지역별 산딸기 열매의 유용물질 함량, 항산화 활성 및 암세포 성장억제 효능 분석 Bioactive Component Analysis, Antioxidant Activity, and Cytotoxicity on Cancer Cells on Rubus crataegifolius Clones by Region원문보기
본 연구는 산딸기 열매의 지역별(장성, 화성, 울산, 순창, 포항) 영양성분, 항산화 활성 및 암세포 성장억제 효능 분석을 통하여 기능성을 갖는 산딸기 품종을 육성하고자 수행하였다. 모든 지역의 산딸기 열매에서 일반성분은 탄수화물 함량이 높게 나타났으며, 무기성분은 칼슘($996.6{\mu}g/g{\pm}0.8%$)이 가장 높은 함량을 보였으며, 나트륨($6.2{\mu}g/g{\pm}1.0%$)은 가장 낮았다. 유리아미노산은 총 26종, 구성아미노산은 총 18종을 분석하였다. 전자공여능 실험 결과 울산 산딸기가 $500{\mu}g/ml$의 농도에서 열수추출물은 80%, 에탄올추출물은 82.6%의 높은 소거능을 보였다. 또한 암세포 성장억제 효과를 확인하기 위한 세포독성 실험 결과, B16F10 cell은 울산 산딸기 열수추출물과 포항 산딸기 에탄올추출물, H1299 cell은 순창 산딸기 열수추출물과 포항 산딸기 에탄올추출물 그리고 MCF-7 cell은 장성 산딸기 열수추출물과 순창 산딸기 에탄올추출물에서 각각 세포독성이 나타났다. 따라서 이와 같은 기초자료를 바탕으로 기능성 특성을 지닌 산딸기를 선발하여 기능성 품종으로의 개발 가능성을 확인할 수 있었다.
본 연구는 산딸기 열매의 지역별(장성, 화성, 울산, 순창, 포항) 영양성분, 항산화 활성 및 암세포 성장억제 효능 분석을 통하여 기능성을 갖는 산딸기 품종을 육성하고자 수행하였다. 모든 지역의 산딸기 열매에서 일반성분은 탄수화물 함량이 높게 나타났으며, 무기성분은 칼슘($996.6{\mu}g/g{\pm}0.8%$)이 가장 높은 함량을 보였으며, 나트륨($6.2{\mu}g/g{\pm}1.0%$)은 가장 낮았다. 유리아미노산은 총 26종, 구성아미노산은 총 18종을 분석하였다. 전자공여능 실험 결과 울산 산딸기가 $500{\mu}g/ml$의 농도에서 열수추출물은 80%, 에탄올추출물은 82.6%의 높은 소거능을 보였다. 또한 암세포 성장억제 효과를 확인하기 위한 세포독성 실험 결과, B16F10 cell은 울산 산딸기 열수추출물과 포항 산딸기 에탄올추출물, H1299 cell은 순창 산딸기 열수추출물과 포항 산딸기 에탄올추출물 그리고 MCF-7 cell은 장성 산딸기 열수추출물과 순창 산딸기 에탄올추출물에서 각각 세포독성이 나타났다. 따라서 이와 같은 기초자료를 바탕으로 기능성 특성을 지닌 산딸기를 선발하여 기능성 품종으로의 개발 가능성을 확인할 수 있었다.
This study was carried out to analyze the nutritional composition, bioactive components, antioxidant activity, and cytotoxic assay of cancer cells on Rubus crataegifolius (RC) : R. crataegifolius from Jangseong (RC-J), R. crataegifolius from Hwaseong (RC-H), R. crataegifolius from Ulsan (RC-U), R. c...
