[논문]Bacillus subtilis를 이용한 국내산 신이대 잎 발효에 따른 영양성분, 폴리페놀, 항산화능 변화

조한교; 김다송; 신현재

doi:10.7841/ksbbj.2017.32.1.63

Bacillus subtilis를 이용한 국내산 신이대 잎 발효에 따른 영양성분, 폴리페놀, 항산화능 변화
Changes of Nutritional Components, Polyphenols, and Antioxidant Activities of Domestic Bamboo Tree (Sasa coreana Nakai) Leaves Fermented with Bacillus subtilis 원문보기

KSBB Journal, v.32 no.1, 2017년, pp.63 - 70

조한교 (조선대학교 일반대학원 화학공학과) , 김다송 (조선대학교 일반대학원 화학공학과) , 신현재 (조선대학교 일반대학원 화학공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

Bamboo leaf has many nutritional and bioactive compounds such as polyphenols, and it can be used for various foods application. Fermentation is one of appropriate processes that can affect the nutrition, taste and flavor, and antioxidant activities of foods. In this study, a representative domestic bamboo tree (Sasa coreana Nakai) leaves were fermented by Bacillus subtilis KCCM 11315 and the changes of carbohydrates, minerals, amino acids, and phenolic compounds and antioxidant activities were investigated before and after fermentation. During the fermentation period, firstly, the leaf was softened and turned to brown. The constituent carbohydrates were slightly increased from $432.09{\pm}5.38mg/g$ to $458.42{\pm}7.39mg/g$, and free sugars decreased by 95% from $28.12{\pm}2.03mg/g$ to $1.4{\pm}0.14mg/g$. Mineral was $20987.5{\pm}345.1{\mu}g/mL$, which was slightly increased after the fermentation compared to $20804.1{\pm}364.6{\mu}g/mL$ before that. The total amino acids were increased to $73881.94{\pm}137.59mg/100g$ compared to $58464.51{\pm}109.12mg/100g$ before fermentation, and free amino acids decreased by more than 85% from $32782.67{\pm}92.49mg/100g$ to $4827.83{\pm}19.76mg/100g$. Total polyphenols content (TPC) increased from $25.51{\pm}1.04GAE^*mg/g$ to $35.34{\pm}0.91GAE^*mg/g$, and the total flavonoid content (TFC) increased to $80.57{\pm}0.22QE^*mg/g$ compared to $69.64{\pm}0.26QE^*mg/g$. The total catechin content (TCC) of TFC was decreased from $69.64{\pm}0.94mg/L$ to $58.23{\pm}0.76mg/L$. The DPPH radical $IC_{50}$ of bamboo leaves decreased to $2624.85{\pm}37.03{\mu}g/mL$ and the ABTS radical $IC_{50}$ of $187.26{\pm}4.78{\mu}g/mL$ was increased after the fermentation. These results could be used as essential nutritional data before developing processed food products using the bamboo leaf.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

식물의 잎을 비롯한 다양한 biomass의 활용성을 증대하기 위하여 미생물을 이용한 발효공정이 자주 시도되고 있다. 높은 단백질 함량을 가진 뽕잎의 추출물에 Bacillus subtilis를 접종하여 발효 뽕잎의 활용 가능성을 검토하였다[14]. 한편 녹차에 B.
따라서 대나무 잎을 여러 식품에 적용할 수 있는 효과적이며 환경친화적인 발효 및 관련 가공 공정을 발굴하는 것이 필요하다. 본 연구에서는 다양한 식품, 음료에 적용할 수 있는 대나무 잎을 개발하고자 전라남도 담양군에 자생하는 국내산 대나무 수종 중 신이대 (Sasa coreana Nakai) 잎을 식용미생물인 Bacillus subtilis를 이용하여 발효하였고, 발효 전과 발효 후의 성분 변화, 항산화 성분과 그 활성에 대해 조사하여 추후 발효 대나무 잎의 활용방안 증대에 기여하고자 하였다.
본 연구에서는 전라남도 담양군에 자생하는 신이대 (Sasa coreana Nakai) 잎을 Bacillus subtilis를 이용하여 발효하였고, 발효 전과 발효 후의 당류, 미네랄, 아미노산, 페놀성 화합물의 성분 변화와 그 활성에 대해 조사하여 추후 발효 대나무 잎의 활용방안 증대에 기여하고자 하였다. 일반성분의 경우 문헌과 비교하여 유의적인 차이는 없었으며, TPC, TFC, TCC의 경우 다른 문헌과 동일한 변화양상이 확인되었다.

