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문제 정의
- 그러나 지금까지 대다수의 쑥에 관한 연구는 특정품종의 쑥을 소재로 하여 다양한 분야의 기능성을 비교한 연구는 거의 없는 실정이다. 따라서 본 연구는 환류냉각추출법, 고온가압추출법, 저온고압추출법, 초음파추출법으로 3종의 쑥 추출물을 제조한 후 이에 함유된 총 polyphenol 및 총 flavonoid의 함량 그리고 항산화 활성 등을 비교하여 가장 효과적인 추출방법을 제시하고, 기능성 식품 소재를 개발하는데 기초자료로 활용하고자 한다.
제안 방법
- 3종의 사철쑥, 약쑥, 개똥숙 추출물의 항산화 활성을 증가시킬 수 있는 적정 추출방법을 구명하기 위하여 환류냉각추출, 고온가압추출, 저온고압추출 및 초음파추출법을 이용하여 추출한 추출물의 항산화 활성을 비교하였다. 추출수율은 환류냉각과 고온가압추출이 높게 나타났으며, 총 polyphenol 및 총 flavonoid의 함량 또한 환류냉각 추출물이 각각 사철쑥(260.
- Blois의 방법(13)을 변형하여 각 추출물 0.4 mL에 0.4 mM DPPH(α,α-diphenyl-β-picrylhydrazyl) 에탄올 용액 0.8 mL를 진탕 혼합하고, 10분간 방치 후 525 nm에서 흡광도를 측정하였으며 계산식, DPPH radical scavenging ability(%)=100－[(OD of sample/ OD of control)×100]에 의하여 활성을 산출하였다.
- 가열 후 찬물에서 식힌 후 3,000 rpm에서 10분간 원심분리 시킨 상등액을 531 nm에서 흡광도를 측정하였고, 공시료는 시료 대신에 증류수를 가하여 같은 방법으로 측정하였으며 계산식, TBARS(inhibition of lipid rancidity, %)=100－[(OD of sample/ OD of control)×100]에 의하여 활성을 산출하였다.
- 각 추출물들의 수율은 추출액을 동결건조 시켜서 건물 중량을 구한 다음 추출액 조제에 사용한 원료 건물량에 대한 백분율로 나타내었다.
- 0 bar의 압력 하에서 2회 반복 추출하였으며, 초음파추출은 유리병에 분쇄시료와 증류수를 혼합한 후 유리병이 초음파 수조(NXPC-4020P, KODO, Hwaseong, Korea) 바닥에 닿지 않도록 하여 40 KHz 초음파를 가하여 2시간 동안 2회 반복 추출하였다. 각각의 추출물은 여과지(Whatman No. 3, Maidstone, England)로 여과한 후 회전진공농축기(WB 2000, Heidolph, Schwabach, Germany)로 농축하고, 각 농축물은 동결건조 하여 분말화 시켰으며 이를 1 mg/mL와 10 mg/mL 농도로 재용해하여 항산화 활성을 측정하였다.
- 고온가압추출은 유리병에 분쇄시료와 증류수를 혼합한 후 autoclave(JSAC-100, JS Research Inc., Gongju, Korea)를 이용하여 121°C에서 15분 동안 2회 반복 추출하였다.
- 쑥의 추출방법은 분쇄시료 100 g에 10배의 증류수를 가한 후 환류냉각추출(RE, reflux extraction), 고온가압추출(AE, autoclave extraction), 저온고압추출(LTPE, low temperature high pressure extraction), 초음파추출(USE, ultrasonification extraction)로 추출물을 제조하였다.
- 이 용액을 37°C에서 1시간 반응시킨 후 1 mL를 취하여 2% 초산용액 4 mL와 30% 초산용액으로 용해한 Griess reagent(1% sulfanilic acid : 1% naphthylamine=1:1) 0.4 mL를 가한 후 실온에서 15분간 방치하여 520 nm에서 흡광도를 측정하였으며 계산식, nitrite scavenging activity(%)=100－[(OD of sample/ OD of control)×100]에 의하여 산출하였다.
