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pISSN 1225-7117 eISSN 2288-8268

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Research Paper

Korean Society for Biotechnology and Bioengineering Journal 2021; 36(4): 247-253

Published online December 31, 2021 https://doi.org/10.7841/ksbbj.2021.36.4.247

Copyright © Korean Society for Biotechnology and Bioengineering.

국내산 꾸지뽕 나무 열매 추출물과 Lactobacillus Plantarum을 이용한 꾸지뽕 나무 열매 발효 추출물의 생리활성 비교 분석

Comparative Analysis of Biological Activity between Domestic Cudrania Tricuspidata Fruit Extract and Fermented Fruit Extract Using Lacto-Bacillus Plantarum

Moon-Hee Choi1, Seung-Hwa Yang2, Da-Song Kim2, and Hyun-Jae Shin2*

1Department of Beauty and Cosmetology, Graduate School of Industrial Technology and Entrepreneurship, Chosun University, Gwangju 61452, Korea
2Department of Chemical Engineering, Graduate school of Chosun University, Gwangju 61452, Korea

Correspondence to:Tel: +82-62-230-7518, Fax: +82-62-230-7226
E-mail: shinhj@chosun.ac.kr

Received: December 14, 2021; Revised: December 25, 2021; Accepted: December 26, 2021

Cudrania tricuspidata belongs to the Morus family. The fruits and leaves are used for food, and the barks and roots are used medicinally and as raw materials for paper. Heretofore, studies on C. tricuspidata leaves have been actively conducted, but studies on fruits are insufficient. The recent trend in health food is bioconversion and enhancement of active compounds through fermentation. In addition, consumption of natural health food is increasing. Therefore, in this study, the biological activities of C. tricuspidata fruit extracts were measured to use it as a food material. The fruit extracts were fermented with Lactobacillus plantarum, and it was extracted with hot water. Changes in antioxidant activities and polyphenol contents were compared between C. tricuspidata fruits extracts and fermented C. tricuspidata fruits extracts. It was confirmed that the antioxidant activity of the C. tricuspidata fruit fermented product was higher than that of the C. tricuspidata fruit extract. The DPPH radical scavenging activity IC50 of each extract was 330.89 ± 11.65 μg/mL and 87.28 ± 4.20 μg/mL, respectively, and the ABTS IC50 was 335.09 ± 15.71 μg/mL, and 265.29 ± 4.68 μg/mL. The new beverage manufacturing process was developed using the fermented C. tricuspidata fruits extracts, and sensory evaluation of the beverage was conducted. Based on the results of this study, it is necessary to develop foods with sensory palatability and maximizing the active compounds and biological activities of C. tricuspidata fruit.

Keywords: Cudrania tricuspidata fruits, antioxidant, Lactobacillus plantarum, fermentation, polyphenol contents

