냉장 신선육의 저장성 증진을 위한 항균 천연물소재 탐색

이수희 충북대학교 2023 국내석사

Protective Effect of Edible Insects against H₂O₂-induced Oxidative Damages in Skeletal Muscle Cells

정택영 충북대학교 2021 국내석사

Oxidative stress caused by the excessive production of reactive oxygen species (ROS) is an important initiating factor in various chronic diseases. ROS are generated by muscle contraction and physical exercise in skeletals. Continuous high-intensity exercises generate high levels of ROS, which promote a skeletal muscle contractile dysfunction resulting in muscle damages and/or muscle fatigues. Edible insects contatin abundant protein of a high biological value with good amino acid profiles and high levels of digestibility. Furthermore, edible insects are a potential source of a variety of micronutrients such as minerals and vitamins. Edible insects are known to exhibit antioxidant, hepatoprotective, and antidiabetic activities. However, few investigations have reported the protective effect of edible insects on H₂O₂-induced oxidative stress in skeletal muscle cells. The aim of this study was to investigate the protective effect of edible insects on H₂O₂ induced oxidative stress in C2C12 muscle cells. The contents of total polyphenolics and flavonoids in edible insects were significantly higher in Oxya chinensis sinuosa. Edible insects showed significant protective effect on H₂O₂-induced cell damages in C2C12 cells. Furthermore, H₂O₂-induced ROS generation was markedly attenuated by pretreatment of edible insects, demonstrating that edible insects are to be a potent ROS scavenger. Edible insects significantly decreased lactate dehydrogenase and creatine kinase activity in media. Moreover, edible insects increased the protein and mRNA levels of MyHC, a marker of myscle differentiation, and increased the size of the diameter of myotubes, thereby affecting the the increase of muscle hypertrophy. These results indicate that edible insects protect skeletal muscle cells from H₂O₂-induced oxidative damages and therefore have the potential for use in health functional foods.

Elimination of Cryptic Plasmid in Leuconostoc citreum and its Effect on Heterologous Gene Expression

