[보고서]유용발효미생물을 이용한 저이용 산채류 및 산림자원의 대사질환 개선 소재 개발

김태영

[국가R&D연구보고서] 유용발효미생물을 이용한 저이용 산채류 및 산림자원의 대사질환 개선 소재 개발
Development of materials for metabolic diseases improvement from low-use wild vegetables and forest resources using fermentation microorganisms 원문보기

보고서 정보
주관연구기관	(주)한산에프앤지
연구책임자	김태영
참여연구자	김명곤 , 김승
보고서유형	최종보고서
발행국가	대한민국
언어	한국어
발행년월	2024-02
과제시작연도	2023
주관부처	산림청 Korea Forest Service
연구관리전문기관	한국임업진흥원 Korea Forestry Promotion Institute
등록번호	TRKO202400012504
과제고유번호	1405005856
사업명	스마트산림경영혁신성장기술개발
DB 구축일자	2024-10-07
키워드	산채류.꾸지뽕나무.버섯균사체.쌀누룩.대사증후군.Wild Vegetables.Cudrania tricuspidata.mushroom mycelia.cereal koji.Metabolic syndrom.

초록 ▼

□ 연구개발 목표 및 내용
■ 최종 목표
● 생물변환 기법을 이용한 꾸지뽕/산채류 기능성 발효식품 소재 개발
● 발효소재의 대사질환 개선 In vitro, In vivo 효능 검증
■ 전체 내용
● 곡류 효소제 이용 산채류 발효물 이용기술 개발 및 식소재화
● 산림버섯균 이용 꾸지뽕나무 이용기술 개발 및 식소재화
● 발효 소재의 대사질환 개선 in vitro, in vivo 효능 검증
■ 1단계
(목표)
● 산채절임용 누룩의 제조특성 및 발효제 선정
● 곡류누룩의 pilot형 제조 공정 확립
● 꾸지뽕나무 전부위 활용 가능 산림버섯균 선발
● 저이용 산채류 추출물의 대사증후군 생리활성 평가
● 저이용 꾸지뽕나무 부위의 대사증후군 생리활성 평가
● 산채 및 임산자원 발효공정 최적화
● 산채 발효물의 이화학적 기능성분 분석
● 꾸지뽕나무 버섯균 발효 생리활성 성분구조 구명
● 생물변환 기법을 이용한 저이용 산채류 및 꾸지뽕나무 발효소재의 in vitro, in vivo 대사증후군 개선 효과 분석
● 산채 임산발효물의 기능성분 구명 및 식소재화 방안
● 발효산물의 소재화 및 시제품 제조
● 버섯균 발효 꾸지뽕나무 의 Pilot형 발효조건 최적화
● 생물변환 기법을 이용한 발효소재의 in vitro, in vivo 대사증후군 개선 효과 분석
(내용)
● 국균이용 절임용 누룩의 제조 특성 구명
● 곡류 누룩의 pilot형 제조공정 확립
● 산채절임용 누룩의 발효제 선정
● 꾸지뽕나무 전부위 활용 가능 산림버섯균 선발
● 산채류 채취시기에 따른 기능성 성분 분석
● 저이용 산채류 및 꾸지뽕나무 추출물의 대사증후군 생리활성 평가
● 산채류 이용 고상누룩 발효물의 특성분석
● 산림자원 이용 액상 발효물의 특성분석
● 꾸지뽕나무 버섯균 발효 생리활성 성분구조 구명
● 산채류 누룩균 발효에 따른 생리활성 성분구조 구명
● 생물변환 기법을 이용한 저이용 산채류 및 꾸지뽕나무 발효소재의 in vitro, in vivo 대사증후군 개선 효과 분석
● 산채 및 임산자원 발효공정 최적화
● 산채 발효물의 이화학적 기능성분 분석
● 꾸지뽕나무 버섯균 발효 생리활성 성분구조 구명
● 생물변환 기법을 이용한 저이용 산채류 및 꾸지뽕나무 발효소재의 in vitro, in vivo 대사증후군 개선 효과 분석

