KR102328274B1 - 항비만용 감발효추출물 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 감파쇄물에 유산균으로 1차 발효하고 이어서 홍국균을 접종하여 2차 발효를 수행한 다음 다시 효모균으로 3차 발효하는 3단계 순차발효하는 방법을 개시하고 이를 통하여 감파쇄물의 3단계 순차 발효물 내에 폴리페놀 화합물 특히, gallic acid 함량을 100mg/mL 이상으로 극대화시킨 것이 특징인 감발효 추출물을 제공하는 것이다.

Description

항비만용 감발효추출물 및 그 제조방법{Fermented Persimmon Extract for Anti-obesity and preparation menthod of the same}
본 발명은 항비만용 감발효추출물 및 그 제조방법에 관한 것으로 감 파쇄물에 유산균을 접종하여 1차 발효 후 다시 홍국균을 2차 접종하여 발효시킨 후 다시 3차 효모균주를 접종하여 3단계 순차발효시켜 수들한 발효물의 신규한 항비만 용도에 관한 것이다
감(Diospyros kaki)은 동아시아에서 주로 재배되는 전형적인 과일로 다양한 종류의 비타민, 폴리페놀, 식이섬유와 같은 영양소가 풍부하기 때문에 건강에 유익한 과일이다. 감은 당뇨병, 심혈관 질환 및 비만을 개선한다는 여러 보고가 있어 다양한 공정을 거쳐 다양한 음료의 원료로 사용될 뿐만 아니라, 발효에 의해 식초와 와인으로 개발되어 다양한 기능성 식품의 원료로서 가능성이 높아지고 있다.
감 (Diospyros kaki)은 일본, 중국, 한국 등 동아시아 국가에서 널리 재배되는 전형적인 과일이며 저렴하고, 섭취하기 쉬우며, 칼륨, 비타민 A, 비타민 C, 식이 섬유가 많이 함유되어 있다. 특히 감은 다양한 종류의 타닌을 함유하고 있다. 타닌은 식물에 의해 합성되며 충분한 수산기를 가지고있어 단백질 및 기타 고분자와 강한 결합력을 갖는 폴리페놀 화합물이다. 타닌의 종류에는 gallic acid, catechin, epicatechin, gallocatechin, and resveratrol이 있고, 타닌은 감, 밤, 와인, 녹차에 많이 함유되어 있으며 주요 특징은 떫은맛이다. 그러나 감은 영양이 풍부 함에도 불구하고 떫은맛 때문에 먹기 불편한 과일로 인식되어 왔다. 이러한 문제점을 극복하기 위해 감은 다양한 공정을 거쳐 음료의 원재료로 사용될 뿐만 아니라 발효에 의해 식초 또는 와인으로 개발되고 있으며, 기능성 식품의 원료로서 가능성이 높아지고 있다(공개특허 10-2013-0017431호, 10-2013-0017432호).
최근 발효의 장점에 대한 연구가 활발히 연구되고 있으며, 발효는 유익한 박테리아를 증가시키고 소화능력, 면역력을 향상시킨다. 여러 연구에 따르면 발효 과정은 야채와 과일을 포함한 식물성식품의 항산화능력과 총 폴리페놀 함량을 증가시킨다(Zou B., et al. Evolution of the antioxidant capacity and phenolic contents of persimmon during fermentation. Food Sci. Biotechnol., 26, 563-571 (2017)). 한편, 발효 식품이 당뇨병에 미치는 영향에 대한 연구에 의하면 다양한 종류의 발효된 콩 식품은 일본, 중국, 베트남과 같은 아시아계 국가들에서 섭취되고있으며, 한국의 대표적인 발효된 콩 식품은 된장, 고추장이며 미소와 낫또는 일본의 대표적인 발효된 콩 식품이다. 콩이 발효될 때, 당뇨병에 효과적인 것으로 알려진 isoflavonoids와 small bioactive peptides의 구조와 함량이 변화하여 발효된 콩 식품의 섭취는 당뇨병 치료에 효과적이다(Kwon DY., et al. Antidiabetic effects of fermented soybean products on type 2 diabetes. Nutr. Res., 30, 1-13 (2010)).
