• 검색 결과가 없습니다.

Enhancement of Antioxidative Activities of Berry or Vegetable Juices through Fermentation by Lactic Acid Bacteria

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2021

Share "Enhancement of Antioxidative Activities of Berry or Vegetable Juices through Fermentation by Lactic Acid Bacteria"

Copied!
5
0
0

로드 중.... (전체 텍스트 보기)

전체 글

(1)

젖산균 발효를 통한 베리류 또는 과채류 주스의 항산화 활성 증진

박재범1†, 심현수2†, 하석진1*, 김명동2*

1강원대학교생물공학과

2강원대학교식품생명공학과

Received: June 2, 2015 / Revised: August 12, 2015 / Accepted: August 12, 2015

최근과학기술의빠른발달로사람의평균수명은크게 가되고있는추세이나육식위주의식습관으로인해당뇨병

,

비만

,

,

동맥경화

,

고혈압심혈관계질환의발생연령은

점차낮아지고있다

[13, 21].

생명현상유지에필요한에너지

발생하는과정에서생성되는자유라디칼

(free radical)

노화를비롯한인체의다양한질병을유발하는원인으로 려져있으며

,

스트레스

,

환경오염

,

흡연등에의해서도생성 증가되는것으로보고되고있다

[20, 23, 25].

이에따라 생산되는상당수의건강관련제품개발은자유라디칼을 중화시키는항산화효능에초점이맞춰지고있는실정이다

[5, 14].

항산화활성을나타내는과채류들에대한연구가

진행되었으며

,

중에서도특히베리류의항산화활성에 대한연구결과가지속적으로보고되고있다

[14, 15, 24].

농무부에서는

oxygen radical absorbance capacity

(ORAC)

측정을통하여항산화성분을다량함유한

12

품을선정하였는데

,

이중베리류가

6

종류포함되어있었다

[18, 19].

블랙베리

(blackberry),

라즈베리

(raspberry),

크랜베리

(cranberry),

블루베리

(blueberry)

등의항산화활성에대한 많은연구결과가보고되고있으며

,

최근에는높은항산화 성을가지고있는아사이베리

(acai berry)

대한관심이 가되고 있다

[10, 11, 17

21].

베리류의 주요 활성성분은

polyphenol

성분과

vitamin C

등으로 구성되어 있으며

[1, 13],

이들많은부분이배당체

(glycoside)

형태로존재

한다고알려져있다

[4, 26].

이러한배당체형태의항산화

성성분들은당쇄분해효소

(glycoside hydrolase)

의해 제거될경우

,

보다높은항산화활성을나타내는것으로 보고되었다

[3, 17].

최근에는젖산균의일종인

Leuconostoc

균주로부터당쇄분해효소의일종인β

-1,4-xylosidase

높은활성이보고되기도하였으며

[7, 10] Aspergillus kawachii,

적색효모

,

젖산균등의미생물을이용한발효를통해천연물 질의항산화활성을증진시켰다는연구결과또한보고된 있다

[12, 25].

연구에서는당쇄분해효소의활성을가지고있는것으 예상되는다양한젖산균들을이용한발효를통해베리류

Enhancement of Antioxidative Activities of Berry or Vegetable Juices through Fermentation by Lactic Acid Bacteria Jae-Bum Park

1†

, Hyun-Su Sim

2†

, Suk-Jin Ha

1

*, and Myoung-Dong Kim

2

*

1

Department of Bioengineering and Technology, Kangwon National University, Chuncheon 200-701, Republic of Korea

2

Department of Food Science and Biotechnology, Kangwon National University, Chuncheon 200-701, Republic of Korea Berry or vegetable juices contain a diverse range of antioxidants. Through oxygen radical absorbance capacity assays, acai berry, aronia, wild grape, blackberry, cranberry, and spinach juices were verified to possess high antioxidant activities.

Lactic acid bacteria fermentation was applied to each juice as the sole medium to improve antioxidant activity. After fer- mentation by Lactobacillus plantarum, the antioxidant activities of acai berry, blackberry, and spinach juices increased by 20 −30% from 943.2 to 1239.2, from 110.87 to 128.04, and from 77.92 to 107.20 µmol TE/g, respectively. In this study, we found that the antioxidant activities of a number of juices were enhanced through lactic acid bacteria fermentation.

Keywords: Antioxidative activity, fermentation, lactic acid bacteria, berry and vegetable juice

*Corresponding authors S.-J. H.

Tel: +82-33-250-6278, Fax: +82-33-243-6350 E-mail: [email protected]

M.-D. K.

