자생 양치식물 9종의 성엽 및 근경 추출물의 α-glucosidase 억제 활성 Alpha-glucosidase Inhibition Activity of Methanol Extracts Obtained from Nine Pteridophyte Species Native to Korea원문보기
본 연구는 자생 양치식물 9종의 성엽과 근경을 재료로 ${\alpha}$-glucosidase 억제활성을 분석하여 천연 ${\alpha}$-glucosidase 저해제로서 개발 가능한 식물 소재를 선발하기 위하여 수행하였다. 수확된 성엽과 근경은 수세 후 동결건조 하였으며, 건조시료를 분쇄하여 100% 메탄올 용매로 30분 동안 초음파 추출을 하였고, 추출 후 감압여과 하여 ${\alpha}$-glucosidase 억제활성을 측정하였다. 양성 대조구로는 acarbose를 사용하였다. 추출물 $50{\mu}L$에 0.7 unit${\alpha}$-glucosidase 효소액 $100{\mu}L$를 넣고 혼합하여 $37^{\circ}C$에서 10분간 반응시킨 후, 1.5 mM ${\rho}$-NPG 기질용액을 $50{\mu}L$ 넣고 $37^{\circ}C$에서 20분간 반응시켰다. 1 M $Na_2CO_3$ 1 mL로 반응을 정지시키고 405 nm에서 흡광도를 측정하였다. 회귀분석을 이용하여 0.7 unit ${\alpha}$-glucosidase 용액의 활성을 50%를 억제하는데 필요한 시료의 농도($IC_{50}$ 값)를 구하였다. 양치식물 9종의 ${\alpha}$-glucosidase 억제활성은 성엽($IC_{50}=14.00{\sim}913.33{\mu}g{\cdot}mL^{-1}$)과 근경 추출물($IC_{50}=12.93{\sim}205.84{\mu}g{\cdot}mL^{-1}$)에서 공히 acarbose($IC_{50}=1413.70{\mu}g{\cdot}mL^{-1}$)에 비해 높았다. 양치식물의 추출물은 acarbose에 비해 성엽은 1.55~100.98배, 근경은 6.87~109.33배 높은 것으로 나타났다. 특히 성엽에서는 석위의 억제활성이, 근경에서는 꿩고비의 ${\alpha}$-glucosidase 억제활성이 가장 높았다. ${\alpha}$-Glucosidase 활성의 50%를 억제하기 위한 성엽과 근경의 필요 생체량은 공히 꿩고비(각 0.35, 0.27 mg)에서 가장 적은 것으로 나타났다. 성엽의 경우는 석위의 $IC_{50}$ 값이 가장 높았으나 가용성 고형분의 함량이 꿩고비에 비해 2.4배 낮아, 오히려 꿩고비의 경제성이 더 높은 것을 알 수 있었다. 본 연구의 결과 꿩고비는 적은 생체량으로도 높은 ${\alpha}$-glucosidase 억제활성을 나타내기 때문에 경제적인 천연 ${\alpha}$-glucosidase 저해제 소재로써 개발 가치가 매우 높은 것을 알 수 있었다.