장예지 충북대학교 2019 국내석사

Leuconostoc citreum EFEL2700은 김치에서 분리되고 여러 유전대사공학 연구에서 주요한 숙주로 이용되고 있다. 하지만 해당 균주에는 원래 잠복 플라스미드 pCB42가 존재하는데 이는 유전공학 이용에 방해 요인이 될수 있다. 따라서 효율적인 유산균 발현시스템을 확립하기위해 잠복 플라스미드가 없는 L. citreum EFEL2700 균주 제작이 필요하다. 본 연구에서는 이를 위해 다음 두 절차를 따라 수행하였다. 첫번째, 류코노스톡 균주에 Cas9 엔도뉴클레이즈와 잠복 플라스미드 pCB42의 특정서열을 타겟하는 gRNA를 발현하는 킬러플라스미드(killer plasmid)를 형질전환해서 잠복 플라스미드 pCB42가 제거된 균주를 얻었다. 두번째, 앞선 균주를 항생제가 없는 배지에 연속계대배양해서 킬러플라스미드를 제거하는 방법으로 플라스미드가 없는 균주를 구축했다. 그리고 잠복 플라스미드 pCB42의 제거가 류코노스톡 균주에 어떤 영향을 주는지를 성장 속도, 탄수화물 기질 이용능, 형질전환 효율, 플라스미드 안정성, 플라스미드 카피수, 이형단백질로 발현된 β-glucosidase 활성을 비교 분석하였다. 그 결과, Cas9과 gRNA를 발현하는 류코노스톡 형질전환체의 세포추출물과 gRNA에 의해 인식되는 특정서열을 가진 PCR 단편과 반응하였을 때, 해당 PCR 단편은 절단되었다. 잠복 플라스미드 pCB42는 Cas9과 gRNA를 발현하는 킬러플라스미드를 류코노스톡 EFEL2700에 형질전환 한 후에 성공적으로 제거되었다. 그리고 킬러플라스미드를 보유한 균주를 항생제 없는 배지에서 연속적으로 계대배양하여 플라스미드가 제거된 균주를 얻을 수 있었으며, 해당 균주는 L. citreum EFEL2701 로 명명하였다. 그리고 해당 균주의 특성을 모균주인 L. citreum EFEL2700과 비교 분석하였다. 30℃ MRS 배지에서 성장속도를 측정했을 때, 유의한 차이는 보이지 않았으며, API 50CHL 키트로 탄수화물 기질 이용능을 조사했을 때 다른 점은 관찰되지 않았다. 플라스미드 pCB4270을 이용하여 형질전환효율을 비교했을 때, EFEL2700 균주는 7.7 x 10^3 CFU/μg DNA, EFEL2701 균주는 2.1 x 10^4CFU/μg DNA 로 2.8 배 높은 효율을 보였다. 그리고 pCB4270에 대한 플라스미드 안정성은 두 균주 모두 100세대 이후에도 90%의 높은 안정성을 보였다. Paenibacillus mucilagiunosus 유래된 β-glucosidase 발현 플라스미드인 pCBBgl을 각 균주에 형질전환 한 후, 플라스미드 카피 수를 측정했을 때, EFEL2701 균주가 EFEL2700 보다 약 4배 높았다. β-glucosidase의 효소활성을 측정했을 때, 잠복 플라스미드가 제거된 EFEL2701 균주가 EFEL2700보다 3.2배 높은 경향을 보였다. 결론적으로, 본 연구를 통하여 CRISPR-Cas9 시스템을 이용하면 L. citreum의 유전자를 효과적으로 잘라 제거할 수 있음을 보였고, 이렇게 잠복 플라스미드를 제거했을 때 L. citreum은 보다 높은 형질전환율, 플라스미드 카피수, 효소발현량을 보임을 알게 되었다. 그리고 본 연구에서 사용한 Cas9 및 gRNA 발현 플라스미드는 L. citreum 및 다양한 유산균에서 게놈 DNA를 편집하기 위한 유용한도구로 사용가능하다. 또한, 본 연구로서 개발된 잠복 플라스미드가 제거된 L. citreum EFEL2701 균주는 장차 다양한 생물공학 연구에서 숙주 균주로 이용될 것이다. Leuconostoc citreum EFEL2700 isolated from kimchi has been used as a host strain for genetic and metabolic engineering studies. However, the species contained a cryptic plasmid and its existence might hinder genetic engineering of the strain. In this study, L. citreum EFEL2700 which has no cryptic plasmid was created by using a DNA scissor technology and the effect of plasmid elimination was investigated on the microbial and physiological attributes of the mutant strain. For these, a plasmid-free L. citreum strain was efficiently constructed through a two-step procedure: 1) transformation of the “killer” plasmid expressing Cas9 endonuclease and a guide RNA (gRNA) targeting for a specific sequence in the cryptic plasmid, and 2) serial subculture without antibiotics for curing the killer plasmid. As results, when the cell extract of L. citreum transformant expressing Cas9 and the guide RNA was incubated with a PCR fragment containing the specific sequence recognized by the guide RNA, the PCR fragment was cleaved. The cryptic plasmid pCB42 was successfully eliminated from the host strain after transforming the plasmid harboring Cas9 and the guide RNA. After curing of the killer plasmid by serial subculture, we created plasmid-free L. citreum EFEL2700 strain and named it as L. citreum EFEL2701. Next, we analyzed the characteristics of EFEL2700 (P-cells) and EFEL2701 (F-cells) in terms of growth rate, biochemical properties, transformation efficiency, plasmid segregational stability, plasmid copy number, and β-glucosidase activity after heterologous gene expression. As results, when growth rate was measured in MRS medium at 30℃ and biochemical property was tested using API 50CHL kit, no significant differences (p>0.01) were observed. When the transformation efficiency was measured using pCB4270, F-strain showed significantly higher values (2.1 x 10^4 CFU/ μg DNA) than P-strain (7.7 x 10^3 CFU/ μg DNA). When the plasmid stability was measured after transformation of pCB4270, both strains maintained over 90% of plasmids after 100 generations. When the copy number was counted after transformation of pCBBgl which express heterologous β-glucosidase, F-strain showed 4-fold higher value than P-strain. When the β-glucosidase activity was assayed in the above experiment, F-strain showed 3.2-fold higher value than P-strain. Taken together, this study demonstrates not only the feasibility of CRISPR/Cas9-based tools to edit DNA of Leuconostoc spp. but also beneficial effects of plasmid curing on biotechnological application. L. citreum EFEL2701 developed in this study can be used as an efficient host strain for heterologous gene expression and the plasmid with Cas9 gene and gRNA can be utilized for genome editing of diverse lactic acid bacteria.

Functional Components and Physiological Activities of Sweet Potato (Ipomoea batatas L.) Tips and Tubers

