[논문]추출방법에 따른 상지 추출물의 항산화 활성

박혜미; 홍주헌

doi:10.3746/jkfn.2014.43.11.1709

추출방법에 따른 상지 추출물의 항산화 활성
Effect of Extraction Methods on Antioxidant Activities of Mori ramulus 원문보기

한국식품영양과학회지 = Journal of the Korean Society of Food Science and Nutrition, v.43 no.11, 2014년, pp.1709 - 1715

박혜미 (대구가톨릭대학교 식품공학전공) , 홍주헌 (대구가톨릭대학교 식품공학전공)

초록
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본 연구에서는 다양한 생리활성을 가진다고 알려져 있는 상지의 산업적 이용 증대 및 고부가가치 소재 개발을 목적으로 열수추출, 50% 에탄올추출, 초음파추출 및 가압추출 공정을 사용하여 상지 추출물의 추출방법에 따른 항산화 활성을 조사하였다. 추출수율은 가압추출, 초음파추출, 50% 에탄올추출 및 열수추출 순으로 나타났으며, 총 페놀 함량 및 플라보노이드 함량은 50% 에탄올 추출물에서 각각 334.66 mg/g 및 35.64 mg/g으로 가장 높은 함량을 나타내었으며, ORAC은 50% 에탄올 추출물에서 g당 $3,483.37{\mu}M$로 가장 높은 값을 나타내었다. DPPH radical 소거 활성은 50% 에탄올 추출물이 $100{\sim}1,000{\mu}g/mL$ 농도에서 17.34~65.84%로 가장 높은 활성을 나타내었으며, ABTS radical 소거 활성은 모든 시료에서 농도가 증가함에 따라 소거 활성이 증가하였다. Superoxide radical 소거 활성은 추출방법별 $100{\sim}500{\mu}g/mL$ 농도에서 62.56~98.74%로 높은 소거 활성을 나타내었다. FRAP 및 환원력은 50% 에탄올 추출물이 $100{\sim}1,000{\mu}g/mL$ 농도에서 각각 $189.00{\sim}974.80{\mu}M$ 및 0.12~0.82로 가장 우수하였다. Tyrosinase 저해 활성은 50% 에탄올 추출물이 $1,000{\mu}g/mL$에서 67.20%로 가장 높은 활성을 나타내었다. 따라서 50% 에탄올 추출방법이 상지의 항산화 활성이 우수한 추출물 제조방법으로 적합하였으며 산업적으로 적용 가능할 것으로 사료된다.

Abstract ▼ AI-Helper

The objective of this study was to examine the antioxidant activities of extracts from Mori ramulus using different extraction methods (HE, hot water extraction; EE, 50% ethanol extraction; UE, ultrasonic extraction; PE, pressured extraction). The extraction yield of PE (3.07%) was higher than that of UE (1.43%), EE (1.18%), and HE (1.07%). The total phenolic and flavonoid contents of EE were 334.66 mg/g, and 35.64 mg/g, respectively. The oxygen radical absorbance capacity (ORAC) of EE ($3,483.37{\mu}M/g$ FW) was higher than those of HE ($2,687.52{\mu}M/g$ FW), UE ($2,300.45{\mu}M/g$ FW), and PE ($2,117.62{\mu}M/g$ FW). The DPPH and ABTS radical scavenging activities of EE at $1,000{\mu}g/mL$ were 65.84%, and 97.52%, respectively. The superoxide radical scavenging activity of EE was 67.77~98.74% ($100{\sim}500{\mu}g/mL$) higher than those of other extracts. The ferric reducing antioxidant power and reducing power of EE were $189.00{\sim}974.80{\mu}M$, and 0.12~0.82, respectively. The tyrosinase inhibitory activity of EE (23.25~67.20%) improved with an increase treatment concentration. The antioxidant and tyrosinase inhibitory activities of EE were significantly higher than those of other extracts. In conclusion, we provided experimental evidence that extracts from Mori ramulus have potential as functional materials.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 다양한 생리활성을 가진다고 알려져 있는 상지의 산업적 이용 증대 및 고부가가치 소재 개발을 목적으로 열수추출, 50% 에탄올추출, 초음파추출 및 가압추출 공정을 사용하여 상지 추출물의 추출방법에 따른 항산화 활성을 조사하였다. 추출수율은 가압추출, 초음파추출, 50% 에탄올 추출 및 열수추출 순으로 나타났으며, 총 페놀 함량 및 플라보노이드 함량은 50% 에탄올 추출물에서 각각 334.
본 연구에서는 다양한 유용성분과 생리활성을 가진다고 알려져 있는 상지의 산업적 이용 증대 및 고부가가치 소재 개발의 일환으로 추출방법에 따른 상지 추출물의 항산화 활성을 조사하였으며, 가장 효율적인 추출방법을 확립하는 데 기초자료로 활용하고자 한다.

