건천마와 발효천마 추출물의 항노화 활성과 신경성장인자 유도 효과 비교 Comparison of Nerve Growth Factor Induction and Anti-aging Activity Using Dried Gastrodia and Fermented Gastrodia Extracts원문보기
건천마와 발효천마의 추출물을 이용하여 항노화 활성과 신경성장인자 유도효과를 비교하였다. 항산화 활성을 비교하여 측정한 결과 모든 추출물에서 비교적 높은 항산화력을 나타내었으며, 발효하지 않은 건천마 추출물보다 발효과정을 거친 발효천마 추출물에서 다소 높은 항산화력을 나타내었다. Angiotensin converting enzyme(ACE)와 xanthine oxidase(XOase) 저해 활성을 측정한 결과 DW 추출에서 DPPH가 건천마 $64.14{\pm}0.89%$, 발효천마 $66.21{\pm}1.03%$으로 나타났고, ABTS가 건천마 $54.15{\pm}1.37%$, 발효천마 $60.24{\pm}2.25%$로 나타났다. 70% EtOH추출에서도 유사한 결과를 보여 발효천마 추출물이 ACE에 대해 높은 저해활성을 나타내었으나, XOase에 대하여 발효 및 건천마 추출물의 차이는 크지 않다는 것을 알 수 있다. 그리고 nerve growth factor (NGF) 활성 측정 결과 모든 추출물에서 40%의 신경돌기 성장효과를 나타내었다. 이와 같이 건천마와 발효천마의 추출물을 상대로 천마의 항노화 활성과 신경성장인자 유도효과에 대한 기능성을 탐색한 결과 발효천마가 건천마보다 우수한 생리기능성을 가지는 것을 알 수 있어, 발효과정을 통하면 천마의 활용도를 높일 수 있다는 것을 증명할 수 있었다.
건천마와 발효천마의 추출물을 이용하여 항노화 활성과 신경성장인자 유도효과를 비교하였다. 항산화 활성을 비교하여 측정한 결과 모든 추출물에서 비교적 높은 항산화력을 나타내었으며, 발효하지 않은 건천마 추출물보다 발효과정을 거친 발효천마 추출물에서 다소 높은 항산화력을 나타내었다. Angiotensin converting enzyme(ACE)와 xanthine oxidase(XOase) 저해 활성을 측정한 결과 DW 추출에서 DPPH가 건천마 $64.14{\pm}0.89%$, 발효천마 $66.21{\pm}1.03%$으로 나타났고, ABTS가 건천마 $54.15{\pm}1.37%$, 발효천마 $60.24{\pm}2.25%$로 나타났다. 70% EtOH추출에서도 유사한 결과를 보여 발효천마 추출물이 ACE에 대해 높은 저해활성을 나타내었으나, XOase에 대하여 발효 및 건천마 추출물의 차이는 크지 않다는 것을 알 수 있다. 그리고 nerve growth factor (NGF) 활성 측정 결과 모든 추출물에서 40%의 신경돌기 성장효과를 나타내었다. 이와 같이 건천마와 발효천마의 추출물을 상대로 천마의 항노화 활성과 신경성장인자 유도효과에 대한 기능성을 탐색한 결과 발효천마가 건천마보다 우수한 생리기능성을 가지는 것을 알 수 있어, 발효과정을 통하면 천마의 활용도를 높일 수 있다는 것을 증명할 수 있었다.
This study was performed to examine the increasing biological activities of both nerve growth factor induction and anti-aging activity of gastrodia (Gastrodia elata) with fermentation process. Antioxidant activities, taken in the fermenting, were investigated to verify utility value of gastrodia for...