제안 방법

0.5 g의 분쇄한 SC-N과 SC-F에 7 mL 65% HNO₃와 1 mL 30% H₂O₂를 각각 가한 후 microwave digestion system (ETHOS TC, Milestone, Sorisole, Italy)을 사용하여 산 분해를 하였다. 산 분해 반응액을 냉각시킨 후 1% HNO3을 이용하여 50 mL로 정용한 후 0.
18 mM NaOH를 mobile phase로 사용하였고 flow rate 1.0 mL/min, column temperature 25oC, injection volumn 25 μL, detector는 PAD를 사용하여 추출물의 구성당과 유리당을 분석하였다.
Flow rate 1.0 mL/min, column temperature 30oC, injection volumn 30 μL, UV detector의 wavelength는 280 nm로 하여 catechin을 분석하였다.
, USA)을 사용하였다. Mobile phase로는 140 mM NaHAc, 0.1 % TEA, 6% CH₃CN (solution A)와 60% CH₃CN (solution B)를 사용하였고, gradient program을 이용하여 solution B를 0~12 min 8%, 12~13 min 12%, 13~15.2 min 20%, 15.2~22.5 min 46%, 22.5~22.72 min 100%, 22.72~25.7 min 100%, 25.7~26 min 0%, 26~30 min 0%로 설정하였다. Flow rate 1.
, Japan)을 사용하였다. Mobile phase로는 3% (v/v) acetic acid (solution A)와 methanol (solution B)을 사용하였고, gradient program을 사용하여 solution B를 0~1 min 0%, 1~45 min 63%, 45~50 min 0%, 50~60 min 0%로 설정하였다. Flow rate 1.
Radical로 사용된 물질은 2,2'-azino-bis(3-ethylbenzthiazoline-6-sulfonic acid (ABTS, Sigma, USA)로 Jeong et al. (2009)의 방법을 변형하여 측정하였다 [13].
Radical로 사용된 물질은 2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl (DPPH, Sigma, USA)로 Blois (1958)의 방법을 변형하여 측정하였다[12]. DPPH stock solution은 95% EtOH에 DPPH를 용해하여 0.
Total catechin content (TCC)는 HPLC (SPD-20A, SHIMADZU Co., Japan)를 사용하여 분석하였다. 농축한 추출물을 MeOH를 사용하여 1,000 ppm 농도로 제조하여 분석하였고, catechin은 (+)-catechin, (-)-epicatechin, (-)-epigallocatechin-3-gallate, (-)-gallocatechin-3-gallate, (-)-epicatechin-3-gallate, (-)-catechin-3-gallate의 mixture 형태의 제품 (Cerilliant Co.
Total flavonoid content (TFC)는 Chang (2002)의 방법을 변형하여 측정하였다 [11]. 농축한 추출물을 MeOH를 사용하여 1,000 ppm 농도로 제조하여 사용하였다.
8 mL 증류수를 혼합 후 실온에서 1시간동안 반응시켰다. UV-VIS spectrophotometer을 사용하여 415 nm 파장에서 반응시킨 용액의 흡광값을 측정하였다. TFC는 표준물질인 quercetin 기준 농도 QE*mg/g로 나타내었다.
2 N Folin & Ciocalteu’s phenol reagent, 2% Na₂CO₃을 모두 동일한 양을 혼합 후 실온에서 30분간 반응시켰다. UV-VIS spectrophotometer을 사용하여 750 nm 파장에서 반응시킨 용액의 흡광값을 측정하였다. TPC는 표준물질인 gallic acid 기준 농도 GAE*mg/g로 나타내었다.
건조된 신이대 잎을 입구가 넓은 유리병에 담고 8시간 액체배양한 B. subtilis를 멸균된 0.9% NaCl을 사용하여 OD600 0.50±0.02로 맞춘 후 접종하였고, 입구를 막아 15일 동안 37oC incubator에서 발효하였다.
구성당 분석을 위해 분쇄한 SC-N과 SC-F를 각각 72% H₂SO₄와 1:10 (w/v)으로 혼합 후 30^oC에서 2시간 동안 shaking incubator에서 추출하였다. 추출물에 증류수를 가한 후 121^oC에서 1시간 동안 산 가수분해를 진행하여 시료를 전처리하였다.
구성아미노산과 유리아미노산에 대한 분석은 총 20종의 아미노산에 대하여 실시하였다. SC-N의 구성아미노산 총 함량은 58464.
농도별로 제조한 추출물 200 μL와 1,000 μL ABTS stock solution을 혼합하여 15분간 암실에서 반응 후 UV-VIS spectrophotometer(SCINCO, Seoul, Korea)을 사용하여 730 nm 파장에서 흡광값을 측정하였다.
농도별로 제조한 추출물 200 μL와 800 μL DPPH stock solution을 혼합하여 15분간 암실에서 반응 후 UV-VIS spectrophotometer (SCINCO, Seoul, Korea)을 사용하여 517 nm 파장에서 흡광값을 측정하였다.
식물의 TPC의 변화는 항산화와 연관성이 있기 때문에 발효 후 대나무 잎의 TPC 변화에 대한 발효 효과를 확인하는 것이 필수적이다. 따라서 대표적인 radical로 DPPH radical과 ABTS radical에 대한 소거능을 확인하였다. SC-N과 SC-F의 DPPH radical과 ABTS radical 소거능을 확인한 결과, 추출물의 농도가 증가함에 따라서 radical 소거능도 증가하였으나 radical 종류에 따른 소거능은 서로 상반된 결과가 확인되었다 (Fig.
45 μm membrane filter로 여과하여 미네랄 분석을 실시하였다. 미네랄 분석은 ICP-OES (OPTIMA 7300 DV, Perkin Elmer, USA)를 이용하였으며, Rf power 1400 W, gas flow rate 15 L/min, nebulizer gas flow 0.65 L/min, auxillary gas flow 0.2 L/min 조건에서 분석하였다.
미네랄 분석은 총 9종 Fe, Zn, P, Na, K, Ca, Mg, Cu, Mn에 대하여 실시하였다. 미네랄 총 함량은 SC-N 20804.
산 분해 반응액을 냉각시킨 후 1% HNO3을 이용하여 50 mL로 정용한 후 0.45 μm membrane filter로 여과하여 미네랄 분석을 실시하였다.
추출물에 증류수를 가한 후 121^oC에서 1시간 동안 산 가수분해를 진행하여 시료를 전처리하였다. 유리당 분석을 위해 분쇄한 SC-N과 SC-F를 각각 증류수와 1:50 (w/v)으로 혼합 후 70^oC에서 5시간 동안 추출하여 시료를 전처리하였다. 반응액은 0.
C에서 2시간 동안 shaking incubator에서 추출하였다. 추출물에 증류수를 가한 후 121^oC에서 1시간 동안 산 가수분해를 진행하여 시료를 전처리하였다. 유리당 분석을 위해 분쇄한 SC-N과 SC-F를 각각 증류수와 1:50 (w/v)으로 혼합 후 70^oC에서 5시간 동안 추출하여 시료를 전처리하였다.

