Dong, Lieu My;Linh, Nguyen Thi Thuy;Hoa, Nguyen Thi;Thuy, Dang Thi Kim;Giap, Do Dang
한국미생물·생명공학회지
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제49권3호
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pp.346-355
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2021
Ngoc Linh ginseng is one of the most valuable endemic medicinal herbs in Vietnam. In this study, Ngoc Linh ginseng callus was fermented by Lactobacillus plantarum ATCC 8014 (at 6, 7, and 8 log CFU/ml) to evaluate the extraction efficiency of bioactive compounds. The post-fermentation solution was spray-dried using maltodextrin with or without Stevia rebaudiana (3% and 6% v/v) as the wall material. Bioactive compounds such as polyphenols, polysaccharides, and total saponins, and L. plantarum viability during fermentation and after spray-drying, as well as under simulated gastric digestion, were evaluated in this study. The results showed that probiotic density had a significant effect on bioactive compounds, and L. plantarum at 8 log CFU/ml showed the best results with a short fermentation time compared to other tests. The total content of polyphenols, polysaccharides, and saponins reached 5.16 ± 0.18 mg GAE/g sample, 277.2 ± 6.12 mg Glu/g sample, and 4.17 ± 0.15 mg/g sample, respectively after 20 h of fermentation at the initial density of L. plantarum (8 log CFU/ml). Although there was no difference in the particle structure of the preparation, the microencapsulation efficiency of the bioactive compound in the samples containing S. rebaudiana was higher than that with only maltodextrin. The study also indicated that adding S. rebaudiana improved the viability of L. plantarum in gastric digestion. These results showed that S. rebaudiana, a component stimulating probiotic growth, combined with maltodextrin as a co-prebiotic, improved the survival rate of L. plantarum in simulated gastric digestion.
본 연구는 양파즙을 이용하여 가축 사료첨가제용 Lactobacillus plantarum의 배양 최적화를 위하여 수행되었다. 양파즙의 첨가수준이 균체성장과 항산화 활성에 미치는 영향을 평가하였을 때, 그 첨가수준이 증가할수록 모두 높아졌다. 양파즙, 설탕 그리고 yeast extract를 배지성분요인으로 선택하였고, 배지 내 성분요인들의 혼합비율에 의한 효과를 평가하였다. 24 개의 실험들로 구성된 완전 요인 배치법을 이용하여 요인들의 주효과와 상호작용을 조사하였다. 균체성장과 항산화 활성에 대한 유의성 있는 긍정적 주효과는 각각 yeast extract와 양파즙에서 나타났다. 유의적인 상호작용으로는 항산화 활성에 대하여 설탕와 yeast extract 사이에서 나타났다. 최종적으로 양파 600 g/l, 설탕 15 g/l 및 효모추출물 5 g/l의 최적 배지조성을 선발하였다. 얻어진 최적배지의 효율을 분석하기 위하여 5 l 발효기를 이용하여 평가한 결과 최대 균체 성장량은 배양 12시간째에 $9.7\;{\log}_{10}$ (CFU/ml)로 나타났다. 배양 마지막인 20시간 때에는 $8.9\;{\log}_{10}$ (CFU/ml)의 균체 성장량을 보였으며 이는 예측된 $9.01\;{\log}_{10}$ (CFU/ml)과 매우 유사한 결과였다. 배양액의 항산화 활성은 모든 배양 시간대에서 약 60~65%로 유지되었으며, 이것은 예측된 값(47.1%)보다 훨씬 우수하였다.
조피볼락 Sebastes schlegeli 치어의 성장률 향상을 도모하고 적용할 만한 생균제로서의 그 가능성을 보고자, 평균 체중 0.7 g의 조피볼락 치어에 2종의 유산균을 사료에 첨가하여 본 실험을 수행하였다. 각각의 첨가구는 Lactobacillus brevis 및 Lactobacillus plantarum을 농도별로 실험사료 1 g 중량당 유산균 첨가수준을 $10^4,\;10^6$ 및 $10^8$ cfu 수준으로 처리한 첨가구로 하였다. 성장효과에서 L. plantarum을 농도별로 실험사료 1g 중량당 유산균 첨가수준을 $10^8$ cfu 수준으로 처리한 Lp-8 실험구에서 중량 증가 효과가 있었으며, L. brevis의 경우는 첨가효과가 없었다. 실험종료 후, 혈액분석 결과는 hematocrit 28.5-32.5%, hemoglobin 8.3-8.6 g/dl으로 차이는 없었으나, 혈장 내 총 단백질 함량은 Lp-8 실험구에서 높았다. 혈장 내 총 콜레스테롤 함량은 유산균 2종에서 높은 첨가농도 일수록 그 수치가 낮아지는 경향을 보였다. 상기 실험결과로 미루어 볼 때, 수중환경에 서식하는 어류의 장내 정상적인 균주가 아닌 유산균은 개별적 종에 따라 다른 효과를 얻을 수는 있으나, 조피볼락 치어는 L. plantarum을 $10^8$ cfu/g 수준으로 사료 내 첨가하여 성장효과를 거둘 수 있었다.
