Korean Journal of Food Preservation
The Korean Society of Food Preservation
Article

유산균 발효에 의한 골드키위 발효물의 항산화 효능 증진

류지연1, 박현정1, 문정용2, 김찬식1, 김소미1,2,*http://orcid.org/0000-0002-0980-2005
Ji-yeon Ryu1, Hyun Jeong Park1, Jeong Yong Moon2, Chan-Shick Kim1, Kim Somi1,2,*http://orcid.org/0000-0002-0980-2005
1제주대학교 바이오소재공학과
2아열대·열대생물유전자은행센터
1School of Biomaterials Sciences and Technology, College of Applied Life Sciences, SARI, Jeju National University, Jeju 63243Korea
2Subtropical/Tropical Organism Gene Bank, Jeju National University, Jeju 63243Korea
* E-mail: phd.kim.somi@gmail.com Tel: 82-64-754-3348, Fax: 82-64-756-3351

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Received: Jan 31, 2018; Revised: Mar 19, 2018; Accepted: Mar 27, 2018

요약

김치에서 유래한 Lactobacillus plantarum CK10을 이용하여 골드키위를 발효하고, 발효 시간대별 각 발효산물을 에탄올로 추출한 후, 추출물에 대한 이화학적 특성 및 항산화 활성을 측정하였다. 생균수는 발효 3일 차에서 가장 높은 12.03±1.29 log CFU/mL을 나타냈으며 시간이 지남에 따라 점차 감소하였다. pH 및 산도는 발효 7일 차에서 각각 감소(pH 3.64±0.03) 및 증가(1.80±0.08%(v/v))하였다. 당도는 무발효군 6.43±0.05 °Brix에서 발효에 의해 감소하여 발효 7일 차에서 5.80±0.08 °Brix로 가장 낮게 나타났다. 총 폴리페놀과 플라보노이드 함량은 발효 5일 차에서 각각 1.21±0.13 mg GAE/g dry weight, 0.36±0.04 mg RE/g dry weight로 무발효군에 비해 높게 나타났으며, Fe2+이온 킬레이트 활성에서 역시 발효 5일 차에서 38.40-78.47%로 무발효군과 비교하여 높은 활성이 나타났다. DPPH 라디칼 소거 활성 및 SOD 유사활성은 발효 7일 차에서 각각 36.01-86.81%, 54.79-93.83%로 무발효군과 비교하여 높은 활성을 보였으며, ABTS 라디칼 소거 활성은 무발효군과 비교하여 약간 증가하거나 유사한 소거 활성을 보였다. 또한, 발효 5-7일에서 항산화 물질의 함량 증가와 항산화 활성이 증가하는 것을 확인하였다. 따라서 향후 항산화 활성이 증가한 골드키위 유산균 발효물을 기능성 식품 개발에 적용 가능할 것으로 사료된다.

Abstract

Gold kiwifruit was fermented with Lactobacillus plantarum CK10 derived from kimchi and the fermented products were extracted with ethanol at various fermentation time-points The bacterial cellular density, total titratable acidity, total polyphenol content (TPC), and total flavonoid content (TFC) increased during fermentation, while pH values and total soluble solids decreased. Levels of TPC and TFC were highest after five days, at 1.21±0.13 mg GAE/g dry weight and 0.36±0.04 mg RE/g dry weight, respectively. The antioxidant activities of the fermented gold kiwifruit were analyzed using Fe2+ chelating activity, 2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl (DPPH)-, and 2,2'-azino-bis(3-ethylbenzothiazoline-6-sulphonic acid) (ABTS)-radical scavenging activities, and superoxide dismutase (SOD)-like activity. The Fe2+ chelating activity of gold kiwifruit (125-500 μg/mL) peaked after five days of fermentation at 38.40-78.47%. The DPPH radical-scavenging activity and SOD-like activity were somewhat higher after seven days of fermentation (36.01-86.81% and 54.79-93.83% at 2.5-10.0 mg/mL concentration of samples, respectively). On the other hand, the ABTS radical-scavenging activity of fermented gold kiwifruit was similar to that of the non-fermented form. The polyphenol and flavonoid contents were significantly correlated with the antioxidant activity. In conclusion, our results suggest that TPC, TFC, and antioxidant activity were increased after five and seven days of fermentation, respectively. Therefore, fermented gold kiwifruit with its increased antioxidant activity could be useful in the development of functional foods.

