Bioconversion of Red Ginseng Extract Using Kimchi Lactic Acid Bacteria and Development of Functional Dairy Products Fortified with Red Ginseng Extract

정지은 건국대학교 대학원 2017 국내박사

우리나라는 경제 성장과 함께 고령사회로 진입하여 건강에 대한 관심이 높아지고 있다. 식품으로도 질병의 예방이 가능하다는 인식이 확산되고 있어, 건강 관련 제품의 수요가 급증하고 있다. 특히, 인삼과 홍삼은 국내·외 건강 기능식품 중 높은 수요를 나타내고 있으며, 한국에서는 인삼과 홍삼을 농축액, 차, 캔디, 음료 등의 다양한 가공 제품으로 개발하고 있다. 인삼과 홍삼은 한국, 중국, 일본 등의 아시아지역에서 예로부터 약용식품으로 이용되어 왔으며, 식품 내 존재하는 산성 다당체, 폴리아세틸렌, 사포닌 등의 약리성분으로 인하여 항암, 항산화, 항비만, 항바이러스 등의 다양한 약리효과를 나타내고 있다. 사포닌은 진세노사이드라고도 불리며, TLC, HPLC, GC 등을 통해 50가지 이상의 진세노사이드가 확인되었다. 진세노사이드는 dammarane과 oleanane 구조를 가지며, dammarane구조에는 PPD, PPT, ocotillol 형태로 분류되며, oleanane구조에는 oleanolic acid 형태가 포함된다. PPD에는 Rb1, Rd, Rg3, Rh2, F2, compound K가 있으며, PPT에는 Re, Rf, Rg1, Rh1, F1이, ocotillol에는 pseudoginsenoside F11, oleanolic acid에는 Ro가 포함된다. 진세노사이드는 그 종류에 따라 항산화, 항염, 항알러지, 신경세포 보호 등의 다양한 약리효과를 나타내고 있다. 풍부한 영양소를 지니며 완전 식품으로 알려진 우유는 요구르트, 치즈, 버터, 크림 등 다양한 형태로 가공되어 수요되고 있다. 고칼슘, 고단백, 저지방, 락토 프리 등의 우유의 영양소를 조절한 제품과, 프로바이오틱스, DHA, 글루코사민 등의 기능성 소재를 첨가한 제품들이 개발되고 있다. 현재, 대표적인 기능성 소재인 인삼과 홍삼을 첨가한 우유와 요구르트, 치즈에 대한 연구가 진행되고 있으며, 다양한 농도와 starter culture로 제조한 인삼과 홍삼 유제품의 이화학적 특성과 관능검사 및 항산화, 항콜레스테롤 효과와 같은 기능성을 측정한 연구들이 보고되었다. 따라서, 본 연구에서는 김치 유래 유산균을 이용하여 발효한 홍삼농축액 내 진세노사이드의 생물전환과 기능성을 확인하였으며, 다양한 농도의 홍삼농축액을 첨가한 우유와 요구르트의 이화학적 특성과 항산화 효과 측정을 통해 기능성 유제품을 개발하고자 하였다. 첫째, 김치 유산균인 Lactobacillus plantarum KCCM 11613P로 발효한 홍삼농축액 내 진세노사이드의 변화와 항산화 효과를 검증하였다. 발효 홍삼농축액 내 총 폴리페놀 함량과 진세노사이드를 측정한 결과, 발효 전에 비해 총 폴리페놀 함량은 증가하였으며, 진세노사이드 Rb2와 Rb3는 진세노사이드 Rd로 전환되는 것을 확인할 수 있었다. 라디컬 소거능, 환원능, 지질산패억제능 등의 다양한 메커니즘을 이용한 항산화 효과를 검증하였다. 낮은 pH로 인하여 라디컬 소거능과 환원능은 발효 전에 비해 발효 후 감소하는 경향을 관찰하였다. 하지만, 진세노사이드 Rd와 증가된 총 폴리페놀로 인하여 우수한 지질산패 억제능을 확인할 수 있었다. 둘째, 다양한 농도의 홍삼농축액을 강화한 우유의 이화학적 특성 및 관능검사, 항산화 효과를 검증하였다. 홍삼농축액 농도가 증가함에 따라 유의적으로 유당 함량과 총 고형분 함량, 적정산도, 색도의 a값과 b값이 증가하는 경향과, pH와 색도의 L값이 감소하는 경향을 관찰하였다. 관능검사는 다양한 농도의 홍삼농축액을 강화한 우유와 2% 홍삼농축액과 감미료를 첨가한 우유를 이용하여 관능검사를 진행하였다. 홍삼농축액이 증가함에 따라 홍삼의 향과 맛이 증가하는 경향을 관찰하였다. 2% 홍삼농축액을 강화한 우유에 cyclodextrin과 올리고당 등의 감미료 첨가와 살균 처리 순서를 달리한 제품을 이용하여 관능검사를 실시하였다. 감미료를 첨가한 2% 홍삼우유의 살균 처리를 마지막으로 한 경우, 패널들의 선호도가 높아지는 것을 관찰하였다. 라디컬 소거능과 지질산패억제능을 통한 홍삼우유의 항산화 효과를 검증하였다. 홍삼농축액의 농도가 증가할수록 유의적으로 항산화 효과가 증가하는 것을 관찰하였다. 셋째, 다양한 농도의 홍삼농축액을 강화한 요구르트의 이화학적 특성 및 항산화 효과를 검증하였다. 홍삼우유의 Lactobacillus acidophilus와 Streptococcus thermophilus를 접종하여 홍삼요구르트를 제조하였다. 홍삼농축액 첨가로 인하여 일반 요구르트보다 먼저 pH 4.5에 도달하였으며, S. thermophilus의 균수가 증가하는 것을 관찰하였다. 홍삼농축액이 증가함에 따라, 유당 함량과, 단백질 함량, 총고형분 함량, 회분 함량, 색도의 a값과 b값이 증가하였으며, 지방 함량과 수분 함량, 색도의 L값은 감소하였다. 홍삼농축액 내 영양성분으로 인하여 일반성분이 증가하는 것으로 사료되며, 요구르트 발효 과정 중 향미 성분으로의 전환으로 지방 함량이 감소되는 것으로 사료된다. 31일 저장 기간 동안 pH와 적정산도, L. acidophilus, S. thermophilus의 균수를 측정하였으며, 31일 동안 큰 변화가 관찰되지 않았다. 이를 통해 홍삼요구르트의 우수한 냉장 보존성이 확인되었다. 라디컬 소거능과 지질산패억제능을 통해 항산화 효과를 측정한 결과, 홍삼요구르트가 일반 요구르트보다 유의적으로 항산화 효과가 증가하였으며, 저장 31일 동안 우수한 항산화능을 관찰하였다. 본 연구를 통해 L. plantarum KCCM 11613P의 홍삼 내 ginsenoside 생물전환과 항산화 효과를 검증하였으며, 식품 소재로서의 가능성을 확인하였다. 또한, 홍삼우유와 홍삼요구르트에 대한 이화학적 특성 및 항산화 효과를 통해 기능성 유제품으로서의 가능성을 확인하였다. Korean ginseng and red ginseng have been used in traditional medicinal plant in East Asia countries including Korea, China, and Japan and have pharmacological activities such as anticancer, antioxidant, antiobesitic, and antiviral effects because of acidic polysaccharides, polyacetylenes, saponin. Saponin which called ginsenosides has been identified more than 50 ginsenosides using TLC, HPLC, and GC. Ginsenosides are divided dammarane and oleanane types. The dammarane type includes PPD (Rb1, Rd, Rg3, Rh2, F2, and compound K), PPT (Re, Rf, Rg1, Rh1, and