김치의 천연보존제로서의 이용가능성을 검토하기 위하여 15종의 식물성 김치재료를 MeOH로 추출, 용매분획하여 얻어진 산성구, 중성구 그리고 수용액구에 대해 김치 주발효미생물인 Leuconostoc mesenteroides, Pediococcus cerevisiae, Lactobacillus plantarum과 Saccharomyces cerevisiae를 대상으로 항미생물활성을 검색한 결과, 마늘과 부추추출물의 중성구에서 뚜렷한 항미생물활성을 나타냈다. 특히 부추추출물은 김치의 숙성 및 산패원인균으로 알려진 Ped. cerevisiae와 L. plantarum에 대해서 현저한 항미생물활성을 나타내, 김치의 천연보존제 및 산패억제제로서 부추추출물의 이용가능성이 시사되었다.
현재까지 젖산 발효 음료는 우유나 혹은 그 관련 제품을 이용하여 제조하였으나 쌀을 액화 혹은 당화시켜 젖산균을 증식시키므로서 기호성 있는 젖산 발효제품 생산 가능성을 확인하였다. 멥쌀을 12시간 침지 후 총 흡수량이 무게비율로 쌀:물이 1:1이 되게 하여 $121^{\circ}C$에서 20분 살균 후 액화 효소인 ${\alpha}-amylase$를 작용시켜 액화한 후 이 액에 Streptococcus thermophilus, Lactobacillus bulgaricus, Lactobacillus plantarum를 단독으로 혹은 혼합하여 접종한 후 배양하여 쌀을 이용한 젖산 발효 제품을 얻었다. 제품의 관능검사 결과 최적 pH는 3.7 부근으로 발효시작 후 18시간이 소요되었으며 젖산균은 세 균주를 혼합하는 것이 가장 좋았으나, L. plantarum과 가장 관계가 깊었다. Skim milk는 젖산 발효를 촉진하나 제품의 관능검사 결과 열등하였고 호상보다는 액상(쌀1 : 물3) 제품이 우수하였다.
김치로부터 강력한 H. pylori 생육 저해활성을 보이는 균주를 분리, 동정하여 Lb. plantarum NO1으로 명명하였다. Lb. plantarum NO1은 H. pylori 뿐만 아니라 그람 양성균 및 그람 음성균들에 넓은 범위의 저해활성을 나타내었다. Lb. plantarum NO1의 배양 상징액을 H. pylori배양액에 첨가한 후 H. pylori의 urease 활성을 측정한 결과 Lb. plantarum NO1의 강한 urease 억제활성($40{\sim}60%$ 저하)을 확인할 수 있었다. AGS위암 세포주에 H. pylori를 부착시킨 후 Lb. plantarum NO1의 배양액을 첨가하여 AGS세포에서 H. pylori 탈착능을 측정한 결과 Lb. plantarum NO1은 유산균 배양액 무첨가보다 33% 이상 높은 H. pylori 탈착능을 나타내었으며, 비교구로 사용된 Lb. rhamnosus GG, Lb. sakei SI3에 비해 더 우수한 H. pylori 탈착능을 나타내었다. 분리균주의 장내 생존성 여부 확인을 위하여 내산성, 인공위액에서 2시간동안 처리한 결과 Lb. plantarum NO1이 초기균수$(10^9CFU/ml)$를 유지하면서 높은 저항성을 나타내었다. Oxgall 농도 0.3%와 0.5%의 인공담즙에서 24시간 처리한 후에도 초기균수$(10^9CFU/ml)$를 유지하였다. 뿐만 아니라 인공위액에서 생존한 균주를 연속적으로 인공담즙으로 처리하였을 때에도 높은 생존율$(10^8{\sim}10^9CFU/ml)$를 유지하였다. Lb. plantarum NO1의 용혈성 반응 유무 결과 용혈반응이 일어나지 않았으므로 인체에 안전하다는 것을 간접적으로 확인할 수 있었다. 본 연구에서 김치로부터 분리한 H. pylori억제 유산균 Lb. plantarum NO1은 장내에 생존 가능성도 높으며, 동시에 위에서 효과적으로 H. pylori를 억제 할 수 있을 것으로 기대되어진다.
산업적 유산균 배양의 가격대비 효율성을 높이기 위하여 질소원, 탄소원 및 무기염물을 기본량으로 기본배지를 제조하고, 효율적인 고농도 유산균체를 수득하기 위하여 pH 조절제로서 따로 첨가되어지는 합성 화학물질을 대신하여 미역을 실험에 사용하였다. 미역의 최적의 첨가 방법을 찾고자 추출, 착즙, 분말의 형태로 배지를 제조하여 유산균증식능 평가한 결과, 착즙의 형태에서 유산균 증식능이 가장 큰 것으로 확인되었다. 이러한 실험 결과를 통해, 폐기되어 환경오염의 원인이 되는 가식부 외 미역을 유산균 배양배지에 착즙형태로 첨가함으로서 종래 pH 조절을 위해 완충액으로 첨가되는 합성 화학물질을 대체하여 활용될 수 있음을 확인하였다. 또한 미역첨가 기본배지 선정에 따른 배지 단가를 절감하면서 높은 균체 수율을 얻는 등 충분한 경제적 장점을 기대할 수 있다. 이러한 연구결과는 미역을 이용함으로써 배양 시 해조류의 식이섬유 등이 정장작용에 유산균의 시너지 효과뿐만 아니라 폐기되는 천연 식물자원을 활용함으로써 새로운 부가가치 창출과 환경오염을 예방하는 효과를 기대할 수 있을 것이다.
