB). The amino acids added were L-glutamic acid (named PDBG medium) and L-ornithine (named PDBO medium). The growth of mycelia was determined to be $0.9{\pm}0.00g/L$, $2.2{\pm}0.16g/L$, and $1.93{\pm}0.34g/L$ PDBG respectively. The GABA content was $21.3{\pm}0.9mg/100g$ in PDB medium, and it in PDBG 1.4% medium, at $115.4{\pm}30.2mg/100g$. However, the PDBO medium was not effective in increasing the GABA content of mycelia. Amino acids had little effect on the ${\beta}-glucan$ content of mycelia. The ${\beta}-glucan$ content was $39.7{\pm}1.4mg/100mg$, $34.4{\pm}0.2mg/100mg$, and $35.2{\pm}9.2mg/100mg$ in PDB, PDBG 1.8% and PDBO 1.4% media, respectively. Addition of glutamic acid and ornithine positively affected the growth of S. latifolia mycelia, and glutamic acid positively affected GABA production; no degradation of GABA was observed with addition of glutamic acid.
Sparassis latifolia (formerly S. crispa) is used in food and nutraceuticals or dietary supplements, as rich in flavor compounds and ${\beta}-glucan$. Some previous studies have reported the effects of mushroom on brain function, including its neuroprotective effect. Thus, for this mushroom to be used as an effective nutraceutical for brain function, it would be desirable for it to contain other compounds such as ${\gamma}-aminobutyric$ acid (GABA) in addition to ${\beta}-glucan$. In this study, the enhancement of growth and GABA production in the mycelium of medicinal and edible mushroom S. latifolia was investigated. Amino acids were added externally as the main source of nutrition, and the effects of amino acids were investigated using liquid medium, specifically amino acid-free potato dextrose broth (PDB). The amino acids added were L-glutamic acid (named PDBG medium) and L-ornithine (named PDBO medium). The growth of mycelia was determined to be $0.9{\pm}0.00g/L$, $2.2{\pm}0.16g/L$, and $1.93{\pm}0.34g/L$ PDBG respectively. The GABA content was $21.3{\pm}0.9mg/100g$ in PDB medium, and it in PDBG 1.4% medium, at $115.4{\pm}30.2mg/100g$. However, the PDBO medium was not effective in increasing the GABA content of mycelia. Amino acids had little effect on the ${\beta}-glucan$ content of mycelia. The ${\beta}-glucan$ content was $39.7{\pm}1.4mg/100mg$, $34.4{\pm}0.2mg/100mg$, and $35.2{\pm}9.2mg/100mg$ in PDB, PDBG 1.8% and PDBO 1.4% media, respectively. Addition of glutamic acid and ornithine positively affected the growth of S. latifolia mycelia, and glutamic acid positively affected GABA production; no degradation of GABA was observed with addition of glutamic acid.
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문제 정의
본 연구에서는 생물체의 변화를 유도하지 않으면서 생리활성 물질을 증대시키는 자연적이고 안전하며 환경 친화적인 방법을 사용하고자 꽃송이버섯의 배양 배지에 아미노산을 첨가하였고, 그에 따른 균사의 생장과 베타글루칸, GABA 함량에 대한 효과를 확인하고자 한다.
제안 방법
100 μL DNFB solution 및 180 μL 균사체 추출물, 100 μL NaHCO3 (0.5 M, pH 9.0), 20 μL distilled water를 넣고 교반하여 60°C에서 60분 동안 암 반응하였다.
Flow rate 1.0 mL/min, column temperature 35°C, injection volume 20 μL, UV detector의 wavelength는 360 nm로 하여 GABA를 분석하였다.