꾸지뽕 나무는 뽕나무과에 속하며, 소교목 또는 관목으로 이명이 굿가시나무이다 [1]. 한국, 중국, 일본 등 주로 아시아 지방에 분포하며, 서양에는 20세기 초 선교사들과 무역업자들에 의해 알려져 현재 전 세계적으로 약 10여 종이 존재한다 [2]. 한방에서는 주로 잎을 사용하여 폐결핵, 습진, 유행성 이하선염, 만성요통, 급성 관절염의 치료제로 사용하였다[3]. 민간 치료법으로 꾸지뽕 나무 열매와 수피를 중풍, 강장, 이뇨, 진해 등의 증상에 효과가 있다고 전해지고 있으며, 동의보감, 식물본초, 생초약성비요 등 수많은 고서들에 우수성이 언급되기도 하였다 [4]. 꾸지뽕 나무의 다양한 생리활성의 기능은 주로 페놀성 화합물인 것으로 알려져 있으며, 그 중 특히 퀘르세틴 (quercetin)과 캠프패럴 (kaempferol) 및 그 배당체들이 약리적 효과의 주요 성분임이 보고 되었다 [5]. 플라보노이드 (flavonoid)의 일종인 quercetin과 kaempferol은 많은 종류의 식물들에 다량 함유되어 있으며, 다양한 생리활성을 발현하는 것으로 알려져 있다 [6]. 이러한 flavonoid의 일부 화합물들은 항산화, 세포보호, 항암 및 콜레스테롤 생합성 저해와 같은 다양한 생리활성이 보고되었다 [7]. 꾸지뽕 나무의 열매에는 다양한 폴리페놀이 존재하는데 수소공여능, 리놀릭산 (linoleic acid) 및 마이크로좀 (microsome) 생체막 과산화지질 억제정도에 미치는 영향의 비교 연구에서 세포막지질 과산화 억제효과가 나타났으며, 강한 항산화 효과가 보고되었다 [8]. 이외에 꾸지뽕 나무 열매는 단백질, 미네랄 및 다량의 다당체를 함유하고 있어 염증 완화 작용에도 효과가 있으며, 이너 뷰티 분야에도 적용되고 있는 식품이다. 최근 자연 건강식품에 대한 요구가 어느 때 보다도 강하게 증가되고 있으며, 100세 시대를 살아가는 현대인들에게 있어 질병 치료 및 예방에 탁월한 기능성 식품 소재로써 천연 바이오 소재의 대한 관심도 점차적으로 증가하고 있다. 이와 더불어 인체에 적용시 각종 유익을 주는 유산균에 대한 중요성이 대두되고 있는데 유산균은 식품의 발효에 관여하는 주된 미생물로 발효 채소류 및 발효 유제품에 활용이 되어 오고 있는 균주이다 [9]. 발효 식품에서 대부분을 차지하고 있는 유산균은 발효를 통해 식품의 풍미 증가와 함께 각종 유익한 영양 성분 및 기능성 물질을 증가시킨다 [10]. 또한 유산균의 발효는 식품의 가치를 향상시키며, 항균성 물질의 생합성 과정을 통해 식품의 저장성이 함께 증가된다고 알려져 있다 [11]. 본 연구에서는 천연 바이오 소재중의 하나인 꾸지뽕 나무 열매의 다양한 생리활성을 검증하고 꾸지뽕 나무 열매 추출물에 Lactobacillus plantarum KCTC 3105 균주를 접종하여 꾸지뽕 나무 열매 발효물의 생리활성 검증 및 발효음료 개발의 가능성에 대해 조사하였다.

2.1. 꾸지뽕 나무 열매 추출물 제조 및 발효물 제조

본 실험에서 사용한 꾸지뽕 나무 열매 추출물은 전라남도 화순군 능주면에서 자생하는 꾸지뽕 나무 열매를 채취 (9월~10월경)하여 사용하였으며, 착즙기 (Hurom juice, HVSSTF14, Korea)를 사용하여 착즙을 진행하여 추출물로 제조하여 실험을 진행하였다. 꾸지뽕 나무 열매 발효 추출물 제조는 착즙액에 존재하는 오염균을 제거하기 위해 100°C에서 멸균을 진행하고 여과지(Whatman filter paper 0.45 μM)를 사용하여 필터를 진행하였다. 발효에 사용한 균주 (Lactobacillus plantarum KCTC 3105)는 한국생명공학 연구원 미생물 자원센터에서 제공받아 사용하였다. 유산발효 starter로 사용된 유산균은 MRS (Difco) 배지에서 3회 이상 계대 배양한 후 착즙액에 2%가 되도록 접종하였으며, 37oC에서 0~72시간 배양하면서 시간에 따른 pH 변화 및 특성을 조사하였다.

2.2. 항산화 활성 측정

2.2.1. DPPH assay

항산화 활성 측정 방법 중 Blois의 방법에 따라 DPPH assay를 측정하였다 [12]. 먼저 95% ethanol에 용해시킨 0.1 mM DPPH (2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl, Sigma, USA) 800 μL와 각 농도별 꾸지뽕 나무 열매 및 발효 추출물 (25~500 μg/mL)200 μL을 E.P. tube에 넣고 3 min 동안 voltexing하여 암실에서 30 min 반응시켰다. 남아 있는 radical의 농도를 분광광도계 (S-3100, Sinco, Korea)를 사용하여 517 nm에서 측정하였다. 양성대조군으로는 gallic acid (Sigma, USA)를 사용하였고, DPPH에 대한 소거능 (IC50)은 용매만을 사용한 대조군의 흡광도를 50% 감소시키는데 필요한 농도로 나타내었다.

