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Antioxidant and moisturizing effects of fermented Hordeum vulgare L. extract and heat-killed probiotics by Lactobacillus lactic acid bacteria isolated from kimchi
Korean J. Microbiol. 2021;57(1):30-38
Published online March 31, 2021
© 2021 The Microbiological Society of Korea.

Su Yeong Kim1, So Young Shin1, Ji Hye Kim2, Hye Ja Lee2, and Kyung Min Kim1*

1Bio-Convergence R&D Center, AMI Cosmetics Co., Ltd., Jeju 63359, Republic of Korea
2Natural Product Laboratory, Daebong LS Co., Ltd., Jeju 63243, Republic of Korea
Correspondence to: E-mail: rainant@skinami.co.kr;
Tel.: +82-64-805-1090; Fax: +82-64-805-1091
Received December 3, 2020; Revised January 14, 2021; Accepted January 14, 2021.
Abstract
This study was conducted to investigate the antioxidant activity and moisturizing effect of the fermented Hordeum vulgare L. (H. vulgare L.) extract and the heat-killed probiotics. Its leaves were fermented using L. paraplantarum (AMI-1101), L. plantarum (AMI-1103), and L. brevis (AMI-1109). As an antioxidant result, the ferments of H. vulgare L. extract were improved compared to before fermentation, especially, paraplantarum (AMI-1101) showed the highest effect by 55.4% DPPH radical scavenging activity, and 59.1% ABTS+ radical scavenging activity at a concentration 500 μg/ml. In the case of moisturizing efficacy, the ferments of H. vulgare L. extract increased the production of hyaluronic acid (HA), aquaporin 3 (AQP 3), and filaggrin (FLG) at a concentration 100 μg/ml.
Hordeum vulgare L. extract was fermented by 3 microbial complex and next the microorganisms inside of the ferments were treated by heat to kill. The heat-killed probiotics were split into nanoscale size particles to 10,000 psi, 15,000 psi, and 20,000 psi by a microfludizer in order to maximize skin penetration and efficacy. The antioxidant efficacy of heat-killed probiotics exhibited that normal heat-killed probiotics showed 61%, but the 20,000 psi heat-killed probiotics showed 89.9% scavenging ability at concentration 1,000 μg/ml. In the case of moisturizing effect, the production of the HA was increased to 53.08% at 10,000 psi heat-killed probiotics treatment, and the synthesis of FLG was increased to 68.26% at 15,000 psi dead microorganisms. As these results, the ferments of H. vulgare L. extract and the nano conversed heat-killed probiotics can be utilized as natural cosmetic materials having antioxidant and moisturizing activities.
Keywords : Hordeum vulgare L., antioxidant, heat-killed probiotics, Lactobacillus fermentation, moisturizing effect
Body

산업화에 따른 다양한 화학물의 사용과 미세먼지, 자외선, 유해 환경 등 피부를 자극하는 외부 요인이 증가하고 있다. 이에 화장품 성분을 중요하게 여기는 소비자가 많아짐에 따라 성분 트렌드도 빠르게 변화하고 있으며, 친환경적 자연 유래의 성분에 대한 소비자의 선호도가 매우 높아 이를 활용한 연구가 활발히 수행되고 있다. 국내 뿐만 아니라 세계적으로도 보다 안전한 성분과 보다 확실한 효과를 추구하는 경향에 따라 기능성과 안전을 신뢰하고 구매할 수 있는 제품들에 관심도가 높아지고 있다(Lee and Kang, 2020).

보리(Hordeum vulgare L.)는 벼과(Poaceae/Gramineae)에 속하는 세계 4대 작물 중 하나이며, 특히 보리 잎에는 항산화제인 superoxide dismutase (SOD)와 폴리페놀 화합물, 비타민C, 비타민E, catechin, β-carotene 등의 다양한 생리 활성 물질이 풍부하게 들어 있다고 보고되었다(Ohkawa et al., 1998; Park et al., 2008). 청보리는 누른빛을 띠는 일반 보리와는 달리 푸른빛을 띠는 보리를 의미하며, 보리를 수확하기 15일전, 그 이후에 수확한 것으로 일반보리에 비해 chlorophyll이 많을 뿐만 아니라 항산화능을 갖는다(Kim and Kim, 2015; Park et al., 2019). 보리에 대한 영양학적 가치 및 다양한 생리 활성에 관한 연구는 알려져 있으나, 청보리를 활용한 발효 소재 및 사균체의 생리 활성에 대한 연구는 보고되어 있지 않다.

