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문제 정의
- 확실한 효과와 안전성, 경제적인 이용가치 모두를 지닌 천연 항산화제에 대한 기대와 필요성이 매우 높아지면서 수많은 연구들이 진행되고 있으나, 괄목할 만한 실적을 나타내는 천연 항산화 소재는 아직까지 개발되지 않은 상태에 있다. 본 연구 또한 이러한 필요성에 부응하기 위하여 수행되었으며, 수십종의 천연물을 스크리닝하던 중 항산화 활성이 뛰어나면서도 경제적인 접근이 용이한 소재로 써 찔레나무 뿌리를 발견하게 되었다. 찔레뿌리에 대하여 천연 생리활성 소재로써 이용할 만한 가치 검증하기.
- 식물계에 존재하는 항산화 활성소재를 탐색하 던 중 찔레나무 뿌리를 발견하게 되었고 이를 기능성 소재화 하기 위한 연구를 진행하였다. 본문에는 찔레 뿌리로부터 항산화 활성의 본체를 규명하고 분리된 축합형 탄닌인 procyanidin에 대하여 소개하고자 한다. 아울러 미백, 피부 노화 억제 및 항균 활성을 검토하여 찔레 뿌리를 기능성 소재로 이용하기 위한 다양한 가능성을 제시하고자 한다.
- 탄닌은 식물계에 널리 함유되어 있으며 특히 차나무, 포도, 오디, 오리나무, 밤 종피, 소나무 수피 등 다양한 식물에 함유되어 있고 그 종류도 다양하다. 식물계에 존재하는 항산화 활성소재를 탐색하 던 중 찔레나무 뿌리를 발견하게 되었고 이를 기능성 소재화 하기 위한 연구를 진행하였다. 본문에는 찔레 뿌리로부터 항산화 활성의 본체를 규명하고 분리된 축합형 탄닌인 procyanidin에 대하여 소개하고자 한다.
- 본문에는 찔레 뿌리로부터 항산화 활성의 본체를 규명하고 분리된 축합형 탄닌인 procyanidin에 대하여 소개하고자 한다. 아울러 미백, 피부 노화 억제 및 항균 활성을 검토하여 찔레 뿌리를 기능성 소재로 이용하기 위한 다양한 가능성을 제시하고자 한다.
- 본 연구 또한 이러한 필요성에 부응하기 위하여 수행되었으며, 수십종의 천연물을 스크리닝하던 중 항산화 활성이 뛰어나면서도 경제적인 접근이 용이한 소재로 써 찔레나무 뿌리를 발견하게 되었다. 찔레뿌리에 대하여 천연 생리활성 소재로써 이용할 만한 가치 검증하기. 위하여 항산화활성을 중심으로 연구를 진행하였으며 항균활 성도 검증하였다.
제안 방법
- 찔레나무 뿌리로부터 항산화 활성 물질을 분리하는 과정을 보면, 찔레 뿌리 3 kg에 대하여 acetone을 사용하여 추출하고 감압 농축하여 이 추출물에 대하여 chloroforum : methanol 혼합용매를 용출 용매로 하여 silica gel column chromatography를 수행하였다. 계속적인 분리 과정에서 ODS, MCI CHP-20P, Diaion HP-20을 이용한 column chromatograghy를 실시하여 항산화 활성을 물질을 분리하였다(Fig. 1). 분리한 화합물에 대해서는 acetylation을 이용한 분자 수식 및 NMR 기법을 이용하여 분자의 구조를 결정하였다.
- 또한 acetone 추출물을 용매 분획한 분획물 중 ethyl acetate 분 획과 buthanol 분획이 acetone 추출물에 비하여 항산화 활 성이 다소 높아지고 물 분획은 낮아지는 것으로 볼 때 활성 물질의 분포가 친 수성 물질 보다는 다소 비극성을 갖는 물질임을 알 수 있었다. 계속해서 추출물 중 가장 높은 항산 화 활성 물질을 규명하기 위하여 항산화 활성에 따라 물질을 분리한 결과 2종의 화합물을 분리하였고 분자 수식 및 NMR 기법을 이용하여 procyanidin B3과 (+)-caterchin 로 분리 동정하였다(Fig. 2). 각각의 항산화 활성은 SCa>값 3.