Antioxidant activity (%) =absorbance of control-absorbance of sampleabsorbance of control×100

2.2.2. ABTS Assay

ABTS (2, 2’-azinobis(3-ethylbenzothiazolone-6-sulfonic acid) radical 소거능은 Valery등의 방법을 변형하여 측정하였다[13]. 실험 방법은 증류수에 용해한 7 mM의 ABTS와 2.45 mM potassium persulfate을 1 : 1로 넣어 12~16 h 동안 암소에 방치하였다. 흡광값이 0.70 ± 0.02이 되도록 PBS (pH 7.4)로 희석하였다. 희석된 용액 800 μL에 농도별로 제조된 sample 200 μL씩을 가하여 15 min 동안 방치 후 720 nm에서 흡광값을 측정하였다. 양성 대조군으로는 gallic acid (Sigma, USA)를 사용하였고, 꾸지뽕 나무 열매 및 발효 추출물의 ABTS에 대한 소거능 (IC50)은 용매만을 사용한 대조군의 흡광도를 50% 감소시키는데 필요한 농도로 나타내었다.

Antioxidant activity (%) =absorbance of control-absorbance of sampleabsorbance of control×100

2.3. 총 폴리페놀 함량 측정(total polyphenol contents)

총 폴리페놀 함량 측정방법은 Sluis의 방법을 변형하여 사용하였다 [15]. 2 M folin-ciocalteu phenol 시약(sigma, USA)을 10배 희석하여 꾸지뽕 나무 열매 및 발효 추출물과 2% Na2CO3 수용액(2 : 98, w/v)을 각각 1 : 1 : 1 비율로 섞어서 암실에서 30분 동안 반응시켰다. 분광광도계 (S-3100, Sinco, Korea)를 이용하여 750 nm 파장에서 흡광값을 측정하였다. 기준 물질로는 gallic acid을 사용하여 gallic acid equivalent(GAE)의 양으로 표시하였다.

2.4. 총 플라보노이드 함량 분석 (total flavonoid contents)

총 플라보노이드 함량 분석은 Jo등의 방법을 사용하여 측정하였다 [15]. 꾸지뽕 나무 열매 및 발효 추출물 500 μL에 methanol 1.5 mL, 10% aluminium chloride 100 μL, 1 M potassium acetate 100 μL, 증류수 2.8 mL를 차례대로 첨가한 뒤 상온에서 40분동안 반응시켰다. 흡광도는 Biotek Synergy HT multi-detection microplate reader를 사용하여 415 nm 파장에서 측정하였다. 이때 추출물의 최종 농도는 500 μg/mL로 하여 quercetin (QUE)을 표준물질로 사용한 검량곡선을 작성하여 총 플라보노이드 함량을 구하였다.

2.5. pH 측정

꾸지뽕 나무 열매 및 발효 추출물의 pH는 시료 30 mL를 취하여 0~72 h까지 pH meter (Orion star A211, Thermo Fisher Scientific Inc., USA)를 사용하여 측정하였다 [16].

2.6. 유기산 측정

꾸지뽕 나무 열매 유산균 발효액의 유기산 측정은 건강 기능식품 공전 (Korea Food and Drug Administration 2008)에 의거하여 C18 카트리지에 acetonitrile/distilled water (1 : 1) 10 mL에 시료 10 mL를 가하여 초기 용출액 4~5 mL를 제거하고 사용하였다 [17]. Shimadzu HPLC의 LC-20AD 펌프, diode array detector (SPD-20A)를 사용하여 214 nm에서 측정하였다. 유기산 표준물질은 acetic acid, citric acid, lactic acid, malic acid, tartaric acid, succinic acid (Sigma, USA)를 사용하였고, 분석 컬럼은 prevail organic acid column (4.6 × 250 mm, 5 μm, Alltech Associates Inc., Deerfield, IL, USA)을 사용하였다. 이동상은 0.25 M KH2PO4 (pH 2.4)를 사용하였으며 유속은 0.4 mL/min, 시료 주입량은 10 μL으로 주사하고 표준물질의 머무름 시간을 비교하여 측정하였다.

2.7. 당도 측정

당도 측정은 시료를 각각 30 mL를 취하여 디지털당도계 (RX-5000, Atago Co., Japan)로 측정하여 Brix로 표시하였고, 모든 분석은 3회 반복 측정한 수치의 평균값으로 나타내었다 [16].

