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Lactobacillus rhamnosus BHN-LAB 76에 의한 Pueraria 발효 추출물의 항산화 활성 평가
Evaluation of the Anti-oxidant Activity of Pueraria Extract Fermented by Lactobacillus rhamnosus BHN-LAB 76 원문보기

생명과학회지 = Journal of life science, v.29 no.5 = no.229, 2019년, pp.545 - 554  

김병혁 (비에이치앤바이오 생물산업소재개발연구소) ,  장종옥 (안동대학교 원예.생약융합학부) ,  이준형 (비에이치앤바이오 생물산업소재개발연구소) ,  박예은 (비에이치앤바이오 생물산업소재개발연구소) ,  김중규 (비에이치앤바이오 생물산업소재개발연구소) ,  윤여초 (비에이치앤바이오 생물산업소재개발연구소) ,  정수진 (비에이치앤바이오 생물산업소재개발연구소) ,  권기석 (안동대학교 원예.생약융합학부) ,  이중복 (비에이치앤바이오 생물산업소재개발연구소)

초록
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칡의 화합물은 동양 전통 의학에서 매우 중요한 콩과 식물로서 다량의 이소플라본을 함유한다고 보고되었다. 그러나, 칡의 주요 함유 이소플라본은 생물학적으로 이용가능성이 낮기 때문에, 생물학적 이용가능성을 증대시키기 위해서는 가수분해나 ${\beta}$-glucosidase를 사용하여 생물전환을 통해 이용 효율성을 증대시킬 수 있다. 본 연구는 김치로 부터 분리된 Lactobacillus rhamnosus BHN-76를 이용해 발효한 칡 추출물의 항산화 효과를 조사하였다. L. rhamnosus BHN-76 발효는 $37^{\circ}C$에서 3일간 발효하였으며, 발효하지 않은 칡 추출물에 비해 L. rhamnosus BHN-76 발효 칡 추출물에서 총 폴리페놀 함량은 약 134%, 총 플라보노이드 함량은 약 110% 증가된 것을 확인하였다. 또한, SOD 유사활성능, DPPH radical 소거 활성능과 ABTS radical 소거활성능은 각각 약 213%, 190%와 107% 항산화능이 증가하는 것을 확인하였다. 이 결과를 통해 L. rhamnosus BHN-76을 이용한 칡의 발효가 가능하며, 유산균 발효가 칡의 항산화능 증대에 효과적인 것을 확인하였으며 본 연구를 기반으로 한 기능성 식품 또는 화장품 소재로의 개발 및 응용이 가능할 것으로 기대된다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The phytochemical compounds of Pueraria, a medicinally important leguminous plant, include various isoflavones that have weak estrogenic activity and a potential role in preventing chronic disease, cancer, osteoporosis, and postmenopausal syndrome. However, the major isoflavones are derivatives of p...

주제어

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AI 본문요약
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제안 방법

