[논문]약용식물 추출물의 항산화 활성

박혜진; 강선애; 이주영; 조영제

doi:10.11002/kjfp.2012.19.5.744

약용식물 추출물의 항산화 활성
Antioxidant Activities of Extracts from Medicinal Plants 원문보기

한국식품저장유통학회지 = Korean journal of food preservation, v.19 no.5, 2012년, pp.744 - 750

박혜진 (경북대학교 응용생명과학부) , 강선애 (경북대학교 응용생명과학부) , 이주영 (경북대학교 응용생명과학부) , 조영제 (경북대학교 식품공학부)

초록
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안전한 천연물을 이용한 천연항산화제 개발 연구에 대한 관심이 고조되는 가운데, 지유, 진피, 천련자, 천문동, 청피, 편축, 하고초 7종의 천연 약용식물 추출물을 통해 항산화 활성을 측정하였다. 추출물의 총 페놀 함량은 지유가 열수추출물과 40% ethanol 추출물에서 각각 31.5 mg/g, 32.7 mg/g으로 가장 높게 나타났다. 추출물의 수용성 물질에 대한 항산화 효과는 DPPH radical 소거능이 지유, 진피, 천련자, 천문동, 청피, 편축, 하고초 7종의 천연 약용식물의 열수 추출물과 ethanol 추출물에서 80% 이상의 높은 소거활성을 나타내었다. ABTS radical cation decolorization을 측정한 결과, 7종의 천연 약용식물의 열수 추출물과 ethanol 추출물에서 85% 이상의 높은 저해율을 나타내어 매우 우수한 항산화 효과를 가지고 있음을 입증하였다. 지용성 물질에 대한 항산화 효과를 측정하기 위해 Antioxidant Protection Factor(PF)를 측정한 결과, 천련자 열수 추출물에서 1.65 PF로 대조구인 vitamin C 보다 높은 수준을 나타내어 지용성 물질에 대한 항산화 활성이 높음을 확인하였다. TBARs 생성 저해율을 측정한 결과 지유, 천련자, 청피, 편축, 하고초의 열수 추출물과 ethanol 추출물에서 99%에 가까운 높은 저해율을 나타내어 대조구인 vitamin C보다 지용성 물질에 대한 항산화 활성이 매우 높은 것으로 확인되었다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, the optimal conditions for phenolic-compound extraction from medicinal plants were found to be 24 h and about 50% ethanol. The electron-donating scavenging activities (DPPH), ABTS radical-cation decolorization (ABTS), antioxidant protection factor (PF), and thiobarbituric acid reaction substance (TBAR) were measured to determine the antioxidant activities of the extracts of Sanguisorba officinalis Linn., Citrus unshiu Markovich, Melia azedarach L., Asparagus cochinchinensis Merr., Citrus unshiu S., Polygonum aviculare L., and Leonurus sibiricus L. The total phenolic contents of the extracts of medical plants were determined to be 0.45-3.00 mg/g in the water extracts and 0.33-3.15 mg/g in the 50% ethanol extracts. The electron-donating abilities (EDA) of the water and ethanol extracts were both above 85% at the $50{\mu}g/ml$ concentration. The ABTS radical-cation decolorization was above 80% at the $100{\mu}g/ml$ concentration in all the extracts of various medicinal plants. The antioxidant protection factor (PF) of the Melia azedarach L. extracts was found to be $1.65{\pm}0.40$ PF in the water extracts at the $100{\mu}g/ml$ concentration, and was higher than those of the other medicinal-plant extracts. The TBAR inhibition rates of all the medicinal-plant extracts, except Asparagus cochinchinensis Merr., were above 85% at the $100{\mu}g/ml$ concentration. These results confirmed that the various oriental medicinal plants (Sanguisorba officinalis Linn., Citrus unshiu Markovich, Melia azedarach L., Asparagus cochinchinensis Merr., Citrus unshiu S., Polygonum aviculare L., and Leonurus sibiricus L.) that were included in this study are useful functional-food sources.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 연구에서는 오래전부터 사용되어 온 150여종의 약용작물로부터 천연항산화물질 및 기능성 물질의 탐색을 위한 연구의 일환으로 150여종의 약용작물 중 항산화능이 비교적 우수하다고 판단되는 약용작물 7종을 예비 선별하여 지유(Sanguisorba officinalis L)(8), 진피(Citrus unshiu M)(9), 천련자(Melia azedarach L)(10), 천문동(Asparagus cochinchinensis M)(11), 청피(Citrus reticulata B)(9), 편축 (Polygonum aviculare L)(12), 하고초(Prunella vulgaris L)(13) 7종으로부터 생리활성 물질 탐색의 일환으로 항산화 효과를 검토하여 질병의 원인인 활성산소를 감소시켜 안전성이 확보된 새로운 천연항산화제로서의 이용 가능성을 확인하고자 한다.