□ 연구개발성과
● 누룩 발효에 의한 산채류의 기능성 증진을 위한 생물변환 및 기능성식품 소재화
● 산림버섯균 발효에 의한 꾸지뽕나무의 생물변환 기법으로 기능성식품 소재화
● 산채류와 꾸지뽕나무 발효 소재의 기능성 평가

□ 연구개발성과 활용계획 및 기대 효과
● 국내 임산물 소비 촉진으로 농가소득 증진 및 발효식품 산업 활성화 기여
● 비만 및 대사증후군 관련 질환 예방효과가 있는 기능성 식품을 개발하여 기능성 제품 분야로 활용
● 국내 임산물 경쟁력 확보와 고부가가치 상품개발을 통한 국산 임산물 소재화 기술 기반구축
● 고급화 및 다양화 전략으로 기능성 식품 시장 선점

(출처 : 요 약 문 2p)

목차 Contents

표지 ... 1
요 약 문 ... 2
목차 ... 4
1. 연구개발과제의 개요 ... 5
제1절 연구개발의 필요성 ... 5
제2절 연구 개발의 경제·산업적 중요성 ... 8
제3절 연구 개발 대상의 개요 ... 9
2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 10
제1절 연구개발과제의 수행과정 ... 10
제2절 연구개발과제의 수행 내용 ... 13
3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 정도 ... 273
1) 연구수행 결과 ... 273
2) 목표 달성 수준 ... 291
4. 목표 미달 시 원인분석 ... 292
5. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도 ... 293
6. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 294
끝페이지 ... 295

표/그림 (88)