2.8. 관능검사

20~50대의 30명을 대상으로 ‘꾸지뽕 나무 열매 착즙액’ 및 ‘꾸지뽕 나무 열매 유산균 발효액’을 관능 평가하였다. 시료는 4°C냉장고에 보관하였고, 관능평가 시 시료온도는 4 ± 1°C로 조절하였다. 시료는 투명한 100 mL의 유리컵에 50 mL씩 담아 제공하였다. 관능평가 시 입 안을 헹굴 수 있는 생수 (Samdasu, Jeju Province Development Co., Korea)를 준비하였다. 관능평가는 9점 척도법을 사용하였고, 2가지 착즙액의 색 (color), 향 (flavor), 단맛 (sweetness), 떫은맛 (astringency), 후미 (after taste), 종합적인 맛 (overall taste)을 비교하였다.

2.9. 통계처리

모든 결과 값은 세 번 반복실험 후 통계처리 하였으며, 실험에 의해 얻어진 값들의 평균으로 나타내었다. 대조군과 실험군 사이의 통계학적 유의성 검증은 SPSS 23 (SPSS Inc., Chicago, IL, USA)를 이용하여 t-Test 를 실시하였으며, p < 0.05 이하 경우 유의하다고 판정하였다.

3.1. 항산화 활성 측정

꾸지뽕 나무 열매 추출물과 발효 추출물의 DPPH, ABTS assay 측정결과는 Fig. 2에 나타내었으며, 꾸지뽕 나무 열매 발효물의 항산화 활성이 꾸지뽕 나무 열매 추출물보다 높은 것으로 확인되었다. 각 추출물의 DPPH radical 소거능 IC50 측정 결과는 각각 330.89 ± 11.65 μg/mL, 87.28 ± 4.20 μg/mL로 확인되었으며, ABTS IC50는 335.09 ± 15.71 μg/mL, 265.29 ± 4.68 μg/mL로 확인되었다 (Table 1). 기존의 연구에서 꾸지뽕 열매를 건조방법을 다르게 하여 70% 에탄올로 추출하여 항산화 활성을 확인하였는데 5 mg/mL 농도에서 77.80~90.46% 로 확인되었다 [18]. 본 연구의 실험 결과 꾸지뽕 열매 발효물 1 mg/mL 농도에서 75.81~84.97 %로 기존 연구보다 낮은 농도에서 높은 활성으로 확인되었다. 본 실험결과 꾸지뽕 나무 열매 추출물 및 발효 추출물은 기존의 꾸지뽕 나무 열수 추출물의 연구보다 높은 활성을 나타내었는데 이는 추출 방법으로 열수 추출을 하지 않고 꾸지뽕 나무 열매를 착즙하여 효소 및 그 밖에 항산화 활성을 나타내는 유용 물질이 파괴되지 않아 항산화 활성이 증가한 것으로 보이며, 발효액의 경우 사용하는 유산균의 특성에 따라 생성되는 대사 산물의 증가에 의해 높은 항산화 활성을 나타내는 것으로 판단된다.

Table 1 Actioxidnat activity results, total polyphnol contents and total flavonoid contents of Cudrania tricuspidata fruit extracts (CT1) and fermentated C. tricuspidata (CT2).

SampleCT1CT2
DPPH IC50 (μg/mL)330.89 ± 11.6587.28 ± 4.20
ABTS IC50 (μg/mL)335.09 ± 15.71265.29 ± 4.68
TPC (GAE mg/g)79.23 ± 1.89150.07 ± 3.31
TFC (QUE mg/g)4.81 ± 0.3210.69 ± 0.91