Keywords: antioxidant; chemical characteristics; fermentation; gold kiwifruit; Lactobacillus plantarum

서론

키위는 다래나무과(Acinidiaceae) 다래나무속(Actinidia)에 속하는 자웅이주의 넝쿨성 낙엽과수로 주로 온대지역에서 자라며, 전 세계적으로 64종의 품종이 있다. 경제성이 있는 품종으로서 참다래로 알려진 Hayward 품종과 제스프리골드키위로 알려진 Hort16A 품종이 전 세계적으로 상용화되고 있다. 국내에서도 다양한 품종들이 개발되어 주로 남해안 일대와 제주도에서 재배되고 있는데(1,2), 이 중에서 ‘한라골드’는 국내에서 육성되고 보급된 골드키위 품종으로서 과육색은 밝은 황색을 나타내며 과즙이 많고 부드럽다. 또한, 나무 가지에 털이 없으며 당도가 높은 특성을 지니고 있다(3). 키위는 식품의 맛, 향미뿐만 아니라 다양한 생리활성에 기여한다고 알려진 페놀성 화합물을 함유하고 있으며, 비타민 C가 풍부하고, 클로로필, 카로티노이드와 같은 건강에 유익한 다양한 생리활성물질을 함유하고 있다(4). 키위의 경우 특히 미네랄 함량이 사과, 포도 등과 비교하여 2-3배 정도 높다고 알려져 있으며, 퀴닌산, 말산, 시트르산 등 유기산이 존재하여 키위의 특유의 풍미를 가진다고 알려져 있다(1). 이러한 키위와 관련한 연구로는 화학성분과 항산화 활성(2), 신경세포 보호 효과(4), tyrosinase 활성저해 및 항균활성 효과(5), 위암세포 증식 억제 및 연육효과(6), 변비개선에 관한 연구(7) 등이 있다.

이렇게 건강 기능적인 면에서 여러 가지 장점을 지닌 과수이지만, 키위는 에틸렌 생성량의 증가, 과육의 연화, 유기산 감소 등 다양한 생리활성 현상이 진행되는 호흡 상승형 과실로 저장성이 낮고 장기 저장 시에 상품성이 떨어지는 단점을 가지고 있다(8). 따라서 키위를 활용한 다양한 형태의 키위 가공제품의 개발이 요구되고 있다. 유산균 발효는 유산균에 의해 유용한 물질을 생산하고 항바이러스, 항암, 항염증 및 항산화 등 건강상의 이점을 주는 전통 식품 발효법이며(9), 우유뿐만 아니라 과일을 유산균을 이용해 발효하고, 저장성, 영양 품질 및 생리활성을 확인하는 연구가 활발히 진행되고 있다. 이러한 연구로는 열대 과일 주스, 차의 유산균 발효에 따른 항산화 활성(10), 구아바 추출물 유산균 발효(11) 등이 있다. 키위의 경우에는 주로 알코올 발효(12-15)와 초산 발효(16)에 관한 연구들이 보고되고 있는 반면, 유산균을 이용한 발효 및 유산균 발효에 의한 키위의 항산화효능에 관한 연구는 보고된 바가 없어 이에 대한 연구가 필요하다.

생체 내에서 산화로 인해 발생하게 되는 활성산소종(reactive oxygen species, ROS)은 과량 발생될 경우 DNA와 단백질을 불활성화 시키고, 세포 생체막의 구성 성분인 불포화 지방산을 공격하여 생체기능을 저하시킨다. 이로 인해 노화가 유발되며 암, 심장병과 같은 여러 질환의 원인이 된다. 항산화제(antioxidants)는 이러한 유해한 활성산소에 의해 발생되는 지질의 과산화, 세포막 및 적혈구 파괴, 발암물질의 생성, 세포의 노화 등의 작용을 억제하며, 식품 보존성 향상에도 이용된다. 현대 사회에서 건강 및 웰빙에 대한 소비자들의 관심이 증가함에 따라 생체 내 항산화 방어시스템을 간접적으로 증가시키거나 직접적으로 활성산소종을 소거시키면서 인체에 부작용이 없는 항산화제 개발을 위한 연구가 활발히 진행되고 있다(17,18).