F1), and ocotillol type (pseudoginsenoside F11), and oleanane type includes oleanolic acid (Ro). Ginsenosides have diverse pharmaceutical effects including antioxidant, anti-inflammatory, anti-allergy, and neuroprotective effects. Milk which has rich nutrients is processed diverse types including yogurt, cheese, butter, and cream. Dairy products have been developed products fortified with controlled nutrients such as high-calcium, high-protein, low-fat, and lactose-free, and products fortified with functional materials such as probiotics, DHA, and glucosamine. Previous studies reported that milk, yogurt, and cheese fortified with ginseng and red ginseng were investigated physicochemical properties, sensory evaluation, and functionalities such as antioxidant and anti-cholesterol effects. Therefore, we purposed the bioconversion of ginsenosides in red ginseng extract using Lactobacillus plantarum KCCM 11613P for improvement of functionality and development of functional dairy products fortified with red ginseng extract. First, the bioconversion of ginsenosides in red ginseng extract using Lactobacillus plantarum KCCM 11613P and antioxidant effects were examined. Red ginseng extract broth was inoculated L. plantarum KCCM 11613P and incubated for 24 h. At 16 h, ginsenosides Rb2 and Rb3 were transformed to ginsenoside Rd and total phenolic content was increased. Fermented red ginseng extract decreased DPPH radical scavenging activity because fermentation neutralized free DPPH radicals either by hydrogen atom or by direct reduction through electron transfer. However, fermented red ginseng extract improved the inhibition of the β-carotene and linoleic acid oxidation and the lipid peroxidation because of total phenolics and ginsenoside Rd. Second, milk fortified with red ginseng extract (0.5, 1, 1.5, and 2%) was developed and physicochemical properties such as components, color, pH, titratable acidity, and sensory evaluation, and antioxidant effects were investigated. In milk fortified with red ginseng extract, lactose content, total solids content, titratable acidity, and a and b value increased, whereas pH and L value decreased in proportion to concentration of red ginseng extract. The palatability was evaluated by sensory test and safety of milk products was determined by pH, titratable acidity, and standard plate count for 31 days. Milk products fortified with red ginseng extract had great DPPH radical scavenging activity and inhibited ability of lipid oxidation. Third, yogurt fortified with red ginseng extract (0.5, 1, 1.5, and 2%) was developed and physicochemical properties such as components, color, pH, titratable acidity, and viable cells, and antioxidant effects were investigated. In yogurt fortified with red ginseng extract, lactose, protein, total solids, and ash content increased because of red ginseng extract composition, but lipid and moisture content decreased because fat changed to flavor compounds. The decrease of L value and increase of a and b value were influenced by concentration of red ginseng extract. The safety of yogurts was evaluated by pH, titratable acidity, and lactic acid bacteria counts during storage at 4ºC. Yogurts fortified with red ginseng extract had great DPPH radical scavenging activity and inhibited ability of lipid oxidation for 31 days. According to these results, addition of red ginseng extract improved antioxidant activity via bioconversion and developed functional dairy products through determination of physicochemical properties and antioxidant effects.

