보고서 정보
주관연구기관 |
농촌진흥청 Rural Development Administration |
보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 |
한국어
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발행년월 | 2015-02 |
과제시작연도 |
2014 |
주관부처 |
농촌진흥청 Rural Development Administration(RDA) |
등록번호 |
TRKO201500010496 |
과제고유번호 |
1395035823 |
사업명 |
농축산물부가가치향상 |
DB 구축일자 |
2015-07-11
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DOI |
https://doi.org/10.23000/TRKO201500010496 |
초록
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Ⅳ. 연구개발결과
1. 제 1 세부과제: 발효더덕추출물의 생리활성 탐색 및 지표성분 분석
일반더덕, 초고압 발효더덕, 증숙3차 발효더덕, 증숙 5차 발효더덕, 증숙 5차 더덕 각각의 열수 및 70% EtOH 추출물 그리고 70% 에탄올 추출물의 butanol 분획 추출물의 조사포닌 함량(crude saponin)은 초고압 발효더덕 에탄올 추출물에서 가장 높은 사포닌 함량을 나타냈으며, 열수 추출물 보다는 70% EtOH 추출물에서 높은 사포닌함량을 보였음. 일반더덕 50% MeOH 초음파 추출물, 열수 추출 및 발효더덕
Ⅳ. 연구개발결과
1. 제 1 세부과제: 발효더덕추출물의 생리활성 탐색 및 지표성분 분석
일반더덕, 초고압 발효더덕, 증숙3차 발효더덕, 증숙 5차 발효더덕, 증숙 5차 더덕 각각의 열수 및 70% EtOH 추출물 그리고 70% 에탄올 추출물의 butanol 분획 추출물의 조사포닌 함량(crude saponin)은 초고압 발효더덕 에탄올 추출물에서 가장 높은 사포닌 함량을 나타냈으며, 열수 추출물 보다는 70% EtOH 추출물에서 높은 사포닌함량을 보였음. 일반더덕 50% MeOH 초음파 추출물, 열수 추출 및 발효더덕 70% EtOH 추출물 함유 성분 분석결과 lancemaside B, lancemaside A, foetidissimoside로 확인됨. 일반 더덕과 증숙 및 발효더덕의 총페놀 및 총플라보노이드 함량 비교 시 증숙 및 발효더덕에서 30~40% 이상 많이 검출되었음. OPLS-DA-S plot을 통한 시료간의 유사 대사체 분석결과 일반더덕과 증숙5차발효더덕간의 유사한 화합물이 대량으로 존재하지만, 19개의 서로 다른 대사체 화합물이 존재함을 확인하였음.
인지능개선 효과 평가 결과, Acetylcholenesterase (AChE, 신호전달물질 분해효소) 저해 활성 검정 결과 100 mg/mL에서는 가공처리 시료 간 활성이 유사하였으나, 10mg/mL 처리구에서는 증숙 5차 발효더덕 추출물의 억제효과가 가장 높았음. β-secretase (뇌독성 단배질의 생성효소) 억제활성은 증숙 5차 발효더덕 추출물의 억제효과가 가장 낮았으나, 가공더덕 추출물의 억제효과가 일반더덕 보다는 모두 높았음.
항산화활성 평가 결과, DPPH 라디컬 소거능은 높은 농도에서 증숙 5차 발효더덕 열수 추출물이 가장 높은 소거능을 보였으며, ABTS 양이온 소거능도 증숙 5차 발효더덕 열수 추출물이 가장 높았음. SOD 유사활성은 증숙 5차 더덕 열수 추출물은 일반더덕보다 낮은 활성을 보였음. Fe2+ Chelating은 일반더덕과 가공별 더덕 시료에서도 유사한 경향으로 낮은 활성을 보였음.
2. 제 1 협동과제: 발효더덕 추출공정의 표준화 및 제품화
더덕 가공공정(초고압, 증숙, 발효) 중 증숙공정은 12시간 90℃ 시료에서 추출 수율이 가장 높았으며, 발효공정은 유산균[Bifidobacterium longum (KACC 20597), Lactobacillus acidophilus (KACC 12419), Leuconostoc mesenteroides (KACC 12312)]을 각각 106 CFU/g의 농도로 혼합 접종하여 37℃의 조건 하에 2일 동안 발효를 진행한 시료에서 추출 수율이 가장 높았음. 이를 근거로 증숙 및 발효더덕 대량생산 공정을 확립하였으며, 증숙 및 발효더덕 제품화를 위한 추출분말의 조성물 함량 검정결과 발효더덕 70%, 말토 덱스트린 30%로 확정하였음.
기능성 평가자료 및 지표성분 분석법 자료를 근거로 건강기능식품 기능성 원료 등록 추진을 위해 식품의약품안전처와 모둠토의를 수행하였음. 세포 및 동물실험 효능평가 결과를 바탕으로 인체적용시험을 위해 IRB 및 임상시험 프로토콜을 작성하였으며, 인체적용시험용 시료를 저용량(1,050mg) 및 고용량(2,100 mg)과 위약군으로 제작하였음.
인체적용시험을 통해 발효더덕추출물(저용량) 12주 섭취가 주의집중력, 단기기억력, 작업기억 등의 인지기능 개선에 효과적이며 삶의 질을 향상시키는 기능이 있음을 알 수있었음. 또한 본 연구를 진행하는 동안 임상적으로 의미 있는 이상반응이나 신체변화가 관찰되지 않아서 발효더덕추출물 섭취가 인체에 안전하다고 판단하였음.