- 항산화 활 성은 DPPH 라디칼 소거 활성을 통하여 조사하였으며, 이 방법으로 acetone 추출물에 대하여 항산화 활성 물질을 분리하는 각각의 과정에서 활성을 검색하는데 이용하였다. 또한 이 방법을 응용하여 TLC(thin layer chromatog- raphy)에 물질을 전개시키고 DPPH 용액을 분무 시켜 항산화 활성 유무를 확인하였다.
- 1). 분리한 화합물에 대해서는 acetylation을 이용한 분자 수식 및 NMR 기법을 이용하여 분자의 구조를 결정하였다.
- 피부 노화는 신체의 노화와 더불어 조직 자체가 노화되는 현상에 덧붙여서 빛, 그중에서도 자외선 자극에 의한 광노화 현상이 피부 노화의 주된 기작으로 알려져 있다. 신체의 노화에는 산소의 불완전한 환원으로 인해 유발되는 활성산소에 의한 세포 손상이 중요한 원인으로 알려져 있으며, 이러한 활성 산소로부터 피부 세포를 보호할 수 있는 기능과 광노화의 주원인인 자외선으로부터 피부세 포를 보호할 수 있는 활성을 찔레 뿌리 70% ethanol 추출물로부터 검증하였다.
- 위하여 항산화활성을 중심으로 연구를 진행하였으며 항균활 성도 검증하였다. 우선, 찔레 뿌리에 있는 많은 양의 축합형 탄닌이 항산화 활성을 나타내는 것을 발견하였고 가장 강력한 항산화 활성을 나타내는 물질를 구명하고자 활성을 따라 물질을 분리 동정하였다. 그 결과 catechin 및 이를 기본 골격으로 하는 이량 체인 procyanidin B3가 분리동정되었고, catechin보다 거의 두 배에 가까운 높은 항산화 활성을 나타냈다.
- 찔레뿌리에 대하여 천연 생리활성 소재로써 이용할 만한 가치 검증하기. 위하여 항산화활성을 중심으로 연구를 진행하였으며 항균활 성도 검증하였다. 우선, 찔레 뿌리에 있는 많은 양의 축합형 탄닌이 항산화 활성을 나타내는 것을 발견하였고 가장 강력한 항산화 활성을 나타내는 물질를 구명하고자 활성을 따라 물질을 분리 동정하였다.
- 찔레나무 뿌리 추 추출물의 미백 효능 활성: 찔레나무 뿌리 추출물을 일반적 천연물의 활성 연구에서 사용되는 70% ethan이로 4시간 동안 상온, 진탕 상황에서 추출하여 추출물을 제조한 후 미백 효과 검증에 사용되는 melanin 색소 합성 저해 효과, melanin 합성에 중요 효소인 tyrosinase 활성 억제 효과 및 melanin 합성 중간체인 DOPA 산화 억제 효과를“조사하였다.
- 따라서, 찔레나무 뿌리 추출물이 melanin 색소의 생합성을 억제함으로써 나타나는 미백 효과는 tyrosinase 효소 억제 활성보다는 항산화 활성에 기인하는 것으로 추측된다. 찔레나무 뿌리 추출물 용매 분 획별 활성 비교: 상기에서 제조된 찔레나무 뿌리의 70% ethanol 추출물로부터 피부 미백 가능성을 향상시키기 위하여 피부 미백 기능을 가지는 성분의 특성을 조사함으로써 최적 추출 방법을 도출하기 위하여 찔레나무 뿌리 추출물을 다양한 극성의 용매로 분획물을 제조하여 그 피부 미백 활성을 조사하였다.
- 찔레나무 뿌리로부터 항산화 활성 물질을 분리하는 과정을 보면, 찔레 뿌리 3 kg에 대하여 acetone을 사용하여 추출하고 감압 농축하여 이 추출물에 대하여 chloroforum : methanol 혼합용매를 용출 용매로 하여 silica gel column chromatography를 수행하였다. 계속적인 분리 과정에서 ODS, MCI CHP-20P, Diaion HP-20을 이용한 column chromatograghy를 실시하여 항산화 활성을 물질을 분리하였다(Fig.
