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문제 정의
- 대파의 부위별 항산화 효과에 대한 연구는 거의 보고되어 있지 않으므로 대파의 부위별 항산화 연구를 위해 기존에 보고된 TEAC assay(20)와 함께 다양한 항산화 작용의 경로를 고려하기 위해 많은 연구에서 활용한 2,2- diphenyl-1-picrylhydrazyl(DPPH) radical scavenging activity(23-25), 환원력(26,27), 유사 활성 측정(27-31)의 방법과 항산화 효과를 나타내는 주요 phytochemical로 알려진 폴리페놀(29-34)과 플라보노이드(24-27,32) 함량 측정도 함께 실시하여 대파 부위별 항산화 효과를 측정하였다. 또한, 대파 기능성의 확대 가능성을 알아보기 위하여 항비만, 숙취 해소, 항당뇨, 항균 효과와 같은 생리활성 효과를 측정하여 항산화 효과와 함께 대파의 부위별 기능성을 제시하고자 하였다.
- 이에 본 연구에서는 기능성 소재로서의 대파의 활용성을 증가시키기 위하여 대파를 부위별로 구분하여 항산화 효과를 측정하였다. 대파의 부위별 항산화 효과에 대한 연구는 거의 보고되어 있지 않으므로 대파의 부위별 항산화 연구를 위해 기존에 보고된 TEAC assay(20)와 함께 다양한 항산화 작용의 경로를 고려하기 위해 많은 연구에서 활용한 2,2- diphenyl-1-picrylhydrazyl(DPPH) radical scavenging activity(23-25), 환원력(26,27), 유사 활성 측정(27-31)의 방법과 항산화 효과를 나타내는 주요 phytochemical로 알려진 폴리페놀(29-34)과 플라보노이드(24-27,32) 함량 측정도 함께 실시하여 대파 부위별 항산화 효과를 측정하였다.
제안 방법
- α-Glucosidase의 저해능은 Matsui 등(42)의 방법을 응용하여 측정하였다.
- 2% NaCO3 용액 20 mL를 시료 0.2 mL 와 섞어 충분히 혼합하고 2분 후 50% Folin-Ciocalteu’s reagent 0.2 mL를 가하여 다시 혼합하고 상온에서 30분 방치한 후 750 nm에서 흡광도(T60UV-Visible Spectrophotometer, PG instrument Limited, Leicestershire, UK)를 측정하였다.
- 7 mM ABTS 5 mL와 140 mM potassium persulfate 88 μL를 잘 섞어 16시간 동안 암소에 방치하여 ABTS 양이온을 형성시킨 후 734 nm에서 흡광도 값이 0.7±0.002가 되도록 조절하여 ABTS solution을 조제하였다.
- Lipase 저해 활성은 Kim 등(41)의 방법을 변형하여 측정하였다. Porcine pancreatic lipase 0.
- Quercetin을 표준물질로 사용하여 농도별로 표준곡선을 그린 뒤 μg quercetin equivalent(QE)/g 단위로 값을 환산하여 표시하였다.
- SOD 유사 활성은 Marklund와 Marklund(40)의 방법을 변형하여 측정하였다. 시료 0.
- 각 균주를 TSB 배지에 접종하여 37°C에서 18~24시간 동안 계대 배양하여 활성화시켰다. TSB 15 g과 agar 10 g, 증류수 500 mL를 첨가해 1차 고체배지를 제조하고, TSB 15 g, agar 4 g, 증류수 500 mL를 첨가해 2차 고체배지를 제조하여 멸균한 후 사용하였다. 멸균한 1차 고체배지를 petri dish에 분주한 다음 응고시켰다.
- Trolox를 표준물질로 사용하여 농도별로 표준곡선을 그린 후 환산하여 μg TEAC/g 단위로 값을 표시하였다.
- 각 부위는 60°C에서 24시간 건조(전기건조기, LD-918TH, L’EQUIP, Hwaseong, Korea)하여 분쇄하였다.
- 각 시료의 총 페놀 함량은 Folin-Ciocalteu 방법을 변형하여 측정하였다(35). 2% NaCO3 용액 20 mL를 시료 0.
- , Bucheon, Korea)하였다. 그 후 disc 주위의 inhibition zone의 직경(mm)을 측정하였다.
- 대파는 수세 후 잎, 줄기, 뿌리의 세 부분으로 절단하여 사용하였다. 뿌리는 흰 잔털뿌리가 달린 부위를 0.
