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문제 정의
- 콩을 이용한 우리나라 전통 발효식품의 하나인 청국장은 단백질의 소화흡수가 용이하고 특유의 점질성 조직감과 구수한 풍미를 지니고 있으면서 정장 작용과 함께 간장을 보호해주는 작용이 있다 고 알려지고 있다 (정태석 등, 1959).이에 이 연구에서는 뽕나무로 우려낸 물에 콩을 삶아 발효시켜 만든 뽕청국장을 이용하여 streptozotocin으로 유발된 당뇨병 랫드의 혈당 변화와 항산화계에 미치는 영향을 살펴보고자 하였다.
제안 방법
- GPX의 활성도는 Paglia와 Valentine (1967)의 방법에 따라 측정하였다. Glutathione 기질과 조효소인 NADPH를 시료와 함께 25°C에서 5분간 반응시켜 340nm에서 NADPH의 산화로 인한 흡광도 감소율을 측정하였다. 활성도 단위는 효소 반응액 중에 함유된 단백질 Imgo] 1분간 산화시킨 NADPH 의 양을 nmole로 표시하였다.
- GST의 활성도는 Habig 등(1974)의 방법에 따라 측정하였다. l-chloro-2, 4-dinitrobenzene과 glutathi- one을 기질로 하여 25°C에서 10분간 반응시켜 생 성 된 2, 4-dinitrobenzene-glutathione conjugate 양을 340nm에서 측정하였다. 활성도 단위는 효소 반응액 중에 함유된 단백질 Img 이 1분간 반응하여 생성시킨 conjugate의 양을 nmole로 나타내었다.
- 장기는 채혈후 즉시 적출하여 생리식염수로 씻어내고 수분을 여과지로 제거한 후 무게를 칭량하였다. 간 조직은 생리식염수로 관류시켜 조직 내 혈액을 제거하고 일정량을 칭량한 후 4배량의 0.25 M sucrose 용액을 넣고 glass teflon homogenizer를 이용하여 20%(w/v) 마쇄균질액을 만들었다. 이 균질액을 600xg에서 10분간 원심분리하여 핵 및 미마쇄 부분을 제거한 상층액을 10, 000xg에서 20분간 원심분리한 후 효소 활성 측정 시료로 사용하 였다.
- 뽕청국장이 streptozotocin (70 mg/kg B.W., i.p.)으 로 유발된 당뇨쥐에서 혈당과 항산화계에 미치는 영향을 알아보고자 청국장 분말 함량(1%, 5%, 10%, 20%)을 달리하여 SD 랫드(200〜220g) 수컷에 3주간 실험식 이를 급여한 실험에서 다음과 같은 결과를 얻었다.
- 실험동물은 Sprague-Dawley 랫드(200〜220g) 수컷을 (주)효창사이언스로부터 분양받아 1주일 적응 시킨 후난괴법에 의해 6군(정상식이군, 당뇨 정 상식이군, 당뇨청국장1%군, 당뇨청국장5%군, 당뇨 청국장10%군, 당뇨청국장20%군)으로 나누어 각 군당 4마리씩 3주간 사육하여 실험하였다. 사료 섭 취량과 물은 매일, 체중은 주 1회, 혈당은 매주 아침 9:00〜10:00시에 측정하였다.
- 실험기간 동안 매주 동일 시간에 측미정맥에서 혈액을 채취하여 혈당계 Gluco Dr super sensor (Allmedicus사, Korea)로 혈당을 측정하였으며 분리 한 혈청의 glucose 농도는 에이껜사의 시약을 사용하여 Hitachi 7170 (Hitachi사, Japan)으로 측정하였고 insulin농도는 ELISA kit (Mercodai사, USA)를 이용하여 microplate reader (Molecular devices사, US A) 로 측정하였다.
- 실험동물은 Sprague-Dawley 랫드(200〜220g) 수컷을 (주)효창사이언스로부터 분양받아 1주일 적응 시킨 후난괴법에 의해 6군(정상식이군, 당뇨 정 상식이군, 당뇨청국장1%군, 당뇨청국장5%군, 당뇨 청국장10%군, 당뇨청국장20%군)으로 나누어 각 군당 4마리씩 3주간 사육하여 실험하였다. 사료 섭 취량과 물은 매일, 체중은 주 1회, 혈당은 매주 아침 9:00〜10:00시에 측정하였다.
