Enhancement of Conjugated Fatty Acids by Bioconversion in Cattle and Characterization of Nanosome CLA
- 주제(키워드) CLA , Nano emulsion , Conjugated fatty acid
- 발행기관 고려대학교 대학원
- 지도교수 김 영준
- 발행년도 2012
- 학위수여년월 2012. 2
- 학위구분 석사
- 학과 일반대학원 식품생명공학과
- 원문페이지 75 p
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/korea/000000033197
- 본문언어 영어
- 제출원본 000045791950
초록/요약
Conjugated Linoleic Acid (CLA) is a functional fatty acid known to have various beneficial effects on degenerative diseases such as cancer, arteriosclerosis, immune function, obesity, muscle, endurance capacity, and osteoporosis. However, CLA is usually produced by organosynthesis because low amount of CLA exists in natural food. In this study, Bifidobacterium breve LMC 520 was applied to produce CLA and conjugated gamma linolenic acid (cGLA) the and efficient use of CLA, and to enhance CLA production and its accumulation in cattle. Linoleic acid (LA), linolenic aicd (LNA), CLA, and conjugated linolenic acid (CLnA) were used to compare structural and chemical characteristics depending on the configuration of double bonds. Conjugated fatty acids showed higher radical scavenging activity in DPPH assay. CLA showed the highest antioxidant capacity among the conjugated fatty acids. Cytotoxicity was relatively higher in LNA and CLnA groups containing three double bonds compared to that in other fatty acids containing two double bonds. Conversion rate to cGLA by cells of B. breve LMC 520 was highest at a condition: KPB100 + 1% Triton; 1 mM GLA; extracted with cell centrifuge homogenizer. In an animal feeding study, the contents of CLA and biohydrogenic metabolites of LA such as vaccenic acid were seemed to increase when fed LA- enriched high-fat diet, but biosynthesis of fat in the liver tended to decrease. Milk CLA seemed to increase by feeding coated cells of B.breve LMC 520. These results suggested that B. breve LMC 520 might be able to utilize diverse fatty acids for fatty acid synthesis even in the animal gut by colonization, and this showed possibility of being used as functional probiotics. Moreover, nano-emulsification method was applied to improve bioavailability, stability and functionality of CLA. The characteristics of the emulsion are translucent or milk-white appearance and thermodynamic semi-stable state. This technique was thought to enhance its absorption rate and to protect active materials. It also can be applied for other various functional materials. In the present study, triglyceride (TG) and free fatty acid (FFA) forms of CLA were applied for nano-emulsion. The nano-emulsion was made up of lecithin, glycerol, and CLA as emulifier, co-emulsifier, and core material, respectively. Lecithin and glycerol were used as non-ionic emulifier and co-emulifier. The size of nano CLA-TG and CLA-FFA measured by dynamic light scattering (DLS) were 65 and 260 nm, respectively. Resultant two types of nano-CLA showed over 99% of water solubility and improved heat stability. The bioavailability of nano-CLA group were also increased, which was evaluated with bioavailability simulation test using Caco-2 cell line. This study suggested that production and accumulation of CLA can be induced more effectively by nano-emulsification. It could result in positive effects when applied to functional food and livestock industries.
