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문제 정의
- 이에 본 연구에서는 가지 두 품종을 대상으로 각 부위별 추출물의 항산화 작용을 측정, 비교함으로써 다양한 가공활용의 기초 자료를 제시하고자 하였다.
제안 방법
- 1과 같다. 각 추출물(냉각수, 70℃의 열수 및 70% ethanol 용액)은 환류 냉각관을 부착시킨 둥근 플라스크에 시료 당 10배에 해당하는 냉각수, 70℃의 열수 및 70% ethanol 용액을 넣고 water bath상에서 4시간 이상 3회 반복 추출하였다. 모아진 추출액은 filter paper(Whatman No.
- 단가지 및 장가지를 껍질 부분과 육질 부분으로 나누어 적외선 수분 측정기(Sartorius MA35, Germany)로 수분 함량을 측정하였다.
- 우리나라에 주로 유통되고 있는 가지 2품종(천양 2호: 단가지, 진주장가지: 장가지)의 부위별 항산화능을 비교하였다. 수분 함량은 육질부가 껍질에서보다 높게 나타났으며, 품종 간의 차이는 없었다.
대상 데이터
- 본 실험에 사용한 가지(Solanum melongena L.)는 천양 2호(Dangaji)와 진주장가지(Janggaji)를 2007년 8월 전남 백양사 농협과 강원도 내촌농협을 통하여 구매하였으며, 수세한 후 표면의 물기를 제거하고 껍질과 육질로 분리하여 사용하였다.
데이터처리
- 실험 결과는 평균치와 표준편차로 나타내었으며, SPSS software version 13.0 package program의 Duncan's multiple range test를 이용하여 유의성을 검증하였다.
이론/모형
- Sprague-Dawley(SD)계 숫 흰쥐를 단두 도살하여 적출한 간조직 일정량에 4배량의 0.25M sucrose 용액을 가해 마쇄 균질액을 만든 다음 Rowe & Wyngaarden(1966)의 방법에 따라 열변성, ammonium sulfate fractionation 및 투석하여 xanthine oxidase 효소원으로 이용하였다.
- Xanthine oxidase(XO)의 활성은 Stirpe & Della Corte(1969)의 방법에 준하여, 0.1M phosphate buffer(pH 7.4) 일정량에 기질인 xanthine과 부분정제 효소원을 가해 37℃에서 반응시키는 동안 생성된 uric acid를 292 nm에서 측정하였다.
- 각 추출액의 전자공여능(electron donating ability, EDA)은 Blois(1958)의 방법에 따라 각 추출액의 농도를 일정하게 희석한 용액 0.2 mL에 0.4 mM DPPH(1,1 diphenyl-2-picryl-hydrazyl) 용액 0.8 mL를 가하여 10초간 진탕한 후 상온에서 10분간 방치한 다음 525 nm에서 흡광도를 측정하였다. EDA 활성도는 다음 계산식 Electron donating ability(%)={1-(시료 흡광도/대조구 흡광도)}×100에 의하여 산출하였다.
- 총 폴리페놀 함량의 측정은 Dewanto et al(2002)의 방법을 이용하여 일정 농도로 조정한 추출액 100 μL에 2% sodium carbonate 2 mL와 50% Folin-Ciocalteu reagent 100 μL를 가한 후 720 nm에서 흡광도를 측정하였다.
- 환원력 측정은 Saeedeh & Asna(2007)의 방법에 따라 일정 농도로 조정한 추출액 1 mL에 0.2 M phosphate buffer(pH 6.6) 2.5 mL와 1% potassium ferricyanide 용액 2.5 mL를 가한 후 50℃에서 30분간 반응시킨 다음, 10% trichloroacetic acid 용액 2.5 mL 가한 다음 1,650×g에서 10분간 원심분리하였다.
성능/효과
- 998)에 의해 총 폴리페놀의 함량을 측정한 결과는 Table 2와 같다. 가지 종류별 총 폴리페놀 함량은 단가지 육질 부분과 껍질 부분의 경우 증류수, 열수 및 70% 에탄올 추출물에서 각각 157.88 mg%, 152.56 mg%, 153.47 mg%이었으며, 또한 껍질 부분에서는 각각 137.21 mg%, 276.59 mg%, 149.37 mg%로 껍질 열수 추출물에서 그 함량이 높았다. 장가지 육질 부분에서는 각각 145.
