고추(Capsicum annuum)의 항산화 효과 및 생리활성 측정을 통하여 기능성식품의 소재로 활용하기 위한 기초 연구를 진행하였다. 폴리페놀 함량은 과육보다는 씨에서 높게 나타났다. 그러나 플라보노이드 함량은 풋고추 과육에서 높은 함량을 보였다. DPPH radical 소거활성에서 $SC_{50}$값은 홍고추 씨 $1,935{\pm}162\;{\mu}g\;DM/mL$, ABTS radical 소거활성에서는 $SC_{50}$값이 풋고추 씨 $3,354{\pm}76\;{\mu}g\;DM/mL$로 과육에 비해 높았다. 최종당화산물(AGEs) 생성 억제활성은 풋고추와 홍고추 씨, 풋고추와 홍고추 과육 순으로, ${\alpha}$-glucosidase 저해활성은 풋고추 과육, 홍고추 씨, 홍고추 과육, 풋고추 씨 순이었다. Tyrosinase 억제활성은 홍고추와 풋고추 씨, 홍고추와 풋고추 과육 순이었다. 종합해보면 기능성식품 소재로서 홍고추 씨 및 풋고추 씨가 과육보다 활용도가 높은 것으로 결론지을 수 있다.
고추(Capsicum annuum)의 항산화 효과 및 생리활성 측정을 통하여 기능성식품의 소재로 활용하기 위한 기초 연구를 진행하였다. 폴리페놀 함량은 과육보다는 씨에서 높게 나타났다. 그러나 플라보노이드 함량은 풋고추 과육에서 높은 함량을 보였다. DPPH radical 소거활성에서 $SC_{50}$값은 홍고추 씨 $1,935{\pm}162\;{\mu}g\;DM/mL$, ABTS radical 소거활성에서는 $SC_{50}$값이 풋고추 씨 $3,354{\pm}76\;{\mu}g\;DM/mL$로 과육에 비해 높았다. 최종당화산물(AGEs) 생성 억제활성은 풋고추와 홍고추 씨, 풋고추와 홍고추 과육 순으로, ${\alpha}$-glucosidase 저해활성은 풋고추 과육, 홍고추 씨, 홍고추 과육, 풋고추 씨 순이었다. Tyrosinase 억제활성은 홍고추와 풋고추 씨, 홍고추와 풋고추 과육 순이었다. 종합해보면 기능성식품 소재로서 홍고추 씨 및 풋고추 씨가 과육보다 활용도가 높은 것으로 결론지을 수 있다.
The goal of this study is to determine the activities of antioxidants and antiglycation from the extracts of various Capsicum annum (known as pepper) ethanolic extract (CAE). We tested the extracts of Capsicum annum seeds and pericarps using 70% ethanol. The CAE showed antioxidant activities in a 2,...
The goal of this study is to determine the activities of antioxidants and antiglycation from the extracts of various Capsicum annum (known as pepper) ethanolic extract (CAE). We tested the extracts of Capsicum annum seeds and pericarps using 70% ethanol. The CAE showed antioxidant activities in a 2,2-azinobis-(3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid) radical cation assay, 1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl free radical-scavenging assay, ferric-reducing antioxidant power assay, total flavonoid content, and total polyphenol content. Also, the physiological activities of CAE on glycation inhibition activities, anti-${\alpha}$-glucosidase activities, and tyrosinase activities were measured. As a result, green and red Capsicum annuum seeds show higher levels of antioxidant activities. In addition, the physiological activities are also more effective in the seeds than in the plant pericarps. A radar chart proves that antioxidants and physiological activities are more effective coming from the seeds. And the red Capsicum annuum seeds are more effective than the green ones.
The goal of this study is to determine the activities of antioxidants and antiglycation from the extracts of various Capsicum annum (known as pepper) ethanolic extract (CAE). We tested the extracts of Capsicum annum seeds and pericarps using 70% ethanol. The CAE showed antioxidant activities in a 2,2-azinobis-(3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid) radical cation assay, 1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl free radical-scavenging assay, ferric-reducing antioxidant power assay, total flavonoid content, and total polyphenol content. Also, the physiological activities of CAE on glycation inhibition activities, anti-${\alpha}$-glucosidase activities, and tyrosinase activities were measured. As a result, green and red Capsicum annuum seeds show higher levels of antioxidant activities. In addition, the physiological activities are also more effective in the seeds than in the plant pericarps. A radar chart proves that antioxidants and physiological activities are more effective coming from the seeds. And the red Capsicum annuum seeds are more effective than the green ones.
