The objective of this study was to investigate the useful components and potential antioxidant activities of 30 marine algae, collected from Jeju Island in Korea. The contents of bioacitve substance of extracts from marine algae, such total polyphenol and carbohydrate, were determined. The extract o...
The objective of this study was to investigate the useful components and potential antioxidant activities of 30 marine algae, collected from Jeju Island in Korea. The contents of bioacitve substance of extracts from marine algae, such total polyphenol and carbohydrate, were determined. The extract of Distromium decumbens had the highest amount of total polyphenol content (21.27%), and that of Gracilaria incurvata Okamura had the highest amount of total carbohydrate content (10.18%). The antioxidant activities of extracts obtained from algae were tested through the evaluation of DPPH radical and hydroxyl radical scavenging activity. The extracts of Distromium decumbens, Sargassum hemiphyllum (Turner) C.Agardh, Sargassum serratifolium (C. Agardh) C. Agardh and Acrosorium yendoi Yamada were found to have more than 80% DPPH radical scavenging activity and that of Dictyota okamurae (Dawson) $H{\ddot{o}}tning$, Schnetter, et Prud'homme van Reine, Myagropsis myagroides (Martens ex Turner) Fensholt, Sargassum serratifolium (C. Agardh) C. Agardh and Cladophora wrightiana Harvey showed more than 50% hydroxyl radical scavenging activity. These results suggest that algae collected from Jeju Island would be good raw materials for antioxidant.
The objective of this study was to investigate the useful components and potential antioxidant activities of 30 marine algae, collected from Jeju Island in Korea. The contents of bioacitve substance of extracts from marine algae, such total polyphenol and carbohydrate, were determined. The extract of Distromium decumbens had the highest amount of total polyphenol content (21.27%), and that of Gracilaria incurvata Okamura had the highest amount of total carbohydrate content (10.18%). The antioxidant activities of extracts obtained from algae were tested through the evaluation of DPPH radical and hydroxyl radical scavenging activity. The extracts of Distromium decumbens, Sargassum hemiphyllum (Turner) C.Agardh, Sargassum serratifolium (C. Agardh) C. Agardh and Acrosorium yendoi Yamada were found to have more than 80% DPPH radical scavenging activity and that of Dictyota okamurae (Dawson) $H{\ddot{o}}tning$, Schnetter, et Prud'homme van Reine, Myagropsis myagroides (Martens ex Turner) Fensholt, Sargassum serratifolium (C. Agardh) C. Agardh and Cladophora wrightiana Harvey showed more than 50% hydroxyl radical scavenging activity. These results suggest that algae collected from Jeju Island would be good raw materials for antioxidant.
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문제 정의
본 연구에서는 제주에 서식하는 해조류 30종 에대한 총 폴리페놀 및 총 당 함량 분석과 항산화능 평가를 위해 DPPH 및 hydroxyl 라디칼 소거활성을 측정하였다. 그 결과, 다른 분류군에 비해 폴리페놀함량과 당 함량은 갈조류와 홍조류에서 각각 높았으며, 녹조류에 속하는 갈색대마디말은 각각 폴리페놀과 당 함량이 갈조류와 홍조류에 비해 낮은 것으로 확인되었다.
또한, 항산화, 항암, 항바이러스, 항염증 등과 같은 다양한 생리활성 효과에 대한 보고가 증가함에 따라, 해조류에 대한 연구가 국내외에서 꾸준히 이루어지고 있다 [10]. 이에 본 연구에서는 제주 연안에 서식하는 해조류 30종의 유용성분 함량 및 항산화능을 평가하고 천연 항산화제로서의 잠재성에 대하여 확인하고자 수행되었다.
이에 본 연구에서는 제주 연안에서 서식하는 30종의 해조류에 대한 70% 에탄올 추출물을 이용하여 유용성분 함량 및 항산화 효과를 확인하여 천연 항산화제로서의 응용 가능성을 확인하고자 연구를 수행 하였다.
제안 방법
Experiment was performed in triplicate and data mean±standard deviation.
해조류 분류군에 따른 성분 분석 및 생리 활성 측정에 대한 연구들은 갈조류가 녹조류나 홍조류에 비해 비교적 우수한 생리활성을 보인다고 보고하였다 [24]. 본 연구에 사용된 해조류 30종을 갈조류, 홍조류, 녹조류 순으로 분류하여 학명, 국명, 폴리페놀 및 당 함량 측정 결과를 Table 1에 나타내었다.