본 연구는 자생 양치식물 9종의 성엽과 근경을 재료로 ${\alpha}$-glucosidase 억제활성을 분석하여 천연 ${\alpha}$-glucosidase 저해제로서 개발 가능한 식물 소재를 선발하기 위하여 수행하였다. 수확된 성엽과 근경은 수세 후 동결건조 하였으며, 건조시료를 분쇄하여 100% 메탄올 용매로 30분 동안 초음파 추출을 하였고, 추출 후 감압여과 하여 ${\alpha}$-glucosidase 억제활성을 측정하였다. 양성 대조구로는 acarbose를 사용하였다. 추출물 $50{\mu}L$에 0.7 unit ${\alpha}$-glucosidase 효소액 $100{\mu}L$를 넣고 혼합하여 $37^{\circ}C$에서 10분간 반응시킨 후, 1.5 mM ${\rho}$-NPG 기질용액을 $50{\mu}L$ 넣고 $37^{\circ}C$에서 20분간 반응시켰다. 1 M $Na_2CO_3$ 1 mL로 반응을 정지시키고 405 nm에서 흡광도를 측정하였다. 회귀분석을 이용하여 0.7 unit ${\alpha}$-glucosidase 용액의 활성을 50%를 억제하는데 필요한 시료의 농도($IC_{50}$ 값)를 구하였다. 양치식물 9종의 ${\alpha}$-glucosidase 억제활성은 성엽($IC_{50}=14.00{\sim}913.33{\mu}g{\cdot}mL^{-1}$)과 근경 추출물($IC_{50}=12.93{\sim}205.84{\mu}g{\cdot}mL^{-1}$)에서 공히 acarbose($IC_{50}=1413.70{\mu}g{\cdot}mL^{-1}$)에 비해 높았다. 양치식물의 추출물은 acarbose에 비해 성엽은 1.55~100.98배, 근경은 6.87~109.33배 높은 것으로 나타났다. 특히 성엽에서는 석위의 억제활성이, 근경에서는 꿩고비의 ${\alpha}$-glucosidase 억제활성이 가장 높았다. ${\alpha}$-Glucosidase 활성의 50%를 억제하기 위한 성엽과 근경의 필요 생체량은 공히 꿩고비(각 0.35, 0.27 mg)에서 가장 적은 것으로 나타났다. 성엽의 경우는 석위의 $IC_{50}$ 값이 가장 높았으나 가용성 고형분의 함량이 꿩고비에 비해 2.4배 낮아, 오히려 꿩고비의 경제성이 더 높은 것을 알 수 있었다. 본 연구의 결과 꿩고비는 적은 생체량으로도 높은 ${\alpha}$-glucosidase 억제활성을 나타내기 때문에 경제적인 천연 ${\alpha}$-glucosidase 저해제 소재로써 개발 가치가 매우 높은 것을 알 수 있었다.
This study was conducted not only to analyze ${\alpha}$-glucosidase inhibition activity with fronds and rhizomes of nine Pteridophyte species, but also to select the plant materials suitable for natural ${\alpha}$-glucosidase inhibitor. Harvested rhizomes and fronds were washed...
This study was conducted not only to analyze ${\alpha}$-glucosidase inhibition activity with fronds and rhizomes of nine Pteridophyte species, but also to select the plant materials suitable for natural ${\alpha}$-glucosidase inhibitor. Harvested rhizomes and fronds were washed, freeze-dried and grinded. After conducting ultrasonification extraction for 30 minutes in ultrasonic water tank with 100% methanol solvent, and vacuum filtration, ${\alpha}$-glucosidase inhibition activity was measured. Acarbose was used as the positive control. After mixing $100{\mu}L$ of 0.7 unit ${\alpha}$-glucosidase enzyme solution into $50{\mu}L$ of extract and reacting them at $37^{\circ}C$ for 10 minutes, $50{\mu}L$ of 1.5 mM ${\rho}$-NPG solution was taken and reacted at $37^{\circ}C$ for 20 minutes. The reaction was stopped with 1 mL of 1 M $Na_2CO_3$ and absorbance was measured in 405 nm. With the regression analysis, the content of solubility solids (the value of $IC_{50}$) which can inhibit 50% of 0.7 unit ${\alpha}$-glucosidase solution's activity was investigated. The frond ($IC_{50}=14.00{\sim}913.33{\mu}g{\cdot}mL^{-1}$) and rhizome extracts ($IC_{50}=12.93{\sim}205.84{\mu}g{\cdot}mL^{-1}$) of nine Pteridophyte species showed higher ${\alpha}$-glucosidase inhibition activity in comparison with acarbose ($IC_{50}=1413.70{\mu}g{\cdot}mL^{-1}$). The extracts of fronds and rhizomes showed higher value than acarbose by 1.55~100.98 and 6.87~109.33 times each. Especially, ${\alpha}$-glucosidase inhibition activities of Pyrrosia lingua in fronds and Osmunda cinnamomea var. fokiensis in rhizomes were the highest. The necessary biomass of fronds and rhizomes for inhibiting 50% of ${\alpha}$-glucosidase activity showed the lowest value, 0.35, 0.27 mg each, in O. cinnamomea var. fokiensis. $IC_{50}$ value of P. lingua was the highest among fronds of nine Pteridophyte species, but content of soluble solids was 2.4 times less than O. cinnamomea var. fokiensis. So frond of O. cinnamomea var. fokiensis is more economic in comparison with P. lingua. As the result of this study, O. cinnamomea var. fokiensis showed high ${\alpha}$-glucosidase inhibition activity even with small biomass. Therefore it was considered to be high-valued economic material as natural ${\alpha}$-glucosidase inhibitor.
