[논문]메밀 추출물의 기능성 화장품으로서의 응용가능성에 대한 연구

김진영; 박수남

메밀 추출물의 기능성 화장품으로서의 응용가능성에 대한 연구
A Study on Application for Cosmeceutical of Fagopyrum esculentum Extracts 원문보기

大韓化粧品學會誌 = Journal of the society of cosmetic scientists of Korea, v.34 no.2, 2008년, pp.83 - 92

김진영 (서울산업대학교 정밀화학과) , 박수남 (서울산업대학교 정밀화학과)

초록
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본 연구에서는 기능성 화장품에의 응용하기 위하여, 메밀 추출물의 항산화, 미백 및 항주름 효능을 측정하고, 그 추출물의 성분 분석을 실시하였다. 씨앗 부분의 껍질과 껍질을 제거한 속으로 나누어 실험하였다. 항산화 효능은 1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl radical(DPPH)을 이용한 free radical 소거 활성 측정, luminol-의존성 화학발광법을 이용한 $Fe^{3+}-EDTA/H_2O$ 계에서 생성된 활성산소종(ROS)의 소거 활성 측정, rose-bengal과 빛으로 유도된 사람 적혈구의 용혈에 대한 세포보호 효과를 측정하였다. 미백과 항주름 효능으로는 tyrosinase와 elastase의 활성 저해 능력을 측정하였다. 항산화 및 항노화 효능 측정 결과, 대부분 메밀 속 50% ethanol 추출물을 제외한 나머지 분획 및 추출물에서 효과가 크게 나타났다. Free radical 소거활성($FSC_{50}$)과 총항산화능($OSC_{50}$)은 각각 메밀 껍질의 aglycone 분획($3.5{\pm}0.0{\mu}g/mL$)과 ethyl acetate 분획($0.2{\pm}0.1{\mu}g/mL$)이 가장 높은 것으로 나타났으며, 세포보호활성(${\tau}_{50}$)은 메밀 껍질의 ethyl acetate 분획이 10 ${\mu}g/mL$에서 $771.7{\pm}9.9$ min으로 $^1O_2$으로 유도된 세포손상에 대한 보호작용이 가장 크게 나타났다. Tyrosinase 활성 저해 능력($IC_{50}$)은 메밀 껍질과 속의 aglycone 분획이 각각 $53.6{\pm}0.5{\mu}g/mL,\;35.6{\pm}0.4{\mu}g/mL$으로 arbutin보다 효과가 좋은 것으로 나타났다. Elastase 활성 저해 능력($IC_{50}$) 또한 메밀 껍질과 속의 aglycone 분획이 각각 $3.7{\pm}0.4{\mu}g/mL,\;6.0{\pm}0.7{\mu}g/mL$으로 나타났다. 이러한 항산화 및 항노화 활성을 나타내는 메밀의 성분을 분석한 결과, 메밀 속의 ethyl acetate 분획에는 (+)-catechin, (-)-epicatechin이 함유되어 있었고, 껍질에는 hyperin의 함량이 가장 많은 것으로 나타났으며, 이외에도 quercetin, rutin 등의 많은 플라보노이드 성분들이 함유되어 있는 것으로 나타났다. 이상의 결과들은 메밀 속 및 껍질 추출물이 $^1O_2$ 혹은 다른 ROS를 소광시키거나 소거함으로써 그리고 ROS에 대항하여 세포막을 보호함으로써 생체계, 특히, 태양 자외선에 노출된 피부에서 항산화제로서 작용할 수 있음을 가리킨다. 또한 태양 자외선으로 인한 기미, 주근깨 과형성 및 주름 생성에 있어 상당한 저해 효과를 나타낼 수 있음을 시사한다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, the antioxidative effects, inhibitory effects on tyrosinase and elastase and components of Fagopyrum esculetum extracts were investigated. Fagopyrum esculetum used for this study is hulls and dehulled seeds. The free radical(1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl radical, DPPH) scavenging activities($FSC_{50}$) and reactive oxygen species(ROS) scavenging activities($OSC_{50}$) of extract/fractions from Fagopyrum esculetum were measured. The aglycone($3.5{\pm}0.0{\mu}g/mL$) and ethyl acetate fractions($0.2{\pm}0.1{\mu}g/mL$) of hulls showed the most effective scavenging activities. The protective effects on the rose-bengal sensitized photohemolysis of human erythrocytes were investigated. The ethyl acetate fraction exhibited the most prominent cellular protective effect(${\tau}_{50},\;771.7{\pm}9.9 min$ at 10 ${\mu}g/mL$). The inhibitory effect of aglycone fraction of hull and dehulled seeds on tyrosinase were examined ($53.6{\pm}0.5{\mu}g/mL,\;35.6{\pm}0.4{\mu}g/mL$, respectively). And The inhibitory effect of aglycone fraction of hull and dehulled seeds on elastase were investigated($3.7{\pm}0.4{\mu}g/mL\;and\;6.0{\pm}0.7{\mu}g/mL$ respectively). But 50% ethanol extract rarely exhibited the inhibitory activity on tyrosinase and elastase. (+)-Catechin and (-)-epicatechin were contained in ethyl acetate fraction of dehulled seeds. And ethyl acetate fraction of hull contains flavonoids of hyperin, quercetin, rutin and so on. These results indicate that extract/fractions of Fagopyrum esculentum can function as antioxidants in biological systems, particularly skin exposed to UV radiation by scavenging $^1O_2$ and other ROS, and protect cellular membranes against ROS. Fagopyrum esculentum extract could be used as a new cosmeceutical for whitening and anti-wrinkle products.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