- , Gongju, Korea)를 이용하여 121°C에서 15분 동안 2회 반복 추출하였다. 저온고압추출은 Kim 등(10)의 방법을 변형하여, 분쇄시료를 부직포에 담아 저온고압추출기(FT110, benchtop rapid extractor, ARMFIELD, Ringwood, Hampshire, England)를 이용하여 실온에서 2시간 동안 8.0 bar의 압력 하에서 2회 반복 추출하였으며, 초음파추출은 유리병에 분쇄시료와 증류수를 혼합한 후 유리병이 초음파 수조(NXPC-4020P, KODO, Hwaseong, Korea) 바닥에 닿지 않도록 하여 40 KHz 초음파를 가하여 2시간 동안 2회 반복 추출하였다. 각각의 추출물은 여과지(Whatman No.
- 지방 산패 억제 효과는 Buege와 Aust(17)의 thiobarbituric acid reactive substances(TBARS) 방법을 변형하여 측정하였다. 상온에서 추출물 0.
- 2 N Folin-Ciocalteu reagent 1 mL를 가하여 실온에서 3분간 반응시킨 후, Na2CO3(75 g/L) 1 mL를 가한 후 암소에서 1시간 동안 방치한 후 분광광도계(Ultrospec 1000, Phar- macia Biotech, Cambridge, UK)를 사용하여 765 nm에서 흡광도를 측정하였다. 총 polyphenol 함량은 gallic acid를 표준물질로 한 표준곡선에 의하여 산출하였다.
- 환류냉각추출은 분쇄시료와 증류수를 넣은 용기에 냉각관을 부착하여 60°C의 항온수조에서 3시간 2회 반복 추출하였다.
- 희석된 용액 950 μL에 각 추출물 50 μL를 가하여 암소에서 10분간 반응시킨 후 732 nm에서 흡광도를 측정하였으며 계산식, ABTS radical scavenging ability(%)=100－[(OD of sample/ OD of control)×100]에 의하여 활성을 산출하였다.
대상 데이터
- 본 실험에 사용된 사철쑥(Artemisia capillaris T.), 약쑥(Artemisia princeps P.), 개똥쑥(Artemisia annua L.)은 대구광역시 약령시장에서 구입하여 세척한 후 동결건조(PVTFD20R, Ilshin lab., Suwon, Korea)하여 분쇄기(IKA A11 basic, IKA-Werke GmbH, Staufen, Germany)로 분말화하여 -70°C deep freezer에 보관하면서 사용하였다.
데이터처리
- 모든 실험은 3회 반복으로 행하였으며, 평균치 간의 유의성은 SPSS system(Statistical Package for Social Sciences, SPSS Inc., Chicago, IL, USA) software package(version 12.0)를 이용, P<0.05 수준으로 Duncan's multiple range test에 의하여 검정하였다.
이론/모형
- Marklund와 Marklund(16)의 방법에 따라 각 추출물 200 μL에 pH 8.5로 조정한 tris-HCl buffer 용액 3 mL와 7.2 mM pyrogallol 200 μL를 가하고 25°C에서 10분간 반응시킨 후 1 N HCl 1 mL를 가하여 반응을 정지시키고 420 nm에서 흡광도를 측정하였으며 계산식, SOD-like activity(%)=100－[(OD of sample/ OD of control)×100]에 의하여 활성을 산출하였다.
- Singleton 등(11)의 방법에 따라 각 추출물 1 mL에 0.2 N Folin-Ciocalteu reagent 1 mL를 가하여 실온에서 3분간 반응시킨 후, Na2CO3(75 g/L) 1 mL를 가한 후 암소에서 1시간 동안 방치한 후 분광광도계(Ultrospec 1000, Phar- macia Biotech, Cambridge, UK)를 사용하여 765 nm에서 흡광도를 측정하였다. 총 polyphenol 함량은 gallic acid를 표준물질로 한 표준곡선에 의하여 산출하였다.
성능/효과
- 추출방법을 달리한 쑥 추출물들의 SOD 유사활성을 측정한 결과는 Table 5와 같다. 10 mg/mL 농도에서 사철쑥 추출물은 RE, AE, LTPE 및 USE가 각각 68.29%, 54.57%, 44.38% 및 46.95%로 RE에서 가장 높았으며, 다음으로 AE, USE, LTPE 순으로 나타났다. 약쑥과 개똥쑥 역시 환류냉각추출이 각각 61.
