This study was conducted to investigate the antioxidant activity of lactic acid bacteria isolated from traditional fermented foods and to develop a natural antioxidant additive from fermented ginger. The isolates were identified using 16S rRNA gene sequencing and named as Hansenlaspora opuntiae, Bacillus subtilis, Lactobacillus coryniformis, Leuconostoc mesenteroides, Lactobacillus rhamnosus A, Lactobacillus rhamnosus B. Standard strains for identification were selected Lactobacillus casei ATCC 393, Lactobacillus Reuteri ATCC 23272, Lactobacillus plantarum ATCC 14917, Weissela cibaria KLC 140. It was confirmed that the optimum fermentation temperature of ginger was 30℃. During fermentation of ginger at 30℃ for 48 hours, the change of pH was 4.526±0.10 ~ 8.036±0.07. The fermented ginger extracts by all these strains had strong antioxidant activity except H. opuntiae. Polyphenol contents in fermented ginger by B. subtills, Lac. coryniformis, Leu. mesenteroides, Lac. casei ATCC 393, Lac. reuteri ATCC 23272, Lac. plantarum ATCC 14917 were 8.8±0.30 ~ 18.5±0.18 ㎎ GAE/g, which were higher than non-fermented ginger extract(7.2±0.06 ~ 13.5±0.06 ㎎ GAE/g). Flavonoid contents of fermented ginger extract were 2.10±0.22 ~ 3.32±0.18 ㎎ QE/g. The contents of flavonoid and polyphenol increased during the fermentation. DPPH radical scavenging activity of fermented ginger extract was 67.6±0.76 ~ 88.5±0.82%, which was slightly lower than that of ascorbic acid. DPPH radical scavenging activity of extracts showed positive linear correlation with flavonoid/polyphenol contents. Nitrite scavenging ability of a 48h fermented extract was above 83% and 70% respectively at pH 1.2 and 3.0, which was slightly higher than BHT (83.62±0.31%; pH 1.2, 71.34±0.27%; pH 3.0). SOD-Like activity of a fermented extract was higher than that of sterilized ginger (27.50±1.30 ~ 34.27±0.99%,) and the activity increased during the fermentation. The ginger extract with fermentation from B. subtilis and Lac. coryniformis showed very high antioxidant activity. The reason was known that 6-gingerol and 6-shogaol reversibly converted each other depending on pH where 6-shogaol formation was preferred at acidic pH. lactic acid fermentation could increase the contents of 6-shogaol and shelf life of food.
천연 항산화 발효식품 첨가물이 개발하기 위하여 청국장에서 동정한 Bacillus. subtilis, 포도에서 동정한 Hanseniaspora opuntiae, 김치에서 동정한 Lacto- bacillus coryniformis와 Leuconostoc mesenteroides, 요구르트에서 동정한 Lactobacillus rhamnosus A와 Lactobacillus rhamnosus B균주를 선발하였고 표준균주인 Weissella cibaria KLC 140, Lactobacillus casei ATCC 393, Lactobacillus reuteri ATCC 23272, Lactobacillus plantarum ATCC 14917을 사용하여 발효생강을 제조하였다. 생강 발효액의 pH, 발효추출물의 항산화활성(DPPH 라디칼 소거활성, 총 폴리페놀함량, 총 플라보노이드함량, SOD 유사활성, 아질산염소거활성)을 측정하였고 생강의 6-gingerol과 6-shogaol의 함량을 HPLC로 분석하였다. 