[논문]Rhizopus oryzae으로 발효한 울금의 항산화 및 항염효과

김은주; 송빛나; 정다솜; 김소영; 조용식; 박신영

doi:10.5352/jls.2017.27.11.1315

Rhizopus oryzae으로 발효한 울금의 항산화 및 항염효과
Anti-oxidative and Anti-inflammatory Activities of Fermented Turmeric (Curcuma longa L.) by Rhizopus oryzae 원문보기

생명과학회지 = Journal of life science, v.27 no.11 = no.211, 2017년, pp.1315 - 1323

김은주 (농촌진흥청 국립농업과학원 농식품자원부 발효식품과) , 송빛나 (농촌진흥청 국립농업과학원 농식품자원부 발효식품과) , 정다솜 (농촌진흥청 국립농업과학원 농식품자원부 발효식품과) , 김소영 (농촌진흥청 국립농업과학원 농식품자원부 발효식품과) , 조용식 (농촌진흥청 국립농업과학원 농식품자원부 발효식품과) , 박신영 (농촌진흥청 국립농업과학원 농식품자원부 발효식품과)

초록
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본 연구의 목적은 울금의 발효를 통해 쓴맛의 관능적 기호도를 향상시키면서, 발효 울금의 항산화 및 항염효능 검증을 위한 것으로, 발효 울금의 관능적 기호도 확인을 위해 맛센서 분석과 항산화 평가를 위해 총 폴리페놀 및 플라보노이드 함량 및 DPPH radical 소거능, 지표성분 검출을 위해 HPLC분석을 진행하였고, 항염증평가는 RAW 264.7 세포에서 LPS에 의해 유도되는 염증인자인 NO, $PGE_2$, iNOS, COX-2, $NF-{\kappa}B$, IL-6와 $TNF-{\alpha}$에 대한 감소효과를 측정하였다. 실험결과 Rhizopus oryzae로 울금의 발효가 진행 될수록 쓴맛이 감소함을 보였다. 총 폴리페놀, 플라보노이드 함량과 DPPH radical 소거능은 비 발효 울금보다 울금 발효 1, 3일차에 증가함을 보였다. 발효 기간별 발효 울금은 10, 50, $100{\mu}g/ml$ 모든 농도에서 세포독성이 나타내지 않았다. RAW 264.7 세포에 LPS로 유도된 염증인자인 $NF-{\kappa}B$, IL-6와 $TNF-{\alpha}$ 생성량이 발효 기간별 발효 울금의 염증인자 생성억제를 평가한 결과 $NF-{\kappa}B$와 IL-6에서 발효 울금 $100{\mu}g/ml$에서 현저히 생성량이 억제되었다. LPS로 유도된 cytokines 억제효과를 보인 발효 기간별 발효 울금($100{\mu}g/ml$)의 NO, $PGE_2$ 생성억제를 평가한 결과, 대조군과 비교해 LPS를 처리한 군에서 NO, $PGE_2$의 생성이 현저히 증가되었고, 울금 에탄올 추출물에 의해 유의성 있는 생성억제효과를 보였고 비 발효에 비해 발효 울금의 생성억제 효과를 보였다. 또한 COX-2와 iNOS의 단백질 발현 억제효과를 확인한 결과, 대조군과 비교해 LPS에 의해 증가 된 COX-2와 iNOS의 단백질발현이 발효 울금에 의해 감소됨을 확인하였다. 위 결과 발효 울금은 RAW 264.7 세포에서 LPS에 의해 유도되는 NO와 $PGE_2$의 생성억제, iNOS와 COX-2의 발현을 억제시켰으며, $NF-{\kappa}B$, IL-6와 $TNF-{\alpha}$의 분비량도 억제시켰다. 이는 발효 울금의 항산화와 항염증성을 입증하기 위한 기초자료로 활용이 가능하다고 사료된다.