여러 선행 연구에 의하면 감은 다양한 질병을 개선하기위한 원료로 사용되며, 감의 항 비만 효과를 입증하는 몇가지 보고가 있지만 비만에 대한 발효된 감의 발효추출물(FPE)의 효과와 기전에 관한 연구는 거의 없다. 따라서 본 발명자는 FPE(FPE: Fermented Persimmon Extracts)를 제조하고, 이를 이용한 비만에 대한 FPE의 효과와 기전을 연구했다. 본 발명에서 FPE는 고지방식이를 먹인 쥐의 체중, 총콜레스테롤(TC) 및 중성지방 (TG) 수치를 낮추었고, 또한 FPE는 지질 방울의 합성 및 3T3-L1 지방세포에서 지방산 합성에 관련된 유전자의 발현을 억제하였다.
그 결과, 본 발명에 따른 감발효추출물(FPE)은 항비만효과와 항지방산합성 효과를 가진다는 것을 확인하고, FPE의 항지방산합성효과에 대한 새로운 메커니즘을 밝혔다. AMPK (AMP-activated protein kinase)는 포도당과 지질대사의 중심 조절 단백질이며, AMPK는 비만과 같은 대사증후군을 치료하기 위한 타겟 단백질이다. 따라서 본 발명자는 AMPK가 FPE의 항비만효과와 어떠한 관련이 있는지 확인하고, 결과적으로 FPE의 지방산합성억제효과는 AMPK에 의해 조절된다는 사실을 입증하므로써 본 발명을 완성하였다.
본 발명자는 지금까지 홍국균을 이용한 감과일주를 제공한 바 있다. 본 발명자는 1차 홍국균 발효, 2차 효모발효하는 2단계 발효법을 개시한 바 있고(등록특허 10-0781763호, 10-0928461호) 또 그 발효산물의 항산화 및 항암기능성을 규명한 바 있다(공개특허 10-2013-0017431호 10-2013-00174332호).
이 밖에도 1차 유산균, 2차 홍국균 발효하는 2단계 발효법에 의해 폴리페놀성분이 강화된 감원료도 공지한 바 있다(등록특허 10-1650255호).
본 발명자는 상기 발명들과는 달리 멸균 및 살균처리한 감파쇄액에 유산균을 접종하여 1차 발효한 다음 다시 홍국균을 2차 접종하여 2단계 발효 후 이에 다시 효모균을 접종하여 3단계 순차 발효하는 방법을 통하여 폴리페놀 특히 Gallic acid의 함량을 극대화한 발효물을 얻고 이를 회전식 증발기를 통하여 알콜을 제거시켜 감발효추출물(FPE)을 수득한 바 이 같은 FPE는 지금까지 공지된 바 없다.
나아가 본 발명 3단계 순차 발효추출물의 항비만효과는 지금까지 통상의 기술자가 예측할 수 없었다.
따라서 본 발명의 목적은 폴리페놀 성분 특히 Gallic acid의 함량이 극대화된 항비만 효과를 갖는 미생물 발효추출물 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 상기 목적은 121℃에서 15분간 멸균기(auto clave)에서 멸균한 감파쇄물에 2.5중량% 타르타르산, 1.5중량% 시트르산 및 250ppm 아황산염을 첨가하여 재차 살균처리하여 얻은 감파쇄물의 전처리용을 발효용 용기(container)에 투입하고 0.2중량%의 유산균의 전배양액을 접종하여 1차 발효하는 단계와; 상기 단계에서 얻은 유산균 발효물에 다시 2중량%의 홍국균의 전배양액을 접종하여 2차 발효하는 단계와; 상기 단계에서 얻은 홍국균 발효물을 여과하여 그 상등액을 별도의 발효기(Fermenter)에 투입한 후 0.1중량% pectin lyase를 첨가하고 통상의 효모 전배양액 0.2 중량%를 접종하여 발효한 후 효모를 autolysis하여 제거하기 위해 cellulase 효소 0.1중량% 추가로 더 첨가한 후 3~4주간 바토나즈(batonnage)를 실시하여 숙성시키는 단계와; 상기 단계에서 얻은 효모발효숙성물을 여과 농축하고 18℃에서 1년간 유지한 다음 회전식 증발기에서 알콜을 전부 증발시켜 본 발명 감발효추출물(Fermented Persimmon Extracts : FPE)을 수득하고 항비만 억제 활성을 평가함으로써 달성하였다.
