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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 다양한 생리기능성을 지니고 있어 천연색소로서 활용가치가 높고 일부는 현재 식품이나 염료로 이미 활용되고 있는 색소 13종에 대하여 항산화 활성 및 항산화효소 활성을 비교 분석함으로서 향후 고부가가치의 향장소재 및 식품소재로서의 개발가능성과 함께 그 이용성을 증대시키고자 한다.
제안 방법
- SOD효소 활성 검정은 분석용 Kit(SOD Assay Kit-WST, Sigma-Aldrich, Switzerland)를 사용하여 측정하였다. 즉, SOD의 효소활성이 NBT(Nitroblue tetrazolium)의 환원을 저해하는 능력을 검정하는 photochemical NBT method 를 사용하였다.
- 025 mM NBT로 하였으며, NBT환원 저해율을 흡광도 450 nm에서 측정하였다. 각 시료에 대하여 3회 반복으로 하였으며, SOD효소 활성은 다음의 계산식에 의해 환산하였다.
- 선발된 13종의 천연색소 추출물에 대하여 free radical 소거활성 및 아질산염 소거활성, 그리고 항산화효소 활성에 대하여 조사하였다. 천연색소 종류별 free radical 소거 활성을 보면 적양배추(red cabbage), 양파껍질(onion peel), 레드비트(redbeet), 흑미(black rice), 오디(mulberry) 색소 등에서 상대적으로 높게 나타났고, 청치자(blue gardenia) 및 황치자(yellow gardenia), 완숙여주(mature bitter melon) 색소 등에서는 비교적 낮은 활성을 보였다 또한 아질산염에 대한 소거능을 조사한 결과, 반응용액 pH 1.
- 이혼합 시료를 암소에서 30분간 반응시킨 후 517 nm에서 흡광도를 측정하였다. 수소전자공여능은 각 실험을 3회 반복하여 평균을 낸 다음 대조구에 대한 흡광도의 감소 정도를 다음 식에 의하여 계산하였다.
- 시료 추출물의 아질산염 소거작용의 측정은 1 mM NaNO2 20 μL에 시료의 추출액 40 μL와 0.1 N HCl(pH 1.2) 또는 0.2 M citrate buffer(pH 4.2, 6.0)를 140 μL 사용하여 부피를 200 μL로 맞추었다.
- 이 반응액을 37℃ 항온수조에서 1시간 반응시킨 후 2% acetic acid 1000μL, Griess 시약(30% acetic acid로 조제한 1% sulfanilic acid와 1% naphthylamine을 1:1 비율로 혼합한 것, 사용직전에 조제) 80 μL를 가하여 잘 혼합시켜 빛을 차단한 상온에서 15분간 반응시킨 후 520 nm에서 흡광도를 측정하여 아래와 같이 아질산염 소거능을 구하였다.
대상 데이터
- 본 실험에 사용한 천연색소 소재 중 적양배추, 치자청, 치자황, 양파껍질 색소는 2009년 7월 중순경 (재)나주시천연염색문화재단에서 동결건조분말로 시판되는 제품을 구입하여 -20℃ 정도의 냉동고에 보관하면서 사용하였고, 그 외 시료는 직접 동결건조하여 미세한 밀도(20 mesh 정도)로 분쇄하여 분말 시료를 제조하였다. 색소추출은 색소 분말 시료와 증류수를 일정한 비율(1 g : 10 mL)로 혼합하여 상온에서 추출하였다.
데이터처리
- 본 실험 결과는 각 항목에 대해 3회 반복 실시한 결과를 평균 ± 표준편차로 나타내었으며, 통계처리는 SAS(version 9.1.3)를 이용하여 다중법위검정(Duncan’s multiple range test)을 실시하여 5% 수준에서 유의성을 검정하였다.
이론/모형
- APX 활성은 Nacano and Asada(1981)방법에 따라 ascorbate의 산화 정도를 290 nm에서 2분간의 흡광도 변화를 측정하였다. APX의 반응액은 0.