  • Lactobacillus sp. 16S rRNA gene 정량 PCR은 Lacto-F/R를 이용하였고[4], 반응조건은 95℃에서 15 min 동안 pre-denaturation 시켜, 95℃에서 30 sec denaturation, 67℃에서 30 sec annealing, 72℃에서 30 sec extension후 fluorescence를 측정하고 45 cycles을 수행하였다. 그리고 final extension은 72℃에서 5 min동안 수행하였다.
  • 250 ppm, 500 ppm, 1,000 ppm 농도로 희석한 각 시험 물질을 20 μl를 취하여 70% ethanol 80 μl, 5% Sodium nitrite (NaNO2) 6 μl와 혼합하여 5분간 상온에서 반응한 후, 10% Aluminum Chloride Hexahydrate (AlCl3 6H2O) 12 μl를 첨가하여 상온에서 6분간 반응하였다.
  • Cloning은 All-in-one PCR cloningkit (Biofact, Korea)를 이용하였고, manufacturer’s protocol을 따라 수행하여 16S rRNA gene의 염기서열을 결정하였다.
  • 각 시험 물질 10 μl를 취하여 10% Sodium carbonate (Na2CO3) 200 μl, 50% Folinciocalteu reagent 10 μl와 혼합하여 상온에서 30분간 반응 후 760 nm에서 흡광도를 측정하였다. Gallic acid를 표준 물질로 사용하여 얻어진 표준 곡선으로 총 폴리페놀 함량(ug/ml)을 계산하였다.
  • coil DH5 α의 total DNA를 주형으로 PCR을 수행하여 350 bp의 PCR 산물을 얻었다[4]. PCR 산물은 All-in-one vector (Biofact, Korea)에 cloning하였으며, plasmid DNA는 HiGeneTM Plasmid Mini Prep Kit (Biofact, Korea)를 이용하여 추출하였다. 염기서열분석은 M13-20F (All-in-one Vector Systems manual)를 이용하여 분석하였고, BLAST search를 통해 확인하였다.
  • PCR 증폭산물은 1.2% agarose gel에 loading한 후 약 1,500 bp 크기의 band를 잘라, HiGeneTM Gel & PCR Purification Solution Kit (Biofact, Korea)를 이용하여 정제하여 cloning 하였다.
  • Rutin을 표준 물질로 사용하여 표준 곡선을 작성하고 이를 따라 총 플라보노이드 함량(ug/ml)을 계산하였다.
  • 각각의 primer를 이용하여 50 μl 안에 1× PCR buffer, 20 mM MgCl2, 40mM dNTP mixture, 각 primer (1 μM), template DNA와 0.5U Taq polymerase를 첨가하여 PCR을 수행하였다.
  • Cloning은 All-in-one PCR cloningkit (Biofact, Korea)를 이용하였고, manufacturer’s protocol을 따라 수행하여 16S rRNA gene의 염기서열을 결정하였다. 결정된 염기서열은 CAP3 sequence assembly program (http://doua.prabi.fr/software/cap3)을 통해 assemble 하여 1,500 bp의 16S rRNA gene을 염기서열을 확인하였으며, NCBI (www.ncbi.nlm.nih.gov)의 GenBank database를 이용하여 BLAST search를 통해 분석하였다. 또한, Phylogenetic tree는 ClusterX를 이용하여 미생물간 상동성을 분석하고, MEGA 5.
  • 이 과정에서 생성된 H2O2는 catalase에 의해 물 분자와 산소 분자로 전환되어 산화로부터 생체를 보호하는 기능을 하는 것으로 알려져 있다[19, 35, 43]. 따라서 이 실험에서는 생체 항산화 방어기전 중 효소적 방어 기전의 하나로 superoxide radical을 환원시켜서 산화와 노화로부터 보호하는 SOD 유사활성 측정을 pyrogallol의 자동 산화 반응을 이용하여 superoxide anion radical 소거 여부를 조사하였다. 발효하지 않은 칡 추출물 250 ppm, 500 ppm, 1,000ppm에서 각각 3.
  • 발효하지 않은 칡과 유산균에 의해 발효된 칡은 각각 200g에 물 1 l를 이용하여 80℃에서 24시간 열수 추출하였으며, 3회에 걸쳐 추출을 수행하였다. 또한 추출된 추출물은 filter paper로 여과한 후 Rotary evaporator (N-1100 and N-1000; EYELA Co., Japan)을 이용하여 감압 농축하고 동결 건조(FD8512, ilshinBioBase Co. Ltd.)하여 실험에 사용하여, 발효 전후 각각 17.5%와 17.7% 회수하여 본 실험에 사용하였다.
  • 또한, DNA 농도는 NanoDrop ND-2000 (Thermo Scientific, USA)을 이용하여 1 ng/μl를 분석에 이용하였다[24].
  • 2℃씩 증가시키면서 fluorescence를 측정하였다[24]. 또한, 유전자 정량을 위해서 표준 유전자를 serial dilutions하여 Real-time-PCR을 수행하였으며, 정량을 위한 표준곡선은 y=-4.073x + 48.617 (R2=0.9918)로 확인되어 유산균 정량에 이용 하였다. 또한, DNA 농도는 NanoDrop ND-2000 (Thermo Scientific, USA)을 이용하여 1 ng/μl를 분석에 이용하였다[24].