Tel.: +82-33-250-6458, Fax: +82-33-259-5565 E-mail: [email protected]

These authors contributed equally to this work.

© 2015, The Korean Society for Microbiology and Biotechnology

(2)

Fig. 1. Comparison of antioxidant activities of berry and veg- etable juices including blackberry, blueberry, cranberry, rasp- berry, acai berry, aronia, red grape, wild grape, cabbage, and spinach by DPPH (A) and ORAC (B) methods. Trolox was used as a reference material in ORAC method.

Table 1. List of lactic acid bacteria used in this study.

Product name Component Source

LP-115 Lactobacillus plantarum Danisco

YF-L811 Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus Streptococcus thermophilus

Christian Hansen

ABT-5 Bifidobacterium species

Lactobacillus acidophilus Streptococcus thermophilus

Christian Hansen

ABY-3 Bifidobacterium species

Lactobacillus acidophilus

Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus Streptococcus thermophilus

Christian Hansen

또는과채류들의항산화활성의증대에대한연구를수행하

였다

.

블랙베리

,

블루베리

,

크랜베리

,

라즈베리

,

아사이베리

,

로니아

(aronia),

적포도

(red grape),

산머루

(wild grape),

배추

(cabbage),

시금치

(spinach)

등의

8

종의베리류와

2

종의 과채류주스중에우수한항산화활성을갖는베리류또는 과채류를선정하기위하여각각

2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl

(DPPH)

ORAC

방법을사용하여항산화활성을측정하였

. DPPH

분석을위해베리 과채류주스를

800

×

g

5

분간원심분리한

,

상등액을사용하여항산화활성을 평가하였으며

DPPH

라디칼소거능은

Blois MS (1958)

법을이용하여측정하였고아래의식을사용하여결정하였

[2].

DPPH

라디칼소거능

(%) =

ORAC

분석은

ORAC assay kit (Cell Biolabs, USA)

사용하여측정하였다

[22]. DPPH

분석과

ORAC

분석은 실험구별로

3

개의시료를사용하여

3

반복시행하였으며 통계처리는

SPSS 21.0 (IBM, USA)

이용하여

, Duncan

다중범위검정법

(multiple range test)

으로유의성을검정하

였다

[6].

분석방법에따라차이가있었으나

DPPH

이용한

방법과

ORAC

이용한방법모두공통적으로아사이베리

주스가상대적으로가장우수한항산화활성을나타내었으 아로니아

,

산머루

,

블랙베리

,

크랜베리

,

시금치주스의 서로항산화활성을나타내었다

(Fig. 1).

이러한결과는이전 보고된천연항산화물질에대한연구결과에서아사이 베리를포함한블랙베리

,

크랜베리베리류의항산화활성 매우높은것으로보고된결과와유사하였다

[11].

아사이 베리 주스의 경우

DPPH

측정결과

IC

50 값이

0.30

±

0.03 mg/ml

이며

, ORAC

측정 결과

1,043.38

±

27.36

µ

mol Trolox

Equivalent (TE)/g

로서가장우수한항산화활성을나타내

대조구의 흡광도 실험구의 흡광도 대조구의 흡광도

---- 100×

었다

.

아로니아주스의경우아사이베리주스보다유의적으 낮은항산화활성을나타내었으나

DPPH

ORAC

측정

(3)

결과가 각각

0.56

±

0.12 mg/ml

IC

50

380.78

±

3.53

µ

mol TE/g

으로나타나번째로높은항산화활성이확인

되었다

.

일반적으로항산화활성이우수하다고알려진블루 베리또는라즈베리주스보다과채류인시금치주스가높은 항산화활성을나타내었다

.

채소류양파

,

시금치

,

케일 높은페놀함량을나타내며이로인해우수한항산화 활성을나타낸다고보고된있다

[8]. Fig. 1

결과를통해 항산화활성이상대적으로우수한것으로확인된

6

종의 리류또는과채류

(

아사이베리

,

아로니아

,

산머루

,

블랙베리

,

크랜베리

,

시금치

)

주스를선정하였으며젖산균발효를통해 이들의항산화활성을증진시키기위한실험을진행하였다

.

젖산균발효는

Table 1

에서제시된상업적으로판매되고

있는단일또는혼합젖산균

4

가지제품을이용하여발효 험을 수행하였다

.

제품명

LP-115

경우 단일 젖산균인

Lactobacillus plantarum

사용되었으며

YF-L811, ABT-

5, ABY-3

경우는종류이상의젖산균이혼합된형태이

.

