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
최근과학기술의빠른발달로사람의평균수명은크게증 가되고있는추세이나육식위주의식습관으로인해당뇨병
,
비만,
암,
동맥경화,
고혈압및심혈관계질환의발생연령은점차낮아지고있다
[13, 21].
생명현상유지에필요한에너지를발생하는과정에서생성되는자유라디칼
(free radical)
은 노화를비롯한인체의다양한질병을유발하는원인으로알 려져있으며,
스트레스,
환경오염,
흡연등에의해서도생성 이증가되는것으로보고되고있다[20, 23, 25].
이에따라최 근생산되는상당수의건강관련제품개발은자유라디칼을 중화시키는항산화효능에초점이맞춰지고있는실정이다[5, 14].
항산화활성을나타내는과채류들에대한연구가다수진행되었으며
,
그중에서도특히베리류의항산화활성에 대한연구결과가지속적으로보고되고있다[14, 15, 24].
미국 농무부에서는
oxygen radical absorbance capacity
(ORAC)
측정을통하여항산화성분을다량함유한12
개식품을선정하였는데
,
이중베리류가6
종류포함되어있었다[18, 19].
블랙베리(blackberry),
라즈베리(raspberry),
크랜베리(cranberry),
블루베리(blueberry)
등의항산화활성에대한 많은연구결과가보고되고있으며,
최근에는높은항산화활 성을가지고있는아사이베리(acai berry)
에대한관심이증 가되고 있다[10, 11, 17
−21].
베리류의 주요 활성성분은polyphenol
성분과vitamin C
등으로 구성되어 있으며[1, 13],
이들중많은부분이배당체(glycoside)
형태로존재한다고알려져있다
[4, 26].
이러한배당체형태의항산화활성성분들은당쇄분해효소
(glycoside hydrolase)
에의해당 이제거될경우,
보다높은항산화활성을나타내는것으로 보고되었다[3, 17].
최근에는젖산균의일종인Leuconostoc
속균주로부터당쇄분해효소의일종인β-1,4-xylosidase
의 높은활성이보고되기도하였으며[7, 10] Aspergillus kawachii,
적색효모,
젖산균등의미생물을이용한발효를통해천연물 질의항산화활성을증진시켰다는연구결과또한보고된바 있다[12, 25].
본연구에서는당쇄분해효소의활성을가지고있는것으 로예상되는다양한젖산균들을이용한발효를통해베리류
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
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
또는과채류들의항산화활성의증대에대한연구를수행하였다
.
블랙베리
,
블루베리,
크랜베리,
라즈베리,
아사이베리,
아 로니아(aronia),
적포도(red grape),
산머루(wild grape),
양 배추(cabbage),
시금치(spinach)
등의8
종의베리류와2
종의 과채류주스중에우수한항산화활성을갖는베리류또는 과채류를선정하기위하여각각2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl
(DPPH)
와ORAC
방법을사용하여항산화활성을측정하였다
. DPPH
분석을위해베리 및과채류주스를800
×g
로5
분간원심분리한후,
그상등액을사용하여항산화활성을 평가하였으며DPPH
라디칼소거능은Blois MS (1958)
의방 법을이용하여측정하였고아래의식을사용하여결정하였 다[2].
DPPH
라디칼소거능(%) =
ORAC
분석은ORAC assay kit (Cell Biolabs, USA)
를 사용하여측정하였다[22]. DPPH
분석과ORAC
분석은각 실험구별로3
개의시료를사용하여3
회반복시행하였으며 통계처리는SPSS 21.0 (IBM, USA)
을이용하여, Duncan
의 다중범위검정법(multiple range test)
으로유의성을검정하였다
[6].
분석방법에따라차이가있었으나DPPH
를이용한방법과
ORAC
을이용한방법모두공통적으로아사이베리주스가상대적으로가장우수한항산화활성을나타내었으 며아로니아
,
산머루,
블랙베리,
크랜베리,
시금치주스의순 서로항산화활성을나타내었다(Fig. 1).