본 연구에서는 김치에서 유래한 Lactobacillus plantarum CK10을 이용하여 골드키위를 발효하고, 발효 기간 동안의 항산화 활성 변화에 대해 연구하였다. 이를 통해 항산화 활성이 증대된 발효 최적 조건 및 골드키위 발효 제품 개발을 위한 기초자료를 제공하고자 하였다.

재료 및 방법

실험재료 및 시약

본 연구에서 재료로 사용한 제주산 한라골드 키위는 제주 시내 마트에서 2016년 12월 중순 경에 구입하여 사용하였다. Folin-Ciocalteu’s reagent, Gallic acid, Rutin, 2,2-diphenyl-1-picrylhydraxyl(DPPH), 2,2’-azino-bis-3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid-diammonium salt(ABTS), pyrogallol, FeCl2, ferrozine은 Sigma Chemical Co.(St. Louis, MO, USA)에서 구입하여 사용하였으며, de Man, Rogosa and Sharpe(MRS) broth, peptone water는 BD Difco(Sparks, MD, USA)에서 구입하여 사용하였다.

사용 균주 및 배양 조건

실험에 사용한 균주는 오이소박이김치(Oisobaki)로부터 유래한 Lactobacillus plantarum CK10으로 경기대학교 식품생물공학과 이종훈 교수로부터 제공받아 사용하였다(19). L. plantarum CK10 균주는 MRS 배지를 이용하여 24시간 동안 30℃, 100 rpm 조건으로 배양하였다.

골드키위 발효물 제조

골드키위 배지는 Campanella 등(20)의 방법을 변형하여 수행하였다. 골드키위 파우더 5%(v/v)와 peptone water 2%(v/v)를 증류수와 균질화한 후, 1 N NaOH를 이용하여 pH 6.00±0.50으로 조정하였다. 그 후 autoclave를 이용하여 121℃, 15분 조건으로 멸균하였다. L, plantarum CK10은 접종 전 MRS배지에서 2회 계대 배양하였으며, 600 nm 파장에서 OD 값이 0.6일 때(7.00±0.50 log colony forming unit(CFU)/mL) 골드키위 배지에 1%(v/v) 접종하였다. 발효는 30℃, 100 rpm 조건으로 7일간 수행하였다.

골드키위 발효 추출물 제조

골드키위 발효물에 80% ethanol(v/v) 조건이 되도록 ethanol을 가하고 sonicator로 15분씩 3회 반복 추출하였다. 각 추출물은 여과지로 여과한 후 rotary vacuum evaporator로 35℃에서 감압 농축한 후 동결 건조하여 사용하였다. 발효하지 않은 골드키위 추출물도 동일한 방법으로 추출하였다.

생균수, pH, 산도 및 당도

생균수 측정은 시료 100 μL를 phosphate buffer solution (PBS) 900 μL으로 균질화하여 희석하여 평판배양법으로 MRS배지에 100 μL씩 분주하고 37℃, 2일간 배양한 후 콜로니를 계수하여 시료 1 mL 당 CFU으로 표시하였다. pH는 Orion 3star benchtop pH meter(Thermo Scientific Inc. Waltham, MA, USA)를 이용하여 측정하였다. 총산도는 발효물 10 mL에 0.1 N NaOH를 이용하여 pH 8.2가 될 때까지 적정하였으며 적정에 소비되는 0.1 N NaOH의 소모량을 유기산 함량으로 환산하여 계산하였다. 총당도는 brix refractometer(PAL-1, Atago, Tokyo, Japan)을 이용하여 측정하였다.

총 폴리페놀 함량

총 폴리페놀 함량은 Cheung 등(21)의 방법을 약간 변형하여 증류수 1.375 mL에 125 μL의 시료를 넣은 후 0.5 mL Folin-Ciocalteu’s 시약을 넣고 4분 후에 1 mL의 Na2CO3를 가한 다음 상온에서 30분 동안 정치하여 반응시켰다. 그 후 분광광도계(Sunrise, Tecan, Salzburg, Austria)를 이용하여 700 nm에서 흡광도를 측정하였다. 함량은 mg gallic acid equivalents(GAE)/g dry weight로 나타내었다.