홍채영 충북대학교 2021 국내석사

This study was conducted to evaluate the functional components, physiological activities, skin whitening, and wrinkles effect of sweet potato tips and tubers. The cultivar used in the experiment were sweet potato tips (Hayanmi, Pungwonmi, and Juhwangmi) and tubers (Sinjami and Juhwangmi) which are known to contain large amounts of lutein, β-carotene, and anthocyanidin. Antioxidant activity of ABTS and DPPH radical scavenging activities were the highest value of 3245.75 mg AAE/g and 1510.48 mg AAE/g, respectively in ‘Pungwonmi' tips. ACE inhibitory activity ranged between 47.72% in 'Sinjami' tubers and 62.25% in ‘Pungwonmi' tips at extract concentration of 10 mg/mL. α-Glucosidase inhibitory activity was highest vaule of 78.81% in ‘Pungwonmi' on the tips and was highest vaule of 62.93% in ‘Juhwangmi' on the tubers. In particular, ‘Pungwonmi' tips most effectively inhibited intracellular ROS level oxidative stress induced HepG2 cell. Nitric oxide (NO) inhibitory activity was highest value of 18.35% in ‘Pungwonmi' tips. Wound healing assay result confirmed the wound healing ability by checking the level at which the scratch was recovered after creating a scratch on the ARPE-19 cell. In the 100 µg/mL treatment, 'Sinjami' showed 75% wound healing effect. As for the wrinkle improvement effect, positive control showed 65% activity, whereas tips and tubers showed low effect with less than 10%. As for the skin whitening effect, ‘Pungwonmi' tips showed 63% activity at 10 mg/mL, which was as effective as 71% of vitamin C (1 mg/mL). These results suggest that sweet potato tips and tubers can be used to develop functional food materials with physiological activity. It also suggests that sweet potato tips and tubers can be used as whitening cosmetics materials. In conclusion, these results could increase the production and consumption of sweet potato tips and tubers, and use a beneficial material for health such as anti-hypertension, anti-diabetes, hepatoprotective, antioxidant, anti-inflammatory, eye function effect, skin whitening, and wrinkle effect.

Comparison of Extraction Methods for the Determination of Vitamin K1 in Foods

김현기 충북대학교 2015 국내석사

Many analytical methods, such a colorimetry, thin-layer chromatography, gas chromatography, and high performance liquid chromatography (HPLC) have been used for the analysis of vitamin K. At the present time, the method of choice for vitamin K quantification is HPLC because it is simpler, more precise, and more specific than other methods. Prior to HPLC assay, the most critical and time consuming step in the extraction of vitamin K from food matrix. Phylloquinone (vitamin K1) is a fat-soluble vitamin that functions as a cofactor in the synthesis of gamma-carboxyglutamic acid concerning on blood coagulation factors and osteocalcin. The objective of this study was to compare extraction methods for the determination of phylloquinone in vegetables, legumes, nuts and oils. Phylloquinone was quantified by HPLC using post-column derivatization and fluorescence detection. Two extraction methods, enzyme extraction and solvent extraction were compared for the quantification of phylloquinone using selected vegetables. Higher analytical values were observed using solvent extraction compared to those from the enzyme extraction method. Five different extraction methods, enzyme extraction, solvent extraction, direct solvent extraction, soxhlet 6 hour extraction and 12 hour extraction were compared for the quantification of phylloquinone using selected legumes and nuts. Using the solvent extraction method in vegetables and legumes, the higher analytical values of phylloquinone was obtained compared to those from other methods. This method provides a fast, accurate approach for the determination of phylloquinone in legumes. On the other hand, using the enzyme extraction method in nuts, the higher analytical values of phylloquinone was obtained compared to those from other methods. According to our results, the solvent extraction method was proven to be the best method for the determination of phylloquinone in vegetables and legumes, and enzyme extraction method was proven to be the best method for the determination of phylloquinone in nuts. Also, direct injection method was proven to be the best method for the determination of phylloquinone in oils. In addition, the analytical methods validation parameters including accuracy and precision were provided to ensure the validity of extraction procedure for phylloquinone analysis. Our study provides reliable data on the phylloquinone contents in commonly consumed vegetables, legumes, nuts and oils in Korea. For the further understanding of vitamin K’s nutritional role, there is a large demand for reliable data of vitamin content in foods. 비타민 K는 지용성 비타민의 한 종류로써 일반적으로 glutamic acid를 carboxylation하여 γ-carboxyglutamic acid로 전환하는 과정에서 필수적인 보조인자로 작용하여 응고단백질을 합성하는데 관여한다. 비타민 K는 자연계에서 비타민 K1(phylloquinone)과 비타민 K2(menaquinone)의 형태로 존 재하며 phylloquinone은 식물에 의해 합성되며 menaquinone은 미생물에 의해 생성된다. 비타민 K3(menadione)는 화학적 합성으로 생산되며 일반적으로 동물 사료에 이용된다. 비타민 K1은 시금치, 녹차, 브로콜리, 상추와 같은 녹색 채소에 많이 함유되어 있으며 비타민 K2는 육류, 발효식품 등에 미량으로 함유되어 있다. 식품으로부터 섭취하는 비타민 K의 80% 이상이 비타민 K1이지만 비타민 K1에 대한 데이터베이스는 부족한 실정이다. 본 연구에서는 HPLC를 사용하여 채소류, 두류, 견과류, 유지류 식품군에서 비타민 K1의 분석법을 확립하고 이에 대한 분석법 검증을 실시하고자 하였다. 채소류와 두류에서는 용매추출법이 최적의 추출방법으로 확인되었고 견과류에서는 효소추출법이 최적의 추출방법으로 확인되었다. 유지류에서는 직접주입방법이 최적의 추출방법으로 확인되었다. 각각의 분석법 검증을 실시한 결과 본 시험법에서 표준용액의 피크유지시간과 시료의 피크유지시간이 일치하여 특이성을 확인하였다. 검량선의 상관계수(R2)는 0.9994 이상으로 높은 유의수준을 보여 분석에 적합함을 알 수 있었으며, 검출한계는 0.1335ng/injection volume(50 μL)이였으며 정량한계는 0.2784 ng/injection volume(50 μL)로 설정되었다. 일내, 일간분석에서 정밀도를 나타내는 변동계 수(coefficient variation, CV)는 표준용액에서 각각 10% 이내로 나타났고 정확성(accuracy)은 100%에 가깝게 나타내어 각각의 분석법이 적합한 시험법임이 검증되었다. 본 분석법에 따라 일상적으로 섭취하는 채소류, 두류, 견과류, 유지류의 비타민 K1을 분석하여 실질적인 데이터베이스를 구축하였으며 식품의 matrix에 따른 최적의 분석방법을 확립하였다.