또한 ethyl acetate 분획의 일부는 산가수분해 시켜 당을 제거시킨 aglycone 분획을 만들었다. Ethyl acetate 분획에 함유되어 있는 배당체는 aglycone에 당이 결합되어 있어 수용성이 커 세포막에의 투과가 용이하지 못하기 때문에 피부 또는 세포막으로의 투과를 향상시킬 목적으로 당 부분을 산가수분해 시켜 제거한 aglycone 분획을 제조하고 이를 제품에 응용 가능한지를 검토하고자 하였다.
계)에서의 각종 ROS에 대한 총항산화능에 관한 연구는 아직 되어 있지 않다. 따라서 본 연구에서는 화장품 원료로서 사용 가능한 메밀 추출물(혹은 분획), 다시 말해 메밀 씨앗을 껍질과 껍질을 벗긴 속으로 분리하여 이를 대상으로 추출물 및 분획을 제조하고 이들 추출물(혹은 분획)의 ¹O₂으로 유도된 세포손상에 대한 보호활성, Fe³⁺-EDTA/H₂O₂ 계에서의 총 항산화능, 이들 추출물(혹은 분획)의 성분 분석, 그리고 피부 주름 생성에서 중요한 역할을 하는 elastase 활성 저해 효과 및 멜라닌 생성에 핵심효소인 tyrosinase 활성 저해 효과를 알아보고자 하였다. 또한 몇 가지 다른 항산화제들을 대조군으로 하여 메밀의 항산화능을 비교 평가하고 활성산소에 의한 피부 노화를 방지하는데 효과가 있는 기능성 화장품 소재로서 가능성이 있는지를 검토하였다.
따라서 본 연구에서는 화장품 원료로서 사용 가능한 메밀 추출물(혹은 분획), 다시 말해 메밀 씨앗을 껍질과 껍질을 벗긴 속으로 분리하여 이를 대상으로 추출물 및 분획을 제조하고 이들 추출물(혹은 분획)의 ¹O₂으로 유도된 세포손상에 대한 보호활성, Fe³⁺-EDTA/H₂O₂ 계에서의 총 항산화능, 이들 추출물(혹은 분획)의 성분 분석, 그리고 피부 주름 생성에서 중요한 역할을 하는 elastase 활성 저해 효과 및 멜라닌 생성에 핵심효소인 tyrosinase 활성 저해 효과를 알아보고자 하였다. 또한 몇 가지 다른 항산화제들을 대조군으로 하여 메밀의 항산화능을 비교 평가하고 활성산소에 의한 피부 노화를 방지하는데 효과가 있는 기능성 화장품 소재로서 가능성이 있는지를 검토하였다.