- 실험사육한 랫드를 14시간 동안 절식시킨 후 21일째 날에 ether 마취 하에 복부 대동맥에서 혈액을 채취하여 실온에서 30분 방치한 후 3, 000rpm에서 30분간 원심분리하여 혈청을 분리한 후 이u- cose와 insulin 농도 측정에 사용하였다.
- 25 M sucrose 용액을 넣고 glass teflon homogenizer를 이용하여 20%(w/v) 마쇄균질액을 만들었다. 이 균질액을 600xg에서 10분간 원심분리하여 핵 및 미마쇄 부분을 제거한 상층액을 10, 000xg에서 20분간 원심분리한 후 효소 활성 측정 시료로 사용하 였다.
- 인슐린 의존성 당뇨병과 유사한 실험동물을 만들기 위하여 streptozotocin (STZ, Sigma사, USA)을 0.4 M citrate buffer 용액에 용해시 켜 70 mg/kg body weight 용량(0.5 mL/100 g body weight)으로 복강 내 주사하였다. 당뇨 유발 확인은 STZ 주사 72시간 후 측미정맥에서 채혈하여 혈당량이 300 mg/dL 이상이면 당뇨병이 유발된 것으로 간주하였다.
- 청국장 분말의 일반 성분 함량을 분석(조단백 34.6%, 조지방 25.1%, 조섬유 0.5%, 회분 4.7%, 당질 26.3%, 수분 8.8%) 하여 AIN-76 diet# 기본으로 대조군과 실험군의식이조성을 조정하였다(Table 1).
대상 데이터
- 식이 제조에 사용한 casein은 Fonterra사(New Zealand)제품을 사용하였으며 DL-Methionine, choline bitartrate 및 cellulose는 Sigma사(USA) 제품을 사용하였고 AIN-76 vitamin mixture와 AIN- 76 mineral mixture는 Dyets사(USA) 제품을 사용하였으며 corn starch, sucrose, corn oil, 청국장은 각각 삼양 제넥스 삼양사, 제일제당, 홍성림(Korea) 제품을 사용하였다.
데이터처리
- SPSS(V12.0) 통계 프로그램을 이용하여 정상군, 당뇨 정상식 이군, 당뇨청국장식이 군 간의 분석자료 의 비교를 위하여 t-test로 분석하였다. 통계적 유의 수준은 0.
이론/모형
- CAT 활성도는 hydrogen peroxide-i- 기질로 하여 환원되는 정도를 파장 240nm에서 흡광도를 읽고 분자흡광계수(E=0.04mMTcm-')를 이용하여 활성을 산출하는 Aebi(1974)의 방법에 준하였다. 활성도 단위는 간 조직 중에 함유된 단백질 Img이 1분 동안 반응하여 감소되는 hydrogen peroxide의 양을 nmole로 표시하였다.
- GPX의 활성도는 Paglia와 Valentine (1967)의 방법에 따라 측정하였다. Glutathione 기질과 조효소인 NADPH를 시료와 함께 25°C에서 5분간 반응시켜 340nm에서 NADPH의 산화로 인한 흡광도 감소율을 측정하였다.
- GST의 활성도는 Habig 등(1974)의 방법에 따라 측정하였다. l-chloro-2, 4-dinitrobenzene과 glutathi- one을 기질로 하여 25°C에서 10분간 반응시켜 생 성 된 2, 4-dinitrobenzene-glutathione conjugate 양을 340nm에서 측정하였다.
- SOD의 활성도는 hematoxylin 자동산화의 억제 정도를 관찰하는 Martin 등(1987)의 방법에 따라 O.lmMEDTA가 함유된 50 mM 인산 완충액 (pH 7.5)에 10 |xM hematoxylin 및 효소액을 가해 25°C 에서 반응시켜 생성된 hematein을 560nm에서 측정하여 효소의 활성도를 산정하였다. 활성도 단위는 효소액을 넣지 않은 반응액 중의 hematoxylin 자동산화를 50% 억제하는 정도를 1 unit로 하여 단백질 Img이 1분 동안 반응한 unit로 표시하였다.