">동결 건조하였다. GABA 및 아미노산 분석을 위해 acetonitrile에 희석한 1-fluoro-2,4-dinitrobenzene (DNFB) solution을 사용하여 pre-column derivatization하였다. 100 μL DNFB solution 및 180
GABA 분석은 HPLC를 이용하여 측정하였으며 Li et al. (2016)의 방법을 변형하여 진행하였다. HPLC는 Shimadzu LC-20 series (Pump: LC-20AD, Degassor: DGU-20A5R, Column oven: CTO-20A, UV/VIS detector: SPD-20A, Japan)로 구성되었으며, column은 Shim-pack GIS, ODS (250×4.
, Japan)을 사용하였다. Mobile phase로는 5 mM CH3COONa (pH 5.7): THF= 95: 5 (v/v) (solution A)와 0.05% TFA in 80% methanol (solution B)을 사용하였고, gradient program을 사용하여 solution B를 0-0.01 min 10%, 0.01-35 min 30%, 35-90 min 100%, 90-100 min 100%, 100-102 min 10%, 102-110 min 10%로 설정하였다. Flow rate 1.
PDB 및 PDBO, PDBG를 pH 5.0±0.02로 조정하여 300 mL의 삼각플라스크에 100 mL 씩 넣고 121°C에서 15 min 동안 autoclave (HB-506, HANBAEK, Korea)로 가압 멸균하여 사용하였다.
건조한 균사체는 중량 측정 후 막자사발로 분쇄하여 4°C에 보관하면서 분석에 사용하였다.
후)균사생장은">균사 생장은 petri-dish 중앙에 균사체를 접종하고 수직으로 교차하는 지름의 길이를 측정하여 평균값을 생장 길이로 하였고 배양일 수에 따라 신장한 양을 기록하였다.
기본 배양 배지는 potato dextrose broth/agar (PDB/PDA, BD, England)를 사용하였으며, PDB 배지를 control로 하여 ornithine (PDBO)과 glutamic acid (PDBG) 두 가지의 아미노산을 0.6, 1.0, 1.4, 1.8, 2.2% (w/v)가 되도록 첨가하였다. 첨가한 glutamic acid와 ornithine은 reagent grade (Sigma Aldrich, USA)를 사용하였다.
본 배양에 앞서 PDA 고체배지에서 균사를 전배양하였으며(Fig. 1), 선행 연구결과를 바탕으로 평균 배양조건 25°C 항온, 암배양, 초기 pH 5±1을 사용하여 배양하였다.
균류의 일반적인 배양 배지로는 potato dextrose broth(PDB)가 사용되고 있으며 가장 기본적인 배지로 알려져 있다. 본 연구에서는 균사의 생장에 아미노산이 미치는 영향에 대해 확인하고자 아미노산을 첨가하지 않은 PDB 배지와 glutamic acid를 첨가한 PDBG 배지, ornithine을 첨가한 PDBO 배지에 JF02-06균주를 접종하여 배양하였다. 총 21일 배양 후 균사체의 건조 중량을 측정하여 생장을
본 연구에서는 최종적으로 기존의 β-glucan 함량을 유지하면서 생장과 GABA 함량의 증대를 기대하였으며, 이에 β-glucan 함량을 측정하였다.
사용한kit는 total glucan과 α-glucan을 측정하고 그 차이를 β-glucan으로 측정하였으며 Megazyme 사에서 제공하는 β-glucan 함량 계산 프로그램(K-YBGL_0501_CALC1.xls)에 대입하여 각각 함량 (mg/100 mg) 값으로 계산하였다.
후)사전연구결과를">사전 연구결과를 바탕으로 성장이 충분이 이루어진 28일 배양 후에 액체배지에 접종하여 본 실험을 진행하였다.
앞서">2011). 앞서 확인한 아미노산의 균사 생장에 대한 긍정적인 영향은 GABA의 생성, 분해와 연관성이 있을 것이라 판단하였고, 균사체의 GABA 함량을 관찰하였다. 아미노산 첨가 배지에서 배양된
액체배지에서의 균체생장량은 배양이 종료된 후 미리 무게를 측정한 여과지로 여과하였고, 균체는 여과지와 함께 80°C의 dry oven (AT-S13, ISUZU, Japan)에 넣어 건조 후 중량을 측정한 다음, 미리 측정한 여과지의 무게를 제외하여 균체 건조중량으로 하였다.