우리나라 축산시설의 지열 냉난방에너지 이용성

박현배 충북대학교 2017 국내석사

The development and securing of alternative energy resources has become a national urgent issue due to rapid fluctuations in oil prices, unstable supply and demand, fossil fuels restriction due to global warming. Since the introduction of mandatory installation of new and renewable energy in Korea since 2000, utilization of geothermal energy has been activated to agricultural and livestock industry. The advantage of utilizing geothermal energy is that it is the only renewable energy source that can simultaneously heat and heat In this study, geothermal system was applied as a cooling and heating source for summer and winter pig houses and hen houses to analyze the effects of heating and environmental changes and fuel savings on pig houses and hen houses, and we have proposed basic data to utilize this system as a alternative for heating and cooling source of pig houses and hen houses during summer and winter through the productivity survey for farrowing sow. In the case of pig houses and hen houses, it was confirmed that environmental improvement such as reduction of harmful gas as well as energy saving occurred when using geothermal heating and cooling compared to the conventional energy system. In addition, the cost of geothermal energy is relatively lower than that of other renewable energy sources. Finally, geographical and geological conditions of the geothermal system are presented as efficient criteria in Korea, and the efficiency of geothermal system is compared with that of geothermal system (vertical closed type or SCW type).

Development of Probiotic Starters with Anti-inflammatory Activity for Kimchi Fermentation