배지성분은추가로첨가하지않았으며베리주스는 도당농도를기준으로

10 g/l

희석하고

5 M

NaOH

용액

이용하여

pH 7.0

으로 조절한

500 ml

플라스크에

100 ml

부피로제작하였다

.

동결건조된형태의젖산균은

조중량을기준으로하여

1 g/l

농도로베리또는과채류

스에접종하여발효를진행하였다

.

발효는

37

o

C

에서

200 rpm

으로교반하면서

36

시간동안수행하였다

. Fig. 1

결과와

같이

DPPH

법과

ORAC

법으로각각베리류또는과채류

스의항산화활성을측정한결과가지방법동일하게 사이베리가가장높은항산화활성을나타내었으며아로니 아가다음으로높은항산화활성을나타내었고라즈베리

,

시금치

,

적포도의순서로가장낮은항산화활성을나타내었 으므로가지방법이유의적인차이를나타내지않는다고 판단하여이후실험에서는

ORAC

분석방법을사용하여 산화활성을측정하였다

(Fig. 1).

젖산균을이용하여발효를수행한결과아사이베리의 발효

943.2

±

19.6

µ

mol TE/g

항산화활성을나타냈

으나

,

제품명

LP-115

으로 발효한 경우 발효

12

시간후에

1239.2

±

7.3

µ

mol TE/g

항산화활성이

31%

증가하였 으며발효

24

시간이후에는항산화활성이점차감소하였다

(Fig. 2A).

그러나혼합 젖산균이사용된제품명

YF-L811,

ABT-5,

또는

ABY-3

경우는발효시간의경과에따라항산

활성이점차감소하였으며

,

이는젖산균을접종하지않은 대조구와유사한경향을나타내었다

.

젖산균을이용하여블랙베리주스를발효한경우발효

110.87

±

6.17

µ

mol TE/g

이었던 항산화활성이

ABY-3

또는

LP-115

발효한경우

,

발효

24

시간후에각각

129.50

±

1.52

128.04

±

1.94

µ

mol TE/g

16%

증가하였다

(Fig.

2B).

블랙베리주스를이용하여발효한경우아사이베리

스와달리젖산균발효에의하여증가된항산화활성이

24

시간이후에도감소하지않고

36

시간까지유지되었

Fig. 2. Changes in antioxidant activities of acai berry (A),

blackberry (B), or spinach (C) through lactic acid bacteria fer-

mentation. Symbols: control (grey circle, ●), LP-115 (black

square, ■), YF-L811 (white inverted triangle,

), ABT-5 (white dia-

mond,

), and ABY-3 (black triangle, ▲).

(4)

. YF-L811

또는

ABT-5

이용하여젖산균발효를수행한 경우는발효시간의경과에따라항산화활성의유의적인 가를확인할없었으며젖산균을접종하지않은대조구의 경우에도시간의경과에따른항산화활성의변화를확인할 없었다

.

시금치주스는발효전에

77.92

±

1.14

µ

mol TE/g

이었던

항산화활성이

ABY-3

이용하여젖산균발효를수행한

발효

12

시간경과

108.90

±

4.62

µ

mol TE/g

항산화 활성이

40%

증가하였으며

, LP-115

이용하여젖산균 효를수행한결과

24

시간발효후에

107.20

±

5.67

µ

mol TE/

g

38%

증가하였다

(Fig. 2C).

따라서젖산균발효를 시금치주스의항산화활성

(107.20

±

5.67

108.90

±

4.62

µ

mol TE/g)

유의적으로증가하였으며

,

이는젖산균발효

하지 않은블랙베리 주스의항산화활성

(110.87

±

6.17

µ

mol TE/g)

유사한수준이었다

. YF-L811

또는

ABT-5

이용하여젖산균발효를수행한경우발효시간의경과에 항산화활성의유의적인증가를확인할없었으며 산균을접종하지않은대조구의경우에도유사한결과를 타내었다

.

아로니아

,

산머루

,

크랜베리의경우

4

종의 젖산균제품

(LP-115, YF-L811, ABT-5, ABY-3)

통한항산

활성의 유의적인 변화를 관찰할 없었다

(data not

shown).

연구에서사용된

4

종의젖산균제품

(LP-115, YF-L811, ABT-5, ABY-3)

중에단일젖산균

(Lactobacillus plantarum)

사용된

LP-115

발효를수행한경우아사이베리

,

블랙베

,

시금치주스의항산화활성이

16

38%

정도증가하 였으며

, 4

가지젖산균

(Bifidobacterium species, Lactobacillus acidophilus, L. delbrueckii subsp. bulgaricus, Streptococcus thermophilus)

혼합된제품인

ABY-3

경우블랙베리와 시금치주스의항산화활성을

16

40%

정도향상시켰다

.