This study was conducted not only to analyze ${\alpha}$-glucosidase inhibition activity with fronds and rhizomes of nine Pteridophyte species, but also to select the plant materials suitable for natural ${\alpha}$-glucosidase inhibitor. Harvested rhizomes and fronds were washed, freeze-dried and grinded. After conducting ultrasonification extraction for 30 minutes in ultrasonic water tank with 100% methanol solvent, and vacuum filtration, ${\alpha}$-glucosidase inhibition activity was measured. Acarbose was used as the positive control. After mixing $100{\mu}L$ of 0.7 unit ${\alpha}$-glucosidase enzyme solution into $50{\mu}L$ of extract and reacting them at $37^{\circ}C$ for 10 minutes, $50{\mu}L$ of 1.5 mM ${\rho}$-NPG solution was taken and reacted at $37^{\circ}C$ for 20 minutes. The reaction was stopped with 1 mL of 1 M $Na_2CO_3$ and absorbance was measured in 405 nm. With the regression analysis, the content of solubility solids (the value of $IC_{50}$) which can inhibit 50% of 0.7 unit ${\alpha}$-glucosidase solution's activity was investigated. The frond ($IC_{50}=14.00{\sim}913.33{\mu}g{\cdot}mL^{-1}$) and rhizome extracts ($IC_{50}=12.93{\sim}205.84{\mu}g{\cdot}mL^{-1}$) of nine Pteridophyte species showed higher ${\alpha}$-glucosidase inhibition activity in comparison with acarbose ($IC_{50}=1413.70{\mu}g{\cdot}mL^{-1}$). The extracts of fronds and rhizomes showed higher value than acarbose by 1.55~100.98 and 6.87~109.33 times each. Especially, ${\alpha}$-glucosidase inhibition activities of Pyrrosia lingua in fronds and Osmunda cinnamomea var. fokiensis in rhizomes were the highest. The necessary biomass of fronds and rhizomes for inhibiting 50% of ${\alpha}$-glucosidase activity showed the lowest value, 0.35, 0.27 mg each, in O. cinnamomea var. fokiensis. $IC_{50}$ value of P. lingua was the highest among fronds of nine Pteridophyte species, but content of soluble solids was 2.4 times less than O. cinnamomea var. fokiensis. So frond of O. cinnamomea var. fokiensis is more economic in comparison with P. lingua. As the result of this study, O. cinnamomea var. fokiensis showed high ${\alpha}$-glucosidase inhibition activity even with small biomass. Therefore it was considered to be high-valued economic material as natural ${\alpha}$-glucosidase inhibitor.
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문제 정의
그러므로 본 연구는 생리활성이 우수하며 재배가 쉬운 자생 양치식물 9종의 성엽 및 근경의 α-glucosidase 억제 활성 및 필요 생체량을 분석하여, α-glucosidase 저해활성이 우수하며 경제적인 천연 항당뇨 소재를 개발하기 위하여 실시하였다.
본 연구는 자생 양치식물 9종의 성엽과 근경을 재료로 αglucosidase 억제활성을 분석하여 천연 α-glucosidase 저해제로서 개발 가능한 식물 소재를 선발하기 위하여 수행하였다.
