[논문]Leuconostoc mesenteroidesies 균주를 이용한 여주 추출물 발효 및 생산물의 생리활성 특성

강정훈

doi:10.12925/jkocs.2018.35.4.1250

Leuconostoc mesenteroidesies 균주를 이용한 여주 추출물 발효 및 생산물의 생리활성 특성
Fermentation of Momordica charantia Extract using Leuconostoc mesenteroidesies and Physiological Activity of Product 원문보기

한국유화학회지 = Journal of oil & applied science, v.35 no.4, 2018년, pp.1250 - 1259

초록
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여주(Momordica charantia) 열수 추출물을 젖산균(Leuconostoc mesenteroidesies)으로 발효하여 얻은 생산물의 항산화 및 항당뇨 효과를 관찰하였다. 여주 발효물(MC-LM)과 여주 추출물(MC)의 항산화 활성은 2,2'-azino-bis (3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid)(ABTS) radical 소거 측정법을 사용하여 관찰하였다. MC 처리군은 radical 소거활성이 거의 나타나지 않았으나 MC-LM의 경우 $500{\mu}g/mL$ 농도에서 47%의 활성이 관찰되었으며 MC-LM의 농도가 증가함에 따라 활성이 유의하게(p<0.05) 증가하는 것을 확인 할 수 있었다. MC-LM은 MC에 비해 peroxyl radical에 의한 DNA의 산화적 손상을 더 효과적으로 억제하였으며 MC-LM의 농도가 증가함에 따라 strand breakage의 억제가 유의적으로 증가 하였다(p<0.05). 혈당량과 밀접한 관련이 있는 ${\alpha}-glucosidase$의 활성 억제정도를 측정한 결과 MC는 8 mg/mL 농도에서 ${\alpha}-glucosidase$의 활성을 30.1% 감소시켰고 같은 농도에서 MC-LM은 58.9% 감소 시켰다. 또한 alloxan에 의한 RIN-m5F 췌장세포 사멸에 발효물의 영향을 관찰한 결과 MC-LM을 농도별로 처리한 군에서 세포생존율이 유의적으로(p<0.05) 증가하였으며 $1000{\mu}g/mL$ 농도에서 MC군 보다 20% 높게 증가되었다. Alloxan에 의한 ${\beta}-cell$파괴를 유도하여 RIN-m5F cell이 분비한 인슐린의 측정결과 MC-LM을 농도별로 첨가한 모든 군에서 인슐린 분비능이 증가하는 경향을 보였으며, $1000{\mu}g/mL$ 농도에서 MC군 보다 15% 높게 증가되었다. 결론적으로 본 연구에서 관찰된 결과들을 통해 여주 발효물은 항산화 및 항당뇨 효과가 있는 것으로 확인되었다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, Momordica charantia (MC) fermented with Leuconostoc mesenteroides (MC-LM) were assessed for the antioxidant and the antidiabetic activities. Antioxidant activities of MC and MC-LM were evaluated using 2,2'-azino-bis (3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid)(ABTS) radical. Although MC-treated groups showed little activity, 47% of activity was observed at $500{\mu}g/mL$ concentration for MC-LM and increased significantly(p<0.05) as MC-LM concentration increased. MC-LM more effectively inhibited the oxidative damage of DNA by peroxyl radical than MC and the inhibition of the strand breakage increased significantly as MC-LM concentration increased(p<0.05). Measuring the inhibition of ${\alpha}-glucosidase$ activity, which is closely related to the regulation of blood sugar, resulted in MC reduced the activity of ${\alpha}-glucosidase$ by 30% at 8 mg/mL and MC-LM at the same concentration by 60%. In addition, the effect of MC-LM on the cell viability of alloxan-treated RIN-m5F resulted in a significant increase in cell survival(p<0.05) in the group treated with MC-LM and a 20% increase in the concentration of $1000{\mu}g/mL$. As a result of insulin secretion by alloxan-treated RIN-m5F cell, the level of insulin secretion tended to increase in all group treated with MC-LM. At the concentration of $1000{\mu}g/mL$, the insulin secretion was increased by 15% in MC-LM group than in MC group. In conclusion, the results of this study suggest that fermented bitter gourd has antioxidant and antidiabetic effects.

