[논문]멜라토닌 및 관련 인돌 화합물의 산화방지능과 들기름 산화에 대한 억제 효과

김석중

doi:10.9721/kjfst.2016.48.6.610

멜라토닌 및 관련 인돌 화합물의 산화방지능과 들기름 산화에 대한 억제 효과
Antioxidant activity and inhibitory effect of melatonin and the relative indole compounds on perilla oil oxidation 원문보기

한국식품과학회지 = Korean journal of food science and technology, v.48 no.6, 2016년, pp.610 - 617

김석중 (동덕여자대학교 식품영양학과)

초록
AI-Helper

멜라토닌은 척추동물 뇌의 송과선에서 생성되는 인돌 호르몬으로 알려졌으나 그 이후로 동물, 식물, 미생물을 포함한 대부분의 생물체에서도 존재하고 멜라토닌 함유 식품을 섭취 시 생체내에 흡수되며, 다양한 기능성과 함께 강한 산화방지능이 확인되어 기능성 소재로서의 관심이 높다. 하지만 이를 식품의 산화방지용으로 활용하고자 한 연구는 없었기에, 본 연구에서는 유지식품의 산화방지용 소재로서 멜라토닌의 활용 가능성을 조사하였다. 이를 위해 먼저 DPPH, ABTS, FRAP, ORAC법을 이용하여 멜라토닌의 산화방지능을 조사하였고, 실제 유지식품으로서 들기름에 대한 산화방지 효과를 분석하였다. 또한 멜라토닌 합성경로에 관련된 다른 인돌 화합물인 트립토판, 트립타민, N-아세틸 세로토닌, 세로토닌과도 그 효과를 비교하였다. DPPH, ABTS, FRAP 법으로 분석한 멜라토닌의 산화방지능은 매우 낮았으나 ORAC 법에서는 가장 높은 효능을 나타내었다. 반면 세로토닌은 반대의 경향을 나타내 분석법에 따라 산화방지능에서의 차이가 나타났다. 들기름에 인돌 화합물들을 각각 1%(w/w) 농도로 첨가한 후 Rancimat법으로 산화 유도기간을 분석한 결과, 멜라토닌 첨가구에서의 산화 유도기간은 $2.93{\pm}0.47h$로 대조구의 $1.43{\pm}0.26h$에 비해 2배 가량 연장되었으며 뷰틸하이드록시톨루엔 효과의 약 50% 수준에 달해 실제 유지식품에서 산화방지 효과가 있었다. 조사한 인돌 화합물들 중에는 트립타민($9.52{\pm}1.43h$)이 들기름의 산화억제에 가장 효과적이었고 다음으로 세로토닌, 트립토판이 유사하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

Melatonin, known as a powerful wide-spectrum antioxidant, is consumed as a food supplement in some countries, but its applicability as an antioxidant additive was not yet studied. Therefore, we evaluated the antioxidant activity of melatonin by DPPH, ABTS, FRAP and ORAC assays as well as its ability to inhibit perilla oil oxidation. The activities of four other related indoles were also compared. Melatonin showed the highest antioxidant activity (mmol trolox equivalent per mol indole, mmol TE) in ORAC (2,159) assay, but a low antioxidant activity in DPPH (0.63), ABTS (91), and FRAP (764) assays, whereas serotonin showed an opposite result. Addition of 1% (w/w) melatonin to perilla oil extended the induction period of oxidation up to about 2 times ($2.93{\pm}0.47h$) compared to that of control ($1.43{\pm}0.26h$) in the Rancimat assay, corresponding to almost 50% of the ability of butylated hydroxyl toluene (BHT). Tryptamine was the most effective indole that inhibited perilla oil oxidation ($9.53{\pm}1.43h$).

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

이에 본 연구에서는 일반적인 분석법들을 이용해 멜라토닌의 산화방지능을 측정하였고 구조적 특성과의 관계도 살펴보기 위해 관련 인돌 화합물들과도 비교하였다. 그리고 식품의 산화방지용 소재로서의 활용 가능성을 검토하기 위하여 실제 식품계인 들기름에 대한 산화억제 효과도 평가하였다.
이에 본 연구에서는 일반적인 분석법들을 이용해 멜라토닌의 산화방지능을 측정하였고 구조적 특성과의 관계도 살펴보기 위해 관련 인돌 화합물들과도 비교하였다. 그리고 식품의 산화방지용 소재로서의 활용 가능성을 검토하기 위하여 실제 식품계인 들기름에 대한 산화억제 효과도 평가하였다.