- 3종의 쑥 추출물은 각각의 환류냉각추출(RE), 고온가압추출(AE), 저온고압추출(LTPE), 초음파추출(USE)의 추출방법에 따라 유의적인 차이를 나타내었으며(P<0.05), RE, AE, LTPE, USE 순으로 높은 수율을 나타내었다.
- ABTS radical 소거활성은 3종의 쑥 모두 높은 활성을 나타내었으며, 추출방법별로 RE(99.61~99.78%)> AE(99.26~99.52%)> USE(73.59~91.30%)> LTPE(62.94~84.55%) 순으로, RE와 AE의 추출물이 가장 높은 활성을 보여 항산화 대조군인 ascorbic acid(99.95%) 활성과 대등한 값을 나타내었다.
- 추출 방법을 달리한 3종의 쑥 추출물의 지방산패억제능의 결과는 Table 6과 같다. AE, LTPE, USE 법을 이용한 사철쑥 추출물의 지방산패억제능이 10 mg/mL에서 각각 39.69%, 23.69%, 31.45%를 나타내었지만 RE법을 이용한 추출물은 57.18%로 크게 증가하였다. 약쑥은 RE가 47.
- 추출방법을 달리한 각각의 쑥 추출물 1 mg/mL 농도의 DPPH 및 ABTS 라디칼 소거능 결과는 Table 3과 같다. DPPH radical 소거활성은 각각의 쑥 추출물 중 사철쑥(86.90%)이 높은 활성을 나타내었고, 또한 추출방법 중에서는 RE와 AE가 높은 활성을 나타내었으며 LTPE는 추출물 중 가장 낮은 활성을 나타내었다. ABTS radical 소거활성은 3종의 쑥 모두 높은 활성을 나타내었으며, 추출방법별로 RE(99.
- 35 mg RHE/g) 순으로 높았다. DPPH와 ABTS radical 소거능은 쑥의 세 시료 중 모두 환류냉각과 고온가압추출이 높게 나타났으며, 그중 사철쑥이 가장 높은 활성을 나타내었다. 아질산염 소거능과 SOD 유사활성은 사철쑥(45.
- Choi 등(19)은 열처리 시 free형, bound형의 polyphenol 화합물의 증가는 식물체의 세포벽에 불용성 polymer와 함께 공유결합을 형성하여 존재하는 bound형 polyphenol 화합물이 열처리에 의해 free형 polyphenol로 유리되어 용출이 용이해지거나, 일부 고분자의 페놀성 화합물이 저분자의 polyphenol로 전환되었기 때문이라 보고하였다. 따라서 본 연구에서 환류냉각추출과 고온가압추출 시 polyphenol과 flavonoid 함량의 증가는 열처리에 의해 식물체의 세포벽이 파괴되어 bound형 페놀성 화합물이 유리되었기 때문이라 판단된다.
- 추출방법을 달리한 3종의 쑥 추출물의 아질산염 소거능의 측정 결과는 Table 4와 같다. 모든 시료는 RE와 AE가 LTPE와 USE보다 높은 아질산염 소거능을 나타내었다. 사철쑥은 RE와 AE가 각각 45.
- 19%) 모두 환류냉각 추출물에서 가장 우수하였다. 사철쑥 추출물의 지질산패 억제활성은 환류냉각 추출물에서 가장 높았다.
- 사철쑥은 RE와 AE가 각각 45.48%, 45.73%로 LTPE와 USE의 36.70%, 31.53%보다 높게 나타났으며, 약쑥과 개똥쑥은 RE(45.73%, 44.25%)> AE(33.50%, 32.02%)> LTPE(37.68%, 20.20%)> USE(27.50%, 20.53%) 순으로 나타났다.
- DPPH와 ABTS radical 소거능은 쑥의 세 시료 중 모두 환류냉각과 고온가압추출이 높게 나타났으며, 그중 사철쑥이 가장 높은 활성을 나타내었다. 아질산염 소거능과 SOD 유사활성은 사철쑥(45.48%, 68.29%), 약쑥(45.73%, 61.43%), 개똥쑥(44.25%, 58.19%) 모두 환류냉각 추출물에서 가장 우수하였다. 사철쑥 추출물의 지질산패 억제활성은 환류냉각 추출물에서 가장 높았다.