주제어

표/그림 (5)

그림 Fig. 1. ABTS radical scavenging activity of fermented Momordica charantia (MC) with Leuconostoc mesenteroidesies (MC-LM). The reaction mixture contained 7 mM ABTS and 2.5 mM potassium persulfate in the presence or absence of various concentrations of MC (black bar), MC-LM (grey bar) at 37℃ for 10 min. The values represent the mean±S.D. for triplicate experiments. Significantly different from the ascorbic acid treated group.
그림 Fig. 2. Protective effects of fermented Momordica charantia (MC) with Leuconostoc mesenteroidesies (MC-LM) on DNA strand breakage induced by peroxyl radical. pUC 19 DNA was incubated with 10 mM AAPH in the presence of various concentrations of MC-LM at 37℃ for 2 h. (A) Lane 1, control DNA; lane 2, lane 1 + AAPH; lane 3, lane 2 + 0.1 mg/mL MC; lane 4, lane 2 + 1 mg/mL MC; lane 5, lane 2 + 10 mg/mL MC; lane 6, lane 2 + 20 mg/mL MC. (B) Lane 1, control DNA; lane 2, lane 1 + AAPH; lane 3, lane 2 + 0.1 mg/mL MC-LM; lane 4, lane 2 + 1 mg/mL MC-LM; lane 5, lane 2 + 10 mg/mL MC-LM; lane 6, lane 2 + 20 mg/mL MC-LM. (C) Relative staining intensity of agarose gel was analyzed by densitometric scanning.
그림 Fig. 3. Protective effects of fermented Momordica charantia (MC) with Leuconostoc mesenteroidesies (MC-LM) on the inhibition of α- glucosidase activity in the presence of various concentrations of MC (black bar) or MC-LM (grey bar).
그림 Fig. 4. Protective effects of fermented Momordica charantia (MC) with Leuconostoc mesenteroidesies (MC-LM) on cell death induced by alloxan. RIN-m5F cells were treated with 4 mM alloxan the presence or absence of varying concentrations of MC (black bar) or MC-LM (grey bar) and cell viabilities were estimated by with a colormetric assay using MTT. The values represent the mean±S.D. for triplicate experiments. Significantly different from the control.
그림 Fig. 5. Protective effects of fermented Momordica charantia (MC) with Leuconostoc mesenteroidesies (MC-LM) on the secretion of insulin from the cell induced by alloxan. RIN-m5F cells were treated with 4 mM alloxan in the presence or absence of varying concentrations of MC (black bar) or MC-LM (grey bar) and the amounts of insulin were estimated by using Rat/Mouse Insulin ELISA kit (Merk Millipore). The values represent the mean±S.D. for triplicate experiments. Significantly different from the control.

AI 본문요약
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문제 정의

76%로 보고된 바 있다[33]. 본 실험에서는 여주 추출물과 발효물이 α-glucosidase의 효소 활성을 억제할 수 있는 어떤 영향을 미치는 지를 알아보았다. Fig.
그러나 현재까지 여주는 여주추출물과 과즙을 이용한 연구는 활발한 반면, 발효시킨 여주의 기능성 증진 효과에 관한 연구는 미흡한 실정이다. 본 연구에서는 젖산균 발효 여주 추출물의 항산화 및 항당뇨 효과를 생화학 및 세포생물학적 방법을 이용해 검증하고 여주 발효물이 기능성 식품개발에 응용될 수 있는 지를 연구하였다.