가설 설정

2)NS: not significant.

제안 방법

)를 이용하여 510 nm에서 흡광도를 측정하였다. FRAP는 FeSO₄･7H₂O(Sigma-Aldrich Co.)를 정량하여 작성한 표준곡선으로부터 계산하였다.
Tyrosinase 저해 활성은 Kameyama 등(34)의 방법을 응용하여 96 well plate에 시료 100 μL, 0.175 M phosphate buffer(pH 6.8) 40 μL, 5 mM L-DOPA 40 μL를 순서대로 넣고 mushroom tyrosinase(2,000 U/mL, SigmaAldrich Co.) 20 μL를 첨가하여 37℃ 배양기에서 10분 동안 반응시킨 다음 생성된 DOPA chrome을 microplate reader(UVM-340, ASYS Co., Eugendorf, Austria)를 이용하여 490 nm에서 흡광도를 측정하였다.
상지 추출물의 제조는 상지 분말 30 g에 증류수를 고형분 대비 20배 첨가하여 아래와 같이 열수추출(HE, hot water extraction), 초음파추출(UE, ultrasonic extraction) 및 가압추출(PE, pressured extraction) 방법으로, 50% 에탄올 추출(EE, 50% ethanol extraction)은 상지 분말 30 g에 50% 에탄올을 고형분 대비 20배 첨가하여 추출물을 제조하였다.
시료 500 μL에 0.1 M Tris-HCl 완충용액(pH 8.5) 100 μL, 100 μM phenazine methosulfate(PMS) 200 μL를 혼합하여 반응시킨 후 500μM nitro blue tetrazolium(NBT) 200 μL 및 500 μM β-nicotinamise adenine dinucleotide(NADH) 400 μL를 첨가하여 실온에서 10분간 반응시킨 다음 분광광도계(Ultraspec 2100pro, Biochrom Ltd.)를 이용하여 560 nm에서 흡광도를 측정하였다.
열수추출 및 50% 에탄올추출은 각각 100℃ 및 80℃에서 3시간 동안 환류냉각추출기(CA-1112, Eyela Co., Tokyo, Japan)를 이용하여 추출하였고 초음파추출은 ultrasonic processor(VCX 400, Sonic & Materials Inc., Newtown, CT, USA)를 이용하여 25℃, 40 kHz, 400 W에서 3시간 동안 추출하였다.
, Cambridge, UK)를 이용하여 725 nm에서 흡광도를 측정하였다. 총 페놀 함량은 tannic acid(Sigma-Aldrich Co., St. Louis, MO, USA)를 정량하여 작성한 표준곡선으로부터 계산하였다.
)를 이용하여 510 nm에서 흡광도를 측정하였다. 총 플라보노이드 함량은 rutin(Sigma-Aldrich Co.)을 정량하여 작성한 표준곡선으로부터 계산하였다.
추출수율은 추출방법별 추출물을 동결건조 시켜서 건물 중량을 구한 다음 추출물 제조에 사용한 원료 건물량에 대한 백분율로 나타내었다.

