In order to investigate the molecular mechanism of $\gamma$-aminobutyric acid (GABA) production in lactic acid bacteria, we cloned a glutamate decarboxylase (GAD) gene from Lactobacillus plantarum using polymerase chain reaction (PCR). One PCR product DNA was obtained and inserted into a TA cloning vector with a T7 promoter. The recombinant plasmid was used to transform E. coli. The insertion of the product was confirmed by EcoRI digestion of the plasmid purified from the transformed E. coli. Nucleotide sequence analysis showed that the insert is a full-length Lactobacillus plantarum GAD and that the sequence is $100\%$ and $72\%$ identical to the regions of Lactobacillus plantarum GAD and Lactococcus lactis GAD sequences deposited in GenBank, accession nos: NP786643 and NP267446, respectively. The amino acid sequence deduced from the cloned Lactobacillus plantarum GAD gene showed $100\%$ and $68\%$ identities to the GAD sequences deduced from the genes of the NP786643 and NP267446, respectively. To express the GAD protein in E. coli, an expression vector with the GAD gene (pkk/GAD) was constructed and used to transform the UT481 E. coli strain and the expression was confirmed by analyzing the enzyme activity. The Lactobacillus plantarum GAD gene obtained may facilitate the study of the molecular mechanisms regulating GABA metabolism in lactic acid bacteria.
Lactic acid bacteria (LAB) are used as fermentation starters in vegetable and dairy products and influence the pH and flavors of foods. For many centuries, LAB have been used to manufacture fermented foods; therefore, they are generally regarded as safe. LAB produce various substances, such as lactic acid, ${\beta}$-glucosidase, and ${\beta}$-galactosidase, making them useful as fermentation starters. Existing functional substances have been assessed as fermentation substrates for better component bioavailability or other functions. Representative materials that were bioconverted using LAB have been reported and include minor ginsenosides, ${\gamma}$-aminobutyric acid, equol, aglycones, bioactive isoflavones, genistein, and daidzein, among others. Fermentation mainly involves polyphenol and polysaccharide substrates and is conducted using bacterial strains such as Streptococcus thermophilus, Lactobacillus plantarum, and Bifidobacterium sp. In this review, we summarize recent studies of bioconversion using LAB and discuss future directions for this field.
김치용 결구배추를 겉잎(L1), 중잎(L2), 속잎(L3)으로 세 등분하여 부위별로 일반성분을 포함한 이화학적인 성분을 측정하여 비교하였다. 조단백질 및 조지방 함량은 겉잎(L1)이 높았고, 조회분 및 탄수화물 함량은 속잎(L3)이 높았다(P<0.05). 열량은 24.5~26.5 kcal/100 g이었고 부위별로 유의적인 차이가 없었으며, 총식이섬유는 겉잎(L1)이 가장 높았다(P<0.05). 유리당은 fructose, glucose, sucrose가 확인되었으며, 속잎(L3)에서 fructose 및 glucose 함량이 높았다(P<0.05). 유기산은 citric acid, malic acid, succinic acid가 검출되었으며, citric acid와 malic acid 함량은 속잎(L3)이 높았고 succinic acid는 겉잎(L1)이 높았다(P<0.05). 총유리 아미노산의 30% 이상을 차지하는 glutamic acid 함량은 속잎(L3)에서 높았으며, ${\gamma}-aminobutyric$ acid의 함량은 겉잎(L1)이 가장 높았다(P<0.05). 결구배추 잎의 주요 미네랄 성분은 K, Na, Ca, Mg이며, 이 중 K의 함량이 가장 높았다. 총미네랄 함량은 겉잎(L1)이 가장 높았다(P<0.05). 결구배추 잎은 부위에 따라 이화학적 성분 조성이 다른 특성을 가지므로 신선편의 식재료로서 활용성이 더욱 증대될 수 있을 것으로 생각한다.
This study was conducted to determine the nutritional value of domestic cherry tomato varieties (Summerking, Qutiquti, and Minichal). The levels of amino acids, amino acid derivatives, and ${\gamma}-aminobutyric-acid$ (GABA) were analyzed using ion chromatography. In domestic cherry tomatoes, eighteen free amino acids were found including L-glutamic acid (L-Glu), L-glutamine (L-Gln), and L-aspartic acid (L-Asp). L-Glu was the most abundant amino acid, ranging from 1,533.17 mg/100 g to 1,920.65 mg/100 g (dry weight). The next abundant amino acids were L-Gln, ranging from 784.68 mg/100 g to 1,164.36 mg/100 g and L-Asp, ranging from 320.73 mg/100 g to 387.22 mg/100 g. Domestic cherry tomatoes contained eight essential amino acids except tryptophan and the total essential amino acid content was 297.30~432.43 mg/100 g (dry weight), which was 8.92~10.61% of total free amino acid. Several amino acid derivatives were found: L-carnitine (L-Car), hydroxylysine (Hyl), o-phosphoethanolamine (o-Pea), phosphoserine (p-Ser), ${\beta}-alanine$ (${\beta}-Ala$), N-methyl-histidine (Me-His), ethanolamine ($EtNH_2$), and L-citrulline (L-Cit). L-Car, transporting long-chain fatty acid into mitocondrial matrix, was the most abundant amino acid derivative in all domestic cherry tomatoes. A high level of GABA (313.18~638.57 mg/100 g), known as a neurotransmitter, was also found in all three domestic cherry tomatoes. These results revealed that domestic cherry tomatoes have a good balance of nutrient and bioactive compounds. Therefore, cherry tomatoes can be used as a functional food material.
