녹각 및 목이버섯의 젖산발효를 통한 GABA 생산 및 항염증활성 효과 Anti-inflammatory effects and GABA production of old antler and Auricularia auricula-judae extract fermented by Lactobacillus plantarum원문보기
본 연구에서는 젖산발효를 통해서 얻어진 목이버섯과 녹각 추출액 혼합물의 항산화 및 생리활성평가를 수행하였다. 녹각 추출액의 GABA생성 최적조건에서 probiotics 및 기능성 강화를 위해 목이버섯을 2.5% 첨가하여 $30^{\circ}C$에서 7일간 젖산발효를 하였다. 발효 7일 pH 5.06, 산도 0.77%로 나타났으며 $1.3{\times}10^8CFU/mL$로 높은 균수를 유지하였고 GABA를 1.4% 생성하는 것으로 나타났다. 목이버섯을 첨가했을 때 젖산균 발효물의 물성이 개선되며 단기간에 고농도의 GABA를 생성하는 것으로 나타났다. 녹각 추출액의 젖산발효물의 세포 생존율을 실험한 목이버섯 2.5% 조건에서 발효 전 6 mg/mL에서 독성이 나타났으나 발효 후 독성이 완화되는 것으로 나타났다. 발효 후 6 mg/mL 농도에서는 $5.58{\mu}M$로 발효 후 NO 생성이 감소되는 것으로 나타났다. 결론적으로 녹각 추출액과 목이버섯 혼합물의 젖산균을 이용한 정치배양을 통해 단기간에 고농도의 GABA 생산이 가능하였으며, 젖산 발효물은 세포독성 완화 효과 및 NO 생성을 저해하는 것으로 나타났다. 따라서 발효물은 GABA, probiotic, 식이섬유 등을 함유하여 기능성 식품소재로 이용이 가능할 것으로 기대된다.
본 연구에서는 젖산발효를 통해서 얻어진 목이버섯과 녹각 추출액 혼합물의 항산화 및 생리활성평가를 수행하였다. 녹각 추출액의 GABA생성 최적조건에서 probiotics 및 기능성 강화를 위해 목이버섯을 2.5% 첨가하여 $30^{\circ}C$에서 7일간 젖산발효를 하였다. 발효 7일 pH 5.06, 산도 0.77%로 나타났으며 $1.3{\times}10^8CFU/mL$로 높은 균수를 유지하였고 GABA를 1.4% 생성하는 것으로 나타났다. 목이버섯을 첨가했을 때 젖산균 발효물의 물성이 개선되며 단기간에 고농도의 GABA를 생성하는 것으로 나타났다. 녹각 추출액의 젖산발효물의 세포 생존율을 실험한 목이버섯 2.5% 조건에서 발효 전 6 mg/mL에서 독성이 나타났으나 발효 후 독성이 완화되는 것으로 나타났다. 발효 후 6 mg/mL 농도에서는 $5.58{\mu}M$로 발효 후 NO 생성이 감소되는 것으로 나타났다. 결론적으로 녹각 추출액과 목이버섯 혼합물의 젖산균을 이용한 정치배양을 통해 단기간에 고농도의 GABA 생산이 가능하였으며, 젖산 발효물은 세포독성 완화 효과 및 NO 생성을 저해하는 것으로 나타났다. 따라서 발효물은 GABA, probiotic, 식이섬유 등을 함유하여 기능성 식품소재로 이용이 가능할 것으로 기대된다.
The optimization of lactic acid fermentation was conducted to produce an old antler fortified with functional ingredients. For the over-production of gamma aminobutyric acid (GABA), the extract of old antlers (OA) was fermented by Lactobacillus plantarum EJ2015 with 0.5% YE, 1.5% glucose, and 3.5% M...