This study was performed to examine the increasing biological activities of both nerve growth factor induction and anti-aging activity of gastrodia (Gastrodia elata) with fermentation process. Antioxidant activities, taken in the fermenting, were investigated to verify utility value of gastrodia for functional food and cosmetics. Fermented gastrodia extracts showed higher antioxidant activities than dried gastrodia extracts. During the routine check of all the practical use potential as functional food, inhibition effect of angiotensin converting enzyme (ACE) and xanthine oxidase (XOase) was tested among water extracted dried gastrodia (WEDG), water extracted fermented gastrodia (WEFG), 70% ethanol extracted dried gastrodia (EEDG) and 70% ethanol extracted fermented gastrodia (EEFG). DPPH was shown as WEDG = $64.14{\pm}0.89%$, WEFG = $66.21{\pm}1.03%$, EEDG = $82.25{\pm}0.52%$, and EEFG = $82.36{\pm}2.37%$. ABTS was shown as WEDG = $54.15{\pm}1.37%$, WEFG = $60.24{\pm}2.25%$, EEDG = $59.18{\pm}1.86%$, and EEFG = $77.17{\pm}4.23%$. Therefore, ACE activity was dramatically inhibited by EERG while there was no difference of XOase inhibition between EEFG and EERG. Nerve growth factor (NGF) activity was measured and indicated about 40% increased neurite growth effect. To conclude, biologically active compounds of gastrodia were increased by fermentation process. It seems to be that ferment gastrodia enhance the use ranges from functional food to fuctional cosmetics, and to all processing industry.
This study was performed to examine the increasing biological activities of both nerve growth factor induction and anti-aging activity of gastrodia (Gastrodia elata) with fermentation process. Antioxidant activities, taken in the fermenting, were investigated to verify utility value of gastrodia for functional food and cosmetics. Fermented gastrodia extracts showed higher antioxidant activities than dried gastrodia extracts. During the routine check of all the practical use potential as functional food, inhibition effect of angiotensin converting enzyme (ACE) and xanthine oxidase (XOase) was tested among water extracted dried gastrodia (WEDG), water extracted fermented gastrodia (WEFG), 70% ethanol extracted dried gastrodia (EEDG) and 70% ethanol extracted fermented gastrodia (EEFG). DPPH was shown as WEDG = $64.14{\pm}0.89%$, WEFG = $66.21{\pm}1.03%$, EEDG = $82.25{\pm}0.52%$, and EEFG = $82.36{\pm}2.37%$. ABTS was shown as WEDG = $54.15{\pm}1.37%$, WEFG = $60.24{\pm}2.25%$, EEDG = $59.18{\pm}1.86%$, and EEFG = $77.17{\pm}4.23%$. Therefore, ACE activity was dramatically inhibited by EERG while there was no difference of XOase inhibition between EEFG and EERG. Nerve growth factor (NGF) activity was measured and indicated about 40% increased neurite growth effect. To conclude, biologically active compounds of gastrodia were increased by fermentation process. It seems to be that ferment gastrodia enhance the use ranges from functional food to fuctional cosmetics, and to all processing industry.
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문제 정의
, 2011). 이 연구에서는 발효한 천마의 항산화력과 NGF 활성 등을 탐색하여 발효천마의 장점을 알리고자 한다.
제안 방법
25mL 첨가로 반응을 중지시킨 뒤 3mL의 ethylacetate를 첨가하였다. Ethylacetate 층으로부터 용매를 증류시키고 남은 침전물에 2mL의 증류수를 첨가하여 추출된 hippuric acid를 spectrophotometer를 사용하여 흡광도 280nm에서 측정한 후 다음 식에 따라 저해율(%)을 구하였다.
NGF 활성에 대한 조사는 PC12 세포의 신경돌기 성장 정도를 측정하여 나타내었다. Rat pheochromocytoma cell line이라 하여 크롬친화성 세포종으로 epinephrine과 norepinephrine 등 신경전달물질의 분비가 활발하여 신경계 연구에 많이 사용되고 있다(Martin and Grishanin, 2003).
고혈압 완화에 도움이 된다고 알려진 천마를 이용하여 발효 및 건천마의 ACE 저해활성을 측정하여 비교하였다. 그 결과 발효천마 추출물이 건천마 추출물에 비해 높은 저해 활성을 나타내고 있는 것을 알 수 있으며, 첨가 농도에 따라 농도가 의존적으로 높아짐을 알 수 있었다(Table 2).