총 플라보노이드 함량

총 플라보노이드 함량은 Zhishen 등(22)의 방법을 변형하여 측정하였다. 증류수 80 μL에 시료 40 μL를 넣은 후 5% NaNO2 6 μL를 첨가하여 5분간 반응시킨 후 10% AlCl3 12 μL를 혼합하여 6분간 반응시킨 다음 1 N NaOH 40 μL를 첨가한다. 그 후 증류수 42 μL를 넣고 앙금이 생기지 않도록 잘 섞어준 후 분광광도계(Sunrise, Tecan, Salzburg, Austria)를 이용하여 510 nm에서 흡광도를 측정하였다. 함량은 mg rutin equivalents(RE)/g dry weight로 나타내었다.

Fe2+이온 킬레이트 활성

Fe2+이온 킬레이트 활성은 기존에 보고된 방법(23)을 변형하여 수행하였다. 시료를 농도별로 100 μL씩 분주하고 FeCl2 20 μL, ferrozine 40 μL, ethanol 640 μL를 넣은 후 상온에서 10분간 반응시킨다. 반응이 끝나면 분광광도계(Sunrise, Tecan, Salzburg, Austria)를 이용하여 562 nm에서 흡광도를 측정하였다. 양성대조군으로는 ethylenediaminetetraacetic acid(EDTA)을 사용하였다.

DPPH 라디칼 소거 활성

DPPH 라디칼 소거 활성은 기존에 보고된 방법(24,25)을 토대로 하여 수행하였다. DPPH 라디칼 용액은 DPPH를 200 μM로 에탄올에 용해시켜 준비하였고, 96-well plate에 시료를 농도별로 40 μL씩 분주하고 200 μM DPPH 라디칼 용액 160 μL를 첨가한 후 30분간 37℃ incubator에서 반응시켰다. 반응이 끝나면 분광광도계(Sunrise, Tecan, Salzburg, Austria)를 이용하여 517 nm에서 흡광도를 측정하였다. 양성대조군으로는 catechin을 사용하였다.

ABTS 라디칼 소거 활성

ABTS 라디칼 소거 활성은 기존에 보고된 방법(26)을 변형하여 수행하였으며, ABTS 라디칼 용액은 7 mM ABTS와 2.45 mM K2S2O8를 혼합해 20시간 동안 암소에 보관하여 준비하였으며, OD 값이 0.700±0.005에 도달하게 증류수로 희석하여 사용하였다. 큐벳에 900 μL ABTS 라디칼 용액과 100 μL 시료를 혼합하여 실온에서 2분간 반응시킨 후, 분광광도계(UV1800, Shimadzu, Kyoto, Japan)를 이용하여 734 nm에서 흡광도를 측정하였다. 양성대조군으로는 α-tocopherol을 사용하였다.

Superoxide dismutase(SOD) 유사 활성

SOD 유사 활성은 Marklund 등(27)의 방법을 토대로 하여 수행하였다. 96-well plate에 시료를 농도별로 50 μL씩 분주하고 pH 8.5로 보정한 Tris-HCl 완충용액(50 mM Tris+10 mM EDTA, pH 8.5) 50 μL와 7.2 mM pyrogallol 50 μL를 첨가한 후 45분간 25℃ 상온에서 반응시켰다. 반응이 끝나면 분광광도계(Sunrise, Tecan, Salzburg, Austria)를 이용하여 492 nm에서 흡광도를 측정하였다. 양성대조군으로는 ascorbic acid을 사용하였다.

통계처리

모든 실험은 3회 반복 수행하여 평균치와 표준편차로 나타내었으며, 실험군 간의 유의성 검증 및 상관성 분석은 SPSS(Statistical package for social sciences, SPSS Inc, Chicago, IL, USA) software(version 18.0)를 이용하여 실시하였으며, 유의성 검증의 경우 ANOVA one way로 수행하였다.

