유산균을 이용한 보리의 발효를 통한 항산화 및 미백 효과 Antioxidant and Whitening Effects of the Fermentation of Barley Seeds (Hordeum vulgare L.) Using Lactic Acid Bacteria원문보기
보리(Hordeum vulgare L.)는 Poaceae/Gramineae 과에 속하며 주위에 흔히 있는 곡물이지만 고대 이집트에서는 보리가 의약품으로 사용되어 왔으며 오랜 전부터 많은 나라에서 기능성 식품, 향료 및 맥주로 사용되는 중요한 곡물이다. 보리의 효능에는 항염증, 항암 및 항당뇨병에 효과가 있는 것으로 알려져 있다. 현재까지 보리에 관한 많은 연구가 진행되어왔지만 유산균 발효를 이용한 발효 보리에 대한 연구는 많이 진행되지 않았다. 본 연구에서는 유산균을 이용하여 발효 후 에탄올로 추출한 보리 씨앗의 효과에 대하여 조사 하였다. 이를 위해서 유산균으로 발효한 보리 씨앗과 발효하지 않은 보리의 총 폴리페놀 함량, 총 플라보노이드 함량, DPPH 라디칼 소거능, SOD 유사활성 및 타이로시나제 저해 활성을 분석하였다. 결과적으로 유산균으로 발효한 보리 씨앗이 발효하지 않은 보리 씨앗보다 더 효과적인 항산화 효과 및 미백 활성을 나타내는 것으로 보였다. 따라서 우리는 유산균으로 발효한 보리 씨앗이 건강 기능 식품 및 화장품 개발의 기초가 될 수 있음을 제안한다.
보리(Hordeum vulgare L.)는 Poaceae/Gramineae 과에 속하며 주위에 흔히 있는 곡물이지만 고대 이집트에서는 보리가 의약품으로 사용되어 왔으며 오랜 전부터 많은 나라에서 기능성 식품, 향료 및 맥주로 사용되는 중요한 곡물이다. 보리의 효능에는 항염증, 항암 및 항당뇨병에 효과가 있는 것으로 알려져 있다. 현재까지 보리에 관한 많은 연구가 진행되어왔지만 유산균 발효를 이용한 발효 보리에 대한 연구는 많이 진행되지 않았다. 본 연구에서는 유산균을 이용하여 발효 후 에탄올로 추출한 보리 씨앗의 효과에 대하여 조사 하였다. 이를 위해서 유산균으로 발효한 보리 씨앗과 발효하지 않은 보리의 총 폴리페놀 함량, 총 플라보노이드 함량, DPPH 라디칼 소거능, SOD 유사활성 및 타이로시나제 저해 활성을 분석하였다. 결과적으로 유산균으로 발효한 보리 씨앗이 발효하지 않은 보리 씨앗보다 더 효과적인 항산화 효과 및 미백 활성을 나타내는 것으로 보였다. 따라서 우리는 유산균으로 발효한 보리 씨앗이 건강 기능 식품 및 화장품 개발의 기초가 될 수 있음을 제안한다.
Barley (Hordeum vulgare L.), of the Poaceae/Gramineae family, is a common grain in the surrounding area. It has been used in Ancient Egyptian medicine and it has been used worldwide for many years as food and as an ingredient in beer. Barley has been reported to have anti-inflammatory, anti -carcino...
Barley (Hordeum vulgare L.), of the Poaceae/Gramineae family, is a common grain in the surrounding area. It has been used in Ancient Egyptian medicine and it has been used worldwide for many years as food and as an ingredient in beer. Barley has been reported to have anti-inflammatory, anti -carcinogenic and anti-diabetic effects. So far, a lot of research has been done on barley but the effects of fermented barley seeds with lactic acid bacteria have not been studied largely. In this study, we investigated the effects of ethanol-extracted barley seeds after their fermentation with lactic acid bacteria. The biological activities of fermented barley seeds with lactic acid bacteria and non-fermented barley seeds were analyzed for total polyphenol content, total flavonoid content, DPPH radical scavenging, superoxide dismutase-like activity and tyrosinase inhibition. These results showed that fermented barley seeds with lactic acid bacteria have more advanced anti-oxidant and whitening properties than non-fermented barley seeds. Hence, we suggest that fermenting barley seeds with lactic acid bacteria can be an impressive material in the food and cosmetic industries.