대상 데이터

검량 곡선을 작성하기 위하여 항산화 활성 비교 표준액으로 Trolox(water soluble analogue of vitamin E, 6-hydroxy-2,5,7,8-tetramethyl-chroman-2-carboxylic acid, Sigma-Aldrich Co.) 10 μL 를 phosphate buffer 50 mL에 용해하여 제조하였고, 측정기기는 multilabel plate readers(VICTOR3, Perkin-Elmer, Inc., Waltham, MA, USA)를 사용하여 485 nm에서 전자가 여기(excitation)되고 538 nm에서 방출(emission)되게 조절하여 본 실험에 적용되었다.
ORAC 측정은 Talcott와 Lee(28)가 항산화 활성 측정에 사용한 분석법을 이용하였다. 본 시험에서 시료 및 Trolox 의 농도별 희석과 실험용 시료의 제조에는 중성 phosphate buffer(61.6:38.9, v/v, 0.75 M K₂HPO₄ and 0.75 M NaH₂PO₄)를 사용하였다. 검량 곡선을 작성하기 위하여 항산화 활성 비교 표준액으로 Trolox(water soluble analogue of vitamin E, 6-hydroxy-2,5,7,8-tetramethyl-chroman-2-carboxylic acid, Sigma-Aldrich Co.
본 실험에 사용된 상지는 국내에서 수확한 것을 (주)류충현약용버섯(Andong, Korea)에서 제공받아 사용하였다. 상지를 음지에서 자연 건조하여 수분이 30~40%일 때 분쇄기(FM-909W, Hanil, Co.
본 실험에 사용된 상지는 국내에서 수확한 것을 (주)류충현약용버섯(Andong, Korea)에서 제공받아 사용하였다. 상지를 음지에서 자연 건조하여 수분이 30~40%일 때 분쇄기(FM-909W, Hanil, Co., Sejong, Korea)로 분쇄하여 -20℃ 이하의 암소에 보관하면서 추출용 시료로 사용하였다.

데이터처리

실험결과는 3회 반복실험의 평균±표준편차로 나타내었고 SPSS(19.0, SPSS Inc., Chicago, IL, USA)를 이용하여 분산분석(ANOVA)을 실시하였고 각 측정 평균값의 유의성(P<0.05)은 Duncan's multiple range test로 검정하였다.

이론/모형

DPPH(1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl) radical 소거 활성 측정(29)은 DPPH의 환원력을 이용하여 측정하였다. 즉 시료 0.
FRAP 측정은 Benzie와 Strain(32)의 방법에 따라 다음과 같이 측정하였다. FRAP reagent는 25 mL acetate buffer(300 mM, pH 3.
ORAC 측정은 Talcott와 Lee(28)가 항산화 활성 측정에 사용한 분석법을 이용하였다. 본 시험에서 시료 및 Trolox 의 농도별 희석과 실험용 시료의 제조에는 중성 phosphate buffer(61.
Superoxide radical 소거 활성 측정은 Nishikimi(31)의 방법에 따라 다음과 같이 측정하였다. 시료 500 μL에 0.
총 페놀 함량 측정은 Folin-Denis법(26)에 따라 1 mg/mL 농도로 희석한 시료 1 mL에 1 N Folin Ciocalteu reagent 1 mL를 첨가하고 충분히 혼합하여 반응시킨 후 20% Na₂CO₃ 1 mL를 첨가하고 실온의 암소에서 30분간 반응시킨 다음 분광광도계(Ultraspec 2100pro, Biochrom Ltd., Cambridge, UK)를 이용하여 725 nm에서 흡광도를 측정하였다. 총 페놀 함량은 tannic acid(Sigma-Aldrich Co.
총 플라보노이드 함량 측정은 Jia 등(27)의 방법에 따라1 mg/mL 농도로 희석한 시료 1 mL에 5% NaNO2 150 μL를 혼합하여 실온에서 6분간 반응시킨 다음 10% AlCl3 300μL와 혼합하여 다시 실온에서 5분간 반응시킨 후 1 N NaOH 1 mL와 혼합한 다음 분광광도계(Ultraspec 2100 pro, Biochrom Ltd.)를 이용하여 510 nm에서 흡광도를 측정하였다.
환원력 측정은 Oyaizu(33)의 방법에 따라 다음과 같이 측정하였다. 시료 1 mL에 0.