표 균주별 배양된 쌀 입국의 검정 특성
표 균주별 발효시간에 따른 황국과 흑국 쌀누룩의 품질특성
표 쌀누룩과 발효제별 효소역가 및 당성분
표 황국 종균접종량에 따른 쌀 누룩의 품질
표 흑국 종균접종량 및 발효시간에 따른 쌀 누룩 품질
표 황국균 쌀누룩 발효시간에 따른 품질변화
표 흑국균 쌀누룩 발효시간에 따른 품질변화
표 황국균 쌀누룩의 당화온도별 당도변화
표 황국균 쌀누룩 출국 시간에 따른 당도 변화 단위(brix°)
표 습곡 및 건조 황국균 쌀누룩의 당화 특성 비교
표 가수율별 황국 쌀누룩의 성분 및 관능검사
표 효소첨가에 의한 쌀누룩의 당화 중 성분함량변화
표 쌀누룩 제조까지의 표준온도그래프
표 산채절임용 쌀알누룩 제국온도 표준서 설정
표 Compounds identified in essential oil isolated from gomchwi
표 Content of phenolic acids and flavonoids in wild vegetables of Asteraceae family
표 Chemical structures of caffeoylquinic acid derivatives
표 HPLC chromatograms of caffeoylquinic acids in 70% methanol extracts in wild vegetables of Asteraceae family. 1, chlorogenic; 2, 1,3-dicaffeoylquinic; 3, 3.4-dicaffeoylquinic; 4, 3,5-dicaffeoylquinic; 5, 4,5-dicaffeoylquinic; 6, 3,4,5-tricaffeoylquinic acid
표 Content of caffeoylquinic acids in wild vegetables of Asteraceae family
표 머위를 이용한 발효산채의 품질특성 분석 결과
표 곰취를 이용한 발효 산채의 품질특성 분석 결과
표 참취을 이용한 발효 산채의 품질특성 분석 결과
표 Relevant data for analysis of polyphenolic compounds in wild vegetables
표 Comparison of polyphenolic compounds composition before and after fermentation of wild vegetables
표 UPLC analysis condition
표 QTOF-MS analysis condition
표 곰취시료 PCA-DA Score plot(왼쪽), Loading plot(오른쪽)
표 곰취 발효시료(1,2) 질량 그래프(왼쪽), Box and Whiskers plot(오른쪽)
표 곰취 발효시료(1,3) 질량 그래프(왼쪽), Box and Whiskers plot(오른쪽)
표 발효 전후의 품질특성 분석 결과
표 머위 발효액의 NO 생성 저해 활성 측정 결과
표 임산물 효소액 대사체 분석 결과
표 Contents of polyphenols at different parts of M. tricuspidata
표 Contents of gastrodin derivatives at different parts of M. tricuspidata
표 Identification of polyphenols in 70% MeOH extract of M. tricuspidata twig by HPLC-MS
표 QTOF−MS spectra of parish in derivatives detected in MMB. A, gastrodin; B, parishin E; C, parishin B; D, parishin C; E, parishin A
표 Mycelial growth on M. tricuspidata twig sawdust media of different mushroom
표 Changes in pH and soluble solid during the fermentation of M. tricuspidata fruits with A. mellea
표 Changes in phenolic compound composition during the fermentation of M. tricuspidata fruits with A. mellea
표 Changes in parishin derivatives composition during the fermentation of M. tricuspidata fruits with A. mellea
표 꾸지뽕나무 잔가지의 70% MeOH 추출물의 HPLC profile A, 280nm; B, 220nm. 1; gastrodin, 2; 4-HBA, 3; parishin E, 4; UK-1, 5; parishin B, 6; parishin C, 7; parishin A, 8; UK-2, 9; taxifolin-7-β-glucoside, 10; unidentified, 11; dihydrokaempferol-7-β -glucoside
표 꾸지뽕나무 부위별 280nm에서 HPLC profile 비교 1, taxifolin-7-β-D-glucoside; 2, dihydrokaempferol-7-β-D-glucoside
표 꾸지뽕나무의 부위별 parishin 유도체 함량 비교
표 잔가지 추출물을 220nm에서 HPLC-QTOF-MS로 분석한 total ion current (TIC) chromatogram. A; 잔가지의 70% methanol 추출물, B; parishin 유도체의 standard mixture. Peak no. refer to Table 1
표 Identification of polyphenols in 70% MeOH extract of M. tricuspidata twig by HPLC-MS
표 꾸지뽕 나무의 잔가지, 열매 및 잎 부위를 ESI-DAD (220nm) UPLC-QTOF-MS로 분석한 chromatogram A, twig; B, fruits; c, leaves
표 꾸지 잔가지와 천마의 220nm에서 parishin유도체의 비교분석 결과 1, gastrodin; 2, 4-HBA; 3, parishin E; 4, UK-1; 5, parishin B; 6, parishin C; 7, parishin A; 8, UK-2; 9, parishin L; 10, taxifolin-7-glucoside; 11, drokaempferol- 7-glucoside