향신경성인자(neurotrophic factor, NF)는 신경세포의 성장, 분화 및 사멸을 조절하는 신경조절인자로서, 중추신경계 (central nervous system, CNS)와 말초신경계(peripheral nervous system, PNS)에서 뉴런(neuron)의 성장, 분화 및 생존에 영향을 미치는 단백질을 총칭한다. 미분화된 PC12 세포에서 시료의 신경돌기 성장에 미치는 영향을 알아보기 위하여 PC12세포에 건천마와 발효천마 추출물을 각각 투여한 후 신경돌기의 성장 길이를 측정하여 신경돌기 성장효과를 평가하였다. NGF의 신경돌기 성장효과를 100%라고 하였을 때 건천마 물과 에탄올 추출물에서 37.
미분화된 PC12세포에서 시료의 신경돌기 성장에 미치는 영향을 알아보기 위하여, PC12 세포를 poly-D-lysine으로 코팅한 6 well 플레이트에 2% 마 혈청, 1% 페니실린 streptomycin 배지 조건으로 well당 5 × 104개로 분주하여, 24시간 후 에탄올 10μL･mL-1 천마 추출물 각각 10μL･mL-1와 NGF 50ng･mL-1을 각각 처리하였다.
시료 추출은 물 추출물의 경우 건조 천마 1g에 증류수 200mL를 가하고 액이 100mL가 될 때까지 가열한 후 냉각하고 교반 추출하였으며, ethanol 추출물은 시료에 100mL에 각 농도별 ethanol을 가하여 24시간 동안 상온 교반하였다. 추출액은 여과지(Whatman No.
미분화된 PC12세포에서 시료의 신경돌기 성장에 미치는 영향을 알아보기 위하여, PC12 세포를 poly-D-lysine으로 코팅한 6 well 플레이트에 2% 마 혈청, 1% 페니실린 streptomycin 배지 조건으로 well당 5 × 104개로 분주하여, 24시간 후 에탄올 10μL･mL-1 천마 추출물 각각 10μL･mL-1와 NGF 50ng･mL-1을 각각 처리하였다. 신경돌기(neurite)의 길이는 시료 처리 후 48시간 후에 도립 상대비 현미경(CK-2, Olympus, USA)을 이용하여 측정하였다. 신경돌기 성장은 세포 몸체의 직경에 대한 신경돌기 길이의 비로 환산하였다.
즉, 7mM ABTS 용액 5mL 와 140mM K2S2O8 88μL를 섞은 용액 1mL와 ethanol 88mL를 혼합한 ABTS용액 1mL와 시료용액 50μL를 혼합하여 30초간 진탕한 후 2분 30초간 배양하고, 734nm에서 흡광도를 측정하였다.
대상 데이터
2,2’-azino-bis(3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid)(ABTS), yeast extract, beef extract, pyruvic acid, β-carotene, α,α-diphenylβ-picrylhydrazyl(DPPH), ρ-nitrophenol-α-D-gluco pyranoside(αPNPG), 12-O-tetradecanoylphorbol-13-acetate(TPA), hydrocortisone(HC) 등은 Sigma(USA)사의 시약을 사용하였다.
Rat pheochromocytoma cell line이라 하여 크롬친화성 세포종으로 epinephrine과 norepinephrine 등 신경전달물질의 분비가 활발하여 신경계 연구에 많이 사용되고 있다(Martin and Grishanin, 2003). PC12 세포는 37℃ 및 5% CO2 조건의 배양기에서 마 혈청(horse serum 10%, v/v), 우태아 혈청(fetal bovine serum 5%, v/v) 그리고 1% penicilln-streptomycin이 포함된 RPMI(Roswell Park Memorial Institute) 1640 배지에서 배양하였다. 미분화된 PC12세포에서 시료의 신경돌기 성장에 미치는 영향을 알아보기 위하여, PC12 세포를 poly-D-lysine으로 코팅한 6 well 플레이트에 2% 마 혈청, 1% 페니실린 streptomycin 배지 조건으로 well당 5 × 104개로 분주하여, 24시간 후 에탄올 10μL･mL-1 천마 추출물 각각 10μL･mL-1와 NGF 50ng･mL-1을 각각 처리하였다.