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문제 정의
고추(Capsicum annuum)의 항산화 효과 및 생리활성 측정을 통하여 기능성식품의 소재로 활용하기 위한 기초 연구를 진행하였다. 폴리페놀 함량은 과육보다는 씨에서 높게 나타났다.
고추의 경우 capsanthin, ascorbic acid, capsorubin, cryptocapsin 뿐만 아니라, quercetin, luteolin, capsaicinoids와 같은 phenolic 화합물을 다량 함유하고 있어 높은 항산화력을 가지고 있다고 보고되었다(6,7). 본 연구의 목적은 이러한 고추의 과육과 씨 부분의 항산화 활성 및 생리활성 능력을 확인하여 기능성식품의 소재로 적합한지 확인하는데 있다.
가설 설정
Radar charts demonstrating characteristic features in the antioxidant and physiological properties of samples of Capsicum annuum1). 1)Scale expressed as the ratio when each value is compared with correspondingly maximum. A, red flesh; B, red seed; C, green flesh; D, green seed.
3)Inhibitor is 5 mM aminoguanidine.
제안 방법
최종당화산물의 단백질 교차결합 부분 일부는 형광을 띄어 반응물의 생성 정도를 형광도로 측정할 수 있으며(13) 반응물 mixture는 McPherson 등의 방법(14)을 일부 수정하여 Table 1과 같이 제조하였다. (A)는 glycolaldehyde를 첨가하지 않아 당화반응이 진행되지 않은 음성 대조군이며, (B)는 당화산물이 생성되는 대조군으로, (C)는 추출물 및 저해제(5 mM aminoguanidine) 처리군으로, (D)는 형광도 간섭을 배제하기 위한 시료의 단독 처리군으로 제조하였다. 각 처리군은 37oC에서 5일간 반응시키고 최종당화산물의 생성 확인은 형광도를 측정하여 확인하였으며(VICTOR3TM, PerkinElmer, Boston, MA, USA), excitation 370 nm와 emission 440 nm의 파장에서 측정하였다.
1,1-Diphenyl-2-picrylhydrazyl(DPPH) radical 소거 작용은 DPPH의 환원성을 이용한 전자 공여능(EDA, electron donation ability)으로 측정하였다(10). 에탄올에 녹인 700 μM DPPH reagent 100 μL에 각 추출액을 농도별로(5, 2.
Benzie와 Strain에 의한 방법(12)을 일부 수정하였으며 300 mM acetate buffer와 40 mM HCl에 녹인 10 mM 농도의 tripyridytriazine(TPTZ)와 20 mM iron(Ⅲ) chloride hexahydrate(FeCl3·6H2O)를 10:1:1의 비율로 혼합한 FRAP reagent를 만들었다.
625 mg/mL) 100 μL를 넣고 섞은 다음 어두운 곳에서 30분간 방치한 후 515 nm 파장에서 흡광도를 측정하였다. 각 시료 별 SC50(scavenging capacity 50%)은 DPPH의 농도가 50% 감소하는데 필요한 시료의 농도로 하였다.
625 mg/mL) 20 μL를 넣은 후 6분 후 750 nm의 파장에서 흡광도를 측정하였다. 각 시료 별 SC50은 ABTS의 농도가 50% 감소하는데 필요한 시료의 농도로 하였다.
(A)는 glycolaldehyde를 첨가하지 않아 당화반응이 진행되지 않은 음성 대조군이며, (B)는 당화산물이 생성되는 대조군으로, (C)는 추출물 및 저해제(5 mM aminoguanidine) 처리군으로, (D)는 형광도 간섭을 배제하기 위한 시료의 단독 처리군으로 제조하였다. 각 처리군은 37oC에서 5일간 반응시키고 최종당화산물의 생성 확인은 형광도를 측정하여 확인하였으며(VICTOR3TM, PerkinElmer, Boston, MA, USA), excitation 370 nm와 emission 440 nm의 파장에서 측정하였다.
포도당은 체내에서 해당과정을 통해 포도당보다 반응성이 높은 카보닐 화합물로 전환되며, glyceraldehyde와 같은 카보닐 화합물에 의해 만들어진 AGEs가 포도당에 의해 만들어진 AGEs보다 더 큰 세포독성을 유발한다고 알려져 있다(27). 본 실험에서는 포도당 대신 glycolaldehyde를 이용하여 고추의 최종당화산물 생성 억제 효능을 확인하였다. 대조군으로는 최종당화산물의 생성 억제 효과가 입증된 aminoguanidne(AG)을 사용하였으며 AG의 아미노 말단은 Amadori 화합물의 카보닐기와 반응하여 단백질간 교차결합을 억제한다고 알려져 있다(28).