- 항산화 활성 물질의 분리 및 procyanidin의 이해 항산화 활성 물질의 분리: 찔레나무 뿌리는 경동시장의 약초 상으로부터 구입하였으며 이들 뿌리를 acetone 추출물 및 이에 대한 ethyl acetate, butanol, ■물 용매 분획하여 각 추출물과 분획의 항산화 활성을 조사하였다. 항산화 활 성은 DPPH 라디칼 소거 활성을 통하여 조사하였으며, 이 방법으로 acetone 추출물에 대하여 항산화 활성 물질을 분리하는 각각의 과정에서 활성을 검색하는데 이용하였다. 또한 이 방법을 응용하여 TLC(thin layer chromatog- raphy)에 물질을 전개시키고 DPPH 용액을 분무 시켜 항산화 활성 유무를 확인하였다.
- 항산화 활성 물질의 분리 및 procyanidin의 이해 항산화 활성 물질의 분리: 찔레나무 뿌리는 경동시장의 약초 상으로부터 구입하였으며 이들 뿌리를 acetone 추출물 및 이에 대한 ethyl acetate, butanol, ■물 용매 분획하여 각 추출물과 분획의 항산화 활성을 조사하였다. 항산화 활 성은 DPPH 라디칼 소거 활성을 통하여 조사하였으며, 이 방법으로 acetone 추출물에 대하여 항산화 활성 물질을 분리하는 각각의 과정에서 활성을 검색하는데 이용하였다.
이론/모형
- 찔레 뿌리에는 다량의 축합형 탄닌이 존재하고 있기 때문에 녹차와 같이 이러한 성분에서 유래하는 항균 활성이 존재할 것으로 예상되었다. 따라서 녹차 추출물과 찔레 뿌리리 추출물에 대하여 식중독균에 대한 항균 활성을 Well dufusion assay법을 이용하여 측정하였다. 그 결과 같은 1% 농도에서 찔레 뿌리 acetone 추출물이 더 높은 활성을 나타냈다(Fig.
성능/효과
- 3의 결과를 보면 찔레나무 뿌리 추출물은 피부 흑화 색소인 melanin 색소의 생합성을 억제하여 피부 미백 효과가 있음을 확인할 수 있었다. 50% Melanin 색소 합성을 억제하는 농도가 약 198 ug/mL인 것으로 나타났다. 또한, melanin 색소의 생합성에서 가장 중요한 역할을 수행하는 효소인 tyrosinase의 활성 억제 효과(Fig.
- Ethyl acetate 분획물의 melanin 합성 억제 효과를 살펴본 결과 농도 의존적인 활성 증가가 나타났으며, 또한 50% 저해 농도가 약 112 iig/mL의 농도로 나타나 70% 에탄올 추출물 상태보다 약 43% 정도의 활성 증가가 나타나는 것으로 확인되었다. Ethylacetate 분획물의 tyrosinase 억제 활성 (Fig.
- Fig. 3의 결과를 보면 찔레나무 뿌리 추출물은 피부 흑화 색소인 melanin 색소의 생합성을 억제하여 피부 미백 효과가 있음을 확인할 수 있었다. 50% Melanin 색소 합성을 억제하는 농도가 약 198 ug/mL인 것으로 나타났다.
- 9). Hydrogen peroxide0)] 대한 50% 보호 활성은 약 74 ug/mL, UV에 대한 보호 50% 보호 활성은 약 97 ug/mL로 나타났다.
- 8)을 살펴본 결과는 다음과 같이 나타났다. Tyrosinase 활성의 억제 효과는 ethanol 추출물에 비하여 ethylacetate 분획물은 100 μg/mL의 농도에서 약 70% 정도의 활성 상승효과가 나타났다. 반면에 DOPA 자동산화 억제 효과는 ethanol 추출물에 비해 활성이 감소하는 경향을 나타내었다.
