[논문]대청 추출물의 항산화 효소 활성 및 항균 효과

허북구; 박윤점; 이승진; 김관수; 조자용; 부희옥

doi:10.7732/kjpr.2012.25.5.543

대청 추출물의 항산화 효소 활성 및 항균 효과
Antioxidant Enzyme Activity and Antimicrobial Activity of Isatis tinctoria Extract 원문보기

韓國資源植物學會誌 = Korean journal of plant resources, v.25 no.5, 2012년, pp.543 - 549

허북구 ((재)나주시천연염색문화재단) , 박윤점 (원광대학교 원예학과) , 이승진 ((재)나주시천연염색문화재단) , 김관수 (목포대학교 자연과학대학 한약자원학과) , 조자용 (전남도립대학 약선식품가공과) , 부희옥 ((주)파이토M&F)

초록
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대청의 이용성 향상을 위한 자료 확보 측면에서 식물체 부위 및 추출 용매별에 따른 항산화 효소 활성 및 항균효과를 조사하였다. APX(Ascorbate Peroxidase) 활성은 줄기의 에탄올 추출물, 잎의 메탄올 추출물, 잎의 증류수의 추출물 순으로 높아 각각 1601.7, 1133.7 및 524.3(Unit/mg protein)을 나타냈다. CAT(Catalase) 활성은 꽃의 에탄올 추출물, 잎의 메탄올 추출물, 꽃의 증류수 추출물 순으로 높았는데, 각각 177.1, 120.8 및 55.4(Unit/mg protein)를 나타냈다. POD(Ascorbate Peroxidase) 활성은 꽃의 에탄올 추출물, 꽃의 메탄올 추출물, 줄기의 증류수 추출물 순으로 높았으며, 각각 27.1, 14.6 및 10.4(Unit/mg protein)를 나타냈다. SOD(superoxide dismutase) 활성은 뿌리의 증류수 추출물, 꽃의 메탄올 추출물, 뿌리의 에탄올 추출물 순으로 높았으며, 각각 90.8, 80.1, 75.5%를 나타냈다. 대청의 꽃 추출물은 Vibrio parahaemolyticus에 대해서만, 뿌리는 Staphy lococcus aureus에 대해서만, 줄기 추출물은 Bacillus subtilis, Escherichia coli, Staphy lococcus aureus에 대해서만 용매에 관계없이 항균활성을 나타냈다. 특히 대청 잎의 증류수 추출물은 Bacillus subtilis, Escherichia coli에 대해 높은 항균활성을 나타내어 저해환 직경이 각각 30.0 및 24.0 mm이었다. 이와 같은 결과는 약용식물로서 대청의 가치가 높음을 시사해 주었다.

Abstract ▼ AI-Helper

To gather the basic data for increasing the utilization of Isatis tinctoria, we examined the effects of both antioxidative enzyme activity and antimicrobial activity from the extract of Isatis tinctoria. Ascorbate Peroxidase activities reveal that there is an decrease in order; ethanol extract from its stem (1601.7 Unit/mg protein), methanol extract from its leaf (1133.7 Unit/mg protein) and distilled water extract from its leaf (524.3 Unit/mg protein). Catalase activities reveal that there is an decrease in order; ethanol extract from its flower petal (177.1 Unit/mg protein), methanol extract from its leaf (120.8 Unit/mg protein) and distilled water extract from its flower petal (55.4 Unit/mg protein). Peroxidase activities reveal that there is an decrease in order; ethanol extract from its flower petal (27.1 Unit/mg protein), methanol extract from its flower petal (14.6 Unit/mg protein) and distilled water extract from its stem (10.4 Unit/mg protein). Superoxide dismutase activities reveal that there is an increase in order; distilled water extract from its root (90.8%), methanol extract from its flower petal (80.1%) and ethanol extract from its root (75.5%). Its flower extract showed a antimicrobial activity only against Vibrio parahaemolyticus, its root extract had only against Staphylococcus aureus, and its stem extract had against Bacillus subtilis, Escherichia coli and Staphylococcus aureus, regardless of solvents. Especially, distilled water extract from its leaf showed a high antimicrobial activity against both Bacillus subtilis and Escherichia coli and inhibition diameters against those were 30.0 and 24.0 mm, respectively.