α-glucan은 시료에 포함된 모든 a-glucan, D-glucose, sucrose, free D-glucose를 측정한다. 즉, 100 mg의 균사체를 glass tube에 넣고 2 mL, 2 N KOH를 첨가 후 ice bucket에 tube를 꽂아 교반기(Select BioProducts, SBS300-D-2)에 놓고 20분간 교반하였다. 8 mL, 1.
즉, 25±1°C incubator (JSSI-300CL, JSR, Korea)에서 암배양하였으며, 균사의 면적이 petri-dish 전체 면적의 90-95% 정도가 되었을 때 실험 배지에 계대하여 사용하였고, 분리된 원균은 4°C에 보관하며 3-4개월마다 새로운 PDA에 계대하였다.
대상 데이터
HPLC는 Shimadzu LC-20 series (Pump: LC-20AD, Degassor: DGU-20A5R, Column oven: CTO-20A, UV/VIS detector: SPD-20A, Japan)로 구성되었으며, column은 Shim-pack GIS, ODS (250×4.6 mm, 5.0 μm, SIMADZU Co., Japan)을 사용하였다.
, 2014). 따라서 본 연구에서는 1차적으로 우수한 균주를 사용하기로 하였고, JF02-06 균주를 분양받아 실험을 진행하였다. 국내의
본 연구에서 사용한 꽃송이버섯 균주는 전남산림자원연구소가 채집 및 선발한 JF02-06 균주로, PDA 배지에 계대하여 분양받아 사용하였으며, 국내·외의 꽃송이버섯 균사 생장의 최적 조건에 대한 연구 결과를 토대로 배양하였다.
2% (w/v)가 되도록 첨가하였다. 첨가한 glutamic acid와 ornithine은 reagent grade (Sigma Aldrich, USA)를 사용하였다. PDB 및 PDBO, PDBG를 pH 5.
데이터처리
후)실험 결과는">실험결과는 IBM SPSS Statistics version 23을 이용하여 통계분석을 실시하였으며, 일원분산분석법(one-way ANOVA)과 사후검정(Duncan’s multiple range test)을 통하여 group간의 유의적 차이를 검정하였다. ANOVA 검정에서 유의성이 확인되지 않은 결과는 사후검정을 실시하지 않았다. 모든 결과의 분석은 신뢰도 95% 구간에서 실시하였다.
a-c values in the same column not sharing a common superscript are significantly different by Duncan’s multiple range test (p<0.05).
균사체 생장량 및 GABA 함량, β-glucan 함량 등 모든 결과는 3회 이상 반복 실험을 통하여 평균값과 표준편차를 계산하였다.
실험결과는 IBM SPSS Statistics version 23을 이용하여 통계분석을 실시하였으며, 일원분산분석법(one-way ANOVA)과 사후검정(Duncan’s multiple range test)을 통하여 group간의 유의적 차이를 검정하였다.
성능/효과
5~10일 간격으로 균사가 뻗어나간 부분을 유성펜으로 체크하며 지름을 측정하였고, 배양 결과 25일 5.1±0.2 cm, 37일 6.2±0.3 cm의 생장을 보이는 것으로 확인되었다.
1배였다. Glutamic acid를 첨가한 배지와 ornithine을 첨가한 배지는 모두 첨가하지 않은 배지보다 효과적이었으나 두 개의 아미노산에 대한 효과의 차이는 없는 것으로 확인되었다.