증숙/발효더덕 추출물을 이용한 인지능개선 건강기능식품 시제품(메모포닌®)으로 해외(미국, 일본 등) 식품원료 박람회에 참석하여 연구성과 및 제품을 홍보 하였음.
3. 제 2 협동: 발효더덕의 인지능 개선효과 평가
일반더덕, 초고압 발효더덕, 증숙3차 발효더덕, 증숙 5차 발효더덕, 증숙 5차 더덕 각각의 열수 및 70% EtOH 추출물의 MTT 활성평가에서는 증숙 5차 발효더덕 70% EtOH 추출물이 10, 100 μg/ml에서 농도 의존적으로 뇌신경세포 보호 활성이 나타났음.
동물행동실험인 수중미로 및 수동회피 실험에서는 증숙 5차 발효 더덕 70% EtOH 추출물 처리구에서 농도 의존적으로 도피대를 찾아가는 시간(escape latency)이 감소하였으며, 머무름시간[latency time(s)]이 증가하였음.
작용기전을 평가하기 위하여 산화적 스트레스, 미토콘드리아 기능 저하능, AChE 활성, 세포 신경 성장 인자 및 세포 사멸 관련 단백질 발현을 수행하여 중숙 5차 발효 더덕 70% EtOH 추출물이 인지능력 개선 및 기억력이 향상됨을 확인하였음.
AChE 저해활성과 뇌신경세포 보호 활성이 주요 작용기전임을 확인하였음
Abstract
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The scope of this project titled “Development of functional food contained cognitive enhancement with fermented deoduck”, was to investigate the bioactivity of deoduck(Codonopsis lanceolata ) for cognitive enhancing using in vitro, in vivo and ex vivo . With bioactivity results, it is the goal that
The scope of this project titled “Development of functional food contained cognitive enhancement with fermented deoduck”, was to investigate the bioactivity of deoduck(Codonopsis lanceolata ) for cognitive enhancing using in vitro, in vivo and ex vivo . With bioactivity results, it is the goal that steamed and fermentation C. lanceolata is enrolled on the ‘ingredient of functional food at Ministry of Food and Drug Safety(MFDS) and is developed the functional foods.
Optimum condition of steamed and fermentation process was designed and bioactivity compounds was analyzed to use (C. lanceolata ). Cognitive enhancing effect of steamed and fermented C. lanceolata was determinated with possible mechanism using in vitro , in vivo and ex vivo test. Based on bioactivity test, clinical trial was conducted and “Memoponin®”, cognitive enhancing prototype, was developed. These study provide evidence that cognitive enhancing effect of C. lanceolata to acquire certification for functional food from Ministry of Food and Drug Safety(MFDS).
1. Screening of bioactivity of steamed and fermented C. lanceolata and analysis of compounds
Crude saponin content of butanol fraction of ethanol extract by fermented C . lanceolata with high pressure process was higher than various water and ethanol extracts of C . lanceolata by stepwise steaming process and high pressure process. Lancemaside B, lancemaside A, foetidissimoside was confirmed in 50% Methanol extract by ultrasonication, water extract and 70% ethanol steamed and fermented extract. Total phenolic and flavonoids contents of Steamed and fermented C. lanceolata was 30~40% higher than common C. lanceolata . An abundance of similar metabolites was detected in steamed and fermented C. lanceolata and common C. lanceolata . However, we detected 19 different metabolites.
Acetylcholinesterase (AChE) inhibition of 10 mg/mL of steamed and fermented C. lanceolata was higher than various process. In anti-oxidantive test, steamed and fermented C. lanceolata water extract showed high DPPH and ABTS radical scavening activity. SOD-like activity were higher in common C. lanceolata extracts than in steamed and fermented C. lanceolata water extract.
All C. lanceolata extract showed similar activity on ferrous iron (Fe2+) chelating.
2. Standardization of extraction process and commercialization of steamed and fermented C. lanceolata
C. lanceolata was steamed using a steam device at 90℃ for 12 hours. The steamed C. lanceolata was aseptically inoculated with approximately 106 CFU/g of Bifidobacterium longum (KACC 20597), Lactobacillus acidophilus (KACC 12419), Leuconostoc mesenteroides (KACC 12312) and the inoculated C. lanceolata were fermented for 2 day. Mass production process of steamed and fermented C. lanceolata extract was established on the basis of the above condition and contained with maltodextrin for commercialization of steamed and fermented C. lanceolata .
Based on result of in vitro and in vivo test, Institutional Review Board (IRB) and clinical trial protocol was designed and two treatment group (1,050 mg and 2,100 mg) with placebo group are prepared.
Group discussion was performed with KFDA to acquire certification for functional food. In addition, “Memoponin”, prototype was promoted on International Food Ingredients EXPO.
3. Evaluation of cognitive enhancing effect of steamed and fermented C. lanceolata.
10 and 100 μg/ml of steamed and fermented C. lanceolata protected HT22 cells from glutamate-induced cytotoxicity in a dose-dependent manner. Steamed and fermented C. lanceolata decreased escape latency and increased latency time in the Morris water maze test and passive avoidance test.
To elucidate possible mechanism of cognitive enhancing activity and neuroprotective effect, we measured acetylcholinestrase (AChE) activity, brain-derived neurotrophic factor (BDNF) and cyclic AMP response element-binding protein (CREB) expression, oxidative stress parameters and the expression of Bax and caspase-3 in HT22 cells.
These results indicate that fermented C. lanceolata can ameliorate scopolamine-induced memory deficits in mouse by inhibition of AChE activity, neuroprotective effect and anti-oxidative effect.
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