Abstract

The pharmacological effects of ginseng berry have been known to improve psychological function, immune activities, cardiovascular conditions, and certain cancers. It is also known that fermentation improves the bioavailability of human beneficial natural materials. Accordingly, we investigated the optimal fermentation conditions of ginseng berry extract with strain isolated from conventional foods. We also analyzed the fermentation product and its antioxidant activity. The bacterium isolated from fermented kimchi was identified as Lactobacillus sp. strain KYH. To optimize the process, fermentation was performed in a 5 L fermenter containing 3 L of ginseng berry extract at 200 rpm for 72 hr. Under optimized conditions, batch and fed-batch fermentations were performed. After fermentation, organic acids, amino acids, sugars, ginsenosides, and antioxidant activity were evaluated. The optimum fermentation conditions were determined as pH 7.0 and a temperature of $30^{\circ}C$, respectively. After fermentation, the amounts and compositions of organic acids, amino acids, sugars, ginsenosides, and antioxidant activity were altered. In comparing the distribution of ginsenosides with that before fermentation, the ginsenoside Re was a major product. However, amounts of ginsenosides Rb1, Rc, and Rd were reduced, whereas amounts of ginsenosides Rh1 and Rh2 increased. Total phenol content increased to 43.8%, whereas flavonoid content decreased to 19.8%. The DPPH radical scavenging activity and total antioxidant activity increased to 27.2 and 19.4%, respectively.

인삼의 열매인 진생베리는 항암, 항염증, 혈당저하 등의 효능이 있는 것으로 보고되어 오고 있다. 진생베리와 같은 약리활성의 물질들은 생체이용률이 높을 때 높은 효능을 보이는 것으로 알려졌다. 발효는 세포내 조직에 결합되어 있던 생리활성 물질들을 유리시키기 때문에 생체이용율(bioavailability)이 높이는 것으로 알려졌다. 따라서 본 연구에서는 김치로부터 적합한 생체친화성 균주를 선발하여 최적의 발효공정을 확립하고, 발효생성물의 영양성분 및 진세노사이드의 변화와 항산화 활성을 연구하였다. 김치로부터 분리된 발효 균주는 16S rDNA 염기서열을 비교하여 Lactobacillus sp. strain KYH로 동정되었다. 최적 발효 공정을 수행한 결과, 최적 발효조건은 온도 $30^{\circ}C$와 pH 7로 결정되었다. 발효는 회분식 및 유 가식 공정으로 수행을 하였다. 회분식 발효에서는 고농도의 진생베리 추출물의 증식속도가 낮아 유가식 배양을 수행하였다. 발효 후 영양성분 및 진세노사이드의 변화와 항산화 특성을 분석한 결과, 유기산은 발효 전 진생베리 추출물의 경우에는 lactic acid 와 acetic acid 등이 주종을 이루고 있는 반면에, 발효 후 진생베리 추출물에는 citric acid 및 oxalic acid 등이 주종을 이루었다. 발효 후에 당의 함량이 감소되었고, 구성 당은 glucose와 fructose가 주종을 이루었다. 진생베리 발효 추출물에는 glutamic acid, glycine, leucine, histidine, arginine과 같은 아미노산들의 함량이 높아졌다. 진세노사이드 Re는 발효에 상관없이 가장 많은 함량을 보였으나, 발효 전 진생베리 추출물에는 발효 후 진생베리 추출물에서 보다 진세노사이드 Rb1, Rc, Rd의 함량이 많았다. 반면에 진생베리 발효 후 추출물에는 진생베리 발효 전 추출물에서 확인되지 않았던 진세노사이드 Rh1와 Rh2가 확인되었다. 총 페놀, 플라보노이드 함량의 변화는 발효 전 후에 변화가 있었는데, 총 페놀량은 43.8% 증가하였고, 플라보노이드 함량은 19.8% 감소 하였다. DPPH 소거능 및 총 항산화 능력은 발효 후에 각 각 27.2%와 19.4% 증가하였다. 따라서 Lactobacillus sp. strain KYH를 이용하여 최적의 조건 하에 발효된 진생베리 추출물의 진세노사이드 등 생리활성 성분 변화와 증대된 항산화 활성을 확인할 수 있었다.

Keywords

• Antioxidant;
• fermentation;
• ginseng berry;
• Lactobacillus;
• optimization