결과 및 고찰

생균수, pH, 산도 및 당도

L. plantarum CK10을 이용하여 발효한 골드키위 발효산물의 시간별 생균수, pH, 산도 및 당도 변화는 Table 1과 같다. 골드키위의 발효 시간별 생균수는 접종직후 6.89± 0.67 log CFU/mL에서 1일 이후 10.26±0.43 log CFU/mL로 유의적으로 증가하였으며, 발효 3일 차에서 12.03±1.29 log CFU/mL로 가장 높은 생균수를 나타났다. 발효 5일과 7일 차에는 생균수가 각각 8.00±0.82와 3.83±0.31 log CFU/mL로, 발효가 진행됨에 따라 생균수가 감소하는 경향을 나타났다. 또한, pH는 접종직후 pH 5.85±0.10에서 발효시간에 따라 pH가 감소하였으며, 발효 7일 차에 3.64±0.03까지 감소하는 경향을 보여, Sung과 Choi(28)의 연구에서 유산균의 대사 활동에 의해 유기산이 증가하며 이로 인해 pH 감소, 산도가 증가한다는 보고와 유사한 결과였다. 산도 역시 접종 직후 0.41±0.05%(v/v)에서 발효 7일 차에 1.80±0.08%(v/v)까지 증가하는 것을 확인하였다. 당도의 경우 발효직후 6.43±0.05 °Brix에서 발효가 진행됨에 따라 감소하였으며, 발효 7일 차에 5.80±0.08 °Brix까지 감소하는 것을 확인하였다. 이는 Kim 등(29)의 연구에서 발효시간이 경과함에 따라 땅콩나물 요구르트의 당도가 유의적으로 감소한다는 보고와 일치하였으며, 이러한 당도의 변화는 유산균에 의해 당이 분해되고 유기산이 생성되었기 때문으로 사료된다. 한편, 골드키위의 발효산물의 생균수 변화는 이전 연구(30-32)에서 발효 24시간까지 증가한 이후 감소한 결과와 달리 발효 3일까지 유산균이 계속적으로 증가하였다. 이와 같은 결과는 발효에 사용한 배지 조성의 차이에 기인한 것으로 보이며 본 연구에서 사용한 골드키위 배지에는 펩톤수가 첨가되어 있어 이러한 차이를 유발한 것으로 보인다. 즉, 발효에 의해 발생한 유기산과 낮은 pH, 높은 산도 등이 골드키위 배지에 첨가된 펩톤수에 의해 일정 부분 상쇄되었거나, 혹은 펩톤수 첨가로 인해 질소원의 공급이 풍부해져 유산균이 더 안정적으로 증식할 수 있었을 것으로 사료된다.

Table 1. . Determination of viability, pH value, and chemical characteristics during gold kiwifruit fermentation with Lactobacillus plantarum CK10
Fermentation time (days) Viability (Log CFU/mL) pH value TTA1)(%) TSS2)(°Brix)
0 6.89±0.673)a4) 5.85±0.10a 0.41±0.05a 6.43±0.05a
1 10.26±0.43b 3.96±0.01b 1.21±0.18b 6.08±0.05b
2 11.97±1.78b 3.78±0.02c 1.49±0.30c 5.98±0.05bc
3 12.03±1.29b 3.70±0.02d 1.64±0.15cd 5.85±0.06c
5 8.00±0.82a 3.64±0.03d 1.79±0.07d 5.80±0.08c
7 3.83±0.31c 3.64±0.03d 1.80±0.08d 5.80±0.08c

1)TTA, total titratable acidity.

2)TSS, total soluble solid.

3)Values are Mean±SD (n=3).

4)Different letters represent significant differences among extracts by least significant difference (LSD) test at p<0.05.

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총 폴리페놀 및 플라보노이드 함량

발효시간에 따른 골드키위 추출물의 총 폴리페놀 및 플라보노이드 함량은 Table 2와 같다. 총 폴리페놀 함량은 골드키위 무발효군에서 0.96±0.04 mg GAE/g dry weight으로 나타났으며, 발효시간에 따라 점차적으로 증가하여 발효 5일 차에는 1.21±0.13 mg GAE/g dry weight으로 약 1.3배 증가하였다. 총 플라보노이드 함량의 경우 무발효군에서 0.10±0.02 mg RE/g dry weight으로 나타났으며, 총 폴리페놀 함량과 같이 발효시간에 따라 증가하여 발효 5일 차에 0.36±0.04 mg RE/g dry weight으로 약 3.6배 증가하였다. Jo 등(33)연구와 Kweon 등(34)의 연구에서는 대추혼합물과 율피의 경우 발효에 따른 폴리페놀 함량의 변화가 크지 않았으며, 플라보노이드 함량이 감소한다고 보고하였으나 Lee 등(32)의 연구에서는 오디 유산균 발효물이 발효에 의해 총 폴리페놀과 플라보노이드 함량이 증가한다고 보고한 바 있다. 본 연구에서는 발효가 진행됨에 따라 총 폴리페놀과 플라보노이드 함량 증가하는 경향을 보여, Lee 등(32)의 연구에서 보고한 오디 유산균 발효물의 항산화 활성과 유사한 결과였다. 이와 같이 발효에 의한 총 폴리페놀과 플라보노이드 함량 증가는 발효에 의해 생성된 가수분해효소가 식물 세포벽 기질을 붕괴시켜 페놀 화합물 추출을 촉진시키고 글리코실화된 형태를 활성형의 아글리콘으로 전환시켜 나타난 결과로 사료된다(35). 페놀 화합물은 식물계에서 널리 분포되어 있는 대사산물로 환원제, 수소 공여체 및 활성 산소 소거제 등 다양한 항산화 활성과 생리활성에 작용하게 된다. 이러한 활성은 분자 내 phenolic hydroxyl기가 효소 단백질 등 거대 분자들과 결합하는 특성이 있기 때문이라고 알려져 있다. 즉 페놀 함량이 높을 경우 산화 억제 작용이 높은 것을 의미한다(36).