제안 방법

하지만 세로토닌 합성까지는 차이가 있는데, 동물에서는 트립토판의 수산화가 먼저 일어나 5-하이드록시 트립토판이 생성 된 후 탈탄산화에 의해 세로토닌으로 전환되는 반면 식물에서는 먼저 탈탄산화가 일어난 후 트립타민으로 전환된 다음 수산화를 통해 세로토닌이 생성된다(21,26). 본 실험에서는 멜라토닌 및 동·식물에서의 공통적인 인돌 화합물인 트립토판, 세로토닌, N-아세틸 세로토닌, 그리고 식물에서 나타나는 트립타민의 산화방지능을 비교하였다. 산화방지능 평가는 기본적으로 환원력에 기초한 DPPH, ABTS, FRAP, ORAC법을 이용하였다.
본 실험에서는 멜라토닌 및 동·식물에서의 공통적인 인돌 화합물인 트립토판, 세로토닌, N-아세틸 세로토닌, 그리고 식물에서 나타나는 트립타민의 산화방지능을 비교하였다. 산화방지능 평가는 기본적으로 환원력에 기초한 DPPH, ABTS, FRAP, ORAC법을 이용하였다. 일반적으로 산화방지능은 그 메커니즘에 따라 산화방지제로부터의 전자전달(electron transfer, ET)능이나 수소원자전달(hydrogen atom transfer, HAT)능으로 구분하나 명확하지 않은 경우도 많다.

대상 데이터

그 외 모든 시약은 분석등급이었다. 들기름은 일반 들깨를 120℃에서 25분간 볶은 후 180℃에서 압착하여 착유한 제품을 인근 마트(Seoul, Korea)에서 구입하여 사용하였다.
멜라토닌 및 관련 인돌 화합물인 트립토판, 트립타민, 세로토닌, N-아세틸 세로토닌은 Sigma-Aldrich 사(St. louis, MO, USA)에서 구입하였다. 산화방지능 분석 시약으로 1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl (DPPH), 2,2'-azinobis (3-ethylbenzo thiazoline-6-sulfonic\acid (ABTS), potassium persulfate (K₂S₂O₈), 2,4,6-tripyridyl-s-triazine (TPTZ), ferric chloride hexahydrate (FeCl₃6H₂O), 2,2'-azobis (2-amidino propane) dihydrochloride (AAPH), sodium fluorescein, 트롤록스(6-hydroxy-2,5,7,8-tetramethylchroman-2-carboxylic acid, trolox), 뷰틸하이드록시톨루엔도 동일 사의 제품을 사용하였다.

데이터처리

DPPH, ABTS, FRAP 및 ORAC법 분석은 최소 3회 이상, Rancimat법 분석은 최소 2회 이상을 실시하였고, 그 결과를 평균±표준편차로 나타내었다. 통계분석은 SPSS Software Package(SPSS Inc., Chicago, IL, USA)를 이용한 일원배치분산분석(on way ANOVA)법으로 분산분석을 하였고, p<0.05 수준에서의 조사항목 간 유의성을 검정하기 위해 Duncan의 다중 검정법을 수행하였다.

이론/모형

ORAC은 산소 라디칼 흡수능(oxygen radical absorbance capacity)으로 Huang 등의 방법(25)에 따라 시료의 산화방지능을 분석하였는데 모든 시료 및 시약은 75 mM 인산 완충용액(phosphate buffer, pH 7.4)에 녹여 사용하였다. 농도 별로 희석한 시료용액 25 μL와 80 nM 농도의 sodium fluorescein 125 μL를 96-well microplate에 넣고 3분 동안 교반시킨 후 37℃에서 30분 동안 반응시켰다.
들기름은 불포화 지방산, 특히 리놀렌산의 함량이 다른 유지에 비해 매우 높아 산화되기 쉽기에 이의 안정화 연구에 대한 관심이 높다(42). 이에 산화방지제로서 멜라토닌 및 관련 인돌 화합물들의 활용 가능성을 확인하고자 들기름에 1%(w/w) 농도로 첨가한 후 이들이 들기름의 산화에 미치는 효과를 Rancimat법을 이용해 분석하였다. 그 결과, Fig.

성능/효과

이에 산화방지제로서 멜라토닌 및 관련 인돌 화합물들의 활용 가능성을 확인하고자 들기름에 1%(w/w) 농도로 첨가한 후 이들이 들기름의 산화에 미치는 효과를 Rancimat법을 이용해 분석하였다. 그 결과, Fig. 4에 나타난 바와 같이 모든 인돌 화합물들이 산화 유도기간을 유의적으로 증가시켜 들기름 산화에 효과가 있음이 확인되었다. 멜라토닌(2.
한편, 인돌 화합물들의 산화방지능과 들기름에 대한 산화방지 효과를 비교해 보았다. 그 결과, 유지산화와 관련이 있는 ORAC 법에서 확인된 퍼록시 라디칼에 대한 소거능은 멜라토닌, 트립토판, 트립타민에서 유사하게 높았으나 들기름에서의 산화방지효과는 트립타민>트립토판>멜라토닌 순이었는데 이는 DPPH, ABTS, FRAP법에서 확인된 전자전달능의 차이에 기인한 것으로 판단된다. 반면 전자전달능이 가장 우수하였던 세로토닌은 낮은 퍼록시 라디칼 소거능으로 인해 트립타민보다 효과가 낮았으나 강한 전자전달능으로 인해 트립토판과는 유사하고 멜라토닌보다는 효과가 컸을 것으로 판단된다.
이처럼 분석방법에 따른 일부 차이에도 불구하고 전자전달능에 기초한 분석법들의 결과는 일반적으로 유사한 경향을 보인다고 알려져 있는데(37), 본 실험의 세 방법에서도 5-OH기를 가진 인돌 화합물이 멜라토닌과 같이 5-OH기가 없는 인돌 화합물보다는 높은 산화방지능을 보였다. 하지만 이 방법들은 생체나 식품에 존재하지 않는 라디칼 또는 물질들을 사용하며 생체조건과 다른 반응용액, 그리고 일정시간 반응 후의 변화만을 측정하기에 실지 식품이나 생체에서의 효능에 바로 연관 짓기는 쉽지 않다.