그러나

YF-L811

ABT-5

경우는발효에의한항산화 성의변화를확인할없었다

.

따라서모든젖산균이발효 통해베리또는과채류주스의항산화활성을증가시키 것이아니라특정젖산균의당쇄분해효소또는생물전 환계에의해베리또는과채류주스의항산화활성이증가 것으로사료된다

.

이전연구결과에따르면김치로부터 다양한젖산균들을선별하였으며이들로부터당쇄분해효소 하나인β

-glucosidase

활성이크게다르다는결과가보고 있다

[9].

요 약

베리또는과채류주스에는다양한종류의항산화물질들

함유되어 있는 것으로 알려져 있다

. Oxygen radical

absorbance capacity

측정결과아사이베리

,

아로니아

,

산머

,

블랙베리

,

크랜베리

,

시금치주스로부터높은항산화 성을확인할있었다

.

선별된베리또는과채류주스의 산화활성을증가시키기위해젖산균을이용한발효를수행 하였다

.

아사이베리

,

블랙베리

,

또는 시금치 주스의 경우

Lactobacillus plantarum

이용한발효후에항산화활성 각각

943.2

µ

mol TE/g

에서

1239.2

µ

mol TE/g

110.87

µ

mol TE/g

에서

128.04

μ

mol TE/g

77.92

µ

mol TE/g

에서

107.20

µ

mol TE/g

16

38%

향상되었다

.

연구를 아사이베리

,

블랙베리

,

또는시금치주스의항산화활성 젖산균발효를통해증가하는것을확인하였다

.

Acknowledgments

This work was supported by Korean Institute of Planning and Evaluation for Technology in Food, Agriculture, Forestry and Fish- eries (IPET) through (High Value-added Food Technology Devel- opment Program), funded by Ministry of Agriculture, Food and Rural Affairs (MAFRA)(313-034-03).

References

1. Balogh E, Hegedus A, Stefanovits-Banyai E. 2010. Applica- tion of and correlation among antioxidant and antiradical assays for characterizing antioixdant capacity of berries. Sci.

Hortic-Amsrerdam. 125: 332−336.

2. Blois MS. 1958. Antioxidant determinations by the use of a stable free radical. Nature. 181: 1199−1200.

3. Bokkenheuser V, Shackleton CHL, Winter J. 1987. Hydrolysis of dietary flavonoid glycosides by strains of intestinal bacteroi- des from humans. Biochem. J. 248: 953−956.

4. Cho MJ, Howard LR, Prior RL, Clark JR. 2004. Flavonoid gly- cosides and antioxidant capacity of various blackberry, blue- berry and red grape genotypes determined by high- performance liquid chromatography/mass spectrometry. J.

Food Agric. 84: 1771−1782.

5. Halliwell B, Aeschbach R, Loliger J, Aruoma OI. 1995. The characterization of antioxidants. Food Chem. Toxic. 33: 601−

617.

6. Harter HL. 1960. Critical values for Duncan's new multiple range test. Biometrics. 16: 671−685.

7. Hitomi O, Michiko O, Kenji S. 2006. Xylooligosaccharide fer- mentation with Leuconostoc lactis. J. Biosci. Bioeng. 101:

415−420.

8. Ismail A, Marjan ZM, Foong CW. 2004. Total antioxidant activ- ity and phenolic content in selected vegetables. Food Chem.

87: 581−586.

9. Jang MH, Kim MD. 2010. Exploration of β-glucosidase activity of lactic acid bacteria isolated from kimchi. Food Eng Prog.

14: 243−248.

10. Jang MH, Kim MD. 2011. β-1,4-Xylosidase activity of leucono-

stoc lactic acid bacteria isolated from kimchi. Korea J. Food

(5)

Sci. Technol. 43: 169−175.

11. Kang J, Li Z, Wu T, Jensen GS, Schauss AG, Wu X. 2010.

Anti-oxidant capacities of flavonoid compounds isolated from acai pulp (Euterpe oleracea Mart.). Food Chem. 122: 610−

617.

12. Kang OJ. 2010. Production of fermented tea with Rhodotorula yeast and comparison of its antioxidant effects to those of unfermented tea. Korean J. Food Cookery Sci. 26: 422−427.