This study was carried out to analyze the nutritional composition, bioactive components, antioxidant activity, and cytotoxic assay of cancer cells on Rubus crataegifolius (RC) : R. crataegifolius from Jangseong (RC-J), R. crataegifolius from Hwaseong (RC-H), R. crataegifolius from Ulsan (RC-U), R. crataegifolius from Sunchang (RC-S), and R. crataegifolius from Pohang (RC-P). The peroximate composition had the largest amount of carbohydrate content among all kinds of RC. As far as the mineral contents of RC, Calcium comprised the highest amount ($996.6{\mu}g/g{\pm}0.8%$) and Natrium the lowest ($6.2{\mu}g/g{\pm}1.0%$). A total of 26 kinds of free amino acids and 18 kinds of component amino acids were analyzed in RC. The results of electron donating were high scavenging effects of 80% in water extract (RC-UW) and 82.6% in ethanol extract (RC-UE) in $500{\mu}g/ml$ concentration from RC-U. Also, the cytotoxic effects of cancer cells B16F10 (RC-UW and RC-PE), H1299 (RC-SW and RC-PE), and MCF-7 (RC-JW and RC-SE) appeared in RC. Therefore, we confirmed that new varieties may possibly be developed with functional materials.
This study was carried out to analyze the nutritional composition, bioactive components, antioxidant activity, and cytotoxic assay of cancer cells on Rubus crataegifolius (RC) : R. crataegifolius from Jangseong (RC-J), R. crataegifolius from Hwaseong (RC-H), R. crataegifolius from Ulsan (RC-U), R. crataegifolius from Sunchang (RC-S), and R. crataegifolius from Pohang (RC-P). The peroximate composition had the largest amount of carbohydrate content among all kinds of RC. As far as the mineral contents of RC, Calcium comprised the highest amount ($996.6{\mu}g/g{\pm}0.8%$) and Natrium the lowest ($6.2{\mu}g/g{\pm}1.0%$). A total of 26 kinds of free amino acids and 18 kinds of component amino acids were analyzed in RC. The results of electron donating were high scavenging effects of 80% in water extract (RC-UW) and 82.6% in ethanol extract (RC-UE) in $500{\mu}g/ml$ concentration from RC-U. Also, the cytotoxic effects of cancer cells B16F10 (RC-UW and RC-PE), H1299 (RC-SW and RC-PE), and MCF-7 (RC-JW and RC-SE) appeared in RC. Therefore, we confirmed that new varieties may possibly be developed with functional materials.
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문제 정의
그러나 이러한 다양한 연구에도 불구하고, 국내에서 재배된 산지별 산딸기에 대한 기초자료에 대한 연구는 부족한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 장성, 화성, 울산, 순창 및 포항에서 수집하여 국립산림과학원 산림유전자 원부 산딸기 클론보존원에서 재배되어 수확된 산딸기 열매에 대한 영양적 가치를 조사하고, 항산화 활성과 암세포 성장억제 효과를 살펴봄으로써 유용물질 함량과 기능성 효능을 갖는 산딸기 신품종을 육성하기 위한 기초자료를 제공하고자 수행하였다.
제안 방법
50℃에서 rotary evaporater로 산을 제거한 후 Sodium dilution buffer로 50 ml 정용한 다음, 이중 1 ml을 취하여 membrane filter 0.2 µm로 여과시켜 조작조건에 따라 아미노산 자동분석기(Biochrom 30, Amersham Pharmacia Biotech, England)로 정량 분석하였다.
5)로 각각 희석하였다. 15분 동안 평화시킨 다음 spectrophotometer를 사용하여 최대흡수파장 (515 nm)과 700 nm에서 흡광도를 측정한 후 다음 식에 의하여 안토시아닌 함량을 산출하였다.
동결 건조한 시료 1 g에 ethanol 2 ml를 가한 후 homogenizer로 10분 동안 교반하여 3,000 rpm에서 20분간 원심분리하고, 상층액을 감압농축한 후 sample dilution buffer 25 ml로 용해시키고, sulfosalicylic acid 20 mg을 첨가하여 4℃에서 1시간 동안 방치시킨 다음 다시 3,000rpm에서 20분간 원심분리한 후, membrane filter (0.2 µm)로 여과시켜 조작조건에 따라 아미노산 자동분석기(Biochrom 30, Amersham Pharmacia Biotech, England)로 정량 분석하였다.
