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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 6종의 약용식물의 추출방법을 달리하여 추출물을 각각 제조한 다음 항산화 및 항당뇨 효능을 확인하고, 특히 항산화능과 항당뇨 활성 간의 상관관계를 비교 검토하여 가장 효과적인 약용식물의 추출방법을 제시하고자 하였다.
- 본 연구에서는 예로부터 전해 내려오는 당뇨처방전에 사용되고 있는 문헌고찰을 토대로 6종의 약용식물(당귀, 백복령, 상백피, 상엽, 총목피 및 홍삼)의 항산화 및 항당뇨 활성을 비교 검토하고 이들의 상관관계를 검토하여 가장 효과적인 추출방법을 조사하였다. 당귀의 열수와 에탄올 추출물에서 각각 39.
- 이에 예로부터 전해 내려오는 문헌고찰로 항당뇨 효능이 있다고 알려져 당뇨처방전에 사용되고 있는 6종의 약용식물인 당귀, 백복령, 상엽, 상백피, 총목피, 홍삼의 항산화 및 항당뇨 활성을 비교 검토하고 이들의 상관관계를 알아보고자 하였다.
- 항산화작용과 항당뇨 활성을 함께 가지는 약용식물의 추출조건을 알아보고자, 6종의 약용식물 추출물들의 폴리페놀 함량, 플라보노이드 함량, DPPH 라디칼 소거능, α-glucosidase 저해활성 그리고 α-amylase 저해활성 간의 상관관계를 검토해 보았다.
가설 설정
- 2)Different letters within a column (a-e) and a row (x-z) are significantly different (p<0.05).
- 3)Different letters within a column (a-e) and a row (x-z) are significantly different (p<0.05).
제안 방법
- 총 폴리페놀 함량은 Folin-Denis법(24)을 응용하였다. 각 시료의 1 mg을 증류수 1 mL에 녹이고 10배 희석한 희석액 2 mL에 2배 희석한 Folin 시약 2 mL을 첨가하고 잘 혼합한 후 3분간 방치한 후 10% Na2CO3 2 mL을 넣고 1시간 반응시킨 후 UV/ Visible spectrophotometer(UVIKON 922, Kontron Instruments, Milan, Italy)를 사용하여 700 nm에서 흡광도를 측정하여 작성한 표준곡선으로부터 함량을 구하였다. 이 때 tannic acid를 이용한 표준곡선은 tannic acid의 최종농도가 0, 5, 25, 50, 75 μg/mL가 되도록 하여 위와 같은 방법으로 700 nm에서 흡광도를 측정하여 작성하였다.
- 각 추출물들의 수율은 추출액을 동결 건조 시켜서 건물 중량을 구한 다음 추출액 조제에 사용한 원료 건물량에 대한 백분율로 계산하였다.
- 주된 식물계 폴리페놀 물질인 플라보노이드는 항산화, 항암, 고혈압 억제, 충치예방, 항염증 등의 다양한 생리활성을 가지며, 여러 식물에 널리 분포되어 있어 천연항산화제로써 작용할 수 있다는 연구도 보고되고 있다(31). 따라서 본 연구에서는 당귀, 백복령, 상백피, 상엽, 총목피 및 홍삼의 열수, 에탄올, 초음파 추출물에 존재하는 총 폴리페놀 함량을 tannic acid의 기준물질로 측정하여 비교하였다(Table 2). 그 결과, 총 폴리페놀 함량은 총목피의 열수 추출물이 74.
- 본 연구에서는 당귀, 백복령, 상백피, 상엽, 총목피 및 홍삼의 열수, 에탄올, 초음파 추출물에 따른 α-amylase 저해활성은 0.2 mg/mL의 농도에서 측정하였으며 Table 5에 나타내었다.
- 시료의 α-amylase 저해활성은 환원당 분석법(28)을 응용하여 효소원으로 사람의 타액 amylase를 사용하고 기질로서 0.5% starch를 이용하여 효소활성을 측정하였다.
- 시료의 free radical 소거활성은 Singh와 Rajini(26)의 방법을 변형하여 free radical인 DPPH에 대한 환원력을 측정한 것으로 99% 메탄올에 각 시료를 녹여 농도별로 희석한 희석액 800 μL와 메탄올에 녹인 0.15 mM DPPH 용액 200 μL를 가하여 실온에 30분 방치한 후 517 nm에서 흡광도를 측정하였다.
- 시료의 총 플라보노이드 함량은 Nieva Moreno 등(25)의 방법을 응용하여 측정하였다. 각 샘플 0.