서희 충북대학교 2021 국내석사

The incidence of inflammatory bowel disease (IBD) is rapidly increasing in Korea and consumption of anti-inflammatory probiotics is known to be a safe treatment and prevention option for patients. Kimchi is fermented vegetables with large numbers of lactic acid bacteria and the use of probiotic starter for kimchi fermentation may improve the functionality as well as sensory property of the products. Therefore, it is necessary to develop a kimchi probiotic that can be used not only as a starter in kimchi but also as a microorganism to alleviate IBD to protect humans from diseases. The aim of this study was to develop probiotic starters with anti-inflammatory activity for kimchi fermentation. The first research strategy for this purpose was to evaluate whether 17 probiotic type strains in the Health Functional Food Code in Korea can be used as a kimchi starter. The second research strategy was to evaluate the safety (detection of biogenic amine producing enzyme genes, hemolytic activity) and anti-inflammatory activity of selected strains and their effects on fermentation characteristics when used as starter in kimchi. As results of the first strategy, L. reuteri and L. fermentum could be considered a possible candidate as a kimchi starter because they have similar fermentation characteristics to Le. mesenteroides DRC1506 and did not significantly change the quality of kimchi. Then, L. reuteri and L. fermentum were collected from various environment such as human feces, saliva, and four strains (L. reuteri EFEL6900, EFEL6901, L. fermentum EFEL6802, EFEL6800) with high intestinal stability were screened in previous study. As results of the second strategy, four strains were non-biogenic amine producer and non-hemolytic activity, so that all tested strains were regarded as safe to use in food fermentation. In an in vitro experiment, all tested heat-killed strains exhibited significant inhibitory activity on NO production in LPS-induced Raw 264.7 cells. Also, they significantly inhibited the mRNA expression levels of iNOS and COX-2. Furthermore, heat-killed strains of LBR6900, LBR6901, and LBF6800 were potent inducers of IL-10 and inhibitors of IL-12, leading to a high anti-inflammatory index, IL-10/IL-12 ratio in LPS-induced mouse peritoneal macrophage cells. Therefore, LBR6901 and LBF6800 were selected for in vivo experimets, and their anti-inflammatory effects were evaluated using a dextran sulfate sodium (DSS)-induced colitis mouse model. In an in vivo experiment, oral administration of LBR6901, not LBF6800 significantly ameliorated DSS-induced colitis, which included preventing a decrease in body weight, disease activity index score, histological scores, and shortening of the colon length. Moreover, LBR6901 could inhibit DSS-induced intestinal inflammation by improving gut barrier function, preventing the overproduction of pro-inflammatory cytokines, upregulating the anti-inflammatory cytokines, and the concentrations of short-chain fatty acids (SCFAs). In microbiome analysis, LBR6901 slightly increased the abundance of Lactobacillus and Lachnospiraceae NK4A136 group in cecum contents. Furthermore, LBR6901 grew at low temperature as well as in kimchi. When LBR6901 was used as a starter for nabak kimchi fermentation, PCA analysis of GC/MS