, 1962). 먼저 human non-small cell lung cancer cell line인 H1299 cell에서 산딸기의 암세포 성장 억제 효과에 대한 MTT assay 실험을 실시하였으며 그 결과는 Figure 3과 같이 나타났다. 열수와 에탄올 추출물의 농도가 5,000 µg/ml 미만에서는 암세포 성장 억제효능이 나타나지 않았으나, 5,000 µg/ml의 농도에서 RC-SW와 RC-PE가 각각 46.
산딸기 열매의 무기성분은 총 7종(Ca, Fe, K, Na, Mg, Mn, Zn)을 분석하였으며, 그 결과는 Table 2와 같다. 무기성분은 Ca이 831.
일반성분은 AOAC(Association of Official Analytical Chemists)법에 따라 분석하였다. 수분 함량은 105℃ dry oven에서 항량이 될 때까지 건조시킨 후 무게를 측정하는 상압건조법, 조지방은 soxhlet 추출법, 조단백은 semi micro kjeldahl법, 조회분은 250℃에서 예비 회화한 후 550℃에서 직접 회화법으로 실시하였고, 총 탄수화물 함량은 위의 측정치를 합한 값에서 100을 뺀 값으로 정량하였다.
공시재료는 국립산림과학원 산림유전자원부 산딸기 클론보존원에서 유지 관리되어온 장성(Janseong; RC-J), 화성(Hwaseong; RC-H), 울산(Ulsan; RC-U), 순창(Sunchang; RC-S) 및 포항(Pohang; RC-P) 등 5지역에서 수집된 산딸기 열매이며, 2015년 6월 열매를 수집하여 동결건조된 분말시료로 제공받아 열수 및 에탄올 추출을 실시하였다. 열수 추출의 경우 산딸기 열매 중량의 10배 양의 증류수를 첨가하여 85℃에서 3시간 환류 냉각 추출하였으며, 에탄올 추출의 경우 70% 에탄올에 침지하여 상온에서 24시간 방치하여 상징액과 침전물을 분리하여 3회 반복 추출하였다. 각 추출물들은 원심분리, 여과 및 농축 후 동결건조하여 냉장보관하면서 실험에 사용되었다.
즉 암세포를 3×105 cells/ml의 농도가 되도록 조절한 후 96 well microplate에 180 µl씩 분주하여 24시간 동안 배양하여 세포를 부착시킨 후 추출물을 농도별로 20 µl 씩 첨가하여 배양하였고, 5 mg/ml 농도로 조제한 MTT (3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)-2, 5-diphenyltetrazolium bromide) 용액을 각 well 당 20 µl씩 넣고 세포 배양기에 4시간 동안 더 배양시킨 후, MTT 용액이 있는 배지를 제거하고 DMSO 1 ml을 첨가하여 30분간 교반하여 ELISA reader로 540 nm에서 흡광도를 측정하였다.
대상 데이터
공시재료는 국립산림과학원 산림유전자원부 산딸기 클론보존원에서 유지 관리되어온 장성(Janseong; RC-J), 화성(Hwaseong; RC-H), 울산(Ulsan; RC-U), 순창(Sunchang; RC-S) 및 포항(Pohang; RC-P) 등 5지역에서 수집된 산딸기 열매이며, 2015년 6월 열매를 수집하여 동결건조된 분말시료로 제공받아 열수 및 에탄올 추출을 실시하였다. 열수 추출의 경우 산딸기 열매 중량의 10배 양의 증류수를 첨가하여 85℃에서 3시간 환류 냉각 추출하였으며, 에탄올 추출의 경우 70% 에탄올에 침지하여 상온에서 24시간 방치하여 상징액과 침전물을 분리하여 3회 반복 추출하였다.