- 가지 품종별 및 추출물 각각 50 μg/mL 첨가하여 반응시켰을 때, 장가지 육질 열수 추출물에서만 약 17% 정도의 XO 활성 억제 현상이 나타났으며, 단가지 껍질 냉각수 및 열수 추출물에서는 약 38% 정도의 현저한 XO 활성 저해 현상이 나타났다(Fig. 2).
- 16%로 진주장가지 품종의 수분 함량에 비해 약간 높았다. 그리고 각 품종의 부위별에서는 두 품종 모두 육질 부위가 수분 함량이 많은 것으로 나타났다. 이와 같은 결과는 채소류의 일반적인 특징으로서 수분을 다량 함유하고 있으므로 저장성이 떨어지는 원인이기도 하다.
- 그리고 뚜렷한 XO 활성 저해 현상을 나타낸 단가지 껍질 냉각수 및 열수 추출물의 첨가 농도를 증가시켜가면서 XO의 활성 변동을 관찰한 결과, 효소의 활성은 첨가 농도에 반비례하여 억제되었으며, 특히 껍질 냉각수 추출물의 경우에는 그 억제의 정도가 껍질 열수 추출물에서 보다 더 강하게 나타나 25 μg/mL 첨가 농도에서는 약 78% 정도의 억제 현상을 나타내었다(Fig. 3).
- 두 품종 가지의 껍질과 육질 추출물의 항산화 효과를 측정한 결과는 Table 3과 같다. 단가지에서는 육질의 에탄올 추출물이 59.15%, 껍질 부분에서 55.28%의 높은 DPPH radical 소거 활성이 나타났으며, 장가지 육질의 증류수 추출물은 12.83%로 낮게 나타났으나, 껍질 증류수 추출물에서는 66.36%의 높은 활성을 보였다. 이와 같은 결과는 Choi et al(2007)의 고추잎 메탄올 추출물과 물 추출물의 radical 소거 활성과 비슷한 경향을 나타내었다.
- 2에 나타내었다. 두 품종 모두 추출물의 첨가 농도를 증가시킴에 따라 환원력이 유의적으로 증가하는 경향을 보였으며, 두 품종 중에서 진주장가지 품종이 전반적으로 환원력이 높은 경향을 보였다. 특히 껍질의 물 추출물은 첨가 농도를 증가시킬수록 유의적으로 환원력이 증가하였다.
- XO는 생체 내에서 superoxide, hydrogen peroxide 및 hydroxyl radical과 같은 ROS를 생성(McCord JM 1985, Hirata et al 1996, Pitt et al 1991)함으로써, 고혈압, 동맥경화와 당뇨 등과 같은 생활습관병과 발암과 노화의 촉진 및 염증과 조직의 손상에 관여하는 것으로 잘 알려져 있으며, allopurinol 및 tungstate와 같은 XO 억제제의 투여는 이러한 질병의 예방 및 치료 효과(Butler et al 2000, Stull et al 2004, Suzuki et al 1998, Schroder et al 2006)가 나타나는 것으로 보고되고 있다. 본 실험에서 천양 2호 가지의 냉각수 및 열수 추출물에 의해 XO의 활성이 저해되는 것으로 보아 가지 추출물은 XO 유래의 ROS에 의해 나타날 수 있는 각종 질병의 예방 효과를 나타낼 수 있을 것으로 생각되며, 이러한 가지 추출물의 XO 활성 저해 현상은 Km치의 변화에 기인되어 XO와 기질간의 친화력을 저하시킴으로서 나타날 것으로 사료된다.
- 우리나라에 주로 유통되고 있는 가지 2품종(천양 2호: 단가지, 진주장가지: 장가지)의 부위별 항산화능을 비교하였다. 수분 함량은 육질부가 껍질에서보다 높게 나타났으며, 품종 간의 차이는 없었다. 품종별 및 각 부위별에 따른 추출물의 총 폴리페놀 함량은 단가지 껍질 열수 추출물에서 가장 높았으며, 장가지에서는 육질 열수 추출물과 육질 열수 추출물에서 높았다.