- 23 mg/g이었다. 총 flavonoid 함량은 RE방법을 이용한 사철쑥이 11.52 mg/g으로 유의적으로 높았으며, 총 polyphenol 함량과 유사한 경향을 나타내었다. Choi 등(19)은 열처리 시 free형, bound형의 polyphenol 화합물의 증가는 식물체의 세포벽에 불용성 polymer와 함께 공유결합을 형성하여 존재하는 bound형 polyphenol 화합물이 열처리에 의해 free형 polyphenol로 유리되어 용출이 용이해지거나, 일부 고분자의 페놀성 화합물이 저분자의 polyphenol로 전환되었기 때문이라 보고하였다.
- 추출방법을 달리한 쑥 추출물들의 총 polyphenol과 flavonoid 함량은 Table 2와 같다. 총 polyphenol 함량은 RE의 방법이 다른 방법에 비해 높았으며, 그중 사철쑥이 260.82 mg/g으로 가장 높았고 약쑥과 개똥쑥은 각각 218.62 mg/g, 189.23 mg/g이었다. 총 flavonoid 함량은 RE방법을 이용한 사철쑥이 11.
- 3종의 사철쑥, 약쑥, 개똥숙 추출물의 항산화 활성을 증가시킬 수 있는 적정 추출방법을 구명하기 위하여 환류냉각추출, 고온가압추출, 저온고압추출 및 초음파추출법을 이용하여 추출한 추출물의 항산화 활성을 비교하였다. 추출수율은 환류냉각과 고온가압추출이 높게 나타났으며, 총 polyphenol 및 총 flavonoid의 함량 또한 환류냉각 추출물이 각각 사철쑥(260.82 mg GAE/g, 11.52 mg RHE/g), 약쑥(218.62 mg GAE/g, 8.32 mg RHE/g), 개똥쑥(189.23 mg GAE/g, 7.35 mg RHE/g) 순으로 높았다. DPPH와 ABTS radical 소거능은 쑥의 세 시료 중 모두 환류냉각과 고온가압추출이 높게 나타났으며, 그중 사철쑥이 가장 높은 활성을 나타내었다.
후속연구
- RE와 AE의 쑥 추출물은 가열에 의해 항산화 활성물질의 생성과 bound형 polyphenol이 free형 polyphenol로의 전환에 의해 항산화 활성이 증가한 것으로 판단된다. 따라서 RE나 AE의 추출방법은 차후 식물 추출물의 기능성 생리활성을 연구할 때 효율적인 추출방법으로 다양하게 활용 가능할 것으로 판단된다. 또한 쑥 추출물은 기능성 증진을 위한 다양한 식품 소재로의 활용 가능성이 있을 것으로 판단되며, 이러한 결과가 실제로 체내에서 적용되는지는 in vivo 연구를 통하여 살펴볼 필요가 있는 것으로 사료된다.
- 47%) 등의 SOD 유사활성보다 높았으며, An과 Lee(25)의 산사자 물 추출물과 에탄올 추출물이 12% 미만의 활성을 나타낸다는 결과와 비교하면 환류냉각 추출한 사철쑥, 약쑥, 개똥쑥은 기존에 보고된 여러 종류의 천연물보다 더 높은 활성도를 갖는다고 할 수 있다. 또한 사철쑥 환류냉각 추출물은 항산화 효과가 높은 소재로 활용이 가능할 것으로 판단되었다.
- 따라서 RE나 AE의 추출방법은 차후 식물 추출물의 기능성 생리활성을 연구할 때 효율적인 추출방법으로 다양하게 활용 가능할 것으로 판단된다. 또한 쑥 추출물은 기능성 증진을 위한 다양한 식품 소재로의 활용 가능성이 있을 것으로 판단되며, 이러한 결과가 실제로 체내에서 적용되는지는 in vivo 연구를 통하여 살펴볼 필요가 있는 것으로 사료된다.
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