Barley (Hordeum vulgare L.), of the Poaceae/Gramineae family, is a common grain in the surrounding area. It has been used in Ancient Egyptian medicine and it has been used worldwide for many years as food and as an ingredient in beer. Barley has been reported to have anti-inflammatory, anti -carcinogenic and anti-diabetic effects. So far, a lot of research has been done on barley but the effects of fermented barley seeds with lactic acid bacteria have not been studied largely. In this study, we investigated the effects of ethanol-extracted barley seeds after their fermentation with lactic acid bacteria. The biological activities of fermented barley seeds with lactic acid bacteria and non-fermented barley seeds were analyzed for total polyphenol content, total flavonoid content, DPPH radical scavenging, superoxide dismutase-like activity and tyrosinase inhibition. These results showed that fermented barley seeds with lactic acid bacteria have more advanced anti-oxidant and whitening properties than non-fermented barley seeds. Hence, we suggest that fermenting barley seeds with lactic acid bacteria can be an impressive material in the food and cosmetic industries.
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문제 정의
따라서 본 연구에서는 보리 씨앗을 유산균으로 발효 후 추출하여 항산화 및 미백 활성 등의 생리활성을 발효 전과 비교연구함으로써 보리를 이용한 화장품 소재를 개발에 기초자료로 활용하고자 한다.
제안 방법
DPPH radical 소거 활성은 Blois [4]에 방법을 일부 변형하여 수행하였다. 96 well plate에 20 ul 시험 물질, 180 ul DPPH를 각각 첨가한 후 37℃에서 30분간 반응 시키고 517 nm에서 흡광도를 측정하였다.
Tyrosinase 저해 활성 측정은 Masamoto [20]의 방법을 변형하여 수행하였다. 각 농도의 시료 10 ul에 Mushroom tyrosinase (110 unit/ml) 20 ul와 L-DOPA 170 ul를 첨가하여 잘 혼합한 후, 37℃에서 10분간 반응시켰다.
brevis, L. paracasei로 발효를 한 보리 씨앗이 발효하지 않은 보리 씨앗에 비해 항산화 및 다른 기능들의 효과를 확인하고 이를 통해 항산화 및 미백 화장품소재로서의 적용 및 응용하기 위한 항산화(총 폴리페놀 함량, 총 플라보노이드 함량, DPPH radicals 소거 활성, SOD 유사 활성 분석), 미백(tyrosinase 저해 활성 측정)등의 실험을 진행하였다. 총 플라보노이드 함량은 모든 LFB가 NFB를 500 ppm에서 유의성 있게 증가하였으며 총 폴리페놀 함량은 500 ppm 농도에서는 모든 LFB가 NFB에 비해 유의성 있게 증가하였고 1,000 ppm에서는 BHN-LAB96, BHN-LAB111 균주로 발효를 한 LFB가 유의성 있게 증가하였다.
시약 200ul, 50% Folin 시약 10 ul를 넣고 잘 혼합한 후, foil 로 빛을 차단시킨 상태에서 30 분 동안 상온에서 반응시켰다. 반응 후, ELISA를 이용하여 760 nm에서 흡광도를 측정하였고, 이 때 시험물질의 총 폴리페놀 함량은 galic acid를 이용하여 10, 50, 100, 250, 500, 1,000 ug/ml 의 농도로 작성된 표준 곡선을 통하여 분석하였다.
본 실험에서는 각 종 유산균으로 발효를 한 보리 씨앗(Lactobacillus fermented barley seeds; LFB)과 발효를 하지 않은 보리 씨앗(Non-fermented barley seeds; NFB)을 폴리페놀 및 플라보노이드 함량을 각각 gallic acid과 rutin을 기준 물질로 하여 측정하였다. 그 결과, LFB와 NFB 모두 농도 의존적으로 총 폴리페놀 및 총 플라보노이드 함량이 각각 증가하였다.
본 연구에서는 다양한 농도에서 LFB와 NFB의 DPPH radicals 소거 활성을 측정하였다. 그 결과 L.
본 연구에서는 다양한 유산균으로 발효를 한 LFB와 NFB의 SOD 유사 활성 분석 측정하였다. 그 결과, L.