제안 방법
α-Glucosidase 억제활성을 비교하기 위하여 양성 대조군으로 acarbose(4",6"- Dideoxy-4"-([1S]-[1,4,6/5]-4,5,6-trihydroxy-3-hydro xymethyl-2-yclohexenylamino-maltotriose; A8980, Sigma, China)를 사용하였다.
0.7 Unit α-glucosidase를 50% 억제하기 위한 추출물을 만드는데 필요한 양치식물 9종의 성엽과 근경 추출물의 필요 생체량을 얻기 위하여 수분함량, 추출수율 및 추출물의 IC50 값을 종합적으로 고려하여 환산하였다.
, Korea)를 이용하여 동결건조 하였으며, 건조한 시료는 분쇄기(FM-681C, Hanil Electric, Korea)로 곱게 분쇄하였다. 건조 후의 무게를 측정하여 각 재료의 수분함량을 측정하였다.
본 실험에 사용된 9종의 양치식물 성엽과 근경 메탄올 추출물 제조는 Shin(2010)의 초음파 추출법을 이용하였다. 분쇄한 시료와 메탄올을 유리병에 넣은 후 아크릴판에부착하였으며, 초음파 수조(5510-DTH, Bransonic, USA) 내부에 5 L의 물을 넣어 약 9 cm 높이로 채워 유리병이 초음파수조 하단에 직접 닿지 않도록 하여 추출하였다. 30분 동안 추출한 후, 추출액은 여과지(Advantec No.
수확된 성엽과 근경은 수세 후 동결건조 하였으며, 건조시료를 분쇄하여 100% 메탄올 용매로 30분 동안 초음파 추출을 하였고, 추출 후 감압여과 하여 αglucosidase 억제활성을 측정하였다.
필요 생체량은 α-Glucosidase의 50% 억제활성을 보이는 조추출물을 만들기 위해 필요한 식물체의 양이다. 식물의 필요 생체량은 추출물의 IC50 값, 가용성 고형분, 수분함량을 종합적으로 고려하여 『필요 생체량(mg) = (추출물IC50 값/가용성 고형분)/{(100-수분함량) /100)}』의 식을 이용하여 구하였다.
그러나 석위와 우드풀의 근경은 수확량이 적어 실험재료에서 제외되었다. 양치식물은 수확한 다음 수세 후 절단하여 동결건조기(FD8512, IlShin Lab. Co. Ltd., Korea)를 이용하여 동결건조 하였으며, 건조한 시료는 분쇄기(FM-681C, Hanil Electric, Korea)로 곱게 분쇄하였다. 건조 후의 무게를 측정하여 각 재료의 수분함량을 측정하였다.
회귀분석을 이용하여 0.7 unit α-glucosidase 용액의 활성을 50%를 억제하는데 필요한 시료의 농도(IC50 값)를 구하였다.
회귀분석을 이용하여 0.7 unit α-glucosidase를 50% 억제하는데 필요한 시료의 농도(IC50)를 구하였다.
대상 데이터
실험재료로는 자생지에서 수집하여 충북 청주시에 위치한 비닐하우스에서 식재하여 3년 이상 재배한 것을 사용하였다. 성엽은 성숙한 엽을 골라 채집하였으며, 근경은 신선한 것을 사용하기 위하여 채집 후 절단하여 내부가 녹색인 것만 골라 실험재료로 사용하였다. 그러나 석위와 우드풀의 근경은 수확량이 적어 실험재료에서 제외되었다.
interrupta), 우드풀(Woodsia polystichoides) 등 총 9종이다(Table 1). 실험재료로는 자생지에서 수집하여 충북 청주시에 위치한 비닐하우스에서 식재하여 3년 이상 재배한 것을 사용하였다. 성엽은 성숙한 엽을 골라 채집하였으며, 근경은 신선한 것을 사용하기 위하여 채집 후 절단하여 내부가 녹색인 것만 골라 실험재료로 사용하였다.