- 3). 이러한 결과로 보아 가지의 품종별 및 추출 방법에 따라 추출물에 의한 XO의 활성 억제의 정도가 차이가 있으며 또한, 동일한 종류의 가지 열수 및 냉각수 추출물의 XO 활성 억제 현상이 냉각수 추출물에서 현저하게 나타나는 것으로 보아 단가지에 함유된 XO 활성 억제 물질은 열에 대한 안정성이 낮은 것으로 생각되며, 환원력의 결과와는 일치하지 않으나 EDA의 결과와 유사한 것으로 확인되었다. 그러나 열수 추출물에서도 상당히 강한 정도의 XO 활성 억제 현상이 나타나는 점을 고려해 볼 때 단시간의 가열 처리는 가지 성분의 생리활성 물질에 큰 영향은 주지 않을 것으로 사료된다.
- 가지의 껍질에는 anthocyanin 색소가 다량 함유(Kaneyuki et al 1999b, Noda et al 2000b)되어 있으며, 이미 여러 연구자들에 의해 anthocyanin 색소의 항산화 활성에 대한 보고(Wang & Jiao 2000, Ichiyanagi et al 2004, Parry et al 2006, Rahman et al 2006)가 있다. 이러한 보고들을 종합해 볼 때, 가지 전체 추출물보다 가지의 껍질 추출물에서 XO의 활성 억제 현상이 강하게 나타난 것은 anthocyanin 색소에 기인된 것으로 생각된다. 그리고 뚜렷한 XO 활성 저해 현상을 나타낸 단가지 껍질 냉각수 및 열수 추출물의 첨가 농도를 증가시켜가면서 XO의 활성 변동을 관찰한 결과, 효소의 활성은 첨가 농도에 반비례하여 억제되었으며, 특히 껍질 냉각수 추출물의 경우에는 그 억제의 정도가 껍질 열수 추출물에서 보다 더 강하게 나타나 25 μg/mL 첨가 농도에서는 약 78% 정도의 억제 현상을 나타내었다(Fig.
- 7μM로 나타나 각각의 추출물 첨가구 모두에서 Vmax보다는 Km치가 현저히 증가되었다. 이러한 실험 결과로 보아 가지 추출물은 XO와 기질간의 affinity에 영향을 줌으로서 효소의 활성을 저하시키는 경쟁적 저해 현상을 나타내는 것으로 생각된다(Fig. 4).
- 이러한 단가지 껍질 추출물(냉각수, 열수)에 의한 저해 현상은 흰쥐 간 조직 XO의 Vmax value보다는 Km value를 현저히 증가시키는 것으로 보아 효소와 기질간의 친화력에 영향을 미친 결과로 생각된다. 이상의 실험 결과와 문헌상의 지견을 종합해 볼 때, 정도의 차이는 있으나 가지의 각종 추출물에서 총 폴리페놀 함량, 항산화능 및 EDA 등으로 확인할 수있는 직접적인 항산화 활성뿐만 아니라 ROS 생성계 효소의 일종인 XO의 활성을 억제시키는 성분이 다량 함유되어 있는 것으로 생각된다. 한편, 가지의 항산화 활성은 품종별 및 부위별에 따른 추출 용매의 종류와 추출 방법에 따라 상당한 차이가 있다는 것을 알 수가 있다.
- 37 mg%로 껍질 열수 추출물에서 그 함량이 높았다. 장가지 육질 부분에서는 각각 145.57 mg%, 184.33 mg%, 140.55 mg%, 그리고 껍질 부분의 경우에는 153.32 mg%, 143.90 mg%, 162.75 mg%로 단가지의 경우와는 달리 육질 열수 추출물에서 높은 함량을 나타내었다.