표 Comparison of parishin derivatives in M. tricuspidata twig and G. elata rhizome
표 발효시키지 않은 꾸지뽕 잔가지에서 주요성분의 column chromatography에 의한 분리 결과
$HPLC (220 nm) profile of solvent fractionation obtained from 70% MeOH extraxt of M. tricuspidata twig. 1, gastrodin; 2, 4-hydroxybenzyl alcohol; 3, parishin E; 4, unknow-1 (parishin derivative); 5, parishin B; 6, parishin C; 7, parishin A; 8, unknown-2 (parishin derivative); 9, taxifolin-7-β-glucoside; 11. flavonoid glucoside; 12, dihydrokaempferol-7-β-glucoside$ 표 HPLC (220 nm) profile of solvent fractionation obtained from 70% MeOH extraxt of M. tricuspidata twig. 1, gastrodin; 2, 4-hydroxybenzyl alcohol; 3, parishin E; 4, unknow-1 (parishin derivative); 5, parishin B; 6, parishin C; 7, parishin A; 8, unknown-2 (parishin derivative); 9, taxifolin-7-β-glucoside; 11. flavonoid glucoside; 12, dihydrokaempferol-7-β-glucoside
표 13C-NMR spectral data of parishin derivatives isolated from M. tricuspidata twig
표 꾸지뽕나무 잔가지에서 동정된 parishin 유도체들의 구조
표 꾸지뽕 나무의 부위별 total phenol 및 total flavonoid함량 비교결과
표 꾸지뽕 나무 부위별 DPPH 및 ABTS 소거능에 의한 항산화 활성비교
표 꾸지뽕 나무 부위별 FRAP 활성에 의한 항산화 활성비교
표 Identifacation of compounds of non-fermented and fermented M. tricuspidata twig with G. lucidum
표 영지버섯균으로 발효시킨 꾸지뽕 잔가지에서 분리한 생물전환성분의13C-NMR data
표 Time course of formation of 3-hydroxy-3-methylpentane-1,5-dioic acid during hydrolysis of macluraparishin E with enzyme preparation from the liquid culture of G. lucidum. A, authentic standard (1, citric acid; 2, 3-hydroxy-3-methylpentane-1,5-dioic acid); B, 0 h (control); C, 3 h: D, 6 h, E, 9 h, F, 24 h hydrolysis
표 영지버섯균에 의한 꾸지뽕나무 잔가지의 발효기간별 total phenol 및 total flavonoid 함량 변화
표 영지버섯균에 의한 꾸지뽕나무 잔가지의 발효기간별 DPPH 및 ABTS 활성 변화
표 영지버섯균에 의한 꾸지뽕나무 잔가지의 발효기간별 FRAP 활성 변화
표 천연물에서 최초로 발견된 parishin 유도체 (Macluraparishin E로 명명하였음)
표 영지버섯 조효소에 의한 macluraparishin C의 생물전환 경로 분석결과 1, UK-2 (macluraparishin C); 2, UK-1 (macluraparishin E); 3, gastrodin; 4, 4-hydroxybenzyl alcohol (4-HBA)
표 cresyl violet(CV) 염색으로 살아있는 신경세포를 확인. 살아있는 신경세포는 CV 염색에 양성 반응을 보임. (A) 정상 대조군 (배율: 10x (a) 200x), (B) 뇌졸중 유도군 (배율: 10x (b) 200x), (C) MPC 투여(20mg/kg) 후 뇌졸중 유도군 (배율: 10x, (c) 200x)
표 신경세포 마커 단백질인 NeuN의 발현 양상 분석을 통한 MPC 효능 분석
표 MPC의 신경세포 보호 작용 기전확인. 실험동물의 뇌조직에서 인산화된 ERK와 p38의 발현 변화를 관찰하여 MPC가 MAPK 신호 전달 체계를 조절하여 신경세포의 사멸을 방어함
표 꾸지뽕나무 열매 마쇄액에 인삼 엑스 5% 첨가 후 담자균류로 14일 배양액의 TLC profile 비교. Con, control; GL, 영지버섯; FF, 장수버섯; AM, 뽕나무버섯
표 꾸지뽕 나무 열매 배지에 인삼 엑스 첨가 (5%) 후 영지버섯(GL)과 장수바섯 (FF)으로 발효 후 진세노사이드 profile 비교 A, ginsenoside standard mixture; B, 인삼 엑스 (대조구); C, 영지버섯 10일 발효; D, 영지 버섯 14일 발효; E, 장수버섯 10일 발효; F, 장수버섯 14일 발효
표 꾸지뽕나무 열매 마쇄액에 인삼 엑스 5% 첨가 후 영지버섯으로 발효동안 C-K 생성량 변화 TS, 수삼 total saponin 분획; 0-20, 상온에서 진탕배양 기간
표 꾸지뽕 나무 열매 배지에 인삼 엑스 첨가 (5%) 후 영지버섯으로 발효동안 진세노사이드 profile 변화 A, ginsenoside standard mixture; B, 수삼 사포닌 total; C, control (0 day); D, 5 day; E, 10 day; F, 15 day; G, 25 day
표 꾸지뽕나무 열매 마쇄액에 인삼 엑스 5% 첨가 후 영지버섯 효소액으로 발효동안 C-K 생성량 변화
표 꾸지뽕 나무 열매 배지에 산양삼 엑스 첨가 (4.45%) 후 영지버섯으로 발효 동안 진세 노사이드 profile 변화 A, ginsenoside 12 standard mixture; B, 수삼 사포닌 total; C, control (0 day); D, 5 day; E, 10 day; F, 15 day