제안 방법

DPPH radical에 대한 소거활성은 Blois의 방법(15)을 변형하여 측정하였다. 각 시료 1 mL에 60 μM DPPH (1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl) 3 mL를 넣고 vortex한 후 실온에서 15분 동안 반응시킨 다음 517 nm에서 흡광도를 측정하여 다음 식에 의해 DPPH radical 소거활성을 계산하였다.
Ethanol 추출은 ethanol을 0∼100% 농도 별로 제조하여 약용식물 분말 시료 1 g을 각 농도의 ethanol 100 mL에 침지시켜 24시간 동안 상온에서 교반 추출하였다.
그 결과 진피(CU), 천련자(MA), 천문동(AC), 편축 (PA), 하고초(PV)의 경우 열수 추출물에서 총 페놀 함량이 가장 높게 용출되었으며, 지유, 청피의 경우 40% ethanol 추출물에서 가장 높게 용출되는 것을 확인할 수 있었다. 각 시료별 ethanol 추출의 경우 총 페놀 함량이 가장 높게 용출된 지유(SO) 40% ethanol extracts, 진피(CU) 60% ethanol extracts, 천련자(MA) 50% ethanol extracts, 천문동 (AC) 40% ethanol extracts, 청피(CR) 50% ethanol extracts, 편축(PA) 50% ethanol extracts, 하고초(PV) 50% ethanol extracts를 각각의 ethanol 추출조건으로 설정하였다. 이는 Jeong 등(21)이 머루 추출물의 총 폴리페놀 함량이 50% ethanol 추출물에서 가장 높게 용출되었다는 연구보고와 유사한 결과를 나타내었으며, 시료 추출을 위한 용매로 ethanol을 다양한 농도로 사용하였으나 편축(PA) 시료를 제외한 6종의 한약재는 ethanol과 같은 유기용매가 함유되어있는 페놀성물질의 plarity에 영향을 미치지 않아 용출율의 증가에 영향을 미치지 못하였다고 판단된다.
각 시료의 최적 추출조건 확립을 위해 물(열수)과 ethanol 농도별로 추출해 총 페놀 함량을 비교하여 Fig. 1에 나타내었다. 그 결과 진피(CU), 천련자(MA), 천문동(AC), 편축 (PA), 하고초(PV)의 경우 열수 추출물에서 총 페놀 함량이 가장 높게 용출되었으며, 지유, 청피의 경우 40% ethanol 추출물에서 가장 높게 용출되는 것을 확인할 수 있었다.
시료용액 50 μL와 ABTS solution 1 mL를 혼합하여 30초간 vortex한 후 2.5분간 반응시키고 734 nm에서 흡광도를 측정하여 다음의 식에 의해 ABTS radical 소거활성을 계산하였다.
식물성분의 phenolic compound는 극성용매에서 용해도가 높아 유기용매에서 총 페놀 함량의 추출수율이 높은 것으로 알려져 있으나(20), 유기용매를 이용한 추출물은 식품소재로 적용시키기 어려워 비교적 추출 수율이 높은 물과 에탄올을 용매로 하여 연구를 진행하였다.
안전한 천연물을 이용한 천연항산화제 개발 연구에 대한 관심이 고조되는 가운데, 지유, 진피, 천련자, 천문동, 청피, 편축, 하고초 7종의 천연 약용식물 추출물을 통해 항산화 활성을 측정하였다. 추출물의 총 페놀 함량은 지유가 열수 추출물과 40% ethanol 추출물에서 각각 31.
원심분리 한 액을 실온에서 10분간 방치 한 후 상층액을 취해 532 nm에서 흡광도를 측정하였으며, TBARs 값은 (흡광도 수치 × 0.0154)로1 mL 반응혼합물에 대해서 생성된 1,1,3,3-tetraethoxypropane (TEP)의 μM로 표시하였다.
이러한 β-carotene linoleate system을 확인코자 β-carotene을 첨가한 linoleic acid emulsion을 이용하여 Antioxidant Protention Factor(PF)를 측정하였다(17).