주로 항산화제의 보호능력은 자유 라디칼 소거능, 항산화 효소의 활성, 산화 효소의 억제 등을 통해 평가한다. 본 연구에서는 항산화제의 보호능력을 평가하기 위해 자유 라디칼 및 활성산소종 소거능을 이용하였다. 자유 라디칼 소거능 측정을 위해 화학적으로 유도되어 비교적 안정적이며 반응계에서 전자를 공여 받으면 고유의 자색이 없어지는 특성을 가진 DPPH 라디칼에 대한 소거능 측정법[7]을 사용하고, 활성산소종 소거능 측정을 위해 생체 대사과정에서 Fe2+나 Cu2+이온의 존재 하에서 과산화수소가 분해되어 생성되며, 활성산소종 중에서도 반응성이 강해 생체 내 각종 조직 등의 산화와 돌연변이를 유발하는 물질로 알려진 hydroxyl 라디칼에 대한 소거능 측정법을 사용하였다 [24].
시료 20 μL에 5% phenol 20 μL와 sulfuric acid 100 μL를 가하여 상온에서 10분간 반응시킨 후 microplate reader를 사용하여 490 nm에서 흡광도를 측정하였으며, 표준검량곡선은 표준물질로 glucose를 이용하여 동일한 방법으로 작성된 표준곡선으로부터 총 당 함량으로 환산하였다.
시료의 자유 라디칼 소거능 측정을 위한 DPPH 라디칼 소거능은 0.625 mg/mL과 1.25 mg/mL의 두 가지 농도에서 각각 측정하였으며, 결과는 Fig. 1과 같다. 0.
즉, 시료 20 μL에 Folin-Ciocalteu’ phenol reagent (Sigma Chemical Co., St. Louis, MO, USA) 100 μL를 넣어 혼합한 후 상온의 암실에서 3분동안 반응시킨 후,7.5% Na2CO3 용액을 80 μL를 가하여 20분간 다시 상온의 암실에서 반응시킨 후 micro-plate reader (PowerWave XS2, BioTek Instruments, Inc., USA)를 사용하여 765 nm에서 흡광도를 측정하였으며, 표준검량곡선은 표준물질로 gallic acid를 사용하여 동일한 방법으로 작성된 표준곡선으로부터 총 폴리페놀 함량으로 환산하였다.
대상 데이터
본 실험의 주재료인 제주 연안에 서식 해조류 30종에 대한 추출물은 국립 해양 생물 자원관에서 제공받아 연구를 수행하였다. 70% 에탄올 추출은 다음과 같이 진행하였다.
그 후 whatman filter paper를 이용하여 여과액을 얻어 40℃에서 회전 감압회전 농축기(Eyela, Tokyo, Japan)로 70% 에탄올을 제거하여 건조된 시료를 얻었다. 본 연구에서는 건조된 시료를 70% 에탄올에 녹여 실험에 사용하였다 [12].
이 연구는 해양수산부 해양 수산 기술 실용화사업(PJT200673), 한국연구재단 신진연구자 지원사업(2013R1A1A1A05013577)과 2016년 국립해양생물자원관의 재원(2016M00600)으로 수행하였다.
데이터처리
모든 실험은 3회 이상 반복하였으며, 그 평균값은 SPSS software (ver. 21)를 사용하여, 각 항목에 따라 평균치±표준편차를 구하여 신뢰수준 95% (p<0.05)에서 통계적 유의차를 평가하였다.
이론/모형
DPPH 라디칼 소거능은 Nanjo 등 [15]의 방법에 준하여 1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl (DPPH) 라디칼에 대한 시료의 전자공여능(Electron donating ability, EDA)을 측정하였다. 시료의 전자공여능 측정을 위해, 시료 100 μL에 0.
Hydroxyl 라디칼 소거능은 Rosen과 Rauckman [16]의 방법에 준하여 측정하였다. 즉, 일정한 농도의 시료 20 μL를 e-tube에 넣은 후 여기에 0.
본 연구에서는 항산화제의 보호능력을 평가하기 위해 자유 라디칼 및 활성산소종 소거능을 이용하였다. 자유 라디칼 소거능 측정을 위해 화학적으로 유도되어 비교적 안정적이며 반응계에서 전자를 공여 받으면 고유의 자색이 없어지는 특성을 가진 DPPH 라디칼에 대한 소거능 측정법[7]을 사용하고, 활성산소종 소거능 측정을 위해 생체 대사과정에서 Fe2+나 Cu2+이온의 존재 하에서 과산화수소가 분해되어 생성되며, 활성산소종 중에서도 반응성이 강해 생체 내 각종 조직 등의 산화와 돌연변이를 유발하는 물질로 알려진 hydroxyl 라디칼에 대한 소거능 측정법을 사용하였다 [24].
