This study was done in order to investigate the bioconversion of ginsenoside, as well as the quality characteristics of fermented ginseng, by using lactic acid bacteria. Quality characteristics such as the thin layer chromatography(TLC) pattern, ginsenosides, total phenolic content, electron donating ability, and total sugar of fermenting ginseng and red ginseng were analyzed. The ginsenoside Rg2r, Rh2s and Rh2r of the fermented ginseng and red ginseng for 65 hours at a temperature of $37^{\circ}C$ were not detected. The ginsenoside Rg1 and Re contents have decreased, while the Rh1, Rg2s, Rd, Rg3r, and Rg3s have increased due to fermentation. The ginsenoside Rg3 of the fermented red ginseng has increased and the contents were $114.83{\sim}131.68{\mu}g/mL$ (control $104.56{\mu}g/mL$). The total phenolic content and electron donating ability of the red ginseng have totally decreased after 7 days of fermentation. The total phenolic contents of the fermented ginseng and red ginseng with different lactic acid bacteria did not show any tendency as different strains. The electron donating ability of the fermented ginseng has increased; however, the electron donating ability of the red ginseng has decreased. The total sugars of the fermented ginseng and red ginseng with different lactic acid bacteria have also decreased.
Background: Ginsenoside Rd (GSRd), one of the most abundant ingredients of Panax ginseng, protects the heart via multiple mechanisms including the inhibition of $Ca^{2+}$ influx.We intended to explore the effects of GSRd on L-type $Ca^{2+}$ current ($I_{Ca,L}$) and define the mechanism of the suppression of $I_{Ca,L}$ by GSRd. Methods: Perforated-patch recording and whole-cell voltage clamp techniques were applied in isolated rat ventricular myocytes. Results: (1) GSRd reduced $I_{Ca,L}$ peak amplitude in a concentration-dependent manner [half-maximal inhibitory concentration $(IC_{50})=32.4{\pm}7.1{\mu}mol/L$] and up-shifted the current-voltage (I-V) curve. (2) GSRd ($30{\mu}mol/L$) significantly changed the steady-state activation curve of $I_{Ca,L}$ ($V_{0.5}:-19.12{\pm}0.68$ vs. $-6.26{\pm}0.38mV$; n = 5, p < 0.05) and slowed down the recovery of $I_{Ca,L}$ from inactivation [the time content (${\zeta}$) from 91 ms to 136 ms, n = 5, p < 0.01]. (3) A more significant inhibitive effect of GSRd ($100{\mu}mol/L$) was identified in perforated-patch recording when compared with whole-cell recording [$65.7{\pm}3.2%$ (n = 10) vs. $31.4{\pm}5.2%$ (n = 5), p < 0.01]. (4) Pertussis toxin ($G_i$ protein inhibitor) completely abolished the $I_{Ca,L}$ inhibition induced by GSRd. There was a significant difference in inhibition potency between the two cyclic adenosine monophosphate elevating agents (isoprenaline and forskolin) prestimulation [$55{\pm}7.8%$ (n = 5) vs. $17.2{\pm}3.5%$ (n = 5), p < 0.01]. (5) 1H-[1,2,4]Oxadiazolo[4,3-a]-quinoxalin-1-one (a guanylate cyclase inhibitor) and N-acetyl-$\small{L}$-cysteine (a nitric oxide scavenger) partly recovered the $I_{Ca,L}$ inhibition induced by GSRd. (6) Phorbol-12-myristate-13-acetate (a protein kinase C activator) and GF109203X (a protein kinase C inhibitor) did not contribute to the inhibition of GSRd. Conclusion: These findings suggest that GSRd could inhibit $I_{Ca,L}$ through pertussis toxin-sensitive G protein ($G_i$) and a nitric oxide-cyclic guanosine monophosphate-dependent mechanism.