3.2. 총 폴리페놀 함량 및 총 플라보노이드 함량 측정

꾸지뽕 나무 열매 추출물 및 발효물의 총 폴리페놀, 플라보노이드 측정결과는 Table 1에 나타내었다. 실험 결과 꾸지뽕 나무 열매 발효물의 함량이 꾸지뽕 나무 열매 추출물 함량보다 높은 것로 확인되었다. 이는 항산화 활성 결과와 동일한 것으로 꾸지뽕 나무 열매 추출물을 발효하는 과정에서 유산균의 대사 작용으로 폴리페놀과 플라보노이드의 함량이 증가하는 것을 알 수 있다. 기존 연구에서는 천연물을 발효시켜 폴리페놀, 플라보노이드 함량 변화를 확인하였는데, 발효가 진행되는 과정에서 phenolic glycosides가 가수분해되고 aglycone이 생성되면서 phenolic 화합물이 증가하기 때문에 폴리페놀과 플라보노이드 함량이 증가한다고 하였다 [15]. 기존의 연구에서 꾸지뽕 나무 열매 70% Ethanol 추출물의 폴리페놀 함량 측정 결과 8.06~15.09 GAE mg/g로 확인되었는데 본 실험에서 진행한 꾸지뽕 나무 발효액의 폴리페놀 함량과 비교하였을 때 꾸지뽕 나무 발효액은 약 10배 정도 높은 함량을 나타내었다 [19]. 또한 Kang 등이 꾸지뽕 추출물과 꾸지뽕 발효추출물의 폴리페놀 함량을 측정한 결과 각각 8.13, 9.53 mg/mL으로 확인되어 발효에 의해 폴리 페놀 함량이 증가하였음을 보고하였는데 이는 본 연구와 유사한 결과이다 [20]. 그러나 발효에 의해 폴리페놀 함량이 증가된 결과는 유사하지만 본 연구에서 진행한 꾸지뽕 나무 열매 추출물 및 발효 추출물의 함량이 더 높은 것을 확인할 수 있으며, 이와 같은 결과로 추출 방법에 따라 폴리페놀 함량이 다르게 나타나는 것을 알 수 있다. 추후 본 연구에서 사용한 착즙 추출 이외에도 초음파 추출 등 기존의 추출 방법과 다른 추출 방법을 사용하여 폴리페놀 함량을 비교할 필요가 있다.

3.3. 꾸지뽕나무 열매 발효액의 pH, 당도 변화

꾸지뽕나무 열매 착즙액에 L. plantarum KCTC 3105균주를 접종한 후 37°C에서 3시간 간격으로 발효를 진행한 결과 발효가 점차적으로 진행되면서 pH의 변화가 관찰되었다. 꾸지뽕 나무 열매 착즙액에 L. plantarum KCTC 3105을 접종한 후 37°C에서 72시간 발효하면서 pH 및 당도 변화를 측정한 결과를 Table 2에 나타내었다. 균주를 접종한 유산발효액의 초기 pH는 5.2에서 발효가 진행됨에 따라 점차 감소하여 72시간 후 pH 4.6을 나타내었으며, 대조군으로 유산균을 접종하지 않은 꾸지뽕 나무 열매 착즙액의 경우 초기 pH 5.1 에서 72시간 후 pH 4.9로 유산균 첨가군에 비하여 미미한 감소를 나타내었다. 이와 같은 결과는 기존의 연구에서 L. plantarum KLAB21를 이용한 복숭아 주스의 발효 연구에서 발효가 진행됨에 따라 발효 초기에 pH가 감소한다는 결과와 유사하였다 [20]. 또한 Lactobacillus plantarum GBL17 균주를 이용한 복분자 유산발효 특성에서 72시간 경과 후에 pH의 변화가 크게 증가하지 않았던 논문의 결과와 일치한다 [21]. 당도 측정 결과 초기 당도는 15 °Brix에서 발효 72시간 후 당도가 감소하여 13 °Brix로 나타났으나 유산균을 접종하지 않은 대조군의 경우 초기 15 °Brix에서 72시간 후 14.8 °Brix를 나타내어 꾸지뽕 나무 착즙액이 L. plantarum에 의하여 발효가 이루어진 것으로 판단된다.

Table 2 pH and Soluble solid of Cudrania tricuspidata fruit extracts (CT1) and fermentated C. tricuspidata (CT2)

SamplePHSoluble solid (Brix)
0 h6 h12 h24 h48 h72 h
CT15.15.15.05.04.94.915
CT25.25.04.84.74.64.613


3.4. 유기산 측정

L. plantarum KCTC 3105 균주를 사용한 꾸지뽕 나무 열매 착즙액의 유산발효 전후의 유기산 함량변화를 Table 3에 나타내었다. 유산 발효 전 꾸지뽕 나무 열매 착즙액에 존재하는 유기산은 latic acid, citric acid, malic acid로 각각의 함량은 0 mg/g, 12.63 mg/g, 1.78 mg/g으로 나타났다. 48시간 동안 L. plantarum KCTC 3105 균주를 사용하여 발효를 진행한 결과 발효 후 citric acid는 10.49 mg/g, malic acid는 1.14 mg/g으로 확인되어 감소하는 경향을 나타내었다. Lactic acid의 경우

Table 3 Changes in organic acid content of Cudrania tricuspidata fruit extracts (CT1) and fermentated C. tricuspidata (CT2)