Table 2. . Total bioactive compounds of fermented gold kiwifruit extracts
Fermentation time (days) TPC1)(mg GAE3)/g dry weight) TFC2)(mg RE4)/g dry weight)
NFG5) 0.96±0.046)a7) 0.10±0.02a
1 0.98±0.06a 0.15±0.02b
2 1.09±0.08b 0.20±0.01c
3 1.15±0.09bc 0.24±0.01d
5 1.21±0.13c 0.36±0.04e
7 1.19±0.10c 0.30±0.03f

1)TPC, total phenol content.

2)TFC, total flavonoid content.

3)GAE, gallic acid equivalents.

4)RE, rutin equivalents.

5)NFG, non-fermented gold kiwifruit extract.

6)Values are Mean±SD (n=3).

7)Different letters represent significant differences among extracts by least significant difference (LSD) test at p<0.05.

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Fe2+이온 킬레이트 활성

금속 이온 킬레이트 활성은 활성산소종의 생성 억제를 하여 세포의 산화적 손상을 막으며 지질 과산화 생성물을 생성하는 역할을 하는 전이 금속 농도를 낮춘다(37). 발효시간에 따른 골드키위 추출물의 Fe2+이온 킬레이트 활성은 Fig. 1과 같다. 모든 추출물은 농도 125, 250, 500 μg/mL로 수행하였으며, 발효한 골드키위 추출물에서 무발효군 23.56-65.67%와 비교하여 약 8-20%의 활성이 증가하였다. 또한, 발효 5일 차에서 38.40-78.47%로 가장 높은 Fe2+이온 킬레이트 활성을 보였다. 이는 Kwon 등(38)의 연구에서 총 폴리페놀과 플라보노이드 함량이 높게 나타난 시료에서 금속이온 킬레이트 활성이 증가되었다는 보고와 유사한 경향을 보였다.

kjfp-25-2-255-g001
Fig. 1. Fe2+ion chelating activity of fermented gold kiwifruit extracts. Sample,kjfp-25-2-255-gN1, 125 μg/mL; kjfp-25-2-255-gN2, 250 μg/mL; kjfp-25-2-255-gN3, 500 μg/mL. EDTA, kjfp-25-2-255-gN4, 100 μM; kjfp-25-2-255-gN5, 200 μM. NFG, non-fermented gold kiwifruit extract.The appropriate amount of EDTA was used as a positive control. Values are Mean±SD (n=3). Different letters represent significant differences among extracts by LSD test at p<0.05.
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DPPH 라디칼 소거 활성

자유 라디칼은 인체 내에서 지질, 단백질등과 결합하여 노화를 일으키며, 항산화제의 경우 자유 라디칼을 상쇄, 환원하여 자유 라디칼을 소거한다고 알려져 있다(39). 많은 연구에서 DPPH 라디칼의 색 변화를 이용하여 항산화 활성을 평가하는 지표로 활용하고 있다(40). 발효시간에 따른 골드키위 추출물의 DPPH 라디칼 소거 활성은 Fig. 2와 같다. 모든 추출물은 농도 2.5, 5, 10 mg/mL로 수행하였으며, 무발효군 19.04-74.52%와 비교하여 발효시간에 따라 DPPH 라디칼 소거 활성이 증가하였다. 발효 7일 차에서 36.01-86.81%로 가장 높은 DPPH 라디칼 소거 활성을 보였다. 이는 Song 등(41)의 연구에서 유산균 발효에 의해 톳의 DPPH 라디칼 소거 활성이 증가한다는 보고와 Lee 등(32)의 연구에서 유산균 발효에 의해 오디의 DPPH 라디칼 소거 활성이 5-11% 증가한다는 보고와 유사한 결과였다. 이러한 결과는 유산균 발효에 의해 생산된 페놀 화합물과 같은 대사산물이 DPPH 라디칼 소거 활성에 기여한 것으로 사료된다.