- 환원력은 단가지 껍질 열수 추출물과 장가지 껍질 냉각수 추출물에서 특히 높았다. 전자공여능(EDA)은 단가지 육질 에탄올, 껍질 냉각수 추출물 및 육질 에탄올 추출물과 장가지 껍질 냉각수 추출물이 타 추출물에 비해 현저하게 높았다. 한편, 단가지 껍질 냉각수 추출물 및 열수 추출물에서 다른 추출물들에 비해 흰쥐 간 조직의 xanthine oxidase의 활성을 현저히 억제시켰으며, 첨가 농도를 증가시킬수록그 억제의 정도가 열수 추출물에서 더 강하게 나타났다.
- Table 1은 각 품종별 다른 부위의 수분 함량을 측정한 결과이다. 천양이호(단가지) 품종의 수분 함량은 각각 94.78%와 94.16%로 진주장가지 품종의 수분 함량에 비해 약간 높았다. 그리고 각 품종의 부위별에서는 두 품종 모두 육질 부위가 수분 함량이 많은 것으로 나타났다.
- 두 품종 모두 추출물의 첨가 농도를 증가시킴에 따라 환원력이 유의적으로 증가하는 경향을 보였으며, 두 품종 중에서 진주장가지 품종이 전반적으로 환원력이 높은 경향을 보였다. 특히 껍질의 물 추출물은 첨가 농도를 증가시킬수록 유의적으로 환원력이 증가하였다.
- 수분 함량은 육질부가 껍질에서보다 높게 나타났으며, 품종 간의 차이는 없었다. 품종별 및 각 부위별에 따른 추출물의 총 폴리페놀 함량은 단가지 껍질 열수 추출물에서 가장 높았으며, 장가지에서는 육질 열수 추출물과 육질 열수 추출물에서 높았다. 환원력은 단가지 껍질 열수 추출물과 장가지 껍질 냉각수 추출물에서 특히 높았다.
- 한편, 가지 추출물에 의한 XO의 활성 억제 현상이 어떠한 기전에 의해 나타나는지를 검토하였을 때, 대조구, 열수 추출물 및 냉각수 추출물 첨가구 각각 Vmax치가 3.83, 4.12 및 5.05 nmoles/mg protein/min으로 나타나 냉각수 추출물 첨가구에서약 32.2% 정도 증가하였으나, Km치는 각각 119.9, 171.8 및 359.7μM로 나타나 각각의 추출물 첨가구 모두에서 Vmax보다는 Km치가 현저히 증가되었다.
- 전자공여능(EDA)은 단가지 육질 에탄올, 껍질 냉각수 추출물 및 육질 에탄올 추출물과 장가지 껍질 냉각수 추출물이 타 추출물에 비해 현저하게 높았다. 한편, 단가지 껍질 냉각수 추출물 및 열수 추출물에서 다른 추출물들에 비해 흰쥐 간 조직의 xanthine oxidase의 활성을 현저히 억제시켰으며, 첨가 농도를 증가시킬수록그 억제의 정도가 열수 추출물에서 더 강하게 나타났다. 이러한 단가지 껍질 추출물(냉각수, 열수)에 의한 저해 현상은 흰쥐 간 조직 XO의 Vmax value보다는 Km value를 현저히 증가시키는 것으로 보아 효소와 기질간의 친화력에 영향을 미친 결과로 생각된다.
후속연구
- 한편, 가지의 항산화 활성은 품종별 및 부위별에 따른 추출 용매의 종류와 추출 방법에 따라 상당한 차이가 있다는 것을 알 수가 있다. 따라서 본 실험의 결과는 가지의 다양한 활용 방법을 위한 기초 자료로 이용할 수 있을 것이다.
- 이상의 모든 실험 결과와 문헌상의 지견들을 종합해 볼때, 각종 가지 추출물들은 그 자체로써 항산화력을 가질 뿐만 아니라 ROS 생성계 효소의 일종인 XO의 활성을 억제시킴으로서 항산화 작용을 효과적으로 나타낼 수 있을 것으로 생각되어지나, 추후 ROS 제거계 효소의 활성에 미치는 영향을 검토함으로써 고지혈증과 동맥경화 및 당뇨 등과 같은 생활 습관병의 예방에 대한 가지의 기능성을 확립할 수 있을 것으로 생각된다.
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