후)균사생장이">균사 생장이 촉진됨과 함께 GABA 함량이 증대되었고, β-glucan 함량에는 유의적인 효과가 없는 것을 확인하였다. 균사의 생장에는 glutamic acid와 ornithine 모두 효과가 있었으나, GABA 함량에 대해서는 glutamic acid의 첨가가 훨씬 효과적임을 확인하였다. 이는
후)차이가 없었으며,">차이가 없었으며, GABA 함량 증대에 대한 효과는 없는 것으로 확인되었다. 균사체와 자실체의 GABA 함량을 확인한 연구에서 균사체의 GABA 함량을 확인한 결과 Hypsizigus marmoreus (white) 125 mg/100 g, Agrocybe cylindracea 123 mg/100 g이었으며, Cordyceps militaris (strain cm5)과 Ganoderma lucidum은 각각 69 mg/100 g, 7 mg/100 g으로 본 연구의 PDBG 1.4% 배지에서의 GABA 함유량은 H. marmoreus와 A. cylindracea보다는 낮고 C. militaris (strain cm5)과 G. lucidum 보다는 높은 결과를보였다(Chen et al., 2012). 국내 버섯의 GABA
균사체의 β-glucan 함량을 측정 후 one-way ANOVA (F(10) =0.823, p>0.05)를 수행한 결과(Fig. 4), PDB 배지에서의 β-glucan 함량과 아미노산 첨가배지에서의 β-glucan 함량에는 유의적인 차이가 없었다(PDB 배지 39.7±1.4 mg/100 mg).
꽃송이버섯 균사의 고체배지 배양 연구 결과를 살펴보면 25°C 항온, 암배양, 초기 pH 5±1의 평균 배양조건을 가지며 동일 조건에서 배양한 꽃송이버섯의 균사 선단 지름은 21일 배양, 지름 5.3 cm인 것으로 확인되었다.
후)사후 검정을">사후검정을 실시하지 않았다. 모든 결과의 분석은 신뢰도 95% 구간에서 실시하였다.
반면에 PDBO 배지의 경우 PDBO 1.0% 배지에서 41.6±6 mg/ 100 g으로 PDB 배지와 비교하였을 때 유의적인 차이가없었으며, GABA 함량 증대에 대한 효과는 없는 것으로 확인되었다.
본">2009). 본 연구에서 배지에 첨가된 glutamic acid는 초기 pH에 상관없이 꽃송이버섯 균사체의 pH 조절 mechanism인 GABA 합성 metabolism에 영향을 미친 것으로 사료되며, ornithine은 생장에는 도움이 되나 GABA의 함량에는 영향을 미치지 않는 것으로 확인되었다. 추후 아미노산의 영향에 대해 추가적인 보충
본 연구에서는 꽃송이버섯균사체 배양 시 아미노산을 첨가하였을 시 균사 생장이 촉진됨과 함께 GABA 함량이 증대되었고, β-glucan 함량에는 유의적인 효과가 없는 것을 확인하였다.
아미노산 첨가 배지에서 배양된 꽃송이버섯의 GABA 함량 분석 후 one-way ANOVA (F(10) =20.183, p<0.001)를 수행한 결과(Fig. 3), 균사체의 건조 중량 당으로 계산하였을 때 PDB 배지에서의GABA 함량은 21.3±0.9 mg/100 g으로 가장 낮은 GABA함량을 보였고, PDBG 1.4% 배지에서 115.4±30.2 mg/ 100 g으로 가장 우수한 GABA 함량을 보였다.
34 g/L로 우수한 생장을 보였다. 전반적으로 아미노산을 첨가한 배지에서 높은 생장량이 관측되었으며 PDBG 1.4% 배지의 생장량은 PDB 배지의 2.4배, PDBO 1.4% 배지의 생장량은 PDB 배지의 2.1배였다. Glutamic acid를 첨가한 배지와 ornithine을 첨가한 배지는 모두 첨가하지 않은 배지보다 효과적이었으나 두 개의 아미노산에 대한 효과의 차이는 없는 것으로 확인되었다.