대상 데이터

Column은 Shim-pack GIS-ODS (C18, 4.6×250 mm, 5.0 μm, Shimadzu Co., Japan)을 사용하였다.
subtilis 배양에는 tryptic soy broth (TSB)를 사용하였으며, 37^oC에서 150 rpm으로 shaking하며 배양하였다. 대나무 잎은 전라남도 담양군 담양읍에서 2016년 8월 초순에 채취한 신이대 (Sasa coreana Nakai) 잎을 자연건조하여 사용하였다. 건조된 신이대 잎을 입구가 넓은 유리병에 담고 8시간 액체배양한 B.
발효에 사용된 공시균주는 Bacillus subtilis (KCCM 11315)로 한국미생물보존센터 (KCCM, Seoul)에서 분양받아 사용하였다. B.
02로 맞춘 후 접종하였고, 입구를 막아 15일 동안 37^oC incubator에서 발효하였다. 발효하지 않은 신이대 잎과 발효한 신이대 잎은 S. coreana Nakai non-fermented (SCN), S. coreana Nakai fermented (SC-F)로 명명하였으며, 각각 자연건조 후 분쇄하여 보관하였고, 일부는 80% ethanol을 사용하여 추출 후 농축하여 사용하였다.
subtilis를 접종하여 항산화 활성의 변화를 조사하여 미생물 발효차로서의 활용 가능성을 검토하기도 하였다[15]. 본 연구에서는 식품의 발효에 주로 사용되는 B. subtilis를 분양받아 신이대 (Sasa coreana Nakai)에 접종하였다. 접종 후 15일 동안 37^oC에서 발효하면서 잎의 색과 외형 변화를 비롯한 다양한 영양성분과 항산화활성을 관찰하여 식품으로 적용 가능성을 확인하였다.
농도별로 제조한 추출물 200 μL와 1,000 μL ABTS stock solution을 혼합하여 15분간 암실에서 반응 후 UV-VIS spectrophotometer(SCINCO, Seoul, Korea)을 사용하여 730 nm 파장에서 흡광값을 측정하였다. 양성 대조군으로 DPPH 방법과 동일한 gallic acid를 사용하였다. 추출물의 IC₅₀는 ABTS radical에 대한 소거능을 나타내며 radical을 50% 제거하는데 상응하는 농도로 나타내었다.
농도별로 제조한 추출물 200 μL와 800 μL DPPH stock solution을 혼합하여 15분간 암실에서 반응 후 UV-VIS spectrophotometer (SCINCO, Seoul, Korea)을 사용하여 517 nm 파장에서 흡광값을 측정하였다. 양성 대조군으로 gallic acid를 사용하였다. 추출물의 IC50는 DPPH radical에 대한 소거능을 나타내며 radical을 50% 제거하는데 상응하는 농도로 나타내었다.
C에서 24시간 동안 가수분해하여 추출하였다. 유리아미노산은 80% EtOH로 추출한 추출물을 이용하였다. 각각 추출물을 MeOH를 이용하여 10,000 ppm으로 제조한 후 30 μL를 새로운 vial에 옮겨 완전히 건조시키고, 20 mL의 유도체화 용액 (MeOH:H₂O:TEA:PITC=7:1:1:1)을 넣고 상온에서 30 min 동안 유도체화하였다.