총 당 함량은 Dubois의 방법[14]에 준하여 측정하였다. 시료 20 μL에 5% phenol 20 μL와 sulfuric acid 100 μL를 가하여 상온에서 10분간 반응시킨 후 microplate reader를 사용하여 490 nm에서 흡광도를 측정하였으며, 표준검량곡선은 표준물질로 glucose를 이용하여 동일한 방법으로 작성된 표준곡선으로부터 총 당 함량으로 환산하였다.
총 폴리페놀 함량은 Folin과 Denis의 방법[13]에 준하여 측정하였다. 즉, 시료 20 μL에 Folin-Ciocalteu’ phenol reagent (Sigma Chemical Co.
성능/효과
0.625 mg/mL의 농도에서 DPPH 라디칼 소거능은 누은홍잎(R4, 86.14±0.92%), 짝잎모자반(P13, 78.32±0.78%), 고사리모자반(P2, 76.49±0.41%), 꽈배기모자반(P3, 75.68±4.97%), 톱니모자반(P15, 70.73±4.42%) 순으로 높은 소거능을 보였으며, 1.25 mg/mL의 농도에서는 두켜부채(P5, 89.57±0.43%), 누은분홍잎(R4, 85.64±2.21%), 톱니모자반(P15, 84.05±6.47%), 짝잎모자반(P13, 82.43±2.55%) 순으로 높은 소거능이 나타났다.
hydroxyla 라디칼 소거능 또한 0.625 mg/mL과 1.25 mg/mL의 농도로 측정하였으며, 0.625 mg/mL의 농도에서 갈색대마디말(C1, 52.71±0.93%), 톱니모자반(P15, 51.18±0.44%), 잎꼬시래기(R10, 43.36±1.10%), 부챗말(P7, 42.11±0.51%), 미끈뼈대그물말(P6, 41.50±0.59%)의 순서대로 소거능이 높게 나타났으며, 1.25 mg/mL에서는 갈색대마디말(C1, 72.52±1.66%), 외톨개모자반(P10, 58.13±2.55%), 개그물바탕말(P1, 51.57±2.96%), 톱니모자반(P15, 51.34±2.96%), 짝잎모자반(P13, 44.58±3.37%) 순으로 높은 hydroxyl 라디칼 소거능을 보였다.
55%) 순으로 높은 소거능이 나타났다. 결과에 따르면, 갈조류의 DPPH 라디칼 소거능이 녹조류와 홍조류에 비하여 우수하게 나타냈다. 이전 연구 결과에 따르면 [28], 갈조류에는 우수한 항산화 활성을 보이는 플로로탄닌(phlorotannin)이 많이 함유되어 있어 갈조류의 DPPH 라디칼 소거능이 녹조류와 홍조류에 비해 높게 나온 것으로 사료된다.
본 연구에서는 제주에 서식하는 해조류 30종 에대한 총 폴리페놀 및 총 당 함량 분석과 항산화능 평가를 위해 DPPH 및 hydroxyl 라디칼 소거활성을 측정하였다. 그 결과, 다른 분류군에 비해 폴리페놀함량과 당 함량은 갈조류와 홍조류에서 각각 높았으며, 녹조류에 속하는 갈색대마디말은 각각 폴리페놀과 당 함량이 갈조류와 홍조류에 비해 낮은 것으로 확인되었다. 또한, 폴리페놀 함량이 높았던 갈조류가 DPPH와 hydroxyl 라디칼 소거능이 높으며, 녹조류에 속하는 갈색대마디말은 hydroxyl 라디칼 소거능이 높은 것으로 확인되었다.
37%) 순으로 높은 hydroxyl 라디칼 소거능을 보였다. 녹조류에 속하는 갈색대마디 말이 hydrxoyl 라디칼 소거능이 가장 우수하였으나, 전체적으로 갈조류의 hydroxyl 라디칼 소거능이 우수하였다. 갈조류는 이전의 연구에 의해 높은 hydroxyl 라디칼 소거능에 대해서 보고된 바 있으며 [29], 본 연구에서의 결과는 이전 연구와 유사한 양상을 나타내었다.
또한, 총 당 함량을 측정한 결과는 꼬불꼬시래기(R2, 17.35±0.69%)의 총 당 함량이 가장 높게 나타냈으며, 짝잎모자반(P13, 9.66±0.24%), 볏붉은잎(R6, 9.43±0.14%), 외톨개모자반(P10, 9.56±0.14%), 고사리모자반(P2, 8.99±0.24%) 순으로 높은 총 당 함량을 나타났다.
그 결과, 다른 분류군에 비해 폴리페놀함량과 당 함량은 갈조류와 홍조류에서 각각 높았으며, 녹조류에 속하는 갈색대마디말은 각각 폴리페놀과 당 함량이 갈조류와 홍조류에 비해 낮은 것으로 확인되었다. 또한, 폴리페놀 함량이 높았던 갈조류가 DPPH와 hydroxyl 라디칼 소거능이 높으며, 녹조류에 속하는 갈색대마디말은 hydroxyl 라디칼 소거능이 높은 것으로 확인되었다.