홍삼농축액의 미세캡슐 제조 및 저장 중 안정성에 관한 연구

정보영 세종대학교 일반대학원 2010 국내석사

최근 웰빙(Well-being)에 대한 관심이 높아져서 건강기능식품의 수요가 증가하고 있는 추세이며 특히, 홍삼에 관하여 많은 관심을 가지고 있다. 홍삼 농축액은 수삼을 증기 또는 기타의 방법으로 쪄서 익혀 말린 홍삼을 물이나 주정 또는 물과 주정을 혼합한 용매로 추출 여과한 가용성 홍삼성분을 그대로 농축시켜 60 °brix의 점도성이 강한 고순도 제품으로 유효성분이 풍부하여 적은 양으로도 홍삼의 기능을 기대할 수 있어 수요가 증가하는 추세이다. 그러나 홍삼농축액이 수용성이기 때문에 식품가공 중 유지를 첨가 배합하여 균일한 상태로 유화시키기 어렵고 또한 점조성이 강하여 취급과 복용방법이 어렵다는 한계점을 가지고 있다. 따라서 홍삼농축액을 미세캡슐 기술을 통해 분말화시켜 복용과 휴대 편리성 등 취급을 간편하게 하고 식품가공 중 사용이 용이하도록 유제를 이용하는 방법과 효모세포벽을 이용하는 방법으로 미세캡슐을 제조하였다. 친수성인 홍삼농축액을 효과적으로 포집시키기 위해 W/O/W형 유제의 최적조건을 확립하기 해서 안정한 유제의 비율을 찾고 7가지의 HLB값이 다른 유화제와 4종류의 코팅물질의 농도를 달리하여 최적조건에서 높은 포집률의 미세캡슐을 제조할 수 있었고 반응표면분석법(Response Surface Methodology)을 이용하여 효모세포벽의 포집 최적조건을 확립하여 높은 포집률을 가지는 미세캡슐을 제조할 수 있었다. 미세캡슐 제조한 후 분무건건조를 통하여 미세캡슐분말을 제조하여 수분함량, 흡습성, 크기 등의 특성을 살펴보고 저장 중 안정성에 대해 조사하기 위하여 ginsenoside의 함량 변화를 살펴본 결과, 효모세포벽을 이용하여 제조한 미세캡슐분말의 경우에는 panaxatriol계 사포닌은 증가하였고 panaxadiol계 사포닌의 함량이 감소하여 제조과정 중의 열처리에 의하여 사포닌 분자내의 당이 분해되었다고 생각되었다. 또한 인공위장과 인공소장조건에서의 홍삼농축액의 방출량을 살펴 본 결과, 위장조건에서는 캡슐이 안정적이었고 생체 내의 흡수 부위인 소장에서는 유출되어 효과적인 방출특성을 보였다. 이로써 홍삼농축액의 문제점으로 인식되었던 높은 점조성과 가공중의 유지를 첨가하여 균일하게 배합하기가 어려운 문제를 해결함으로써 향후 제품의 개선 및 다양한 분야에서의 확대 적용이 가능하다. Korean red ginseng extract has been credited with performing several health-promoting functions, such as prevention of cardiovascular diseases, cancers and diabetes. Korean red ginseng extract is difficult to handle and take because of its high viscosity and stickiness. It is also difficult to uniformly emulsify and maintain the homogenized condition with addition of oil due to water soluble characteristics. Therefore, the objectives of this study were to determine the optimum conditions for water in oil in water (W/O/W) emulsions and for yeast cell encapsulation using the response surface methodology, and to study the stability of the microcapsules during storage after spray drying. Also, the bioavailability of the extract released form microcapsules was measured in vitro under gastric and intestinal conditions. As a result of experiment to determine the optimum condition of W/O emulsion microencapsulation of Korean red ginseng extract, the maximum yield (94%) was achieved at 4:6 ratio of water to oil and 2% of primary emulsifier of polyglycerol polyricinoleate (HLB 0.6). The maximum yield (93.5%) of W/O/W emulsion was obtained at 3:7 ratio of W/O emulsion to outer water covering material (10% arabic gum) and 2% of secondary emulsifier of polyethylene sorbitan monolaurate (Tween 20). A 40% concentration of Korean red ginseng extract was the optimal level for micro encapsulation(85.6%). In the case of yeast cell encapsulation, the optimum conditions were 60℃ of temperature, 18% concentration of yeast cell and 3:1 ratio of yeast cell to Korean red ginseng extract. Scanning electron microscopy of the micro-capsules prepared by spray drying showed that the morphology was almost spherical forms and the size of the microcapsules was 4~15㎛. The sorption characteristics of the microcapsules evaluated at relative humidities below RH 67% revealed that the sorption equilibrium was easily achieved, whereas at higher relative humidities values over 67%, moisture continuously increased in storage time. The equilibrium moisture contents of the microcapsules prepared by W/O/W emulsion and yeast cell wall were 22%, 20%, respectively, after storage at RH 80%. The microcapsule were incubated under stomach and small intestine conditions and the release characteristics of Korean red ginseng extract were evaluated. The release of saponin from the microcapsules prepared using W/O/W emulsion and yeast cell wall under stomach condition was 22%, 26.7%, respectively and under small intestine condition were 72%, 78% within 60 min., respectively. Content of panaxatriol saponin increased while content of panaxadiol saponin decreased as a result of investigation about content of ginsenoside in microcapsules which is prepared by W/O/W emulsion and yeast cell wall during storage for 2 weeks at 50℃. In case of microcapules prepared by yeast cell wall, the change in content of ginsenoside is larger because saponin became to prosapogenin by long time heat treatment. The present study indicates that the microcapsules of Korean red ginseng extract prepared by the W/O/W emulsion and yeast cell wall were stable during storage at 80% relative humidity and the microcapsules can be released in small intestine condition. Therefore, this study suggests that the microcapsules of Korean red ginseng extract can be useful for the convenient portability and internal use.

