[논문]Lactobacillus plantarum에 의한 흰 민들레 발효물의 항산화 및 광노화 억제 효과

홍지우; 박하영; 김준희; 염서희; 김진우

doi:10.5762/kais.2021.22.4.554

Lactobacillus plantarum에 의한 흰 민들레 발효물의 항산화 및 광노화 억제 효과
Antioxidation and Anti-photoaging Effects of White Taraxacum Coreanum Extract by Lactobacillus plantarum 원문보기

한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, v.22 no.4, 2021년, pp.554 - 562

홍지우 (선문대학교 식품과학과) , 박하영 (선문대학교 식품과학과) , 김준희 (선문대학교 식품과학과) , 염서희 (선문대학교 식품과학과) , 김진우 (선문대학교 식품과학과)

초록
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본 연구는 김치로부터 β-glucosidase 생산하는 Lactobacillus plantarum SM4를 분리하여 흰 민들레 발효를 수행하고 미백과 주름개선 효과를 가지는 생리활성 평가를 위해 총 폴리페놀 함량, 플라보노이드 함량, 항산화 활성, 타이로시네이즈 활성저해, 콜라게네이즈 활성저해, 자외선 차단율을 분석하였다. 흰 민들레 발효물의 총 폴리페놀 함량이 41.8±0.26 mg GAE/g DW로 열수추출물 21.4±0.67 mg GAE/g DW에 비해 2배 가량 증가하였으며 항산화 활성은 65.6±4.7%로 4배 증가하였다. 미백과 주름개선의 지표인 타이로시나아제 및 콜라게네이즈 활성저해에 있어 흰 민들레 발효물이 87.9±4.73%와 66.7±3.48%로 열수추출물에 비해 각각 2.4배와 1.5배 증가한 결과를 보였다. 흰 민들레 발효물과 열수추출물의 자외선 차단 효과를 비교하였을 때, UVA(320 nm) 차단율이 각각 64.7%와 15.2%로 측정되어 흰 민들레 발효물이 열수추출물에 비해 더 높은 효과를 나타내어 김치로부터 분리한 L. plantarum SM4가 생산하는 β-glucosidase를 발효를 통해 피부 미백, 주름 방지, 자외선 차단 효과가 증진됨을 확인하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

Lactobacillus plantarum SM4, a strain producing β-glucosidase, was isolated from kimchi and fermented with white Taraxacum coreanum to enhance the production of bioactive compounds. The total polyphenol content(TPC), total flavonoid content(TFC), radical scavenging activity(RSA), tyrosinase inhibitory activities(TIA), and collagenase inhibitory activities(CIA) were measured to evaluate the skin whitening and anti-wrinkle effects of the fermented product. The TPC of fermented white T. coreanum was 41.8±0.26 mg GAE/g DW, which was approximately two times higher than the hot-water extraction of 21.4±0.67 mg GAE/g DW. RSA, an indicator of antioxidant activity, was 65.6±4.7% in fermentation, which is four times higher than that of the hot-water extract. TAI and CAI, which are indicators of the whitening and anti-wrinkle effects, were 87.9±4.73% and 66.7±3.48%, respectively, which were 2.4 and 1.5 times higher than those of hot-water extraction. When comparing the UVA(320 nm) protection effects of fermented and hot-water extraction, the fermented white T. coreanum showed higher protection with an absorption rate of 64.7% and 15.2%, respectively. The white T. coreanum fermented product showed higher bioactive properties and improved skin whitening, anti-wrinkle, and UV protection effects through the production of β-glucosidase from L. plantarum SM4.

주제어

표/그림 (4)

표 Table 1. Determination of enzymatic activity of API ZYM kit.
표 Table 2. Comparison of TPC, TFC, and RSA from HWE and fermented T. coreanum.
그림 Fig. 1. Effects of HWE of T. coreanum and fermented T. coreanum by L. plantarum SM4 on ultraviolet absorption, DPD = Disodium Phenyl Dibenzimidazole 100 ppm; HWE = hot-water extraction of T. coreanum ; FTE = fermented T. coreanum by L. plantarum SM4; CE = clude enzyme of L. plantarum SM4.
표 Table 3. Comparison of TIA and CIA from HWE and fermented T. coreanum.