- UV의 조사는 피부세포의 coUagen 합성 능력을 저하 시 킴으로서 피부 탄력 저흐}, 수분함량 감소와 같은 피부 노화의 주된 증상을 야기시키게 되며, 피부에서 coUagen 합성 증가를 유도하는 것은 가장 중요한 피부 건강 개선책으로 인지되고 있다. UV 조사 시 나타나는 collagen 합성량 감소에 대한 찔레나무 뿌리 추출물의 collagen 합성 증가 효능을 농도별로 살펴본 결과, collagen 합성량은 약 37% 정도의 coUagen 합성 억제가 관찰되었다(Fig. 10). 찔레나 무뿌리 추출물을 동일한 환경에서 농도별로 첨가하였을 때 농도 의존적인 collagen 생합성 증가 효능이 관찰되었다.
- 2). 각각의 항산화 활성은 SCa>값 3.4 ug/mL과 6.4 Ug/mL로써 procyanidin B3가 (+)-cat- echin에 비하여 월등히 높은 항산화 활성을 갖는 것으로 나타났다.
- 우선, 찔레 뿌리에 있는 많은 양의 축합형 탄닌이 항산화 활성을 나타내는 것을 발견하였고 가장 강력한 항산화 활성을 나타내는 물질를 구명하고자 활성을 따라 물질을 분리 동정하였다. 그 결과 catechin 및 이를 기본 골격으로 하는 이량 체인 procyanidin B3가 분리동정되었고, catechin보다 거의 두 배에 가까운 높은 항산화 활성을 나타냈다. 피부보호 효과에서는 melanin 생합성을 억제하는 것으로 나타났으며 tyrosinase 억제 활성 및 DOPA 자동산화 억제 활성 또한 나타났다.
- 그러나, 이러한 생체 방어력에 이상이 생기거나 과도한 활성산소에 노출될 경우, 이 균형이 깨어져서 활성산소가 지질, 단백질, DNA 등을 비가역적으로 파괴하게 된다. 그 결과, 노화(aging), 암(cancer), 복합성 동맥 경화(multiple atherosclerosis), 관절염 및 파킨슨병(Parkinson's disease)과 같은 각종 질병이 유발된다.
- 따라서, 찔레나무 뿌리 추출물이 melanin 색소의 생합성을 억제함으로써 나타나는 미백 효과는 tyrosinase 효소 억제 활성보다는 항산화 활성에 기인하는 것으로 추측된다. 찔레나무 뿌리 추출물 용매 분 획별 활성 비교: 상기에서 제조된 찔레나무 뿌리의 70% ethanol 추출물로부터 피부 미백 가능성을 향상시키기 위하여 피부 미백 기능을 가지는 성분의 특성을 조사함으로써 최적 추출 방법을 도출하기 위하여 찔레나무 뿌리 추출물을 다양한 극성의 용매로 분획물을 제조하여 그 피부 미백 활성을 조사하였다.
- 2 ug/mL에 비해서 높은 항산화 활성을 갖는 것을 확인하였다. 또한 acetone 추출물을 용매 분획한 분획물 중 ethyl acetate 분 획과 buthanol 분획이 acetone 추출물에 비하여 항산화 활 성이 다소 높아지고 물 분획은 낮아지는 것으로 볼 때 활성 물질의 분포가 친 수성 물질 보다는 다소 비극성을 갖는 물질임을 알 수 있었다. 계속해서 추출물 중 가장 높은 항산 화 활성 물질을 규명하기 위하여 항산화 활성에 따라 물질을 분리한 결과 2종의 화합물을 분리하였고 분자 수식 및 NMR 기법을 이용하여 procyanidin B3과 (+)-caterchin 로 분리 동정하였다(Fig.
- 활성 산소를 발생시키는 hydrogen peroxide를 피부 유래 세포인 HDF(human-derived fibroblast) cell line에 처리한 후 찔레 뿌리 추출물을 농도별로 첨가한 결과 농도의 존 적인 세포 보호 활성을 나타내었다. 또한, UV로 인해서 유도되는 피부 세포의 손상에 대해서도 찔레나무 뿌리 추출물은 우수한 보호 활성을 나타내었다(Fig. 9). Hydrogen peroxide0)] 대한 50% 보호 활성은 약 74 ug/mL, UV에 대한 보호 50% 보호 활성은 약 97 ug/mL로 나타났다.