kjfp-25-2-255-g002
Fig. 2. DPPH radical scavenging activity of fermented gold kiwifruit extracts. Sample, kjfp-25-2-255-gN1, 2.5 mg/mL; kjfp-25-2-255-gN2, 5 mg/mL; ,kjfp-25-2-255-gN 10 mg/mL. Catechin, kjfp-25-2-255-gN4, 100 μM; kjfp-25-2-255-gN5, 200 μM. NFG, non-fermented gold kiwifruit extract.The appropriate amount of catechin was used as a positive control.Values are Mean±SD (n=3). Different letters represent significant differences among extracts by LSD test at p<0.05.
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ABTS 라디칼 소거 활성

ABTS 라디칼은 청록색의 ABTS 라디칼이 항산화제와 만나면 하늘색으로 탈색되는 특징을 이용한 실험으로 hydrogen-donating antioxidants와 chain breaking antioxidants를 모두 측정할 수 있으며, aqueous phase와 organic phase 모두 적용 가능하다(42). 발효시간에 따른 골드키위 추출물의 ABTS 라디칼 소거 활성은 Fig. 3과 같다. 모든 추출물은 농도 1.25, 2.5, 5 mg/mL로 수행하였으며, 발효 5일 차 19.76-70.88%를 제외한 모든 발효 추출물에 무발효군 18.08-64.30%과 유의한 ABTS 라디칼 소거 활성을 보였다. 여러 연구자들의 DPPH 라디칼 소거 활성과 ABTS 라디칼 소거 활성이 높은 상관관계를 보인다는 보고(43)와 다른 결과를 보였으나, 이는 DPPH 라디칼 소거 활성과 ABTS 라디칼 소거 활성은 각각 자유 라디칼과 양이온 라디칼을 소거하고 각각 기질에 결합하는 정도의 차이가 있기 때문에 다른 경향을 보인 것으로 사료된다.

kjfp-25-2-255-g003
Fig. 3. ABTS radical scavenging activity of fermented gold kiwifruit extracts. Sample, kjfp-25-2-255-gN1, 1.25 mg/mL; kjfp-25-2-255-gN2, 2.5 mg/mL; kjfp-25-2-255-gN3, 5 mg/mL. α-tocopherol, kjfp-25-2-255-gN4, 100 μM; kjfp-25-2-255-gN5, 200 μM. NFG, non-fermented gold kiwifruit extract.The appropriate amount of α-tocopherol was used as a positive control.Values are Mean±SD (n=3). Different letters represent significant differences among extracts by LSD test at p<0.05.
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SOD 유사 활성

SOD는 생체 내 항산화 효소 중 하나로 세포 내 활성산소를 과산화수소로 전환시키는 반응을 촉매하는 효소이다. SOD에 의해 생성된 과산화수소는 catalase와 같은 효소에 의해 무해한 물과 산소분자로 전환된다(44). SOD 유사 활성은 효소는 아니지만 주로 phytochemical과 같은 저분자 물질이 SOD와 유사한 역할을 하여 인체 내의 superoxide를 제거함으로써 산화적 스트레스를 방어하는 효과를 갖는다(45). 발효시간에 따른 골드키위 추출물의 SOD 유사 활성은 Fig. 4와 같다. 모든 추출물은 농도 2.5, 5, 10 mg/mL로 수행하였으며, 무발효군 10.33-36.00%와 비교하여 발효시간에 따라 점차적으로 증가하였으며 발효 7일 차에 54.79-93.83%로 무발효군과 비교하여 약 44-57% 증가하는 것을 확인하였다. 이는 Hur 등(35)의 연구에서 유산균 발효 과정에서 SOD 및 catalase가 형성되어 항산화 활성이 증가한다는 보고와 유사했으며, Jeon 등(46)의 연구에서 DPPH 라디칼 소거 활성이 높은 시료에서 SOD 유사 활성이 높았다는 보고와 유사한 결과였다. 또한, SOD 유사 활성이 유산균 발효에 의해 두드러지게 증가하였는데 이는 다른 라디칼과 비교하여 발효한 골드키위 추출물이 superoxide 라디칼을 효과적으로 소거할 수 있음을 시사한다.