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서 흰 민들레 열수추출물과 발효 물의 자외선 차단 효과를 평가하기 위해 피부 진피층까지 투과하여 DNA 손상 및 활성산소종을 생성의 원인이 되는 자외선에 대해 열수추출물과 발효물의 UVA 차단 효과를 비교하였다. UVA 영역대인 320 ㎚에서 차단효과 실험을 진행하였을 때, 화학합성 자외선 차단제인 DPD(Disodium Phenyl Dibenzimidazole)에서 97.
현재까지 흰 민들레 발효물을 이용한 스킨케어 제품에 항산화와 피부개선 효과에 대한 연구 및 제품의 과학적 근거가 부족한 실정으로 본 연구에서는 흰 민들레 발효를 통해 항산화, 미백과 주름방지 효과가 개선 된 화장품 소재를 생산하고자 한다. 이를 위해, 전통 발효 식품인 김치에서 L.

제안 방법

, Gangwon-do, Korea)로 파쇄하고 원심분리하여 상등액을 회수하여 조효소액으로 사용하였다. 생산 된 조효소 액을 1 M HCl과 1 M NaOH로 pH를 7로 조정하고 건조 흰 민들레 분말과 1:10의 고액비(w/v)로 혼합하여 48 시간 효소분해를 진행하였다.
유산균(Lactobacillus plantarum SM4)의 액체배양을 위해 MRS를 기본배지로 사용하였으며 1 M HCl과 1 M NaOH를 이용하여 배지의 초기 pH를 7로 조정하고 50 mL를 배양 플라스크에 분주하여 고압멸균기 (SAC05060P, DaeHan Sci., Gangwon-do, Korea)에서 121℃로 15분간 멸균하였다. 멸균된 배지에 12시간 배양한 종균을 1%를 접종하여 진탕배양기에서 35℃에서 150 rpm으로 24시간 배양하였다.
수행하였다. 이를 위해, 김치 유래 균주인 L. plantarum SM4를 분리하고 발효를 통해 배당체 분해효소인 β-glucosidase를 생산하여 흰 민들레 세포벽의 효소분해를 통해 생리활성물질 생산, 타이로시네이즈와콜라게네이즈 활성저해와 UVA 차단효과 및 증진 효과를 확인하였다. 흰 민들레 발효물의 생리활성을 평가하였을 때 TPC 41.
현재까지 흰 민들레 발효물을 이용한 스킨케어 제품에 항산화와 피부개선 효과에 대한 연구 및 제품의 과학적 근거가 부족한 실정으로 본 연구에서는 흰 민들레 발효를 통해 항산화, 미백과 주름방지 효과가 개선 된 화장품 소재를 생산하고자 한다. 이를 위해, 전통 발효 식품인 김치에서 L. plantarum SM4을 분리하여 흰 민들레를 발효하고 항산화, 타이로시네이즈 저해와 콜라게네이즈 저해 활성 증진 효과를 평가하여 화장품 소재로서 사용 가능성을 평가하였다.
총 폴리페놀 함량은 Folin-Denis법을 변형하여 측정하였다[15]. 흰 민들레 추출물 0.
활성을 비교하였다(Table 1). 최대 β-glucosidase 활성을 보이는 균주인 4번 균주를 흰 민들레 효소분해를 위한 균주로 선발하고 동정 및 계통학적 분류를 위하여 코스모진텍(Sungdong, Seoul, Korea)에 서열분석을 의뢰하여 BLASTN search와 CLUSTAL W 프로그램을 사용하여 해독된 균주의 염기서열과 서열 일치도가 높은 표준 균주의 16S rRNA 유전자 염기서열을 비교하였다. 16S rRNA gene 영역은 2024 bp의 염기로 구성되어있어 L.
타이로시네이즈 활성저해 측정은 Jo 등의 방법을 변형하여 사용하였다[18]. 완충용액으로 50 mM potassium phosphate(pH 6.
흰 민들레 발효를 위한 균주는 김치로부터 분리하여 MRS 평판배지에서 배양하고 단일 콜로니 형태를 보이는 균주를 13개 선별하고 API ZYM kit(BioMerieux, Etoile, France)를 이용하여 β-glucosidase 외 18가지 효소 활성을 비교하였다(Table 1). 최대 β-glucosidase 활성을 보이는 균주인 4번 균주를 흰 민들레 효소분해를 위한 균주로 선발하고 동정 및 계통학적 분류를 위하여 코스모진텍(Sungdong, Seoul, Korea)에 서열분석을 의뢰하여 BLASTN search와 CLUSTAL W 프로그램을 사용하여 해독된 균주의 염기서열과 서열 일치도가 높은 표준 균주의 16S rRNA 유전자 염기서열을 비교하였다.
흰 민들레 발효물의 자외선 차단율 평가를 위해 열수 추출물과 발효물의 상등액을 취하여 증류수와 에탄올로 50~100배 희석 후 분광광도계를 이용하여 자외선 파장 범위인 200~400 nm 흡수 스펙트럼을 측정하였다. UVA 흡광도 측정을 위해 320 nm에서 차단율을 비교하였다.
0로 조정하여 DPPH 희석액을 제조하였다. 흰 민들레 추출물 0.25 mL에 희석한 DPPH 시약 1.25 mL를 가하여 암실에서 20분간 반응하고 원심분리하여 분광광도계로 517 nm에서 흡광도를 측정하고 대조군과 비교하여 아래와 같은 식을 이용해 백분율로 산출하였다.
측정하였다[16]. 흰 민들레 추출물 0.5 mL에 0.1 M potassium acetate와 10% aluminum chloride 각 0.1 mL와 증류수 2.8 mL, 99.5% ethanol 1.5 mL을 순차적으로 첨가하여 상온에서 30분간 반응시킨 후 분광광도계로 415 nm에서 흡광도를 측정하였다. 플라보노이드 함량은 quercetin(Sigma, St.
흰 민들레 추출물 발효를 위한 균주를 김치로부터 분리하기 위해 Difco MRS media(BD Biosciences, Sparks, USA)를 사용하여 고체와 액체배지를 각각 제조하였다. MRS에 한천 2%(w/v)를 이용하여 평판배지를 제조한 후, 균주분리를 위하여 김치국물을 1/100으로 희석하여 0.
흰 민들레 추출물로부터 항산화, 미백, 주름방지와 자외선 차단 효과를 가지는 생리활성물질 생산을 위해 김치에서 분리한 유산균 균주를 이용하여 흰 민들레 발효를 수행하였다. 이를 위해, 김치 유래 균주인 L.

