Rhizopus oryzae KSD-815를 이용하여 제조된 R4 누룩의 항혈전 활성
김미선1, 이예슬1, 김종식2, 신우창3, 손호용1*
1안동대학교식품영양학과
2안동대학교생명과학과
3
(
주)
국순당Received: February 12, 2015 / Revised: March 10, 2015 / Accepted: March 25, 2015
술은알코올성분이있어사람을취하게하는음료를말 하며
,
각각의나라마다민족의공감성과문화성이깃든고유 의술을가지고있다[16].
그예로서,
프랑스의와인,
러시아 의보드카,
네덜란드의진,
일본의사케등이있으며,
우리나 라에는고유의전통주로막걸리가있다.
우리나라의막걸리 는찹쌀혹은멥쌀을주원료로하여누룩을발효제로사용 하여제조하며,
다양한약용및식용부재료를첨가하여우 리만의고유한방법으로양조하고있다.
특히누룩은전세 계적으로도독특한우리만의발효제이며,
전분의당화효소 로서의역할뿐만아니라발효를진행하는곰팡이,
효모,
유 산균의접종원이라는측면에서중요하다[16].
실제전통주는 사용누룩에따라술의맛,
향,
색이변화되므로누룩은전통주품질에가장중요한인자라고할수있다
[2, 20].
통상전통누룩은소맥
,
보리,
옥수수,
쌀,
귀리,
호밀과같은원료전분질을빻은다음
,
물을뿌린후성형하여수일간미생물을 배양하는 방식으로 제조된다
[20].
누룩 미생물로는Rhizopus sp., Aspergillus sp., Absidia sp., Mucor sp., Penicillium sp., Endomyces sp.
등의곰팡이[2]
와Sacchromyces sp.
의효모[16]
및Leconostoc sp., Weissella sp., Pediococcus sp., Lactobacillus sp. [3, 20]
등의유산균이알려져있다.
따 라서전통누룩은여러종류의미생물이혼재하여다양한특 성의누룩을제조할수있다는장점은있으나,
잡균오염,
이 상발효,
관능성저하및균일품질유지의어려움등의문제 점을가진다[2, 3, 20].
따라서,
최근에는전통누룩을저온살 균하여오염균을제거하여사용하거나[19],
증자처리한소 맥,
보리,
쌀등의전분질에선별된단일또는수종의미생 물을접종한후수일간배양하여특정미생물이대량번식 된상태의개량누룩을주로제조하여사용하고있다[16, 20].
본연구팀에서는전통주및주박의항비만
[16],
항산화[16],
항염증[21],
항혈전[7, 8],
항세균[7],
암세포생육억제[5],
미백및주름개선활성
[17, 18]
등의생리활성을보고한바있으며
,
이러한유용생리활성들이발효원료및발효작용에In-vitro Anti-thrombosis Activity of R4-Nuruk Made from Rhizopus oryzae KSD-815
Mi-Sun Kim
1, Ye-Seul Lee
1, Jong Sik Kim
2, Woo-Chang Shin
3, and Ho-Yong Sohn
1*
1
Department of Food and Nutrition, and
2Department of Life Science, Andong National University, Andong 760-749, Republic of Korea
3
Research Institute, Kooksoondang Brewery Co. Ltd., Seongnam 460-120, Republic of Korea
Nuruk has been used as fermentation starter in the alcohol industry for some time in Korea. Various bioactivities, such as anti- proliferative and anti-obesity, of R4 nuruk made from Rhizopus oryzae KSD-815 have been previously reported. In this study, the hot water and ethanol extract of R4 nuruk and their subsequent organic solvent fractions were prepared, and their anti- thrombosis activities were evaluated. The ethylacetate fraction showed strong anti-coagulation activity, and the ethylacetate and butanol fraction from hot water extract demonstrated platelet aggregation inhibitory activity, without hemolysis against human RBC. Our results suggest that R4 nuruk has the potential to act as a new anti-thrombosis agent.
Keywords: Anti-coagulation, anti-platelet aggregation, Rhizopus oryzae KSD-815, R4 nuruk
*Corresponding author
Tel: +82-54-820-5491, Fax: +82-54-820-7804 E-mail: [email protected]
© 2015, The Korean Society for Microbiology and Biotechnology
기인할뿐만아니라
,
누룩그자체에의해서도나타나는것 으로추측하고있다[9, 16-18].