- 간 조직 중 단백질 함량은 Lowry 등(1951)의 방법에 따라 bovine serum albumin을 표준품으로 사용하여 측정하였다.
성능/효과
- 1.식이 섭취량은 정상군에 비해 당뇨군이 약 2배 높았으며, 음수량은 약 9배 높았다. 식이 효율은 당뇨 대조군에서 낮은 수치를 나타내었으나 청국장 10%와 20% 식이군의 경우 당뇨 대조군에 비해 현저히 높았다
- : Normal-Normal diet, C : Diabetes-Normal diet, DC-1: Diabetes-Chunggugjang 1% diet, DC-5: Diabetes-Chunggugjang 5% diet, DC- 10: Diabetes-Chunggugjang 10% diet, DC-20: Diabetes-Chunggugjang 20% diet. 2)Food efficiency ratio: body weight gain/food intake, Values are mean 土 SD of 4 rats.
- 2.혈중 포도당 농도는 당뇨군에서 정상식이 군은 7.8% 감소한 반면 청국장식이 군은 함량(1%, 5%, 10%, 20%)에 따라 각각 9.9%, 24.3%, 15.2%, 13.9% 감소하는 혈당강하 효과를 보였다.
- 3.혈청 포도당 농도는 당뇨군 내에서 정상식이 군에 비해 청국장 10% 식이군과 청국장 20% 식이 군에서 유의한 혈당강하 효과를 보였다 (p<0.05).
- 4.장기의 상대적인 중량 비교에서 간과 신장의 경우 정상군에 비해 당뇨군이 유의하게 증가하였 다 (p<0.01).
- 5.항산화계 효소인 SOD 활성은 정상군과 비교하여 당뇨 대조군은 유의한 감소(p<0.05)를 나타내었으며 당뇨군 내에서는 정상식이군에 비해 청 국장 20%식이군에서 유의하게 낮았다 (p< 0.01). CAT 활성은 정상군에 비해 당뇨 대조군이 23.
- 01). CAT 활성은 정상군에 비해 당뇨 대조군이 23.4% 감소하였으며 당뇨군 내에서는 정 상식 이군에 비해 청국장 5%, 10%, 20%식 이군에서 유의하게 낮았다 (P< 0.05). GPX 활성은 당뇨군 내에서는 정상식이 군에 비해 청국장 5%식이군(p< 0.
- 01). CAT 활성은 정상군에 비해 당뇨 대조군이 23.4% 감소하였으며 당뇨군 내에서는 정상식 이군에 비해 청국장 5%, 10%, 20%식 이군에서 유의하게 낮았다(p<0.05). GPX 활성은 당뇨군 내에서는 정상식 이군에 비해 청국장 5%식이군(p<0.
- 01)이 유의하게 낮았다. GST 활성은 정상군에 비해 당뇨 대조군이 18.5% 감소하였으며 당뇨군 내에서 정상식이 군에 비해 청국장 20% 식이군이 유의하게 낮았다 (p< 0.05).
- 01)이 유의하게 낮았다. GST 활성은 정상군에 비해 당뇨 대조군이 18.5% 감소하였으며 당뇨군 내에서 정상식이 군에 비해 청국장 20% 식이군이 유의하게 낮았다 (p< 0.05).
- 유해산소 해독계 효소인 SOD, CAT, GPX와 GST 를 측정한 결과는 Table 6과 같다. SOD 활성은 정상군과 비교하여 당뇨 대조군은 유의한 감소(p< 0.05)를 나타내었으며 당뇨군 내에서는 정상식이군 에 비해 청국장 20% 식이군에서 유의하게 낮게 나타났다 (P< 0.01). CAT 활성은 정상군에 비해 당뇨 대조군이 23.
- 간과 신장의 무게를 측정한 결과는 Table 5와 같다. 간과 신장이 체중에서 차지하는 상대적 무게는 정상군에 비해 당뇨군이 유의하게 증가하였으며 (p<0.01), 당뇨군내에서는 정상식이 군에 비해 청국장식이군에서 낮게 나타나는 경향이 있었으나 통계적으로 유의한 차이는 없었다.