이론/모형

Total phenolic content (TPC)는 수정된 Folin-Denis법을 사용하여 측정하였다 [10]. 농축한 추출물을 MeOH를 사용하여 1,000 ppm 농도로 제조하여 사용하였다.

성능/효과

Flavonoids 중 대표적인 catechin은 찻잎에 다량으로 함유되어 있으며, polyphenols과 함께 반응성 산소 종을 효과적으로 제거하는 역할을 하며 항산화 물질로 작용할 수 있다 [34]. SC-N과 SC-F의 (+)-catechin, (-)-epigallocatechin-3-gallate, (-)-gallocatechin-3-gallate의 함량은 증가하였고, (-)-epicatechin, (-)-epicatechin-3-gallate, (-)-catechin-3-gallate의 함량은 감소하였다 (Table 5). Total catechin content (TCC)는 SC-N 69.
따라서 대표적인 radical로 DPPH radical과 ABTS radical에 대한 소거능을 확인하였다. SC-N과 SC-F의 DPPH radical과 ABTS radical 소거능을 확인한 결과, 추출물의 농도가 증가함에 따라서 radical 소거능도 증가하였으나 radical 종류에 따른 소거능은 서로 상반된 결과가 확인되었다 (Fig. 3). SC-N과 SC-F의 DPPH radical 소거능의 IC₅₀는 1621.
SC-N과 SC-F의 total polyphenols content (TPC) 측정 결과 각각 25.51±1.04 GAE mg/g, 35.34±0.91 GAE mg/g으로 확인되었고, total flavonoids content (TFC)는 각각 69.64±0.26 QE mg/g, 80.57±0.22 QE mg/g으로 발효 후 TPC와 TFC가 증가하였다 (Fig. 2).
접종 후 15일 동안 37^oC에서 발효하면서 잎의 색과 외형 변화를 비롯한 다양한 영양성분과 항산화활성을 관찰하여 식품으로 적용 가능성을 확인하였다. 거칠었던 표면과 선명하게 구분되던 잎맥이 발효 후 연화에 의해 표면이 부드러워지고 잎맥이 보이지 않았으며, 발효가 진행될수록 갈색을 띄는 것을 확인하였다 (Fig. 1). 특히 페놀성 화합물 (polyphenols)의 경우 발효과정을 통하여 추출 효율에 향상이 이루어졌으며, 이외에 다양한 성분의 변화가 발생하였다.
구성당 분석 결과 발효 전 대나무잎 (SC-N)과 발효 후 대나무 잎 (SC-F)의 포도당 (glucose) 함량이 각각 283.39±1.99 mg/g, 291.17±3.07 mg/g으로 가장 높았으며, xylose, arabinose, galactose, rhamnose 순서대로 높은 당 함량이 확인되었다 (Table 1).
11 mg/100 g이었다. 발효 전과 발효 후 모두 phenylalanine의 함량이 가장 높았으며, 다음으로 glutamine, glutamic acid와 asparagine, aspartic acid의 함량이 높았다. SC-N의 유리아미노산 총 함량은 32782.
발효 후 미네랄 성분에 따른 함량의 변화는 K의 경우 12332.7±316.7 μg/mL로 가장 높았고 다음으로 Ca, P, Mg의 함량이 높았으며, Ca은 증가하였으나 P와 Mg은 감소하였다 (Table 2).
39 mg/g으로 발효 전에 비하여 증가하였다. 유리당 분석 결과 SC-N은 glucose, fructose, galactose, xylose, arabinose 순서로 높은 함량을 가지고 있었으며, SC-F의 유리당은 arabinose, galactose, xylose만 검출되었다. 총 유리당 함유량은 SC-N이 28.
본 연구에서는 전라남도 담양군에 자생하는 신이대 (Sasa coreana Nakai) 잎을 Bacillus subtilis를 이용하여 발효하였고, 발효 전과 발효 후의 당류, 미네랄, 아미노산, 페놀성 화합물의 성분 변화와 그 활성에 대해 조사하여 추후 발효 대나무 잎의 활용방안 증대에 기여하고자 하였다. 일반성분의 경우 문헌과 비교하여 유의적인 차이는 없었으며, TPC, TFC, TCC의 경우 다른 문헌과 동일한 변화양상이 확인되었다. 본 연구의 결과는 대나무 잎을 이용하는 가공식품 개발에 주요 영양 자료로 활용될 수 있을 것으로 사료된다.
subtilis를 분양받아 신이대 (Sasa coreana Nakai)에 접종하였다. 접종 후 15일 동안 37^oC에서 발효하면서 잎의 색과 외형 변화를 비롯한 다양한 영양성분과 항산화활성을 관찰하여 식품으로 적용 가능성을 확인하였다. 거칠었던 표면과 선명하게 구분되던 잎맥이 발효 후 연화에 의해 표면이 부드러워지고 잎맥이 보이지 않았으며, 발효가 진행될수록 갈색을 띄는 것을 확인하였다 (Fig.
총 유리당 함유량은 SC-N이 28.12±2.03 mg/g, SC-F가 1.4±0.14 mg/g으로 발효 전에 비하여 감소하였고 xylose만 유일하게 발효 후에 증가하였다.