- 약용식물의 열수, 에탄올 및 초음파 추출물과 합성 항산화제인 BHA와의 항산화 효과를 DPPH 라디칼의 소거활성을 RC50 값으로 나타내어 비교하였다(Table 3). 그 결과 총목피 열수, 에탄올, 초음파 추출물이 각각 28.
- , Daegu, Korea)를 이용하여 98℃에서 2시간 동안 추출하였으며 이를 2회 반복한 후 추출물을 획득하였다. 에탄올 추출은 80% 에탄올을 상온에서 24시간 침지 추출을 2회 반복하여 추출하였고, 초음파추출은 각각의 약용식물에 증류수를 가한 후 초음파기(JAC Ultrasinic, Hwaseong, Korea)를 이용하여 실온에서 standing-wave(bath)형태로 초음파 에너지(40 kHz, 200W)를 적용시켜 9시간 추출하였다. 각각의 추출물은 여과지(Whatman No.
- 추출물 제조는 6종의 약용식물을 각각 100 g을 10배의 용매를 가하여 추출하였다. 열수추출은 각각의 약용식물에 증류수를 가하여 약탕기(NUC Electronics Co., Daegu, Korea)를 이용하여 98℃에서 2시간 동안 추출하였으며 이를 2회 반복한 후 추출물을 획득하였다. 에탄올 추출은 80% 에탄올을 상온에서 24시간 침지 추출을 2회 반복하여 추출하였고, 초음파추출은 각각의 약용식물에 증류수를 가한 후 초음파기(JAC Ultrasinic, Hwaseong, Korea)를 이용하여 실온에서 standing-wave(bath)형태로 초음파 에너지(40 kHz, 200W)를 적용시켜 9시간 추출하였다.
- 이 때 tannic acid를 이용한 표준곡선은 tannic acid의 최종농도가 0, 5, 25, 50, 75 μg/mL가 되도록 하여 위와 같은 방법으로 700 nm에서 흡광도를 측정하여 작성하였다.
- 추출물 제조는 6종의 약용식물을 각각 100 g을 10배의 용매를 가하여 추출하였다. 열수추출은 각각의 약용식물에 증류수를 가하여 약탕기(NUC Electronics Co.
대상 데이터
- 문헌고찰을 토대로 약용식물(당귀(A. gigas N.), 백복령(P. cocos), 상백피(M. radicis Cortex), 상엽(M. folium), 총목피(A. elata Cortex))은 경동시장에서 유통되는 건조된 형태의 국내산 한약규격품을 구입하였고, 홍삼(P. ginseng)은 고려인삼 6년근을 이용하여 만들어진 것으로 개성인삼농협에서 구입하여 사용하였다.
데이터처리
- 각 실험군 간의 유의성 검정은 p<0.05에서 ANOVA(analysis of variance)분석과 Duncan’s multiple range test를 행하였고, 항산화활성과 항당뇨활성과의 상호관련성은 Pearson’s correlation을 시행하였다.
- 실험결과는 SPSS 12.0 program을 이용하여 평균치와 표준편차(mean±SD)로 표시하였다.
이론/모형
- α-Glucosidase저해활성은 nitrophenol 분석법(27)을 응용하여 측정하였다.
- 총 폴리페놀 함량은 Folin-Denis법(24)을 응용하였다. 각 시료의 1 mg을 증류수 1 mL에 녹이고 10배 희석한 희석액 2 mL에 2배 희석한 Folin 시약 2 mL을 첨가하고 잘 혼합한 후 3분간 방치한 후 10% Na2CO3 2 mL을 넣고 1시간 반응시킨 후 UV/ Visible spectrophotometer(UVIKON 922, Kontron Instruments, Milan, Italy)를 사용하여 700 nm에서 흡광도를 측정하여 작성한 표준곡선으로부터 함량을 구하였다.
성능/효과
- α-Amylase저해활성은 상엽 에탄올 추출물에서 가장 높은 저해활성을 보였고, 상백피와 백복령 에탄올 추출물에서도 acarbose와 비슷한 결과를 보였다.
- α-Glucosidase저해활성은 상엽과 상백피 초음파추출물에서 높았고 추출방법 따른 저해율은 차이를 보였으나 세 가지 추출물 모두 acarbose보다 높은 활성을 보였다.
- 항산화능에서의 상관관계를 살펴 본 결과 열수, 에탄올 및 초음파추출물에서 모두 폴리페놀 함량과 플라보노이드 함량, DPPH RC50 값과 유의적으로 높은 양의 상관관계가 있는 것으로 나타났다. 결론적으로 약용식물이 추출방법에 따른 항산화, 항당뇨 활성과 상관성에 차이를 보이고 있음을 알 수 있었다.