Evaluation of physicochemical and sensory properties of Queso Blanco cheese containing functional materials during storage

정현주 세종대학교 대학원 2015 국내석사

This study was carried out to examine physicochemical and sensory properties of various concentrations (0.5, 1.0, 1.5, and 2.0%) of powdered microcapsules of tomato extracts (PMT) and various concentrations (0.3, 0.6, 0.9, and 1.2%) of red ginseng hydrolyzates (RGH)-added Queso Blanco cheeses(QC) during storage at 7℃ for 60 days. Firstly, to determine the properties of PMTQC, proximate analysis, pH, lycopene contents, lactic acid bacteria (LAB) counts, short-chain fatty acid (SCFA), color, texture, and sensory analysis were measured. In result, the chemical composition was not influenced from addition of PMT compared to the control. Value of pH was lower when PMT concentration was above 1%. Content of lycopene in PMTQC was significantly increased by PMT concentration (p<0.05). LAB was increased during the storage and significantly decreased by concentration of PMT (p<0.05). The addition of PMT was not significantly influenced to SCFA during storage period (p>0.05). In color, the L* value decreased with increasing storage period and the concentration of PMT. The a* value was increased by concentration of PMT. In b* value, the value increased with concentration of PMT and the storage period. In texture analysis, hardness, gumminess, and chewiness increased during the storage. In appearance, yellowness was higher in PMTQC than that of control during 60 days. In flavor and taste, sourness, astringency, and tomato were higher than those of control due to the unique flavor and taste. In texture, firmness, and crumbliness scores increased with increasing concentrations of PMT. In conclusion, 1.0% concentration of PMT in the cheese was preferred to be the functional cheese. Secondly, the analyses measured were chemical composition, ginsenoside content, lactic acid bacteria (LAB), short-chain fatty acid, color, texture, and sensory evaluation in RGHQC. In the results, moisture, fat, protein, and ash did not influence from the addition of RGH. The amount of ginsenoside significantly increased by the concentration of RGH (p<0.05). The LAB number of RGHQC decreased with the concentration of RGH during the storage. In the short-chain fatty acid analysis during the storage, the total production was steadily increased in all the samples. In color, L* value was decreased and a* and b* values increased during the storage in all the samples. The concentration of RGH in cheese affected the increase of lightness, redness, and yellowness. In texture analysis, the hardness of RGHQC slightly increased compared to the control during the storage. Cohesiveness, springiness, gumminess, and chewiness also increased in all the samples. In sensory evaluation, amount of RGH influenced the increasing browness during storage but there was no significant difference (p>0.05). Ginseng flavor score also significantly increased with the concentration of RGH during storage (p<0.05). In firmness and crumbliness, 1.2% RGHQC had the highest score among the samples. Based on the results obtained, the additions of RGH into cheese did not influence to the properties of Queso Blanco cheese, and similarities were observed from RGHQC. In conclusion, 0.6% concentration of RGH in the cheeses were preferred and expected the possibility of functional cheese.

Inhibitory effects of Korean Red Ginseng extract on chronic stress-induced mood disorders and methamphetamine-induced addictive behaviors in rodents