소장 내 존재하는 α-1,4 및 α-1,6 glucoside 결합을 가수분해하는 효소인 α-glucosidase의 활성을 측정하였다.
5), 10 mM L-DOPA 용액과 tyrosinase 효소액을 가하고 10분간 37oC, O2 배양기에서 반응시키고 한편 tyrosinase를 첨가하지 않은 무첨가군을 포함하여 475 nm에서 흡광도를 측정하여 값을 비교하였다. 양성 대조군으로는 코직산을 사용하였으며 tyrosinase에 대한 효소 활성 억제능은 반응 전후의 흡광도 값의 변화율로 계산하였다.
총 폴리페놀 함량은 Folin-Denis 방법(8)을 일부 수정하였으며, 96 well plate에 각 시료 추출액 50 μL에, 25 μL의 Folin-Ciocalteu reagent를 첨가한 후 125 μL 20% sodium carbonate solution을 첨가하였다.
총 플라보노이드의 함량은 각 추출액 100 μL에 aluminium(Ⅲ) chloride hexahydrate 0.2 g를 10 mL 에탄올에 녹인 2% AlCl3·6H2O 용액을 100 μL 가하고 섞은 후 5분간 방치한 후 430 nm 파장으로 흡광도를 측정하였으며, 표준물질로는 quercetin dehydrate를 이용하여 작성한 표준곡선으로부터 플라보노이드 함량을 구하였다.
최종당화산물의 단백질 교차결합 부분 일부는 형광을 띄어 반응물의 생성 정도를 형광도로 측정할 수 있으며(13) 반응물 mixture는 McPherson 등의 방법(14)을 일부 수정하여 Table 1과 같이 제조하였다. (A)는 glycolaldehyde를 첨가하지 않아 당화반응이 진행되지 않은 음성 대조군이며, (B)는 당화산물이 생성되는 대조군으로, (C)는 추출물 및 저해제(5 mM aminoguanidine) 처리군으로, (D)는 형광도 간섭을 배제하기 위한 시료의 단독 처리군으로 제조하였다.
표준물질로는 gallic acid를 사용하였으며, gallic acid 검량선과 비교하여 총 폴리페놀 함량(μg/mg)을 구하였다(9).
양성 대조군으로 사용한 추출물의 SC50값은 홍고추 씨, 풋고추 씨, 홍고추 과육, 풋고추 과육 순으로 홍고추 씨에서 가장 높은 DPPH 라디칼 소거능을 가지고 있는 것으로 나타났다. 한편, ABTS의 양이온 라디칼의 흡광도가 항산화제에 의해 억제되는 것에 기초하여 특유의 청록색이 탈색되는데 이를 흡광도 값으로 나타내어 소거활성을 측정하였다.
대상 데이터
본 연구에서 사용한 고추(Capsicum annuum)는 전라남도 영암에서 2010년 1월에 수확한 것을 서울 양재 하나로 마트에서 구입하여 수돗물로 깨끗이 수세한 후 과육부와 씨로 나누고 과육 부분은 동결건조가 용이하도록 4～5등분하여 동결건조 하였다. 부위별 시료는 분쇄기를 이용하여 분쇄한 후 70% 에탄올로 3시간 동안 2회 환류 추출하고 여과지(Whatman No.
9)를 250 μL 첨가하였다. 음성 대조군으로는 DMSO를 사용하였고, 양성 대조군으로는 acarbose를 사용하였다.
데이터처리
모든 측정항목은 평균±표준편차로 나타냈었다.
본 실험의 결과는 3회 반복 측정한 평균값을 이용하였다. 모든 측정항목은 평균±표준편차로 나타냈었다.
통계처리는 Sigma Stat 3.5(Systat Software Inc., Point Richmond, CA, USA)를 이용하여 수행하였으며, 실험 군 간의 비교분석은 one way ANOVA를 이용하여 분석 후 p<0.05, 0.001에서 Student-Newman-Keuls Method를 이용하여 유의성 검증을 하였다.