대상 데이터

본 실험에 사용한 약용식물은 2011년 6월 대구 소재의 시중 한약방에서 구입한 지유(Sanguisorba officinalis L. : SO), 진피(Citrus unshiu M : CM), 천련자(Melia azedarach L : MA), 천문동(Asparagus cochinchinensis M. : AC), 청피(Citrus reticulata B CR), 편축(Polygonum aviculare L : PA), 하고초(Prunella vulgaris L : PV)를 40 mesh로 분쇄하여 4℃에서 저온저장하며 사용하였다.
시료의 추출은 식품으로 활용이 가능한 물(열수)과 ethanol을 추출 용매로 사용하여 추출하였다. 열수추출의 경우 분말 시료 1 g을 증류수 200 mL에 침지시켜 증류수가 100 mL이 될 때까지 가열한 후 냉각하고 24시간 동안 상온 교반 추출하였다.

이론/모형

ABTS [2,2-azinobis (3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid)] radical cation decolorization의 측정은 Pellegrin 등(16)의 방법에 의해 측정하였다. 7 mM ABTS 5 mL와 140 mM K₂S₂O₈ 88 μL를 섞어 암실에서 14～16시간 반응시켜 radical 을 형성시켰다.
PF는 Andarwulan과 Shetty의 방법(17)으로 측정하였다. 10 mg의 β-carotene을 50 mL의 chloroform에 녹인 용액1 mL를 evaporator용 수기에 넣고 40°C water bath에서 chloroform을 증류시킨 후 20 μL linoleic acid, 184 μL Tween 40과 50 mL H₂O₂를 가하여 emulsion을 만들었다.
TBARs는 Burge와 Aust의 방법(18)에 따라 측정하였다. 1% Linoleic acid와 1% Tween 40으로 emulsion을 만들고, 시료 0.
Total phenolic contents의 정량은 Folin-Denis 방법(14)으로 측정하였으며, 시료 추출물 1 mL에 95% ethanol 1 mL와 증류수 5 mL를 첨가하고 1 N Folin-ciocalteu reagent 0.5 mL를 넣어 잘 섞어주고, 5분간 방치한 후, 종료시약 Na₂CO₃ 1 mL를 가한 후, UV-visible spectrophotometer (Optizen 2120UV Mecasys, Daejeon, Korea)로 725 nm에서 1시간 이내에 측정하여 gallic acid를 이용한 표준곡선으로부터 양을 환산하였다.
식물성 식품에 존재하는 대표적인 항산화 물질은 vitamin A, C, E와 더불어 flavonoid류, carotenoid류, phenolic compounds가 대표적인데, 특히 phenolic compounds는 phenolic hydroxyl기를 가지고 있어 유해한 radical 제거 효과가 뛰어나 생리활성과 항암 작용, 항산화 활성을 가진다고 보고되어 있다(19). 따라서 7종의 약용식물로부터 phenolic compound를 용출하기 위하여 추출용매의 농도를 달리하여 Folin-Denis 방법(14)을 이용해 각 추출물의 총 페놀 함량을 알아보았다.