가설 설정

기존 보고에 의하면 돼지감자 추출물은 alloxan으로 처리한 췌장세포를 보호한다고 알려졌고 이는 돼지감자의 주성분인 inulin에 의한 효과인 것으로 알려졌다. 여주의 경우 혈당 강하 기능이 있는 카란틴이[8] 췌장세포의 보호 효과를 나타낼 수도 있을 것이다. 따라서 MC-LM은 여주의 카란틴 성분과 발효를 통해 생산되는 유도체 등이 alloxan의 영향을 막아내어 췌장세포의 파괴를 감소시킴으로써 췌장 β -cell을 보호하는 효과가 있을 것으로 사료된다.

제안 방법

MC-LM이 DNA의 산화적 손상을 억제하는지를 알아보았다. AAPH는 용액 상에서 peroxyl radical을 효과적으로 생성하며 이들은 지질이나 DNA와 반응하여 산화적 손상을 유도한다[24,25].

대상 데이터

본 실험에 사용한 여주는 2016년 4월에 충북 오창에서 채취한 것을 사용하였으며, 발효균주는 젖산균(Leuconostoc mesentroides LM)을 사용하였다. Phosphate buffer saline (PBS), dimethyl sulfoxide (DMSO), Dulbecco's Modified Eagle's Medium (DMEM), 3-(4,5-dimethylthiazol- 2-yl)-2,5-diphenyl tetrazolium bromide (MTT), 등은 Sigma Aldrich(St.
췌장세포주인 RIN-m5F cell을 생명공학 연구원으로부터 분양 받아 사용하였으며 alloxan에 대한 보호 효과는 Kim 등[16]의 방법으로 측정하였다. 96 wel plate에 2×10⁵ cells/well의 농도로 ell을 분주하여 10% FBS-RPMI-1640 배지로 배양하였다.

데이터처리

실험결과에 대한 통계분석은 SPSS 통계프로그램(Statistical Package for the Social Science, Ver. 12.0, SPSS Inc., Chicago, IL, USA)을 이용하여 분석하였으며, 모든 실험값은 3회 이상 반복 실시한 결과를 평균±표준편차(standard deviation, SD)로 나타내었다. 각 군 간의 측정 치 비교는 p<0.
, Chicago, IL, USA)을 이용하여 분석하였으며, 모든 실험값은 3회 이상 반복 실시한 결과를 평균±표준편차(standard deviation, SD)로 나타내었다. 각 군 간의 측정 치 비교는 p<0.05의 유의수준에서 student's t-test를 이용하여 각 구간의 유의적 차이를 검증하였다.

이론/모형

α-Glucosidase 저해활성은 Choe 등[15]의 방법으로 측정하였다. 0.
Peroxyl radical에 의한 DNA의 산화적 손상에 대한 보호 작용을 Kang 등[14]의 방법을 이용하여 관찰하였다. DNA는 pUC19(100 μg/mL) plasmid DNA를 사용하였고 DNA의 산화적 손상을 유발시키기 위해 10 mM AAPH를 사용하여 peroxyl radical 생성시켰다.
췌장세포에서 insulin 분비능은 Kim 등[16]의 방법으로 측정하였다. RIN-m5F cell을 2×10⁵ cells/well의 농도로 분주하여 10% FBS-RPMI- 1640 배지로 배양하였다.

성능/효과

1. MC-LM은 MC에 비해 500 ug/mL 농도에서 ABTS radical 소거활성이 37% 높게 나타냈으며, 농도가 증가함에 따라 활성이 유의하게(p<0.05) 증가하였다.
3. MC-LM은 alloxan에 의한 세포사멸을 억제하여 세포생존율의 유의한 증가를 보였으며, 세포내의 인슐린 생성도 현저히 증가시켰다.
여주의 경우 혈당 강하 기능이 있는 카란틴이[8] 췌장세포의 보호 효과를 나타낼 수도 있을 것이다. 따라서 MC-LM은 여주의 카란틴 성분과 발효를 통해 생산되는 유도체 등이 alloxan의 영향을 막아내어 췌장세포의 파괴를 감소시킴으로써 췌장 β -cell을 보호하는 효과가 있을 것으로 사료된다.
본 연구에서는 여주 열수 추출물(MC)에 젖산균을 접종하여 배양 발효시켜 제조한 발효물(MC-LM)의 항산화 활성 및 항당뇨 효과를 확인한 결과, MC에 비해 MC-LM이 항산화 활성 및 항당뇨 효과가 뛰어난 것으로 관찰되었다.
Alloxan에 의한 췌장세포 파괴를 유도하면 인슐린 분비능에 영향을 영향을 미치게 되는데[34] MC-LM을 첨가한 군에서 인슐린 분비능이 유의적으로 증가한 것으로 보아 MC-LM은 alloxan에 의한 췌장세포의 파괴를 효과적으로 막아줌으로서 인슐린의 분비능을 증가시키는 것으로 사료되었다. 이상과 같은 결과를 종합해 볼 때 MC-LM은 MC에 비해 항산화 기능과 항당뇨 효과가 높다고 판단되었다.