Lee, Boram Sungkyunkwan university 2020 국내박사

Social stress and drug addiction are major risk factors worldwide as destroying social and public health. However, there is little study regarding the effects of Korean red ginseng in these issues. I used two models to investigate the inhibitory effects of Korean red ginseng extract (RGE) on stress-induced emotional behaviors and methamphetamine (METH)-induced addictive behaviors; (1) chronic social defeat stress (CSDS) model based on social conflict, (2) a key addictive animal model mimicking the human drug-used pattern, self-administration (SA) and conditioned place preference (CPP). First, to evaluate the effect of REG on social defeat stress, test mice were exposed in the resident aggressor's home cage compartment for 14 days beginning 1 h after RGE treatment (10, 20, and 40 mg/kg, per oral). The results showed that CSDS induced anxiety-like behaviors and led to social avoidance behavior with enhanced N-methyl-D-aspartate receptor 1(NR1), NR2A, and NR2B expression in the hippocampus. RGE 20 and 40 mg/kg ameliorated anxiety-like activities and RGE 20 mg/kg alleviated social avoidance by decreasing time in the corner zone. RGE treatment also recovered CSDS-induced NR1, NR2A, and NR2B protein levels in the hippocampus. Secondly, in METH-induced addictive model, I found that treatment with RGE 20 mg/kg and 40 mg/kg significantly reduced METH-induced SA on a fixed-ratio 1 schedule of reinforcement. In addition, treatment with RGE 40 mg/kg not only decreased a progressive ratio schedule of reinforcement, but also inhibited METH-priming reinstatement. In the CPP model, treatment with 20 mg/kg significantly prevented the development of METH-induced CPP. Moreover, RGE 20 mg/kg significantly shortened the withdrawal period, and inhibited the reinstatement induced by METH when RGE was repeatedly administered during the withdrawal period (9 days). RGE treatment ameliorated METH-induced overexpression of dopamine transmission and NMDAR-related proteins with regulation of ERK activation in nucleus accumbens. In conclusion, this study indicates that RGE has a therapeutic effect on CSDS-induced mood disorder and METH-induced addictive behaviors. 스트레스와 약물 중독은 전세계적으로 사회 및 공중 보건을 파괴하는 주요 위험 요소이다. 그러나, 이러한 이슈들에 고려 홍삼이 미치는 효과에 대한 연구는 거의 이루어 지지 않았다. 본 실험에서 고려 홍삼 추출물이 스트레스로 인한 정서장애 행동과 메스암페타민 유도 중독 행동에 미치는 효과를 확인하기 위해 다음과 같은 2가지 동물 모델을 사용하였다; (1) 인간의 사회적 갈등에 기반한 만성 사회적 패배 스트레스 모델, (2) 인간의 약물 사용 패턴을 모방한 핵심 중독 동물 모델인 약물 자가 투여 시험 및 조건 장소 선호도 시험. 첫째로, 사회적 패배 스트레스 모델에 대한 고려 홍삼 추출물의 효과를 평가하기 위해, 14일간 시험 마우스에게 고려 홍삼 추출물을 경구 투여한 뒤, 공격용 마우스 케이지에 넣고 최대 10분간 직접적인 스트레스에 노출시켰다. 그 결과, 사회적 패배 스트레스는 불안장애와 사회적 회피 행동을 유발시켰으며, 동시에 뇌 내 해마에서 NMDA 수용체1, 2A, 2B의 발현량을 증가시켰다. 고려 홍삼 추출물은 스트레스로 유도된 불안 장애를 개선하고, 코너 구역에서 머무르는 시간 및 움직임의 증가 등 스트레스로 인한 사회적 회피 행동을 완화시켰다. 또한, 뇌 내 해마에서 증가한 NMDA 수용체 단백질의 발현량을 원래 수준으로 다시 회복시켰음을 확인하였다. 다음으로, 메스암페타민 유도 중독 행동 실험을 진행하였다. 그 결과, 약물 강화 효과 측정을 위한 fixed ratio 1 스케줄에서 고려 홍삼 추출물이 메스암페타민의 자가 투여를 유의적으로 감소시키는 것을 발견하였다. 더불어, progressive ratio 스케줄에서 메스암페타민의 자가 투여를 감소시켰을 뿐 만 아니라, 장기간 약물 투여 중단 이후 보이는 메스암페타민 재발을 억제하였다. 조건 장소 선호도 시험에서 고려 홍삼 추출물은 유의적으로 메스암페타민에 대한 선호도 형성을 억제하였다. 또한, 약물 중단 9일 동안 반복적으로 고려 홍삼 추출물을 투여하자, 금단 증상 단축 및 메스암페타민 철회 이후 재발을 유의적으로 억제하는 것을 확인할 수 있었다. 웨스턴 블랏을 이용한 분자적 실험을 통해 메스암페타민 재발을 경험한 마우스의 뇌 내 중격측좌핵에서 도파민 수용체 1의 발현 및 이로 인한 NMDA 수용체 발현량 증가, 더불어 세포 내 ERK 인산화 과정이 모두 변화한 것을 알 수 있었다. 하지만 고려 홍삼 추출물은 이러한 기능 이상을 개선시켰다. 위와 같은 결과를 모두 종합해보았을 때, 본 연구는 고려 홍삼 추출물이 만성 사회적 패배 스트레스 유도 정서 장애 및 메스암페타민 유발 중독 행동에 대하여 치료 및 예방 효과를 지닌 치료제가 될 수 있음을 시사한다.

Development of Penetration Method of Red Ginseng Extract into Egg by Removal of Cuticle Layer

차승현 충북대학교 2017 국내석사

As the interest in health has increased, studies on health functional foods have been actively conducted domestically and internationally. Especially, there is a growing interest in research for improving the value added by promoting the palatability and functional effects of eggs with high nutritional value. So far, the techniques of egg penetration have been as a method of indirect penetration, which changes the feed composition of the laying hens and produces eggs by ingestion. These methods have a problem in that a large quantity of the amount of the feed additive ingredient required for egg production through laying eggs is consumed and the time is long. On the other hand, the direct penetration method can quickly infiltrate the target component into the egg, thereby solving the difficulties of the indirect penetration method. However, since the direct penetration method that has been studied so far is mainly a way of penetration of functional ingredients with low molecular weight, it is necessary to do research on direct penetration methods for penetration of functional ingredients with high molecular weight such as saponin. The reason why an ingredient with high molecular weight cannot infiltrate directly into the egg is that the cuticle layer, which is the outermost protective layer, exists on the egg shell surface to block pores. Therefore, this research identified penetration efficiency according to concentration and soaking time of red ginseng extract and the penetration efficiency of red ginseng extracts, especially saponin through removing the cuticle layer by soaking it in red ginseng extract, and analyzed the quality of eggs penetration with red ginseng extract after removing the cuticle layer present the egg shell with acid. This research attempted to confirm the possibility of red ginseng extract penetration into the eggs through the removal of the cuticle layer, and to develop a new penetration method into egg. In the NAT case, green fluorescence on egg shell appeared well, because the cuticle layer was distributed on the egg shell surface and stained with FITC. After 1 and 2 hours of acid treatment(1HAT and 2HAT), the green fluorescence distribution and fluorescence intensity decreased, because the cuticle layer was gradually removed by acid. therefore, it is confirmed that the cuticle layer on egg shell surface was removed by acid treatment. the penetration of saponin into the egg was increased for longer acid treatment times, higher concentrations of red ginseng extract, and longer soaking times. in the quality evaluation, the pH of the egg white tended to decrease for longer acid treatment times, higher red ginseng extract concentrations, and longer soaking time. And the chromaticity of the egg white tended to decrease L value and to increase b value for longer acid treatment times, higher concentrations of red ginseng extract, and longer soaking time. Consequentially, the red ginseng extract penetrated further into the egg with a removed cuticle layer than an egg with an intact cuticle layer. Therefore, this research suggests removing the cuticle layer on the surface of an egg is a useful method to improve the penetration efficiency of functional compounds into the egg.