대상 데이터

사용하였다[17]. DPPH(Sigma, St. Louis, MO, USA) 시약을 메탄올로 희석하여 분광광도계를 이용하여 517 nm에서 흡광도를 1.0로 조정하여 DPPH 희석액을 제조하였다. 흰 민들레 추출물 0.
멸균된 배지에 12시간 배양한 종균을 1%를 접종하여 진탕배양기에서 35℃에서 150 rpm으로 24시간 배양하였다. 조효소액 생산을 위해서 세포를 호모게나이저(HG-15A, DaeHan Sci., Gangwon-do, Korea)로 파쇄하고 원심분리하여 상등액을 회수하여 조효소액으로 사용하였다. 생산 된 조효소 액을 1 M HCl과 1 M NaOH로 pH를 7로 조정하고 건조 흰 민들레 분말과 1:10의 고액비(w/v)로 혼합하여 48 시간 효소분해를 진행하였다.
흰 민들레는 부영한방약초(Dongdaemoon Gu, Seoul) 에서 구입하여 2020년 8월에 구매하여 사용하였고 열풍건조기(FC 49, Lab house, pocheon, Korea)를 사용하여 60℃로 수분함량의 변화가 없을 때까지 건조하여 실험에 사용하였다.

데이터처리

본 연구에서 실험결과는 3회 반복 측정하여 평균 ± 표준편차(mean ± S.D.)로 나타내었고, 유의성 검증은 P<0.05 수준에서 Microsoft Excel Visual Basic^®을 이용하여 t-test로 수행하였다.

이론/모형

콜라게네이즈 활성저해 측정은 Wunsh와 Heindrich[19] 의 방법을 사용하였다. 완충용액은 0.
흰 민들레 추출물의 항산화 활성 측정은 유리 라디칼인 DPPH(1, 1-diphenyl-2-picryl hydrazyl) 라디칼의 소거 능 법을 사용하였다[17]. DPPH(Sigma, St.