주제어

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문제 정의

대청의 이용성 향상을 위한 자료 확보 측면에서 식물체 부위 및 추출 용매별에 따른 항산화 효소 활성 및 항균효과를 조사하였다. APX(Ascorbate Peroxidase) 활성은 줄기의 에탄올 추출물, 잎의 메탄올 추출물, 잎의 증류수의 추출물 순으로 높아 각각 1601.
이러한 항산화 효소들은 세포막의 지질 과산화 손상, sulfhydryl-함유 효소의 불활성화, 구성 단백질의 교차결합 등을 일으키는 활성산소종을 불활성화시키거나 제거함으로서 항산화 작용을 하게 된다(Bradford, 1976). 따라서 본 연구는 유용한 자생식물이면서 약용식물인 대청의 항산화효소 활성과 항균활성 등의 생리 기능적 효능을 검증함으로서 향후 그 이용성을 확대하고자 하는 목적에서 수행하였다.

제안 방법

POD 활성은 Putter(1974) 방법을 응용하여 측정하였다. 최종농도가 40 mM K-PO₄ buffer(pH 6.
농축액을 0100 mM K-PO4 buffer(pH 7.5)에 2 mM EDTA, 1% PVP, 1 mM PMSF가 포함되도록 만든 용액으로 균질화하여, 4℃에서 15,000 g의 속도로 20분간 원심분리한 다음 취한 상징액을 대상으로 항산화효소의 활성을 측정하였다. APX(Ascorbate peroxidase)의 경우 extraction buffer에 위의 조성액에 10 mM를 첨가하여 사용하였다.
본 실험의 시료인 대청(Isatis tinctoria)은 종자를 2010년 8월 20일 전남 나주시 회진리에 파종하여 재배한 후 2011년 5월 20일에 수확하여 사용하였다. 수확한 시료는 2시간 이내에 부위별로 2 cm 미만 크기로 잘게 자른 다음 용매별로 추출하였다. 에탄올 및 메탄올 추출은 각각 시료 500 g에 대해 예비 실험에서 효과가 높은 농도인 메탄올 99.
수확한 시료는 2시간 이내에 부위별로 2 cm 미만 크기로 잘게 자른 다음 용매별로 추출하였다. 에탄올 및 메탄올 추출은 각각 시료 500 g에 대해 예비 실험에서 효과가 높은 농도인 메탄올 99.5% 및 에탄올 99.5% 액 3 L를 첨가하여 상온에서 24시간 동안 추출하였다. 증류수 3 L에 잘게 조제한 대청 부위별로 500 g을 넣은 다음 100℃에서 30분간 추출하였다.
Korea) 후 분말화하여 시료로 사용하였다. 이러한 분말시료 추출액을 여과지(Whatman No. 2)로 여과한 후 1,000 mg/L 농도로 희석하여 항산화효소 활성 및 항균성 검정에 사용하였다.
항균활성은 균액을 4-5 mm 두께가 되도록 분주한 nutrient agar(NA) 평판배지에 0.1 mL씩 주입하여 균일하게 도말하고, 멸균 paper disk(∅8 mm, Toyo Roshi Kaisha)에 추출액을 1,000 mg/L 액이 되도록 만든 용액을 50 ㎕/disk를 흡수시킨 다음 35℃에서 24시간 동안 배양한 후 paper disk 주위의 clear zone의 전체 직경 [(mm)-paper disk(∅8 mm)]을 측정하였다.

대상 데이터

SOD 활성은 분석용 Kit(SOD Assay Kit-WST, Sigma-Aldrich, Switzerland)를 사용하여 측정 하였다. 즉, SOD의 효소활성이 NBT(Nitroblue tetrazolium) 환원을 저해하는 능력을 검정하는 photochemical NBT method를 사용하였다.
균주는 Bacillus subtilis, Escherichia coli, Staphylococcus aureus, Salmonella enterica, Vibrio parahaemolyticus을 사용하였다. 각 균주 배양은 공시균주의 활성화를 위하여 nutrient broth(NB)에 1 백금이씩 접종한 후 35℃에서 24시간 배양하였다.
본 실험의 시료인 대청(Isatis tinctoria)은 종자를 2010년 8월 20일 전남 나주시 회진리에 파종하여 재배한 후 2011년 5월 20일에 수확하여 사용하였다. 수확한 시료는 2시간 이내에 부위별로 2 cm 미만 크기로 잘게 자른 다음 용매별로 추출하였다.

데이터처리

zMean separation within rows by Duncan’s multiple range test at 5% level.
각 조사항목 분석은 3-5반복으로 하였으며, 통계처리는 SAS 프로그램의 분산분석(ANOVA)을 실시하여 Duncan's multiple range test로 5% 유의 수준에서 시료간의 유의성을 검정하였다.