발효는 미생물의 대사 작용에 의해 유용 물질을 생산하고 생물 전환시키는 가장 오래된 역사를 가진 생물학의 기술로, 전통적인 발효의 경우 김치, 장류, 주류, 식초, 유제품, 젓갈 등 다양한 발효 음식에서 사용되어 왔으며 최근 발효 기술은 그 생산물의 영양학적 가치와 생명 공학 등 관련 기술의 발전으로 천연물의 유산균 발효를 통한 항산화, 항염, 항균, 미백, 주름개선 등의 기능성 증진에 관한 연구가 다양하게 이루어지고 있다(Jeon et al., 2011; Jun et al., 2014; Kang et al., 2020b). 이러한 기능성 및 응용 가능성으로 인해 다양한 산업 분야에서 관심과 중요성이 높아지고 있어 화장품, 의약품, 생활용품, 식품 등 다양한 산업 분야에 적용 가능한 기술로 발전되고 있다(Park, 2012; Kim et al., 2018). 최근에는 유산균의 생균체 뿐만 아닌 사균체와 대사산물의 in vitro 면역 조절 기능에 관한 연구가 이루어지고 있으며, 사균체가 생균체보다 안정성이 높고 이용에 용이하다는 연구가 있다. 현재 국내의 유산균 사균체는 외국에 비해 연구가 부진한 상황이다(Choi et al., 2018; Kang et al., 2020a).

산화적 스트레스에 항상 노출되어 있는 피부는 그 항산화성 방어망의 불균형이 일어나 산화 생성물 및 과산화지질 등이 축적되어 피부 노화가 촉진된다(Kim et al., 2019b). 생체 내 정상적인 세포 대사 과정에서 생성되거나 여러 환경 오염 및 화학 물질의 노출 등에 의해 생성되는 수퍼옥사이드라디칼(superoxide radical anion, O2-.), 과산화수소(hydrogen peroxide, H2O2), 하이드록실 라디칼(hydroxyl radicals, •OH) 등의 산소 화합물을 총칭하여 활성 산소종(reactive oxygen species, ROS)이라 하며, 세포의 산화적 스트레스를 유발하는 것으로 알려져 있다(Kim et al., 2007; Jun et al., 2014).

건강한 피부 유지에는 각질 세포 간 지질 성분과 아미노산, 요소, 유기산 등의 천연 보습 인자와 피지가 관여하며 이러한 요소들의 균형이 깨지거나 결핍될 때 건조 피부가 유발될 수 있다. 히알루론산(Hyaluronic acid, HA)은 보습성을 지닌 수용성 다당류의 생체 고분자 물질로 수분을 보유하고 세포를 성장 및 면역 조절 인자로 알려져 있다(Yu et al., 2015; Park et al., 2018) 필라그린(Filaggrin, FLG)은 분해과정을 통해 천연함습인자(natural moisturizing factors)를 형성하여 피부 보습에 중요한 역할을 수행하며 각질 내 케라틴 세섬유(keratin filament)를 응집함으로써 단단하고 편평한 구조인 각질 세포막(cornified cell envelope)을 형성, 피부의 강력한 물리적 장벽과 투과 장벽 기능에 기여한다(Park et al., 2018, 2016). 아쿠아포린 3 (Aquaporin 3, AQP3)는 수분 및 여러 물질을 수송하는 막 단백질의 일종으로 세포 내외의 피부의 수분 조절에 중요한 역할을 한다(Bellemère et al., 2008; Park, 2008; Jeon et al., 2014).