성능/효과

6%로 나타나 발효물에서 4배 증가됨을 확인할 수 있었다. L. plantarum SM4 조효소액의 RSA를 측정하였을 때 2.18±0.09%로 매우 낮아 흰 민들레 발효물의 높은 항산화 활성은 흰 민들레의 효소분해 결과물에 의한 것으로 확인되었다. 일반적으로 폴리페놀은 파이토케미칼의일종으로 타닌, 카테킨, 플라보노이드와 같은 다양한 물질을 포함하며 강력한 항산화 효과를 나타낸다.
5배 높게 나타났다(Table 3). L. plantarum SM4로부터 생산 된 조효소액의 콜라게네이즈 활성저해는 4.4±0.82로 낮은 값을 보여 발효물의 높은 콜라게네이즈 활성저해는 L. plantarum SM4의 조 효소액의 효과가 아닌 흰 민들레 분해물에 의한 것으로 확인되었다. 이는 양파껍질의 에틸아세테이트 분획층 및 비당체 분획물의 높은 항산화 활성에 의해 타이로시네이즈와 엘라스티네이즈 활성저해가 동시에 증가하여 세포보호 효과가 있다는 보고와 일치하는 결과이다[24].
본 연구에서 흰 민들레 열수추출물과 발효 물의 자외선 차단 효과를 평가하기 위해 피부 진피층까지 투과하여 DNA 손상 및 활성산소종을 생성의 원인이 되는 자외선에 대해 열수추출물과 발효물의 UVA 차단 효과를 비교하였다. UVA 영역대인 320 ㎚에서 차단효과 실험을 진행하였을 때, 화학합성 자외선 차단제인 DPD(Disodium Phenyl Dibenzimidazole)에서 97.6%의 높은 차단 효과를 보였으며 열수추출물과 발효물에서는 각각 47.2% 와 64.7% 차단율을 보여 흰 민들레 발효물이 차단효과가 1.4배 증가함을 보였다(Fig. 1). 이를 통해 흰 민들레 발효를 통해 UVA 차단효과가 증진되며 이를 자외선 차단 소재 생산에 사용이 가능함을 확인하였다.
7% 차단 효과를 보여 흰 민들레 발효물이 자외선 차단을 통한 광노화 억제 효과를 가지는 화장품 소재로서 우수한 기능성을 보였다. 노화방지와 관련된 모든 실험지표에서 흰 민들레 발효물에서 유의적 효과가 확인되었다. 향후 L.
7%로 확인되어 열수 추출물에 비해 높은 경향을 보였다. 또한 타이로시네이즈와콜라게네이즈 활성저해를 비교했을 때, 저해율이 각각 87.9±4.73%와 66.7±3.48%로 확인되었고 UVA 64.7% 차단 효과를 보여 흰 민들레 발효물이 자외선 차단을 통한 광노화 억제 효과를 가지는 화장품 소재로서 우수한 기능성을 보였다. 노화방지와 관련된 모든 실험지표에서 흰 민들레 발효물에서 유의적 효과가 확인되었다.
침착을 방지할 수 있다[21]. 미백 효과를 측정하기 위해 흰 민들레의 열수추출물과 발효물의 타이로시네이즈활성저해를 비교한 결과, 발효물에서 87.9±4.73%로 열수 추출물에서 37.1±1.22%에 비해 2.4배 증가한 것으로 확인되었다(Table 3). 흰 민들레의 열수추출물과 발효 물에서 모두 타이로시네이즈 활성저해 기능이 확인되었다.
일반적으로 폴리페놀은 파이토케미칼의일종으로 타닌, 카테킨, 플라보노이드와 같은 다양한 물질을 포함하며 강력한 항산화 효과를 나타낸다. 본 실험에서 흰 민들레 발효에 의한 항산화 활성 증가는 발효 시생산되는 당쇄사슬 분해효소에 의해 유리형 폴리페놀과 플라보노이드의 증가에 따라 항산화 활성이 증가되었을것으로 예상되며 주요 효과물질이 폴리페놀 또는 플라보노이드임을 유추할 수 있다. 이와 같은 결과는, 항산화 활성은 다양한 폴리페놀 중 특정한 성분에 크게 영향을 받으며 폴레페놀과 플라보노이드의 함량과 라디칼 소거 능은 비례관계가 있다는 Kim 등의 연구내용과 합치하는 결과이다[20].
1). 이를 통해 흰 민들레 발효를 통해 UVA 차단효과가 증진되며 이를 자외선 차단 소재 생산에 사용이 가능함을 확인하였다. Im[26] 등의 연구에 의해 흰 민들레 추출물이 항산화, 항염증, 항균 및 미백 등의 효과가 있다고 보고되어 있으나 발효물의 자외선 차단 및 광노화 억제 대한 연구는 전무한 실정이다.
14배 증가된 결과를 확인하였다. 총 폴리페놀과 플라보노이드 함량 모두 열수추출물에서도 높은 함량을 보였으나 발효를 통해 함량이 더욱 증가됨이 확인되었다. 이는 L.
26 mg GAE/g DW로 확인되어 발효물의 폴리페놀 함량이 열수추출물보다 약 2배 증가함을 확인할 수 있었다(Table 2). 플라보노이드 함량 비교에 있어 열수추출물에서 5.05±0.18 mg QE/g DW 인 반면 발효물에서 5.75±0.27 mg QE/g DW로 측정되어 1.14배 증가된 결과를 확인하였다. 총 폴리페놀과 플라보노이드 함량 모두 열수추출물에서도 높은 함량을 보였으나 발효를 통해 함량이 더욱 증가됨이 확인되었다.
흰 민들레 발효 및 열수추출물의 총 폴리페놀 함량 측정한 결과 흰 민들레 열수추출물의 총 폴리페놀 함량은 21.4±0.67 mg GAE/g DW였으며, 흰 민들레 발효 물의 폴리페놀 함량은 40.9±0.26 mg GAE/g DW로 확인되어 발효물의 폴리페놀 함량이 열수추출물보다 약 2배 증가함을 확인할 수 있었다(Table 2). 플라보노이드 함량 비교에 있어 열수추출물에서 5.
plantarum SM4를 분리하고 발효를 통해 배당체 분해효소인 β-glucosidase를 생산하여 흰 민들레 세포벽의 효소분해를 통해 생리활성물질 생산, 타이로시네이즈와콜라게네이즈 활성저해와 UVA 차단효과 및 증진 효과를 확인하였다. 흰 민들레 발효물의 생리활성을 평가하였을 때 TPC 41.8±2.6 mg GAE/g DW, TFC 5.75±0.27 mg QE/g DW와 RSA 65.6±4.7%로 확인되어 열수 추출물에 비해 높은 경향을 보였다. 또한 타이로시네이즈와콜라게네이즈 활성저해를 비교했을 때, 저해율이 각각 87.
4배 증가한 것으로 확인되었다(Table 3). 흰 민들레의 열수추출물과 발효 물에서 모두 타이로시네이즈 활성저해 기능이 확인되었다. 이와 유사한 결과로 Kim[22] 등은 L.
흰 민들레의 열수추출물과 발효물로부터 측정된 RSA 를 Table 2에 나타내었으며 각각 16.3%와 65.6%로 나타나 발효물에서 4배 증가됨을 확인할 수 있었다. L.
흰 민들레의 열수추출물과 발효물의 콜라게네이즈 활성 저해 효과를 비교한 결과 열수추출과 발효물에서 각각 45.4±1.51와 66.7±3.48%로 확인되어 발효물에 의한 저해 효과가 1.5배 높게 나타났다(Table 3). L.