- 대파를 잎, 줄기, 뿌리로 나누어 부위별로 물과 80% 에탄올로 추출하여 항산화 효과를 포함한 생리활성을 측정하였다. 총 페놀 함량과 플라보노이드 함량은 물과 80% 에탄올 추출물 모두 대파 잎에서 가장 높게 나타났으며 줄기에서 가장 낮게 나타났다.
- 이에 본 연구에서는 기능성 소재로서의 대파의 활용성을 증가시키기 위하여 대파를 부위별로 구분하여 항산화 효과를 측정하였다. 대파의 부위별 항산화 효과에 대한 연구는 거의 보고되어 있지 않으므로 대파의 부위별 항산화 연구를 위해 기존에 보고된 TEAC assay(20)와 함께 다양한 항산화 작용의 경로를 고려하기 위해 많은 연구에서 활용한 2,2- diphenyl-1-picrylhydrazyl(DPPH) radical scavenging activity(23-25), 환원력(26,27), 유사 활성 측정(27-31)의 방법과 항산화 효과를 나타내는 주요 phytochemical로 알려진 폴리페놀(29-34)과 플라보노이드(24-27,32) 함량 측정도 함께 실시하여 대파 부위별 항산화 효과를 측정하였다. 또한, 대파 기능성의 확대 가능성을 알아보기 위하여 항비만, 숙취 해소, 항당뇨, 항균 효과와 같은 생리활성 효과를 측정하여 항산화 효과와 함께 대파의 부위별 기능성을 제시하고자 하였다.
- 각 부위는 60°C에서 24시간 건조(전기건조기, LD-918TH, L’EQUIP, Hwaseong, Korea)하여 분쇄하였다. 분쇄시료에 각각 80% 에탄올과 물을 가하여 상온 교반하여 추출물을 제조하였다. 실온에서 용매와 함께 30분씩 교반한 후 여과하였으며 이 과정을 3회 반복하였다.
- 시료 50 μL를 멸균된 paper disc(8.0 mm diameter×1.5 mm thickness, Advantec, Tokyo, Japan)에 흡수시켜 균주를 도말한 배지 표면 위에 놓아 37°C에서 24시간 동안 배양(Incubator HB101M, Hanbaek Scientific Co., Bucheon, Korea)하였다.
- 환원력은 Oyaizu(39)의 방법을 변형하여 측정하였다. 시료 100 μL에 0.
대상 데이터
- Sodium pyrophosphate, phosphoric acid는 Samchun Chemicals(Pyeongtaek, Korea)에서 구입하였고, β-nicotinamide adenine dinucleotide hydrate(β-NAD), bovine serum albumin(BSA)은 Acros Organics(Geel, Belgium)에서 구입하여 사용하였다.
- 에탄올은 Fisher Scientific(Seoul, Korea), 메탄올은 Burdick & Jackson(Ulsan, Korea), NaCl은 Amresco(Solon, OH, USA), tryptone soy broth(TSB)와 agar는 LAB(Bury, UK)에서 구입하여 사용하였다.
- 항균 활성은 각 균주를 대상으로 disc diffusion assay로 측정하였으며 Bacillus cereus(B. cereus, ATCC 14579)와 Pseudomonas aeruginosa(P. aeruginosa, ATCC 9027)를 실험에 사용하였다(23,44). 각 균주를 TSB 배지에 접종하여 37°C에서 18~24시간 동안 계대 배양하여 활성화시켰다.
데이터처리
- All measurements with the same letter are not significantly different (P<0.05) by Duncan’s multiple range test.
- 실험의 결과는 평균±표준편차로 표시하였으며, 실험값에 대한 통계분석은 SPSS 18.0(SPSS Inc., Chicago, IL, USA)을 이용하여 분산분석(ANOVA)법을 시행하였으며, 다중범위시험법(Duncan’s multiple range test)으로 P<0.05 수준에서 유의적 차이를 검증하였다.
이론/모형
- ABTS 라디칼 소거능 활성의 측정은 Fellegrini 등(38)의 방법에 의해 측정하였다. 7 mM ABTS 5 mL와 140 mM potassium persulfate 88 μL를 잘 섞어 16시간 동안 암소에 방치하여 ABTS 양이온을 형성시킨 후 734 nm에서 흡광도 값이 0.
- Blois(37)의 방법을 변형한 DPPH 라디칼 소거 활성법을 이용하였다. 시료 0.