이에 본 연구에서는 유산균을 활용하여 청보리 잎 추출물을 발효하고, Microfludizer로 나노화된 사균체의 DPPH 라디칼 소거 활성 및 ABTS+ 라디칼 소거 활성을 측정하여 항산화 효과를 확인하고, 피부 각질 형성 세포인 HaCaT 세포에서의 HA, FLG, AQP3 생성량을 통한 보습 효과를 확인하여 청보리 발효물 및 사균체를 이용한 기능성 바이오 소재 개발을 위한 기초 자료로 제공 및 응용하고자 한다.

재료 및 방법

실험 재료 및 사용 균주

본 실험에 사용한 청보리(Hordeum vulgare L.)는 만나 CEA 에서 구매하여 실험에 사용하였다. 사용된 균주는 제주도 김치로부터 분리 및 동정된 Lactobacillus paraplantarum AMI-1101 (LPP), Lactobacillus plantarum AMI-1103 (LP), Lactobacillus brevis AMI-1109 (LB) 유산균을 실험에 사용하였으며, 2018년 11월 12일 부로 한국 미생물 보존 센터(KCCM)에 국제 기탁하였다(기탁번호 KCCM12383P, KCCM12384P, KCCM12385P).

청보리 발효 및 사균체 제조 방법

뿌리를 제거 후 정제수로 세척하고 건조시킨 청보리 잎를 조분쇄하여 20배의 추출 용매(정제수)로 121°C, 15분간 고압 열수 추출을 하였다. 발효를 위한 종균은 멸균된 유산균 배양 배지(Lactobacillus MRS Broth, Difco)에서 배양된 유산균 LPP, LP 및 LB을 사용하였으며 배양이 완료된 후 균체만 회수하여 1 × 107 CFU/ml 농도로 청보리 추출물에 접종하였다. 사전 연구를 통해 균주별 배양 조건을 달리하여 확보된 46종의 청보리 발효 소재의 항산화능 평가 결과 효능이 가장 뛰어난 3종을 선별하여 본 연구를 진행하였다. 발효는 발효조를 이용하여 LPP는 35°C로 1일간, LP는 35°C로 2일간, LB는 30°C로 2일간 유지하며 진행하였고, 발효가 완료된 청보리 추출 발효물은 0.2 μm 여과지를 이용하여 필터에 남은 균체를 분리하였다. 필터 표면에 남겨진 균체를 정제수로 씻어내어 회수한 후, 원심 분리기를 이용하여 침전된 균체만을 회수하였다. 상기 발효 균체를 121°C에서 15분간 가열하여 사멸시킨 후, 멸균하여 동결 건조 분말화하였다. LPP, LP, LB 3가지 균주를 활용한 복합 발효물을 기반으로 사균체를 제조하여 Microfludizer로 나노화된 압력별 사균체에 대한 항산화능, 보습 효능을 평가하였다.

유산균 복합 사균체의 나노화

동결건조 사균체 파우더를 70% EtoH에 0.1%로 혼합하여 준비된 샘플을 마이크로플루다이저(Microfludizer, M110EH, Mfic)를 이용하여 10,000, 15,000, 20,000 psi의 압력 별로 각 3회씩 반복하여 균질화 후 회수하였다. 회수한 나노 사균체를 40°C 저온 진공 농축한 후, 동결 건조하여 분말화하였다.

주사 전자 현미경(SEM, Scanning Electron Microscope)에 의한 사균체 이미지 측정

마이크로플루다이저로 나노화된 사균체의 사이즈를 확인하기 위해, 방출 주사 전자 현미경(Field Emission Scanning Electron Microscope,TESCAN, MIRA3)을 이용하여 나노화된 사균체의 사이즈 및 모양을 확인하였다.

DPPH 라디칼 소거 활성능

DPPH 라디칼 소거 활성 실험은 Blois 방법(Brand-williams et al., 1995)을 응용하여 다음과 같이 실행하였다. 먼저 시료를 1 mg/ml 농도로 만든 후, 이를 31.25, 62.5, 125, 250 및 500 μg/ml 농도로 희석하였다. DPPH 시약은 DMSO를 사용하여 2 mM 농도로 녹여준 뒤 이를 EtOH에 0.2 mM로 희석하여 사용하였다. 이 후 농도별로 희석한 시료 용액을 96 well plate에 각각 20 μl씩 넣고 multi pipette을 사용하여 0.2 mM DPPH 180 μl를 넣어 상온에서 10분간 반응시키고, ELISA reader를 이용하여 515 nm에서 흡광도를 측정 하였다. DPPH 라디칼 소거율(%)은 아래의 식에 의해 계산하였으며, 각 시료는 3회 반복 실험을 실시하여 평균값을 구하였다.