실제Rhizopus oryzae KSD- 815 (Rhizopus sp. KFCC 1279)
로제조된개량누룩(R4
로명 명)
의경우,
누룩추출물의지방산화합물의암세포생육억 제활성[11, 14], sterol
화합물의암세포전이억제활성[12],
추출물의항비만활성
[15],
고혈압및암세포전이억제활성
[13]
등이알려져있고,
최근이화누룩의경우에도강력한항혈전활성을확인한바있다
[9].
따라서본연구에서는R4
의유용생리활성발굴연구의일환으로
R4
누룩의항혈전활 성을평가하고자하였다.
실험에사용한R4
누룩은2013
년 상업적시설(
㈜국순당,
성남,
한국)
에서대량제조된누룩으로, ethanol
추출물은누룩 무게에대해10
배의95% ethanol (Daejung Chemicals & Metals Co., Ltd. Korea)
을가한후 상온에서24
시간, 3
회반복추출하였으며,
추출액은filter paper (Whatsman No. 2)
로거른후감압농축(Eyela Rotary evaporator N-1000, Tokyo Rikakikai Co., Ltd. Japan)
하 여조제하였다.
열수추출물은누룩무게의10
배의물을가 한후100
oC
에서2
시간, 3
회반복추출하였으며,
상기와동 일하게감압농축및동결건조(Ilshin Lab Co. Ltd, Yangju, Korea)
하여조제하였다.
이후,
조제된분말은증류수에현탁 한후, hexane, ethylacetate, butanol
로순차적분획하였으 며,
최종적으로물잔류물을회수하였다. R4
누룩의ethanol
및열수추출의수득율,
다양한용매에대한분획수득율및 성분분석결과는Table 1
에나타내었다. Ethanol
추출물의 수득율은6.2%
이었으며,
순차적분획시ethanol
추출물의20.9%
및25.6%
는hexane
및butanol
분획으로, 50.4%
는 물잔류물로이행되었으며, ethylacetate
분획물은ethanol
추출물의2.6%
를차지하였다.
이러한결과는R4
누룩100 g
에대해ethylacetate
분획물약0.16 g
을얻게됨을의미한다
.
한편열수추출물의수득율은20.2%
로ethanol
추출에 비해3.26
배높았으며, hexane, ethylacetate, butanol
분획은 추출물의0.1%, 0.8%, 9.1%
로미미하게나타났으며,
대부분(90.9%)
은물잔류물로분획되었다.
따라서열수추출물의대부분은수용성당류로추측된다
.
조제된R4
누룩ethanol
추출물의총폴리페놀(total polyphenol: TP)
및총플라보노 이드(total flavonoid: TF)
함량을측정한결과(Table 1),
쌀 을주재료로하는이화누룩보다는높은함량의27.3 mg/g
의TP
및1.5 mg/g
의TF
함량을나타내었으며[9],
분획물의경 우ethylacetate
분획에서344.6 mg/g
의매우 높은TP
및2.9 mg/g
의높은TF
함량을나타내었다. R4
누룩열수추출 물은ethanol
추출물보다높은16.5 mg/g
의TP
및2.2 mg/
g
의TF
함량을 나타내었으며(Table 1),
분획물의 경우ethylacetate
분획에서202.3 mg/g
및15.3 mg/g
의가장높 은TP
및TF
함량을나타내었다.
이때TP
및TF
함량은기 존보고[23, 25]
와동일하게tannic acid
및rutin
을표준시약 으로사용하였다.
R4
누룩추출물및분획물의항혈전활성은혈액응고저해활성과혈소판응집저해활성을측정하여평가하였다
.
혈 액응고저해활성은혈액응고반응에서중추적역할을수행 하는thrombin
의활성을평가하는thrombin time (TT),
외 인성응고계(II, V, VII
및X
인자)
의응고활성을종합적으 로측정하는prothrombin time (PT)
및내인성경로에의한 혈액응고활성을평가하는activated partial thromboplastin time (aPTT)
을측정하였다[1, 8, 9].
각각의측정은기존의보 고[8]
와동일하게실시하였으며,
시료대조군으로는아스피 린(Sigma Co., St. Louis, MO, USA)
을용매 대조군으로는DMSO
를사용하였으며, TT, PT
및aPTT
연장활성은각각3
회이상반복한시료실험의평균치를용매대조구인DMSO
Table 1. Yields of extraction and subsequent organic solvent fractions of R4-nuruk made from Rhizopus oryzae KSD-815 and their total polyphenol and total flavonoid contents.