천마를 식재할 원목은 15cm 이내의 참나무를 사용하였으며, 2010년 4월에 식재한 후 이듬해인 2011년 10월에 수확한 것을 육안으로 관찰해 건전한 개체만 발효천마 재료로 선발하였다. 발효천마는 Phelinus linteus(상황버섯균)을 접종하여 발효시킨 후 80-100mesh의 입자로 분쇄한 것을 사용하였다. 2,2’-azino-bis(3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid)(ABTS), yeast extract, beef extract, pyruvic acid, β-carotene, α,α-diphenylβ-picrylhydrazyl(DPPH), ρ-nitrophenol-α-D-gluco pyranoside(αPNPG), 12-O-tetradecanoylphorbol-13-acetate(TPA), hydrocortisone(HC) 등은 Sigma(USA)사의 시약을 사용하였다.
실험재료인 천마(Gastrodia elata Blume)는 농업과학기술원에서 1995년 개발한 천마균1호 중 5cm 이상의 굵고 병해충 피해가 없는 것을 선별하여 종마로 사용하였다. 천마를 식재할 원목은 15cm 이내의 참나무를 사용하였으며, 2010년 4월에 식재한 후 이듬해인 2011년 10월에 수확한 것을 육안으로 관찰해 건전한 개체만 발효천마 재료로 선발하였다.
실험재료인 천마(Gastrodia elata Blume)는 농업과학기술원에서 1995년 개발한 천마균1호 중 5cm 이상의 굵고 병해충 피해가 없는 것을 선별하여 종마로 사용하였다. 천마를 식재할 원목은 15cm 이내의 참나무를 사용하였으며, 2010년 4월에 식재한 후 이듬해인 2011년 10월에 수확한 것을 육안으로 관찰해 건전한 개체만 발효천마 재료로 선발하였다. 발효천마는 Phelinus linteus(상황버섯균)을 접종하여 발효시킨 후 80-100mesh의 입자로 분쇄한 것을 사용하였다.
이론/모형
ABTS radical cation decolorization의 측정은 Pellegrin et al.(1998) 방법으로 측정하였다. 즉, 7mM ABTS 용액 5mL 와 140mM K2S2O8 88μL를 섞은 용액 1mL와 ethanol 88mL를 혼합한 ABTS용액 1mL와 시료용액 50μL를 혼합하여 30초간 진탕한 후 2분 30초간 배양하고, 734nm에서 흡광도를 측정하였다.
ACE 저해효과 측정은 Cushman and Cheung(1971)의 방법으로 행하였다. 즉, 반응구는 0.
APF는 Andarwulan and Shetty(1999)의 방법으로 측정하였다. 10mg의 β-carotene과 50mL chloroform 용액 1mL를 evaporator용 수기에 넣고 40℃ water bath에서 chloroform을 증류시킨 후, 20μL linoleic acid, 184μL Tween 40과 50mL H2O2를 가하여 emulsion을 만들고, 5mL의 emulsion을 시료용액 100μL에 혼합하여 잘 섞어준 뒤 50℃에서 30분간 반응시켜 냉각시킨 다음, 470nm에서 흡광도를 측정하였고 APF는 다음의 식으로 계산하였다.
DPPH radical에 대한 소거활성은 Blois(1958)의 방법에 준하여 측정하였다. 각 시료 0.
TBARS는 Buege and Aust(1978)의 방법에 따라 측정하였다. 1% linoleic acid와 1% Tween 40으로 emulsion을 만들고 emulsion 0.
XOase 활성저해 측정법은 Stirpe and Corte(1969)의 방법에 준하여 측정하였다. 즉, 반응구는 0.
성능/효과
APF의 경우 일반적으로 1.2APF를 기준으로 그 이상의 경우 지용성 물질에 대한 항산화력이 높다고 판단할 수 있는데, 천마와 발효천마의 APF를 측정한 결과 건천마의 물및 70% ethanol 추출물에서는 모두 1.12APF와 1.21APF를 나타내었으며, 발효천마 추출물에서는 1.21와 1.29APF를 나타내어 발효천마 추출물이 상대적으로 높은 APF 값을 나타내었다(Table 1). 발효천마의 APF 값은 Jeun(2011)은 골담초 잎과 꽃 추출물 모두 70% ethanol로 추출하였을 때 1.