후속연구

이와 같은 현상은 돌연변이나 노화 및 각종 질환의 원인이 되고 있다[29,30]. 따라서 MC-LM은 DNA의 산화적 손상을 보호함으로서 노화 및 질병 예방에 도움이 될 것이다.
66 mg TAE/g으로 나타났다[23]. 따라서 식물에 함유된 플라보노이드나 폴리페놀 화합물은 천연 항산화제로써 작용할 수 있으며 항산화 작용에 영향을 나타낸다는 선행연구[16,17]에 근거하여 여주발효물이 천연항산화제로서 이용가치가 있을 것으로 판단된다.
이상과 같은 결과를 통해, 젖산균으로 발효시킨 여주 발효물은 여주 추출물에 비해 항산화 활성 및 항당뇨 효과가 뛰어난 것으로 판단되어 이를 이용한 기능성 식품 개발이 가능할 것으로 사료된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	대표적 당뇨병 치료약은 무엇이 있는가?	당뇨병은 현재 완치가 어려우며, 식이요법이나 운동요법으로 혈당치를 조절하여 예방하거나 대부분의 당뇨환자가 경구 혈당 강하제를 지속적으로 복용하여 당뇨병의 악화를 지연시키고 있다[2]. 그러나 대표적인 당뇨병 치료약인 설폰요소제(sulfonylurease), 비구아나이드(biguanides), 아카보즈(acarbose), 다이아자이드(thiazide) 계열의 약품은 부분적인 대사 과정에만 인위적으로 작용하기 때문에, 부작용과 내성을 피할 수 없다[3]. 이와 같은 문제를 해결하기 위해 최근에는 천연물을 이용하여 보다 안전한 혈당 강하제를 개발하려고 하는 추세이다[4].
	당뇨병은 어떤 질환인가?	노년기의 신체 변화는 대부분 감퇴적 양상을 나타내게 되는데 일반적으로 뇌혈관 및 심장혈관계의 효율성이 감소하고, 폐, 간, 심장, 신경계의 활동 등 신체 전반의 활동이 저하되면서 대사성 만성 질환이 자주 나타난다. 이중 당뇨병은 전 세계적으로 유병률이 큰 만성적인 대사성 질환으로 고혈당이라는 특징적인 증상을 나타내는데 고령화 사회로 진입하면서 2050년에는 예상 당뇨병 환자수가 약 600만명까지 늘어날 것으로 예측되고 있다[1]. 당뇨병은 췌장으로부터 인슐린 분비 감소 또는 분비된 인슐린의 각 장기에 대한 작용성 감소에 기인한다.
	여주는 동남아시아의 전통 의학에서 어떤 식품으로 여겨지는가?	여주의 쓴맛이 위를 자극하여 소화액 분비를 촉진하고 식욕이 생기도록 하고, 건위, 정장 작용도 있다. 또한 동남아시아의 전통 의학에선 피부병, 야맹증, 기생충, 류머티스, 통풍, 신체 허약 등에 효과가 있는 식품으로 여겨 이용해 왔다. 최근 현대과학의 발달로 여주가 당뇨병에 효과가 있는 것으로 밝혀지면서 많은 관심 을 받고 있다.

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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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