KR20100054050A

KR20100054050A - 유산균을 이용한 천마 가스트로딘의 4-하이드록시벤질 알콜로의 생물전환 방법

Info

Publication number: KR20100054050A
Application number: KR1020080112982A
Authority: KR
Inventors: 지근억; 이무영; 박명수; 서주원
Original assignee: 명지대학교 산학협력단
Priority date: 2008-11-13
Filing date: 2008-11-13
Publication date: 2010-05-24

Abstract

본 발명은 천마에 유산균을 접종하여 발효시킴으로써 가스트로딘을 4-하이드록시벤질 알코올로 생물전환시키는 방법 및 발효과정에 MSG를 첨가하여 이를 GABA로 생물전환시키는 방법에 관한 것으로, 본 발명의 방법에 따르면 천마 열수추출물에 유산균을 첨가하여 발효함으로써 가스트로딘을 활성이 더욱 우수한 4-하이드록시벤질 알코올로 생물전환 하였으며 발효과정에 MSG를 첨가하여 이를 생리활성 물질인 GABA로 동시에 생물전환 할 수 있는 효과가 있다.

천마, 가스트로딘, 4-하이드록시벤질 알코올, MSG, GABA

Description

유산균을 이용한 천마 가스트로딘의 4-하이드록시벤질 알콜로의 생물전환 방법{Method for the production of 4-hydroxybenzyl alcohol from gastrodin by fermentation using lactic acid bacteria}

본 발명은 유산균을 이용한 천마 가스트로딘의 4-하이드록시벤질 알콜로의 생물전환 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 천마에 유산균을 접종하여 발효시킴으로써 가스트로딘을 4-하이드록시벤질 알코올로 생물전환시키는 방법 및 발효과정에 MSG를 첨가하여 이를 GABA로 생물전환시키는 방법에 관한 것이다.

천마(Gastrodia elata (GE) Blume Orchidaceae)는 한국, 중국 등에서 전통적으로 사용되어오던 약재로 두통, 마비, 경련, 신경성 질환등의 치료에 사용되어져왔다. 천마에는 여러 다양한 화합물들, 예를 들면 가스트로딘(가스트로딘), 4-하이드록시벤질 알코올(4-hydroxybenzyl alcohol), 4-하이드록시벤질 알데하이드(4-hydroxybenzyl aldehyde), 바닐린(vanillin), 바닐릴 알코올(vanillyl alcohol)등이 있으며, 이중 가스티딘은 대표적이 생리활성 물질로 순환작용 향상, 두통과 어 지러움의 치료 그리고 항경련 효과등의 특성을 나타낸다고 보고되어 있다.

또한 천마의 추출물도 전뇌허혈(global ischemia), 흥분독성(excitotoxicity)에 대한 신경보호 활성(neuroprotective activity)를 나타낸다는 연구가 있으며, 이 밖에도 천마의 생리활성물질인 4-하이드록시벤질 알코올, 4-하이드록시벤질 알데하이드, 바닐린이 전뇌허혈에 따른 해마 CA1 세포 사멸(hippocampal CA1 cell death)을 억제해준다는 것, 4-하이드록시벤질 알데하이드가 래트 뇌에서 GABA성 신경조절(GABAergic neuromodulation)과 항산화에 대한 활성이 있다는 연구가 보고되는 등 기타 활성물질에 대한 연구도 많이 진행중이다.

이를 바탕으로 본 발명에서는 한국의 여러 지역에서 재배한 천마의 생리활성물질들을 분석하고, 이중 주요 활성물질인 가스트로딘의 함량이 가장 높은 천마를 선별하고, 선별된 천마의 열수추출물을 락토바실러스 브레비스 G100(Lactobacillus brevis G100)을 이용하여 발효하였고, 발효가 진행되는 동안 천마의 생리활성물질 중 생리활성이 가장 우수한 4-하이드록시벤질 알코올의 생산량을 극대할 수 있도록 하고자 하였으며 또한 GABA의 생산량도 극대화 할 수 있는 기술을 개발하고자 하였다.

따라서 본 발명의 목적은 천마의 생리활성물질인 가스트로딘을 보다 생리황성이 우수한 물질인 4-하이드록시벤질 알코올로 생물전환시키는 방법을 제공하는 것이다.

또한 본 발명의 다른 목적은 유산균을 이용한 천마의 발효과정에서 MSG를 GABA로 생물전환시키는 방법을 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 천마를 분쇄하여 분말화시키는 단계, 상기 천마 분말을 열수추출하여 천마 열수추출물을 제조하는 단계, 및 상기 천마 열수출물에 유산균을 접종하여 발효시키는 단계로 이루어진 천마에서 가스트로딘을 4-하이드록시벤질 알코올로 생물전환하는 방법을 제공한다.