Scavenging effect (%)={1-B-CA}×100

A : 515 nm에서 DPPH의 흡광도

B : 515 nm에서 시료와 DPPH 반응액의 흡광도

C : 515 nm에서 시료 자체의 흡광도

ABTS+ 라디칼 소거 활성능

ABTS radical cation 소거 활성은 Re 등의 방법(Re et al., 1999)을 응용하였고, 실험은 다음과 같이 진행하였다. 7.0 mM ABTS 용액과 2.45 mM potassium persulfate 용액을 1:1 (v/v)로 혼합하여 16시간 이상 차광 상태에서 반응을 시켜 ABTS+ 라디칼을 만들었다. 이 ABTS+ 라디칼 용액을 에탄올에 희석하여 700 nm에서 흡광도가 0.78 ± 0.002가 되도록 조절하여 실험에 사용하였다. 이 후 96 well plate에 농도별로 희석한 시료 용액 각각 20 μl와 ABTS+ 라디칼 용액 180 μl를 혼합하여 15분간 차광 상태에서 반응시키고, ELISA reader를 이용하여 700 nm에서 흡광도를 측정하였다. ABTS+ 라디칼 소거율(%)은 아래의 식에 의해 계산하였으며, 각 시료는 3회 반복 실험을 실시하여 평균값을 구하였다.

Scavenging effect (%)={1-B-CA}×100

A : 700 nm에서 ABTS의 흡광도

B : 700 nm에서 시료와 ABTS 반응액의 흡광도

C : 700 nm에서 시료 자체의 흡광도

피부 각질 형성 세포 배양

피부 각질 형성 세포인 HaCaT 세포는 Cell Lines Service (CLS)로부터 구매하여 100 units/ml 페니실린-스트렙토마이신 및 10% 태아 소 혈청(fetal bovine serum, FBS)이 함유된 Dulbecco’s Modified Eagle’s Medium (DMEM) 배지를 사용하여 37°C, 5% CO2 항온기에서 배양하였으며, 2~3일 간격으로 계대 배양을 시행하였다.

세포 독성 평가(EZ-cytox assay)

피부각질형성세포에서의 독성을 확인하기 위하여 HaCaT 세포에 EZ-cytox (EZ-cytox Cell Viability Assay Kit, DOGEN)를 10%로 처리하고 37°C, 5% CO2 조건에서 30분 동안 반응시킨 후, 세포 배양액을 96 well plate에 옮겨 생성된 formazan의 양을 450 nm에서 흡광도를 측정하였다. 각 시료 군에 대한 평균 흡광도 값을 구하였으며, 대조군의 흡광도 값과 비교하여 세포 생존율을 평가하였다.

보습 인자 히알루론산(Hyaluronic Acid), 아쿠아포린3 (Aquaporin 3), 필라그린(Filaggrin) 생성량 증가 효과 확인

HaCaT 세포를 24 well 플레이트에 1.0 × 105 cells/ml로 분주하여 37°C, 5% CO2 조건에서 24시간 동안 배양하고 무혈청 DMEM으로 교환한 후, 시료를 24시간 동안 처리하였다. 이후 배양 배지를 걷어 15,000 rpm으로 5분간 원심분리하고 상층액을 사용하였다. 세포는 plate에서 떼어내 PBS를 넣고 저온, 상온 배양을 반복하여 cell lysis 시킨 후 15,000 rpm으로 5분간 원심분리하고 상층액을 사용하였다. 효소면역측정법(ELISA: Enzyme-Linked Immunosorbent Assay)은 HA ELISA 키트, AQP3 ELISA 키트, FLG ELISA 키트(CUSABIO Biotech Co., Ltd)를 이용하였으며 제조사에서 제공한 방법에 의해 진행하였다.