실험에 사용된 암세포주는 mouse melanoma cell line인 B16F10 cell, human breast cancer cell line인 MCF-7 cell과 human non-small cell lung cancer cell line인 H1299 cell을 전북대학교에서 분주 받아 사용하였으며, 세포주의 배양은 10% FBS(fetal bovine serum)와 peniciline(25 unit/ml) 및 streptomycin(25 mg/L)을 첨가한 RPMI 1640 배지를 사용하였으며, 37℃, 5% CO2의 습윤화 된 배양기 내에서 적응시켜 배양하였다.
무기성분 분석은 유도결합 플라즈마 원자방출분광법을 이용하여 측정하였다. 유도결합 플라즈마 질량분석 장비(NexION 350D ICP-MS Spectrometer, Perkim Elmer, USA.)와 흑연블럭산순환분해시스템[OD-158003, ODLAB(ECO-PRE), Korea]이 사용되었다. 시료에 함유된 무기질의 전처리 방법은 건식법으로 하였다.
데이터처리
실험결과에 대한 통계처리는 SPSS software package(Version 22.0)를 이용하여 평균과 표준편차로 나타내었고, 각 처리군 간의 유의성에 대한 검증은 ANOVA를 이용하여 유의성을 확인한 후, p<0.05 수준에서 Duncan’s multiple test를 이용하여 분석하였다.
이론/모형
무기성분 분석은 유도결합 플라즈마 원자방출분광법을 이용하여 측정하였다. 유도결합 플라즈마 질량분석 장비(NexION 350D ICP-MS Spectrometer, Perkim Elmer, USA.
)와 흑연블럭산순환분해시스템[OD-158003, ODLAB(ECO-PRE), Korea]이 사용되었다. 시료에 함유된 무기질의 전처리 방법은 건식법으로 하였다. 즉 분말시료 약 2 g을 도가니에 넣고 전열기에서 예비 가열시킨 후 550℃ 전기 회화로에서 6시간 회화한 다음 방냉하였다.
안토시아닌은 pH의 변화에 따라 가역적인 구조적 변형을 일으켜 유색의 oxonium 형태는 pH 1.0에서, 무색의 Hemiketal 형태는 pH 4.5에서 우세하며, 안토시아닌 함량을 측정하기 위하여 이 반응에 기초를 둔 pH-differential method(Giusti et al., 2001)를 사용하였다. 0.
암세포 증식 억제는 MTT assay (Mosmann, 1983)에 의해 세포생존율을 조사하였다. 즉 암세포를 3×105 cells/ml의 농도가 되도록 조절한 후 96 well microplate에 180 µl씩 분주하여 24시간 동안 배양하여 세포를 부착시킨 후 추출물을 농도별로 20 µl 씩 첨가하여 배양하였고, 5 mg/ml 농도로 조제한 MTT (3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)-2, 5-diphenyltetrazolium bromide) 용액을 각 well 당 20 µl씩 넣고 세포 배양기에 4시간 동안 더 배양시킨 후, MTT 용액이 있는 배지를 제거하고 DMSO 1 ml을 첨가하여 30분간 교반하여 ELISA reader로 540 nm에서 흡광도를 측정하였다.
일반성분은 AOAC(Association of Official Analytical Chemists)법에 따라 분석하였다. 수분 함량은 105℃ dry oven에서 항량이 될 때까지 건조시킨 후 무게를 측정하는 상압건조법, 조지방은 soxhlet 추출법, 조단백은 semi micro kjeldahl법, 조회분은 250℃에서 예비 회화한 후 550℃에서 직접 회화법으로 실시하였고, 총 탄수화물 함량은 위의 측정치를 합한 값에서 100을 뺀 값으로 정량하였다.
다음으로 human breast cancer cell line인 MCF-7 cell에 대한 MTT assay 결과는 Figure 4와 같이 나타났다. RC-JW와 RC-SE가 67.2%, 69.8%의 세포 생존율을 보였다. Mouse melanoma cell line인 B16F10 cell에 대한 MTT assay 결과는 Figure 5와 같이 나타났다.