본 발명은 Gallic acid 함량이 극대화된 폴리페놀을 함유하는 신규한 항비만용 감발효추출물(FPE)를 제공하는 뛰어난 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 3단계 순차적 미생물 발효 공정을 나타낸 다이어그램이다. 도 2 a~e는 본 발명에 따른 FPE가 비만 유발 마우스의 체중과 복부지방에 미치는 영향을 나타낸 그래프 및 사진이다. 도 2(a)은 마우스에 10주 동안 High fat Food 섭취하여 비만을 유도하고 본 발명 감발효추출물(FPE)을 10주간 섭취시킨 결과 체중의 경시적 감소효과를 모니터한 그래프이고, 도 2(b), (c), (d)는 그 마우스의 복부지방을 Micro-CT와 3D image로 비교한 결과 복부지방 및 abdominal fat와 liver의 경시적 감소효과를 보인 사진도 및 그래프이다. 도 2(e)는 oil red O staining과 H&E staining으로 마우스 hepatic steatosis를 검사한 결과 그 감소효과를 나타낸 실험결과도이다.
도 3은 본 발명에 따른 FPE가 HFD를 급여한 비만 유발 마우스의 지질대사와 혈당에 영향을 미친 결과를 나타낸다. 도 3a는 실험기간 10주의 마지막날에 3그룹의 혈장 총 콜레스테롤, 도 3b는 Tri-glyceride, 도 3c는 LDL-cholesterol, 도 3d는 HDL-cholesterol, 도 4는 공복혈당을 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명에 따른 FPE가 HFD를 급여한 비만 유발 마우스의 3T3-L1 adipo cyte 처리 결과를 나타낸 실험결과이다. 도 4a 및 4b는 fatty acid synthesis marker ACC, SREBP1, FAS 및 지방세포분화 marker PPARr와 protein, rRNA level의 억제효과를 나타내고 도 4c 및 4d는 FPE를 3T3-L1 세포에 처리한 결과 세포내 glucose와 lipid 대사에 관여하는 AMPK가 활성화되고 지방산 생합성 관여효소 방해 수준이 감소된 효과를 나타냈으며 또 AMPK inhibitor인 compound-C를 처리한 결과 동일한 억제 효과를 확인한 그래프이다.
또 도 4e 및 4f는 FPE에 함유된 Gallic acid(GA)를 단독처리한 결과에서도 항비만 효과를 확인한 그래프이다.
본 발명을 실시예에 따라 더욱 상세히 설명한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것에 불과하므로 본 발명의 권리범위를 한정하는 것으로 의도되지는 않는다.
실시예 1. 본 발명 감발효추출물(FPE)의 생산
분쇄한 감 파쇄물을 멸균처리한 후 다시 살균 조건 하에서 2.5% 타르타르산, 1.5% 시트르산 및 250ppm 아황산염을 첨가하여 살균하였다. 유산균 전배양액을 접종하여 1단계 발효한 후 다시 전배양한 홍국균 Monascus (KCCM 60170, 한국 미생물 센터, 서울) 균 전배양액 0.2 중량%를 약 26℃의 온도조건에서 10일 동안 접종하고 발효시켰다. 다시 온도를 50℃로 승온시키고 알콜 발효를 유도하기 위해 3 일 동안 재배양 하였다. 제1차 유산균 발효 및 홍국균 발효 후, 감 발효물을 여과하고 그 상등액을 별도의 발효 용기에 옮기고 0.1 중량%의 pectin lyase와 0.2 중량%의 red wine yeast를 접종하고 26℃에서 14일 동안 배양하였다. 수득한 효모 발효물에 셀룰라아제 효소 0.1 중량%(Lot No. CTD1150106, Amano Enzyme Inc., Nagoya, Japan)를 첨가하고 30일 동안 분해한 다음 효모를 제거하기 위해 3 ∼ 4주동안 batonnage를 수행하였다. 본 발명 감발효추출물(Fermented persimmon extract : FPE)를 여과하고 (Papeleradel Besos Placas Filtrantes Sl, Barcelona, Spain) 18℃에서 1년간 유지하였다. 상기 FPE 숙성물을 회전식 증발기 (Laborota 4000, Heidolph Instruments Inc., Schwabach, Germany)에서 증발시켜 알코올 전부를 제거하였다(도 1).