- CAT활성은 Aebi 등(1984)의 방법에 의해 측정하였으며, 반응액은 50 mM potassium phosphate buffer(pH 7.0) 와 10 mM H2O2로 하였다. CAT 활성은 반응액에 추출액을 가한 다음 240 mM에 2분간의 흡광도 변화를 측정하였다.
- 각 추출물을 Choi 등의 방법(2003)에 의한 수소전자공여능에 의해 항산화 활성을 측정하였다. 여러 종류의 시료를 메탄올(or DMSO) 용매로 용해하여, 900 μL의 DPPH 용액(100 μM)과 각 시료 100 μL를 혼합하여 교반한다.
- Ascorbate peroxidase(APX)의 경우 extraction buffer에 위의 조성액에 10 mM 를 첨가하여 사용하였다. 단백질 정량은 BSA를 표준물질로 사용하여 Bradford(1976)방법에 따라 측정하였다.
- SOD효소 활성 검정은 분석용 Kit(SOD Assay Kit-WST, Sigma-Aldrich, Switzerland)를 사용하여 측정하였다. 즉, SOD의 효소활성이 NBT(Nitroblue tetrazolium)의 환원을 저해하는 능력을 검정하는 photochemical NBT method 를 사용하였다. 반응액은 50 mM carbonic buffer(pH 10.
성능/효과
- 13종의 천연식물색소 추출물의 항산화효소 활성을 비교 분석한 결과는 Table 3, 4 및 5에 나타냈다. 각 천연색소 추출물의 SOD 활성도를 조사한 결과 여주과실(87.83%), 흑미(87.20%), 포도과피(83.18%) 등에서 높은 활성을 나타냈고, 자색고구마, 지황에서도 비교적 높은 활성을 보였다(Table 3). 또한 천연색소 추출물의 APX의 활성을 보면, 뽕잎이 3.
- 선발된 천연색소 추출물에 대하여 free radical 소거활성을 측정한 결과를 Table 1에 나타내었다. 각 천연색소 추출물의 free radical 소거활성은 적양배추(red cabbage), 양파껍질(onion peel), 레드비트(redbeet), 흑미(black rice), 오디(mulberry) 색소 등에서 free radical 소거 활성이 상대적으로 높게 나타났으나, 청치자(blue gardenia) 및 황치자(yellow gardenia), 완숙여주(mature bitter melon) 색소 등에서는 비교적 낮은 활성을 보였다. 세포가 성장하면서 발생되는 Free radical에 의해 세포가 산화되어 손상되는데 페놀성 화합물은 환원성이 강해서 free radical 에 전자를 공여하여 산화를 억제하는 항산화능력이 있는 것으로 보고되고 있다(Sanchez et al.
- 0에서는 대부분의 색소 추출물에서 아질산염 소거활성을 나타내지 않았다. 그리고 항산화효소 활성 결과를 보면, SOD 활성의 경우 여주, 흑미, 포도과피 등에서 높은 활성을 나타냈고, 자색고구마, 지황에서도 비교적 높은 활성을 보였다. 또한 APX 활성은 뽕잎, 오디, 지황의 순으로 높은 활성을 보였으며, CAT 활성도 APX 결과와 비슷한 양상으로 나타났다.
- 그리고 항산화효소 활성 결과를 보면, SOD 활성의 경우 여주, 흑미, 포도과피 등에서 높은 활성을 나타냈고, 자색고구마, 지황에서도 비교적 높은 활성을 보였다. 또한 APX 활성은 뽕잎, 오디, 지황의 순으로 높은 활성을 보였으며, CAT 활성도 APX 결과와 비슷한 양상으로 나타났다. 이는 천연색소에 있어 항산화 효소의 종류에 따라 그 활성에 차이가 있음을 알 수 있다.