제안 방법

크로마토그램은 9개의 피이크를 나타내었다. 각각의 피이크를 동정하기 위하여 표준물질을 이용하여 확인한 Figure 7의 TLC 크로마토그램을 기준으로 하여 분리된 띠를 각각 긁어서 추출ㆍ여과하여 얻은 용액을 표준물질과 함께 UV-visible 흡수 스펙트럼을 비교하면서 HPLC로 분석하였다. Figure 10의 peak 1은 isoorientin, peak 2는 orientin, peak 3는 vitexin, peak 4는 rutin, peak 5는 hyperin, peak 6은 isoquercitrin, peak 7은 quercitrin, peak 8은 nicotiflorin, peak 9은 quercetin임을 확인하였다.
광용혈에 필요한 광조사는 내부를 검게 칠한 50 cm × 20 cm × 25 cm 크기의 상자 안에 20 W 형광등을 장치하고, 형광등으로부터 5 cm 거리에 적혈구 현탁액이 담긴 파이렉스 시험관을 형광등과 평행이 되도록 배열한 후 15 min 동안 광조사 하였다.
광용혈에 필요한 광조사는 내부를 검게 칠한 50 cm × 20 cm × 25 cm 크기의 상자 안에 20 W 형광등을 장치하고, 형광등으로부터 5 cm 거리에 적혈구 현탁액이 담긴 파이렉스 시험관을 형광등과 평행이 되도록 배열한 후 15 min 동안 광조사 하였다. 광조사가 끝난 후 암반응(post-incubation) 시간에 따른 적혈구의 파괴정도를 15 min 간격으로 700 nm에서 투광도(transmittance, %)로부터 구하였다. 이 파장에서 적혈구 현탁액의 투광도의 증가는 적혈구의 용혈정도에 비례하기 때문에 메밀 추출물의 광용혈에 미치는 효과를 투광도로부터 구할 수 있다.
그래서 메밀 추출물 및 분획을 10 µg/mL 농도에서 τ 50 값을 비교하였다(Figure 4).
메밀 속의 ethyl acetate 분획의 TLC 분석에는 ethyl acetate : chloroform : formic acid : distilled water를 8 : 1 : 1 : 1 (v/v)의 비율로 만든 전개용매를 사용하였다. 껍질의 ethyl acetate 분획은 ethyl acetate : acetic acid : formic acid : distilled water = 100 : 11 : 11 : 10 (v/v), aglycone 분획은 hexane : ethyl acetate : acetic acid = 21 : 14 : 5 (v/v)을 사용하였으며, 예측되는 각종 기준물질들과 함께 전개시켜 성분 분석하였다.
또한, 메밀 추출물의 성분 분석을 위하여 TLC로 분리된 각각의 띠를 긁은 후 50 % ethanol에 추출, 여과한 뒤 감압 농축하여 파우더를 얻어 100 % ethanol에 용해시킨 후, syringe filter (Millopore 0.45 µm)를 이용하여 여과하고, 그 여액을 HPLC 분석에 사용하였다.
메밀 속 및 껍질의 ethyl acetate 분획과 aglycone 분획을 TLC로 분석하였다. 메밀 속의 ethyl acetate 분획의 TLC 분석에는 ethyl acetate : chloroform : formic acid : distilled water를 8 : 1 : 1 : 1 (v/v)의 비율로 만든 전개용매를 사용하였다.
메밀 속의 ethyl acetate 분획의 HPLC 분석에는 0.9% acetic acid 수용액과 acetonitrile을 95 : 5 ~ 70 : 30의 비율로 사용하였으며, 껍질의 ethyl acetate 분획 및 aglycone 분획의 분석에는 2 % acetic acid 수용액과 0.5% acetic acid를 함유한 50 % acetonitrile 수용액을 각각 70 : 30 ~ 10 : 90, 50 : 50 ~ 0 : 100 비율로 분석하였다. 또한, 메밀 추출물의 성분 분석을 위하여 TLC로 분리된 각각의 띠를 긁은 후 50 % ethanol에 추출, 여과한 뒤 감압 농축하여 파우더를 얻어 100 % ethanol에 용해시킨 후, syringe filter (Millopore 0.
멜라닌은 L-tyrosine을 기질로 하여 tyrosinase가 핵심 효소로 작용하여 생성되기 때문에 tyrosinase의 활성을 저해하는 능력을 측정하였다. 실험방법은 potassium phosphate buffer (pH 6.
성분 분석에 사용한 thin layer chromatography(TLC)는 aluminum sheet silica gel 60 F254 (0.2 mm)로 Merck (USA)사에서 구입하였으며, high performance liquid chromatography (HPLC)의 column은 Luna C18, 5 µm (250 × 4.6 mm) (Phenomeonex, USA)를 사용하였다.
암소에서 30 min 동안 pre-incubation 시킨 후, 광증감제 rose-bengal (10.0 µM) 0.5 mL를 가하고 15 min 동안 광조사 하였다.
총항산화능은 luminol이 ROS에 의해 산화되어 나타나는 빛을 화학발광기로 검출하여 측정하였다. 먼저 화학발광 측정용 튜브에 증류수 1.
피부노화, 특히 주름생성에 있어 주된 역할을 하는 matrix metalloproteinases (MMPs)인 elastase의 활성 저해 능력을 다음과 같이 측정하였다. 0.
3. ¹O₂으로 유도된 사람 적혈구의 파괴에 대한 세포보호 활성
활성산소에 대한 추출물의 세포보호활성은 rose-bengal 존재 하에서 사람 적혈구 현탁액에 15 min 광조사 후 ¹O₂ 등의 활성산소종으로 유도된 적혈구의 용혈정도를 암반응 시간에 따라 측정함으로 구하였다. 대조군의 경우 적혈구 세포가 50 % 파괴되는데 걸리는 시간(τ ₅₀)은 약 31.