이론/모형

CAT 활성은 Aebi(1974)의 방법을 응용하여 측정하였다. 최종농도가 50 mM K-PO₄ buffer(pH 7.
APX(Ascorbate peroxidase)의 경우 extraction buffer에 위의 조성액에 10 mM를 첨가하여 사용하였다. 단백질 정량은 BSA를 표준물질로 사용하여 Bradford(1976) 방법에 따라 측정하였다.
SOD 활성은 분석용 Kit(SOD Assay Kit-WST, Sigma-Aldrich, Switzerland)를 사용하여 측정 하였다. 즉, SOD의 효소활성이 NBT(Nitroblue tetrazolium) 환원을 저해하는 능력을 검정하는 photochemical NBT method를 사용하였다. 반응액은 50 mM carbonic buffer(pH 10.

성능/효과

4(Unit/mg protein)를 나타냈다. POD(Ascorbate Peroxidase) 활성은 꽃의 에탄올 추출물, 꽃의 메탄올 추출물, 줄기의 증류수 추출물 순으로 높았으며, 각각 27.1, 14.6 및 10.4(Unit/mg protein)를 나타냈다. SOD(superoxide dismutase) 활성은 뿌리의 증류수 추출물, 꽃의 메탄올 추출물, 뿌리의 에탄올 추출물 순으로 높았으며, 각각 90.
4(Unit/mg protein)를 나타냈다. SOD(superoxide dismutase) 활성은 뿌리의 증류수 추출물, 꽃의 메탄올 추출물, 뿌리의 에탄올 추출물 순으로 높았으며, 각각 90.8, 80.1, 75.5%를 나타냈다. 대청의 꽃 추출물은 Vibrio parahaemolyticus에 대해서만, 뿌리는 Staphy lococcus aureus에 대해서만, 줄기 추출물은 Bacillus subtilis, Escherichia coli, Staphy lococcus aureus에 대해서만 용매에 관계없이 항균활성을 나타냈다.
4로 가장 높았다(Table 2). 각 부위별로 보면 꽃은 에탄올 추출물에서 177.1(Unit/mg protein)로, 잎은 메탄올 추출물에서 120.8로, 줄기는 메탄올 추출물에서 120.5로, 그리고 뿌리는 에탄올 추출물에서 41.1로 가장 높게 나타났다. 또한 용매별로 보면 부위별로 다소 차이는 있지만 증류수 추출물보다는 메탄올과 에탄올 추출물에서 상대적으로 높은 CAT 활성을 보였다.
대청 부위별 추출물의 CAT 활성을 검정한 결과 메탄올 용매에서는 잎 추출물에서 120.8(Unit/mg protein)로, 에탄올과 증류수 용매에서는 꽃 추출물에서 각각 177.1 및 55.4로 가장 높았다(Table 2). 각 부위별로 보면 꽃은 에탄올 추출물에서 177.
대청 부위별 추출물의 POD(Ascorbate Peroxidase) 활성을 검정한 결과 메탄올 용매에서는 꽃 추출물이 14.6(Unit/mg protein)으로, 에탄올 용매에서는 꽃 추출물에서 27.1로, 증류수 용매에서는 줄기 추출물에서 10.4로 가장 높았다(Table 3). 부위별로는 꽃의 경우 에탄올 추출물에서 27.
5%를 나타냈다. 대청의 꽃 추출물은 Vibrio parahaemolyticus에 대해서만, 뿌리는 Staphy lococcus aureus에 대해서만, 줄기 추출물은 Bacillus subtilis, Escherichia coli, Staphy lococcus aureus에 대해서만 용매에 관계없이 항균활성을 나타냈다. 특히 대청 잎의 증류수 추출물은 Bacillus subtilis, Escherichia coli에 대해 높은 항균활성을 나타내어 저해환 직경이 각각 30.
대청의 부위별 추출물의 APX 활성을 검정한 결과 메탄올 용매에서는 잎 추출물이 1133.7(Unit/mg protein)로, 에탄올과 증류수 용매에서는 줄기 추출물에서 각각 1601.7 및 524.3으로 가장 높았다(Table 1). 용매별로 보면, 잎의 메탄올 추출물을 제외하고는 에탄올 추출물에서 상대적으로 APX 활성이 높았으며, 다음으로 메탄올 추출물, 증류수 추출물 순으로 나타났다.
대청의 부위별 추출물의 SOD 활성을 검정한 결과 메탄올 용매에서는 꽃 추출물에서 80.1%로, 에탄올 용매에서는 뿌리 추출물에서는 75.5%로, 증류수 용매에서는 뿌리 추출물에서 90.8%로 가장 높았다(Table 4). 부위별로는 꽃의 경우 에탄올 추출물에서 80.
7로 가장 높게 나타났다. 따라서 SOD에 의해 생성된 H₂O₂를 기질로 이용하여 O₂와 H₂O로 대사시키는 효소 중의 하나인 POD(Jeong et al., 2001)의 이용성 측면에서 볼 때 각 부위별로 추출용매를 달리한 최적의 추출조건을 확립하여 소재의 효용성을 높이는 것이 좋을 것으로 사료된다.