성능/효과

추출물의 수용성 물질에 대한 항산화 효과는 DPPH radical 소거능이 지유, 진피, 천련자, 천문동, 청피, 편축, 하고초 7종의 천연 약용식물의 열수 추출물과 ethanol 추출물에서 80% 이상의 높은 소거활성을 나타내었다. ABTS radical cation decolorization을 측정한 결과, 7종의 천연 약용식물의 열수 추출물과 ethanol 추출물에서 85% 이상의 높은 저해율을 나타내어 매우 우수한 항산화 효과를 가지고 있음을 입증하였다. 지용성 물질에 대한 항산화 효과를 측정하기 위해 Antioxidant Protection Factor(PF)를 측정한 결과, 천련자 열수 추출물에서 1.
65 PF로 대조구인 vitamin C보다 높은 수준을 나타내어 지용성 물질에 대한 항산화 활성이 높음을 확인하였다. TBARs 생성 저해율을 측정한 결과 지유, 천련자, 청피, 편축, 하고초의 열수 추출물과 ethanol 추출물에서 99%에 가까운 높은 저해율을 나타내어 대조구인 vitamin C보다 지용성 물질에 대한 항산화 활성이 매우 높은 것으로 확인되었다.
Table 3은 ABTS radical cation decolorization을 나타내었으며, 대조구인 vitamin C를 50 μg/mL 처리하였을 때 저해율이 4.8%에 비해 지유, 진피, 청피, 천련자, 천문동, 편축, 하고초의 열수 추출물 50 μg/mL 농도에서 모두 95% 이상의 매우 높은 저해율을 나타내었고, 지유(SO) 40% ethanol 추출물, 진피(CU) 60% ethanol 추출물, 천련자(MA) 50% ethanol 추출물, 천문동(AC) 40% ethanol 추출물, 청피(CR) 50% ethanol 추출물, 편축(PA) 50% ethanol 추출물, 하고초 (PV) 50% ethanol 추출물을 200 μg/mL 처리한 경우 모든 시료에서 80% 이상의 높은 저해율을 나타내었다.
1에 나타내었다. 그 결과 진피(CU), 천련자(MA), 천문동(AC), 편축 (PA), 하고초(PV)의 경우 열수 추출물에서 총 페놀 함량이 가장 높게 용출되었으며, 지유, 청피의 경우 40% ethanol 추출물에서 가장 높게 용출되는 것을 확인할 수 있었다. 각 시료별 ethanol 추출의 경우 총 페놀 함량이 가장 높게 용출된 지유(SO) 40% ethanol extracts, 진피(CU) 60% ethanol extracts, 천련자(MA) 50% ethanol extracts, 천문동 (AC) 40% ethanol extracts, 청피(CR) 50% ethanol extracts, 편축(PA) 50% ethanol extracts, 하고초(PV) 50% ethanol extracts를 각각의 ethanol 추출조건으로 설정하였다.
그 외 지유(SO) 40% ethanol 추출물, 천문동(AC) 40% ethanol 추출물, 편축(PA) 50% ethanol 추출물, 하고초(PV) 50% ethanol 추출물과 열수 추출물을 50 μg/mL 처리하였을 때에도 80% 이상의 높은 소거활성을 나타내었다.
대조구인 vitamin C를 50 μg/mL 처리하였을 때 65.2%에 비해 진피의 열수추출물과 진피(CU) 60% ethanol 추출물, 천련자(MA) 50% ethanol 추출물, 청피(CR) 50% ethanol 추출물을 50μg/mL 처리하였을 때 90% 이상의 높은 소거활성을 나타내었다.
이는 Lee 등(25)이 와송과 한약재 복합물의 ABTS radical 소거능을 측정한 결과 1000 μg/mL에서 70% 이상의 소거능을 나타내었다는 보고보다 우수한 결과로, 본 연구에 사용된 7종의 시료의 경우 ABTS free radical에 대해 매우 우수한 산화 억제력을 가지고 있음이 입증되었다.
4 PF 보다 높은 수준을 나타내었다. 이를 통해 천련자(MA) 열수 추출물이 Vitamin C와 유사한 수준의 지용성 물질에 대한 항산화 효과를 가지는 것을 확인 할 수 있었다.