이러한결과는이전 에보고된천연항산화물질에대한연구결과에서아사이 베리를포함한블랙베리,
크랜베리등베리류의항산화활성 이매우높은것으로보고된결과와유사하였다[11].
아사이 베리 주스의 경우DPPH
측정결과IC
50 값이0.30
±0.03 mg/ml
이며, ORAC
측정 결과1,043.38
±27.36
µmol Trolox
Equivalent (TE)/g
로서가장우수한항산화활성을나타내대조구의 흡광도 실험구의 흡광도– 대조구의 흡광도
---- 100×
었다
.
아로니아주스의경우아사이베리주스보다유의적으 로낮은항산화활성을나타내었으나DPPH
와ORAC
측정결과가 각각
0.56
±0.12 mg/ml
의IC
50과380.78
±3.53
µ
mol TE/g
으로나타나두번째로높은항산화활성이확인되었다
.
일반적으로항산화활성이우수하다고알려진블루 베리또는라즈베리주스보다과채류인시금치주스가높은 항산화활성을나타내었다.
채소류중양파,
시금치,
케일등 이높은총페놀함량을나타내며이로인해우수한항산화 활성을나타낸다고보고된바있다[8]. Fig. 1
의결과를통해 항산화활성이상대적으로우수한것으로확인된6
종의베 리류또는과채류(
아사이베리,
아로니아,
산머루,
블랙베리,
크랜베리,
시금치)
주스를선정하였으며젖산균발효를통해 이들의항산화활성을증진시키기위한실험을진행하였다.
젖산균발효는
Table 1
에서제시된상업적으로판매되고있는단일또는혼합젖산균
4
가지제품을이용하여발효실 험을 수행하였다.
제품명LP-115
의 경우 단일 젖산균인Lactobacillus plantarum
이사용되었으며YF-L811, ABT-
5, ABY-3
의경우는두종류이상의젖산균이혼합된형태이다
.
배지성분은추가로첨가하지않았으며베리주스는포 도당농도를기준으로10 g/l
로희석하고5 M
의NaOH
용액을 이용하여
pH 7.0
으로 조절한 후500 ml
플라스크에100 ml
부피로제작하였다.
동결건조된형태의젖산균은건조중량을기준으로하여
1 g/l
의농도로베리또는과채류주스에접종하여발효를진행하였다
.
발효는37
oC
에서200 rpm
으로교반하면서36
시간동안수행하였다. Fig. 1
의결과와같이
DPPH
법과ORAC
법으로각각베리류또는과채류주스의항산화활성을측정한결과두가지방법동일하게아 사이베리가가장높은항산화활성을나타내었으며아로니 아가그다음으로높은항산화활성을나타내었고라즈베리
,
시금치,
적포도의순서로가장낮은항산화활성을나타내었 으므로두가지방법이유의적인차이를나타내지않는다고 판단하여이후실험에서는ORAC
분석방법을사용하여항 산화활성을측정하였다(Fig. 1).
젖산균을이용하여발효를수행한결과아사이베리의경 우발효전
943.2
±19.6
µmol TE/g
의항산화활성을나타냈으나
,
제품명LP-115
으로 발효한 경우 발효12
시간후에1239.2
±7.3
µmol TE/g
로항산화활성이약31%
증가하였 으며발효24
시간이후에는항산화활성이점차감소하였다(Fig. 2A).
그러나혼합 젖산균이사용된제품명YF-L811,
ABT-5,
또는ABY-3
의경우는발효시간의경과에따라항산화활성이점차감소하였으며
,
이는젖산균을접종하지않은 대조구와유사한경향을나타내었다.
젖산균을이용하여블랙베리주스를발효한경우발효전 에
110.87
±6.17
µmol TE/g
이었던 항산화활성이ABY-3
또는LP-115
로발효한경우,
발효24
시간후에각각129.50
±1.52
와128.04
±1.94
µmol TE/g
로약16%
증가하였다(Fig.