The optimization of lactic acid fermentation was conducted to produce an old antler fortified with functional ingredients. For the over-production of gamma aminobutyric acid (GABA), the extract of old antlers (OA) was fermented by Lactobacillus plantarum EJ2015 with 0.5% YE, 1.5% glucose, and 3.5% MSG at $30^{\circ}C$ for 7 days. The lactic acid fermented OA showed high viable cell counts of $2.0{\times}10^8CFU/mL$, pH 6.56 and 0.77% acidity after 7 days. Addition of Auricularia auricula-judae (AAJ) enhanced the cell growth of L. plantarum EJ2014, resulting in higher viable cell counts of $2.0{\times}10^9CFU/mL$ and acid production after fermentation for 1 day. In particular, acidity was greatly decreased after fermentation for 3 days and 1.4% GABA was produced by converting efficiently mono sodium glutamate as a substrate. Fermented OA/AAJ mixture indicated the reduced cytotoxicity compared with that of unfermented OA. The fermented OA/AAJ mixture indicated anti-inflammatory effect with less production of NO in microphage cells. The production of NO dropped to $17.75{\mu}M$ at 4 mg/mL, and to $5.58{\mu}M$ at 6 mg/mL old antler after fermentation. Thus, lactic acid fermented OA with AAJ could fortify GABA, probiotics and dietary fiber.
The optimization of lactic acid fermentation was conducted to produce an old antler fortified with functional ingredients. For the over-production of gamma aminobutyric acid (GABA), the extract of old antlers (OA) was fermented by Lactobacillus plantarum EJ2015 with 0.5% YE, 1.5% glucose, and 3.5% MSG at $30^{\circ}C$ for 7 days. The lactic acid fermented OA showed high viable cell counts of $2.0{\times}10^8CFU/mL$, pH 6.56 and 0.77% acidity after 7 days. Addition of Auricularia auricula-judae (AAJ) enhanced the cell growth of L. plantarum EJ2014, resulting in higher viable cell counts of $2.0{\times}10^9CFU/mL$ and acid production after fermentation for 1 day. In particular, acidity was greatly decreased after fermentation for 3 days and 1.4% GABA was produced by converting efficiently mono sodium glutamate as a substrate. Fermented OA/AAJ mixture indicated the reduced cytotoxicity compared with that of unfermented OA. The fermented OA/AAJ mixture indicated anti-inflammatory effect with less production of NO in microphage cells. The production of NO dropped to $17.75{\mu}M$ at 4 mg/mL, and to $5.58{\mu}M$ at 6 mg/mL old antler after fermentation. Thus, lactic acid fermented OA with AAJ could fortify GABA, probiotics and dietary fiber.
따라서 본 연구는 녹용의 부산물인 녹각 및 목이버섯을 이용한 고부가가치 건강식품소재 개발을 위해서 젖산발효의 최적화를 수행하였다. 이를 위하여 유용 젖산균을 이용 하여 기존 녹각이 가지고 있는 효능과 더불어 젖산 발효를 통해서 생리활성물질이 강화된 기능성 소재를 개발하였으며, 대식세포를 이용한 세포독성과 염증완화 효능평가를 수행하였다.
제안 방법
따라서 본 연구는 녹용의 부산물인 녹각 및 목이버섯을 이용한 고부가가치 건강식품소재 개발을 위해서 젖산발효의 최적화를 수행하였다. 이를 위하여 유용 젖산균을 이용 하여 기존 녹각이 가지고 있는 효능과 더불어 젖산 발효를 통해서 생리활성물질이 강화된 기능성 소재를 개발하였으며, 대식세포를 이용한 세포독성과 염증완화 효능평가를 수행하였다.
대상 데이터
미강으로부터 분리하여 종균협회에 기탁한 GABA 생산 균주인 Lactobacillus plantarum EJ2014(KCCM 11545P)를이용하여 젖산발효를 수행하였다. L.
본 실험에 사용한 녹각(Cervi cornu)은 2014년 보광약업사(Daegu, Korea)에서 구입하여 사용하였고, 목이버섯(Auricularia auricula-judae)은 2015년 자연그대로(Daegu, Korea)에서 구입하여 사용하였다.
데이터처리
실험결과는 평균값과 표준편차(mean±SD)로 나타내었 으며, 통계처리는 SPSS(statistical package for social science, 21.05, SPSS Inc., Chicago, IL, USA)를 이용하여 one-way ANOVA 분석을 실시한 후 Duncan’s multiple range test로유의성을 p<0.05 수준에서 검증하였다.
이론/모형
NO의 농도는 배양액 내의 nitrite 농도를 Griess Reagent System(31)의 방법을 이용하여 측정하였다. RAW 264.