- 또한 천연색소 추출물의 APX의 활성을 보면, 뽕잎이 3.88(μmol ascorbate oxidazed/min/g DW), 오디 3.56, 지황 3.43의 순으로 높은 활성을 보였으며(Table 4), CAT 활성은 뽕잎 17.73(μmol H2O2 decomposed/min/mg DW), 지황 16.38, 오디 12.62의 순으로 활성이 높게 나타났다(Table. 5).
- 색소추출은 색소 분말 시료와 증류수를 일정한 비율(1 g : 10 mL)로 혼합하여 상온에서 추출하였다. 모든 시료 추출은 천연제품에 적용할 것을 목표로 안전성을 위해 유기용매를 전혀 사용하지 않고 증류수에만 용해시켰다. 일부 난용성인 시료도 자석교반기 혹은 Sonicator 등을 이용하여 최대한 용해되도록 처리하였다.
- 식물성 천연색소는 안토시아닌계 색소인 적자색과 흑색계열, 카로티노이드계 색소인 황색계열 그리고 클로로필계 색소인 녹색계열로 크게 나눌 수 있으며, 이들 천연색소는 유해 활성산소를 제거하는 항산화 효과가 탁월하고 다양한 약리효과와 생리활성을 지니고 있다. 본 실험의 소재인 식물성 천연색소도 항산화 효과가 우수할 것으로 추측됨과 동시에 천연소재로서 각종 제품에 적용하는데 있어서 색소의 안정성 및 대량으로 소재확보가 용이하다고 판단되어 선발하게 되었다.
- 이와 같이 강산성 조건하에서 아질산염 소거능이 크다는 사실은 이 물질을 인체 내로 섭취 시 위내에서 nitrosamine의 생성 억제에 기여할 뿐 아니라 인체에 안전한 천연물로서 기능성 소재나 식품으로 이용 가치가 높다고 생각된다. 본 실험의 천연색소 종류별 추출물의 아질산염 소거활성 결과에서 나타난 바와 같이 인체의 위 내 pH 조건과 비슷한 pH 1.2에서 활성이 가장 우수한 것으로 확인되었으며 천연색소의 종류에 따라서는 아질산염 소거작용에 탁월한 효능이 있는 유용물질로서의 역할을 하는 것으로 사료된다.
- 3%) 색소에서 아 질산염을 80% 이상 분해시켰다. 이 중 양파껍질 색소가 가장 높은 아질산염 소거 활성을 나타냈으며, 적양배추와 오디 색소에서는 상대적으로 낮은 소거활성을 보였다. pH 4.
- 천연색소 종류별로 발암물질인 nitrosamine 생성의 원인물질인 nitrite 제거 활성을 분석한 결과를 보면 Table 2에 나타낸 바와 같다. 즉, 13종의 천연색소 추출물을 아질산나트륨 용액에 첨가하여 아질산염에 대한 소거능을 조사한 결과, 반응 용액의 pH가 1.2일 경우에는 양파껍질(91.9%), 레드비트(84.8%), 치자황(83.7%), 지황(80.8%), 치자청(80.3%) 색소에서 아 질산염을 80% 이상 분해시켰다. 이 중 양파껍질 색소가 가장 높은 아질산염 소거 활성을 나타냈으며, 적양배추와 오디 색소에서는 상대적으로 낮은 소거활성을 보였다.
- 선발된 13종의 천연색소 추출물에 대하여 free radical 소거활성 및 아질산염 소거활성, 그리고 항산화효소 활성에 대하여 조사하였다. 천연색소 종류별 free radical 소거 활성을 보면 적양배추(red cabbage), 양파껍질(onion peel), 레드비트(redbeet), 흑미(black rice), 오디(mulberry) 색소 등에서 상대적으로 높게 나타났고, 청치자(blue gardenia) 및 황치자(yellow gardenia), 완숙여주(mature bitter melon) 색소 등에서는 비교적 낮은 활성을 보였다 또한 아질산염에 대한 소거능을 조사한 결과, 반응용액 pH 1.2의 경우 양파껍질, 레드비트, 치자황, 지황(chinese foxglove), 치자청 색소에서 높은 소거 활성을 나타냈으며, 적양배추와 오디 색소에서는 상대적으로 낮은 소거활성을 보였다. 그리고 반응용액 pH 6.