Mouse melanoma cell line인 B16F10 cell에 대한 MTT assay 결과는 Figure 5와 같이 나타났다. RC-UW와 RC-PE가 각각 46.4%와 54.3%의 세포 생존율을 나타내었으며 암세포 성장이 가장 억제되었다. 본 연구에서는 산딸기 추출물 5,000 µg/ml의 농도에서 H1299 cell, MCF-7 cell 그리고 B16F10 cell에 대하여 산딸기 열매의 열수추출물이 에탄올추출물보다 평균적으로 높은 암세포 성장 억제효과를 보였고, 특히 H1299 cell과 B16F10 cell에 대한 성장 억제효과가 뛰어남을 확인할 수 있었다.
RC-U가 500 µg/ml의 농도에서 열수추출물은 80%, 에탄올추출물은 82.6%의 높은 소거활성을 보였으며, 열수추출물은 1,000 µg/ml의 농도에서 모두 85% 이상의 소거 효과를 나타내었으며, 에탄올추출물 또한 RC-U가 85% 이상의 소거효과를 보였다.
각 시료용액 100 µl에 0.2 mM의 1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl 50 µl 넣고 교반한 후 실온에서 30분간 차광하여 방치한 다음 517 nm에서 흡광도를 측정하였고, 전자공여능은 시료용액의 첨가군와 무첨가군의 흡광도 감소율로 나타내었다.
본 연구결과에서는 산딸기 열매의 Mg의 평균함량이 44.4 ± 1.2 µg/g으로 복분자보다는 낮은 결과였다.
본 연구에서는 산딸기 추출물 5,000 µg/ml의 농도에서 H1299 cell, MCF-7 cell 그리고 B16F10 cell에 대하여 산딸기 열매의 열수추출물이 에탄올추출물보다 평균적으로 높은 암세포 성장 억제효과를 보였고, 특히 H1299 cell과 B16F10 cell에 대한 성장 억제효과가 뛰어남을 확인할 수 있었다.
산딸기 열매(RC)에서의 18종의 구성 아미노산에 대한 분석 결과는 Table 3과 같이 RC-U가 104.60 mg/g으로 가장 높았다. 그리고 산딸기 열매(RC)에서의 26종의 유리아미노산 성분 분석 결과는 Table 4에 나타내었다.
안토시아닌 함량은 RC-JE가 939.6 ± 25.0 mg/L FW으로 가장 높은 함량을 보였고, RC-SE가 218.2 ± 36.9 mg/L FW로 가장 적은 수치를 나타내었다.
즉 암세포를 3×105 cells/ml의 농도가 되도록 조절한 후 96 well microplate에 180 µl씩 분주하여 24시간 동안 배양하여 세포를 부착시킨 후 추출물을 농도별로 20 µl 씩 첨가하여 배양하였고, 5 mg/ml 농도로 조제한 MTT (3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)-2, 5-diphenyltetrazolium bromide) 용액을 각 well 당 20 µl씩 넣고 세포 배양기에 4시간 동안 더 배양시킨 후, MTT 용액이 있는 배지를 제거하고 DMSO 1 ml을 첨가하여 30분간 교반하여 ELISA reader로 540 nm에서 흡광도를 측정하였다. 암세포 증식 억제 효과 측정은 시료용액의 첨가군과 무첨가군의 흡광도 감소율로 나타내었다.
열수와 에탄올 추출물의 농도가 5,000 µg/ml 미만에서는 암세포 성장 억제효능이 나타나지 않았으나, 5,000 µg/ml의 농도에서 RC-SW와 RC-PE가 각각 46.5%, 42.9%의 세포 생존율을 보였으며 암세포 성장이 억제되었다.
02%의 함량을 보였다. 이러한 결과는 산딸기 열매가 조단백질과 조지방의 함량이 좀 더 높았으며 조회분의 함량은 복분자 딸기가 조금 더 높았음을 확인할 수 있었다.
