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파프리카 발효즙의 화장품 소재개발 연구 (Development of Cosmetic Ingredient by Fermented Paprika Juice)

  • 배수정;송민현;오정영;배준태;김진화;이근수
    • 대한화장품학회지
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    • 제44권2호
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    • pp.117-124
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    • 2018
  • 본 연구에서는 천연물 화장품 원료의 유기용매 추출법과 미생물을 이용한 발효법의 장단점을 보완하기 위해, 생(生) 천연물에 미생물을 이용한 발효를 통해 과즙을 만드는 새로운 제조법으로 화장품 소재를 개발하였다. 천연물은 다양한 색상과 비타민이 풍부한 것으로 알려진 파프리카 중 두 가지 색상(빨간색, 녹색)을 선정하였고, 발효에 사용된 미생물로서 당분해 효소능이 있는 유산균(Lactobacillus plantarum)을 이용해 파프리카에 접종하여 발효하였다. 먼저 고압으로 착즙한 파프리카 생즙 2종과 유산균으로 발효한 발효즙 2종의 생리활성변화를 확인해 보았다. 총 페놀함량과 총 플라보노이드 함량 측정 실험 결과, 파프리카 생즙보다 발효즙에서 모두 함량이 높았으며 특히 빨간색 파프리카 발효즙에서 가장 높은 함량을 나타내었다. 프리라디칼 소거효과와 지질과산화 억제효과 역시 파프리카 생즙에 비해 발효즙에서 우수한 항산화 효과가 나타났으며, 그중 빨간색 파프리카 발효즙의 효과가 가장 높았다. 항산화 효과가 높은 빨간색 파프리카 발효즙을 이용해 MMP-1 발현실험을 한 결과 농도 의존적으로 MMP-1 mRNA와 MMP-1 단백질의 발현을 억제하였다. 노화에 따른 glycation(당화현상) 실험의 경우, 파프리카 발효즙에서 상대적으로 anti-glycation 효과로 최종 당화산물(advanced glycation end-products, AGEs) 생성 억제 활성이 높아 항산화효과와 밀접한 연관성을 나타내었다. 또한, 세포노화 지표물질인 senescence-associated ${\beta}$-galactosidase (SA-${\beta}$-gal) 활성을 사람 섬유아세포(HDF)를 이용하여 실험한 결과, 파프리카 발효즙을 처리하였을 때 노화에 의해 염색된 세포의 수가 감소하여 세포의 senescence를 억제하는 것을 확인할 수 있었다. 결론적으로, 파프리카는 생즙보다 유산균을 이용한 발효즙이 항산화 효과와 항노화 효능이 우수했으며, 그중 빨간색 파프리카 발효즙이 가장 우수한 항산화와 항노화 효능을 가져 이를 이용한 항산화 및 항노화의 천연 신소재로 적용될 수 있을 것으로 사료된다.

눈개승마(Aruncus dioicus var. kamtschaticus Hara) 용매 추출물의 항산화 및 항균활성 (Antioxidative and Antimicrobial Activities of Aruncus dioicus var. kamtschaticus Hara Extracts)

  • 김미선;김경희;조지은;최종진;김영진;김종환;장순애;육홍선
    • 한국식품영양과학회지
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    • 제40권1호
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    • pp.47-55
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    • 2011
  • 본 연구는 눈개승마의 80% 에탄올 추출물과 순차적 분획물에 대하여 총 폴리페놀 함량과 항산화 활성을 측정하고, tyrosinase 저해활성 및 항균활성을 측정하여 눈개승마의 생리활성효과와 식품 보존제 및 화장품 원료 등의 기능성 소재로서 활용가능성을 조사하였다. 눈개승마 추출물 및 분획물의 총 폴리페놀 함량은 ethyl acetate 분획물에서 $335.88{\pm}2.26$ mg/g GAE로 가장 높게 나타났다. 눈개승마의 DPPH radical 소거활성을 측정한 결과, ethyl acetate 분획물에서 $IC_{50}$이 0.06 mg/mL, n-butanol 분획물이 0.25 mg/mL로 높은 활성을 나타내었으며, ABTS 라디칼 소거능 활성(0.5 mg/mL)은 ethyl acetate, n-butanol 분획물이 각각 $99.16{\pm}0.09%$, $89.29{\pm}0.64%$의 활성을 나타내었다. 환원력과 FRAP value는 ethyl acetate 분획물이 유의적으로 높은 값을 나타내었다. SOD 유사활성은 $80.76{\pm}0.61%$(ethyl acetate), $72.34{\pm}0.79%$(n-butanol)로 나타났다. Tyrosinase 저해활성은 5 mg/mL의 농도에서 ethyl acetate 분획물이 $59.08{\pm}0.98%$로 나타났다. 항균활성은 chloroform 분획물(0.1 mg/disc)이 B. cereus(14 mm), B. subtilis(12.5 mm), S. aureus(10.8 mm), E. coli(20.7 mm)와 같이 4종류의 세균에 대해 항균활성이 높았으며, ethyl acetate 분획물은 E. coli(17.2 mm, 0.5 mg/disc)에 대해 나타내었다. 눈개승마 chloroform 분획물의 최소저해농도는 B. cereus가 $50{\mu}g$/mL, E. coli가 $25{\mu}g$/mL을 나타내었다. 따라서 본 연구 결과 눈개승마의 ethyl acetate와 n-butanol 분획물은 높은 항산화 활성을 가지고 있으며, chloroform 분획물은 높은 항균력을 가지고 있어 눈개승마의 분획물들은 식품첨가물 및 식품보존제 등 기능성 소재로서 활용될 수 있을 것으로 사료된다.