kjfp-25-2-255-g004
Fig. 4. SOD-like activity of fermented gold kiwifruit extracts. Sample, kjfp-25-2-255-gN1, 2.5 mg/mL; kjfp-25-2-255-gN2, 5 mg/mL; kjfp-25-2-255-gN3, 10 mg/mL. Ascorbic acid, kjfp-25-2-255-gN4, 25 μg/mL; kjfp-25-2-255-gN5, 50 μg/mL. NFG, non-fermented gold kiwifruit extract.The appropriate amount of ascorbic acid was used as a positive control.Values are Mean±SD (n=3). Different letters represent significant differences among extracts by LSD test at p<0.05.
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상관관계 분석

발효시간에 따른 골드키위 추출물의 항산화 물질과 항산화 활성간의 상관성을 비교한 결과는 Table 3과 같다. 총 폴리페놀 함량과 총 플라보노이드, Fe2+이온 킬레이트 활성, DPPH 및 ABTS 라디칼 소거 활성 그리고 SOD 유사 활성 간의 상관계수 0.962(p<0.01), 0.830(p<0.05), 0.973(p<0.01), 0.709, 0.900(p<0.05)으로 높은 양의 상관관계를 보였다. 총 플라보노이드 함량과 Fe2+이온 킬레이트 활성, DPPH 및 ABTS 라디칼 소거 활성 그리고 SOD 유사 활성 간의 상관계수는 0.879(p<0.05), 0.944(p<0.01), 0.771, 0.871(p<0.05)로 양의 상관관계를 보였다. 그리고 Fe2+이온 킬레이트 활성과 DPPH, ABTS 라디칼 소거 활성 및 SOD 유사 활성간의 상관계수는 0.918(p<0.01), 0.459, 0.945(p<0.01)로 ABTS 라디칼 소거 활성을 제외한 항산화 활성에서 높은 양의 상관관계를 보였다. DPPH 라디칼과 ABTS 라디칼 소거 활성, SOD 유사 활성은 0.588, 0.967(p<0.01)로 DPPH 라디칼과 SOD 유사 활성의 경우 유의적으로 높은 양의 상관관계를 보였으며, ABTS 라디칼 소거 활성과 SOD 유사 활성은 0.389으로 다소 낮은 상관관계를 보였다. 이는 Jeon 등(46)의 연구에서 폴리페놀 함량이 높을수록 플라보노이드 함량, DPPH 라디칼 소거활성이 높은 상관관계를 보인다는 보고와 유사한 결과였으며, Kim 등(47)의 연구에서 폴리페놀 함량과 superoxide 라디칼 소거 활성과 양의 상관관계를 보인다는 결과와도 유사하였다.

Table 3. . Pearson’s correlation coefficients of phytochemical concentration and antioxidant activities of fermented gold kiwifruit extracts
TPC1) TFC2) Fe2+3) DPPH4) ABTS5) SOD6)
TPC 1 - - - - -
TFC 0.962**7) 1 - - - -
Fe2+ 0.830* 0.879* 1 - - -
DPPH 0.973** 0.944** 0.918** 1 -- -
ABTS 0.709 0.771 0.459 0.588 1 -
SOD 0.900* 0.871* 0.945** 0.967** 0.389 1

1)TPC, total polyphenol content.

2)TFC, total flavonoid content.

3)Fe2+, Fe2+ ion chelating activity.

4)DPPH, DPPH radical scavenging activity.

5)ABTS, ABTS radical scavenging activity.

6)SOD, SOD-like activity.

7)Correlation is significant at *, p<0.05; **, p<0.01.

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Acknowledgements

이 논문은 2016년도 정부(교육부)의 재원으로 한국연구재단의 지원을 받아 수행된 기초연구사업(2016R1A6A1A03012862) 과 산업통상자원부와 한국산업기술진흥원의 2017년 지역주력 산업육성(R&D)의 연구결과입니다.

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