통계 처리

모든 시료의 통계처리 분석은 모두 3번 반복 수행하여, 평균치와 표준편차(Mean ± SD)값으로 표시하였다. 통계 분석은 Excel software (version 2007, Microsoft Corp.) 프로그램으로 student’s t-test를 실시해 통계처리 하였고, 시료가 포함되지 않은 대조구와 비교하여 유의성 검정을 실시하였으며, p value가 0.05 미만일 때 통계학적으로 유의성이 있다고 판정하였다. * p < 0.05, ** p < 0.01, *** p < 0.001.

결 과

Microfludizer로 나노화된 청보리 발효-유산균 사균체의 주사 전자 현미경(SEM) 이미지 측정 결과

청보리 잎을 LPP, LP, LB를 활용하여 발효 후 이를 기반으로 사균체를 제조하였다. 주사 전자 현미경(SEM, Scanning Electron Microscope)을 이용하여 나노화된 사균체의 사이즈를 확인하였다. 이미지 측정 결과는 Fig. 1에 나타내었다. 일반 사균체와 비교하여서, 압력이 높아질수록 사균체가 나노화 됨으로써 사이즈가 작아지는 것을 확인하였다(Fig. 1).

Fig. 1. SEM image of Microfludizer treated heat-killed probiotics of LAB cultured on H. vulgare extract. (A) Normal heat-killed probiotics (B) Heat-killed probiotics (10,000 psi) (C) Heat-killed probiotics (15,000 psi) (D) Heat-killed probiotics (20,000 psi).

유산균 3종 활용 청보리 추출 발효물 및 나노화된 복합 사균체의 DPPH 및 ABTS+ 라디칼 소거활성

DPPH는 분자 내 라디칼을 함유하고 있어서, tocopherol, polyhydroxy 방향족 화합물 및 방향족 아민류인 항산화제에 의해 환원 시 라디칼이 소거되어 짙은 자색이 탈색되는 정도를 항산화 물질의 전자 공여 능으로 측정하는 방법이며, DPPH 분자의 움직임은 하이드록실 라디칼과 유사하여 free radical 소거실험에 활용된다고 한다. 또한, ABTS 라디칼 소거 활성측정은 potassium persulfate와 반응하여 생성된 ABTS 라디칼이 항산화 물질에 의해 제거되어 라디칼 특유의 청록색이 탈색되는 원리를 이용해 항산화 능을 측정하는 방법이다(Kim et al., 2019a).

청보리 추출 발효물의 DPPH 라디칼 소거 활성, ABTS 라디칼 소거 활성에 대한 실험 결과는 Figs. 2, 3에 나타내었다. DPPH 라디칼 소거능을 평가 결과, 500 μg/ml의 농도에서 청보리 추출물의 경우 35.8% 소거능을 보였으나, 청보리 추출 발효물에서 53.7%의 소거능을 나타내며 발효 후 소거능이 증가하는 경향을 나타내었다(Fig. 2). ABTS 라디칼 소거능을 평가한 결과, 500 μg/ml의 농도에서 청보리 추출물의 경우 40.3% 소거능을 보였으나, 청보리 추출 발효물에서 59.1%의 소거능을 나타내며 발효 후 소거능이 증가하는 경향을 나타내었다(Fig. 3). 이를 통해 발효 전 대비 발효 후 농도 의존적으로 DPPH 및 ABTS 라디칼을 소거능이 증가하는 것이 확인되었다. Microfludizer로 나노화된 사균체의 항산화능 평가결과, 1,000 μg/ml의 농도에서 일반 사균체의 경우 61% 소거능을 나타내었으나 나노화된 사균체의 10,000 psi에서는 75.1%, 15,000 psi에서는 73.2%, 20,000 psi에서는 89.9%의 결과로 일반 사균체 대비 소거능이 증가됨을 확인하였다(Fig. 4).

Fig. 2. DPPH radical scavenging activity (%) of fermented H. vulgare L. extract by LAB. DPPH radical scavenging activities of fermented H. vulgare L. extract by Lactobacillus paraplantarum (AMI-1101), Lactobacillus plantarum (AMI-1103), Lactobacillus brevis (AMI-1109). Data are representative of three independent experiments and are presented as means ± SD. (* p < 0.05, ** p < 0.01, *** p < 0.001, two-tailed Student’s t-test).