본 연구에서는 다양한 유산균으로 발효를 한 LFD와 NFD의 tyrosinase 저해 활성 측정하였다. 그 결과, L.
대상 데이터
본 연구에서 사용된 보리 씨앗은 ㈜다농에서 국내산 겉보리 씨앗을 구매하였으며, 분쇄 후 사용하였다. Sodium carbonate(Na2CO3), folin-ciocalteu, gallic acid, Tris hydrochloride(Tris-HCl), pyrogallol (C6H3(OH)3), hydrochloric acid (HCl), L-ascorbic acid (Vitamin C), acarbose, 4-nitrophenol-α-Dglucopyrnoside (pNPG), sodium phosphate (monobasic, dibasic), α-glucosidase enzyme, L-3,4-dihydroxyphenylalanine(L-DOPA), tyrosinase enzyme은 Sigma Aldrich (USA)에서 구입하여 사용하였다.
본 연구에서 선별되어 사용된 유산균 균주는 ㈜솔젠트(Solgent, Korea)에 의뢰하여 동정 명명하였으며 동정된 Lactobacillus brevis BHN-LAB38, Lactobacillus brevis BHN-LAB96, Lactobacillus paracasei BHN-LAB111, Lactobacillus paracasei BHN-LAB129 를 사용하였다. 동결 건조된 균주는 MRS 배지에 48시간 동안 37℃에서 배양한 후, 사용하였다.
약 20여 가지의 젓갈에서 분리한 유산균 균주를 보리와 예비 발효하여 발효 유무를 확인하고 오염도를 관찰한 후 발효에 최적화된 4개 균주만을 선별하였다
데이터처리
모든 실험은 최소 3회 반복하여 진행하였으며, 각 시료들의 실험 결과는 평균±표준편차로 나타내었고, 각 실험 결과의 통계적 유의성 검토는 시료가 포함되지 않은 대조구와 비교하여 Student’s t-test에 의하여 판정하였으며 F 값이 0.05 또는 0.01 미만일 때 유의성이 있다고 판단하였다.
이론/모형
SOD 유사활성은 Marklund 방법[18]에 따라 수행하였다. 이 방법은 pyrogallol의 생성량 측정을 통하여 과산화 수소(H2O2)로의 전환 반응을 촉매 하는 SOD 유사활성으로 나타내었다.
총 폴리페놀 함량은 Folin-Denis 방법[29]을 활용하여 진행하였으며, 96 well plate에 시험물질 10 ul와 Na2CO3 시약 200ul, 50% Folin 시약 10 ul를 넣고 잘 혼합한 후, foil 로 빛을 차단시킨 상태에서 30 분 동안 상온에서 반응시켰다. 반응 후, ELISA를 이용하여 760 nm에서 흡광도를 측정하였고, 이 때 시험물질의 총 폴리페놀 함량은 galic acid를 이용하여 10, 50, 100, 250, 500, 1,000 ug/ml 의 농도로 작성된 표준 곡선을 통하여 분석하였다.
총 플라보노이드 함량은 Jia 등[11] 방법을 활용하여 진행하였으며, 96 well plate에 시험 물질 20 ul, 용매제 80 ul, 5% NaNO2 6 ul을 넣고 5분간 상온에서 반응한 후 10% AlCl3·6H2O 12 ul를 상온에서 6분간 반응시키고 1N NaOH 40 ul를 넣어 반응을 정지시키고 상온에서 11분 동안 반응을 시킨 후 420 nm에서 흡광도를 측정하였다. 이 때 시험물질의 총 폴리페놀 함량은 rutin을 이용하여 10, 50, 100, 250, 500, 1,000 ug/ml의 농도로 작성된 표준 곡선을 통하여 분석하였다.