홍삼추출물 탑재 나노튜브 미니 임플란트의 골형성 평가

강명훈 전북대학교 일반대학원 2019 국내박사

One of the reasons for the failure of dental implants is due to the low adhesion of bone cells to the implant surface. To solve this problem, various surface treatments are being carried out on the titanium-based implants to improve osteogenesis. TiO2 nanotube layer formed on titanium can improve the active reaction between bone cell and material surface, and be used for drug delivery of titanium dental implant. Many researches on surface treatments using natural extracts are being conducted since medical substances derived from natural products are much safer than synthetic medicine. Among the natural drugs to be loaded in TiO2 nanotube layer on titanium, red ginseng selected for this study has anti-inflammatory, anti-aging, anti-bacterial and immune-enhancing properties. In this study, nanotubes were formed on the surface of titanium which is an implant material, and then red ginseng extracts were loaded into the nanotubes to examine their biological and physical properties and to identify osteogenesis in rat model. The contact angle was reduced, and the proliferation and differentiation of osteoblast cells were increased on the specimen treated by loading red ginseng extract into TiO2 nanotube compared to the pure titanium and TiO2 nanotube formed specimens. A Sprague Dawley rat mandibular model was used to evaluate the effect fo the surface treatment on the osteogenesis. From micro CT and H&E histological results after implantation at 1-4 weeks to rat mandibular, newly formed bone volume and mineral density were much greater on the implant treated by loading red ginseng extract into TiO2 nanotubes when compared to the implants on which nonotube layer was formed. The Masson’s trichrome staining showed better collagenous expression for bone formation on the implant treated by loading red ginseng extract into TiO2 nanotubes. Immunohistochemistry staining indicated that the expression of bone morphogenetic proteins (BMP-2 and BMP-7) for collagen fibers and osteogenic differentiation increased on the implant treated by loading red ginseng extract into TiO2 nanotubes. In conclusion, osteogenesis of titanium implant was enhanced by loading red ginseng extract into TiO2 nanotubes. Thus, the surface treatment using red ginseng extract is useful for the application of dental titanium implants.

Dietary Red Ginseng Extracts Augment Immune Response via Activation of Feline PBMCs Proliferation

박성용 건국대학교 대학원 2024 국내석사

Recently, the pet market in companion animals has grown and interest for appropriate health supplements to enhance the immunity of pets has been increased. Red ginseng has been employed in traditional oriental medicine for centuries to boost human immunity. This study aims to investigate the immune-enhancing effects of Red Ginseng Extracts in cats. Red Ginseng Extracts was orally administered to 15 healthy cats during 6-week experimental period and blood collection and testing were conducted every 3 weeks. Subsequently, feline peripheral blood mononuclear cells (fPBMCs) from blood samples were stimulated using interleukin-2 (IL-2) or Concanavalin A (ConA) to evaluate the proliferation rate. Additionally, Levels of total IgG, immune-regulatory cytokines (IL-1β, TNF-α, and IFN-γ), the activity of superoxide dismutase (SOD), and malondialdehyde (MDA) were assessed in blood samples. The proliferation assay revealed that Red Ginseng Extracts administration led to an increased proliferation rate of fPBMC at week 6 when compared to that at the starting week before administration. However, there were no significant changes in cytokine concentrations, MDA levels, and SOD activity. Results of hematology and serum biochemical profiles indicated that Red Ginseng Extracts did not induce adverse effects during the experiment period. In conclusion, Red Ginseng Extracts administration activated fPBMC proliferation without causing adverse effects, suggesting its potential as an efficacious health supplement for improving immunity in cats. 반려동물 시장이 성장함에 따라 반려동물의 건강보조제에 대한 관심 또한 높아지고 있다. 특히나 사람에서 많이 사용되는 인삼 등의 한의학에 기초를 둔 홍삼 등의 한약재를 이용한 반려동물 건강보조제들이 출시되고 있다. 홍 삼은 아시아에서 오랜 기간동안 대체의약품으로 인체 면역력 향상을 위해 사용되었다. 본 연구는 고양이에서 홍삼 추출물을 고양이에 투여하여 홍삼의 고양이에서 면역증강 효과를 조사하는 것을 목적으로 한다. 이를 위해, 홍삼 추출물을 6주 동안 15마리의 건강한 고양이에게 경구 투여하였다. 투여한 고양이에서 투여 전, 투여 후 3주, 투여 후 6주에 3주간격으로 혈액샘플을 수집하고 혈액화학 검사와 면역관련 실험들을 시험하였다. 혈액 샘플로부터 고양이 말초혈액 단핵세포를 IL-2 또는 Concanavalin A (ConA)로 자극하여 증식률을 비교 분석하였고, 혈액 샘플에서 IgG와, 면역 조절 사이토카인 및 Malondialdehyde(MDA) 및 Superoxide dismutase(SOD)의 활성을 측정 하였다. 실험 결과 홍삼 추출물을 6주간 급여한 이후 fPBMC가 증가가 확인되어 면역기능의 향상을 간접적으로 확인할 수 있었다. 하지만 활성산소와 관련된 MDA 수치, SOD 수치는 유의적인 변화가 없었다. 한편 실험 중 임상증상 및 혈액화학검사에서 통계적으로 유의미한 부작용을 보이지 않았다. 따라서, 본 연구의 결과를 통해 홍삼의 복용이 다양한 면역세포로 구성된 fPBMC 활성을 통해 고양이의 면역기능향상을 기대해볼 수 있다고 결론 내 렸다.