상기 본 발명 실시예에 따라 제조된 FPE를 냉장고에 넣어두고 실험예 1 내지 8의 공시재료로 사용하였다.
상기 실시예에 따라 3단계 순차발효를 통하여 수득된 감발효추출물의 이화학적 특성과 폴리페놀 성분의 함량은 하기 표 1 및 표 2에 개시한다.
본 발명에 따르면 본 발명자의 종래 공지된 선출원 등록 특허발명의 감발효추출물에 비하여 알콜 및 환원 당 함량이 증가하고 특히 Gallic acid와 catechin gallate 함량이 각각 7.4% 및 2.8% 이상 증가된 특징이 있다.
본 발명 FPE의 이화학적 특성 분석
항목 연시 1차 유산균발효 2차 홍국발효 3차 효모발효
알코올(%) - - 7.8 14.2
가용성 고형물
(°Brix)
18.1 19.2 6.1 9.8
환원당(%) 11.03 12.2 0.51 0.87
pH 4.18 5.1 3.81 3.57
본 발명 FPE
항목 연시(mg/g) 1차 유산균발효
(mg/mL)
2차 홍국발효
(mg/mL)
3차 효모발효
(mg/mL)
Gallic acid 47 52 94.8 103.7
Catechin 9 3.5 4.2 2.8
Epicatechin 8 2.2 2.8 1.1
Gallocatechin 1 1.0 0 0
Gallocatechin
gallate
8 1.4 1.7 2.1
Catechin
gallate
10 1.0 2.5 3.2
<실험예 1> 실험 동물
실험결과 도 2a 내지 2e와 관련하여 모든 동물실험은 Institutional Animal Care and Use Committee of Kyung Hee University로부터 승인을 받았다. 3주령의 수컷 C57BL/6N 마우스는 Taconic Farms (Hudson, NY)에서 얻었고 21±2℃, 50%±5%의 상대 습도에서 채광은 7:00~19:00으로 일정하게 조절하였다. 모든 마우스는 1주동안 Normal fat Food를 공급하여 실험실 환경에 적응시킨 후, Normal fat Food (NFD), High fat Food (HFD), High fat Food+FPE (HFD+FPE) 3그룹으로 나눴다(N=11/group). NFD그룹은 10%의 지방이 포함된 사료를 급여하였고, HFD그룹은 40%의 지방, HFD+FPE그룹은 40%의 지방과 8%(w/w)으로 FPE가 섞인 사료를 급여하였다. 3그룹의 모든 마우스는 매일 2.7g의 사료를 급여하였고, 체중을 매일 기록하였다. 실험이 모두 끝날 때 3그룹의 모든 마우스는 12시간의 공복시간이 지난후 diethyl ether를 이용하여 마취시킨후, EDTA가 코팅된 튜브에 혈액샘플을 수집하였다. 다음으로 마우스를 해부하고 조직 중량을 측정하였다. 샘플을 즉시 액체 질소에서 동결시키고 -80℃에서 보관하였다.
<실험예 2> Micro CT image
도 2b 및 2c의 실험결과와 관련하여 마이크로 CT 이미지는 모든 실험 기간이 끝난 후에 촬영되었다. 마이크로 CT 이미지는 L2 요추 부분을 촬영하였고, 3D 스캔 이미지는 L2에서 L5 요추까지 내장 및 피하 지방 부분을 촬영하였다.