9%로 나타났다. 특히 수분량은 RC-H와 RC-S가 11.7%, 11.2%, 조회분은 RC-U와 RC-J가 4.2%, 3.1%, 조단백질은 RC-J와 RC-S가 8.3%, 조지방은 RC-P와 RC-S가 7.4%, 7.1%, 탄수화물은 RC-P와 RC-J가 75.9%, 75.8%로 가장 높은 함량을 나타내었으며 지역에 따른 일반성분에 대한 함량 차이는 유의적인 연관성을 보이지는 않았다. 본 연구의 일반성분 분석 결과에 대하여 다른 품종의 베리류와의 영양학적인 차이를 알아보기 위해, Kim et al.
필수아미노산의 함량은 RC-J가 18.48 µg/g으로 가장 높은 함량을 보였고 총 유리아미노산의 함량은 RC-U가 368.60 µg/g으로 가장 높았다.
후속연구
이러한 결과를 바탕으로, 산딸기 품종개발을 위한 기초자료로써 산딸기 열매의 영양적인 가치를 확인할 수 있었고 특히 지금까지의 연구를 살펴볼 때, 아직 산딸기 추출물에 대한 암세포 성장억제 효과에 대한 연구는 찾아보기 어려웠다. 그러므로 본 연구의 결과를 토대로 하여 향후 유용물질 함량이 우수하고 항산화 생리활성과 암세포 성장억제 효능을 갖는 기능성 산딸기 품종을 육성하는데 도움이 될 것으로 기대된다.
본 연구에서는 산딸기 추출물 5,000 µg/ml의 농도에서 H1299 cell, MCF-7 cell 그리고 B16F10 cell에 대하여 산딸기 열매의 열수추출물이 에탄올추출물보다 평균적으로 높은 암세포 성장 억제효과를 보였고, 특히 H1299 cell과 B16F10 cell에 대한 성장 억제효과가 뛰어남을 확인할 수 있었다. 산딸기 추출물의 경우 열수추출물이 에탄올 추출물과 비교해서 우수한 항산화능과 암세포 성장 억제능을 나타내었으며, 이러한 결과는 앞으로 더욱 심도 있는 연구를 통해 생리활성 물질의 규명과 그 기전에 대한 추가 연구가 필요할 것으로 사료된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
산딸기란?
산딸기(Rubus crataegifolius BUNGE.)는 장미과(Rosaceae) 산딸기속(Rubus)에 속하는 낙엽활엽관목으로 전국 각지 산야에서 높이 2 m로 자라며, 열매는 둥글고 6~7월에 붉게 익는다(Lee, 2006). 분포지는 우리나라를 비롯하여 중국, 러시아 및 일본이며 공통적으로 열매를 식용한다.
산딸기에 함유된 사포닌의 효능은?
한방에는 눈을 밝게 하고 몸을 경쾌하게 하며 머리털을 희지 않게 하며 소변을 바르게 하는 동시에 살결을 부드럽고 아름답게 해준다고 기록되어 있다(Ahn, 1998). 특히 산딸기에 함유되어 있는 탄닌 성분은 항암 효과가 있어 암을 예방하고 사포닌은 거담, 진해, 콜레스테롤 대사를 촉진하여 감기, 열성 질병, 폐렴, 기침 등에도 좋은 것으로 알려져 있다. 중국에서는 산딸기 뿌리를 도생근(倒生根)이라고 하여 활혈(活血), 지혈, 조혈, 불임증, 월경불순 등에 이용하고 있다(Kwon et al.
산딸기의 효능에 대해 한방에서 기록한 내용은?
산딸기와 유사한 복분자(Rubus coreanus)와는 영양학적 측면에서 다소 차이가 있다(National Rural Living Science Institute, 2001). 한방에는 눈을 밝게 하고 몸을 경쾌하게 하며 머리털을 희지 않게 하며 소변을 바르게 하는 동시에 살결을 부드럽고 아름답게 해준다고 기록되어 있다(Ahn, 1998). 특히 산딸기에 함유되어 있는 탄닌 성분은 항암 효과가 있어 암을 예방하고 사포닌은 거담, 진해, 콜레스테롤 대사를 촉진하여 감기, 열성 질병, 폐렴, 기침 등에도 좋은 것으로 알려져 있다.
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