Extraction
Solvent Extract/Fraction Extraction/Fraction yield (%)
Content (mg/g)
Total polyphenol Total flavonoid
Ethanol Ethanol ex.
1)6.2 027.3 ± 0.6
1)01.5 ± 0.0
Hexane fr.
2)20.9 014.0 ± 0.7 01.0 ± 0.0
Ethylacetate fr. 2.6 344.6 ± 4.3 02.9 ± 0.5
Butanol fr. 25.6 037.1 ± 1.8 03.2 ± 0.1
Water residue 50.4 020.6 ± 0.1 00.1 ± 0.1
Hot water Hot water ex. 20.2 016.5 ± 0.2 02.2 ± 0.2
Hexane fr. 0.1 003.5 ± 0.1 00.9 ± 0.6
Ethylacetate fr. 0.8 202.3 ± 4.5 15.3 ± 2.2
Butanol fr. 9.1 048.7 ± 0.4 09.9 ± 0.9
Water residue 90.9 008.3 ± 0.6 01.8 ± 0.0
1)
ex: extract,
2)fr.: fraction. Data are presented as the mean ± SD of three determinations.
의실험평균치의비로나타내었다
[6-9].
실험결과는SPSS 21.0
버전을사용하여mean
±SD
로나타내었으며,
각군간 의차이는ANOVA
로분석하였으며, Duncan
다중비교검증 법으로 통계적 유의성 검정을 조사하였다.
유의수준은p < 0.05
로하였다.
혈액응고저해활성분석결과,
대조구로 사용된aspirin (1.5 mg/ml)
은TT, PT, aPTT
를무첨가구에 비해각각1.7
배연장시켜우수한항혈전효과를확인하였 다.
한편R4
누룩의ethanol
및 열수 추출물(5 mg/ml)
은TT
에서약한연장활성이나타났으나, PT
및aPTT
의변화 는나타나지않았다(Table 2).
그러나ethanol
추출물의순 차적분획물에서는다양한혈액응고저해활성이나타났으 며, ethylacetate
분획에서는대조구에 비해 각각2.0
배, 2.6
배, 1.9
배연장된TT, PT, aPTT
를나타내었으며,
농도의 존적인저해활성과함께7 mg/ml
농도에서는대조구에비 해각각4.5
배, 5.1
배, 15
배연장된TT, PT, aPTT
를나타내 어내인성경로에의한혈액응고인자저해가매우강력함을 확인하였다(Table 2).
열수추출물의경우ethylacetate
분획 에서1.5
배연장된TT
를나타내었으나, ethanol
추출물의분 획물보다낮은활성을나타내었다.
이는열수추출동안의 활성물질의손실및실활에기인하는것으로판단되며,
실제ethanol
추출물의ethylacetate
분획물을100
oC
에서1
시간 열처리이후잔존활성을평가한결과열처리전과비교하여60%
정도의aPTT
활성을나타냄을확인하였다.
상기의결과는
,
항혈전활성물질회수를위해서는ethanol
추출이적 합하며, R4
누룩의ethylacetate
분획은기존한방자원[6]
보 다우수하며,
강력한혈액응고인자저해활성이알려진흑마 늘의ethylacetate
분획과유사하였다[4].
R4
누룩의항혈전활성평가를위해혈소판응집저해활성을평가하였으며
,
그결과는Table 3
에나타내었다.
혈소 판은내피세포의손상으로노출된collagen
등과결합하여 혈전생성을개시하는중요한세포[1]
로,
혈소판의비정상적 인응집은혈전생성을촉진시켜정상적인혈액순환을저해 한다.
본연구에서의혈소판응집저해활성은미세전극에혈 소판이부착되어응집됨에따라발생하는전기저항값의변 화를측정하는impedance
법을사용하여평가하였다[24].