용매별로 보면, 잎의 메탄올 추출물을 제외하고는 에탄올 추출물에서 상대적으로 APX 활성이 높았으며, 다음으로 메탄올 추출물, 증류수 추출물 순으로 나타났다. 또한 부위별 결과를 보면, 꽃에서는 에탄올 추출물이 1049.8(Unit/mg protein)로 가장 높았고, 잎에서는 메탄올 추출물이 1133.7로, 줄기에서는 에탄올 추출물이 1601.7로, 그리고 뿌리에서는 에탄올 추출물이 627.5로 가장 높은 활성을 보였다. 이와 같이 대청의 APX 활성은 추출용매 종류 및 부위에 따라 각각 다른 결과를 나타냈다.
1로 가장 높게 나타났다. 또한 용매별로 보면 부위별로 다소 차이는 있지만 증류수 추출물보다는 메탄올과 에탄올 추출물에서 상대적으로 높은 CAT 활성을 보였다. 즉, CAT는 생체내의 유해 산소들을 신속히 처리하여 세포를 보호하는 항산화계 효소로 APX와 함께 H₂O₂를 분해 소거하는 대표적인 효소인데(Ryu and Kwon, 2008), 본 연구 결과에서는 꽃, 잎, 줄기의 메탄올과 에탄올 추출물에서 높은 경향을 나타내었으며, 활성이 가장 낮은 뿌리 증류수 추출물의 활성은 20.
메탄올, 에탄올 및 증류수를 용매로 한 대청의 각 부위별(꽃, 잎, 줄기 및 뿌리) 추출물의 Bacillus subtilis, Escherichia coli, Staphylococcus aureus, Salmonella enterica, Vibrio parahaemolyticus에 대한 항균활성을 조사한 결과, 꽃 추출물은 용매 종류에 관계없이 Vibrio parahaemolyticus에 대해서만 항균 활성을 보였으며, 그 저해환 직경은 4.5-7.0 mm를 나타냈다(Table 5). 잎 추출물에서는 모든 추출용매에서 Bacillus subtilis, Escherichia coli, Staphylococcus aureus 균에 대해 모두 항균 활성을 나타냈으며, 특히 증류수 추출물은 Bacillus subtilis, Escherichia coli에 대해 저해환 직경이 각각 30.
0mm의 저해환 직경을 나타냈다. 뿌리 추출물의 경우 Staphylococcus aureus 균에서는 모든 추출용매에서 저해환 직경이 3.5-9.0 mm로 나타냈으며, Bacillus subtilis 균은 메탄올과 에탄올추출물 모두에서 3.5mm 이하, 그리고 Escherichia coli 균도 메탄올 추출물에서 저해환 직경이 3.5 mm 이하의 항균활성을 보였다. 한편, 항산화 효과는 항균활성과 밀접한 관련이 있다(Cha and Cho, 2001)는 보고가 있으나 본 연구에서는 특정의 부위 및 용매에 따른 항산화 효소활성과 항균성과의 상관성은 명확하지가 않았다.
3으로 가장 높았다(Table 1). 용매별로 보면, 잎의 메탄올 추출물을 제외하고는 에탄올 추출물에서 상대적으로 APX 활성이 높았으며, 다음으로 메탄올 추출물, 증류수 추출물 순으로 나타났다. 또한 부위별 결과를 보면, 꽃에서는 에탄올 추출물이 1049.
0 mm를 나타냈다(Table 5). 잎 추출물에서는 모든 추출용매에서 Bacillus subtilis, Escherichia coli, Staphylococcus aureus 균에 대해 모두 항균 활성을 나타냈으며, 특히 증류수 추출물은 Bacillus subtilis, Escherichia coli에 대해 저해환 직경이 각각 30.0 mm, 24.0 mm로 높은 항균성을 나타냈다. 또한 메탄올 추출물은 Salmonella enterica에 대해 활성억제 효과를 나타냈지만 저해환 직경은 2.
또한 용매별로 보면 부위별로 다소 차이는 있지만 증류수 추출물보다는 메탄올과 에탄올 추출물에서 상대적으로 높은 CAT 활성을 보였다. 즉, CAT는 생체내의 유해 산소들을 신속히 처리하여 세포를 보호하는 항산화계 효소로 APX와 함께 H₂O₂를 분해 소거하는 대표적인 효소인데(Ryu and Kwon, 2008), 본 연구 결과에서는 꽃, 잎, 줄기의 메탄올과 에탄올 추출물에서 높은 경향을 나타내었으며, 활성이 가장 낮은 뿌리 증류수 추출물의 활성은 20.0(Unit/mg protein)이었는데, 이는 다양한 식물유래 천연색소의 CAT 활성 분석에서 뽕잎이 17.7(Unit/mg protein)로 가장 높았다는 연구 결과(Boo et al., 2011)와 비교해 볼 때 대청의 CAT 활성은 매우 높음을 알 수 있다.
대청의 꽃 추출물은 Vibrio parahaemolyticus에 대해서만, 뿌리는 Staphy lococcus aureus에 대해서만, 줄기 추출물은 Bacillus subtilis, Escherichia coli, Staphy lococcus aureus에 대해서만 용매에 관계없이 항균활성을 나타냈다. 특히 대청 잎의 증류수 추출물은 Bacillus subtilis, Escherichia coli에 대해 높은 항균활성을 나타내어 저해환 직경이 각각 30.0 및 24.0 mm이었다. 이와 같은 결과는 약용식물로서 대청의 가치가 높음을 시사해 주었다.