ABTS radical cation decolorization을 측정한 결과, 7종의 천연 약용식물의 열수 추출물과 ethanol 추출물에서 85% 이상의 높은 저해율을 나타내어 매우 우수한 항산화 효과를 가지고 있음을 입증하였다. 지용성 물질에 대한 항산화 효과를 측정하기 위해 Antioxidant Protection Factor(PF)를 측정한 결과, 천련자 열수 추출물에서 1.65 PF로 대조구인 vitamin C보다 높은 수준을 나타내어 지용성 물질에 대한 항산화 활성이 높음을 확인하였다. TBARs 생성 저해율을 측정한 결과 지유, 천련자, 청피, 편축, 하고초의 열수 추출물과 ethanol 추출물에서 99%에 가까운 높은 저해율을 나타내어 대조구인 vitamin C보다 지용성 물질에 대한 항산화 활성이 매우 높은 것으로 확인되었다.
지유, 천련자, 청피, 편축, 하고초의 열수 추출물과 지유(SO) 40% ethanol 추출물, 천련자(MA) 50% ethanol 추출물, 청피(CR) 50% ethanol 추출물, 편축(PA) 50% ethanol 추출물, 하고초 (PV) 50% ethanol 추출물을 200 μg/mL 처리하였을 때 각각의 시료에서 99%에 가까운 높은 저해율을 나타내었다.
총 페놀 함량은 1.8∼32.7 mg/g의 범위를 보였으며 열수추출물의 경우 지유(SO)가 31.5 mg/g으로 가장 높았고, 진피(CU)가 28.5 mg/g, 편축(PA)이 27.1 mg/g으로 비교적 높은 함량을 나타내었으며, 40% ethanol 추출물의 경우, 지유(SO)가 32.7 mg/g으로 가장 높은 함량을 나타내었고, 다음으로 진피(CU)가 27.2 mg/g로 높았으며, 편축(PA)이 추출물 25.6 mg/g 순으로 높게 나타났다.
7 mg/g으로 가장 높게 나타났다. 추출물의 수용성 물질에 대한 항산화 효과는 DPPH radical 소거능이 지유, 진피, 천련자, 천문동, 청피, 편축, 하고초 7종의 천연 약용식물의 열수 추출물과 ethanol 추출물에서 80% 이상의 높은 소거활성을 나타내었다. ABTS radical cation decolorization을 측정한 결과, 7종의 천연 약용식물의 열수 추출물과 ethanol 추출물에서 85% 이상의 높은 저해율을 나타내어 매우 우수한 항산화 효과를 가지고 있음을 입증하였다.
안전한 천연물을 이용한 천연항산화제 개발 연구에 대한 관심이 고조되는 가운데, 지유, 진피, 천련자, 천문동, 청피, 편축, 하고초 7종의 천연 약용식물 추출물을 통해 항산화 활성을 측정하였다. 추출물의 총 페놀 함량은 지유가 열수 추출물과 40% ethanol 추출물에서 각각 31.5 mg/g, 32.7 mg/g으로 가장 높게 나타났다. 추출물의 수용성 물질에 대한 항산화 효과는 DPPH radical 소거능이 지유, 진피, 천련자, 천문동, 청피, 편축, 하고초 7종의 천연 약용식물의 열수 추출물과 ethanol 추출물에서 80% 이상의 높은 소거활성을 나타내었다.
특히 지유(SO)의 경우 열수 추출물과 40% ethanol 추출물에서 매우 낮은 농도의 50 μg/mL 처리 시에도 90% 이상의 높은 저해율을 나타내어 대조구인 Vitamin C와 비교한 결과, 지용성 물질에 대한 항산화 활성이 매우 높음을 확인할 수 있었다.
한편, 일반적으로 식물에 함유된 phenolic compounds는 유해한 radical에 수소를 공여하여 radical을 제거하므로 체내 산화 억제효과가 있는 것으로 알려져 있어 총 페놀 함량이 높을수록 항산화 활성이 증가하는 것으로 알려져 있다(26). 하지만 본 연구 결과 총 페놀 함량과는 무관하게 유해 radical 소거 활성이 우수한 것으로 나타났으며, 이는 radical의 기질에 따라 선택적으로 phenolic compound가 작용할 수 있기 때문인 것으로 추정되며, 또한 식물에 함유되어있는 phenolic compound들의 종류에 따라 유해 radical 소거 활성이 다양한 영향을 받는 것으로 판단되었다(27).