SampleOrganic acid contents (mg/g)
Lactic acidCitric acidMalic acidAcetic acidTartaric acidSuccinic acid
CT1-12.63 ± 0.841.78 ± 0.15---
CT215.25 ± 0.3610.49 ± 0.751.14 ± 0.07---


발효 전에는 검출되지 않았으나 발효 후 15.25 mg/g으로 검출되어 유기산 중 가장 높은 함량을 나타내었다. 그 외에 acetic acid, tartaric acid, succinic acid는 꾸지뽕 나무 열매 추출물의 유산 발효 전과 유산 발효액 모두 검출되지 않았다. 이는 기존의 연구에서 복분자 농축액의 유기산 함량이 유산발효 후 lactic acid의 함량은 9배 이상 증가한 반면 citric acid는 감소한다는 연구와 비슷한 결과이다 [22]. 이는 L. plantarum KCTC 균주가 젖산균으로 lactic acid를 생성하기 때문으로 판단되며, 유기산의 경우 TCA 회로의 중간산물로 젖산균의 생육에 사용되어 citric acid 및 malic acid가 동시에 감소한 것으로 판단된다.

3.5. 관능평가

관능 평가는 색에 대한 선호도, 향에 대한 선호도, 단맛의 정도, 종합적인 맛은 꾸지뽕 나무 열매 발효 추출물이 꾸지뽕 나무 열매 추출물에 비하여 높게 평가되었다 (Table 4). 떫은 맛, 후미는 꾸지뽕 나무 열매 추출물이 꾸지뽕 나무 열매 발효 추출물에 비하여 높게 측정되었다. 꾸지뽕 나무 열매 추출물을 L. plantarum으로 발효 시 관능적 특성에 많은 영향을 미치는 것을 확인하였다. 꾸지뽕 나무 열매 추출물 발효시 탁도가 감소하였으며, 명도가 높아져 색에 대한 선호도가 증가한 것으로 판단된다. 꾸지뽕 나무 열매 추출물은 떫은향 및 떫은맛이 강해 관능평가 결과 향 및 단맛에 대한 선호도는 낮고, 떫은맛은 높게 측정된 것으로 판단된다. L. plantarum으로 발효 시 다량의 향미성분 (acetaldehyde, acetone, diacetyl) 및 lactic acid가 생성되어 꾸지뽕 나무 열매의 떫은향 및 떫은맛을 상쇄시킨다. 기존의 연구에서 Kaprasbo 등은 사과쥬스를 L. plantarum으로 발효하여 떫은맛을 내는 화합물인 hydrolysable tannin 함량 변화를 측정하였으며, 실험 결과 L. plantarum 발효 시 condensed tannin은 증가하고, hydrolysable tannin은 감소하는 것을 확인하였다 [23]. 본 연구에서 진행한 관능평가 결과 유산균 발효 시 구성 성분 함량 변화로 인해 관능평가에서 선호도가 증가하는 것을 알 수 있으며, 특히 꾸지뽕 나무 열매와 같이 떫은맛을 가진 열매는 음료 제조 시 발효가 무척 유익하다.

Table 4 Sensory evaluation results of C. tricuspidata fruits beverages

CharacteristicsSamples
CT1CT2
Color5.19 ± 1.676.52 ± 2.02
Flavor4.30 ± 0.936.57 ± 1.35
Sweetness2.04 ± 0.742.31 ± 0.58
Astringency7.90 ± 2.556.15 ± 1.47
After taste8.47 ± 2.265.32 ± 1.82
Overall taste4.95 ± 1.957.35 ± 2.37