후속연구

2%)와 유사한 결과를 나타냈다. SOD는 세포내 호흡작용의 부산물로써 생성되는 sup eroxide anion을 과산화수소로 전환시키며(Fridovich, 1989), 이렇게 생성된 H₂O₂를 CAT와 peroxidase가 물로 전환되어 독성을 상실하게 된다(Yu et al., 2005)는 점에서 증류수 추출만으로도 SOD 활성이 높게 나타난 대청 뿌리는 향후 노화의 예방 및 억제 측면에서 유용하게 활용할 소재가 될 수 있을 것으로 생각된다.
, 2011) 활성이 높을수록 좋다. 이러한 측면에서 본 연구에서 나타난 대청 추출물물의 APX 활성은 뽕잎, 오디, 파프리카 등을 소재로 한 다른 연구결과(Boo et al., 2011)와 비교해 볼 때 매우 높은 것으로 판단되며, 향후 이를 이용한 고부가가치 향장제품 및 기능성 식품 개발의 첨가 소재로서 유용하게 활용할 수 있을 것으로 사료된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	활성산소종의 예시는?	, 2004)에 대한 연구는 거의 없는 실정이다. 한편, 대부분의 호기성 생물은 각종 스트레스를 받으면 산소분자의 감소는 superoxide anion radicals, singlet oxygen, hydrogen peroxide, hydroxyl peroxide, hydroxyl radical과 같은 독성이 높은 활성산소종(reactive oxigen species, ROS)을 생성시키며(Allen, 1995), 생물들은 이런 독성으로부터 자신을 보호하기 위하여 방어물질인 ascorbate peroxidase(APX), superoxide dismutase(SOD), catalase(CAT), peroxidase(POD) 등의 항산화 효소와 ascorbic acid, glut achion, carotenoid 등의 항산화 물질을 생성시킨다(Jeong, 2001; Yang et al., 2011).
	생물들이 가지고 있는 항산화 작용을 하는 항산화 효소나 항산화 물질은 어떤 것이 있는가?	, 2004)에 대한 연구는 거의 없는 실정이다. 한편, 대부분의 호기성 생물은 각종 스트레스를 받으면 산소분자의 감소는 superoxide anion radicals, singlet oxygen, hydrogen peroxide, hydroxyl peroxide, hydroxyl radical과 같은 독성이 높은 활성산소종(reactive oxigen species, ROS)을 생성시키며(Allen, 1995), 생물들은 이런 독성으로부터 자신을 보호하기 위하여 방어물질인 ascorbate peroxidase(APX), superoxide dismutase(SOD), catalase(CAT), peroxidase(POD) 등의 항산화 효소와 ascorbic acid, glut achion, carotenoid 등의 항산화 물질을 생성시킨다(Jeong, 2001; Yang et al., 2011).
	대청의 뿌리 추출물은 어떤 효과가 있는가?	대청 잎 추출물은 뇌염 바이러스, 홍역 바이러스 및 인플루엔자 바이러스 등에 대하여 억제 작용이 있고, 관절염에 대한 항염증 효과가 있다(Hamburger, 2003). 대청의 뿌리 추출물은 방사선에 의한 점막 손상을 감소시키는 항염증 효과를 가지고 있으며, 인디루빈(indirubin) 성분이 방사능 점막증과 식욕 부진증의 향상에 도움을 줄 수 있는 약물학적인 역할을 한다(You et al., 2009).

참고문헌 (19)

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저자의 다른 논문 :

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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