more초록/요약
Conjugated linoleic acid (CLA)는 항암, 항동맥경화, 면역기능 강화, 성장촉진, 체지방 감소 및 근육량 강화, 항골다공증 효능, 지구력 강화 등의 유익한 효과를 가진 기능성 지방산이다. 하지만 자연계의 식품에는 미량이 존재하기 때문에 지금까지 유기합성을 통한 생산이 주로 이루어지고 있다. 본 연구에서는, Bifidobacterium breve LMC 520을 이용하여 CLA를 비롯한 Conjugated gamma linolenic acid (cGLA)의 생산에 관한 연구를 수행하였으며, 소 에서 CLA의 효율적인 생산과 CLA를 강화하기 위한 연구를 수행하였다. 이중결합의 위치에 따른 구조 및 화학적 특성을 비교하기 위해서 linoleic acid(LA), linolenic aicd(LNA), CLA, conjugated linolenic aicd (CLnA)를 대상으로 실험한 결과, DPPH radical 소거능에서는 Conjugated 형태의 지방산의 항산화능이 더 높은 것으로 나타났으며, 그 중 CLA의 항산화능이 가장 높게 나타났다. 또한 MTT를 통한 세포독성을 비교한 실험에서는 이중결합이 3개인 LNA와 CLnA가 이중결합이 2개인 다른 지방산들에 비해 비교적 높은 경향을 나타냈다. B. breve LMC 520 균주 추출물의 지방산 전환조건은, lysis buffer로서 KPB100+Triton 1%를 사용하고, disrupter를 사용하여 세포를 파쇄한 후 1 mM의 GLA기질 농도에서 가장 높은 cGLA의 전환율을 나타내었다. 소 에서 CLA의 생합성의 관한 연구에서는 LA가 풍부한 고지방 식이의 섭취를 하였을 때, CLA와 LA의 biohydrogenation에 의한 대사 물들의 함량이 증가하는 경향을 보였으며, 반대로 간 에서는 지방의 생합성이 감소하는 경향을 보였다. 그리고 코팅된 B. breve LMC 520의 급여 시, 우유 내 CLA의 함량이 증가하는 경향을 보였다. 이와 같은 결과들은 B. breve LMC 520이 동물의 장에서 지방산을 합성할 수 있으며, probiotics로 이용될 수 있는 가능성을 보여주었다. 또한 CLA의 안정성 및 기능성을 강화하는 방법으로 Nano-emulsion 법을 적용하여 그 효과를 확인하였다. Nano-emulsion은 반투명 혹은 유백색의 외형을 지니며 열역학적으로 준 안정적인 특성을 지녔다. 이 기술은 흡수율의 개선과 활성물질을 보호해 줄 것이라 생각되며, 또한 다른 다양한 기능성 물질들에 적용될 수 있는 기술이다. 본 연구에서는 triglyceride (TG) 와 free fatty acid (FFA) 형태의 CLA를 nano-emulsion화 시켰다. 이것은 레시틴, 글리세롤, CLA가 각각 유화제, 보조유화제, 활성물질로 사용되었다. Dynamic light scattering (DLS) 를 이용하여 nano CLA-TG와 nano CLA-FFA를 측정한 결과, 각각 65 nm와 260 nm의 입자크기를 지니는 것으로 나타났다. 또한 99%이상의 수용성을 지녔으며, 열 안정성이 증가하였다. Caco-2 세포주를 이용하여 생체이용률 측정에서도 nano-CLA 그룹들의 생체이용률이 증가하였다. 본 연구는 CLA의 생산과 축척이 nano-emulsion화에 의해 더 많은 효과를 보여줄 수 있을 것이라고 판단되며, 식품과 축산분야에 적용 시 긍정적인 효과를 나타낼 것으로 생각된다.
more목차
List of Tables iv
List of Figures v
List of Schemes vii
List of Abbreviations viii
Abstract 1
I. Introduction 3
II. Materials
i. Chemicals 10
ii. Cell line 10
iii. Substrate preparation 11
III. Methods
i. Measurement of cell cytotoxicity by MTT assay 12
ii. Microbial production of conjugated fatty acid 13
iii. Measurement of anti-oxidant capacity by DPPH assay 13
iv. Transport of CLA through Caco-2 monolayer 14
v. Methylation for fatty acid analysis 16
vi. Ethylation for fatty acid analysis 19
vii. Product of Nano-Emulsion 21
viii. Measurement of particles size 21
ix. Heat stability test 21
x. Solubility test 22
xi. DNA extraction 22
xii. Real-time PCR 22
xiii. Animal feeding trial
xiii.i. Measurement of CLA content in liver and sirloin
by feeding safflower seed oil 25
xiii.ii. Measurement of CLA content in milk
by feeding B. breve LMC 520 25
IV. Results and Discussion
i. CLA product
i.i. Antioxidant capacity and cytotoxicity
of fatty acids and conjugated fatty acids 28
i.ii. Conversion of gamma linolenic acid
by B. breve LMC 520 32
i.iii. CLA production in animal feeding test 39
ii. Enhancement of CLA using nano-emulsion
ii.i. Characteristics of nano-emulsion CLA 45
ii.ii. Heat stability and bioavailability
of nano-emulsified CLA 49
V. Conclusion 53
VI. References 54
Abstract (Korean) 62