본 발명에 따른 유산균은 바람직하게는 락토바실러스 브레비스 G100(Lactobacillus brevis G100)이다.

또한 본 발명에 있어서, 상기 유산균은 5중량%의 양으로 접종하는 것이 바람직하다.

또한 본 발명은 천마를 분쇄하여 분말화시키는 단계, 상기 천마 분말을 열수추출하여 천마 열수추출물을 제조하는 단계, 상기 천마 열수추출물에 MSG를 첨가하는 단계, 및 상기 천마 열수출물에 유산균을 접종하여 발효시키는 단계로 이루어진 천마에서 MSG를 GABA로 생물전환하는 방법을 제공한다.

또한 본 발명에 있어서, 상기 유산균은 5중량%의 양으로 접종하는 것이 바 람직하다.

또한 본 발명에 있어서, 상기 MSG는 5중량%의 양으로 접종하는 것이 바람직하다.

본 발명에서는 여러지역에서 재배된 건조된 천마Gastrodia elata; GE)를 분쇄하여 분말화하고, 이를 물로 열수추출하여 천마 열수추출물을 제조하였다. 제조된 천마 열수추출물에 유산균 락토바실러스 브레비스 G100(Lactobacillus brevis G100)를 접종하여 발효시켰다.

이렇게 얻어진 천마발효액의 발효시간에 따른 가스트로딘의 함량변화를 측정한 결과 발효가 진행될수록 가스트로딘의 양의 줄어들고 4-하이드록시벤질 알코올의 양이 늘어남을 확인하였고, 이로부터 천마에 함유되어 있었던 가스트로딘이 발효에 의해 보다 활성이 높은 형태의 4-하이드록시벤질 알코올로 전화되는 것임을 알 수 있었다.

또한 본 발명에서는 천마의 열수추출물에 락토바실러스 브레비스 G100을 접종하여 GABA의 생산을 유도하였다. 락토바실러스 브레비스 G100을 접종하기 전 GABA로의 전환을 위한 MSG를 첨가하였다. 이로부터 천마의 열수추출물에 락토바실러스 브레비스 G100을 접종하여 GABA를 생산한 경우 맥아당과 효모 추출물 1%를 혼합 첨가한 실험군에서 가장 높은 생산량을 보였음을 알 수 있었다.

본 발명의 방법에 따르면 천마 열수추출물에 유산균을 첨가하여 발효함으로써 가스트로딘을 활성이 더욱 우수한 4-하이드록시벤질 알코올로 생물전환 하였으며 발효과정에 MSG를 첨가하여 이를 생리활성 물질인 GABA로 동시에 생물전환 할 수 있는 효과가 있다.

이하에서 본 발명의 바람직한 실시형태를 실시예를 참고로 보다 구체적으로 설명한다. 하지만 본 발명의 범위가 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다.

실시예

한국의 5개 지역에서 재배된 건조된 천마Gastrodia elata; GE)를 구입하여 이를 믹서기에 곱게 갈아 사용하였다.

천마의 생리활성물질들 중 다음의 5가지 물질, 가스트로딘, 4-하이드록시벤질 알코올, 4-하이드록시벤질 알데하이드, 바닐린, 바닐릴 알코올은 시그마 등에서 구입하여 증류수에 녹인 후 측정하였으며, 천마의 열수추출물과 그 발효액은 증류수에 100배 희석한 후 0.22㎛ 막 필터로 여과한 후 측정하였다. 칼럼은 C18 컬럼(sunfire 4.5mm*150mm,5㎛)을 사용하였고, 이동상은 아세토니트릴-물 혼합액을 1.0 mL/min로 공급하였다. 시료검출은 UV 검출기로 220nm의 파장에서 시행하였고 컬럼오븐은 30℃로 유지하였다.

유산균 락토바실러스 브레비스 G100(Lactobacillus brevis G100)을 MRS 브 로쓰에 2% 접종하여 37 ℃ 배양기에 18시간 배양하여 준비하였다. 상기 균주는 김치에서 분리한 유산균으로 서울대학교 생활과학대 식품영양학과 지근억 교수님으로 부터 공여받았다.

건조 천마를 곱게 갈은 다음 무게의 10배 부피의 물을 첨가하여 고루섞은 후 85℃의 진탕 수조에 4시간 동안 장치한 후 오토클래브하였다.

천마의 열수추출물에 상기 유산균을 5중량%로 접종한 후 37 ℃ 배양기에 48시간 배양하여 준비하였다.