미분화된 PC12 세포에서 시료의 신경돌기 성장에 미치는 영향을 알아보기 위하여 PC12세포에 건천마와 발효천마 추출물을 각각 투여한 후 신경돌기의 성장 길이를 측정하여 신경돌기 성장효과를 평가하였다. NGF의 신경돌기 성장효과를 100%라고 하였을 때 건천마 물과 에탄올 추출물에서 37.5% 이상의 신경돌기 성장효과를 발효천마 물과 에탄올 추출물에서는 40.6%의 신경돌기 성장효과를 나타내었다(Fig. 2). 향신경성인자 뇌유래 신경성인자(brain-derived neurotrophic factor, BDNF)와 신경성인자(neurotrophin, NT)인 NT-3, NT-4, 그리고 NT-5등이 있다(Maness et al.
4mg･mL-1의 농도를 처리하면 모든 추출물에서 40% 이상의 XOase 저해 활성을 나타내는 것으로 나타났다(Table 3). XOase에 대한 천마 추출물의 저해 활성은 발효에 의한 상승효과를 기대할 수 없는 것으로 나타났다. XOase는 분자상의 산소를 수소 수용체로 이용하여 xanthine을 uric acid형으로 산화하는 반응을 촉매작용을 하므로 XOase의 저해 효과는 유리 라디칼의 생성 억제와 더불어 생물학적으로 중요한 의의를 가진다고 할 수 있다.
고혈압 완화에 도움이 된다고 알려진 천마를 이용하여 발효 및 건천마의 ACE 저해활성을 측정하여 비교하였다. 그 결과 발효천마 추출물이 건천마 추출물에 비해 높은 저해 활성을 나타내고 있는 것을 알 수 있으며, 첨가 농도에 따라 농도가 의존적으로 높아짐을 알 수 있었다(Table 2). 고혈압은 우리 몸의 angiotensin I converting enzyme이라는 효소가 관여하는데 우리나라에서 암 다음으로 많이 발생되는 대표적인 질환의 하나이다.
전자공여능은 70% ethanol 추출물이 물을 이용한 추출물보다 상대적으로 높게 나타났으며, 모든 추출물이 60-80%의 항산화력을 나타내어 비교적 우수한 항산화력을 나타냄을 알 수 있다(Table 1). 또한 발효와 건천마 추출물의 항산화력의 차이는 거의 없는 것으로 나타났다. 이러한 결과는 Eom et al.
발효천마 추출물은 건천마 추출물보다 친수성 및 lipophilic 물질에 대한 항산화력이 우수한 것을 알 수 있었다(Table 1). ABTS 항산화 활성율 측정은 표준물질의 사용으로 추출물의 상대 비교가 가능하도록 potassium persulfate와의 반응에 의해 생성된 ABTS+ free radical이 추출물 속의 항산화물질에 의해 제거되어 radical 특유의 색인 청록색이 탈색되는 것을 이용한다(Pellegrin et al.
1). 발효천마 추출물의 경우 건천마 추출물보다 낮은 malondialdehyde 함량을 나타내어 상대적으로 높은 항산화력을 나타낸 것을 알 수 있었다. 이 결과 역시 발효과정 중 일어난 천마 분말의 화학적 변화에 의한 것이라 생각되며 DPPH, APF, ABTS 항산화 활성 결과와 유사한 경향을 나타내었다.
3APF라는 연구 결과와 유사한 APF 값을 나타내었다. 이상의 결과로 보아 천마를 발효하게 되면 지용성물질에 대한 항산화력은 비교적 높아진다는 것을 알 수 있었다. Jeong et al.
또한 공여된 전자는 비가역적으로 결합하여 그 수에 비례하여 진보라색의 DPPH의 색이 점점 옅어지게 된다(Blois, 1958). 전자공여능은 70% ethanol 추출물이 물을 이용한 추출물보다 상대적으로 높게 나타났으며, 모든 추출물이 60-80%의 항산화력을 나타내어 비교적 우수한 항산화력을 나타냄을 알 수 있다(Table 1). 또한 발효와 건천마 추출물의 항산화력의 차이는 거의 없는 것으로 나타났다.