- 50% Melanin 색소 합성을 억제하는 농도가 약 198 ug/mL인 것으로 나타났다. 또한, melanin 색소의 생합성에서 가장 중요한 역할을 수행하는 효소인 tyrosinase의 활성 억제 효과(Fig. 4)는 melanin 생합성 억제 효능에 비하여 떨어지는 것으로 나타난 반면, DOPA 자동산화의 억제 효과(Fig. 5)는 비교적 우수한 것으로 나타났다.
- 11). 또한, 찔레 뿌리의 그람양성균과 그람 음성균에 대한 항균 활성 결과는 녹차보다 높거나 같은 경향을 보였고, 특히 그람양성균에 대해서만 선별적으로 항 균 활성을 나타냈다(Table 2).
- 또한, chlorofonn (CHCI3) 분획에서도 높은 활성을 나타내었다. 반면에 물 분획 및 butanol (BuOH) 분획, ether 분획에서는 상대적으로 활성이 떨어지는 것으로 나타나 미백 활성을 나타나는 성분의 극성은 ethyl acetate와 유사한 극성을 나타내는 성분이 다수인 것으로 추측되었다.
- 본 연구원에서는 찔레나무에 함유된 탄닌 성분에 중점을 두고 연구하던 중 찔레 뿌리에 procyanidin 계열의 물질들이 다량 존재한다는 것을 발견할 수 있었다.
- 용매 분획 별 B16-B16 F10A cell line에서 melanin 생 합성 억제 활성을 살펴본 결과 ethyl acetate(EtOAc) 분획에서 가장 우수한 활성을 나타내었다(Fig. 6). 또한, chlorofonn (CHCI3) 분획에서도 높은 활성을 나타내었다.
- 찔레 뿌리 70%에 탄올 추출물이 hydrogen peroxide와 UV 에 의한 피부세포자극에 대해 보호효과를 보였으며 UV 조사로 인한 collagen 생합성 억제를 방지하는 효과도 나타나는 것을 확인하였다. 이밖에 찔레 뿌리 추출물은 식중독균에 대한 항균 효과는 녹차 추출물과 유사한 정도로 나타났으며, 대식세포 활성능과 비장세포 증식능을 높이는 효과도 확인할 수 있었다. 이러한 실험 결과로 볼 때 찔레 뿌리는 천연 항산화 활성 소재로써 충분한 항산화 활성을 갖고 있으며 항산화 활성에서 기인한 피부의 노화 억제 및 보호 효과 등 실질적인 효과를 기대해 볼 수 있어 화장품 및 피부보호 소재로써 충분한 활용가치가 있을 것으로 판단된다.
- 반면에 DOPA 자동산화 억제 효과는 ethanol 추출물에 비해 활성이 감소하는 경향을 나타내었다. 이상의 결과에서 분획물을 분리함으로서 찔레나무 뿌리 추출물 내의 tyrosinase 활성 억제 성분이 ethyl acetate 분획 층으로의 이전이 나타난 것으로 추측되며, 반면에 항산화 활성 등 미백 활성을 나타낼 수 있는 또 다른 효능 성분들은 ethyl acetate 층 외에는 많이 존재하지 않는 것으로 보여진다. 피부 미백 활성은 tyrosinase 억제 활성이 가장 중요한 것으로 알려져 있으나, 항산화 활성 등 melanin 생합성에 대한 자극을 억제하는 성분 또한 미백 효과의 상승에 도움을 주는 것으로 알려져 있다.
- 분 획별 활 성 실험에서 ethylacetate 분획의 활성이 높게 나타났다. 찔레 뿌리 70%에 탄올 추출물이 hydrogen peroxide와 UV 에 의한 피부세포자극에 대해 보호효과를 보였으며 UV 조사로 인한 collagen 생합성 억제를 방지하는 효과도 나타나는 것을 확인하였다. 이밖에 찔레 뿌리 추출물은 식중독균에 대한 항균 효과는 녹차 추출물과 유사한 정도로 나타났으며, 대식세포 활성능과 비장세포 증식능을 높이는 효과도 확인할 수 있었다.