총 21일 배양 후 균사체의 건조 중량을 측정하여 생장을 확인하였고(Fig. 2), one-way ANOVA (F(10)=3.672, p<0.01)를 수행한 결과 PDB 배지에서의 생장량은 0.9±0.00 g/L로 가장 낮은 생장량을 보였으며, PDBG 1.4% 배지와 PDBO 1.4% 배지에서 각각 2.2±0.16 g/L, 1.93±0.34 g/L로 우수한 생장을 보였다.
후속연구
후)꽃송이 버섯에">꽃송이버섯에 다량 포함된 베타-글루칸과 더불어 뇌기능을 증진시킬 수 있는 영양성분이 보강된다면 약용버섯의 기능성이 더욱 증대되어 농가소득 증대와 국민 건강증진에 큰 기여를 할 것으로 판단된다. 본 연구에서는
본 연구 결과는 꽃송이버섯에만 국한되지 않고 다른 버섯의 β-Glucan과 GABA 증대에도움이 될 것으로 사료되며, 기초 자료로 활용할 수 있을것이라 생각된다.
후)꽃송이 버섯">꽃송이버섯 균사체의 GABA-shunt에 glutamic acid가 영향을 미친 것으로 사료된다. 생성된 GABA의 소멸과 다른 화합물의 신규 생성에 대해서는 아직 결과를 도출하지 못하였으므로, 이 부분에 대한 추가 연구가 필요하리라 사료된다.
후)도움이 되나">도움이 되나 GABA의 함량에는 영향을 미치지 않는 것으로 확인되었다. 추후 아미노산의 영향에 대해 추가적인 보충 실험이 행해져야 할 것으로 판단되며, glutamic acid와ornithine를 복합하여 배지에 첨가할 시 생장과 GABA 함량의 변화에 미치는 영향에 대해 평가할 필요가 있는 것으로 사료된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
GABA 함유 제품이 출시된 사회적 배경은?
식물의 γ-aminobutyric acid (GABA, 가바) 증진 방법에 대한 연구는 꾸준히 진행되어 왔으며 국내 기업에서도 GABA 증진 백미 등 GABA가 함유된 식품을 출시한 바가 있다. 농·식품 산업에서의 이러한 변화는 인지기능의 장애와 관련된 질병을 앓는 인구가 점차 늘어남에 따라 국민의 뇌 건강 보호 차원에서 이루어진 것이라고 볼 수 있다. 인체에서 필요로 하는 GABA 요구량은 적게는 500 mg에서 많게는 3,000 mg으로 일반적인 식사 형태로 식품을 섭취할 경우 그 필요량을 충족시킬 수 없다.
꽃송이버섯의 효능은?
최근 식용과 약용버섯으로 각광을 받고 있는 꽃송이버섯(Sparassis latifolia 혹은 S. crispa)은 베타-글루칸이 풍부하여 다양한 생리활성을 나타낸다고 알려져 있다. 꽃송이버섯에 다량 포함된 베타-글루칸과 더불어 뇌기능을 증진시킬 수 있는 영양성분이 보강된다면 약용버섯의 기능성이 더욱 증대되어 농가소득 증대와 국민 건강증진에 큰 기여를 할 것으로 판단된다.
인체에서 요구하는 GABA 요구량은?
농·식품 산업에서의 이러한 변화는 인지기능의 장애와 관련된 질병을 앓는 인구가 점차 늘어남에 따라 국민의 뇌 건강 보호 차원에서 이루어진 것이라고 볼 수 있다. 인체에서 필요로 하는 GABA 요구량은 적게는 500 mg에서 많게는 3,000 mg으로 일반적인 식사 형태로 식품을 섭취할 경우 그 필요량을 충족시킬 수 없다. 따라서 자연계 식품에서 GABA를 증진시킬 수 있는 방법이 필요하며, 다행히도 작물의 영양 공급원에 glutamic acid를 첨가하거나 작물 재배의 마지막 단계에 단기간의 가혹조건을 주게 되면 GABA가 증진되는 것으로 알려져 있다(Xu and Hu, 2014; Youn et al.
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