Effects of red ginseng extract on the expression of drug metabolizing enzymes (Cyp3a) and transporters (Mrp2) and related pharmacokinetic consequences : 홍삼 추출물이 약물 대사 효소 (Cyp3a)와 수송체(Mrp2)의 발현 및 관련 약물동태학적 결과에 미치는 영향

이소원 경북대학교 대학원 2019 국내석사

만성 질환 환자가 가장 흔히 사용하는 홍삼 추출물을 약물의 상호작용 약물로 선정되었습니다. 본 연구의 목적은 홍삼추출물이 약물 대사 효소 (Cyp3a)와 수송체 (Mrp2)의 발현에 미치는 영향을 조사하고 대표적인 기질 약물의 약물동태학적 결과를 조사하였다. 연구 방법: 홍삼 추출물이 약물 대사 효소 (Cyp3a)와 수송체 (Mrp2)의 발현 변화에 미치는 영향을 확인하기 위해 수컷SD Rat에 대조군, 홍삼 추출물 (1.5g / kg / day)의 단회 투여군, 일주간 반복 된 경구투여군으로 나누었다. RT-qPCR과 Western blot을 이용하여 수컷SD Rat의 간과 장에서 얻은 RNA와 단백질 샘플을 사용하여 실험을 진행하였다. 또한 먼저 Cyp3a 기질인 니페디핀의 경구 투여 (0.5 mg / kg)와 정맥 투여 (0.2 mg / kg) 투여 후 니페디핀과 대사 산물인 디하이드로 니페디핀의 약물동태학적 변화를 조사하였다. 다음으로는 메토트렉세이트 (3 mg / kg)의 정맥 투여 후 Mrp2 기질인 메토트렉세이트의 약물 동태 학적 변화를 조사 하였다. 결과: RT-qPCR 및 Western blot 분석 결과 간에서 Cyp3a의 mRNA와 단백질의 수준에는 유의 한 변화가 없었으나 홍삼추출물의 반복 된 경구 투여에 의해 장내 Cyp3a가 유의하게 감소 함을 확인 하였다. 간에서의 Mrp2 mRNA와 단백질 발현의 수준은 홍삼추출물의 반복 된 경구 투여에 의해 유의하게 감소되었다. 약물 동태 학 연구에서 니페디핀 정맥 투여 후 니페디핀과 디하이드로 니페디핀의 혈장 농도에는 유의 한 차이가 없었다. 그러나 니페디핀 경구 투여 후 대조군에 비해 홍삼 추출물 일주 반복군에서 디하이드로 니페디핀의 혈장 농도와 대사율이 유의하게 감소 하였다. 결과는 Cyp3a에 의한 니페디핀의 장내 대사 감소가 니페디핀 대사 산물의 감소 된 AUC 및 대사율에 기인 할 수 있음을 시사한다. Mr의 대표기질인 메토트렉세이트는 대조군에 비해 반복적 인 홍삼 추출물 일주군에서 감소하였고, 반복적 인 RGE 군에서 메토트렉세이트의 혈장 농도가 약간 증가하여 Mrp2의 발현 감소와 일치 하였다. 결론: RGE와 Cyp3a 및 Mrp2 기질 약물 인 니페디핀과 메토트렉세이트 사이의 약동학 약물 - 약물 상호 작용은 간장의 Cyp3a와 간에서의 Mrp2의 mRNA와 단백질 수준 감소로 부터 확인 할 수 있다. Purpose: Red ginseng extract (RGE), which is the most commonly used product by chronic disease patients, was selected as a perpetrator. Therefore, the purpose of this study was to investigate the effect of RGE on the expression of drug metabolizing enzymes (Cyp3a) and transporters (Mrp2) and to investigate the pharmacokinetic and elimination consequence of representative substrate drugs. Methods: In order to verify the effect of RGE on the expressional change of drug metabolizing enzymes (Cyp3a) and transporters (Mrp2), we performed RT-qPCR and Western blot analysis using the RNAs and protein lysates from rat intestine and liver samples of male SD rats as a control, single administration, and 1week-repeated PO administration groups of RGE (1.5g/kg/day).We also investigated the pharmacokinetic change of Cyp3a substrate, nifedipine and its metabolite (dehydro-nifedipine) following IV administration (0.2 mg/kg) and PO administration (0.5 mg/kg) of Nifedipine to the rats and investigated the pharmacokinetic change of Mrp2 substrate, methotrexate, following IV administration of methotrexate (3 mg/kg) to the rats. Results: The RT-qPCR and Western blot analysis confirmed that there was no significant change in the levels of Cyp3a mRNA and protein in the liver but intestinal Cyp3a decreased significantly by the repeated PO administration of RGE. The levels of Mrp2 mRNA and protein expression in the liver was also significantly decreased by the repeated PO administration of RGE. In the pharmacokinetic study, there was no significant difference in plasma concentrations of nifedipine and dehydro-nifedipine following IV administration of nifedipine. However, the plasma concentration of dehydro-nifidipine and metabolic ratio was significantly decreased in the RGE multiple administration group compared with the control group following PO administration of nifedipine. The results suggested that decreased intestinal metabolism of nifedipine by Cyp3a could be attributed to the decreased AUC and metabolic ratio of nifedipine metabolite. The biliary excretion of methotrexate, a probe substrate for Mrp2, was decreased in repeated RGE group compared to control group the plasma concentration of methotrexate was slightly increased in repeated RGE group, which is consistent with the decreased expression of Mrp2. Conclusion: The pharmacokinetic drug-drug interaction between RGE and Cyp3a and Mrp2 substrate drugs, nifedipine and methotrexate, could be evident from the decreased mRNA and protein levels of Cyp3a in the intestine and Mrp2 in the liver.