  • 발효하지 않은 칡과 유산균에 의해 발효된 칡은 각각 200g에 물 1 l를 이용하여 80℃에서 24시간 열수 추출하였으며, 3회에 걸쳐 추출을 수행하였다. 또한 추출된 추출물은 filter paper로 여과한 후 Rotary evaporator (N-1100 and N-1000; EYELA Co.
  • 본 연구에서는 시중에 판매되는 칡 천연물을 이용하여 L.rhamnosus BHN-LAB 76으로 발효 후 총 폴리페놀 및 총 폴라보노이드 함량과 항산화 활성(SOD 유사활성, DPPH radical소거활성, ABTS radical 소거활성)을 분석하여 발효 전후의 변화를 확인하였다. L.
  • 본 연구에 사용된 미생물은 김치로부터 분리 및 동정한 유산균을 사용하였다. 분리 유산균의 미생물 동정은 16S rRNA gene분석을 통해 수행하였으며, 배양액 1.5 ml를 취해 Fast DNA Spin kit for Soil (MP bio, USA)을 이용하여 total DNA를 추출하였다. 추출된 total DNA의 농도와 순도는 NanoDrop ND-2000 (Thermo Scientific, USA)을 이용하여 결정하였으며, 시료의 농도는 50 ng/μl 이상, 순도는 1.
  • 시간에 따른 유산균의 크기를 정량적으로 평가하기 위해 qPCR을 수행하였다. 유산균의 정량적 평가를 위해 Lacto-F (5'-GCA GCA GTA GGG AAT CTT CCA-3')와 Lacto-R (5'-GCA TTY CAC CGC TAC ACA TG-3') primer를, E.
  • PCR 산물은 All-in-one vector (Biofact, Korea)에 cloning하였으며, plasmid DNA는 HiGeneTM Plasmid Mini Prep Kit (Biofact, Korea)를 이용하여 추출하였다. 염기서열분석은 M13-20F (All-in-one Vector Systems manual)를 이용하여 분석하였고, BLAST search를 통해 확인하였다. 염기서열이 확인된 plasmid DNA는 Real-time PCR (CFX96 Touch™ Real-Time PCR Detection System, Bio-Rad, USA)를 이용하여 melting curve 분석 후 정량분석을 위한 표준 유전자(artificial standard clone)로 사용하였다.
  • 유산균의 정량적 평가를 위해 Lacto-F (5'-GCA GCA GTA GGG AAT CTT CCA-3')와 Lacto-R (5'-GCA TTY CAC CGC TAC ACA TG-3') primer를, E. coil DH5 α의 total DNA를 주형으로 PCR을 수행하여 350 bp의 PCR 산물을 얻었다[4].
  • 정량 PCR을 위해 Real-time PCR과 iTaqTM SYBR® Green Supermix with ROX (Bio-Rad, USA)를 이용하였다.
  • 총 플라보노이드 함량의 측정은 flavonoid에 알칼리를 작용 시켜 측정하였다[64]. 250 ppm, 500 ppm, 1,000 ppm 농도로 희석한 각 시험 물질을 20 μl를 취하여 70% ethanol 80 μl, 5% Sodium nitrite (NaNO2) 6 μl와 혼합하여 5분간 상온에서 반응한 후, 10% Aluminum Chloride Hexahydrate (AlCl3 6H2O) 12 μl를 첨가하여 상온에서 6분간 반응하였다.
  • 본 연구에 사용한 칡은 경북 영천에서 채취하여 제품화된 것을 구입하여 사용하였다. 추출 및 발효연구를 위해서 homogenizer를 이용하여 분쇄한 후 0.5 cm mesh를 이용하여 걸러 실험에 사용하였다.
  • 추출물의 DPPH radical 소거 활성능 측정은 DPPH (1, 1-diphenyl-2-picrylhydrazyl)에 대한 수소 공여 효과로 측정하였다[3]. 2,2-Diphenyl-1-picrylhydrazyl (DPPH)는 빛을 차단한 상태에서 99% Ethanol을 이용하여 2 mM 농도가 되도록 희석하여 사용하였다.
  • 칡 추출물의 ABTS radical 소거능 측정은 7.4 mM ABTS와 2.6 mM potassium persulfate 용액을 혼합하고 24시간 차광 및 정치하여 ABTS 용액을 제조하여 측정하였다[11]. ABTS 용액 970 μl와 추출물 30 μl를 혼합하여 암소에서 30 분간 방치한 후, 734 nm 파장에서 흡광도를 측정하였다.
  • 페놀성 화합물 분자 내 phenolic hydroxyl기가 효소 단백질 등 큰 분자들과 수소를 공유하며 결합하기 때문에 활성산소의 효과적인 제거와 산화 및 노화 억제의 기능을 하며, 플라보노이드는 폴리페놀계 화합물 중 하나로 항산화 활성과 더불어 다양한 생리활성 기능을 한다고 알려져 있다[13, 33, 43, 52]. 칡의 발효 전 후의 총 폴리페놀과 플라보노이드의 함량을 측정하여, BHN-LAB 76의 생물전환능을 확인하였다(Table 2). 총 폴리페놀 함량은 발효하지 않은 추출물 1,000 ppm 내 172.
  • 칡의 발효를 위해 L. rhamnosus BHN- LAB76을 접종한 후 6, 12, 24, 48, 72, 96시간에 각각 시료를 채취하여 L. rhamnosus BHN-LAB 76의 16S rRNA gene copy를 분석한 결과, 각 채취 시간별로 1.86×106±4.77×105 copy · molecul/ml, 2.75×106±5.25×105 copy·molecul/ml, 5.49×106±6.58×105 copy·molecul/ml, 1.53×107±1.38×106 copy·molec-ul/ml, 1.88×107±1.28×106 copy·molecul/ml, 1.86×10±1.56×106 copy·molecul/ml로 미생물 성장을 확인하였다(Fig. 2,Table 1).

