[논문]Lactobacillus brevis 발효가 참꽃마리(Trigonotis radicans var. sericea) 에탄올 추출물의 항산화, 미백 및 주름 개선 활성에 미치는 영향

정다은; 김지혜; 김병오; 조영제

Lactobacillus brevis 발효가 참꽃마리(Trigonotis radicans var. sericea) 에탄올 추출물의 항산화, 미백 및 주름 개선 활성에 미치는 영향
Effects on antioxidant, whitening, and anti-wrinkle improvement of ethanol extracts from fermented Trigonotis radicans var. sericea by Lactobacillus brevis 원문보기

Food science and preservation, v.31 no.1, 2024년, pp.173 - 182

정다은 (경북대학교 식품공학부) , 김지혜 (경북대학교 식품공학부) , 김병오 (경북대학교 식품공학부) , 조영제 (경북대학교 식품공학부)

초록
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본 연구에서는 참꽃마리(Trigonotis radicans var. sericea) 전초를 이용하여 참꽃마리와 L. brevis 로 발효한 참꽃마리를 각각 60% ethanol로 추출하여 항산화 및 미백과 피부주름 생성에 관여하는 효소 저해 효과를 비교해보았다. 최적의 추출조건인 참꽃마리 60% ethanol과 발효 참꽃마리 60% ethanol의 total phenolics compounds 함량은 각각 18.6 mg/g, 18.2 mg/g으로 TPC 함량의 용출량에서는 큰 차이가 나타나지 않았다. HPLC를 이용하여 L. brevis 발효를 통한 발효 참꽃마리 추출물의 유용성분 변화를 관찰한 결과, 발효 과정 중 bioconversion에 의해 추출물 간의 phenolics profile 차이가 존재하는 것을 확인할 수 있었고 발효 참꽃마리 추출물에 더 많은 phenolics가 생성된 것을 확인하였다. 그 결과, 추출물간의 항산화, 미백, 주름개선 활성의 차이에 영향을 미칠 것으로 예상되었다. 발효 참꽃마리 추출물의 DPPH radical scavenging activity를 측정한 결과 50, 100, 150, 200 ㎍/mL phenolics 농도에서 88.56, 88.72, 88.17, 87.78%로 높은 소거 활성을 나타내었다. 또한, ABTS radical cation decolorization activity는 100, 150, 200 ㎍/mL phenolics 농도에서 참꽃마리와 발효 참꽃마리 추출물 모두 100%에 근접하며 매우 우수한 항산화 활성을 나타내었다. Antioxidant protection factor의 경우 발효 참꽃마리 추출물은 1.21-1.29 PF를 나타내었으며 참꽃마리 추출물은 1.15-1.22 PF를 나타내었다. 발효 참꽃마리 추출물의 tyrosinase 저해 활성은 150, 200 ㎍/mL에서 26.50, 35.51%의 저해 활성을 나타내었고 참꽃마리 추출물의 경우 18.76, 20.65%로 두 추출물간의 유의적인 차이를 보였으며 발효 참꽃마리 추출물의 미백효과가 더 우수한 것으로 확인되었다. Collagenase 저해 활성에서도 발효 참꽃마리 추출물이 다소 높은 것으로 확인되었으며 elastase 저해 활성은 50, 100, 150 ㎍/mL에서 발효 참꽃마리 추출물 20.10, 36.58, 45.75%, 참꽃마리 추출물 11.40, 32.07, 41.40%로 참꽃마리 추출물과 비교하였을 때 유의적인 차이를 보여 발효 참꽃마리 추출물의 주름개선 효과가 더 우수한 것으로 확인되었다. 따라서 발효하지 않은 참꽃마리 추출물과 비교하였을 때, bioconversion을 통한 발효 참꽃마리 추출물의 항산화, 미백 및 주름 개선 효과가 더 우수한 것을 확인할 수 있었고, 발효 참꽃마리 추출물을 이용하여 항산화 활성과 미백 및 주름 개선 효능에 우수한 기능성 화장품의 소재로써 이용이 가능할 것으로 기대된다.