대상 데이터

(+)-α-Tocopherol (1,000 IU vitamin E/g), L-ascorbic acid, EDTA, luminol, 증감제로 사용된 rose-bengal, free radical 소거활성에 사용한 1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl (DPPH) radical은 Sigma (USA)에서 구입하여 사용하였으며, 각종 용매는 시판 특급 시약을 사용하였다.
UV-visible spectrophotometer는 Varian (Australia)사의 Cary 100, 적혈구 광용혈에 사용한 Spectronic 20D는 Milton Roy Co. (USA)사, 화학발광기는 Berthold(Germany)사, pH meter는 Istek (Korea)사 제품을 사용하였다.
메밀 속 및 껍질의 ethyl acetate 분획과 aglycone 분획을 TLC로 분석하였다. 메밀 속의 ethyl acetate 분획의 TLC 분석에는 ethyl acetate : chloroform : formic acid : distilled water를 8 : 1 : 1 : 1 (v/v)의 비율로 만든 전개용매를 사용하였다. 껍질의 ethyl acetate 분획은 ethyl acetate : acetic acid : formic acid : distilled water = 100 : 11 : 11 : 10 (v/v), aglycone 분획은 hexane : ethyl acetate : acetic acid = 21 : 14 : 5 (v/v)을 사용하였으며, 예측되는 각종 기준물질들과 함께 전개시켜 성분 분석하였다.
실험에 사용된 메밀은 2007년 12월 경에 서울시 제기동에 위치한 경동시장에서 메밀 씨앗에서 껍질을 제거한 속과 메밀 껍질을 따로 구입하여 사용하였다. 메밀 껍질과 속은 Figure 1과 같은 방법으로 추출하였다.
적혈구는 건강한 성인 남녀로부터 얻었다. 채혈 즉시 heparin이 첨가된 시험관에 넣은 후, 3,000 rpm으로 5 min 동안 원심분리하여 적혈구와 혈장을 분리하고, 분리한 적혈구는 0.

데이터처리

모든 실험은 3회 반복하였고 통계분석은 5 % 유의수준에서 Student's t-test를 행하였다.