The objective of this research was to investigate the effects of soaking time (6, 12 and 24 hr) and steeping temperature (25, 30 and $35^{\circ}C$) on germination time, germination percentage and weight loss of wheat and barley. Changes in chemical composition (such as protein, fat, and ash), reducing sugar content, enzyme activity and pasting profile and GABA ($\gamma$-animobutyric acid) content of germinated wheat and barley were also evaluated. The results clearly suggest that the short soaking time and lower steeping temperature significantly decreased germination time and weight loss, while germination percentage increased. Regarding the chemical composition, the protein content of wheat and barley was slightly increased after germination but there was no significant difference in content of crude fat and ash of both germinated cereals. The reducing sugar content of both germinated cereals decreased as the steeping temperature increased from $25^{\circ}C$ to $35^{\circ}C$. Increasing soaking time and steeping temperature led to increased amylase activity, and also corresponded to reduced paste viscosity. The highest GABA content that occurred with soaking times of 6 and 12 hr and a steeping temperature of $35^{\circ}C$ was 1,467.74 and 1,474.70 ${\mu}g/g$ for germinated wheat and 2,108.13 and 1,691.85 ${\mu}g/g$ for germinated barley. This study indicated that the optimum germination process for wheat and barley is a low steeping temperature and a short soaking time.
본 연구에서 보리의 GABA 함량을 높일 수 있는 제조조건(수침과 발아)을 확립하여 GABA 고함유 발아보리를 제조하고, 발아에 의한 영양성분의 변화를 분석하였다. 수분흡수량과 수침용액의 pH는 수침 초기 6시간까지 급격하게 변화하였고, 보리종류 및 수침온도에 따라 약간의 차이를 나타내었다. 보리 원맥의 GABA 함량은 쌀보리 4.1 mg/100 g, 겉보리 1.4 mg/100 g 및 찰보리 2.5 mg/100 g이었으며, $25^{\circ}C$에서 24시간 수침 후에 쌀보리 10.4 mg/100 g, 겉보리 14.1 mg/100 g 및 찰보리 10.9 mg/100 g으로 증가되었다. 한편, 발아보리의 GABA 함량은 쌀보리 15.8 mg/100 g (48시간, $25^{\circ}C$), 겉보리 20.9 mg/100 g(36시간, $15^{\circ}C$) 및 찰보리 14.3 mg/100 g(36시간, $5^{\circ}C$)으로 보리 품종에 따라 발아조건은 다르게 나타났다. 수침과 발아 후에 원맥보다 쌀보리는 3.9배, 겉보리는 14.6배 및 찰보리는 5.8배 GABA 함량이 증가하였다. 발아에 의한 보리의 영양성분 변화는 일반성분에서 원백보다 조지방, 조회분, 무기질 및 ${\beta}$-glucan 함량은 감소하였으며, 지방산 조성에서 원백보다 linoleic acid는 증가하고 oleic acid는 감소하였다. 한편, 보리의 주요 지방산은 linoleic acid와 palmitic acid이었고, ${\beta}$-glucan 함량은 발아에 의하여 쌀보리 0.84배, 겉보리 0.94배 및 찰보리 0.94배 감소하였다.
This study was undertaken to investigate whether honokiol could enhance the pentobarbitalinduced sleeping behaviors through $\gamma$-aminobutyric acid (GABA) receptor $Cl^-$ channel activation. Thirty minutes after the oral administration of honokiol, mice were received sodium pentobarbital (42 mg/kg, i.p.). The time elapsed from pentobarbital injection to the loss of the righting reflex was taken as sleeping latency. The time elapsed between the loss and voluntary recovery of the righting reflex was considered as the total sleeping time. Western blot technique and $Cl^-$ sensitive fluorescence probe were used to detect the expression of $GABA_A$ receptor subunits and $Cl^-$ influx in the primary cultured cerebellar granule cells. Honokiol (0.1 and 0.2 mg/kg) prolonged the sleeping time induced by pentobarbital (42 mg/kg) in a dosage-dependent manner. Honokiol (20 and 50 ${\mu}M$) increased $Cl^-$ influx in primary cultured cerebellar granule cells, and selectively increased the $GABA_A$ receptor $\alpha$-subunit expression, but had no effect on the abundance of $\beta$ or $\gamma$-subunits. Chronic treatment with 20 ${\mu}M$ honokiol in primary cultured cerebellar neurons did not affect the abundance of GAD65/67. The results suggested that honokiol could potentiate pentobarbital-induced sleeping through $GABA_A$ receptor $Cl^-$ channel activation.