Abstract ▼ AI-Helper

This study was designed to compare the effects on antioxidant, whitening, and anti-wrinkle improvement of 60% ethanol extracts from Trigonotis radicans var. sericea (TR) and Lactobacillus brevis-fermented T. radicans var. sericea (FTR). The total phenolics contents of TR was 18.6 mg/g, and FTR was 18.2 mg/g. The HPLC analysis confirmed more phenolic compounds were produced in FTR by bioconversion than in TR. The FTR showed higher 2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl (DPPH) radical scavenging activity than TR. The results of the 2,2'-azino-bis(3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid) (ABTS) radical cation decolorization assay, FTR and TR showed higher activity than BHT (positive control). The FTR (1.21-1.29 PF) showed higher antioxidant protection factor (PF) activity than the TR (1.15-1.22 PF) and showed higher tyrosinase, collagenase and elastase inhibitory activities. This results showed L. brevis -fermentation of Trigonotis radicans var. sericea changed the composition profile and has effects on antioxidant, whitening and anti-wrinkle improvement.

주제어

표/그림 (6)

표 Table 1. Conditions for HPLC analysis of 60% ethanol extracts from T. radicans and fermented T. radicans
표 Table 2. Contents of total phenolics in 60% ethanol extracts of T. radicans and fermented T. radicans
그림 Fig. 1. HPLC chromatogram of 60% ethanol extracts of (A) T. radicans and (B) fermented T. radicans.
그림 Fig. 2. Radical scavenging activities by concentration of TPC from 60% ethanol extracts of T. radicans and fermented T. radican. All values are mean±SD (n=3). Data with different letters (a-d) (A-B) (α-δ) on the bars are statistically different at p<0.05 by Duncan's multiple range test.
그림 Fig. 3. Tyrosinase inhibition rate of 60% ethanol extracts of T. radicans and fermented T. radicans. All values are mean±SD (n=3). Data with different letters (a-d) (A-D) (α-δ) on the bars are statistically different at p<0.05 by Duncan's multiple range test.
그림 Fig. 4. Collagenase and elastase inhibition rates of 60% ethanol extracts of T. radicans and fermented T. radicans. All values are mean±SD (n=3). Data with different letters (a-d) (A-D) (α-δ) on the bar are statistically different at p<0.05 by Duncan's multiple range test.

AI 본문요약
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문제 정의

현재까지 참꽃마리의 미생물 발효에 의한 bioconversion에 대한 선행연구는 아직 전무하다. 따라서 본 연구에서는 한국 전통 발효식품인 깍두기에서 분리한 Lactobacillus brevis를 이용하여 참꽃마리를 발효하여 bioconversion을 유도하였으며, 비발효 참꽃마리와 발효 참꽃마리의 에탄올 추출물의 항산화 활성과 미백 활성 및 주름 개선효능의 변화를 확인하여 발효 참꽃마리 추출물이 향후 천연기반 기능성 화장품 소재로써의 활용 가능성을 위한 기초 자료를 제공하고자 하였다.

제안 방법

L. brevis 발효에 의한 bioconversion으로 참꽃마리와 발효 참꽃마리 추출물의 유용성분 phenolics profile의 변화를 확인하기 위해 참꽃마리 60% ethanol 추출물과 발효 참꽃마리 60% ethanol 추출물을 이용하여 HPLC를 통해 분석하였다. 그 결과 Fig.
참꽃마리 및 발효 참꽃마리의 미백 효능을 확인하기 위해 tyrosinase 저해 효과를 알아보았다. 그 결과는 Fig.
참꽃마리 및 발효 참꽃마리의 주름 개선효능을 확인하기 위해 collagenase 저해 효과를 알아보았다. 그 결과는 Fig.
참꽃마리와 발효된 참꽃마리의 phenolic profile의 변화를 분석하기 위해 참꽃마리 60% ethanol 추출물과 발효된 참꽃마리 60% ethanol 추출물을 disposable membrane filter unit DISMIC-13HP(0.2 μm; ADVANTEC, Tokyo, Japan)를 이용하여 여과한 후 HPLC용 methanol과 1:1 비율로 혼합하여 HPLC 분석을 위한 시료로 이용하였다
이후 발효시킨 시료를 동결건조하여 발효 참꽃마리 시료로 사용하였다. 추출물 제조는 Cho 등(2022)이 보고한 참꽃마리 전초의 최적 추출조건인 추출 용매로 60% ethanol을 선정하여 발효하지 않은 참꽃마리와 발효한 참꽃마리를 각각 추출하였다. 즉, 60% ethanol 100 mL에 참꽃마리 및 발효된 참꽃마리 전초 분말을 각각 1 g을 첨가하여 4℃에서 18시간 동안 교반 추출하였으며 추출물은 각각 Whatman No.

