Foods 2022, 11(4), 529; https://doi.org/10.3390/foods11040529
초록
한국 발효식물식품으로부터 분리된 렌틸락토바실러스 부크네리는 β-글루코시드가수분해효소를 생성하는데, 이는 파낙스인삼으로부터 진세노사이드Rb1을 가수분해하여 진세노사이드Rd를 생성할 수 있다. 본 연구의 목적은 Lentilactobacillus buchneri URN103L로부터 얻은 세포외β-글루코시드가수분해효소 활성의 기초가 되는 메커니즘을 결정하는 것이었다. 에스쿨린 철 한천 검사에서 양성의 β-글루코시드가수분해효소 활성을 보이는 유산균 17종 중 진세노사이드 Rb1에서 높은 가수분해 활성을 나타내는 것은 URN103L뿐이었다. 이 균주는 렌틸락토바실러스 부크네리 NRRLB 30929와 99% 상동성을 보여 렌틸락토바실러스 부크네리 URN103L로 명명되었다. β-글루코시드가수분해효소 활성을 갖는 선택된 배양물의 상등액을 40°C, pH 5.0에서 주요 진세노사이드 Rb1의 가수분해를 위해 검사하였다. 또한, 이 균주의 β-글루코시드가수분해효소 활성은 주요 진세노사이드 Rb1을 작은 진세노사이드 Rd 및 Rg3로 가수분해하는 뚜렷한 능력을 보였다. Lentilactobacillus buchneri URN103L은 다른 어떤 균주보다 류신 아릴아미드가수분해효소, 발린 아릴아미드가수분해효소, α-갈락토시드가수분해효소, β-글루코시드가수분해효소 활성이 높았다. 우리는 Lentilactobacillus buchneri URN103L의 β-글루코시드가수분해효소가 진세노사이드 Rb1을 Rd와 Rg3로 효과적으로 가수분해할 수 있다고 결론짓는다. 전환된 진세노사이드는 기능성 식품, 요구르트, 음료 제품, 화장품 및 기타 건강 제품에 사용될 수 있다.
1. 도입
한국 인삼 (파낙스 인삼 C.A.). Mey)는 진세노사이드, 다당류, 폴리아세틸렌, 펩타이드 및 아미노산을 포함하여 약 200개의 물질을 포함하고 있다. 현재까지 100개의 진세노사이드가 분리되었으며, Rb1, Rb2, Rc, Re 및 Rg1이 모든 진세노사이드의 80% 이상을 구성한다고 보고되었다[1,2]. 한국 인삼의 가장 풍부한 성분은 진세노사이드(인삼 사포닌)와 다당류로 화학적 친수성 때문에 사람의 장에 흡수되지 않는다. 그러나 이들 성분이 소화관에서 장내 미생물과 접촉하면 미생물은 이들을 사용하여 인간의 장에 쉽게 흡수되는 K 화합물 및 프로토파낙사트리올과 같은 작은 대사산물을 생성한다. 이들 대사물은 항암, 항당뇨병, 항염증, 항알레르기, 면역조절 및 신경보호 활성을 포함한 중요한 약리학적 기능을 나타낸다[3,4,5]. 젖산균(LAB)은 유제품, 식물, 육류의 발효를 포함한 전통적인 식품 가공 및 보존 기술의 필수적인 부분이다. LAB의 β-글루코시드가수분해효소 활성에 의한 식물 대사물 글루코공중합체의 가수분해는 발효 식품의 생물학적 활성 및 식이 특성에 중요한 기여를 한다[6].
또한, 발효 식물 식품에 세포 외 β-글루코시드가수분해효소 활성을 나타내는 LAB가 존재한다. 진세노사이드를 다양한 세균에 의해 진세노사이드 Rd 및 Rg3로 가수분해하면 유익한 효과를 증가시킬 수 있다. 따라서, 주요 진세노사이드, 예를 들어 Rb1 또는 Re를 작은 진세노사이드, 예를 들어 Rd, F2, 화합물 K 또는 Rh2[7]로 효율적으로 대사시킬 수 있는 미생물을 식별하기 위한 연구가 수행되었다. 또한 진세노사이드 Rd는 생체 내 및 체외에서 신경줄기세포의 증식을 촉진하고 [8] 과도수용체 전위 멜라스타틴 7(TRPM7) 채널에 영향을 줌으로써 위암 및 유방암 세포의 증식 및 생존을 억제할 수 있다. 따라서, 최근에 진세노사이드 Rg3가 중국에서 화학요법과 결합하여 폐암, 위암, 식도암에 대한 치료를 위한 새로운 항암제로 테스트되었다[10]. 독일의 세균학자 E의 이름을 따서 명명된 Lentilactobacillus buchneri. 부크너(Buchner)는 효모 및 곰팡이에 의한 사일리지 부패 방지와 같은 다양한 효과를 갖는 것으로 설명된 의무적인 이종발효성 겸용 혐기성 효소이다[11]. 또한, L. buchneri에 의한 부크네리신 생산은 일부 종의 리스테리아, 바실러스, 마이크로코커스, 엔테로코커스 및 비브리오의 성장을 억제한다[12]. 그러나 현재까지 L. 부크네리의 세포외 β-글루코시드가수분해효소 활성의 잠재적인 사용에 대한 보고는 없다. 따라서 본 연구의 목적은 L. buchneri URN103L로부터 얻은 세포외β-글루코시드가수분해효소 활성에 의해 Rd 및 Rg3에 대한 진세노사이드 Rb1 대사의 정도를 파악하는 것이었다.