인 간농축혈소판(platelet rich plasma: PRP)
은적십자로부터 공급받았으며PRP
의전처리및수세과정은기존의보고[18]
와동일하게하였으며
,
최종혈소판농도가5
×10
8/ml
이되 도록 조정한 후, Whole Blood Aggregometer (Chrono-log, PA, USA)
를사용해37
oC
에서측정하였으며, 10 mM CaCl
250
µl, suspending buffer 147.5
µl,
시료5
µl
가포함된반 응cuvette
에혈소판50
µl
을넣은후3
분동안37
oC
로가온 후응집유도제로collagen (1 mg/ml)
을2.5
µl
를넣고혈소판 응집을측정하였다.
응집반응은collagen
첨가후12
분간측 정하였으며amplitude, slope, area under
를측정하여평가 하였다[18].
이때, amplitude (ohm)
는혈소판에응집유도제Table 2. Effect of the ethanol and hot water extracts of R4-nuruk made from Rhizopus oryzae KSD-815 and their solvent fractions on blood coagulation.
Extraction Solvent
Chemicals/Extract /Fraction
Concentration (mg/ml)
Anti-thrombosis activity
1)TT PT aPTT
- DMSO - 1.0 ± 0.0
a1.0 ± 0.0
a1.0 ± 0.1
a- Aspirin 1.5 1.7 ± 0.0
e1.7 ± 0.0
c1.7 ± 0.0
cEthanol Ethanol ex.
2)5.0 1.1 ± 0.1
b1.0 ± 0.0
a1.0 ± 0.1
aHexane fr.
3)5.0 1.1 ± 0.0
b1.3 ± 0.1
b1.6 ± 0.0
bEthylacetate fr. 5.0 2.0 ± 0.0
f2.6 ± 0.2
d1.9 ± 0.1
d6.0 3.0 ± 0.1 3.8 ± 0.0 3.9 ± 0.2
7.0 4.5 ± 0.2 5.1 ± 0.1 >15.0
Butanol fr. 5.0 1.1 ± 0.0
b1.1 ± 0.0
a1.0 ± 0.1
aWater residue 5.0 1.0 ± 0.0
a1.0 ± 0.0
a1.0 ± 0.0
aHot water Hot water ex. 5.0 1.1 ± 0.1
b1.0 ± 0.0
a1.0 ± 0.0
aHexane fr. 5.0 1.0 ± 0.0
a1.0 ± 0.0
a1.0 ± 0.0
aEthylacetate fr. 5.0 1.5 ± 0.0
d1.0 ± 0.0
a1.1 ± 0.1
aButanol fr. 5.0 1.2 ± 0.1
c1.0 ± 0.0
a1.0 ± 0.0
aWater residue 5.0 1.1 ± 0.0
b1.0 ± 0.0
a1.0 ± 0.0
a1)
Anti-thrombosis activity: Data are presented as relative clotting time based on solvent control. The thrombin time (TT), pro-
thrombin time (PT) and activated partial thromboplastin time (aPTT) of solvent control (dimethylsulfoximide) were 26.7 sec,
18.8 sec and 40.1 sec, respectively.
2)ex: extract,
3)fr.: fraction. Different superscript letters (a-f) within a column differ significantly
( p < 0.05).
를첨가하였을때일어나는최대응집정도를나타내며
, slope
는응집유도제를첨가한직후부터1
분동안의응집곡선의기울기를나타내며
, area under
는전체적인혈소판응집정도를표시하는것으로전기저항증가에따른
slope
곡선의하강면적을나타낸다
[18]. R4
누룩의혈소판응집저해활성은시료 대신
DMSO
를 첨가한 대조구와의 상대적인area
under
값의비를백분율로나타내었다.
대조구로사용된혈소판응집저해제인아스피린은농도의존적인혈소판응집저 해활성을나타내었으며
, 0.25 mg/ml
농도에서무첨가구에 비해65.9%
의 응집율을 나타내었다(Table 3). R4
누룩의ethanol
추출물및분획물(0.25 mg/ml)
은, butanol
분획물을 제외한모든시료에서유의적인혈소판응집저해활성은나 타나지않았으며,
오히려응집촉진이나타났다.
한편R4
누룩의 열수 추출물 및 분획물 중에서는
ethylacetate
및butanol
분획에서혈소판응집저해활성을나타내었다.
따라서
R4
누룩은다양한성분의혈액응고효소,
혈액응고인자및 혈소판응집저해활성물질을포함하고있음을확인하였다.