수확된 성엽과 근경은 수세 후 동결건조 하였으며, 건조시료를 분쇄하여 100% 메탄올 용매로 30분 동안 초음파 추출을 하였고, 추출 후 감압여과 하여 αglucosidase 억제활성을 측정하였다. 양성 대조구로는 acarbose를 사용하였다. 추출물 50 μL에 0.
연구에 사용한 자생 양치식물은 점고사리(Hypolepis punctata), 고사리(Pteridium aquilinum var. latiusculum), 꿩고비(Osmunda cinnamomea var. fokiensis), 음양고비(Osmunda claytoniana), 석위(Pyrrosia lingua), 개고사리(Athyrium niponicum), 청나래고사리(Matteuccia struthiopteris), 야산고비(Onoclea sensibilis var. interrupta), 우드풀(Woodsia polystichoides) 등 총 9종이다(Table 1). 실험재료로는 자생지에서 수집하여 충북 청주시에 위치한 비닐하우스에서 식재하여 3년 이상 재배한 것을 사용하였다.
데이터처리
α- Glucosidase 억제활성 분석은 3반복을 1회로 하여 3회 이상 반복으로 하였으며, 통계처리는 평균±표준오차(mean ±SE)로 표기하였다.
이론/모형
본 실험에 사용된 9종의 양치식물 성엽과 근경 메탄올 추출물 제조는 Shin(2010)의 초음파 추출법을 이용하였다. 분쇄한 시료와 메탄올을 유리병에 넣은 후 아크릴판에부착하였으며, 초음파 수조(5510-DTH, Bransonic, USA) 내부에 5 L의 물을 넣어 약 9 cm 높이로 채워 유리병이 초음파수조 하단에 직접 닿지 않도록 하여 추출하였다.
추출물의 α-glucosidase 억제활성 효과는 『α-Glucosidase 억제활성 (%) = (1-추출물 첨가구 흡광도/용매 첨가구 흡광도) × 100』의 수식에 따라 산출하였다.
성능/효과
α-Glucosidase 활성의 50%를 억제하기 위한 성엽과 근경의 필요 생체량은 공히 꿩고비(각 0.35, 0.27 mg)에서 가장 적은 것으로 나타났다.
IC50 값은 성엽의 경우 14.00～913.33 ug･mL-1로 대조구인 acarbose (IC50=1413.70 ug･mL-1)에 비해 α-glucosidase 억제활성이 1.55～100.98배 높았으며, 특히 석위의 α-glucosidase 억제활성이 가장 높았다.
IC50 값의 결과와 마찬가지로 성엽보다 근경이 적은 생체량으로 α-glucosidase를 억제하는 경향을 나타내었다.
4배 낮아, 오히려 꿩고비의 경제성이 더 높은 것을 알 수 있었다. 본 연구의 결과 꿩고비는 적은 생체량으로도 높은 α-glucosidase 억제활성을 나타내기 때문에 경제적인 천연 α-glucosidase 저해제 소재로써 개발 가치가 매우 높은 것을 알 수 있었다.
성엽과 근경에서 꿩고비가 0.35, 0.27 mg의 가장 적은 생체량으로 α-glucosidase 50%를 억제할 수 있는 것으로 나타났다.
성엽에서 α-glucosidase 억제활성이 가장 높았던 석위의 IC50 값은 acarbose에 비해 100.96배 높았다.
성엽의 IC50 값에서는 석위가 가장 높은 것으로 나타났으나, 추출수율이 꿩고비에 비해 2.4배 낮아 꿩고비 성엽이 더 적은 생체량으로도 α-glucosidase를 억제할 수있는 것으로 나타났다.
27 mg)에서 가장 적은 것으로 나타났다. 성엽의 경우는 석위의 IC50 값이 가장 높았으나 가용성 고형분의 함량이 꿩고비에 비해 2.4배 낮아, 오히려 꿩고비의 경제성이 더 높은 것을 알 수 있었다. 본 연구의 결과 꿩고비는 적은 생체량으로도 높은 α-glucosidase 억제활성을 나타내기 때문에 경제적인 천연 α-glucosidase 저해제 소재로써 개발 가치가 매우 높은 것을 알 수 있었다.