본 연구에서는 젖산발효를 통해서 얻어진 목이버섯과 녹각 추출액 혼합물의 항산화 및 생리활성평가를 수행하였다. 녹각 추출액의 GABA생성 최적조건에서 probiotics 및 기능성 강화를 위해 목이버섯을 2.5% 첨가하여 $30^{\circ}C$에서 7일간 젖산발효를 하였다. 발효 7일 pH 5.06, 산도 0.77%로 나타났으며 $1.3{\times}10^8CFU/mL$로 높은 균수를 유지하였고 GABA를 1.4% 생성하는 것으로 나타났다. 목이버섯을 첨가했을 때 젖산균 발효물의 물성이 개선되며 단기간에 고농도의 GABA를 생성하는 것으로 나타났다. 녹각 추출액의 젖산발효물의 세포 생존율을 실험한 목이버섯 2.5% 조건에서 발효 전 6 mg/mL에서 독성이 나타났으나 발효 후 독성이 완화되는 것으로 나타났다. 발효 후 6 mg/mL 농도에서는 $5.58{\mu}M$로 발효 후 NO 생성이 감소되는 것으로 나타났다. 결론적으로 녹각 추출액과 목이버섯 혼합물의 젖산균을 이용한 정치배양을 통해 단기간에 고농도의 GABA 생산이 가능하였으며, 젖산 발효물은 세포독성 완화 효과 및 NO 생성을 저해하는 것으로 나타났다. 따라서 발효물은 GABA, probiotic, 식이섬유 등을 함유하여 기능성 식품소재로 이용이 가능할 것으로 기대된다.
황칠나무 추출물의 순차적 복합발효를 통한 복합 기능성 물질들을 강화시킨 발효소재를 개발하였다. 황칠 추출물에 MSG와 glucose를 첨가한 후 1차 B. subtillis HA 발효를 통해 γ-PGA와 단백질 분해효소를 생성시켰다. 이후 skim milk와 glucose, yeast extract를 추가적으로 첨가하여 30℃에서 L. plantarum KS2020에 의한 2차 복합 발효를 통해서 기능성 물질인 GABA를 생산하였다. 황칠 추출물의 고초균 발효에서 생성된 점질물 및 점조도은 발효 2일 4.21±0.04 Pa·s, 4.1%±0.48%로 높은 점조도 값과 점질물을 함량을 보였다. pH 및 산도는 각각 8.9±0.01, 0.00±0.00이었으며 생균수는 7.27 log CFU/mL에서 발효 2일에 9.50 log CFU/mL로 높은 생균수를 보였다. 순차적 복합 발효가 진행되면서 고초균의 생균수는 4.30 log CFU/mL로 크게 감소하였으며 젖산균은 9.12 log CFU/mL로 증가하였다. Protease 활성 및 tyrosine 함량은 각각 0.8 unit/g, 57 mg%로 측정되었다. 이후 연속적 복합 발효 과정에서 발효 5일 차 106 mg% 정도로 증가되었으며, SDS-PAGE를 이용하여 casein 단백질이 분해된 것을 확인하였다. GABA 정성분석 결과 skim milk 5%만을 첨가한 조건을 제외하고 glucose, yeast extract가 추가로 첨가된 모든 조건에서 전구물질 MSG가 소진되면서 GABA로 전환되었다. 이중 최적 조건을 골라 정량분석을 진행하였으며 18.29 mg/mL의 GABA 함량을 나타내었다. 최종 황칠 복합 발효물은 γ-PGA, peptides, 고농도 GABA를 함유한 발효소재로써 다양한 식품의 원료 활용이 기대된다.
In our previous study, an early-maturing variety of rice (Oryza sativa L.), Jinbu can have feature with unique green color, various phytochemicals as well as nutritive components by the optimal early harvesting, called Green Rice$^{(R)}$ (GR). The aims of the present field experiments were to evaluate the changes in the weight of 1,000 kernels, yield, and contents of proximate and bioactive compounds in Chuchung, a mid-late maturing variety, during the pre-harvest maturation of rough rice and to research the appropriate harvest time and potent bioactivity of Chuchung GR. The weights of 1,000 kernels of Chuchung GR dramatically increased until 27 days after heading (DAH). The yields of Chuchung GR declined after 27 DAH and significantly declined to 0.0% after 45 DAH. The caloric value and total mineral contents were higher in the GR than in the full ripe stage, the brown rice (BR). In the GR, the contents of bioactive compounds, such as ${\gamma}$-aminobutyric acid, ${\gamma}$-oryzanol, and ${\alpha}$-tocopherol, were much higher (P<0.05) than those in the BR, specifically during 24~27 DAH. Therefore, bioactive Chuchung GR can be produced with a reasonable yield at 24~27 DAH and it could be useful for applications in various nutritive and functional food products.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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