세포에 대한 독성 여부를 알아보기 위해 Green 등(29)의방법에 따라 3-(3,4-dimethyl-thiazolyl-2)-2,5-diphenyl tetrazolium bromide (MTT) assay 방법을 이용하여 측정하였다. MTT assay는 미토콘드리아의 탈수소 효소작용에 의하여 노란색 의 수용성 기질인 MTT가 불용성의 보라색 formazan으로 환원되는 원리를 이용한 방법으로, 생성된 formazan의 흡광 도는 살아있거나 대사가 왕성한 세포의 농도를 반영 한다 (30).
성능/효과
18 μg/mL 생성 되었다(35). 따라서 젖산균을 이용한 단일 발효를 통해 단기 간에 1% 이상의 GABA를 생성함으로써 고농도 GABA를함유한 녹각 추출물 발효물을 생산할 수 있었다.
목이 버섯 0% 조건에서 glutamic acid 함량은 발효 전 19,499μg/mL에서 젖산균발효 후 4,835 μg/mL로 감소하였으며, GABA 함량은 젖산발효 후 14,328 μg/mL로 생성되는 것을확인하였다. 목이버섯 2.5% 조건에서 glutamic acid 함량은 발효 전 19,916 μg/mL에서 젖산발효 후 1,586 μg/mL로 감소하였으며, GABA 함량은 젖산균 발효 후 14,446 μg/mL로생성되는 것을 확인하였다. 초기에 첨가된 3.
Tak 등(41)은 흑마늘 발효물이 LPS 유무에 관계없이 모두 대식세포의 NO 생성을 유의적으로 억제하였는데, 이 결과는 흑마늘 발효물이 염증반응 억제에 효과가 있음을 의미한다고 보고한 바 있다. 이는 본 연구의 결과에서도 동일한 경향으로 녹각 젖산 발효물은 외부의 자극으로부터 유도되는 NO 생성을 효과 적으로 감소시킬 수 있음을 확인하였다.
따라서 젖산균 발효에 의해 GABA가생성되면서 pH가 유지되거나 상승하는 결과로 보아 MSG 가 GABA로 전환되는 것으로 사료된다. 젖산균 생균수를 측정한 결과는 Fig. 2에서 보는바와 같이 녹각 추출물의 목이버섯 첨가에 따른 젖산발효를 수행하였을 때, 발효 1일각각 8.0×108CFU/mL, 4.5×109CFU/mL로 균수가 급격히상승하였고, 목이버섯 2.5% 조건에서 균수가 가장 높게 나타났다. 발효 3일 1.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
락토바실러스 플랜타룸 균주의 특징은?
전통발효식품에서 분리된 락토바실러스 플랜타룸 (Lactobacillus plantarum) 균주는 포도당으로부터 젖산을 주로 생산하여 발효제품의 신맛과 저장성을 향상시켜주며, 기능성물질인 γ-amino butyric acid(GABA)를 고농도로 생산하는 특징을 가지고 있다(1,2). 자연 상태에서의 식품 중 GABA 함유량으로는 약리작용을 발휘하기에 부족하여, 자연적인 섭취로 GABA의 생리작용을 기대하기는 힘든 실정 이다(3,4).
목이버섯의 배변활동과 관련된 특징은?
목이버섯 Auricularia auricula-judae(AAJ)은 다른 버섯및 식품들에 비해 월등히 많은 식이섬유를 함유하고 있어서 영지버섯 자실체 추출물과 함께 식품의약품안전처에서 배변활동에 원활한 도움을 주는 건강기능성 원료로 등재되어 있다. 또한 vitamin D의 함량도 풍부하며 장내 Ca 흡수 및신장에서 Ca의 재흡수를 증가시키고 조골세포의 분화를 자극하는 것으로 알려져 있다(6).
목이버섯이 Ca와 관련된 기능적 특징은?