대상 데이터

본 연구에서 사용된 참꽃마리(Trigonotis radicans var. sericea)는 한국토종야생산야초연구소(Busan, Korea)에서 구매하여 뿌리를 제거하고 전초를 세척한 후 50℃ dry oven(FO600M, Jeiotech, Daejeon, Korea)에서 건조하고 40 mesh로 분쇄한 후 4℃에서 저장하며 시료로 사용하였다.
참꽃마리 발효에 사용한 Lactobacillus brevis는 깍두기에서 분리한 젖산균으로 경북대학교 식품공학부에서 보관중인 균주를 사용하였다. 균주의 보관은 균 배양액으로40% glycerol(Duksan, Seoul, Korea)과 균배양액을 1:1의 비율로 혼합하여 20% glycerol이 되도록 조성하여 -80℃ deep freezer에 보관하며 실험에 사용하였다.

데이터처리

실험은 모두 3회 반복 측정하였고 실험 결과는 평균±표준편차(mean±standard deviation)로 표시하였으며 통계처리는 IBM SPSS Statistics 25(Statistical Package for Social Science, Chicago, IL, USA)의 Duncan’s multiple range test one way ANOVA를 통해 유의차를 p<0.05 수준으로 비교 분석하였고, Student’s t-test로 *p<0.01 수준에서 비교 분석하였다.

이론/모형

DPPH radical scavenging activity는 Blois(1958)의 방법에 준하여 측정하였다. 각 시료 추출물 1 mL에 60 μM DPPH 3 mL를 첨가하고 vortexing하여 15분 동안 실온에서 반응시킨 후 517 nm에서 흡광도를 측정하였다.
Tyrosinase 저해 효과는 Vicent와 Hearing(1987)의 방법에 준하여 측정하였다. 각 시료 추출물 200 μL와 0.