- 찔레 뿌리의 항산화 활성은 DPPH값을 50% 감소시키는 값(SCM을 구한 결과(Table 1) acetone extract가 SCso=7.6 ug/mL로써 합성항산화제 인 BHA의 9.2 ug/mL에 비해서 높은 항산화 활성을 갖는 것을 확인하였다. 또한 acetone 추출물을 용매 분획한 분획물 중 ethyl acetate 분 획과 buthanol 분획이 acetone 추출물에 비하여 항산화 활 성이 다소 높아지고 물 분획은 낮아지는 것으로 볼 때 활성 물질의 분포가 친 수성 물질 보다는 다소 비극성을 갖는 물질임을 알 수 있었다.
- 10). 찔레나 무뿌리 추출물을 동일한 환경에서 농도별로 첨가하였을 때 농도 의존적인 collagen 생합성 증가 효능이 관찰되었다. 콜라겐생합성 감소를 50% 정도 억제하는 찔레나무 뿌리리 추출물의 농도는 약 220 ug/mL 정도로 추산된다.
- 그 결과 catechin 및 이를 기본 골격으로 하는 이량 체인 procyanidin B3가 분리동정되었고, catechin보다 거의 두 배에 가까운 높은 항산화 활성을 나타냈다. 피부보호 효과에서는 melanin 생합성을 억제하는 것으로 나타났으며 tyrosinase 억제 활성 및 DOPA 자동산화 억제 활성 또한 나타났다. 분 획별 활 성 실험에서 ethylacetate 분획의 활성이 높게 나타났다.
- 활성 산소를 발생시키는 hydrogen peroxide를 피부 유래 세포인 HDF(human-derived fibroblast) cell line에 처리한 후 찔레 뿌리 추출물을 농도별로 첨가한 결과 농도의 존 적인 세포 보호 활성을 나타내었다. 또한, UV로 인해서 유도되는 피부 세포의 손상에 대해서도 찔레나무 뿌리 추출물은 우수한 보호 활성을 나타내었다(Fig.
후속연구
- 이러한 실험 결과로 볼 때 찔레 뿌리는 천연 항산화 활성 소재로써 충분한 항산화 활성을 갖고 있으며 항산화 활성에서 기인한 피부의 노화 억제 및 보호 효과 등 실질적인 효과를 기대해 볼 수 있어 화장품 및 피부보호 소재로써 충분한 활용가치가 있을 것으로 판단된다. 또한 찔레 뿌리는 항균 활성과 같은 부가적인 효과도 기대가 됨에 따라 항산화 활성과 아울러 다양한 부분에서 건강을 증진시키는 유용한 소재로써의 활용이 기대된다. 이를 위해 더욱 깊이 있고 광범위한 연구가 수행되어야 할 것이다.
- 이밖에 찔레 뿌리 추출물은 식중독균에 대한 항균 효과는 녹차 추출물과 유사한 정도로 나타났으며, 대식세포 활성능과 비장세포 증식능을 높이는 효과도 확인할 수 있었다. 이러한 실험 결과로 볼 때 찔레 뿌리는 천연 항산화 활성 소재로써 충분한 항산화 활성을 갖고 있으며 항산화 활성에서 기인한 피부의 노화 억제 및 보호 효과 등 실질적인 효과를 기대해 볼 수 있어 화장품 및 피부보호 소재로써 충분한 활용가치가 있을 것으로 판단된다. 또한 찔레 뿌리는 항균 활성과 같은 부가적인 효과도 기대가 됨에 따라 항산화 활성과 아울러 다양한 부분에서 건강을 증진시키는 유용한 소재로써의 활용이 기대된다.
- 또한 찔레 뿌리는 항균 활성과 같은 부가적인 효과도 기대가 됨에 따라 항산화 활성과 아울러 다양한 부분에서 건강을 증진시키는 유용한 소재로써의 활용이 기대된다. 이를 위해 더욱 깊이 있고 광범위한 연구가 수행되어야 할 것이다.
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