성능/효과
총 플라보노이드 함량은 모든 LFB가 NFB를 500 ppm에서 유의성 있게 증가하였으며 총 폴리페놀 함량은 500 ppm 농도에서는 모든 LFB가 NFB에 비해 유의성 있게 증가하였고 1,000 ppm에서는 BHN-LAB96, BHN-LAB111 균주로 발효를 한 LFB가 유의성 있게 증가하였다. DPPH radicals 소거 활성에서도 NFB에 비해 LFB가 모두 유의한 증가를 확인하였다. 이를 통해 유산균 발효 보리 씨앗은 항산화 작용이 뛰어난 것으로 사료된다.
paracasei BHN-LAB129의 tyrosinase 저해 활성이 가장 강한 반면 보리와의 발효 시 L. brevis BHN-LAB38, L.paracasei BHN-LAB111에서 활성이 가장 강한 것으로 보아 기존에 유산균의 tyrosinase 저해 활성 외에도 보리와의 발효를 통해 더욱더 강한 tyrosinase 저해 활성이 나타나는 것으로 생각된다.
02%을 보였으며 L. paracasei BHN-LAB111로 발효를 한 LFB에서만 32.38±0.04%로 두 배 이상의 활성 변화를 보이며 유의성 있는 증가를 보였으며 저 농도 100, 500 ppm에서도 유사한 결과를 확인하였다.
brevis BHN-LAB38, L. paracasei BHN-LAB111로 발효를 한 보리는 각각 47.89±0.02%, 57.47±0.01%, tyrosinase 저해 활성을 보이며 가장 높은 효소 저해 활성을 보였다. 비록 positive control에 사용된 ascrobic acid에 비해서는 낮은 저해 활성을 보였지만 발효하지 않은 대조군에 비해 약 1.
paracasei BHN-LAB111, L. paracasei BHN-LAB129로 발효를 한 LFB는 32.26±0.01%, 25.63±0.01%, 35.83±0.01%, 28.89±0.00%로 모든 LFB에서 NFB에 비해 유의성 있는 증가를 보이며 NFB에 비해 항산화 활성이 증가함을 확인할 수 있었다. 뿐만 아니라 저 농도인 100과 500 ppm에서도 유사한 결과를 확인하였다.
L. paracasei BHN-LAB129로 발효를 한 보리는 100 ppm에서만 NFD에 비해 유의한 억제 활성을 보였으나 고농도에서는 유의성이 관찰되지 않았다. 또한 1,000 ppm 농도에서 NFB의 tyrosinase 저해 활성은 39.
그 결과, L. paracasei, L.brevis로 발효를 한 LFD와 NFD 모두 농도 의존적으로 증가하였다. L.
본 연구와 비교를 해보면 L. rhamnosus로 보리를 발효를 한 논문에서는 최고 농도의 총 폴리페놀 함량이 발효를 하지 않는 보리에 비해 약 22.56% 증가된 반면 본 연구에서 사용되어진 유산균으로 보리를 발효를 한 최고 농도의 총 폴리페놀 함량은 발효를 하지 않은 보리에 비해 약 14.31-48.29% 증가되었다. DPPH radicals 소거 활성 실험에서도 같은 100 ppm 농도에서 보고된 연구에서는 약 26.
본 실험에서는 각 종 유산균으로 발효를 한 보리 씨앗(Lactobacillus fermented barley seeds; LFB)과 발효를 하지 않은 보리 씨앗(Non-fermented barley seeds; NFB)을 폴리페놀 및 플라보노이드 함량을 각각 gallic acid과 rutin을 기준 물질로 하여 측정하였다. 그 결과, LFB와 NFB 모두 농도 의존적으로 총 폴리페놀 및 총 플라보노이드 함량이 각각 증가하였다. 총폴리페놀 함량은 500 ppm 농도에서 NFB는 20.
이러한 결과들로 보아 유산균 원액의 항산화 능력 보다는 유산균과 보리의 발효를 통해 항산화 능력이 증가되는 것을 알 수 있었다. 따라서, 기존의 항산화 능력이 뛰어난 보리에 유산균을 통한 발효 공정은 더욱더 뛰어난 항산화 능력을 가지는 것으로 생각된다.
또한 L-DOPA를 사용한 미백 실험 시 BHN-LAB38, BHN-LAB111 균주로 발효를 한 LFB가 유의성 있게 억제 시키는 것을 확인하였다. 일반적으로 phenolic compound, flavonoid 등이 tyrosinase 활성을 저해를 통한 멜라닌 생합성을 억제하고 멜라노마 세포의 증식을 억제한다고 알려져 있다[6].