<실험예 3> 항체와 시약
도 3a 내지 3b 및 도 4a 내지 4f 실험결과와 관련하여 ACC (acetyl-CoA carboxylase) 항체는 Cell Signaling Technology (Danvers, MA)에서 구입하였다. FAS (fatty acid synthase), SREBP-1c, PPARγ, C/EBPα, β-acin 및 HRP가 접합된 이차 항체는 Santa Cruz Biotechnology (Dallas, TX)에서 구입하였다. 모든 세포 배양 배지 및 보충제는 Thermo Fisher Scientific (Waltham, MA)에서 구입하였다.
<실험예 4> 지방세포배양 및 분화
도 4a 내지 4f 실험결과와 관련하여 3T3-L1세포는 10% 소태아혈청 (FBS)과 항생제가 첨가된 Dulbecco's modified Eagle 배지(DMEM)에서 유지되었으며, 95% 공기와 5% CO2에서 37 ℃에서 배양되었다. 지방세포 분화를 유도하기 위하여, 10% FBS와 0.5mM IBMX (M) (Sigma), 1μM dexamethasone (D) (Sigma) 및 5μg/mL insulin (I)가 포함된 세포배양 배지로 교체해주었다. MDI 유도 48시간이 지난 후 (Day2) 10% FBS와 5μg/mL insulin을 포함시킨 세포 배지에 FPE 포함, 미포함 시킨 세포 배지를 교체해주었다. 그런 다음 48시간이 지난 후 (Day4) 다시 10% FBS와 5μg/mL insulin을 포함시킨 세포 배지에 FPE 포함, 미포함 시킨 세포 배지를 교체해주었다. 그런 다음 세포를 Day8일까지 10% FBS가 포함된 DMEM 배지로 매일 교체해주었다. Day8에는 지방세포가 충분히 분화되었다.
<실험예 5> Oil Red O staining
또, 분화 8일째, 대조군과 FPE가 처리된 3T3-L1 세포를 PBS로 2회 세척하고 실온에서 1시간 30분동안 10% 포름알데히드로 고정, 60% 이소프로판올로 세척하고 완전히 건조시켰다. 고정된 세포를 실온에서 1시간동안 Oil-red O 용액으로 염색 한 다음 증류수로 2회 세척하였다. 지방방울은 광학 현미경 (Olympus, Tokyo, Japan)으로 관찰 하였다. 사진 이미지를 캡쳐 한 다음 100% 이소프로판올을 각 샘플에 첨가하여 염색된 Oil Red O 염료를 추출했습니다. 추출 된 염료의 함량은 분광 광도계 (BioTek Instruments, Inc., Winooski, VT, USA)를 사용하여 510nm에서 측정하였다.
<실험예 6> Immunoblot 분석
그리고, 3T3-L1 세포의 총 단백질을 RIPA lysis buffer (50mM Tris-HCl pH 7.4, 150mM NaCl, 1mM EDTA, 1% Triton X-100, 0.1% SDS, 0.5% sodium deoxycholate, 5mM sodium fluoride, 2mM sodium orthovanadate, 1mM PMSF, and protein inhibitor cocktail)으로 추출하였다. Lysate의 단백질 농도는 Bradford assay를 통하여 정량후 immune-blotting을 위하여 sodium dodecyl sulfate-polyacrylamide gel electrophoresis (SDS-PAGE)를 통하여 단백질을 분리시켰다. 단백질을 nitrocellulose membranes으로 transfer시킨후 tris-buffered saline (TBS)에 Tween 20 (10mM Tris-HCl pH 7.4, 150mM NaCl, and 0.1% Tween 20) 과 5% nonfat dry milk가 포함된 buffer를 이용하여 blocking시켰다. 그런 다음 4℃에서 밤새 반응시켰다. 이차 항체를 실온에서 한 시간 동안 membrane과 반응 시키고 Membrane을 씻어준 다음 ECL reagent (GE Healthcare, Piscataway, NJ, USA)와 반응시켜 ChemiDoc TM XRS + System (Bio-rad)으로 밴드를 확인하고 이미지를 획득하였다.