실시예 1 : HPLC 를 이용한 천마의 생리활성물질의 분석

HPLC를 이용하여 천마의 생리활성물질들 중 다음의 5가지 물질, 가스트로딘, 4-하이드록시벤질 알코올, 4-하이드록시벤질 알데하이드, 바닐린, 바닐릴 알코올의 표준시약을 분석하였으며 그 결과를 도 1에 나타내었다.

여러 지역에서 재배된 천마의 열수추출물중 가스트로딘의 함량을 측정한 결과 함량이 가장 높은 천마(A)에서는 11mg/mL이, 가장 낮은 천마(B)에서는 4mg/mL이 측정되었다.

실시예 2 : 천마발효액의 발효시간에 따른 가스트로딘의 함량 변화

천마발효액의 발효시간에 따른 가스트로딘의 함량변화를 측정한 결과 발효가 진행될수록 가스트로딘의 양의 줄어들고 4-하이드록시벤질 알코올의 양이 늘어나는 것으로 보다 원래 천마에 함유되어 있었던 가스트로딘이 발효에 의해 보다 활성이 높은 형태의 4-하이드록시벤질 알코올로 전화되는 것을 확인할 수 있었다. 배양이 48시간 정도 지난 후에는 거의 대부분의 가스트로딘이 4-하이드록시벤질 알코올로 전환되어 그 양이 현저히 줄어든 것을 확인할 수 있었다.

실시예 3 : 천마의 발효에 의한 GABA 생산

천마의 열수추출물에 락토바실러스 브레비스 G100을 접종하여 GABA의 생산을 유도해보았다. 락토바실러스 브레비스 G100을 접종하기 전 추출물의 초기 pH는 6.5로 맞추었고 GABA로의 전환을 위한 MSG(monosodium glutamate)는 5중량% 첨가하였다. 효율을 높이기 위해 여러 가지 당류 및 N-source를 첨가한 실험에서는 맥아당 1% 첨가군에서 생균수가 가장 높게 나왔고, GABA 생산의 경우 효모 추출물 1중량%를 첨가한 실험군에서만 GABA가 생산된 것을 확인할 수 있었다. 선별된 조건들을 조합하여 배양한 실험에서 천마의 열수추출물에 락토바실러스 브레비스 G100을 접종하여 GABA를 생산한 경우 맥아당과 효모 추출물 1%를 혼합 첨가한 실험군에서 가장 높은 생산량을 보였다.

도 1은 천마의 생리활성 물질(gastrodin, 4-hydroxybenzyl alcohol, 4-hydroxybenzyl aldehyde, vanillin, vanillyl alcohol)을 HPLC를 이용하여 분석한 결과를 나타낸 도이다.

도 2는 여러 지역에서 재배된 천마의 열수추출물중 가스트로딘의 함량을 HPLC로 정량한 결과를 나타낸 도이다.

도 3은 여러 지역에서 재배된 천마의 열수추출물중 가스트로딘의 함량측정 결과값을 나타낸 그래프이다.

도 4는 유산균을 이용하여 천마를 발효하면서 발효시간에 따른 가스트로딘 및 4-하이드록시벤질 알코올의 함량변화를 HPLC를 이용하여 분석한 결과를 나타낸 도이다.

도 5는 유산균을 이용하여 천마를 발효하면서 발효시간에 따른 GABA의 생산량을 나타낸 도이다.

Claims

천마를 분쇄하여 분말화시키는 단계;

상기 천마 분말을 열수추출하여 천마 열수추출물을 제조하는 단계; 및

상기 천마 열수출물에 유산균을 접종하여 발효시키는 단계

로 이루어진 천마에서 가스트로딘을 4-하이드록시벤질 알코올로 생물전환하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 유산균이 락토바실러스 브레비스 G100(Lactobacillus brevis G100)인 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 유산균을 5중량%의 양으로 접종하는 것을 특징으로 하는 방법.
천마를 분쇄하여 분말화시키는 단계;

상기 천마 분말을 열수추출하여 천마 열수추출물을 제조하는 단계;

상기 천마 열수추출물에 MSG를 첨가하는 단계; 및

상기 천마 열수출물에 유산균을 접종하여 발효시키는 단계

로 이루어진 천마에서 MSG를 GABA로 생물전환하는 방법.
제4항에 있어서, 상기 유산균이 락토바실러스 브레비스 G100(Lactobacillus brevis G100)인 것을 특징으로 하는 방법.
제4항에 있어서, 상기 유산균을 5중량%의 양으로 접종하는 것을 특징으로 하는 방법.
제4항에 있어서, 상기 MSG를 5중량%의 양으로 접종하는 것을 특징으로 하는 방법.