Alcohol-induced fatty liver (steatosis) results from excessive generation of reducing equivalents by ethanol metabolism. Generally, chronic ethanol treatment causes hepatosteatosis by regulating sterol regulatory element-binding protein 1c (SREBP-1c), which increases the synthesis of hepatic lipids. The effect of ethanol on SREBP-1c is mediated through mammalian sirtuin-1 (SIRT-1), a NAD+-dependent protein deacetylase that regulates hepatic lipid metabolism. Ginseng is a widely used herbal medicine that is used in Asia for its anti-diabetes and anti-obesity effects. The pharmacological and therapeutic effects of ginseng are primarily produced by bioactive constituents known as ginsenosides. Here, we examined the regulatory effects of Korean red ginseng (KRG) extracts on SREBP-1c and SIRT-1 on lipid homeostasis in AML-12 mouse hepatocytes. AML-12 cells were treated with ethanol and/or KRG extracts (0 - 1,000 μg/ml). Lipid droplets were assayed using Oil red O staining, and western blotting was used to measure SIRT-1 and SREBP-1 expression. Treatment with KRG extracts restored SIRT-1 expression and reduced SREBP-1c expression in ethanol-treated cells. We also showed that KRG extract and ginsenosides Rb2 and Rd significantly decreased SREBP-1 acetylation in ethanol-treated cells. These results show that treatment with KRG extract and its active ginsenoside constituents Rb2 and Rd protected against alcohol-related hepatosteatosis via regulation of SIRT-1 and downstream acetylation of SREBP-1c, which altered hepatic lipid metabolism.
Kim, Min-Ji;Upadhyaya, Jitendra;Yoon, Min-Sun;Ryu, Nam Soo;Song, Young Eun;Park, Hee-Won;Kim, Young-Hoi;Kim, Myung-Kon
Journal of Ginseng Research
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v.42
no.4
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pp.504-511
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2018
Background: The biological activities of ginseng saponins (ginsenosides) are associated with type, number, and position of sugar moieties linked to aglycone skeletons. Deglycosylated minor ginsenosides are known to be more biologically active than major ginsenosides. Accordingly, the deglycosylation of major ginsenosides can provide the multibioactive effects of ginsenosides. The purpose of this study was to transform ginsenoside Rb2, one of the protopanaxadiol-type major ginsenosides, into minor ginsenosides using ${\beta}$-glycosidase (BG-1) purified from Armillaria mellea mycelium. Methods: Ginsenoside Rb2 was hydrolyzed by using BG-1; the hydrolytic properties of Rb2 by BG-1 were also characterized. In addition, the influence of reaction conditions such as reaction time, pH, and temperature, and transformation pathways of Rb2, Rd, F2, compound O (C-O), and C-Y by treatment with BG-1 were investigated. Results: BG-1 first hydrolyzes 3-O-outer ${\beta}$-$\text\tiny{D}$-glucoside of Rb2, then 3-O-${\beta}$-$\text\tiny{D}$-glucoside of C-O into C-Y. C-Y was gradually converted into C-K with a prolonged reaction time, but the pathway of Rb2 ${\rightarrow}$ Rd ${\rightarrow}$ F2 ${\rightarrow}$ C-K was not observed. The optimum reaction conditions for C-Y and C-K formation from Rb2 by BG-1 were pH 4.0-4.5, temperature $45-60^{\circ}C$, and reaction time 72-96 h. Conclusion: ${\beta}$-Glycosidase purified from A. mellea mycelium can be efficiently used to transform Rb2 into C-Y and C-K. To our best knowledge, this is the first result of transformation from Rb2 into C-Y and C-K by basidiomycete mushroom enzyme.