후속연구

이는 Jeong 등(21)이 머루 추출물의 총 폴리페놀 함량이 50% ethanol 추출물에서 가장 높게 용출되었다는 연구보고와 유사한 결과를 나타내었으며, 시료 추출을 위한 용매로 ethanol을 다양한 농도로 사용하였으나 편축(PA) 시료를 제외한 6종의 한약재는 ethanol과 같은 유기용매가 함유되어있는 페놀성물질의 plarity에 영향을 미치지 않아 용출율의 증가에 영향을 미치지 못하였다고 판단된다. 또한 용매 농도별 추출물의 phenolic compounds의 profile도 향후 검토해 봐야할 사항으로 판단되었다.
이상의 결과로 지유(SO), 진피(CU), 천련자(MA), 천문동 (AC), 청피(CR), 편축(PA), 하고초(PV)의 천연 약용식물 추출물의 열수 추출물과 ethanol 추출물을 이용하여 새로운 천연항산화제 및 기능성 소재로서의 활용 가치가 높은 것으로 확인되었으며, 연구에 사용된 7종의 약용식물자원은 기존에 한약재로 활용하고 있던 것이어서 식용이 가능한 것으로 비교적 안전한 것으로 알려져 있으나, 향후 기능성 물질로 활용을 위한 연구진행시 안전성 확보 및 다양한 생리 활성 물질 탐색에 대한 연구 개발이 필요할 것으로 사료되었다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	활성산소란?	활성산소는 생체 내에서 에너지를 생산하는 산화과정 중 생성되는 물질로, 생체 내 존재하는 항산화방어계로 인해 대부분 소멸하게 된다. 하지만, 항산화방어계의 균형이 깨지게 되면 체내 활성산소가 증가하여 체내 여러 생체물질과 쉽게 반응하여 체내 고분자들을 공격하게 된다.
	체내 항산화방어계의 균형이 깨져 활성산소가 증가하면 어떤 일이 발생하는가?	하지만, 항산화방어계의 균형이 깨지게 되면 체내 활성산소가 증가하여 체내 여러 생체물질과 쉽게 반응하여 체내 고분자들을 공격하게 된다. 이로 인해 체내의 세포와 조직에 비가역적인 손상, 돌연변이, 세포독성, 발암 등을 초래하고, 체외에서는 피부노화를 비롯한 다양한 피부트러블을 야기하는 등 각종 질병의 원인이 된다(1).
	항산화제의 종류는?	이러한 활성산소를 조절하는 항산화제는 합성항산화제와 천연항산화제로 구분되며 합성 항산화제 butylated hydroxyanisole (BHA), buthylated hydroxytoluene (BHT), benzoic acid, p-oxybenzoic ester 등과 천연항산화제 ascorbic acid, tocopherol, carotenoid, flavonoid, glutathione 등이 있다. 합성 항산화제의 경우, 뛰어난 항산화 효과를 보이는 반면 다량 섭취 시 여러 가지 독성을 나타낼 수 있는 것으로 알려져 있어 안전한 천연항산화제 연구에 대한 관심이 높아지고 있다(2,3)

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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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