<실험예 7> 역전사-PCR
한편, TRIzol 시약을 이용하여 3T3-L1 세포에서 총 RNA를 추출하고, cDNA 합성 키트를 사용하여 1μg의 total RNA로부터 역전사(RT)로 cDNA를 합성 하였다. according to the manufacturer's instructions (Enzynomics, Daejeon, Korea). The primer pairs used for polymerase chain reaction (PCR) are as follows: ACC, 5'-GTT TGG TCG TGA CTG CTC TG-3' (forward) and 5'-AGT TCG AAA GTC ACC CCG AA-3' (reverse); FAS, 5'-TCA GCT ATG AAG CAA TTG TG-3' (forward) and 5'-GAA TCA TCA AAG GAT CTG CA-3' (reverse); SREBP1, 5'-AGC CAG GTC AAA GCC CAG-3' (forward) and 5'-CCC ATA GAC AAA GAG AAG AG-3' (reverse); PPARγ, 5'-TGC AGG AGC AGA GCA AAG A-3' (forward) and 5'-TCA TCA GGG AGG CCA GCA TC-3' (reverse); C/EBPα, 5'-ACC TGC CGC CCC GGA G-3' (forward) and 5'-GGC CAG GTG CGC GGG AGA CG-3' (reverse); β-Actin, 5'-CTG TGC TGT CCC TGT ATG CCT C-3' (forward) and 5'-CCA GAC AGC ACT GTG TTG GC-3' (reverse). PCR 조건은 다음과 같다. 2min at 95°C, followed by 25 cycles of 95°C for 30sec, 55°C for 30sec, 72°C for 30sec, and a final 2min incubation at 72°C. PCR products는 ethidium bromide가 포함된 1% gels을 사용하였고 agarose gel electrophoresis를 통하여 분석하였다.
<실험예 8> Histological analysis
ND, HFD, 및 HFD + FPE를 먹인 마우스의 세 그룹의 간 조직을 인산염 완충 식염수 (PBS)로 관류하고 즉시 액체 질소에서 냉동 시키고 -80°C에서 보관했다. 조직 절편 (두께 4μm)을 준비하고 젤라틴이 코팅된 유리슬라이드 위에 올려 놓았다. 4% paraformaldehyde 로 고정시킨 후, 절편을 hematoxylineosin (H-E)으로 현미경 검사를 위해 염색 하였다 (Olympus, Tokyo, Japan). 동결 된 간 절편은 지방 방울의 조직 학적 검사를 위해 Oil Red O로 염색되었다(도 2e).
각 그룹의 모든 마우스의 공복혈당, HDL-콜레스테롤, LDL-콜레스테롤 및 트리글리세라이드는 Accu-check Active kit(Roche Diafnosis, GmbH, 독일)와 automated analyzer(SMARTLAB, Mannheim, 독일)를 이용하여 분석하였다(도 3a~3d).

Claims (4)

  1. 멸균 처리한 감파쇄액을 1단계 유산균 발효 후 다시 2단계 홍국균 발효를 수행하는 감발효 추출물의 제조방법에 있어서; 수득한 홍국균 발효물을 여과하여 그 상등액을 얻고 이에 pectin lyase 0.1 중량%를 첨가한 홍국균 발효 상등액에 효모균 전배양액을 접종하고 26℃에서 2주간 3단계 효모균 발효를 수행하여 수득한 효모 발효물에 cellulase 효소를 첨가하여 3 ∼ 4주 숙성하고 여과 후 농축하여 18℃ 에서 1년간 보존한 후 회전식 증발기에서 알콜을 증발시키는 단계를 더 포함하는 것이 특징인 감발효추출물(FPE)의 제조방법.
  2. 제1항의 방법으로 제조된 감발효추출물(FPE).
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  4. 삭제
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