추출조건에 따른 차가버섯 생리활성 및 면역활성 다당 (Pharmacological Activity of Chaga Mushroom on Extraction Conditions and Immunostimulating Polysaccharide)

  • 백길훈;정헌상;김훈;윤택준;서형주;유광원
    • 한국식품영양과학회지
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    • 제41권10호
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    • pp.1378-1387
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    • 2012
  • 추출조건에 따른 생리활성 영향을 검토하기 위하여 차가버섯(Inonotus obliquus)을 물($50^{\circ}C$ reflux, $90^{\circ}C$ 이상 decoction, $12^{\circ}C$ 가압추출)과 에탄올(50, 70과 $90^{\circ}C$ reflux)로 추출한 후 물 추출물을 조다당획분(IO-CP)으로 분획하였을 때 IO-CP(4.8~16.8%)의 수율은 에탄올추출물(IO-E, 1.9~2.7%)보다 높았으며 추출온도 증가에 따라 그 차이는 더 컸다. 가압추출로 조제된 조다당획분(IO-CP-121)은 가장 높은 총 폴리페놀 및 플라보노이드 함량(35.10 mg TAE/g와 18.48 mg QE/g)과 DPPH와 ABTS를 이용한 자유 라디칼소거능(26.08과 27.99 mg AEAC/100 mg)을 나타내었다. IO-CP-D(decoction)와 IO-CP-50(reflux)은 IO-CP-121보다 유의적으로 높은 마이토젠(saline 대조군의 2.10과 1.95배, 100 ${\mu}g/mL$)과 장관면역 활성(6.30과 5.74배)을 보였으나 에탄올추출물 활성은 확인되지 않았다. 또한, 모든 IO-CP는 0.1 mg/mL 농도에서 RAW 264.7 세포주에 대하여 독성을 나타내지 않았으나, IO-CP-121이 LPS-자극 RAW 264.7 세포주에 대하여 가장 유의적으로 염증성 인자인 TNF-${\alpha}$와 nitric oxide(NO) 생성을 억제하였다(29.2와 63.5%). 에탄올추출물도 0.1 mg/mL 농도에서 독성을 보이지 않았으나 TNF-${\alpha}$와 NO의 생성 억제능은 IO-CP-121보다 현저히 낮음을 알수 있었다. 한편, 활성 다당획분을 분리하기 위하여 면역활성 획분인 IO-CP-D를 DEAE-Sepharose CL-6B column에서 비흡착 획분(IO-CP-I)과 7개의 흡착 획분(IO-CP-II~VIII)으로 분획한 결과, IO-CP-II가 가장 우수한 마이토젠과 마크로파지 활성(4.51과 1.64배)을 나타내었다. 이와 같이 분리된 면역활성 획분인 IO-CP-II는 주로 중성당(61.86%)과 함께 소량의 산성당(2.96%)을 포함하고 있는 다당류임이 밝혀졌으며, 주요 구성당으로서 Glc, Gal와 Man(molar ratio of 1.00:0.55:0.31)를 포함하고 있음을 확인할 수 있었다. 이러한 결과로부터 추출조건은 차가버섯 생리활성에 중요하게 작용하고 있으며, decoction 추출방법으로 제조하여 분획한 면역활성 획분으로부터 차가버섯 면역활성은 적어도 중성 다당류가 관여하고 있음을 알 수 있었다.