이론/모형
2,2-Azino-bis-3-ethylbezothiazoline-6-sulfonic acid(ABTS) radical 소거활성의 측정은 ABTS cation decolorization assay에 의하여 시행하였다(11). 7 mM ABTS 용액과 2.
Tyrosinase 활성 저해능의 측정은 Wong과 Pawelek(16)의 방법에 따라 측정하였으며, 효소활성의 측정은 10 mg/mL 농도의 추출물 15 μL, 50 mM sodium phosphate buffer(pH 6.5), 10 mM L-DOPA 용액과 tyrosinase 효소액을 가하고 10분간 37oC, O2 배양기에서 반응시키고 한편 tyrosinase를 첨가하지 않은 무첨가군을 포함하여 475 nm에서 흡광도를 측정하여 값을 비교하였다.
성능/효과
이에 따라 tyrosinase의 활성이 줄어들수록 피부 색소 침착의 원인인 melanin의 합성이 저해되기 때문에 미백효과를 가질 수 있다. Tyrosinase 활성을 확인한 결과 각 추출물 1 mg/mL의 농도에서 홍고추 씨 22.41%, 풋고추 씨 20.65%, 홍고추 및 풋고추 과육은 12%로 나타났다(Fig. 3). 표준물질로 사용한 kojic acid는 100 μg/mL의 농도에서 7%의 저해율을 나타냈다.
각 시료별 농도는 5 mg/mL로 하여 총 플로보노이드 함량을 측정한 결과(Table 2), 풋고추 과육 11.08±0.3 μg QE(quercetin equivalents)/kg DM, 홍고추 과육 8.71±0.1 μg QE/kg DM, 풋고추 씨 7.06±0.4 μg QE/kg DM, 홍고추 씨 5.18±0.4 μg QE/kg DM으로 플라보노이드를 함유하고 있었다.
각 추출물의 SC50값은 풋고추 씨, 홍고추 씨, 풋고추 과육, 홍고추 과육 순으로서 풋고추 씨에서 가장 높은 항산화 효과를 가지고 있었으며 홍고추도 과육보다는 씨에서 높은 항산화 효과를 가지고 있었다(Table 2).
실험결과 양성 대조군으로 사용한 5 mM AG는 28.97%의 억제효과가 나타났으며 시료별 500 μg/mL 농도에서 홍고추 씨가 31.45%, 풋고추 씨 36.01% 풋고추 과육 27.89%, 홍고추 과육 23.75%로 저해활성을 보여주었다(Fig. 1).
앞 실험의 결과를 종합하여 홍고추, 풋고추의 과육과 씨 부분 항산화 능력 및 각종 생리활성을 부분별 가장 높은 활성을 100%로 환산하여 분야별 분석결과 홍고추 씨, 풋고추 씨, 풋고추 과육, 홍고추 과육 순으로 높은 것으로 나타났다(Fig. 4). 따라서 섭취 선호도가 떨어져 부산물로 여겨져 왔던 홍고추 및 풋고추의 씨를 이용함으로써 항산화, 항당뇨, 미백 등의 생리활성 효과를 기대할 수 있으며 이는 앞으로의 연구에서 건강기능성 식품 소재로 이용할 가능성을 제시해주고 있다.
25%의 억제율을 나타내었다. 양성 대조군으로 10 mM의 acarbose가 49.89%의 억제활성을 나타내었으며 풋고추 과육과 홍고추 씨가 양성 대조군보다 높은 수치를 보여 혈중 포도당 농도의 증가를 억제할 수 있는 효과가 높은 것으로 나타났다(Fig. 2).
각 고추 추출물의 DPPH 라디칼 소거능을 측정한 결과는 Table 2와 같다. 양성 대조군으로 사용한 추출물의 SC50값은 홍고추 씨, 풋고추 씨, 홍고추 과육, 풋고추 과육 순으로 홍고추 씨에서 가장 높은 DPPH 라디칼 소거능을 가지고 있는 것으로 나타났다. 한편, ABTS의 양이온 라디칼의 흡광도가 항산화제에 의해 억제되는 것에 기초하여 특유의 청록색이 탈색되는데 이를 흡광도 값으로 나타내어 소거활성을 측정하였다.
Tyrosinase 억제활성은 홍고추와 풋고추 씨, 홍고추와 풋고추 과육 순이었다. 종합해보면 기능성식품 소재로서 홍고추 씨 및 풋고추 씨가 과육보다 활용도가 높은 것으로 결론지을 수 있다.