후속연구
- 이와 같이 생체 내에서 유해한 활성산소를 제거하는데 있어 높은 활성을 나타내는 항산화 효소들은 각종 질병 및 노화를 예방하고 억제하는 효능이 있으며 식물성 천연색소 또한 이러한 효능을 기대할 수 있다고 보기 때문에 향후 각종 식품이나 화장품 등에 천연색소 적용의 필요성이 요구된다는 관점에서 본 실험의 결과는 의미있는 것으로 사료된다. 본 실험에서는 동결건조한 분말상의 천연색소를 시료로 사용한 점에서 SOD, APX, CAT 등의 항산화 효소 활성 간에 기능적으로 다소 차이를 보였지만, 생체시료에서는 다른 양상을 보일 수 있을 것으로 추측되므로 이에 대한 비교실험도 필요하다고 본다. 본 연구를 통해 식품이나 향장소재 및 천연염색 소재로 활용가치가 높을 것으로 기대되는 다양한 천연식물색소에 대해서 높은 항산화효소 활성을 확인함으로서 향후 천연화장품, 건강기능성 식품 및 천연 항산화물질 개발의 가능성을 제시해준다고 할 수 있다.
- 이는 천연색소에 있어 항산화 효소의 종류에 따라 그 활성에 차이가 있음을 알 수 있다. 본 연구결과를 통해 다양한 생리활성을 지니고 있는 천연식물색소에 대해 높은 항산화 기능성을 확인함으로서 향후 고부가가치의 향장소재 및 식품소재로서의 개발가능성이 매우 높음을 시사해 주고 있다.
- 본 실험에서는 동결건조한 분말상의 천연색소를 시료로 사용한 점에서 SOD, APX, CAT 등의 항산화 효소 활성 간에 기능적으로 다소 차이를 보였지만, 생체시료에서는 다른 양상을 보일 수 있을 것으로 추측되므로 이에 대한 비교실험도 필요하다고 본다. 본 연구를 통해 식품이나 향장소재 및 천연염색 소재로 활용가치가 높을 것으로 기대되는 다양한 천연식물색소에 대해서 높은 항산화효소 활성을 확인함으로서 향후 천연화장품, 건강기능성 식품 및 천연 항산화물질 개발의 가능성을 제시해준다고 할 수 있다.
- , 2005). 이와 같이 강산성 조건하에서 아질산염 소거능이 크다는 사실은 이 물질을 인체 내로 섭취 시 위내에서 nitrosamine의 생성 억제에 기여할 뿐 아니라 인체에 안전한 천연물로서 기능성 소재나 식품으로 이용 가치가 높다고 생각된다. 본 실험의 천연색소 종류별 추출물의 아질산염 소거활성 결과에서 나타난 바와 같이 인체의 위 내 pH 조건과 비슷한 pH 1.
- 또한 CAT는 생체내의 유해한 산소들을 신속히 처리하여 세포를 보호하는 항산화계 효소로 APX와 함께 H2O2를 분해 소거하는 대표적인 효소이다. 이와 같이 생체 내에서 유해한 활성산소를 제거하는데 있어 높은 활성을 나타내는 항산화 효소들은 각종 질병 및 노화를 예방하고 억제하는 효능이 있으며 식물성 천연색소 또한 이러한 효능을 기대할 수 있다고 보기 때문에 향후 각종 식품이나 화장품 등에 천연색소 적용의 필요성이 요구된다는 관점에서 본 실험의 결과는 의미있는 것으로 사료된다. 본 실험에서는 동결건조한 분말상의 천연색소를 시료로 사용한 점에서 SOD, APX, CAT 등의 항산화 효소 활성 간에 기능적으로 다소 차이를 보였지만, 생체시료에서는 다른 양상을 보일 수 있을 것으로 추측되므로 이에 대한 비교실험도 필요하다고 본다.
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