창포(Acorus calamus L. var angustatus) 추출물의 생리활성 검정 (In Vitro Assay on Biological Characteristics of Different Extracts from Acorus calamus L. var angustatus)

  • 허북구;박용서;유용권;한태호;박윤점;신장식;조자용
    • 화훼연구
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    • 제16권3호
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    • pp.168-173
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    • 2008
  • 창포의 소비확대를 위한 기초자료 확보측면에서 증류수, 에탄올 및 메탄올로 추출한 창포(Acorus calamus L. angustatus) 잎과 근경에 대한 생리활성 물질함량 및 생리활성 효과를 조사하였다. 총 페놀함량은 추출물이 $1,000mg{\cdot}L^{-1}$ 일 때 잎은 증류수 추출물에서 $68.4mg{\cdot}L^{-1}$로, 근경은 메탄올 추출물에서 $49.3mg{\cdot}L^{-1}$로 가장 많았다. 전자공여능은 추출물의 농도가 $1,000mg{\cdot}L^{-1}$일 때 잎과 근경 모두 메탄올 추출물에서 각각 86.3% 및 86.1%로 높았다. 총 플라보노이드 함량은 추출물의 농도가 $2,000mg{\cdot}L^{-1}$ 일 때 잎은 증류수 추출물에서 61.1%로, 근경은 에탄올 추출물에서 15.4%로 가장 높았다. 아질산염 소거는 추출물의 농도가 $2,000mg{\cdot}L^{-1}$일 때 잎과 근경 모두 메탄올 추출물에서 75.7% 및 77.9%로 각각 높았다. Tyrosinase 활성 저해 효과는 추출물의 농도가 $4,000mg{\cdot}L^{-1}$일 때 추출부위나 용매에 관계없이 1.3% 미만을 나타내었다. 이상의 결과로 볼 때 잎으로부터 메탄올 추출물은 지하경으로 부터 어떤 다른 용매 추출물보다 높은 생리활성을 보여준 것으로 나타났다.