후속연구

이는 양파껍질의 에틸아세테이트 분획층 및 비당체 분획물의 높은 항산화 활성에 의해 타이로시네이즈와 엘라스티네이즈 활성저해가 동시에 증가하여 세포보호 효과가 있다는 보고와 일치하는 결과이다[24]. 따라서 L. plantarum SM4를 이용한 효소분해물에 의한 흰 민들레의 비당체화와 주름개선 효과가 연관성이 있는 것으로 예상되며 흰 민들레 발효물이 피부의 탄력을 유지하는 주름 개선 기능성 화장품의 천연 소재로서 활용할 수 있을 것으로 사료된다.
Im[26] 등의 연구에 의해 흰 민들레 추출물이 항산화, 항염증, 항균 및 미백 등의 효과가 있다고 보고되어 있으나 발효물의 자외선 차단 및 광노화 억제 대한 연구는 전무한 실정이다. 본 실험에서 흰 민들레 발효물은 자외선 차단을 통해 광노화 억제 효과가 있다고 사료되며, 추후 광노화 억제 효과 지표물질 분리, 발효와 효소전환 공정 최적화를 통해 폴리페놀 중에 자외선 차단에 주요 역할을 하는 목적물 질의 수율 증대를 진행할 필요성이 있을 것으로 판단된다.
plantarum를 이용한 발효가 생리활성물질과 타이로시네이즈 활성저해에 효과가 있음을 밝혔다. 이를 통해 흰 민들레 효소분해에 의해 타이로시네이즈 활성 저해물질의 생산이 증가했다고 예상할 수 있어 흰 민들레 발효를 통해 타이로시네이즈 활성 억제를 증가시켜 천연 미백 활성 화장품 소재로 활용될 수 있음이 확인되었다.
노화방지와 관련된 모든 실험지표에서 흰 민들레 발효물에서 유의적 효과가 확인되었다. 향후 L. plantarum SM4의 발효와 효소분해 조건 최적화를 통해 안전성과 광노화 억제 효과가 높은 상업화 규모의 기능성 화장품 소재 생산이 가능할 것으로 판단된다.

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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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