후속연구

일반성분의 경우 문헌과 비교하여 유의적인 차이는 없었으며, TPC, TFC, TCC의 경우 다른 문헌과 동일한 변화양상이 확인되었다. 본 연구의 결과는 대나무 잎을 이용하는 가공식품 개발에 주요 영양 자료로 활용될 수 있을 것으로 사료된다. 현재 신규로 본 연구실에서 분리한 Bacillus 균주를 이용하여 다양한 대나무 수종의 잎 발효 연구가 진행 중이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	발효는 무엇인가?	차 혹은 음료의 맛과 영양을 증진시키기 위하여 발효공정을 도입하는 경우가 많다. 발효는 식품의 맛과 풍미에 영향을 미치며 저장성을 높일 수 있는 가공 방법중 하나로, 발효 미생물로부터 유래한 효소작용에 의하여 식품의 영양소가 쉽게 소화될 수 있는 형태로 분해되면서 성분 함량에 변화를 줄 수 있다. 전통 발효식품 제조 방법은 지역, 제조방법, 원료 등에 의해 미생물이 동일하지 않아 균일한 품질을 갖기 힘들며, 고품질의 발효식품의 생산을 위해서는 고기능의 미생물을 선별하여 사용하는 것이 무엇보다 중요하다[8].
	대나무잎 추출물에는 어떤 영양성분과 항산화 성분이 들어있는가?	대나무의 여러 부위 중에서, 대나무 잎은 우리나라뿐만 아니라 중국, 일본 등 아시아권역에서 주로 댓잎차, 댓잎환, 댓잎소금 등의 가공식품으로 활용되고 있다. 대나무 잎에는 영양성분으로서 탄수화물, 미네랄, 아미노산 등이 함유되어 있으며, orientin, homoorientin, vitexin, isovitexin, linoleic acid 등 다양한 phytochemical이 포함되어 있어 항산화, 항진균, 항콜레스테롤과 같은 생리활성을 나타낸다[2-4]. 최근 이러한 영양성분과 항산화 성분이 풍부한 대나무 잎을 가공하여 식품 소재로 활용하고, 그 추출물을 활용하기 위한 여러 시도가 보고되고 있다 [5-7].
	대나무 잎을 직접 섭취하지 않고 차, 음료의 형태로 추출하여 섭취하는 이유는 무엇인가?	최근 이러한 영양성분과 항산화 성분이 풍부한 대나무 잎을 가공하여 식품 소재로 활용하고, 그 추출물을 활용하기 위한 여러 시도가 보고되고 있다 [5-7]. 그러나 대나무 잎은 높은 셀룰로스 함량과 낮은 포만감, 독특한 향 때문에 대나무 잎 자체를 섭취하는 것보다는 차나 음료의 형태로 추출하여 섭취하는 경우가 많다. 차 혹은 음료의 맛과 영양을 증진시키기 위하여 발효공정을 도입하는 경우가 많다.

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저자의 다른 논문 :

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].

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