한편인간적혈구에대한용혈활성을평가하였으며,
인간적 혈구(4%) 100
µl
를96-well microplate
에가하고다양한농 도의시료용액100
µl
를가한다음37
oC
에서30
분간반응시 켰으며,
이후,
반응액을10
분간원심분리(1,500 rpm)
하여상 등액100
µl
를새로운microtiter plate
로옮긴후용혈에따 른헤모글로빈유출정도를414 nm
에서측정하여평가하였다
[10].
그결과, ethanol
추출물(0.5 mg/ml)
에서23%
이상 의용혈활성이나타났으며,
특히hexane
및ethylacetate
분 획물에서는용혈활성이강하게나타났다(Table 4).
본연구 결과는R4
열수추출물의ethylacetate
분획은향후항응고Table 3. Platelet aggregation activities of the ethanol and hot water extract and their solvent fractions of R4-nuruk made from Rhizopus oryzae KSD-815.
Extraction Solvent
Chemicals/Extract /Fraction
Amplitude ( Ω)
Slope ( Ω/min)
Lag time
(sec) Area under PAR
1)(%)
- DMSO 19 2 30 122.7 100.0
- Aspirin (0.5 mg/ml) 8 1 57 42.2 34.4
- Aspirin (0.25 mg/ml) 16 2 35 80.9 65.9
Ethanol Ethanol ex.
2)23 5 9 175.5 143.1
Hexane fr.
3)25 11 2 241.5 196.8
Ethylacetate fr. 23 4 4 163.7 133.4
Butanol fr. 18 2 13 111.0 90.5
Water residue 23 3 10 153.2 124.9
Hot water Hot water ex. 24 3 22 169.1 137.8
Hexane fr. 27 5 10 235.0 191.5
Ethylacetate fr. 14 2 34 91.9 74.9
Butanol fr. 17 2 33 106.7 86.9
Water residue 26 4 22 185.7 151.3
1)
PAR: Platelet Aggregation Ratio,
2)ex: extract,
3)fr.: fraction.
The concentrations of samples of R4-nuruk used were 0.25 mg/ml, respectively. Data are presented as a representative result relative of independent three determinations. Amplitude is expressed as ohms by maximum extent of platelet aggregation, and slope (rate of reaction) is determined by drawing a tangent through the steepest part of curve. Area under is a calculated area in descent drawing during platelet aggregation.
Table 4. Hemolytic activities of the ethanol and hot water extract and their solvent fractions of R4-nuruk made from Rhizopus oryzae KSD-815 against human red blood cell.
Samples/Chemicals (mg/ml) Hemolysis against human RBC (%)
DMSO 0.0 ± 0.6
Triton X-100 (0.1%) 99.9± 0.5
Ethanol extract (0.5) Extract 23.0± 0.4 Hexane fr.
1)91.4 ± 0.5 Ethylacetate fr. 81.8± 0.2 Butanol fr. -3.0 ± 2.2 Water residue -0.7 ± 0.5 Hot-water extract (0.5) Extract 2.3 ± 0.8 Hexane fr. 1.4 ± 0.7 Ethylacetate fr. 0.8 ± 1.0 Butanol fr. 5.5 ± 0.7 Water residue 0.8 ± 0.1
1)
fr: fraction.
및혈소판응집저해개발의유용자원으로이용가능함을제 시하고있다
.
향후R4
누룩으로부터활성물질의정제및이 의항혈전기작연구가필요하다고판단된다.
요 약
누룩은전세계적으로도독특한우리만의발효제로
,
전분 당화 및 발효미생물의 접종원으로 이용된다. Rhizopus oryzae KSD-815
로제조된개량누룩(R4
로명명)
은발효제특 성이외에암세포생육억제,
항비만활성등이알려져있다.
본연구에서는R4
누룩의열수및ethanol
추출물과이들의 순차적유기용매분획물을조제하여항혈전활성을평가한 결과, ethylacetate
분획에서우수한항응고활성을확인하 였으며,
열수추출물의ethylacetate
및butanol
분획은인간 적혈구용혈활성을나타내지않으면서혈소판응집저해활 성을나타내었다.
본연구결과는R4
누룩이항응고및혈소 판응집저해개발의유용자원으로이용가능함을제시하고 있다.
Acknowledgments
This research was supported by High Value-added Food Tech- nology Development Program (No. 112073-3), Ministry for Food, Agriculture, Forestry and Fisheries, Republic of Korea.
References