13. Kim DB, Shin GH, Cho JH, Baik SO, Lee OH. 2013. Antioxi- dant activities of beverage concentrates and purees. J.

Korean Soc. Food Sci. Nutr. 42: 997−1002.

14. Kim HS, Ham JS. 2003. Antioxidative ability of lactic acid bac- teria. Korea J. Food Sci. Ani. Resour. 23: 186−192.

15. Kim HY, Hwang IK, Lee YR, Jeong HS. 2008. Effects of heat treatments on the antioxidant activities of fruits and vegeta- bles. Korea J. Food Sci. 40: 166−170.

16. Lee BH, Kim SY, Cho CH, Chung DG, Chun OK, Kim DO.

2011. Estimation of daily per capita intake of total phenolics, total flavonoids, and antioxidant capacities from fruit and veg- etable juices in the korean diet based on the Korea national health and nutrition examination survey 2008. Korea J. Food Sci. 43: 475−482.

17. Lindroth RL. 1988. Hydrolysis of phenolic glycosides by mid- gut β-glucosidases in Papilio glaucus subspecies. Insect Bio- chem. 18: 789−792.

18. Pérez-Jiménez J, Neveu V, Vos F, Scalbert A. 2010. System- atic analysis of the content of 502 polyphenols in 452 foods and beverages: an application of the phenol-explorer data- base. J. Agric. Food Chem. 58: 4959−4969.

19. Park HM, Yang SJ, Kang EJ, Lee DH, Kim DI, Hong JH. 2012.

Quality characteristics and granule manufacture of mulberry and blueberry fruit extracts. Korean J. Food Cookery Sci. 28:

375−382.

20. Park SJ, Kim ES, Choi YS, Kim JD. 2008. Effects of sophorae fructus on antioxidative activities and lipid levels in rats. J.

Korean Soc. Food Sci. Nutr. 37: 1120−1125.

21. Suh JH, Paek OJ, Kang YW, Ahn JE, Yun JS, Oh KS, et al.

2013. Study on the antioxidant activity in the various vegeta- bles. J. Food Hyg. Safety 28: 337−341.

22. Ungvari Z, Ridgway I, Philipp EE, Campbell CM, McQuary P, Chow T, et al. 2011. Extreme longevity is associated with increased resistance to oxidative stress in Arctica islandica, the longest-living non-colonial animal. J. Gerontol. A. Biol. Sci.

Med. Sc. 66: 741−750.

23. Valko M, Leibfritz D, Moncol J, Cronin M, Mazur M, Telser J.

2007. Free radicals and antioxidants in normal physiological functions and human disease. Int. J. Biochem. Cell Biol. 39:

44−84.

24. Velioglu YS, Mazza G, Gao L, Oomah BD. 1998. Antioxidant activity and total phenolics in selected fruits, vegetables, and grain products. J. Agric. Food Chem. 46: 4113−4117.

25. Yang HS, Choi YJ, Oh HH, Moon JS, Jung HK, Kim KJ, et al.

2014. Antioxidative activity of mushroom water extracts fer- mented by lactic acid bacteria. J. Korean Soc. Food Sci. Nutr.

43: 80−85.

26. Zhu N, Sheng S, Li D, Lavoie EJ, Karwe MV, Rosen RT, et al.

2001. Antioxidative flavonoid glycosides from quinoa seeds

(Chenopodium quinoa willd). J. Food Lipids 8: 37−44.

수치

Table 1. List of lactic acid bacteria used in this study.

참조

관련 문서

Changes of lactic acid bacteria numbers and photodiode during fermentation mode and storage mode in S kimchi · · ·40..

Third, among the four autonomous curriculum of the free learning semester systems, the art and sports activities were the most popular, followed by the activities of club

Dance and rhythmic activities contribute to achieve the purpose of balanced dance education in infancy. These activities develop the level of physical

- A novel lactic acid bacterium for the production of high purity l-lactic acid, Lactobacillus paracasei subspL. helveticus - Production of Lactic Acid from Water Hyacinth

The effect of sportsmanship of middle school students on personality development through net type competitive sport activities was positively

청주향교는 역사적으로 고등교육기관으로 인재양성에 공헌해왔으며, 시대의 변천 에 따라 현재는 젊은 세대에게 문묘에 모시고 있는 성현들의 큰 덕과 선비 정신의

 Enhancement of Formability  Microstructure control : Metal forming by applying electric current during deformation Electrically-Assisted Manufacturing

As a result of the distribution of fresh side fruit/vegetable usage according to fresh side fruit/vegetable cluster according to HMR selection attribute