Sesquiterpenoids Bioconversion Analysis by Wood Rot Fungi

  • Lee, Su-Yeon;Ryu, Sun-Hwa;Choi, In-Gyu;Kim, Myungkil
    • 한국균학회소식:학술대회논문집
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    • 한국균학회 2016년도 춘계학술대회 및 임시총회
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    • pp.19-20
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    • 2016
  • Sesquiterpenoids are defined as $C_{15}$ compounds derived from farnesyl pyrophosphate (FPP), and their complex structures are found in the tissue of many diverse plants (Degenhardt et al. 2009). FPP's long chain length and additional double bond enables its conversion to a huge range of mono-, di-, and tri-cyclic structures. A number of cyclic sesquiterpenes with alcohol, aldehyde, and ketone derivatives have key biological and medicinal properties (Fraga 1999). Fungi, such as the wood-rotting Polyporus brumalis, are excellent sources of pharmaceutically interesting natural products such as sesquiterpenoids. In this study, we investigated the biosynthesis of P. brumalis sesquiterpenoids on modified medium. Fungal suspensions of 11 white rot species were inoculated in modified medium containing $C_6H_{12}O_6$, $C_4H_{12}N_2O_6$, $KH_2PO_4$, $MgSO_4$, and $CaCl_2$ for 20 days. Cultivation was stopped by solvent extraction via separation of the mycelium. The metabolites were identified as follows: propionic acid (1), mevalonic acid lactone (2), ${\beta}$-eudesmane (3), and ${\beta}$-eudesmol (4), respectively (Figure 1). The main peaks of ${\beta}$-eudesmane and ${\beta}$-eudesmol, which were indicative of sesquiterpene structures, were consistently detected for 5, 7, 12, and 15 days These results demonstrated the existence of terpene metabolism in the mycelium of P. brumalis. Polyporus spp. are known to generate flavor components such as methyl 2,4-dihydroxy-3,6-dimethyl benzoate; 2-hydroxy-4-methoxy-6-methyl benzoic acid; 3-hydroxy-5-methyl phenol; and 3-methoxy-2,5-dimethyl phenol in submerged cultures (Hoffmann and Esser 1978). Drimanes of sesquiterpenes were reported as metabolites from P. arcularius and shown to exhibit antimicrobial activity against Gram-positive bacteria such as Staphylococcus aureus (Fleck et al. 1996). The main metabolites of P. brumalis, ${\beta}$-Eudesmol and ${\beta}$-eudesmane, were categorized as eudesmane-type sesquiterpene structures. The eudesmane skeleton could be biosynthesized from FPP-derived IPP, and approximately 1,000 structures have been identified in plants as essential oils. The biosynthesis of eudesmol from P. brumalis may thus be an important tool for the production of useful natural compounds as presumed from its identified potent bioactivity in plants. Essential oils comprising eudesmane-type sesquiterpenoids have been previously and extensively researched (Wu et al. 2006). ${\beta}$-Eudesmol is a well-known and important eudesmane alcohol with an anticholinergic effect in the vascular endothelium (Tsuneki et al. 2005). Additionally, recent studies demonstrated that ${\beta}$-eudesmol acts as a channel blocker for nicotinic acetylcholine receptors at the neuromuscular junction, and it can inhibit angiogenesis in vitro and in vivo by blocking the mitogen-activated protein kinase (MAPK) signaling pathway (Seo et al. 2011). Variation of nutrients was conducted to determine an optimum condition for the biosynthesis of sesquiterpenes by P. brumalis. Genes encoding terpene synthases, which are crucial to the terpene synthesis pathway, generally respond to environmental factors such as pH, temperature, and available nutrients (Hoffmeister and Keller 2007, Yu and Keller 2005). Calvo et al. described the effect of major nutrients, carbon and nitrogen, on the synthesis of secondary metabolites (Calvo et al. 2002). P. brumalis did not prefer to synthesize sesquiterpenes under all growth conditions. Results of differences in metabolites observed in P. brumalis grown in PDB and modified medium highlighted the potential effect inorganic sources such as $C_4H_{12}N_2O_6$, $KH_2PO_4$, $MgSO_4$, and $CaCl_2$ on sesquiterpene synthesis. ${\beta}$-eudesmol was apparent during cultivation except for when P. brumalis was grown on $MgSO_4$-free medium. These results demonstrated that $MgSO_4$ can specifically control the biosynthesis of ${\beta}$-eudesmol. Magnesium has been reported as a cofactor that binds to sesquiterpene synthase (Agger et al. 2008). Specifically, the $Mg^{2+}$ ions bind to two conserved metal-binding motifs. These metal ions complex to the substrate pyrophosphate, thereby promoting the ionization of the leaving groups of FPP and resulting in the generation of a highly reactive allylic cation. Effect of magnesium source on the sesquiterpene biosynthesis was also identified via analysis of the concentration of total carbohydrates. Our current study offered further insight that fungal sesquiterpene biosynthesis can be controlled by nutrients. To profile the metabolites of P. brumalis, the cultures were extracted based on the growth curve. Despite metabolites produced during mycelia growth, there was difficulty in detecting significant changes in metabolite production, especially those at low concentrations. These compounds may be of interest in understanding their synthetic mechanisms in P. brumalis. The synthesis of terpene compounds began during the growth phase at day 9. Sesquiterpene synthesis occurred after growth was complete. At day 9, drimenol, farnesol, and mevalonic lactone (or mevalonic acid lactone) were identified. Mevalonic acid lactone is the precursor of the mevalonic pathway, and particularly, it is a precursor for a number of biologically important lipids, including cholesterol hormones (Buckley et al. 2002). Farnesol is the precursor of sesquiterpenoids. Drimenol compounds, bi-cyclic-sesquiterpene alcohols, can be synthesized from trans-trans farnesol via cyclization and rearrangement (Polovinka et al. 1994). They have also been identified in the basidiomycota Lentinus lepideus as secondary metabolites. After 12 days in the growth phase, ${\beta}$-elemene caryophyllene, ${\delta}$-cadiene, and eudesmane were detected with ${\beta}$-eudesmol. The data showed the synthesis of sesquiterpene hydrocarbons with bi-cyclic structures. These compounds can be synthesized from FPP by cyclization. Cyclic terpenoids are synthesized through the formation of a carbon skeleton from linear precursors by terpene cyclase, which is followed by chemical modification by oxidation, reduction, methylation, etc. Sesquiterpene cyclase is a key branch-point enzyme that catalyzes the complex intermolecular cyclization of the linear prenyl diphosphate into cyclic hydrocarbons (Toyomasu et al. 2007). After 20 days in stationary phase, the oxygenated structures eudesmol, elemol, and caryophyllene oxide were detected. Thus, after growth, sesquiterpenes were identified. Per these results, we showed that terpene metabolism in wood-rotting fungi occurs in the stationary phase. We also showed that such metabolism can be controlled by magnesium supplementation in the growth medium. In conclusion, we identified P. brumalis as a wood-rotting fungus that can produce sesquiterpenes. To mechanistically understand eudesmane-type sesquiterpene biosynthesis in P. brumalis, further research into the genes regulating the dynamics of such biosynthesis is warranted.

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