Abstract ▼ AI-Helper

Turmeric is a rhizomatous herbaceous perennial plant (Curcuma longa (CL)) of the ginger family, Zingiberaceae. A yellow-pigmented fraction isolated from the rhizomes of CL contains curcuminoids belonging to the dicinnamoyl methane group. Curcumin is an important active ingredient responsible for the biological activity of CL. However, CL is not usually used as a food source due to its bitter taste. The present study was designed to determine the effect of the CL fermented by Rhizopus oryzae (FCL) on pro-inflammatory factors such as nuclear factor ${\kappa}B$ ($NF-{\kappa}B$), tumor necrosis factor alpha ($TNF-{\alpha}$), interleukin-6 (IL-6), nitric oxide (NO), prostaglandin $E_2$ ($PGE_2$), inducible nitric oxide synthase (iNOS) and cyclooxygenase-2 (COX-2) in lipopolysaccharide (LPS)-induced RAW 264.7 cell line. The cell viability was determined by MTT assay. To evaluate the anti-inflammatory effect of FCL 80% EtOH extracts, IL-6 and $TNF-{\alpha}$ were measured by ELISA kit. Also, the amount of $NO/PGE_2/NF-{\kappa}B$ was measured using the $NO/PGE_2/NF-{\kappa}B$ detection kit and the iNOS/COX-2 expression was measured by Western blotting. The results showed that the FCL reduced NO, $PGE_2$, iNOS, COX-2, $NF-{\kappa}B$, IL-6 and $TNF-{\alpha}$ production without cytotoxicity. These results suggest that FCL extracts may be a developed the functional food related to anti-inflammation due to the significant effects on inflammatory factors.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 누룩균(Rhizopus oryzae)을 이용한 새로운 발효방법으로 제조한 발효 울금 특유의 향과 쓴맛 개선효과, 항산화 활성 효과 그리고 lipopolysaccharide (LPS)로 유도된 RAW 264.7 대식세포의 항염 효과 등의 분석을 통해 기능성과 기호성 향상 여부를 알아보고자 하였다.

제안 방법

Cytokine중에서 TNF-α, IL-6는 대표적인 염증성 cytokine으로 대식세포는 LPS로 자극시키면 다양한 염증인자들이 증가되는데 그 중 림프구나 대식세포 등에서 생성되는데, 염증반응에 관여하는 것으로 알려진 전사인자 NF-κB, TNF-α와IL-6의 생성 억제 활성을 측정하였다(Fig. 6). LPS로 인해 발현된 NF-κB, TNF-α와 IL-6의 생성을 비 발효, 발효 울금 80% 에탄올 추출물을 처리한 결과 발현 감소를 보였다.
본 연구에서 사용한 울금은 전라남도 진도군에서 재배 수확된 울금을 세척 후 동결건조기(Bondiro, Ilshin, Dongducheon,Korea)로 건조하여 사용하였다. 분쇄한 건조 울금은 10배에 해당하는 증류수(w/v)를 가하여 멸균하고, 2% Rhizopus oryzae (RO)를 접종하여 3일간 발효시켰다. 누룩균 발효 울금은-80℃ 초저온냉동기(deep freezer, Ilsin BioBase Co.
세포는 37℃, 5% CO2 조건에서 2일마다 배지를 교환하며 계대 배양하였다. 세포주를 활성화 시키기 위해 1 μg/ml의 LPS(lipopolysaccharide, Sigma-Aldrich Co., Saint Louis, MO,USA)를 처리하였으며 발효기간 별로 각각 농도(10, 50, 100μg/ml)의 FCL 80% 에탄올 추출물과 양성 대조군을 처리한 후 24시간 동안 배양하였다.

대상 데이터

대식세포주 RAW 264.7 cells는 한국세포주은행(KCLB,Korea Cell Line Bank, Seoul, Korea)에서 분양 받아 사용하였다. RAW 264.
본 연구에서 사용한 울금은 전라남도 진도군에서 재배 수확된 울금을 세척 후 동결건조기(Bondiro, Ilshin, Dongducheon,Korea)로 건조하여 사용하였다. 분쇄한 건조 울금은 10배에 해당하는 증류수(w/v)를 가하여 멸균하고, 2% Rhizopus oryzae (RO)를 접종하여 3일간 발효시켰다.

데이터처리

본 실험의 결과는 3회 반복 실험을 실시한 뒤 mean ± SEM으로 나타내었으며, 각 군 간의 유의성의 검증은 SPSS 18.0 version (SPSS Inc., Chicago, IL, USA)을 이용하여 Studentt-test 및 ANOVA 법으로 검증하여 p값이 0.05 미만을 유의한 것으로 간주하였다.

이론/모형

DPPH radical은 매우 안정한 활성산소(active oxygen species)로, 이 radical을 소거하는 정도로서 항산화 작용을 평가하였으며, FCL 80% 에탄올 추출물의 radical 소거활성은 Blois[6]의 방법을 이용하여 측정하였다. 1,1-di-phenyl-2-picrylhydrazyl radical (DPPH, Sigma-Aldrich Co.
염증 반응에 직접적으로 관여하는 대표적인 단백질인 COX-2 (cyclooxygenase-2)와 iNOS (Inducible nitric oxide synthase)의 발현에 미치는 FCL 80% 에탄올 추출물의 효능을 평가하기 위해서 western blot assay를 실시하였다. Raw 264.