Fig. 3. ABTS+ radical scavenging activity (%) of fermented H. vulgare L. extract by LAB. ABTS+ radical scavenging activities of fermented H. vulgare L. extract by Lactobacillus paraplantarum (AMI-1101), Lactobacillus plantarum (AMI-1103), Lactobacillus brevis (AMI-1109). Data are representative of three independent experiments and are presented as means ± SD. (* p < 0.05, ** p < 0.01, *** p < 0.001, two-tailed Student’s t-test).

Fig. 4. ABTS+ radical scavenging activity (%) of heat-killed probiotics of LAB cultured on H. vulgare L. extract. ABTS+ radical scavenging activities of heat-killed probiotics of LAB cultured on H. vulgare L. extract. Data are representative of three independent experiments and are presented as means ± SD (* p < 0.05, ** p < 0.01, *** p < 0.001, two-tailed Student’s t-test).

각질 형성 세포에서 유산균 3종 활용 청보리 추출 발효물의 보습 효능 결과

청보리를 제주 지역 김치 유래 균으로 발효한 청보리 추출 발효물 3종의 보습 효능을 알아보기 위해 인간 각질 형성 세포에 처리하고 ELISA kit로 확인하였다. Retinoic acid는 Positive control로 10 μM의 농도로 사용하였다. 시료를 50 μg/ml, 100 μg/ml의 농도로 처리했을 때, 세포 독성이 발생하지 않았으며(Fig. 5A) 세포 배양액으로 분비된 HA의 경우, LPP의 100 μg/ml에서 31.57% 증가하였고, LB의 50 μg/ml에서는 54.83%로 Control 대비 증가하였다(Fig. 5B). 세포를 용해하여 얻은 단백질로 FLG과 AQP 3의 생성량을 확인한 결과, LPP, LP 모두 100 μg/ml에서 Control 대비에서 각각 27.11%, 20.85% FLG의 생성량이 높았으며, LB의 50 μg/ml에선 52.29% 향상되었다(Fig. 5C). AQP 3은 LPP의 100 μg/ml에서 54.37%, LP의 100 μg/ml에서 83.41%, LB의 100 μg/ml에서는 125.83%로 AQP 3의 생성량이 크게 증가하였다(Fig. 5D).

Fig. 5. The moisturizing factors were increased of fermented H. vulgare L. extract by LAB. HaCaT cell were treated with the 3 kinds of H. vulgare L. ferments and Retinoic acid (10 μM) for 24 h. Cell viability was measured by WST method (A). The moisturizing factors were checked by ELISA kit. HA was performed by cell media (B), and FLG (C) and AQP 3 (D) were analyzed by cells. Data are representative of three independent experiments and are presented as means ± SD (* p < 0.05, ** p < 0.01, *** p < 0.001, two-tailed Student’s t-test).

각질 형성 세포에서 Microfludizer로 나노화된 복합 사균체의 보습 효능 결과

청보리를 제주지역 김치 유래 유산균으로 발효 후 제거된 균체를 Microfludizer로 나노화하고 사균체화 한 시료의 보습 효능을 알아보기 위해 인간 각질형성세포에 처리하고 ELISA kit로 확인하였으며, Retinoic acid는 Positive control로 10 μM의 농도로 사용하였다. 시료를 2.5 μg/ml, 5 μg/ml, 10 μg/ml, 20 μg/ml 농도로 처리 했을 때, 세포 독성이 발생하지 않았으며(Fig. 6A) 세포 배양액으로 분비된 HA의 경우, Microfludizer를 처리하지 않은 사균체 일반의 20 μg/ml에서는 Control 대비 32.04% 증가하였고, Microfludizer를 10,000 psi로 처리한 시료의 20 μg/ml에서는 47.87%였으며 20,000 psi 시료의 20 μg/ml에서는 53.08%로 가장 크게 증가 하였다(Fig. 6B). 세포를 용해하여 얻은 단백질로 FLG의 생성량을 확인한 결과, Microfludizer를 처리하지 않은 일반 사균체의 20 μg/ml에서는 Control 대비 60.52% 증가하였고, Microfludizer를 15,000 psi로 처리한 시료의 20 μg/ml에서는 68.26%로 가장 높은 FLG의 생성량을 보였다(Fig. 6C). AQP 3의 경우 청보리 사균체 시료에서 효능이 관찰되지 않았다(자료 미제시).