L. buchneri URN103L에 의한 20% 인삼뿌리용액의 발효특성
발효 인삼 뿌리의 생존 가능한 세포 수는 표 1과 같다. L. buchneri URN103L은 3%로 접종되었다. 접종 직후의 초기 생존 가능한 세포 수는 약 6.04 ± 0.077 log colony-forming unit (CFU) mL-1이었다. 발효 7일 후 생존 가능한 세포 수는 8.27 ± 0.044 log CFU mL-1로 증가하였고 14일 동안 7.39 ± 0.083 log CFU mL-1로 감소하였다. 발효인삼의 LAB 6종은 첫날 약 9~11 log CFUmL-1 성장하였고, 5일 후에는 6.0~7.5 log CFUmL-1로 감소하였다[2]. Strain L. buchneri URN103L은 그림 8과 같이 주요 진세노사이드 Rb1을 마이너 진세노사이드 Rd 및 Rg3(에피머 R/S)로 전환하였다. TLC 분석은 시간이 지남에 따라 변환 범위가 증가하는 것을 보여주었다. 따라서 성장 시간이 14일로 증가하여 β-글루코시드가수분해효소의 생성이 증가할 수 있다. 그림 9A는 발효된 파낙스 인삼 뿌리의 결과를 나타낸 것이다. 인삼 20% 뿌리의 L. buchneri URN103L을 배양하였을 때 진세노사이드 Rb1과 Rd는 3일 후 Rg3로 대사되었다(그림 9B). 이어서 7일 후 진세노사이드 Rg3(S/R)가 서서히 나타났다(그림 9C). 도 9D에 나타난 바와 같이, 결과적으로 마이너 진세노사이드 Rg5, Rd, Rg3가 검출되기 시작하였으며, 시간이 지남에 따라 함량이 증가하였다. 한국 식물성 식품의 발효물로부터 양성의 β-글루코시드가수분해효소 활성을 나타내는 17종의 LAB 중 진세노사이드 Rb1에서 높은 가수분해 활성을 보이는 것은 1종(즉, URN103L)뿐이었다. LAB 균주는 L. buchneri URN103L로 확인되었으며, NRRLB 30929에서 L. buchneri와 99% 상동성을 보였다. 사포닌에 대한 β-글루코시드가수분해효소의 최적 가수분해 활성은 35°C 및 pH 5.0에서 발생했다. 확인된 균주 URN103L은 다른 균주보다 높은 β-글루코시드가수분해효소 활성을 보였다. 진세노사이드 Rb1 자체는 렌티의 좋은 성장 기질이 아니기 때문이다. 부크네리, 진세노사이드 Rb1은 배양 상등액에서 조효소를 사용하여 전환되었다. 그러나 인삼 뿌리에는 렌티의 성장을 위한 다양한 영양소가 들어 있기 때문이다. 인삼 뿌리 현탁액의 부크네리, 진세노사이드 Rb1은 발효에 의해 전환되었다. 본 연구는 한국 발효식물식품에서 분리된 L. buchneri URN103L의 β-glucosidase가 진세노사이드 Rb1을 Rd와 Rg3로 효과적으로 전환시킬 수 있음을 확인하였다.
3. 결론
한국 의약품 식물의 발효물로부터 양성의 β-글루코시드가수분해효소 활성을 나타내는 17종의 LAB 중 진세노사이드 Rb1에서 높은 가수분해 활성을 보이는 분리막(즉, URN103L)은 1종에 불과했다. LAB 균주는 L. buchneri URN103L로 확인되었으며, Lentilactobacillus buchneri NRLB 30929와 99% 상동성을 보였다. 사포닌에 대한 β-글루코시드가수분해효소의 최적 가수분해 활성은 35°C 및 pH 5.0에서 발생했다. 확인된 균주 URN103L은 다른 균주보다 높은 β-글루코시드가수분해효소 활성을 보였다. 본 연구는 한국산 발효약용식물에서 분리된 L. buchneri URN103L의 β-글루코시드가수분해효소가 진세노사이드 Rb1을 Rd와 Rg3로 효과적으로 전환시킬 수 있음을 확인하였다. 전환된 진세노사이드는 식품, 화장품 및 기타 건강 제품 산업에 사용될 수 있다.