성능/효과

1,000 μg/mL 농도에서 EE 97.52%로 유의적으로 높은 활성을 나타내었으며, HE 93.86%, UE 87.82%, PE 86.64% 순이었다.
100~1,000 μg/ mL 농도에서 HE 145.48~818.28 μM, UE 81.85~488.81μM, PE 128.68~854.55 μM로 모든 추출물에서 농도 의존적으로 FRAP가 증가됨을 확인하였다.
100~1,000 μg/mL 농도에서 HE, UE 및 PE가 각각 23.90~48.42%, 19.85~32.84% 및 17.03~29.78%로 분석되어 모든 시료에서 농도 의존적으로 tyrosinase 저해 활성이 증가하였다.
Shin(22)은 상지 70% 에탄올 추출물의 DPPH radical 소거 활성을 조사한 결과 10 μg/mL에서 16% 및 100μg/mL에서 73%로 오미자, 홍화씨와 유사한 결과를 나타내 었으며, 농도 의존적으로 높은 활성을 나타낸다고 보고하였다. ABTS radical 소거 활성은 모든 시료에서 농도가 증가 함에 따라 소거 활성이 증가하였으며, 특히 EE에서 42.35~97.52%로 가장 높은 활성을 나타내어 DPPH radical 소거 활성과 유사한 경향을 나타내었다. 1,000 μg/mL 농도에서 EE 97.
DPPH radical 소거 활성은 50% 에탄올 추출물이 100~1,000 μg/mL 농도에서 17.34~65.84%로 가장 높은 활성을 나타내었으며, ABTS radical 소거 활성은 모든 시료에서 농도가 증가함에 따라 소거 활성이 증가하였다.
DPPH radical 소거 활성은 EE 실험구가 100~1,000 μg/mL 농도에서 17.34~65.84%로 가장 높은 활성을 나타내었으며, 특히 1,000 μg/mL 농도에서는 양성대조군으로 사용한 ascorbic acid(77.49%)의 약 0.85배의 활성을 나타내었다.
FRAP 및 환원력은 50% 에탄올 추출물이 100~1,000 μg/mL 농도에서 각각 189.00~974.80 μM 및 0.12~0.82로 가장 우수하였다.
HE, EE, UE 및 PE에서 추출된 상지 추출물 500 μg/mL 농도에서 각각 98.26%, 98.74%, 97.95% 및 97.63%로 높은 활성을 나타내었으며, 특히 모든 추출방법에서 500 μg/ mL 농도는 양성대조군으로 사용한 catechin(87.36%)보다 높은 활성을 나타내어 상지 추출물의 superoxide radical 소거 활성이 우수함을 확인하였다.
ORAC 측정 결과 EE에서 g당 3,483.37 μM로 가장 우수한 값을 나타내었으며, HE(2,687.52 μM), UE(2,300.45 μM) 및 PE(2,117.62 μM) 순으로 분석되었다.
Superoxide radical 소거 활성은 추출방법별 100~500 μg/mL 농도에서 62.56~98.74%로 높은 소거 활성을 나타내었다.
Superoxide radical 소거 활성은 추출방법별 100~500 μg/mL 농도에서 62.56~98.74%로 높은 소거 활성을 나타냈으며 농도 의존적으로 증가하였다.
62 μM) 순으로 분석되었다. Table 1에서 나타낸 것처럼 ORAC 값은 페놀화합물의 함량이 상대적으로 높은 50% 에탄올 추출물(334.66 mg/g)에서 가장 높은 것을 확인하였다. Ronald 등(36)은 총 페놀 함량이 증가함에 따라 ORAC 값이 증가한다고 보고하였는데, 본 연구 결과와 일치하였다.
82로 가장 우수하였다. Tyrosinase 저해 활성은 50%에탄올 추출물이 1,000 μg/mL에서 67.20%로 가장 높은 활성을 나타내었다. 따라서 50% 에탄올 추출방법이 상지의 항산화 활성이 우수한 추출물 제조방법으로 적합하였으며 산업적으로 적용 가능할 것으로 사료된다.