- 2 mg/mL의 농도에서 측정하여 Table 4에 나타내었다. 그 결과 열수 추출물일 경우 상백피에서 56.62%의 가장 높은 저해율을 보였고, 상엽은 45.16%의 저해율을 보였다. 에탄올 추출물에서는 상백피와 상엽이 각각 52.
- 2 mg/mL의 농도에서 측정하였으며 Table 5에 나타내었다. 그 결과 열수와 초음파 추출물에서는 상엽에서 각각 50.15와 43.34%로 가장 높은 저해능을 보였으나 acarbose보다 낮은 결과를 보였다. 이에 반해 에탄올 추출물에서는 상엽에서 89.
- 그 결과 총목피 열수, 에탄올, 초음파 추출물이 각각 28.04, 29.44, 29.40 μg/mL의 RC50 값을, 상엽 에탄올 추출물은 20.73 μg/mL의 RC50 값을 나타내어 시료추출물 중에서 가장 우수한 DPPH 라디칼 소거능을 가지는 것을 확인하였다.
- 따라서 본 연구에서는 당귀, 백복령, 상백피, 상엽, 총목피 및 홍삼의 열수, 에탄올, 초음파 추출물에 존재하는 총 폴리페놀 함량을 tannic acid의 기준물질로 측정하여 비교하였다(Table 2). 그 결과, 총 폴리페놀 함량은 총목피의 열수 추출물이 74.92 mg/g, 상백피 에탄올 추출물이 115.15 mg/g, 상백피 초음파 추출물이 56.33 mg/g으로 추출 용매에 따라 가장 높은 함량을 가졌다. 그리고 상백피, 상엽 및 총목피 추출물은 총 폴리페놀 함량이 40 mg/g 이상으로 함유되었고, 특히 상백피의 경우 에탄올 추출물에서 가장 높은 115.
- 33 mg/g으로 추출 용매에 따라 가장 높은 함량을 가졌다. 그리고 상백피, 상엽 및 총목피 추출물은 총 폴리페놀 함량이 40 mg/g 이상으로 함유되었고, 특히 상백피의 경우 에탄올 추출물에서 가장 높은 115.15 mg/g의 총 폴리페놀 함량을 보였고 열수 및 초음파 추출물에서도 높은 50 mg/g의 총 폴리페놀 함량을 보였다. 이러한 결과들은 동일한 시료라도 추출조건에 따라 총 폴리페놀 함량이 차이가 난다는 보고(32-34)들과 유사한 경향을 보였다.
- 11 mg/g로 높은 함량을 보였다(Table 2). 그리고 상엽은 다른 약용식물 추출물에 비해 열수 추출물에서도 플라보노이드 함량이 높음을 알 수 있었다. 따라서 시료에 따른 최적의 추출용매 및 방법을 사용하여 추출하는 것이 중요하다고 사료된다.
- 그리고 추출방법에 따라 초음파 추출물의 경우 α-glucosidase에 대해 높은 저해 활성을 보이고, 에탄올 추출물은 α-amylase에 대해 높은 저해활성을 보였다.
- 본 연구에서는 예로부터 전해 내려오는 당뇨처방전에 사용되고 있는 문헌고찰을 토대로 6종의 약용식물(당귀, 백복령, 상백피, 상엽, 총목피 및 홍삼)의 항산화 및 항당뇨 활성을 비교 검토하고 이들의 상관관계를 검토하여 가장 효과적인 추출방법을 조사하였다. 당귀의 열수와 에탄올 추출물에서 각각 39.43와 37.75%로 다른 시료에 비하여 추출수율이 높았다. 폴리페놀 함량은 상백피 에탄올 추출물에서 가장 높았고, 홍삼 초음파추출물에서 가장 낮았다.
- 또한 6종의 약용식물의 열수 및 에탄올 추출물은 α-glucosidase에 대한 저해 활성 보다는 α-amylase 저해 활성능이 더 큰 것으로 나타났다.
- 이들 약용식물은 폴리페놀 함량이 플라보노이드 함량보다 많았으나 상엽 에탄올 추출물에서는 폴리페놀 함량과 플라보노이드의 함량이 비슷한 결과를 나타내었다. 또한 당귀의 에탄올 및 초음파 추출물, 백복령의 초음파 추출물, 그리고 상백피의 에탄올 및 초음파 추출물에서는 총 페놀함량이 플라보노이드 보다 10배 이상 많이 함유하는 것으로 나타났다.