목이버섯 Auricularia auricula-judae(AAJ)은 다른 버섯및 식품들에 비해 월등히 많은 식이섬유를 함유하고 있어서 영지버섯 자실체 추출물과 함께 식품의약품안전처에서 배변활동에 원활한 도움을 주는 건강기능성 원료로 등재되어 있다. 또한 vitamin D의 함량도 풍부하며 장내 Ca 흡수 및신장에서 Ca의 재흡수를 증가시키고 조골세포의 분화를 자극하는 것으로 알려져 있다(6). 각종 약리작용에 의한 민간요법제 등 다양한 용도로 이용되어 왔다(7).
참고문헌 (41)
Han SB, Kim YH (2006) Production method of $\gamma$ -aminobutyric acid-enforced fermentative products by lactic acid bacteria, $\gamma$ -aminobutyric acid-enforced fermentative products produced by the method and their utilization. Korea Patent No. 10-0547018
Jeun JH, Kim HD, Lee HS, Ryu BH (2004) Isolation and identification of Lactobacillus sp. produced $\gamma$ -aminobutyric acid (GABA) form traditional slat fermented anchovy. J Korean Soc Food Sci Nutr, 17, 72-79
Bouche N, Fromm H (2004) GABA in plant: just a metabolite?. Trends Plant Sci, 9, 110-115
Kang TJ, Oh SH (2007) Produce and using to GABA. Biowave, 9, 3
Lee EG (2009) Producing development for GABA industry. Korea research institute of bioscience and biotechnology, 1-57
Tsushida T, Murai T (1987) Conversion of glutamic acid to $\gamma$ -aminobutyric acid in tea leaves under anaerobic conditions. Agric Biol Chem, 51, 2865-2871
Cagno RD, Mazzacane F, Rizzello CG, Angelis MD, Giuliani G, Meloni M, Servi BD, Gobbetti M (2010) SynThesis of $\gamma$ -aminobutyric acid (GABA) by Lactobacillus plantarum DSM19463: functional grape must beverage and dermatological applications. Appl Microbiol Biotechnol, 86, 731-741
Lee TH, Kwak HB, Kim HH, Lee ZH, Chung DK, Baek NI, Kim J (2007) Methanol extracts of Stewartia koreana inhibit cyclooxygenase-2 (COX-2) and inducible nitric oxide synthase (iNOS) gene expression by blocking NF-kappa B transactivation in LPS-activated RAW 264.7 cells. Mol Cells, 23, 398-404
Ko WM, Lee DS, Jang M, Kim KS, Lee HS, Baek HY, Oh HC, Kim YC (2013) A comparison of anti-inflammatory effects of sophorae flos ethanol extracts at the different flowering stages on LPS-induced inflammation in RAW 264.7 cells. Korean J Pharmacogn, 44, 291-297
Park SH, Kim JI, Jeong YK, Choi YH (2011) Extracts of allium fistulosum attenuates pro-inflammatory action in the lipopolysaccharide-stimulated BV2 microglia Cells. J Life Sci, 21, 796-804
Han JS (2006) Manual of individual nutrition. Korean association of individual nutrition, p 78-79
Ann YG (2003) A study on overgrown antler Kimchi. J Korean Soc Food Sci Nutr, 16, 123-129
Kim YE, Lee SG, Yoon WC (1973) Studies on the components and biological functions of animal hard tissue. A study of a scleroprotein extracted from deer horn. Korean Biochemb J, 6, 13-26
Kim MJ (1991) Effect of old antler extracts on the benzo (a)phytene-induced hepatotoxicity in rat. MS Thesis, Yeungnam University, Korea, p 1-2
Hwang JS (2010) Effect of cervi cornu on treatment of osteoporosis in ovariectomized rats. MS Thesis, Daegu haany University, Korea, p 1-2
Park HI (2017) Comparison of the effects of deer antler, old antler, and antler glue on osteoporosis in ovariectomized rats. Ph D Thesis, Sangji University, Korea, p 1-2
Choi YK, Sul JU, Park SK, Yu SN, Kim SH, Rhee MS, Ahn SC, Shin MS (2012) Research trends of fermented medicinal herbs - Based on their clinical efficacy and safety assessment. J Life Sci, 22, 1729-1739
Kim MK, Jung EY, Shin KS, Kim YK, Ra KS, Park CS, Woo MJ, Lee SH, Lee HS, Kim JS, Suh HJ (2009) Isolation of strain for the preparation of the fermented antler and its physiological activities. J Korean Soc Food Sci Nutr, 38, 1237-1242