Tyrosinase 저해 활성은 EE 100~1,000 μg/ mL 농도에서 23.25~67.20%로 높은 활성을 나타내었으며, 특히 1,000 μg/mL 농도에서는 양성대조군으로 사용한 ascorbic acid(78.96%)의 약 0.85배의 활성을 나타내었다.
다른 추출방법은 100~1,000 μg/mL 농도에서 HE 10.46~48.95%, PE 11.75~44.64% 및 UE 10.32~34.82% 순이었으며, 모든 시료에서 농도 의존적으로 증가하였다.
20%로 가장 높은 활성을 나타내었다. 따라서 50% 에탄올 추출방법이 상지의 항산화 활성이 우수한 추출물 제조방법으로 적합하였으며 산업적으로 적용 가능할 것으로 사료된다.
또한 Shin(22)은 상지 70% 에탄올 추출물의 tyrosinase 저해 활성을 조사한 결과 10 μg/mL에서 43% 및 100 μg/mL에서 74%로 인삼, 약쑥 등 다른 약용식물보다 유의적으로 높은 활성을 나타내어 멜라닌 생합성을 억제할 수 있는 화장품 개발에 활용될 수 있을 것이라 보고하여 본 연구 결과와 유사하였다. 따라서 추출방법에 따른 상지 추출물의 다양한 항산화 활성의 결과를 살펴볼 때, 50% 에탄올로 추출한 실험구간이 가장 우수하여 상지를 기능성 소재로 개발하기 위한 추출방법으로 활용 가능하다 사료된다.
Lim 등(37)은 상엽, 상지 및 상백피 메탄올 추출물의 ABTS radical 소거 활성을 조사한 결과 상엽에서 유의적으로 높은 활성을 나타냈으며, 상지 및 상백피 3~30 μg/mL에서 약 5~10%로 다소 낮은 활성을 나타내었으나 이는 합성 항산화제인 BHA와 ascorbic acid와 비교하기 위해 낮은 농도에서 조사한 결과 때문이라 판단된다. 모든 시료에서 ABTS radical 소거 활성이 DPPH radical 소거 활성에 비하여 높은 활성을 나타내었는데, 이는 다수의 연구에서 ABTS radical 소거 활성의 경우 DPPH radical 소거 활성보다 수소 공여 항산화 물질과 chain breaking 항산화 물질을 모두 측정할 수 있어 더 높은 활성을 나타낸다고 보고하여 본 연구 결과와 일치하였다(30,38).
50% 에탄올은 물과 유기용매가 혼합되어 있으므로 상지에 함유되어 있는 페놀성물질의 용출이 용이했기 때문으로 사료되며, 이는 추출방법 및 용매에 따른 청나래 고사리의 총 페놀 함량 분석에서 추출방법에 관계없이 80% 에탄올로 추출했을 때 추출수율이 가장 우수하다는 보고와 유사하였다(8). 상지의 추출방법에 따른 총 페놀 함량은 206.56~334.66 mg/g으로 유의적인 차이를 나타내었으나, 총 플라보노이드 함량은 33.59~35.64 mg/g으로 유의적인 차이를 나타내지 않았다. ORAC 분석은 AAPH로부터 유도된 peroxyl radical에 대한 소거 활성을 형광도로 측정하며, peroxyl radical 손상에 대한 억제 시간과 억제율을 모두 반영하는 측정 방법이다(35).
65%)에서 수율이 향상된다고 보고한 Kim 등(6)의 연구 결과와 유사하였다. 총 페놀 및 플라보노이드 함량은 EE에서 각각 334.66 mg/g 및 35.64 mg/g으로 가장 많이 함유되어 있었으며 다른 추출방법에 비해 상지를 50% 에탄올로 추출 하였을 때 페놀성물질의 함량이 가장 우수함을 확인하였다. 50% 에탄올은 물과 유기용매가 혼합되어 있으므로 상지에 함유되어 있는 페놀성물질의 용출이 용이했기 때문으로 사료되며, 이는 추출방법 및 용매에 따른 청나래 고사리의 총 페놀 함량 분석에서 추출방법에 관계없이 80% 에탄올로 추출했을 때 추출수율이 가장 우수하다는 보고와 유사하였다(8).