- 이러한 결과들은 동일한 시료라도 추출조건에 따라 총 폴리페놀 함량이 차이가 난다는 보고(32-34)들과 유사한 경향을 보였다. 또한 약용식물에 따른 추출방법으로 총 폴리페놀 함량 값을 비교해 본 결과 상백피에서는 에탄올 추출물이 열수와 초음파 추출물보다 유의적으로 높았고, 상엽은 열수 추출물이 초음파 추출물보다 유의적으로 높았다. 총목피에서는 총 폴리페놀 함량이 열수 추출물에서 유의적으로 가장 많았고, 당귀, 백복령 및 홍삼에서는 추출방법에 따른 유의적인 차이를 보이지 않았다.
- 30%로 가장 높은 수율을 보였다. 백복령과 상엽은 모든 추출물에서 10% 미만이었고 특히 백복령은 열수, 에탄올 및 초음파 추출물에서 각각 2.06%, 1.90% 및 1.60%로 가장 낮았다. 추출수율은 추출용매와 시료와의 비, 추출온도 및 시간 등 여러 조건에 따라 달라질 수 있는데(29), 추출수율을 위한 전처리나 추출 온도 및 시간의 영향 등이 추가로 조사되어야할 것으로 사료된다.
- Kang 등(36)의 보고에 의하면 전자공여능이 phenolic acids와 flavonoids 및 기타 phenol성 물질에 대한 항산화작용의 지표라고 하였으며, 이러한 물질은 환원력이 큰 것일수록 전자공여능이 높다고 하였다. 본 연구에서도 약용식물 추출물들의 폴리페놀 및 플라보노이드 함량의 결과와 일치하는 경향으로 DPPH 라디칼 소거능을 가지는 것을 확인하였다.
- 76%의 저해율을 보여 가장 높은 저해활성을 보였다. 상엽과 상백피는 추출방법에 따른 저해율의 차이는 보이지만 제2형 당뇨치료제로 쓰이는 acarbose보다 높은 활성을 보였다. 이는 상백피와 상엽에는 α-glucosidase 저해활성을 갖는 1-deoxynojirimycin(DNJ) 및 그 밖에 여러 종류의 알칼로이드가 함유되어(17) 있어 혈당을 낮추는 효과를 가지는 것으로 사료된다.
- 에탄올 추출물에서 α-glucosidase저해활성에 대한 폴리페놀 함량 또는 플라보노이드 함량과는 양의 상관관계(r2=0.792, 0.588)를 보였고, α-amylase저해활성에 대한 플라보노이드 함량 또는 DPPH 소거능의 RC50 값에서도 음의 상관관계(r2=0.918, −0.594)를 나타내었다.
- 16%의 저해율을 보였다. 에탄올 추출물에서는 상백피와 상엽이 각각 52.68와 48.59%의 저해율을 보였고, 특히 초음파 추출물에서는 각각 67.53와 68.76%의 저해율을 보여 가장 높은 저해활성을 보였다. 상엽과 상백피는 추출방법에 따른 저해율의 차이는 보이지만 제2형 당뇨치료제로 쓰이는 acarbose보다 높은 활성을 보였다.
- 73 μg/mL의 RC50 값을 나타내어 시료추출물 중에서 가장 우수한 DPPH 라디칼 소거능을 가지는 것을 확인하였다. 이는 총목피의 열수 추출물과 상백피 에탄올 추출물은 높은 총 폴리페놀 함량을 가지고, 상엽의 에탄올 추출물은 가장 높은 플라보노이드 함량 및 총 폴리페놀 함량도 높게 함유하고 있어 이들 추출물에서 우수한 DPPH 라디칼 소거능을 가짐을 알 수 있었다. Kang 등(36)의 보고에 의하면 전자공여능이 phenolic acids와 flavonoids 및 기타 phenol성 물질에 대한 항산화작용의 지표라고 하였으며, 이러한 물질은 환원력이 큰 것일수록 전자공여능이 높다고 하였다.
- 34%로 가장 높은 저해능을 보였으나 acarbose보다 낮은 결과를 보였다. 이에 반해 에탄올 추출물에서는 상엽에서 89.70%의 저해활성을 보여 66.02%의 acarbose보다 높은 저해활성을 보였으며, 상백피와 백복령에서 각각 61.47와 60.10%로 acarbose와 비슷한 결과를 보여 혈당강하효과의 물질로 기대할 수 있게 한다.