Korean Red Ginseng extract reduces hypoxia-induced epithelial-mesenchymal transition by repressing NF-κβ and ERK1/2 pathways in colon cancer cell lines

김정호 가천대학교 대학원 2017 국내박사

Effects of Korean Red Ginseng- Induced SIRT3 Expression on Mitochondrial Function in Astrocytes : SIRT3-mediated Tom22-HIF-1α pathway

김형수 건국대학교 대학원 2024 국내석사

Astrocytes play a vital role in brain function by supplying energy to neurons. Previous research showed how Korean red ginseng extract (KRGE) can enhance the mitochondrial functions of astrocytes. In adult mouse brain cortex, treating KRGE has shown a boost in hypoxia-inducible factor-1α (HIF- 1α) expression levels and vascular endothelial growth factor (VEGF) expression levels in their astrocytes. VEGF expression is typically regulated by transcription factors like HIF-1α and ERRα. However, KRGE does not seem to influence the expression of ERRα in astrocytes within the mouse brain cortex. Instead, KRGE induces the expression of sirtuin 3 (SIRT3) in astrocytes. SIRT3 is an enzyme that relies on nicotinamide adenine dinucleotide (NAD+) and resides within the mitochondria, contributing to mitochondrial stability. Maintenance of mitochondria requires oxygen, and active mitochondria increase oxygen consumption, potentially leading to hypoxia. The precise relationship between HIF-1α and SIRT3 in KRGE-treated astrocytes regarding mitochondrial function remains unclear. The objective of this study was to investigate how SIRT3 and HIF-1α are interconnected in normoxic astrocytes treated with KRGE. Interestingly, even though ERRα expression remained unaffected, the depletion of SIRT3 through small interfering ribonucleic acid significantly reduced the levels of HIF-1α proteins induced by KRGE in normoxic astrocytes. However, when proline hydroxylase 2 (PHD2) expression was reduced, it resulted in the restoration of HIF-1α protein levels in SIRT3-depleted astrocytes treated with KRGE. The SIRT3-HIF-1α axis appears to regulate the translocation of outer mitochondrial membranes protein such as Tom22 and Tom20, which is activated by KRGE. Consequently, KRGE-induced Tom22 leads to increased oxygen consumption, enhanced mitochondrial membrane potential, and greater stability of HIF-1α through PHD2. In summary, in normoxic astrocytes, KRGE-induced SIRT3 activates the Tom22-HIF-1α pathway by enhancing oxygen consumption, and this occurs independently of ERRα. 성상교세포는 신경세포에 에너지를 공급하여 뇌 기능에 중요한 역할을 한다. 이전 연구에서 홍삼 추출물(KRGE)이 성상교세포의 미토콘드리아 기능을 향상시킬 수 있다는 것이 밝혀졌다. 마우스에 KRGE를 투여하면 성인 마우스 cortex의 성상교세포 내에서 저산소성 유도 인자인 HIF-1α와 혈관내피성장인자(VEGF)의 생성을 유도한다는 것을 확인했다. VEGF 발현은 일반적으로 HIF-1α, ERRα와 같은 전사 인자에 의해 조절된다. 그러나, KRGE는 마우스 cortex 내의 성상교세포에서 ERRα 발현에 영향을 미치지 않았으나,대신 성상교세포에서 KRGE에 의한 SIRT3 발현이 증가함을 확인했다. SIRT3은 NAD 의존성 탈아세틸화 효소로, 미토콘드리아 내에 존재하고 미토콘드리아의 안정성에 기여한다. 미토콘드리아의 유지에는 산소가 필요하며, 활성 미토콘드리아는 산소 소비를 증가시켜 저산소 상태를 유발할 수 있다. 성상교세포에서 KRGE에 의해 유도된 SIRT3와 HIF-1α 매개의 미토콘드리아 기능에 미치는 영향은 아직 명확하지 않기에 이번 연구를 진행하게 되었다. 흥미로운 점은, KRGE를 처리한 성상교세포에 짧은 간섭 RNA(siRNA)로 SIRT3를 감소시키면 ERRα 발현이 영향을 받지 않았지만, KRGE에 의해 유발된 HIF-1α 단백질 수준이 유의적으로 감소했다. 그러나, 위 조건에서 추가로PHD2 단백질의 발현을 억제할 시 HIF-1α 단백질 수준이 회복되는 것을 확인했다. KRGE로 활성화된 SIRT3-HIF-1α 경로에 의해 외부 미토콘드리아 막단백질 Tom22와 Tom20가 조절되었다. 결과적으로, KRGE로 유발된 Tom22는 산소 소비를 증가시키고 미토콘드리아 막 전위를 향상시키며 PHD2를 통해 HIF-1α의 안정성을 증가시킨다. 종합적으로, 정상 상태의 성상교세포에서 KRGE로 유발된 SIRT3가 산소 소비를 향상시킴으로써 Tom22-HIF-1α 경로를 활성화시키며, 이는 ERRα와는 독립적인 별개의 기전이다.