95%로 높은 활성을 나타내었다고 보고하였는데, 본 연구의 상지 추출물과 유사한 활성을 나타냄을 확인하였다. 추출방법에 따른 상지 추출물의 radical 소거 활성을 조사한 결과 각 실험에 사용되는 radical에 따라 활성이 서로 다르게 나타남을 확인하였으며 이를 저해하는 활성을 나타내는 물질들의 용출에도 차이가 있을 것으로 사료된다.
추출수율은 가압추출, 초음파추출, 50% 에탄올 추출 및 열수추출 순으로 나타났으며, 총 페놀 함량 및 플라보노이드 함량은 50% 에탄올 추출물에서 각각 334.66 mg/ g 및 35.64 mg/g으로 가장 높은 함량을 나타내었으며, ORAC은 50% 에탄올 추출물에서 g당 3,483.37 μM로 가장 높은 값을 나타내었다.
추출방법에 따른 상지 추출물의 추출수율, 총 페놀, 총 플라보노이드 함량 및 ORAC 값은 Table 1과 같다. 추출수율은 각각 열수추출(HE), 50% 에탄올추출(EE), 초음파추출(UE) 및 가압추출(PE)에서 유의적인 차이를 나타내었으며, PE(3.07%), UE(1.43%), EE(1.18%) 및 HE(1.07%) 순으로 가압추출이 가장 높았고 열수추출 구간이 가장 낮았다. PE가 높은 추출수율을 나타내는 것은 고압 하에서 단백질이 변성되거나 세포막이 비가역적으로 분해되어 막 투과성이 증가됨에 따라 물질 이동이 용이해지는 관계로 보다 많은 성분이 세포 밖으로 용출된 것이라 판단되며, 이는 돼지감자잎의 환류냉각추출(29.
특히 EE의 1,000 μg/mL 농도에서 0.82로 양성대조군으로 사용된 ascorbic acid(0.78)보다 유의적으로 높은 활성을 나타내었다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	상지란 무엇인가?	상지(桑枝, Mori ramulus)는 뽕나무과(Moraceae)에 속하는 낙엽교목인 뽕나무(Morus alba L.)의 어린가지로 늦은 봄과 초여름에 절취하여 쇄건한 것으로 눈상지, 상조 등의 이명이 있다(12). 성상은 긴 원주형으로 준비된 것도 있으며 길이는 일정하지 않고 지름은 0.
	열수추출, 50%에탄올 추출, 초음파추출, 가압추출로 추출방법에 따른 상지 추출물의 추출수율을 비교한 결과, 최고 및 최저 추출수율을 나타내는 추출방법은?	18%) 및 HE(1.07%) 순으로 가압추출이 가장 높았고 열수추출 구간이 가장 낮았다. PE가 높은 추출수율을 나타내는 것은 고압 하에서 단백질이 변성되거나 세포막이 비가역적으로 분해되어 막 투과성이 증가됨에 따라 물질 이동이 용이해지는 관계로 보다 많은 성분이 세포 밖으로 용출된 것이라 판단되며, 이는 돼지감자잎의 환류냉각추출(29.
	천연물 소재 활성 연구 시, 이상적인 천연물 추출 공정 조건은?	항산화 활성이 우수한 천연물을 활용하기 위해서는 천연물 소재에 대한 활성의 탐색과 별도로 생물자원의 특징을 고려한 제조공정에 관한 검토가 필요하다(7). 적은 공간과 비용으로 다량의 기능성 소재를 생산할 수 있어야 하며, 저렴한 비용으로 동일한 양의 천연물로부터 가급적 다량의 유용물질을 생산할 수 있는 추출공정이 개발되어야 한다(8). 열수추출은 일반적으로 식품의 추출방법으로 많이 이용되어 왔으나 가용성분 위주의 추출로 인해 낮은 추출수율, 높은 에너지소비 및 열에 의한 유용성분 파괴 등과 같은 단점이 있으므로 천연물의 추출효율을 증가시키기 위하여 에탄올추출, 초음파추출, 가압추출 등 여러 가지 추출방법이 시도되고 있다(8).

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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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