표 꾸지뽕나무 열매 배지에 홍삼 ext 10% 첨가 후 영지버섯으로 발효동안 진세노사이드 profile 변화 A, ginsenoside 12 standard mixture; B, 홍삼 ext. 첨가 대조구 (0일); C, 홍삼 ext 첨가 후 7일 발효 ; D, 10일 발효; E, 15일 발효
표 인삼 ext. 발효품과 홍삼 및 흑삼의 profile 비교 A, ginsenoside 12 standard mixture; B, 인삼 ext. (대조구); C, 인삼 ext 10% 첨가 후 영지 버섯으로 14일 발효품 ; D, 홍삼 ext; E, 흑삼 ext
표 Compound K의 검량선 작성 결과
표 꾸지뽕나무 열매 마쇄액에 인삼시료 첨가 후 영지버섯으로 발효동안 compound K 생성량 변화
표 꾸지뽕나무 열매 마쇄액에 산양삼 전초 (뿌리+지상부) 마쇄액 10% 첨가 후 영지버섯으로 발효동안 C-K 생성량 변화
표 The standard curve of polyphenolic contents using several concentrations (0, 0.5, 1, 2, and 3 μg) of gallic acid. The polyphenol content was calculated using gallic acid as a standard. The absorbance was measured at 760 nm in a microplate reader (Molecular Devices, Sunnyvale, CA)
표 The polyphenolic contents of several extracts of Petasites japonicus, Ligularia stenocephala, Aster scaber Thunb., Ligularia fischeri, Cudrania tricuspidata fruit, and sub-branches. Each value is the mean ± standard deviation of triplicate measurements
표 The standard curve of flavonoid contents using several concentrations (0, 5, 10, 20, and 30 μg) of naringin. The flavonoid content was calculated using naringin as a standard. The absorbance was measured at 420 nm in a microplate reader (Molecular Devices, Sunnyvale, CA)
표 The flavonoid contents of several extracts of Petasites japonicus, Ligularia stenocephala, Aster scaber Thunb., Ligularia fischeri, Cudrania tricuspidata fruit, and sub-branches. Each value is the mean ± standard deviation of triplicate measurements
표 Recalcification time assay of several ethanolic extracts of Petasites japonicus, Ligularia stenocephala, Aster scaber Thunb., and Ligularia fischeri. Human plasma was pretreated with the extracts and treated with CaCl2, then, monitored for 10 min at 650 nm. PJE, Petasites japonicus extract; LSE, Ligularia stenocephala extract; ASE, Aster scaber Thunb. extract; LFE, Ligularia fischeri extract
표 Recalcification time assay of several ethanolic extracts of Petasites japonicus, Ligularia stenocephala, Aster scaber Thunb., and Ligularia fischeri. Each value is the mean ± standard deviation of triplicate measurements
표 Recalcification time assay of ethanolic extracts of Cudrania tricuspidata fruit, and sub-branches. Human plasma was pretreated with the extracts and treated with CaCl2, then, monitored for 10 min at 650 nm. CTFE, Cudrania tricuspidata fruit extract; CTSE, Cudrania tricuspidata sub-branches extract
표 Recalcification time assay of ethanolic extracts of Cudrania tricuspidata fruit, and sub-branches. Each value is the mean ± standard deviation of triplicate measurements
표 Lipolytic activity assay of several ethanolic extracts of Petasites japonicus, Ligularia stenocephala, Aster scaber Thunb., Ligularia fischeri using the substrate, p-nitrophenyl butyrate
표 Lipolytic activity assay of ethanolic extracts of Cudrania tricuspidata fruit, and sub-branches
표 Lipolytic activity assay of Petasites japonicus (PJ) and Cudrania tricuspidata sub-branches (CTSB) samples using the substrate, p-nitrophenyl butyrate

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