- , 1994). 당뇨 대조군에 비해 청국장 10%와 20% 식이군은 체중 감소율이 낮았으며, 식이 효율 또한 유사한 경향을 나타내었다. 이는 기능성 식품을 당뇨동물에 급여함으로써 체중 감소를 방지하는 효과도 얻을 수 있음을(Ko et al.
- 혈청 포도당 농도와 인슐린 농도는 Table 4와 같다. 당뇨군에서 정상식이군(C)에 비해 청국장 10% 식이군(DC-10)과 청국장 20% 식이군(DC-20)은 유의하게 혈당강하 효과를 나타내었다 (p<0.05). 이 와 같은 결과와 STZ로 유발된 당뇨쥐에 콩류를 투여한 결과 혈당강하 효과가 나타났다는 선행 연구 결과(고진복, 1996; 김영숙, 2002)를 고려해 볼 때 뽕청국장도 혈당강하 및 항당뇨에 효과가 있는 것으로 사료된다.
- 식이 섭취량은 정상군에 비해 당뇨군이 약 2배 높았으며, 음수량은 약 9배 높았다. 식이 효율은 당뇨 대조군에서 낮은 수치를 나타내었으나 청국장 10%와 20% 식이군의 경우 당뇨 대조군에 비해 현저히 높았다
- 실험식이로 3주간 사육한 당뇨쥐의 물 섭취량, 식 이섭취량 및 식 이효율을 측정한 결과는 Table 2와 같다. 음수량은 당뇨군이 정상군에 비해 현저하게 높았으며 (약 9배), 식 이섭취량은 당뇨군이 정상군에 비해 약 2배 높았다. Park 등(1994)도 strepto- zotocin (STZ)에 의해 유발된 당뇨쥐는 정상 쥐 에 비해 식이 섭취량이 1.
- 이상의 실험 결과를 통해 뽕청국장은 당뇨로 인한 체중 저하를 방지하고 혈당강하 효과를 보여 당대사를 개선할 뿐 아니라 항산화계에도 영향을 미침으로써 당뇨 합병증인 산화적 스트레스를 억 제하는 효과가 있는 것으로 사료된다
- 혈중 포도당 농도 변화는 Table 3과 같다. 정상군에 비해 당뇨 대조군의 초기 혈당농도는 약 6.5배 높았으며 실험 3주 후 당뇨 정상식이군(C)은 초기 혈당에 비해 7.8% 감소한 반면 청국장 1% 시 이군(DC-1)은 9.9%, 청국장 5%식이군(DC-5)은 24.3%, 청국장 10% 식이군(DC-10)은 15.2%, 청국장 20% 식이군(DC-20)은 13.9%로 혈당강하 효과가 있었으나 통계적으로 유의하지는 않았다. STZ로 유도된 당뇨쥐에서 STZ투여가 췌장 Langerhans 섬의 0-cell을 파괴하여 인슐린 분비가 감소되며 이로 인해 당질대사가 비정상으로 되어 당 이용률은 줄어드는 반면 당신생을 촉진시켜 고혈당이 초래되는 것으로 보고(Goldberg, 1981) 되고 있다.
- 혈청 인슐린 농도는 정상군에 비해 당뇨 대조군이 약 42.4%로 낮았으며 당뇨군 내에서 정상식이 군과 청국장식이 군 사이에는 유의한 차이가 없었다.
후속연구
- 당뇨군 내에서는 뽕청국장을 많이 첨가할수록 유 해산소 해독계 효소들의 활성이 더 낮게 나타나는 추이를 보였는데 이는 뽕청국장이 STZ 투여로 생성 된 oxygen free radical 등을 포함한 유해대사산 물의 빠른 제거를 위해 유해산소 해독계 효소인 SOD, CAT, GPX와 GST를 활발하게 소모한 결과로 해석된다. 이 연구 결과를 종합해 볼 때 뽕청국장이 활성산소나 유해대사 산물을 제거 하는데 상당한 역할을 하는 것으로 사료되며 향후 실험기간을 연장하여 시간에 따른 효소 활성의 변동을 추가적으로 규명해보는 것이 필요하리라 생각한다.
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