대상 데이터

  • 16S rRNA gene 분석은 27F (5'-AGA GTT TGA TCM TGG CTC AG-3')와 1541R (5'-AAG GAG GTG ATC CAN CCR CA-3')을 사용하였다[7].
  • 본 연구에 사용된 미생물은 김치로부터 분리 및 동정한 유산균을 사용하였다. 분리 유산균의 미생물 동정은 16S rRNA gene분석을 통해 수행하였으며, 배양액 1.
  • 본 연구에 사용한 칡은 경북 영천에서 채취하여 제품화된 것을 구입하여 사용하였다. 추출 및 발효연구를 위해서 homogenizer를 이용하여 분쇄한 후 0.
  • 본 연구에서는 다량의 생리활성물질을 포함하는 칡의 항산화 효과를 증가시키기위해 김치로 부터 분리된 GRAS 미생물인 L. rhamnosus BHN-LAB 76을 이용해 발효하였다. 발효된 칡으로부터 추출된 발효 추출물의 총 폴리페놀 및 플라보노이드, SOD 유사활성능, DPPH radical 소거활성능, ABTS radical 소거활성능을 탐색한 결과, 발효되지 않은 칡 추출물보다 L.
  • 총 폴리페놀 함량의 측정은 Folin-Denis 방법에 따라 측정 하였다[51]. 천연물로 추출물은 250 ppm, 500 ppm, 1,000 ppm 농도로 희석하여 실험에 사용하였다. 각 시험 물질 10 μl를 취하여 10% Sodium carbonate (Na2CO3) 200 μl, 50% Folinciocalteu reagent 10 μl와 혼합하여 상온에서 30분간 반응 후 760 nm에서 흡광도를 측정하였다.
  • 칡의 발효를 위해 사용된 유산균은 김치로부터 분리한 유산균을 이용하였다. 유산균은 MRS 배지(Difco Laboratories Inc.

데이터처리

  • 모든 실험은 최소 3회 반복하여 진행하였으며, 각 시료들의 실험 결과는 평균 ± 표준편차로 나타내었으며, 각 실험 결과의 통계적 유의성 검토는 시료가 포함되지 않은 대조구와 비교하여 student’s에 의해 판정하였으며, F값이 0.05 또는 0.01 미만 일 때 유의성이 있다고 판단하였다.

이론/모형

  • gov)의 GenBank database를 이용하여 BLAST search를 통해 분석하였다. 또한, Phylogenetic tree는 ClusterX를 이용하여 미생물간 상동성을 분석하고, MEGA 5.0의 neighbor-joining method를 이용하여 유전적 계통분류를 수행하였다[53]. 
  • 염기서열이 확인된 plasmid DNA는 Real-time PCR (CFX96 Touch™ Real-Time PCR Detection System, Bio-Rad, USA)를 이용하여 melting curve 분석 후 정량분석을 위한 표준 유전자(artificial standard clone)로 사용하였다.
  • 총 폴리페놀 함량의 측정은 Folin-Denis 방법에 따라 측정 하였다[51]. 천연물로 추출물은 250 ppm, 500 ppm, 1,000 ppm 농도로 희석하여 실험에 사용하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
폴리페놀계 화합물의 특징은? 폴리페놀류 화합물은 과일 및 엽채류 등의 다양한 식물에 풍부하게 함유된 분자 내에 다량의 히드록실기(-OH)를 함유하여 항산화 효과뿐만 아니라 항암, 콜레스테롤 저해, 정장 작용등의 생리활성 기능이 보고되었다[26, 33, 46]. 페놀성 화합물 분자 내 phenolic hydroxyl기가 효소 단백질 등 큰 분자들과 수소를 공유하며 결합하기 때문에 활성산소의 효과적인 제거와 산화 및 노화 억제의 기능을 하며, 플라보노이드는 폴리페놀계 화합물 중 하나로 항산화 활성과 더불어 다양한 생리활성 기능을 한다고 알려져 있다[13, 33, 43, 52].
칡의 화합물의 특징은? 칡의 화합물은 동양 전통 의학에서 매우 중요한 콩과 식물로서 다량의 이소플라본을 함유한다고 보고되었다. 그러나, 칡의 주요 함유 이소플라본은 생물학적으로 이용가능성이 낮기 때문에, 생물학적 이용가능성을 증대시키기 위해서는 가수분해나 ${\beta}$-glucosidase를 사용하여 생물전환을 통해 이용 효율성을 증대시킬 수 있다.
시간에 따른 유산균의 크기를 정량적으로 평가하기 위해 무엇을 하는가? 시간에 따른 유산균의 크기를 정량적으로 평가하기 위해 qPCR을 수행하였다. 유산균의 정량적 평가를 위해 Lacto-F (5'-GCA GCA GTA GGG AAT CTT CCA-3')와 Lacto-R (5'-GCA TTY CAC CGC TAC ACA TG-3') primer를, E.
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