후속연구

반면 전자전달능이 가장 우수하였던 세로토닌은 낮은 퍼록시 라디칼 소거능으로 인해 트립타민보다 효과가 낮았으나 강한 전자전달능으로 인해 트립토판과는 유사하고 멜라토닌보다는 효과가 컸을 것으로 판단된다. 이에 따라 전자전달능(DPPH, ABTS, FRAP법) 분석과 퍼록시 라디칼 소거능(ORAC법) 분석에서 모두 효과가 높은 소재를 발굴한다면 이 소재는 유지와 같은 실제 식품계에서도 효과가 있을 것으로 판단된다. 하지만 유지식품의 산화에는 지방산 불포화도, 산소, 온도, 수분, 광선 산화 촉진제, 산화방지제 존재 여부 등 매우 복잡하기에(7), 최적의 소재 발굴을 위해서는 추가적인 산화방지 평가법의 적용이나 방법 간 가중치 부여 등에 대한 연구가 필요하다고 판단된다.
이에 따라 전자전달능(DPPH, ABTS, FRAP법) 분석과 퍼록시 라디칼 소거능(ORAC법) 분석에서 모두 효과가 높은 소재를 발굴한다면 이 소재는 유지와 같은 실제 식품계에서도 효과가 있을 것으로 판단된다. 하지만 유지식품의 산화에는 지방산 불포화도, 산소, 온도, 수분, 광선 산화 촉진제, 산화방지제 존재 여부 등 매우 복잡하기에(7), 최적의 소재 발굴을 위해서는 추가적인 산화방지 평가법의 적용이나 방법 간 가중치 부여 등에 대한 연구가 필요하다고 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	체내 산화적 스트레스를 줄일 수 있는 산화방지제는 어떤 것이 있는가?	정상적인 생체조건에서는 과도한 ROS가 효소적 산화방지제(초과산화물제거효소, 카탈레이스, 글루타싸이온 환원효소, 과산화효소 등)와 비효소적 산화방지제(글루타싸이온, 리포산, L-아르기닌, 조효소 Q10, 멜라토닌 등)에 의해 억제되지만(4) 체내 산화방지제의 부족이나 ROS를 증가시키는 외부요소(담배연기, 알코올, 자외선, 오존 등)에 노출 되면 ROS가 증가하는 산화적 스트레스 상태가 된다(5). 그러나 외부로부터 비타민 E와 C, 베타카로틴, 페놀화합물, 셀레니움 같은 다양한 산화방지제를 섭취하면 체내의 산화적 스트레스를 줄일 수 있으며(2), 산화방지 물질이 풍부한 과일이나 채소 등의 식품을 섭취하면 ROS와 관련된 심혈관 질환, 고혈압, 암, 당뇨, 염증 등을 줄일 수 있음이 보고되어 있다(2,6).
	멜라토닌 합성경로에 관련된 인돌 화합물 중 세로토닌은 동물, 식물에서 어떻게 합성하는가?	1에 나타낸 바와 같이 동물, 식물 모두에서 아미노산인 트립토판에서 합성이 되며 세로토닌 이후의 과정은 동일하다. 하지만 세로토닌 합성까지는 차이가 있는데, 동물에서는 트립토판의 수산화가 먼저 일어나 5-하이드록시 트립토판이 생성 된 후 탈탄산화에 의해 세로토닌으로 전환되는 반면 식물에서는 먼저 탈탄산화가 일어난 후 트립타민으로 전환된 다음 수산화를 통해 세로토닌이 생성된다(21,26). 본 실험에서는 멜라토닌 및 동·식물에서의 공통적인 인돌 화합물인 트립토판, 세로토닌, N아세틸 세로토닌, 그리고 식물에서 나타나는 트립타민의 산화방지능을 비교하였다.
	활성산소 중 비라디칼 산화제는 어떤 종류가 있는가?	활성산소(reactive oxygen species, ROS)는 산화작용이 강한 산소종으로, 라디칼(수퍼옥사이드: O2·−, 하이드록시: HO·, 퍼록시: ROO·, 하이드로퍼록시: HOO·)과 쉽게 라디칼로 바뀔 수 있는 비라디칼 산화제(과산화수소: H2O2, 하이포염소산: HClO, 오존: O3)

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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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