채소나 야채를 유산균과 효모 등 미생물을 적용하면 유기화합물의 분해 과정을 통해, 유기산 및 알코올, 탄산가스를 비롯한 분해산물이 생성되어 식품의 색상이 변화하게 되며, 당 함량 및 향기가 달라진다 [24]. 이와 같이 미생물을 이용하여 식품에 적용하면 발효과정 중에서 효모 및 효소의 작용에 의해 이당류가 분해되고 과당 및 포도당과 같은 단당류가 생성된다 [25]. 본 연구에서는 꾸지뽕 나무 열매를 착즙하여 추출물을 제조하고 L. plantarum KCTC 3105 균주를 사용하여 발효물을 제조하였다. 꾸지뽕 나무 열매 추출물과 발효 추출물의 DPPH radical 소거능 및 ABTS radical 소거능을 비교하여 항산화 활성을 측정하였는데 발효 추출물의 DPPH radical 소거능 기준으로 항산화 활성이 약 4배 정도 증가하는 것을 확인하였다. 또한 폴리페놀 및 플라보노이드 함량을 비교 분석하였는데 유산균의 대사 작용으로 폴리페놀과 플라보노이드의 함량이 증가하는 것을 확인하였으며, gallic acid 기준으로 꾸지뽕 나무 열매 추출물은 79.23 GAE mg/g, 꾸지뽕 나무 열매 발효 추출물은 150.07 GAE mg/g으로 확인되어 발효추출물이 높은 폴리페놀 함량을 나타내었다. 또한 L. plantarum KCTC 3105 균주에 의한 유산발효 특성을 확인하고 유산발효물의 유기산 함량 및 당도, pH 특성을 조사하였다. L. plantarum KCTC 3105 생육조건 분석결과 30°C 보다 37°C에서 잘 생육하였으며, 37°C에서 48시간 배양 시 높은 생육도를 나타내었다. 발효가 진행됨에 따라 pH는 5.2에서 72시간 후 pH 4.6까지 감소하였으며 당도는 발효가 진행되면서 감소하여 발효 종료 시 15 °Brix에서 13 °Brix 를 나타내었다. 관능평가결과 꾸지뽕 나무 열매 추출물로 제조한 음료보다 L. plantarum을 사용한 발효 추출물 제조 음료가 색, 향, 단맛, 종합적인 맛의 측면에서 높게 평가되었다.

이 논문은 2020년도 정부(교육부)의 재원으로 한국연구재단의 지원을 받아 수행된 기초연구사업임 (No. 2020R1I1A1A01073631).