총 폴리페놀 함량은 phosphomolybdate와 phenol성 물질이 반응하여 청색을 나타내는 현상을 이용한 것으로, 각 추출물의 총 폴리페놀 함량 측정 결과 홍고추 씨, 풋고추 씨, 홍고추 과육, 풋고추 과육 순으로서 풋고추보다 홍고추, 과육보다 씨의 높은 폴리페놀 함량을 나타내었다(Table 2). 이와 같은 결과는 Longan pericarp의 부위별 폴리페놀을 추출하여 그 함량을 측정한 결과 과육부위에 비하여 적게는 10배, 많게는 30배 이상 많은 폴리페놀을 함유하고 있다는 연구와 일치하는 결과이다(17).
소장 내 존재하는 α-1,4 및 α-1,6 glucoside 결합을 가수분해하는 효소인 α-glucosidase의 활성을 측정하였다. 추출물 중 풋고추 과육이 60.91%, 홍고추 씨가 54.46%, 홍고추 과육이 42.82%, 풋고추 씨가 38.25%의 억제율을 나타내었다. 양성 대조군으로 10 mM의 acarbose가 49.
후속연구
기존에 폴리페놀 화합물은 체내로 흡수되어 항산화 효과가 있는 것으로 보고되고 있을 뿐 아니라(19), 녹차, 우롱차 내의 폴리페놀은 항균 효과 또한 가지고 있는 것으로 보고되고 있다(20). 따라서 고추의 높은 폴리페놀 함량은 뛰어난 항산화 및 항균 효과를 기대할 수 있을 것이라 기대된다.
4). 따라서 섭취 선호도가 떨어져 부산물로 여겨져 왔던 홍고추 및 풋고추의 씨를 이용함으로써 항산화, 항당뇨, 미백 등의 생리활성 효과를 기대할 수 있으며 이는 앞으로의 연구에서 건강기능성 식품 소재로 이용할 가능성을 제시해주고 있다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
체내 활성산소종(reactive oxygen species, ROS)의 증가가 인체에 미치는 영향은 무엇인가?
그리하여 음식의 섭취는 단순한 욕구 충족을 넘어 생체의 항상성 유지 및 생리 조절 작용에 이르기까지 다양한 기능을 하게 되었다. 체내 활성산소종(reactive oxygen species, ROS)의 증가에 의해서 생성되는 각종 산화생성물들은 DNA를 손상시키거나 암을 유발하며, 인간의 노화와도 관계가 있는 것으로 알려져 있다(1). 또한 자외선 등과 같은 외부자극이 반복되면서 ROS를 발생시키고, 다양한 사이토카인의 생성이 촉진되어 여러 가지 신호전달 체계를 활성화시킴으로써 노화가 일어나게 된다(2).
간 기능 저하 등 만성적 질병을 일으키는 원인은 무엇인가?
또한 자외선 등과 같은 외부자극이 반복되면서 ROS를 발생시키고, 다양한 사이토카인의 생성이 촉진되어 여러 가지 신호전달 체계를 활성화시킴으로써 노화가 일어나게 된다(2). 특히 산화스트레스는 간 기능 저하 등 만성적 질병을 일으키는 원인으로, 이를 억제하거나 치유하기 위해 식품으로부터 유래하는 생리활성 물질들에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 이와 같은 연구들은 활성산소종의 제거, 자외선 차단, 항산화제 첨가 등과 같은 방법을 통해 이루어지고 있으며, 이들 항 성인병 효과를 갖는 새로운 기능성식품의 소재 개발에 대한 관심은 유럽, 일본 등 선진국에서 크게 일어나고 있다(3).
활성산소종을 제거하는데 가장 널리 이용되고 있는 방법은 무엇인가?
이와 같은 연구들은 활성산소종의 제거, 자외선 차단, 항산화제 첨가 등과 같은 방법을 통해 이루어지고 있으며, 이들 항 성인병 효과를 갖는 새로운 기능성식품의 소재 개발에 대한 관심은 유럽, 일본 등 선진국에서 크게 일어나고 있다(3). 가장 널리 이용되고 있는 방법은 항산화제를 직접 유지에 첨가하는 것이다. 항산화 효과가 뛰어나다고 알려진 BHA(butylated hydroxy anisole), BHT(butylated hydroxyl toluene) 등의 합성 항산화제들은 항산화 효과는 뛰어나나 일정 수준 이상 섭취 시 안전성과 유해성 여부에 문제가 제기되고 있어(4) 천연 항산화제들이 관심의 대상이 되고 있다.
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