유산균 발효에 의한 ginsenoside의 생물전환

[하은초]

유산균 발효에 의한 ginsenoside의 생물전환

http://www.changhospital.com/subpage/02/img/microbiome_4.pdf

유산균 발효를 이용한 생물전환은 유효성분이 증가되고 흡수율이 개선된 고효율의 GS와 더불어 유산균이 생산하는 다양한 생리활성 물질을 공급하고, 제품의 관능을 개선할 수 있는 효과가 있으며, 유산균을 whole-cell 촉매제로 활용하는 방법은 효소처리법에 비 하여 세포로부터 효소를 얻는데 드는 노동력을 감소시키고, 생산비 용 면에서 경제적인 장점이 있어, 학계와 산업체에서 유산균 발효 와 whole cell을 활용한 연구가 활발히 수행되고 있다. Park 등 (2012)은 Leu. mesenteroides, Leu. paramesenteroides, Lac. delbrueckii 균주의 whole cell을 이용한 생물전환에 의해 Rb1이 CK로 전환되는 것을 확인하였으며, 탄소원으로 2% sucrose가 함 유된 배지에서 배양하였을 때 Leu. mesenteroides 균주의 GS 전 환율이 98% 향상되었다고 보고하였다. Yi 등(2012)은 Lac. brevis THK-D57 균주를 Rb1, Rc, Rd가 혼합된 MRS 배지에 배양하는 동안 Rb1이 Rd → F2 → CK 순으로 전환되는 것을 확인하였으 며, Yoo 등(2018)은 Lac. brevis FB-R 균주를 이용한 인삼 발효 에 의해 고함량의 CK가 생성되었다고 보고하였다. Jung 등(2019) 은 Lac. plantarum KCCM 11613P 균주로 홍삼추출물을 24시간 발효하였을 때 ginsenoside Rd가 Rb2와 Rb3로 전환되었으며 발효에 의해 홍삼의 항산화 활성이 증가되는 것을 확인하였다. Park 등(2017)은 김치에서 분리된 유산균을 대상으로 β-glucosidase 활성과 GS의 전환율(Rb1 → Rg3, Rg5)을 측정한 결과, β -glucosidase 활성이 가장 높은 Leu. mesenteroides 균주가 가장 우수한 GS 전환율을 나타내었지만, 산 생성능이 가장 높은Pediococcus pentosaceus 균주는 β-glucosidase 활성이 결핍되었음에도 비교적 우수한 GS 전환율을 나타내어 β-glucosidase 활성뿐만 아니라, 유기산에 의한 산 가수분해에 의해서도 GS의 전환이 촉진된다고 보고하였다. 포도당의 catabolite repression에 의해 β-glucosidase의 발현이 억제되므로, 포도당이 제한된 배지에 단일 탄소원으로 올리고당 또는 이당류를 첨가하여 β -glucosidase의 활성을 높일 수 있다는 연구 결과가 보고되었다. Ku 등(2016)은 탄소원으로 glucose 대신 2% cellobiose가 함유된 modified MRS 배지에서 Lac. rhamnosus GG 균주의 β -glucosidase 활성이 25배 증가되고, 최적 조건에서 배양된 whole cell을 이용하여 Rb1이 대부분 Rd로 전환되는 것을 확인하였다. 또한 Ku 등(2015)은 2% ascorbic acid가 보충된 MRS 배지에서 Bifidobacterium longum RD47의 α-l-arabinofura- nosidase와 α-l-arabinopyranosidase

활성이 증가되고, 동일 조건에서 배양된 whole cell에 의해 Rb와 Rc가 Rd로 전환되었다 고 보고하였다. 현재까지 β-glucosidase 활성이 높은 유산균을 활용하여 고분자 GS를 CK 등 저분자 GS로 전환할 수 있다는 것이 여러 연구를 통 해 입증이 되었으나, 유산균을 이용한 생물전환만으로는 고농도의 CK를 효율적으로 얻기 어려운 점이 있기 때문에 효모와 혼합배양 하거나 효소처리와 병행하여 CK 함량이 높은 인삼발효제품이 개 발되고 있다. 따라서 유산균의 GS 전환능을 높이기 위해서는 생물 전환 조건을 최적화 하고 glycoside 분해효소의 활성을 높이는 연 구가 필요하다고 판단된다. 결 론 인삼에 다량 함유된 고분자 GS 배당체는 인삼 섭취 후 장관에 존재 하는 장내미생물의 효소작용에 의해 배당체에 결합된 당이 유리되 어 CK와 같은 소수성의 저분자 GS로 전환되어야 체내로 용이하게 흡수될 수 있다. 인체의 장내미생물은 개인별로 차이가 있기 때문 에 동일한 인삼을 섭취하더라도 GS의 흡수율과 약리효과가 다르게 나타날 수 있으므로, GRAS 미생물인 유산균과 그 유래 효소를 이 용하여 고분자 GS를 생체 흡수율이 높은 저분자 GS로 전환시키는 연구가 활발히 수행되었다. 유산균을 활용한 GS의 생물전환은 주 로 Lactobacillus 속과 Leuconostoc 속 유산균 및 유산균 유래 효소를 이용하여 수행되었으며, β-glucosidase 활성이 높은 균주 들이 고분자 GS를 흡수율이 용이한 저분자 GS로 전환시킬 수 있다 는 것이 확인되었다. 하지만 GS 배당체의 저분자화 효율을 높이기 위해서는 발효조건을 최적화 하고 glycoside 분해효소의 활성을 높이는 연구를 통해 저분자 배당체의 생산 조건을 확립하는 것이 바람직하다고 판단된다. 현재 β-glucosidase 이외에 유산균 유래 다양한 glycoside 분해효소의 분리, 정제, 작용 기작에 대한 연구 는 미흡한 실정으로, 이에 대한 연구는 인삼 사포닌의 생물전환에 있어 중요한 역할을 할 것으로 판단된다. 최근의 보고에 의하면 유 산균 대사산물과 사균체도 다양한 생리활성을 발휘하는 것으로 입 증되어 프로바이오틱스의 개념이 사균체와 대사산물의 영역까지 확대되고 있으므로, 발효인삼의 제조에 생물전환능이 우수한 유산 균을 활용함으로써 안전한 스타터로서의 이용뿐만 아니라, GS 유 효성분의 함량 증가 및 흡수율 개선, 유산균의 건강기능성 효과, 관능성 개선 등의 상승효과를 기대할 수 있을 것이다.