  1. Yoon, S. Y., S. J. Kim, S. J. Sim, and H. J. Lee (2016) Development of quantitative analytical method for isoflavonoid compounds from fruits of Cudrania tricuspidata. J. Korean Wood Sci. Technol. 44: 337-349.
    Pubmed CrossRef
  2. Choi, S. R., D. H. You, I. Jang, M. S. Ahn, E. J. Song, S. Y. Seo, M. K. Choi, Y. S. Kim, M. K. Kim, D. G. Choi (2012) Cytotoxicity of methanol extracts from Cudrania tricuspidata Bureau. KJMCS 20: 153-158
    Pubmed KoreaMed CrossRef
  3. Choi, S. R., D. H. You, J. Y. Kim, C. B. Park, D. H. Kim and J. Ryu (2009) Antioxidant activity of methanol extracts from Cudrania tricuspidata Bureau according to harvesting parts andtime. KJMCS 17: 115-120.
    Pubmed CrossRef
  4. Choi, S. R., D. H. You, J.Y. Kim, C. B. Park, D. H. Kim, J. Ryu, D.G. Choi and H. M. Park (2009) Antimicrobial activity of methanol extracts from Cudrania tricuspidata Bureau according to the parts harvested and time. KJMCS 17: 335-340.
    Pubmed CrossRef
  5. Seo, M. J., B. W. Kang, J. U. Park, M. J. Kim, H. H. Lee, N. H. Kim, K. H. Kim, E. J. Rhu, and Y. K. Jeong (2013) Effect of fermented Cudrania tricuspidata fruit extracts on the generation of the cytokines in mouse spleen cells. J. Life Sci. 23: 682-688.
    Pubmed KoreaMed CrossRef
  6. Lee, I. K., K. S. Song, C. J. Kim, H. M. Kim, G. T. Oh, and I. D. Yoo (1994) Tumor cell growth inhibition and antioxidative activity of flavonoids from the stem bark of Cudrania tricuspidata, Appl. Biol. Chem. 37: 105-109.
    Pubmed CrossRef
  7. Cha, J. Y., and Y. S. Cho (2001) Antioxidative activity of extracts from fruit of Cudrania tricuspidata. J. Korean Soc. Food Sci. Nutr. 30: 547-551
    Pubmed KoreaMed CrossRef
  8. Jung, G. T., I. O. Ju, S. R. Choi, D. H. You, and J. J. Noh (2013) Food nutritional characteristics of fruit of Cudrania tricuspidata in its various maturation stages. Korean J. Food Preserv. 20: 330-335.
    CrossRef
  9. Ann, Y. G., B. C. Jang, and S. J. Park (2013) Biological activity and improvement effect on irritable bowel syndrome of wax ground extract and probiotic lactic acid bacteria. Korean J. Food Nutr. 26: 137-145
    Pubmed KoreaMed CrossRef
  10. Ko, K. H., W. Liu, H. H. Lee, J. Yin, and I. C. Kim (2013) Biological and functional characteristics of lactic acid bacteria in different kimchi. J. Korean Soc. Food Sci. Nutr. 42: 89-95.
    CrossRef
  11. Leroy, F., and L. De Vuyst (2004) Lactic acid bacteria as functional starter cultures for the food fermentation industry. Trends Food Sci. Technol. 15: 67-78
    CrossRef
  12. Blois, M. S. (1958) Antioxidant determinations by the use of a stable free radical. Nature 181: 1199-1200.
    Pubmed CrossRef
  13. Dembitsky, V. M., S. Poovarodom, H. Leontowicz, M. Leontowicz, S. Vearasilp, S. Trakhtenberg and S. Gorinstein (2011) The multiple nutrition properties of some exotic fruits: Biological activity and active metabolites. Food Res. Int. 44: 1671-1701.
    Pubmed CrossRef
  14. van der Sluis, A. A., M. Dekker, A. de Jager and W. M. F. Jongen (2001) Activity and concentration of polyphenolic antioxidants in apple: Effect of cultivar, harvest year, and storage conditions. J. Agric. Food Chem. 49: 3606-3613.
    CrossRef
  15. Jo, H. G., D. S. Kim, and H. J. Shin (2017) Changes of nutritional components, polyphenols, and antioxidant activities of domestic bamboo tree (Sasa coreana Nakai) leaves ermented with Bacillus subtilis.f. KSBB J. 32: 63-70.
    Pubmed CrossRef
  16. Yang, H. S., & Rho, J. O. (2012). Physiochemical characteristics and sensory evaluation of mulberry fruit beverages for rural food process. J. East Asian Soc. Diet. Life 22: 246-254.
    CrossRef
  17. Ryu, E. H., H. H. Yoon, and J. H. Jung (2015) Characteristics of lactic acid fermentation of black raspberry juice using the Lactobacillus plantarum GBL17 strain. Korean J. Food Cook. Sci. 31: 773-780.
    CrossRef
  18. Youn, K. S., and J. W. Kim (2012) Antioxidant and angiotensin converting enzyme I inhibitory activities of extracts from mulberry (Cudrania tricuspidata) fruit subjected to different drying methods. J. Korean Soc. Food Sci. Nutr. 41: 1388-1394.
    CrossRef
  19. Kang, D. H., J. W. Kim, and K. S. Youn (2011) Antioxidant activities of extracts from fermented mulberry (Cudrania tricuspidata) fruit. and inhibitory actions on elastase and tyrosinase. Korean J. Food Preserv. 18: 236-243.
    CrossRef
  20. Lee, Y. H., S. W. Choi, and H. D. Park (2008) Characteristics of lactic acid fermentation of peach juice by Lactobacillus plantarum KLAB21 possessing antimutagenic effects. Korean J. Food Preserv. 15: 469-476.
    Pubmed KoreaMed CrossRef
  21. Ryu, E. H., H. H. Yoon, and J. H. Jung (2015) Characteristics of lactic acid fermentation of black raspberry juice using the Lactobacillus plantarum GBL17 strain. Korean J. Food Cook. Sci. 31: 773-780.
    Pubmed CrossRef
  22. Chang, H. G., and Y. S. Park (2003) Lactic acid fermentation and biological activities of Rubus coreanus. Appl. Biol. Chem. 46: 367-375.
    Pubmed CrossRef
  23. Kaprasob, R., O. Kerdchoechuen, N. Laohakunjit, B. Thumthanaruk, and K. Shetty (2018) Changes in physico-chemical, astringency, volatile compounds and antioxidant activity of fresh and concentrated cashew apple juice fermented with Lactobacillus plantarum. J. Food Sci. Technol. 55: 3979-3990.
    Pubmed KoreaMed CrossRef
  24. Kim, M. L., M. Choi, and J. S. Jeong (2008) Development of fermented beverage using the sea tangle extract, and quality characteristics thereof. Korean J. Food Preserv., 15: 21-29.
    CrossRef
  25. Blandino, A., M. E. Al-Aseeri, S. S. Pandiella, D. Cantero, and C. Webb (2003) Cereal-based fermented foods and beverages. Food Res. Int., 36: 527-543.
    Pubmed KoreaMed CrossRef