and 1H-NMR results showed LBR6901 produced very similar metabolites compared to Le. mesenteroides DRC1506 and natural fermentation. In sensory evaluation, LBR6901 did not significantly change the quality of nabak kimchi. In conclusion, LBR6901 showed gastrointestinal stability, capacity to restore the gut epithelial barrier, and anti-inflammatory activity as probiotics. Furthermore, LBR6901 showed the possibility as a kimchi starter because it had a similar fermentation characteristics to Le. mesenteroides DRC1506 and natural fermentation, and did not significantly change the quality of kimchi. This study shows that LBR6901 with anti-inflammatory activity can be used as a probiotic kimchi starter. 국내에서 염증성 장 질환(IBD)의 발병률이 급격히 증가하고 있으며, 항염증 활성을 갖는 프로바이오틱스는 안전하고 효과적인 IBD 치료 및 예방 방법으로 알려져 있다. 김치는 많은 유산균이 함유된 채소 발효식품으로, 김치 발효를 위해 프로바이오틱 종균을 사용하면 제품의 기능성과 관능적 특성을 향상시킬 수 있다. 따라서 본 연구의 목적은 항염증 활성을 갖는 김치용 프로바이오틱 종균을 개발하는 것이다. 이를 위한 첫번째 연구 전략은 국내 고시형 17종 프로바이오틱 유형 균주를 대상으로 김치주스(SKJ)와 배추김치에서의 발효특성(성장률, pH 변화, 향기성분, 대사산물, 관능평가)을 분석하여 김치 종균으로서의 가능성을 평가하는 것이다. 두번째 연구 전략은 이전 연구 결과에 근거하여 선발된 균주의 안전성과 항염증 활성을 생체 외 및 생체 내 모델에서 조사하고, 김치주스와 나박김치에서의 발효특성 (성장률, pH 및 총산도 변화, 향기성분, 대사산물, 관능평가)을 분석하는 것이다. 그 결과, 17종 프로바이오틱 균주 중에 Lactobacillus reuteri 와 L. fermentum 은 김치 환경에서 잘 자라고, 상업용 김치 종균인 Le. mesenteroides DRC1506와 유사한 발효특성을 보여 김치 종균으로서의 가능성을 보였다. 이후, 이전 연구에서 2개 종에 속하는 균주를 사람의 분변, 타액 등의 다양한 환경에서 분리하였고, 산 담즙 내성 평가와 장 부착능 시험을 통해 장내 안정성이 높은 4개 균주 (L. reuteri EFEL6900, EFEL6901, L. fermentum EFEL6802, EFEL6800)를 선발하였다. 이후, LPS 유도 Raw264.7 세포에서의 항염증 활성 분석 결과, 모든 균주의 열 불활성화 시료는 NO를 억제하고, iNOS 및 COX-2의 mRNA 수준을 하향 조절하였다. 또한 LPS 유도 마우스 유래 복막대식세포에서의 항염증 활성 분석 결과, LBR6900, LBR6901, LBF6800의 열 불활성화 시료는 LPS에 유도된 IL-12을 유의하게 억제하고, IL-10을 강력히 유도하며 LGG보다 높은 항염증 지수 (IL-10/IL-12 ratio)를 나타냈다. 다음으로 생체 외 모델에서 높은 항염증 활성을 보인 2개 균주 (LBR6901, LBF6800)을 선발하여 DSS 유도 대장염 모델에서의 항염증 활성을 검증했다. 그 결과, DSS만을 먹인 마우스에서 체중 감소, 질병활동지수(DAI) 증가, 대장길이 감소, 높은 점막 손상과 같은 대장염 징후를 나타내는 임상적 특징이 관찰되었다. 반면, LBR6901을 먹인 마우스에서 대장염 증상이 유의하게 개선되었으나, LBF6800을 먹인 마우스의 경우 유의한 효과가 관찰되지 않았다. LBR6901은 Tight-junction protein 발현량 상향조절, 전염증성 사이토카인인 TNF-α와 IL-1β의 하향조절, 항염증성 사이토카인인 IL-10 상향조절, 단쇄지방산(SCFAs)의 농도를 증가시킴으로서 DSS로 유도된 장 염증을 억제하였다. 마지막으로, 맹장내용물에서의 장내 미생물 변화를 관찰한 결과, LBR6901을 투여한 마우스에서 DSS만을 투여한 마우스와 비교하여 유익한 미생물인 Lactobacillus와 butyrate를 생산하는 잠재적인 프로바이오틱스로 알려진 Lachnospiraceae NK4A136의 우점율이 증가하였다. 다음은 김치 종균으로서의 적합성 분석으로 SKJ에서의 성장곡선을 분석한 결과, LBR6901과 LBF6800은 저온과 김치에서 성장이 가능했다. 또한 나박김치에 접종하고 자연발효, Le. mesenteroides DRC1506을 양성 대조구로, 유제품에서 주로 발견되는 L. brevis DSR301와 L. paracasei CBA3611을 음성대조구로 사용하여 10℃에서 3일간 발효하여 발효특성을 분석하였다. 그 결과, 모든 나박김치 시료는 발효 3일차에 최적 적식기에 도달하였으며, 시료 사이의 발효 패턴에 차이가 없었다. GC/MS를 통한 휘발성향기성분 분석 결과, LBR6901은 관능에 부정적인 영향을 미칠 수 있는 황화합물의 양이 상대적으로 낮았고, 긍정적인 영향을 미칠 수 있는 terpenes의 양이 높았으며 자연발효 및 DRC1506 발효 나박김치와 유사한 향기성분을 함유하는 것으로 나타났다. 1H-NMR을 통한 대사산물 분석 결과, LBR6901은 시원한 단맛을 내는 mannitol의 함량이 상대적으로 높았으며, acetate와 lactate의 함량은 DRC1506 발효 나박김치와 유사하였고, 자연발효 나박김치와 유사한 대사산물을 함유하는 것으로 나타났다. 마지막으로 관능평가 결과, 전반적으로 대부분의 평가항목에서 LBR6901 발효 나박김치의 선호도가 높았으며 이는 LBR6901는 김치의 관능 및 품질에 부정적인 영향을 미치지 않았다는 것을 의미한다. 결론적으로 본 연구에 사용된 4개 균주 중에 LBR6901은 안전성과 항염증 활성이 우수하며, 김치와 저온에서 성장이 가능하고, 자연발효와 DRC1506과 유사한 발효특성을 보이고, 김치의 관능에 부정적인 영향을 미치지 않아 김치 종균으로서의 가능성을 보였다. 따라서 본 연구는 항염증 활성을 갖는 LBR6901가 김치용 프로바이오틱 종균으로 사용될 수 있음을 보여주며, 김치 산업에서 유용하게 사용될 것으로 기대된다.