성능/효과

7 세포에 발효 기간별 FCL 추출물을 100 μg/ml의 농도로 처리한 경우 iNOS의 발현이 감소함을 보였고, 비 발효군에 비해 발효 1, 3일차에 iNOS의 발현이 감소함을 보였다. 결과는 발효를 통해 증가된 울금의 생리활성 물질들이 LPS에 의해 유도되는 염증인 이런 자iNOS 유전자의 발현을 효과적으로 억제시켜 NO의 생성을 억제시킨 것으로 사료된다.
6). 따라서 울금 추출물이 우수한 항산화 및 항염증 활성을 가지고 있는 것으로 판단되었다. 다만, 발효 기간에 따라 유의적으로 감소시키지 못한 부분과 물 추출물 등 다른 용매 추출물과 관련 된 항산화 및 항염증 생리활성물질에 관한 추가적인 연구가 필요할 것으로 사료된다.
발효 기간별 FCL 80% 에탄올 추출물에 존재하는 총 폴리페놀의 함량은 gallic acid를 표준물질로, 플라보노이드 함량은 quercetin을 기준물질로 하여 각각 측정한 결과는 Table 3과 같다. 총 폴리페놀과 플라보노이드 함량의 측정 결과, 비 발효 울금의 함량은 각각 27.05 mg/g, 7.47mg/g을 나타내었고, 발효 1일차에는 폴리페놀 함량이 42.91mg/g 플라보노이드 함량이 10.33 mg/g으로 가장 높았으며, DPPH radical 소거능과도 유사한 결과를 보였다. 연구에서는 Curcumin의 함량이 높을수록 총 폴리페놀 함량도 높게 나타나며, 그에 따른 항산화 활성도 높다고 보고되었다[19].

후속연구

따라서 울금 추출물이 우수한 항산화 및 항염증 활성을 가지고 있는 것으로 판단되었다. 다만, 발효 기간에 따라 유의적으로 감소시키지 못한 부분과 물 추출물 등 다른 용매 추출물과 관련 된 항산화 및 항염증 생리활성물질에 관한 추가적인 연구가 필요할 것으로 사료된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	염증반응이 지속될 경우 어떤 질환이 발생할 수 있는가?	염증반응은 생체 조직의 손상이나 병원균의 침입으로부터 인체를 보호하고 세포를 재생하는 중요한 방어기전이다[23]. 그러나 이러한 방어기전이 인체에서 원활하게 이루어지지 않아 염증반응이 지속될 경우 만성피부질환, 류마티스 관절염, 기관지염, 위염, 다발성 경화증, 염증성 장질환 등과 같은 다양한 질환의 원인을 제공함으로 염증반응을 조절할 수 있는 항염증제의 개발이 중요하다[20]. 염증반응에 관여하는 주요 세포는 대식세포(Macrophage)로, 혈액 내 monocyte 형태부터 분화된 형태로 인체 모든 조직 내에 분포하고 있어, 이상 자극에 대하여 즉각적으로 반응하여 염증을 유도하고 확대시키는 과정에서 매우 중요한 역할을 담당한다.
	염증반응이란 무엇인가?	염증반응은 생체 조직의 손상이나 병원균의 침입으로부터 인체를 보호하고 세포를 재생하는 중요한 방어기전이다[23]. 그러나 이러한 방어기전이 인체에서 원활하게 이루어지지 않아 염증반응이 지속될 경우 만성피부질환, 류마티스 관절염, 기관지염, 위염, 다발성 경화증, 염증성 장질환 등과 같은 다양한 질환의 원인을 제공함으로 염증반응을 조절할 수 있는 항염증제의 개발이 중요하다[20].
	천연물 제제의 효능 평가 연구에 있어서 LPS에 의해 유도된 대식세포의 염증반응을 조절하는 연구 방법이 크게 이용되는 이유는 무엇인가?	염증반응에 관여하는 주요 세포는 대식세포(Macrophage)로, 혈액 내 monocyte 형태부터 분화된 형태로 인체 모든 조직 내에 분포하고 있어, 이상 자극에 대하여 즉각적으로 반응하여 염증을 유도하고 확대시키는 과정에서 매우 중요한 역할을 담당한다. 이미 많은 연구를 통해 염증 유발물질인 lipopolysacharid (LPS)에 의한 대식세포의 cyclooxygenase-2 (COX-2), prostaglandin E2 (PGE2)와 inducible nitric oxide synthase (iNOS), nitric oxide (NO) 생성과 염증성 사이토카인인 tumor necrosis factor alpha (TNF-α),interleukin-1β (IL-1β), IL-6 분비가 증가된다고 알려져 있으며 그 세포내 신호전달경로도 알려져 있다[15, 42]. 따라서 천연물 제제의 효능 평가 연구에 있어서 LPS에 의해 유도된 대식세포의 염증반응을 조절하는 연구 방법이 크게 이용되고 있다[17,23].

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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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