- 즉 에탄올 추출물에서 α-glucosidase저해활성에 대한 폴리페놀 함량 또는 플라보노이드 함량과는 각각 r2=0.792(p<0.01), r2=0.588(p<0.01)의 상관계수를 보였고, α-amylase저해활성에 대한 플라보노이드 함량 또는 DPPH 소거능의 RC50 값에서는 각각 r2=0.918(p<0.01), r2= −0.594(p<0.01)의 상관계수를 나타내었다.
- 초음파 추출물에서는 α-glucosidase저해활성에 대한 폴리페놀함량은 r2=0.763(p<0.01), 플라보노이드 함량은 r2=0.618(p<0.05)의 상관계수를 보였다.
- 초음파 추출물에서는 α-glucosidase저해활성에 대해 폴리페놀 함량과 플라보노이드 함량에서만 양의 상관관계(r2=0.763, 0.618)를 보였다.
- 또한 약용식물에 따른 추출방법으로 총 폴리페놀 함량 값을 비교해 본 결과 상백피에서는 에탄올 추출물이 열수와 초음파 추출물보다 유의적으로 높았고, 상엽은 열수 추출물이 초음파 추출물보다 유의적으로 높았다. 총목피에서는 총 폴리페놀 함량이 열수 추출물에서 유의적으로 가장 많았고, 당귀, 백복령 및 홍삼에서는 추출방법에 따른 유의적인 차이를 보이지 않았다.
- 추출방법에 따른 6종의 약용 식물에 대한 추출수율은 Table 1과 같다. 추출수율은 당귀의 열수와 에탄올 추출물에서 각각 39.43%와 37.75%로 다른 시료에 비하여 월등히 높았고, 초음파 추출물에서는 홍삼이 35.30%로 가장 높은 수율을 보였다. 백복령과 상엽은 모든 추출물에서 10% 미만이었고 특히 백복령은 열수, 에탄올 및 초음파 추출물에서 각각 2.
- 05)의 상관계수를 보였다. 특히 항산화활성간의 상관관계를 살펴본 결과 에탄올 추출물, 초음파추출물에서 모두 폴리페놀 함량과 플라보노이드 함량, DPPH RC50 값과 유의적인 상관관계를 나타내었다. 여러 종류의 약용식물에서 폴리페놀의 함량이 높을수록 항산화활성이 높아 양의 상관관계를 나타낸다는 보고(39)와 본 연구결과는 유사한 경향이었다.
- 75%로 다른 시료에 비하여 추출수율이 높았다. 폴리페놀 함량은 상백피 에탄올 추출물에서 가장 높았고, 홍삼 초음파추출물에서 가장 낮았다. 플라보노이드 함량과 DPPH RC50 값은 상엽에탄올 추출물에서 가장 우수하였다.
- 플라보노이드 함량은 상엽의 에탄올 추출물에서 56.04 mg/g으로 가장 높게 측정되었고, 상엽의 열수 및 초음파 추출물에서도 각각 25.58와 20.11 mg/g로 높은 함량을 보였다(Table 2). 그리고 상엽은 다른 약용식물 추출물에 비해 열수 추출물에서도 플라보노이드 함량이 높음을 알 수 있었다.
- α-Amylase저해활성은 상엽 에탄올 추출물에서 가장 높은 저해활성을 보였고, 상백피와 백복령 에탄올 추출물에서도 acarbose와 비슷한 결과를 보였다. 항산화 활성과 항당뇨 저해활성의 상관성은 에탄올 추출물과 초음파 추출물에서 유의적인 상관관계를 보였다. 에탄올 추출물에서 α-glucosidase저해활성에 대한 폴리페놀 함량 또는 플라보노이드 함량과는 양의 상관관계(r2=0.
- 618)를 보였다. 항산화능에서의 상관관계를 살펴 본 결과 열수, 에탄올 및 초음파추출물에서 모두 폴리페놀 함량과 플라보노이드 함량, DPPH RC50 값과 유의적으로 높은 양의 상관관계가 있는 것으로 나타났다. 결론적으로 약용식물이 추출방법에 따른 항산화, 항당뇨 활성과 상관성에 차이를 보이고 있음을 알 수 있었다.
후속연구
- 60%로 가장 낮았다. 추출수율은 추출용매와 시료와의 비, 추출온도 및 시간 등 여러 조건에 따라 달라질 수 있는데(29), 추출수율을 위한 전처리나 추출 온도 및 시간의 영향 등이 추가로 조사되어야할 것으로 사료된다.
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