Effect of Bezafibrate on In Vitro-maruted Oocyte Aging in Pigs

김주연 충북대학교 2021 국내석사

고지질혈증의 치료제로 지질을 낮추는 약물인 Bezafibrate는 peroxisome proliferator-activated receptor alpha의 작용제이다. Bezafibrate는 미토콘드리아 지방산 산화, 산화적 인산화, 미토콘드리아 생합성을 향상시킬 수 있다. 배란된 후에, 난자는 MII 단계에서 정지하여 수정을 기다릴 때 까지 다소 시간이 걸릴 수 있는데, 이를 배란 후 노화라고 부른다. 배란 후 노화는 DNA, 미토콘드리아 및 산화적 시스템의 분해같은 여러 질병적 증상을 나타내기 때문에, 배아 발달과 질적 능력에도 부정적 영향을 끼친다. 그러나, Bezafibrate가 이 과정동안에 미치는 영향은 밝혀진 바가 없다. 이 연구에서, 우리는 체외로 노화시킨 과정에 대항하는 Bezafibrate의 효과를 돼지의 메커니즘에서 확인하고자 한다. 노화과정동안 적절한 Bezafibrate의 농도를 첨가한 후 산화적 스트레스, 활성산소의 하류점, 미토콘드리아 생합성 및 기능을 면역형광염색법과 real-time PCR로 분석하였다. 난자와 배아에서의 결과를 살펴보면, Bezafibrate가 활성산소종을 중화하고 항산화제인 글루타치온을 향상하였다. Bezafibrate은 DNA damage인 H2A.X뿐만 아니라 산화스트레스에 의해 생성된 CASPASE 3 또한 분해하였다. 미토콘드리아의 경우 미토콘드리아/TOM20 비율과 mtDNA copy number의 감소에도 불구하고 미토콘드리아 기능과 배반포의 질적 능력이 향상되었다. 이것은 우리가 추후 확인한 바와 같이 PARKIN의 증가에 의한 것으로 확인되었다. 종합하면, Bezafibrate는 돼지 난자의 배란 후 노화를 항산화작용과 미토콘드리아 보호를 통하여 억제한다. Bezafibrate, a fibrate drug used as a lipid-lowering agent to treat hyperlipidemia, is a pan-agonist of peroxisome proliferator-activated receptor alpha. It can enhance mitochondrial fatty acid oxidation, oxidative phosphorylation, and mitochondrial biogenesis. After ovulation, oocytes may get arrested at the MII stage until fertilization beyond optimal timing, which is termed as post-ovulatory aging. Post-ovulatory aging is a disease that degrades DNA, mitochondria, and oxidative system, and has a negative impact on embryo development and quality; however, the impact of bezafibrate during this process has not been fully defined. In the present study, we assessed the ability of bezafibrate to prevent the progression of aging in in vitro conditions as well as the underlying mechanisms in pigs. An appropriate concentration (50 μM) of this drug was added, and then oxidative stress, reactive oxygen species downstream, mitochondrial biogenesis, and mitochondrial function were analyzed via immunofluorescence staining and real-time polymerase chain reaction. Bezafibrate significantly alleviated reactive oxygen species and ameliorated glutathione production simultaneously in oocytes and embryos. Moreover, it diminished H2A.X and attenuated CASPASE 3 expression produced by oxidative stress in oocytes and embryos. Furthermore, bezafibrate remarkably improved the mitochondrial function and blastocyst quality as well as markedly reduced the mitochondria/TOM20 ratio and mtDNA copy number. This led to elevated PARKIN levels. Collectively, these results suggest that bezafibrate beneficially affects against porcine post-ovulatory oocyte aging in porcine by its antioxidant property and mitochondrial protection.

Quality Characteristics and Biological Activities of Plant-based Fermented Foods Using Anti-inflammatory Probiotics