시료의 총 폴리페놀 함량을 측정한 결과, 두켜부채(P5, 21.27±0.09%)가 가장 높은 폴리페놀 함량을 나타냈으며, 패(P17, 12.11±0.06%), 갈색대마디말(C1, 9.86±0.51%), 잔가지모자반(P11, 9.26±0.54%), 넓패(P4, 8.99±0.38%) 순으로 총 폴리페놀 함량이 높게 나타났다.
제주 연안 서식 해조류 30종으로부터 추출된 시료들의 자유 라디칼 및 활성산소종 소거능에 대한 결과를 종합적으로 살펴보면, 갈조류는 hydroxyl 라디칼과 DPPH 라디칼 소거능이 모두 높게 나타났으며, 녹조류에 속하는 갈색대마디말은 hydroxyl 라디칼 소거능이 갈조류와 홍조류에 비해 높게 관찰되었다. 이는 갈조류에는 폴리페놀 화합물이 많아 높은 자유 라디칼 소거능을 보이며, 녹조류에는 폴리페놀 화합물과 더불어 다른 항산화 물질이 포함되어 있는 것으로 사료된다.
해당 연구를 통해, 제주 연안에 서식하는 해조류들 중 고함량의 폴리페놀과 당이 포함된 추출물들이 염증, 암, 조직협착, 심혈관 질환 등과 같은 심각한 질환을 야기하는 활성산소종을 효과적으로 소거하는 것을 확인하였으며, 아울러 체내 부작용이 있는 것으로 잘 알려진 BHA, BHT 등의 합성 항산화제의 대체 항산화제로서 가능성을 가지고 있음을 확인하였다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
생체 내에서 항산화제의 주요 기능은?
항산화제는 주로 면역 증진, 생체 내의 산화적 손상 방어와 세포의 신호전달과정에 참여하는 등의 다양한 기능을 가진다. 생체 내에서의 항산화제의 주요 기능은 활성산소종의 작용에 의해 일어나는 체내 손상을 방지하는 것으로, 이를 통해 인체에 대한 산화적 스트레스의 악영향을 줄일 수 있다 [10,11]. 합성 항산화제로 잘 알려져 있는 bytylated hydroxyl anisol(BHA) 및 butylated hydroxyl toluene(BHT) 등은 높은 항산화능에도 불구하고 부작용을 초래한다고 알려져 있어, 최근 천연자원으로부터 부작용이 없는 항산화제를 발굴하기 위한 연구가 활발히 이루어지고 있다 [7].
산화적 스트레스를 유발하는 활성산소종의 종류는 어떤 것이 있는가?
현대인들의 불규칙한 생활환경과 식생활 패턴의 변화 등으로 인해 당뇨, 동맥경화, 고지혈증을 포함한 각종 성인병의 발생이 증가하고 있으며, 활성산소종(reactive oxygen species, ROS)에 의한 산화적 스트레스(oxidative stress)는 성인병의 복합적인 원인들 중 하나로 알려져 있다 [5,6]. 산화적 스트레스를 유발하는 활성산소종의 종류로는 초산화물 음이온(superoxide anion, O2-), 일중항 산소(singlet oxygen, 1O2), 수산화 라디칼(hydroxyl radical, ·OH) 및 과산화수소(hydrogen peroxide, H2O2) 등이 있으며, 일반적으로 활성산소종은 불안정한 상태로 인해 반응성이 높지만, 생체 내 효소 기작에 의해 대부분 소멸이 된다 [7,8]. 하지만, 각종 원인에 의해 항산화 방어계(antioxidant defense system)의 균형이 깨지게 되면 생체 내에서 활성산소종이 완전히 소멸되지 않아, 높은 반응성을 가지는 활성산소종이 생체물질과 쉽게 반응하거나 체내 고분자들을 공격하여 암, 당뇨병, 치매, 면역 질환 등 다양한 병리적인 상황을 초래하게 된다 [6,9].
제주에 서식하는 해조류 중 라디칼 소거능이 높은 것은?
그 결과, 다른 분류군에 비해 폴리페놀함량과 당 함량은 갈조류와 홍조류에서 각각 높았으며, 녹조류에 속하는 갈색대마디말은 각각 폴리페놀과 당 함량이 갈조류와 홍조류에 비해 낮은 것으로 확인되었다. 또한, 폴리페놀 함량이 높았던 갈조류가 DPPH와 hydroxyl 라디칼 소거능이 높으며, 녹조류에 속하는 갈색대마디말은 hydroxyl 라디칼 소거능이 높은 것으로 확인되었다.
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