양치식물 9종의 α-glucosidase 억제활성은 성엽(IC50 = 14.00∼913.33μg･mL-1)과 근경 추출물(IC50 = 12.93∼205.84 μg･mL-1) 에서 공히 acarbose(IC50 = 1413.70 μg･mL-1)에 비해 높았다.
양치식물 9종의 수분함량은 성엽은 69.09~85.54%, 근경은 65.48~75.94%로 성엽이 근경에 비해 많았으며, 성엽은 청나래고사리(85.54%), 근경은 고사리(75.94%)에서 가장 많았다(Table 2). 추출수율은 0.
양치식물의 추출물은 acarbose에 비해 성엽은 1.55∼100.98배, 근경은 6.87∼109.33배 높은 것으로 나타났다.
7 Unit α-glucosidase를 50% 억제하기 위한 추출물을 만드는데 필요한 양치식물 9종의 성엽과 근경 추출물의 필요 생체량을 얻기 위하여 수분함량, 추출수율 및 추출물의 IC50 값을 종합적으로 고려하여 환산하였다. 연구 결과, 성엽은 0.35～24.74, 근경은 0.27～6.04 mg의 매우 적은 양이 필요로 하였다(Table 4). IC50 값의 결과와 마찬가지로 성엽보다 근경이 적은 생체량으로 α-glucosidase를 억제하는 경향을 나타내었다.
자생 양치식물인 점고사리, 고사리, 꿩고비, 음양고비, 석위, 개고사리, 청나래고사리, 야산고비, 우드풀의 성엽 및 근경 메탄올 추출물의 α-glucosidase 억제활성을 분석한 결과, 대조구인 acarbose에 비해 양치식물 9종 모두 억제활성이 우수한 것으로 나타났다(Table 3).
특히 성엽에서는 석위의 억제활성이, 근경에서는 꿩고비의 α-glucosidase 억제활성이 가장 높았다.
후속연구
연구의 결과, 양치식물 9종은 적은 양으로도 α-glucosidase 억제활성에 효과가 있으며, 그 중에서도 꿩고비는 약용 식물일 뿐만 아니라, 항산화 활성도 우수하므로 경제적인 항당뇨 천연소재로 개발할 수 있을 것으로 생각된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
양치식물이란?
양치식물은 고생대 말엽에 지구상에 출현한 가장 오래된 식물군의 하나로서 분류학적으로 꽃이 피지 않고, 포자를 퍼트려 번식하는 고사리류를 통칭하는 식물군이다. 세계적으로 10,000∼12,000여종이 분포하며, 한국에는 23과 71속 240종 28변종 4품종의 총 272 분류군이 자생하고 있다 (Pak, 1961; KFS, 2005).
국내에서 양치식물의 자생 현황은?
양치식물은 고생대 말엽에 지구상에 출현한 가장 오래된 식물군의 하나로서 분류학적으로 꽃이 피지 않고, 포자를 퍼트려 번식하는 고사리류를 통칭하는 식물군이다. 세계적으로 10,000∼12,000여종이 분포하며, 한국에는 23과 71속 240종 28변종 4품종의 총 272 분류군이 자생하고 있다 (Pak, 1961; KFS, 2005). 양치식물은 오랫동안 다양한 환경의 변화를 겪어온 식물군으로 외부 스트레스에 저항하기 위한 2차 대사산물을 다량 축적해 왔을 것으로 예상된다(Taylor, 1994).
양치식물의 생리활성 기능은?
양치식물에 대한 생리활성 연구는 항산화 활성(Jeong et al., 2007; Shin, 2010; Oh et al., 2008), 항균, 미백 활성, 지질과산화 억제활성(Shin, 2010), ACE 저해활성, APN 저해활성, α-amylase 저해활성(Oh et al., 2008) 등이 있다. 그러나 당뇨병과 관련된 α-glucosidase 활성에 대한 연구는 전무한 실정이다.
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