2B).
블랙베리주스를이용하여발효한경우아사이베리주스와달리젖산균발효에의하여증가된항산화활성이발 효
24
시간이후에도감소하지않고36
시간까지유지되었Fig. 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, ▲).
다
. YF-L811
또는ABT-5
를이용하여젖산균발효를수행한 경우는발효시간의경과에따라항산화활성의유의적인증 가를확인할수없었으며젖산균을접종하지않은대조구의 경우에도시간의경과에따른항산화활성의변화를확인할 수없었다.
시금치주스는발효전에
77.92
±1.14
µmol TE/g
이었던항산화활성이
ABY-3
를이용하여젖산균발효를수행한결과발효
12
시간경과후108.90
±4.62
µmol TE/g
로항산화 활성이약40%
증가하였으며, LP-115
를이용하여젖산균발 효를수행한결과24
시간발효후에107.20
±5.67
µmol TE/
g
로약38%
증가하였다(Fig. 2C).
따라서젖산균발효를통 해시금치주스의항산화활성(107.20
±5.67
−108.90
±4.62
µ
mol TE/g)
은유의적으로증가하였으며,
이는젖산균발효를하지 않은블랙베리 주스의항산화활성
(110.87
±6.17
µ
mol TE/g)
과유사한수준이었다. YF-L811
또는ABT-5
를 이용하여젖산균발효를수행한경우발효시간의경과에따 라항산화활성의유의적인증가를확인할수없었으며젖 산균을접종하지않은대조구의경우에도유사한결과를나 타내었다.
그외아로니아,
산머루,
크랜베리의경우4
종의 젖산균제품(LP-115, YF-L811, ABT-5, ABY-3)
을통한항산화 활성의 유의적인 변화를 관찰할 수 없었다
(data not
shown).
본연구에서사용된
4
종의젖산균제품(LP-115, YF-L811, ABT-5, ABY-3)
중에단일젖산균(Lactobacillus plantarum)
이사용된
LP-115
로발효를수행한경우아사이베리,
블랙베리
,
시금치주스의항산화활성이약16
−38%
정도증가하 였으며, 4
가지젖산균(Bifidobacterium species, Lactobacillus acidophilus, L. delbrueckii subsp. bulgaricus, Streptococcus thermophilus)
이혼합된제품인ABY-3
의경우블랙베리와 시금치주스의항산화활성을약16
−40%
정도향상시켰다.
그러나YF-L811
와ABT-5
의경우는발효에의한항산화활 성의변화를확인할수없었다.
따라서모든젖산균이발효 를통해베리또는과채류주스의항산화활성을증가시키 는것이아니라특정젖산균의당쇄분해효소또는생물전 환계에의해베리또는과채류주스의항산화활성이증가 된것으로사료된다.
이전연구결과에따르면김치로부터 다양한젖산균들을선별하였으며이들로부터당쇄분해효소 중하나인β-glucosidase
활성이크게다르다는결과가보고 된바있다[9].
요 약
베리또는과채류주스에는다양한종류의항산화물질들
이 함유되어 있는 것으로 알려져 있다
. Oxygen radical
absorbance capacity
측정결과아사이베리,
아로니아,
산머루
,
블랙베리,
크랜베리,
시금치주스로부터높은항산화활 성을확인할수있었다.
선별된베리또는과채류주스의항 산화활성을증가시키기위해젖산균을이용한발효를수행 하였다.
아사이베리,
블랙베리,
또는 시금치 주스의 경우Lactobacillus plantarum
를이용한발효후에항산화활성 이각각943.2
µmol TE/g
에서1239.2
µmol TE/g
로110.87
µmol TE/g
에서128.04
μmol TE/g
로77.92
µmol TE/g
에서107.20
µmol TE/g
로약16
−38%
향상되었다.
본연구를통 해아사이베리,
블랙베리,
또는시금치주스의항산화활성 이젖산균발효를통해증가하는것을확인하였다.
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