일반적으로 phenolic compound, flavonoid 등이 tyrosinase 활성을 저해를 통한 멜라닌 생합성을 억제하고 멜라노마 세포의 증식을 억제한다고 알려져 있다[6]. 본 연구를 통해서 총 폴리페놀 함량 및 항산화 능력이 증가되면서 tyrosinase 저해 활성이 증가되는 것으로 생각되며 특히 DPPH radicals 소거 활성 결과에서 BHN-LAB38과 BHN-LAB111이 가장 활성이 강하였는데 tyroinsase 저해 활성 실험에서도 이 두 균주로 발효한 LFB에서 가장 강한 활성을 나타나는 것으로 보아 앞서 언급한 이론을 뒷받침한다고 생각한다. 실험에 사용되어진 유산균 원액만으로 L-DOPA를 사용한 미백 실험 에서는 L.
paracasei BHN-LAB129는 각각 0%, 0%, 2%, 12% 활성이 나타났다. 이러한 결과들로 보아 유산균 원액의 항산화 능력 보다는 유산균과 보리의 발효를 통해 항산화 능력이 증가되는 것을 알 수 있었다. 따라서, 기존의 항산화 능력이 뛰어난 보리에 유산균을 통한 발효 공정은 더욱더 뛰어난 항산화 능력을 가지는 것으로 생각된다.
67% 정도 활성이 증가되었다. 이를 통해 기존의 논문보다도 본 연구에서 사용되어진 유산균을 통해 발효를 한 보리의 항산화 능력이 더 뛰어난 것을 알 수가 있었다.
DPPH radicals 소거 활성에서도 NFB에 비해 LFB가 모두 유의한 증가를 확인하였다. 이를 통해 유산균 발효 보리 씨앗은 항산화 작용이 뛰어난 것으로 사료된다. SOD 유사 활성 분석에서는 BHN-LAB111 균주로 발효한 LFB에서만 NFB에 비해 활성 효과를 나타내었다.
후속연구
이러한 결과들을 통해 본 연구에서 사용한 유산균으로 발효를 한 보리 씨앗은 뛰어난 항산화 작용 및 tyrosinase 발현을 억제함으로써 멜라닌 합성 억제 효과를 나타나는 것으로 생각되며 이는 향후 보리의 유산균 발효를 통한 미백 화장품 개발로의 발전 가능성이 있을 것으로 사료된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
보리의 효능은 무엇이 알려져 있는가?
)는 Poaceae/Gramineae 과에 속하며 주위에 흔히 있는 곡물이지만 고대 이집트에서는 보리가 의약품으로 사용되어 왔으며 오랜 전부터 많은 나라에서 기능성 식품, 향료 및 맥주로 사용되는 중요한 곡물이다. 보리의 효능에는 항염증, 항암 및 항당뇨병에 효과가 있는 것으로 알려져 있다. 현재까지 보리에 관한 많은 연구가 진행되어왔지만 유산균 발효를 이용한 발효 보리에 대한 연구는 많이 진행되지 않았다.
보리(Hordeum vulgare L.)는 어떤 곡물인가?
보리(Hordeum vulgare L.)는 Poaceae/Gramineae 과에 속하며 주위에 흔히 있는 곡물이지만 고대 이집트에서는 보리가 의약품으로 사용되어 왔으며 오랜 전부터 많은 나라에서 기능성 식품, 향료 및 맥주로 사용되는 중요한 곡물이다. 보리의 효능에는 항염증, 항암 및 항당뇨병에 효과가 있는 것으로 알려져 있다.
산소가 호흡 과정에서 산화를 통해 변한 활성산소는 어떤 작용을 하여 어떤 질병을 일으키는 원인이 되는가?
활성산소는 일반 산소와 다른 불안정한 상태의 산소를 의미하며 다양한 질병을 일으키는 원인이 된다. 활성산소가 다량 발생하면 세포, 단백질, DNA가 손상 되거나 파괴가 되고 이로 인해 노폐물을 만들어내며 세포의 신호전달 체계에 이상이 발생할 수 있다[17]. 질병의 약 90%가 활성산소와 연관 있다고 알려져 있으며, 암, 당뇨, 고혈압, 동맥경화, 심근경색, 뇌졸중 등 각종 성인병 및 노화의 원인이 된다[27]. 하지만 이러한 활성 산소는 항산화제(antioxidant)를 통해 제거 된다.
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