Kim, Ga Yun 충북대학교 2022 국내석사

최근 채소식품에 대한 관심이 높아짐에 따라 과일이나 채소를 발효시킨 발효식품이 건강을 생각하는 소비자들에게 큰 관심을 끌고 있다. 이 연구의 목적은 항염증성 프로바이오틱스 전달을 위한 식물성 발효 제품을 개발하는 것이다. 이를 위해 먼저 선행 연구에서 항염 효과가 우수한 Limosilacobacillus reuteri(LBRE14)를 선별하여 배추김치(CK), 나박김치(NK), 백김치(BK) 등 다양한 김치에 적용하였다. 다음으로, 항염증 활성 균주(Limosilactobacillus reuteri LBRE14, L. fermentum LBF16, L. fermentum MG7011, Leuconostoc citreum EFEL2061)를 함유한 발효 케일 주스를 개발하여 이들의 시너지 효과를 분석하였다. 그 결과 발효 7일째에 CK가 적정 pH(4.2~4.5)에 도달한 반면, NK와 BK는 발효 3일째에 적정 pH(3.9~4.2)에 도달하였다. GC/MS 분석결과 모든 김치의 초기발효에 있어서 diallyl disulfide, allyl methyl sulfide와 같은 황화물 휘발성 대사산물이 주성분인 것으로 나타났다. 또한, 히트맵 분석을 통한 휘발성 데이터의 통계적 평가는 LBRE14로 발효된 모든 발효 후 화합물이 CK에서, 에스테르 화합물이 NK에서, 벤젠 화합물이 BK에서 증가함을 보여주었다. 대사산물 분석 결과 김치는 발효 후 탄수화물이 감소하고 알코올과 유기산이 증가하는 것으로 나타났다. LBRE14 균주로 발효시킨 김치에서는 아미노산과 succinate가 공통적으로 증가하였다. 관능평가에서는 LBRE14가 있는 NK가 가장 높은 선호도를 보였으나 유의하지는 않았다. 따라서 LBRE14는 김치의 품질을 크게 변화시키지 않았다. 케일 주스의 경우 모든 균주가 8.5-9 Log CFU/mL에 도달하였고 pH는 72시간 발효 후 pH 4.6-4.7로 감소하였다. 또한 발효 후 kaempferol과 quercetin의 농도가 증가하였고 항산화 활성도 특히 LBRE14와 LBF16에서 향상되었다. 발효 케일 주스는 6.25-12.5 μg/mL 농도 범위 내에서 세포독성을 나타내지 않았으며, LPS로 유도된 RAW 264.7 세포에서 산화질소 생성을 유의하게 감소시켰다. 또한, LPS로 유도된 RAW 264.7 세포에서 LBRE14-KJ 및 LBF16-KJ 처리 후 염증유발 사이토카인 (IL-1ß와 IL-6) mRNA 발현량이 유의하게 감소하였고, 항염증 사이토카인 IL-10이 증가하였다. 결론적으로 LBRE14는 김치를 잘 발효시키고 김치 고유의 맛과 건강한 성분을 촉진시켜 다양한 김치에 적합한 프로바이오틱스 스타터이다. 또한 LBRE14 또는 LBF16로 발효한 케일 주스는 균주의 높은 성장률을 보이고, 플라보놀 함량 증가와 함께, 항산화 및 항염 활성을 나타내어 건강기능성 식물성 발효식품의 스타터로써 잠재력이 있어 식물 기반발효식품산업에서 유용하게 사용될 것으로 사료된다. In recent years, with the growing interest in veganism, fermented products from fruits or vegetables have been gotten considerable attention from health-conscious consumers. The purpose of this study was to develop a plant-based fermented product for delivery of anti-inflammatory probiotic. For this, firstly, Limosilactobacillus reuteri (LBRE14) which has superior anti-inflammatory effect in previous study was selected and applied to various kimchi including Cabbage-kimchi (CK), Nabak-kimchi (NK), and Baek-kimchi (BK). Secondly, fermented kale juices with anti-inflammatory activity strains (Limosilactobacillus reuteri LBRE14, L. fermentum LBF16, L. fermentum MG7011, and Leuconostoc citreum EFEL2061) were developed and their synergistic effects were analyzed. As the results, CK reached proper pH (4.2~4.5) on the 7th day, whereas NK and BK reached their proper pH (3.9~4.2) on 3rd day of fermentation. GC/MS analysis showed that sulfides volatile metabolites such as diallyl disulfide and allyl methyl sulfide were dominant compounds in the initial fermentation of all kimchi. In addition, statistical assessment of the volatile data via heatmap analysis demonstrated that fermented with LBRE14, all compounds after fermentation were increased in CK, ester compounds increased in NK, and benzenes compounds increased in BK. Metabolite analysis results showed, all kimchi samples showed a decrease in carbohydrates and an increase in alcohol and organic acids after fermentation. In kimchi fermented with LBRE14 strain, amino acids and succinate were increased in common. The sensory evaluation test revealed that NK with LBRE14 showed the highest preference, but it was not significant. Thus, LBRE14 did not significantly change the quality of kimchi. In case of kale juice, all strains reached 8.5-9 Log CFU/mL, and pH decreased to 4.6-4.7 after 72 h fermentation. In addition, the concentrations of kaempferol and quercetin were increased after fermentation, and the antioxidant activity was also improved, especially in LBRE14 and LBF16. Fermented kale juice did not show cytotoxicity within the concentration range of 6.25-12.5 μg/mL, and significantly reduced the nitric oxide production in LPS-induced RAW 264.7 cells. Moreover, mRNA expression levels of pro-inflammatory factors were significantly reduced and IL-10, an anti-inflammatory factor, was increased after treatment with LBRE14-KJ and LBF16-KJ in LPS-induced RAW 264.7 cells. In conclusion, LBRE14 is a suitable probiotic starter for various type of kimchi because it fermented kimchi well and promotes the unique taste and healthy compounds of kimchi. Moreover, LBRE14 and LBF16 show a high growth rate in kale juice, increased flavonol content, antioxidant, and anti-inflammatory activity during kale juice fermentation. Taken together, this study demonstrates that LBRE14 and LBF16 have potential as starters for health functional plant-based fermented food.

곡물소재 팽화식품에서 장내유익균의 증진효과 분석 및 공초점 현미경을 이용한 부착능 평가

정명교 충북대학교 2017 국내석사

The purpose of this study was to examine the adhesiveness of beneficial intestinal bacteria to whole-grains using Confocal Scanning Laser Microscopy(CLSM), to prove prebiotic effects of whole–grains, and to develop prebiotic puffed snacks with this whole-grains. CLSM has been used to observe adhesiveness of Lactobacillus acidophillus that belongs to beneficial intestinal bacteria to whole-grain powders using optical sectioning techniques. We selected Lactobacillus acidophillus, Lactobacillus delbrueckii subsp. lactis, Streptococcus salivarius subsp. thermophilus, and Bifidobacterium bifidum for prebiotic effect test. The enhanced effects on the growth beneficial intestinal bacteria with hot water grain extract were verified using indirect count method. Finally, we produced a puffed snack with prebiotic effect and evaluated quality by checking chromaticity, degree of hardness, a sensory test. As a result, L. acidophilus showed adhesive ability to whole–grain powders and significantly improved growth of selected beneficial intestinal bacteria were verified. The Hunter L value of developed puffed snack increased when seasoning was added. The hardness levels of the puffed snack with seasoning was higher than control. The results of a sensory evaluation revealed that the puffed snack with seasoning was highly rated in overall preference compared with the control.