성능/효과

2(A)에서와 같이 각각 60% ethanol 추출물 50, 100, 150, 200 μg/mL phenolics 농도에서 참꽃마리 추출물은 71.21, 67.70, 64.90, 62.33%의 소거 활성을 나타내었고, 발효 참꽃마리 추출물은 88.56, 88.72, 88.17, 87.78%의 소거활성을 나타내어 발효 참꽃마리 추출물에서 bioconversion에 의한 DPPH 소거 활성의 증대가 관찰되었다
2(B)에서와 같이 50, 100, 150, 200 μg/mL 농도에서 참꽃마리 추출물은 80.05, 99.59, 99.80, 99.49%의 활성을 나타내었고, 발효 참꽃마리 추출물은 80.36, 99.64, 99.85, 99.74%의 활성을 나타내었다
2(C)에서와 같이 50, 100, 150, 200 μg/mL 농도에서 참꽃마리 추출물은 1.15-1.22 PF를 나타내었고 발효 참꽃마리 추출물은 1.21-1.29 PF를 나타내어 bioconversion에 의해 발효 참꽃마리의 지용성 물질에 대한 항산화력이 더 높아진 것이 확인되었다
3에서와 같이 50, 100, 150, 200 μg/mL의 농도에서 참꽃마리 추출물은 11.01, 16.07, 18.76, 20.65%의 저해 활성을 나타내었고 발효 참꽃마리 추출물의 경우 4.95, 14.96, 26.50, 35.51%의 저해 활성을 나타내어 bioconversion에 의해 생성된 물질에 의해 저해 효과가 높아진 것으로 판단되었으며, 이는 발효 참꽃마리 추출물이 미백 기능성 화장품에 더 적합한 소재인 것으로 확인되었다.
78%의 소거활성을 나타내어 발효 참꽃마리 추출물에서 bioconversion에 의한 DPPH 소거 활성의 증대가 관찰되었다. BHT는 동일한 농도에서 52.14, 63.35, 67.00, 67.78%로 상대적으로 발효 참꽃마리 추출물이 DPPH radical에 대한 항산화 활성이 낮은 농도에서부터 매우 우수한 것으로 확인되었다.
58%의 저해 활성을 나타내었다. Bioconversion에 의해 발효 참꽃마리가 참꽃마리에 비해 낮은 농도에서부터 elastase 저해 효과가 더 우수한 것으로 확인되었다. 따라서 발효 참꽃마리 추출물이 주름 개선을 위한 기능성 화장품에 더 적합하며 적용이 가능할 것으로 판단되었다.
61%의 저해 활성을 나타내었다. EGCG는 동일 농도에서 5.12, 8.38, 14.98, 16.40%의 저해 활성을 나타내어 참꽃마리에 비해 발효 참꽃마리 추출물이 collagenase 저해 효과가 더 우수한 것으로 확인되었다. 또한, 발효 참꽃마리 추출물의 농도를 더 높인다면 참꽃마리 추출물보다 collagenase 저해 활성이 더 높아질 것으로 예상되었다.
따라서 L. brevis 발효를 통한 bioconversion에 의해 추출물 간의 유용물질의 phenolics profile 차이가 존재하는 것을 확인할 수 있었고 그 결과, 발효 참꽃마리 추출물에서 더 다양한 phenolics가 생성되었고 이러한 결과가 발효 참꽃마리의 항산화, 미백, 주름 개선 활성에 영향을 미칠 것으로 예상되었다. 향후, 미생물에 의한 참꽃마리 발효과정에서 생물전환되는 물질에 관한 연구가 필요할 것으로 사료된다.
2 mg/g으로 L. brevis 발효에 따른 참꽃마리 추출물의 TPC 함량의 용출량에서는 변화가 크게 나타나지 않는 것으로 확인되었다.
Bioconversion에 의해 발효 참꽃마리가 참꽃마리에 비해 낮은 농도에서부터 elastase 저해 효과가 더 우수한 것으로 확인되었다. 따라서 발효 참꽃마리 추출물이 주름 개선을 위한 기능성 화장품에 더 적합하며 적용이 가능할 것으로 판단되었다.
또한, 발효 참꽃마리 추출물의 농도를 더 높인다면 참꽃마리 추출물보다 collagenase 저해 활성이 더 높아질 것으로 예상되었다. 따라서 발효 참꽃마리 추출물이 주름 개선을 위한 기능성 화장품에 적용이 가능할 것으로 판단되었다.
64%로 참꽃마리 및 발효 참꽃마리가 BHT보다 높은 항산화 활성을 나타내었다. 따라서 참꽃마리 및 발효 참꽃마리 추출물 모두 낮은 농도에서도 ABTS radical cation decolorization 활성이 높아 우수한 항산화력을 나타내는 것을 확인하였다.
40%의 저해 활성을 나타내어 참꽃마리에 비해 발효 참꽃마리 추출물이 collagenase 저해 효과가 더 우수한 것으로 확인되었다. 또한, 발효 참꽃마리 추출물의 농도를 더 높인다면 참꽃마리 추출물보다 collagenase 저해 활성이 더 높아질 것으로 예상되었다. 따라서 발효 참꽃마리 추출물이 주름 개선을 위한 기능성 화장품에 적용이 가능할 것으로 판단되었다.
29 PF를 나타내어 bioconversion에 의해 발효 참꽃마리의 지용성 물질에 대한 항산화력이 더 높아진 것이 확인되었다. 또한, 발효 참꽃마리의 PF 결과는 BHT보다 우수한 것으로 확인되었다.

후속연구

환경친화적이고 자연지향적인 최근 추세에 따라 화장품 속의 유효성분도 동물 또는 식물 유래의 천연물을 기반으로 다양한 형태로 화장품에 배합되어 이용되고 있다. 천연적이고 자연적인 것을 선호하는 추세에 따라 이러한 개발 추세는 향후에도 지속될 것으로 예상된다. 현재 국내 고유의 신원료 개발 실적이 저조하지만 개발의 여지가 충분하기에 천연 원료를 이용하여 제품을 개발을 촉진한다면 이는 수출 증대로 이어져 국내 화장품 산업의 활성화와 더불어 국제 경쟁력을 향상시킬 수 있을 것이다(Sohn 등, 2004).
brevis 발효를 통한 bioconversion에 의해 추출물 간의 유용물질의 phenolics profile 차이가 존재하는 것을 확인할 수 있었고 그 결과, 발효 참꽃마리 추출물에서 더 다양한 phenolics가 생성되었고 이러한 결과가 발효 참꽃마리의 항산화, 미백, 주름 개선 활성에 영향을 미칠 것으로 예상되었다. 향후, 미생물에 의한 참꽃마리 발효과정에서 생물전환되는 물질에 관한 연구가 필요할 것으로 사료된다.

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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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