Jiwon Choi;Chang Kwon;Jong Won Kim;Myung Jun Chung;Jong Hyun Yoon;Sanghyun Lim
Microbiology and Biotechnology Letters
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v.50
no.3
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pp.395-403
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2022
In this study, we identified that the fermentation of Korean indigenous probiotics and red ginseng produced ginsenoside compound K (CK) from major ginsenosides. Based on whole genome sequencing of 19 probiotics species, β-glucosidase, α-arabinofuranosidase, β-xylosidase, and α-rhamnosidase related to bioconversion of ginsenosides are identified in the genome of 19 species, 3 species, 6 species, and 8 species, respectively. Among the 19 probiotics species, Bifidobacterium longum CBT BG7 converted from ginsenoside Rb1 to CK, and both B. breve CBT BR3 and B. lactis CBT BL3 converted ginsenoside Rb1 to Rd. The final concentration and yield of ginsenoside F2 and CK were higher in the fermentation with the nondisrupted cells than with disrupted cells. The combination of both CBT BG7 and BL3, and CBT BG7 and BR3 showed higher amounts of F2 than CBT BG7 only. CBT BG7 with adding α-amylase increased the amounts of F2. In this study, we identified that the fermentation of both Korean indigenous probiotic bacteria CBT BG7, BR3 and BL3, and red gingseng is able to produce CK, a bioactive compound that promotes health benefits.
This study was performed to enhance contents of low molecular ginsenoside using steaming and fermentation process in low quality fresh ginseng. For increase in contents of Rg2, Rg3, Rh2 and CK in low quality fresh ginseng, a steaming process was applied at $90^{\circ}C$ for 12 hr which was followed by fermentation process at Lactobacillus rhamnosus HK-9 incubated at $36^{\circ}C$ for 72 h. The contents of ginsenoside Rg1, Rb1, Rc, Re and Rd were decreased with the steaming associated with fermentation process but ginsenoside Rg2, Rg3, Rh2 and CK increased after process. It was found that under the steaming associated with fermentation process, low molecule ginsenosides such as Rg2, Rg3, Rh2 and CK were increased as 3.231 mg/g, 2.585 mg/g and 1.955 m/g and 2.478 mg/g, respectively. In addition, concentration of benzo[${\alpha}$]pyrene in extracts of the low quality fresh ginseng treated by the complex process was 0.11 ppm but it was 0.22 ppm when it was treated with the steaming process. This result could be caused by that the most efficiently breakdown of 1,2-glucoside and 1,4-glucoside linkage to backbone of ginsenosides by steaming associated with fermentation process. This results indicate that steaming process and fermenration process can increase in contents of Rg2, Rg3, Rh2 and CK in low quality fresh ginseng.
Journal of the Korean Society of Food Science and Nutrition
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v.30
no.1
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pp.1-5
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2001
This study was carried out to isolate saponin compounds from red-ginseng efflux, which was produced during the industrial processing of red-ginseng from fresh ginseng. We isolated crude saponin from the efflux extract (moisture content 35.0%) by using Diaion HP-20 adsorption method. Non-saponin fraction, which was adsorbed on Diaion HP-20 resin, was removed by eluating with $H_{2}O$ and 25% spirit. Then crude saponin was eluated with 95% spirit, continuously. Saponin in the eluated fractions was confirmed by TLC analysis. Crude saponin isolated from red ginseng efflux extract contained 12.10% of saponin. whereas those of white ginseng and red-ginseng were 3.30 and 3.39%, respectively. Ginsenoside contents showed the highest contents kin crude saponin from red ginseng efflux extract. Expacilly, the ginsenoside-$Rb_{1}$ and Re showed the highest contents in red-ginseng efflux extract when compared with those of white ginseng and red ginseng crude saponins. And the other ginsenosides except ginsenoside-$Rb_{1}$ and -Re also showed the highest contents in red ginseng efflux extract. However, the ratio of PD saponin (Panaxadiol saponin: $Rb_{1}+Rb_{2}$+Rc+Rd) to PT saponin (panaxatriol: $Re+Rg_{1}$) showed almost the same level when compared with those of ginseng saponin fractions. Ratio of PD/PT from red ginseng efflux extract was 1.99. Ratios of PD/PT from white ginseng and red ginseng were 1.85 and 1.84, respectively. Saponin purity, which was calculated by ratio percent of total ginsenoside to curde saponin content, was 45.90%. In case of white ginseng and red ginseng, the purities were 35.50 and 36.00%, respectively. However, by PHLC analysis, we confirmed that crude saponin isolated from red ginsengs. It suggested that crude saponin isolated from red ginseng ellux also would be useful component as ginseng saponins.