Fig. 6. The moisturizing effect of heat-killed probiotics of LAB cultured on H. vulgare L. extract. HaCaT cell were treated with the heat-killed probiotics of LAB cultured on H. vulgare L. extract and Retinoic acid (10 μM) for 24 h. Cell viability was measured by WST method (A). The moisturizing factors were checked by ELISA kit. HA was performed by cell media (B), and FLG was analyzed by cells (C). Data are representative of three independent experiments and are presented as means ± SD (* p < 0.05, ** p < 0.01, *** p < 0.001, two-tailed Student’s t-test).
고 찰

본 연구에서는 청보리(Hordeum vulgare L.)를 이용하여 3종의 유산균으로 발효 후, 이의 균체를 나노화하여 DPPH 라디칼 소거 활성, ABTS 라디칼 소거 활성, 각질 형성 세포에서의 보습 인자 HA, AQP 3, FLG 생성량 증가를 분석하였고, 청보리 추출 발효물 및 나노화된 사균체의 생리 활성 변화를 확인하였다. 항산화 및 보습 효능 실험 결과 발효하지 않은 청보리 추출물 보다, 발효 한 청보리 추출 발효물의 라디칼 소거능이 향상되었으며, 보습인자 생성량이 증가됨을 확인하였고, 나노화된 사균체에서는 일반 사균체에 비해 균체에 가해진 압력이 높아질 수록, 라디칼 소거능이 향상되고 보습인자 생성량이 증가됨을 확인함으로써 항산화 및 보습 효능을 입증하였다. 이러한 연구 결과를 통해 청보리 추출 발효물 및 사균체가 다양한 화장품 소재 개발로 활용이 가능할 것으로 기대된다.

적 요

본 연구는 청보리 추출 발효물 및 청보리 발효-유산균의 사균체의 항산화 활성 및 보습 효과에 대한 연구를 수행하였다. 청보리 잎을 L. paraplantarum (AMI-1101), L. plantarum (AMI-1103), L. brevis (AMI-1109)를 활용하여 발효하였고, 사균체는 피부 침투율 및 효능을 극대화하기 위해 Microfludizer로 나노화 하였다. 청보리 추출 발효물의 항산화 평가 결과, 500 μg/ml의 농도에서 55.4% DPPH 라디칼 소거활성 및 59.1%의 ABTS+ 라디칼 소거 활성을 나타내며 발효 전 대비 소거능이 향상됨을 확인하였다. 보습 효능평가 결과, 청보리 추출 발효물의 hylauronic aicd (HA), aquaporin3 (AQP 3), filaggrin (FLG) 생성량이 100 μg/ml 농도에서 증가됨을 확인하였다. 사균체의 항산화 평가 결과, 1,000 μg/ml의 농도에서 일반 사균체의 경우 61%, 20,000 psi 사균체가 89.9%의 소거능을 나타냄으로써, 일반 사균체에 비해 나노화된 사균체의 ABTS+ 라디칼 소거능이 증가됨을 확인하였다. 보습 효능 평가 결과 일반 사균체에 비해, HA, FLG 생성량이 증가됨을 확인하였고, HA의 경우 10,000 psi로 처리한 사균체의 20 μg/ml에서 53.08%로 가장 크게 증가하였으며, FLG은 15,000 psi로 처리한 사균체의 20 μg/ml에서 68.26%로 가장 크게 증가하였다. 이러한 결과들을 통해서, 청보리 추출 발효물과 사균체는 항산화 및 보습 활성을 가지는 천연 화장품 소재로의 활용이 가능할 것이라 사료된다.

감사의 말

본 연구는 산업통상자원부와 한국산업기술진흥원이 지원하는 광역협력권산업 육성사업(과제번호:P0002201)으로 수행된 연구결과입니다.

References
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March 2021, 57 (1)