미생물을 이용한 천연물 발효 시 유용생리활성 증가가 보고된 바, 천년초(Opuntia humifusa; OH)를 Lactobacillus plantarum 을 이용하여 발효시켰으며(fermented Opuntia humifusa; fOH), fOH 의 비만 억제 효과를 확인하기 위해 45%Kcal 고지방식이(HFD)로 비만을 유도하였다. 이 전의 동물실험에 근거하여 OH 400 mg/kg 농도로 처리하였으며, fOH 는 최고 농도 400 mg/kg을 비롯하여 200, 100 mg/kg으로 처리하였다. 지속적인 HFD 공급으로 HFD 대조군에서는 체중, 복부지방 밀도, 난소주위 축적 지방 및 복부 축적 지방량 등이 증가하였으나, fOH 400, 200 mg/kg 처리군에서는 이들 비만인자들이 모두 유의적으로 감소하였다. fOH 100 mg/kg 처리 된 HFD 마우스는 OH 400 mg/kg 처리 마우스에 비해 의미 있는 억제 효과가 나타나지 않았다. 이는 OH에 비해 L. plantarum 로 발효된 fOH가 HFD공급 마우스에서 항비만 효과를 상승시키는 것으로 보인다. 추가적으로 2형 당뇨병 및 관련 합병증으로 확대하여 비만, 고지질혈증, 간지방증, 신장 기능 등을 이용하여 억제 기작 연구가 진행되면 대사증후군을 위한 새로운 강력한 치료제로서의 제안될 가능성이 있다.
본 연구에서는 약초 당침 추출액의 발효특성을 분석하고 관능적 특성을 개선할 수 있는 적정 발효조건을 도출하여 유산균 발효 약초음료 개발에 응용하고자 하였다. 설탕을 이용하여 1년 숙성, 추출한 개똥쑥, 어성초 및 삼백초 당침액($50{\pm}5^{\circ}Bx$)을 10, 15 및 $20^{\circ}Bx$로 희석한 후 김치로부터 분리한 L. plantarum DK119 ($5{\times}10^9CFU/mL$)를 2% (v/v) 접종하고 $37^{\circ}C$에서 4일 동안 발효하면서 유산균 수, pH, 적정산도 및 환원당 함량 변화를 분석한 결과 개똥쑥은 $20^{\circ}Bx$, 어성초는 $10^{\circ}Bx$, 그리고 삼백초는 $15^{\circ}Bx$가 발효 가능한 농도로 나타났다. 즉, 희석농도와 접종 유산균 수가 유사한 조건에서도 사용한 약초 종류에 따라 발효특성에 차이가 있음을 알 수 있다. 발효 기간 중 개똥쑥, 어성초 및 삼백초 희석액의 총폴리페놀 함량은 모든 희석액에서 변화가 없는 반면 DPPH radical 제거능과 환원력(FRAP)은 발효 2일에 유의적 증가를 보여 발효 중 항산화 활성에 영향을 미치는 발효 산물이 생성되는 것으로 추정된다. 관능검사 결과, 발효 전 당침액에서 나는 특유의 불쾌한 약초 맛이 발효 1일부터 감소하고 종합적 기호도가 발효 2-3일에 높아져 L. plantarum DK119를 이용한 유산균 발효는 약초 당침액의 항산화 활성을 증가시키고 관능적 품질특성을 개선시켜 약초 추출물을 이용한 건강 음료 개발에 응용 가능한 것으로 사료된다.
잠재적인 생균제제 L. plantarum P1201의 두유 발효 중 이화학적 특성, 총 phenolics과 isoflavone 함량 및 항산화 활성 변화를 연구하였다. 균주 P1201는 pH 2.5의 산 및 인공위액산 환경에서 4 h 후 각각 58.14%와 62.22%의 생존율을 나타내었다. 두유 요구르트의 최적 발효 조건은 배양온도 $35^{\circ}C$, 종균 접종량 5.0% 및 10%의 sucrose이었다. 한편 총 phenolic와 isoflavone 함량 및 항산화 활성은 SM 요구르트보다 SPM 요구르트가 우수하였다. 특히 SPM 발효 48 h 후, daidzein, glycitein 및 genistein의 함량은 각각 91.50, 12.34 및 $61.39{\mu}g/g$이 검출되었다. 이러한 결과로 본 연구의 두유 요구르트 추출물은 잠재적인 천연 항산화제로 식품에서 사용할 수 있을 것으로 판단되었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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