성능/효과

1) 메밀 속의 50 % ethanol extract의 수득률은 4.08%, ethyl acetate 분획은 0.14 %, aglycone 분획은 0.063% 이었다. 메밀 껍질의 50 % ethanol extract의 수득률은 2.
2) Free radical 소거활성(FSC50)은 메밀 속의 50 % ethanol 추출물이 92.2 µg/mL, ethyl acetate 분획 8.3, aglycone 분획은 5.7로, 메밀 껍질의 50 % ethanol 추출물은 15.3 µg/mL, Ethyl acetate 분획 6.1, aglycone 분획 3.5로 나타났다.
3) 활성산소 소거활성(OSC50)은 메밀 속의 50 % ethanol 추출물이 71.7 µg/mL, ethyl acetate 분획 2.7, aglycone 분획 4.7로, 메밀 껍질의 50 % ethanol 추출물은 0.7µg/mL, ethyl acetate 분획 0.2, aglycone 분획 2.7로 나타났다.
4) 1O2으로 유도된 세포막 파괴에 대한 보호 활성에서 메밀 추출물 및 분획은 50 % ethanol 추출물 (hulls) > ethyl acetate 분획(hulls) > aglycone 분획(hulls) > ethyl acetate 분획(seeds) ≒ aglycone 분획(seeds) > 50 % ethanol 추출물(seeds) 순으로 나타났다.
5) Tyrosinase 저해활성(IC50)은, 메밀 속의 ethyl acetate 분획은 154.1 µg/mL, aglycone 분획 53.6으로, 메밀 껍질의 ethyl acetate 분획은 142.3 µg/mL, aglycone 분획 35.6로 나타났다.
6) Elastase 저해활성(IC50)은, 메밀 속의 ethyl acetate 분획은 10.4 µg/mL, aglycone 분획은 3.7로, 메밀 껍질의 50 % ethanol 추출물은 16.8 µg/mL, ethyl acetate 분획 15.6, aglycone 분획 6.0로 매우 큰 elastase 활성 저해 효과를 나타내었다.
7) 메밀 속의 ethyl acetate 분획에는 (+)-catechin, (-)-epicatechin이, 껍질의 ethyl acetate 분획은 isoorientin, orientin, vitexin, rutin, hyperin, isoquercitrin, quercitrin, nicotiflorin, quercetin, 및 luteolin이 함유되어 있었고, 이들 중 hyperin의 함량이 가장 많은 것으로 나타났다.
대조군(control)은 τ 50이 31 min으로 오차범위 ± 1 min 이내로 모든 경우의 실험에서 재현성이 양호하게 나타났다.
크로마토그램은 2개의 피이크를 나타내었다. 두 개의 피이크를 최대 흡수 파장의 비교 및 표준물질을 이용해 분석한 결과 peak 1은 (+)-catechin, peak 2는 (-)-epicatechin으로 나타났다(Figure 9).
6로 나타났다. 메밀 껍질 및 속의 ethyl acetate 분획은 기준 물질인 arbutin과 유사한 활성을, aglycone 분획은 arbutin 보다 약 3배 더 큰 tyrosinase 저해 활성을 나타내었다.
적혈구 세포가 50 % 파괴되는데 걸리는 시간(τ ₅₀)은 세포보호 활성이 클수록 크게 나타난다. 메밀 껍질의 50 % ethanol 추출물과 ethyl acetate 분획은 농도 의존적으로 세포보호활성이 다른 추출물 및 분획에 비해 상당히 큰 것으로 나타났다. Table 1 중에 메밀 속의 ethyl acetate, aglycone 분획, 껍질의 aglycone 분획은 10µg/mL보다 25 µg/mL에서 적혈구 용혈이 빠르게 일어나는 결과를 보여주었다.
메밀 속의 50 % ethanol 추출물은 elastase 저해 활성이 245.3 ± 7.9 µg/mL, ethyl acetate 분획은 10.4, aglycone 분획은 3.7로 나타났으며, 메밀 껍질의 50 % ethanol 추출물은 16.8 µg/mL, ethyl acetate 분획은 15.6, aglycone 분획은 6.0로 나타났다.
메밀 속의 50 % ethanol 추출물을 제외한 나머지 추출물 및 분획은 비교물질로 사용한 L-ascorbic acid 및 (+)-α-tocopherol과 비교해 볼 때, 총항산화능이 매우 큼을 알 수 있었다(Figure 3).
메밀 속의 50 % ethanol 추출물을 제외한 나머지 추출물 및 분획은 비교물질로 사용한 L-ascorbic acid 및 (+)-α-tocopherol과 비교해 볼 때, 총항산화능이 큰 것으로 나타났다.
메밀 속의 ethyl acetate 분획의 TLC 결과, R_f value가 0.7 부근에서 (+)-catechin 및 (-)-epicatechin을 확인할 수 있었다(data not shown).
이상의 결과들로부터 메밀의 ethyl acetate 분획 및 aglycone 분획들은 총항산화능과 세포보호활성이 매우 큰 것으로 나타났으며, tyrosinase와 elastase 저해 활성도 큼을 확인하였다. 따라서 이들 추출물은 항산화 작용 등 기능성 소재로서 화장품에 응용 가능성이 있는만큼보다 광범위한 연구가 필요한 것으로 사료된다.
Aglycone 분획은 총 3개의 띠(B-1 ~ 3)로 분리되었다. 표준물질과 함께 전개시킨 결과 B-2-1은 kaempferol, B-2-2는 quercetin, B-2-3은 luteolin으로 확인되었다(Figure 8).
활성산소 소거활성(OSC50)을 보면, 메밀 속의 50 % ethanol 추출물은 71.7 µg/mL, ethyl acetate 분획은 2.7, aglycone 분획은 4.7로, 메밀 껍질의 50 % ethanol 추출물은 0.7 µg/mL, ethyl acetate 분획은 0.2, aglycone 분획은 2.7로 나타났다.