생강발효하기 전에는 30℃와 35℃에서 48시간에 MRS, NB, YPD배지를 이용한 발효액의 pH, 적정산도, OD값을 측정하여 유기산을 생산이 강한 유산균을 선발하여 동정하였다. 그리고 30℃에서 생강 발효한 최적온도를 결정하였다. 35℃에서 48시간 유산균을 배양한 배양액의 pH가 3.5~4.5사이에 도달하였고 B. subtilis와 H. opuntiae균주를 배양한 배양액의 pH가 유산균보다 높은 것으로 나타났다. 30℃에 각 균주를 배양한 배양액의 pH는 35℃에 배양한 것보다 높았다. 그리고 30℃와 35℃,에서, 48시간 유산균을 배양한 배양액의 적정산도는 1.5~ 2.0% 사이에 도달하였다. 온도가 증가함에 따라 각 균주의 OD값이 증가하였고 증가하는 시기가 빨라진 것으로 나타났다. 하지만 대수 생장기가 길어지면 유기산의 생산이 많아진 것으로 판단하였다. 온도가 올라갈수록 pH가 감소하였고 산도도 증가하였지만 낮은 온도(30℃)에서 각 유산균들이 48시간에 배양한 배양액의 pH값, 산도, OD값이 배양시간에 따라 차이가 뚜렷하게 나타났다. 각 균주가 생강을 발효한 발효액의 차이를 나기 위하여 30℃에서 생강 발효를 선택하였다. 발효생강의 항산화실험에서 30℃에서, 48시간 유산균을 발효한 생강발효액의 pH는 4.5 ~ 5.0이였다. 예비실험에서 배양한 배양액의 pH보다 발효생강의 pH가 더 높게 나타났다. 이는 멸균생강과 MRS배지의 성분이 다르기 때문인 것으로 판단하였다. 각 균주의 발효생강추출물의 DPPH 라디칼 소거활성이 48시간 발효에 따라 멸균생강(SG48hr)보다 높게 나타난 샘플은 Lac. casei ATCC 393, B. subtills, Lac. rhamnosus B, Lac. coryniformis, Leu. mesenteroides, W. cibaria KLC 140, Lac. reuteri ATCC 23272, Lac. plantarum ATCC 14917 이었다. 그리고 생강의 DPPH 라디칼 소거활성은 열처리와 저장기간에 의하여 감소하였다. DPPH 라디칼 소거활성의 정도는 총 폴리페놀함량에 달려 잇는 것으로 생각되었다. 각 균주 발효생강추출물의 총 폴리페놀함량이 48시간의 발효에 따라 멸균생강(SG48 hr)보다 높게 나타난 샘플은 B. subtills, Lac. coryniformis, Leu. mesenteroides, W. cibaria KLC 140, Lac. casei ATCC 393, Lac. reuteri ATCC 23272, Lac. plantarum ATCC 14917이 있다. 그 중에서 B. subtills 와 Lac. coryniformis 에 의한 발효샘플이 건생강추출물의 총 폴리페놀함량보다 높게 나타났다. B. subtills 와 Lac. coryniformis의 총 폴리페놀함량이 건생강추출물보다 높게 나타났다. SOD유사 소거활성은 발효샘플에서 건생강추출물이 54.54±1.68%로 제일 높게 나타났다. B. subtills 와 Lac. coryniformis는 다른 샘플보다 SOD유사 소거활성이 높게 나타났다. ascorbic acid로 환산하였을 때, 1 g당 B. subtills 발효샘플이나 Lac. coryniformis 발효샘플이 각각 33.65±0.34 ㎎, 29.08±0.30 ㎎의 Ascorbic acid와 동등한 SOD 유사활성이 나타났다. 반응 pH가 낮을수록 아질산염 소거활성은 높게 나타났다. 따라서 pH가 1.2였을 때, H. opuntiae를 제외한 모든 샘플이 BHT(1 ㎎/㎖)의 아질산염 소거활성보다 높게 나타났다. pH가 3.0 이었을 때, H. opuntiae, Lac. rhamnosus A, Lac. reuteri ATCC 23272를 제외한 모든 샘플이 BHT(1 ㎎/㎖)의 아질산염 소거활성보다 높게 나타났다. 이상의 실험에서 분리된 유산균 중에서 항산화활성이 다른 유산균보다 높게 나타나는 균주는 Lac. coryniformis이었으며, 모든 균주 중에서 항산화활성이 제일 높게 나타나는 균주는 B. subtilis 였다. 그리고 포도에서 분리 동정된 H. opuntiae는 다른 균주보다 항산화활성을 제일 낮게 나타났다. HPLC 분석실험에서 건생강추출물의 6-gingerol 함량이 멸균생강추출물보다 더 높았지만 6-shogaol 함량은 더 낮았다. 이는 생강이 열처리로 인하여 6-gingerol의 구조가 6-shogaol의 구조로 전환된 것으로 판단하였다. 그리고 발효샘플 중에서 6-shogaol로 변화하는 발효샘플은 Leu. mesenteroides이었고 6-shogaol로 변환하는 발효샘플은 Lac. casei ATCC 393이었다. 일부분 샘플들은 6-gingerol 함량이 증가하면서 6-shogaol 함량이 똑같이 증가하거나 6-gingerol 함량이 감소하면서 6-shogaol 함량이 똑같이 감소하는 것으로 나타났다. 종합적으로 말하며, Lac. coryniformis 샘플이 발효한 생강추출물에서 6-shogaol 함량이 제일 높게 나타났다. 청국장에서 분리된 B. subtilis 균주가 항산화실험에서 다른 균주보다 높은 결과로 나타났지만 HPLC분석실험에서 6-gingerol과 6-shogaol 함량이 낮은 것으로 나타났다. 이는 B. subtilis의 대사경로에 관련되었으며, 호기성 발효를 통하여 암모니아를 생산하여 6-gingerol보다 더 극성이 강한 물질을 전환한 것으로 판단하였다.