Ginseng, a traditional herbal drug, has been used in Eastern Asia for more than 2000 years. Various ginsenosides, which are the major bioactive components of ginseng products, have been shown to exert numerous beneficial effects on the human body when co-administered with drugs. However, this may give rise to ginsenoside-drug interactions, which is an important research consideration. In this study, acassette assay was performed the inhibitory effects of 12 ginsenosides on seven cytochrome P450 (CYP) isoforms in human liver microsomes (HLMs) using LC-MS/MS to predict the herb-drug interaction. After incubation of the 12 ginsenosides with seven cocktail CYP probes, the generated specific metabolites were quantified by LC-MS/MS to determine their activities. Ginsenoside Rb1 and F2 showed strong selective inhibitory effect on CYP2C9-catalyzed diclofenac 4'-hydroxylation and CYP2B6-catalyzed bupropion hydroxylation, respectively. Ginsenosides Rd showed weak inhibitory effect on the activities of CYP2B6, 2C9, 2C19, 2D6, 3A4, and compound K, while ginsenoside Rg3 showed weak inhibitory effects on CYP2B6. Other ginsenosides, Rc, Rf, Rg1, Rh1, Rf, and Re did not show significant inhibitory effects on the activities of the seven CYPs in HLM. Owing to the poor absorption of ginsenosides after oral administration in vivo, ginsenosides may not have significant side effects caused by interaction with other drugs.
In order to investigate the major metabolite patterns of aged Panax ginseng C.A. Meyer roots, the ginsenoside contents for white ginseng roots of various ages were compared. The 1-year to 6-year old roots were extracted with methanol, and then the methanol-soluble metabolites were analyzed by high performance liquid chromatography (HPLC). The metabolite contents of the 1-year and 2-year roots, including the ginsenosides and minor components, were not different, but the $Rg_1$, Re, and Rc ginsenoside contents between the 2-year and 3-year roots showed significant differences. $Rg_1$ and Rc increased significantly in the 1-year to 2-year roots, and Re increased significantly from the 3-year root age. Rd increased slightly until the 2-year age and decreased from the 3-year age. Based on the ginsenoside distributions and contents at various root ages, we have suggested 2 biogenesis schemes using the ginsenosides that have been isolated from the roots of P. ginseng so far.
Li, Ling;Lee, Soo Jin;Yuan, Qiu Ping;Im, Wan Taek;Kim, Sun Chang;Han, Nam Soo
Journal of Ginseng Research
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v.42
no.4
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pp.412-418
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2018
Background: Ginsenoside Rg3(S) and compound K (C-K) are pharmacologically active components of ginseng that promote human health and improve quality of life. The aim of this study was to produce Rg3(S) and C-K from ginseng extract using recombinant Lactococcus lactis. Methods: L. lactis subsp. cremoris NZ9000 (L. lactis NZ9000), which harbors ${\beta}$-glucosidase genes (BglPm and BglBX10) from Paenibacillus mucilaginosus and Flavobacterium johnsoniae, respectively, was reacted with ginseng extract (protopanaxadiol-type ginsenoside mixture). Results: Crude enzyme activity of BglBX10 values comprised 0.001 unit/mL and 0.003 unit/mL in uninduced and induced preparations, respectively. When whole cells of L. lactis harboring pNZBglBX10 were treated with ginseng extract, after permeabilization of cells by xylene, Rb1 and Rd were converted into Rg3(S) with a conversion yield of 61%. C-K was also produced by sequential reactions of the permeabilized cells harboring each pNZBgl and pNZBglBX10, resulting in a 70% maximum conversion yield. Conclusion: This study demonstrates that the lactic acid bacteria having specific ${\beta}$-glucosidase activity can be used to enhance the health benefits of Panax ginseng in either fermented foods or bioconversion processes.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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