Lee HS, Kim MK, Kim YK, Jung EY, Park CS, Woo MJ, Lee SH, Kim JS, Suh HJ (2011) Stimulation of osteoblastic differentiation and mineralization in MC3T3-E1 cells by antler and fermented antler using Cordyceps militaris. J Ethnopharmacol, 133, 710-717
Lee IS, Lee SO, Kim HS (2002) Preparation and quality characteristics of yogurt added with Saururus chinensis (Lour.) bail. J Korean Soc Food Sci Nutr, 31, 411-416
Kang SK (2007) Changes in organic acid, mineral, color, curcumin and bitter substance of Curcuma Longa L. and Curcuma atomatica Salib according to picking time. Korean J Food Preserv, 14, 633-638
Jung SH (2003) Optimization of curcumin extraction from turmeric (Curcuma longa L.) using supercritical fluid and related physiological effects. Ph D Thesis, Chungnam National University, Korea
Shon MS, Kim GN (2014) Anti-oxidant and anti-obese activities of turmeric (Curcuma longa L.) extract in 3T3-L1 Cells. Kor J Aesthet Cosmetol, 12, 169-175
Nivea M, Sampietro A, Vattuone M (2000) Comparison of the free radical scavenging activity of propolis from several regions of Argentina. J Ethnopharmacol, 71, 109-114
Re R, Pellegrini N, Proteggente A, Pannala A, Yang M, Rice-Evans C (1999) Antioxidant activity applying an improved ABTS radical cation decolorization assay. Free Radic Biol Med, 26, 1231-1237
Green LM, Reade JL, Ware CF (1984) Rapid color metric assay for cell viability : Application to the quantitation of cytotoxic and growth inhibitory lympolines. J Immuno Methods, 70, 257-268
Choi JH (2010) Effect of Rosmarinus offcinalis L. on anti-inflammation and anti-gout. MS Thesis, Keimyung University, Korea, p 12
Wang SJ, Chen Y, He DD, He LY, Yang YM, Chen JZ, Wang XX (2007) Inhibition of vascular smooth muscle cell proliferation by serum from rats treated orally with gastrodia and uncaria decoction. A traditional Chinese formulation. J Ethnopharmacol, 114, 458-462
Lim JS, Lee SP (2014) Production of Set-type Yogurt Fortified with Peptides and $\gamma$ -aminobutyric acid by Mixed Fermentation Using Bacillus subtilis and Lactococcus lactis. Korean J Food Sci Technol, 46, 165-172
Kim DS (2009) Study on the condition of fermentation in lactic acid bacteria for the production of $\gamma$ -aminobutyric acid. MS Thesis, Hannam University, Korea, p 1-4
Lee HS, Chang MJ, Kim SH (2010) Effects of poly- $\gamma$ -glutamic acid on serum and brain concentrations of glutamate and GABA in diet-induced obese rats. Nutr Res Pract, 4, 23-29
Kang MJ (2005) Antioxidative activity of Rhus verniciflua Stokes and effect of its extracts on quality of pork. PhD Thesis, Gyeongsang National University, Korea, p 19-20
Lee KA, Chung HY (2007) The biological activity of deer antler extract in vitro. J Korean Soc Food Sci Nutr, 20, 114-119
Lee KA, Chung HY (2004) Biological activities of a Korean traditional prescription, Nogyongdaebotang. J Korean Soc Food Sci Nutr, 33, 28-33
Kim NY (2010) Comparison of the anti-inflammatory effects of water fermented and ethanol fermented extracts from Rhei Radix et Rhizoma. Ph D Thesis, Wonkwang University, Korea, p 9-10
Kawamata H, Ochiai H, Mantani N, Terasawa K (2000) Enhanced expression of inducible nitric oxide synthase by Juzen-taiho-to in LPS activated RAW 264.7 cells, a murine macrophage cell line. Am J Chin Med, 28, 217-226
Tak HM, Kang MJ, Kim KM, Kang DW, Han SK, Shin JH (2014) Anti-inflammatory activities of fermented black garlic. J Korean Soc Food Sci Nutr, 43, 1527-1534
AI-Helper
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.