지질과산화물인 malondialdehyde의 함량으로 TBARS를 측정한 결과 대조구(0.54μM)보다 건천마와 발효천마 추출물 모두 낮은 함량을 나타내었다(Fig. 1).
천마와 발효천마 추출물의 xanthin oxidase(XOase) 저해 활성을 측정한 결과 발효와 건천마 간의 차이는 거의 없는 것으로 나타났으며, 천마 추출물 0.4mg･mL-1의 농도를 처리하면 모든 추출물에서 40% 이상의 XOase 저해 활성을 나타내는 것으로 나타났다(Table 3). XOase에 대한 천마 추출물의 저해 활성은 발효에 의한 상승효과를 기대할 수 없는 것으로 나타났다.
천마의 추출물들의 전자 공여능을 측정한 결과 천마의 물과 70% ethanol 추출물은 각각 64.1%와 82.2%, 그리고 발효천마 추출물은 각각 66.2%, 82.3%이었다(Table 1). 전자소거활성 측정에 사용된 DPPH는 자신의 고유 흡수 스펙트럼을 보이나, phenolic compounds와 같이 수소에 전자를 제공해 주는 전자공여체와 반응하게 되면 전자 hydrogen radical을 받아 phenoxy radical을 생성하게 되며, 흡수 band도 사라지게 되고 안정한 분자가 된다.
후속연구
(2011) 이 보고한 발효 톳의 hydroxyl radical 소거활성이 발효하지 않은 톳 추출물의 hydroxyl radical 소거활성보다 2배 이상의 활성이 나타났다는 결과와 유사한 것을 알 수 있었다. 이는 미생물 발효에 의한 시료의 대사산물 등의 차이에 기인하는 것으로 생각되지만 현재 이에 대한 연구는 진행되지 않아 향후 연구가 필요한 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
천마의 이명은?
한약재인 천마(天麻)는 난초과(Orchidavege)에 속한 다년생의 초본성 기생식물인 천마(Gastrodia elata Blume) 및 동속 근연식물의 근경을 건조한 것으로 예로부터 간질 치료제 등으로 사용하여 왔다. 신농본초경(神農本草經)에는 상품 (上品)의 생약으로 분류되고 있고, 그 명칭은 적근(赤根), 귀독우(鬼督郵), 난모(難母), 신초(神草), 정풍초(定風草) 등으로 불리우기도 한다. 엽록소가 없어서 탄소동화 작용을 이용한 영양 물질의 광합성이 불가능하고, 뿌리가 없는 관계로 뽕나무버섯(Armillaria mellea)과 편리공생을 하여 영양을 공급받아 생장한다(Choi, 2003).
천마의 생장 특징은 무엇인가?
신농본초경(神農本草經)에는 상품 (上品)의 생약으로 분류되고 있고, 그 명칭은 적근(赤根), 귀독우(鬼督郵), 난모(難母), 신초(神草), 정풍초(定風草) 등으로 불리우기도 한다. 엽록소가 없어서 탄소동화 작용을 이용한 영양 물질의 광합성이 불가능하고, 뿌리가 없는 관계로 뽕나무버섯(Armillaria mellea)과 편리공생을 하여 영양을 공급받아 생장한다(Choi, 2003). 현재까지 천마에 대한 연구결과로는 고지방 식이와 병행 섭취한 천마 분말이 쥐의 혈정 및 간 조직 지질에 미치는 영향에 관한 연구(Choi, 2008)와 천마 분획물이 고지방 식이를 급여한 쥐의 혈청 지질농도에 미치는 영향(Hong et al.
천마란?
한약재인 천마(天麻)는 난초과(Orchidavege)에 속한 다년생의 초본성 기생식물인 천마(Gastrodia elata Blume) 및 동속 근연식물의 근경을 건조한 것으로 예로부터 간질 치료제 등으로 사용하여 왔다. 신농본초경(神農本草經)에는 상품 (上品)의 생약으로 분류되고 있고, 그 명칭은 적근(赤根), 귀독우(鬼督郵), 난모(難母), 신초(神草), 정풍초(定風草) 등으로 불리우기도 한다.
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