후속연구

이상의 결과들로부터 메밀의 ethyl acetate 분획 및 aglycone 분획들은 총항산화능과 세포보호활성이 매우 큰 것으로 나타났으며, tyrosinase와 elastase 저해 활성도 큼을 확인하였다. 따라서 이들 추출물은 항산화 작용 등 기능성 소재로서 화장품에 응용 가능성이 있는만큼보다 광범위한 연구가 필요한 것으로 사료된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	Rutin의 효능은 어떠한가?	메밀에 함유된 성분에는 rutin, quercetin, isoorientin, orientin, vitexin 및 isovitexin 등이 알려져 있고[19], 그중에서도 rutin 함량이 많은 것으로 보고되고 있다. Rutin은 고혈압, 동맥경화 등에 효과가 있어 예부터 혈관질환에 사용되어 왔고[20,21], 항알러지와 항부종 효과가 있는 것으로 보고되고 있다[24,25]. 또한 메밀은 1,1,-diphenyl-2-picrylhydrazyl radical (DPPH), superoxide anion radical (O2∙-) 및 hypochlorous acid (HOCl)의 소거활성과 지질과산화 반응 억제 작용 등 항산화 효과가 있다[22,23].
	메밀에는 어떤 성분들이 함유되어 있는가?	메밀에 함유된 성분에는 rutin, quercetin, isoorientin, orientin, vitexin 및 isovitexin 등이 알려져 있고[19], 그중에서도 rutin 함량이 많은 것으로 보고되고 있다. Rutin은 고혈압, 동맥경화 등에 효과가 있어 예부터 혈관질환에 사용되어 왔고[20,21], 항알러지와 항부종 효과가 있는 것으로 보고되고 있다[24,25].
	체내 활성산소종은 어떤 과정을 통해 생성될 수 있는가?	활성산소 종이란 반응성이 매우 큰 1O2 및 ⋅OH를 비롯하여 O2ㆍ- , H2O2, ROO ⋅ , RO ⋅ , ROOH 및 HOCl 등을 포함한다. 이들은 고 에너지 복사선, 광증감반응 및 몇 가지 효소반응을 포함하는 다양한 과정을 거쳐서 세포 및 조직 중에서 생성될 수 있다. 이들 활성산소종 중에서 1O2 및 ⋅ OH은 피부 광손상에 있어서 중요한 역할을 하는 것으로 알려져 있다.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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