성능/효과
- α-Glucosidase 저해 활성의 경우 80% 에탄올 추출물은 부위별 유의적 차이는 없었으나 물 추출물의 경우 대파 잎에서 가장 높게 나타났다.
- α-Glucosidase에 대한 저해 활성은 혈당 상승을 제한하는 항당뇨 효과를 측정하는 방법이다(61,62). 80% 에탄올 추출물 중 대파 뿌리가 81.71%, 줄기가 80.84%, 잎이 77.01%를 나타내었고 대파의 부위별 유의적인 차이는 나타나지 않았다. 물 추출물의 경우 대파 잎이 20.
- DPPH 라디칼 소거 활성은 80% 에탄올의 경우 대파의 뿌리에서 가장 높게 나타났으며 물 추출물의 경우 대파 잎에서 가장 높은 것으로 나타났다. ABTS 라디칼 소거능과 환원력은 두 추출물 모두 대파의 잎에서 가장 높게 나타났으며 SOD 유사 활성은 뿌리에서 가장 높게 나타났다. Lipase 저해 활성과 알코올 분해능의 경우도 80% 에탄올 추출물과 물 추출물 모두 대파의 잎에서 가장 높게 나타났다.
- 총 페놀 함량과 플라보노이드 함량은 물과 80% 에탄올 추출물 모두 대파 잎에서 가장 높게 나타났으며 줄기에서 가장 낮게 나타났다. DPPH 라디칼 소거 활성은 80% 에탄올의 경우 대파의 뿌리에서 가장 높게 나타났으며 물 추출물의 경우 대파 잎에서 가장 높은 것으로 나타났다. ABTS 라디칼 소거능과 환원력은 두 추출물 모두 대파의 잎에서 가장 높게 나타났으며 SOD 유사 활성은 뿌리에서 가장 높게 나타났다.
- aeruginosa에 대한 항균 활성이 나타났다. DPPH 소거능과 SOD 유사 활성을 제외하고는 모두 대파잎에서 가장 높은 항산화 활성이 나타나 대파의 부위 중 대파 잎이 가장 높은 항산화 활성을 가지는 것으로 판단된다. 또한, lipase 저해 활성으로 나타나는 비만 억제 효과, α-glucosidase 저해 활성으로 나타나는 항당뇨 효과, 알코올 분해능 및 항균 활성도 대파의 잎에서 가장 높은 활성을 가지는 것으로 나타나 대파의 부위 중 잎이 기능성 소재로서 가장 효과적이라 판단된다.
- ABTS 라디칼 소거능과 환원력은 두 추출물 모두 대파의 잎에서 가장 높게 나타났으며 SOD 유사 활성은 뿌리에서 가장 높게 나타났다. Lipase 저해 활성과 알코올 분해능의 경우도 80% 에탄올 추출물과 물 추출물 모두 대파의 잎에서 가장 높게 나타났다. α-Glucosidase 저해 활성의 경우 80% 에탄올 추출물은 부위별 유의적 차이는 없었으나 물 추출물의 경우 대파 잎에서 가장 높게 나타났다.
- Lipase 저해 활성은 지방의 소화와 흡수를 돕는 lipase의 작용을 제한하는 항비만 효과를 측정하는 방법이다(58). Lipase 저해 활성은 80% 에탄올 추출물의 경우 대파 잎에서 36.50%로 가장 높게 나타났으며 대파 줄기에서 7.54%로 가장 낮게 나타났다. 물 추출물의 경우 80% 에탄올 추출물과 마찬가지로 대파 잎에서 가장 높게 나타났으나 가장 낮은 수치를 보인 시료는 대파 뿌리로 lipase 저해 활성을 나타내지 않았다.
- SOD 유사 활성은 superoxide의 반응을 억제하는 SOD의 효소 작용과 유사한 활성을 보이는 물질의 항산화력을 측정하는 방법이다(55,56). SOD 유사 활성은 대파 뿌리의 80% 에탄올 추출물이 136.29%를 나타내었고 물 추출물이 123.32%를 나타내었다. 물과 80% 에탄올 추출물 모두 다른 부위에 비해 대파 뿌리에서 SOD 활성이 가장 높게 나타났다.
- α-Glucosidase 저해 활성의 경우 80% 에탄올 추출물은 부위별 유의적 차이는 없었으나 물 추출물의 경우 대파 잎에서 가장 높게 나타났다. 그람 양성균인 B. cereus에 대한 항균 활성은 나타나지 않았으나 대파 잎과 줄기에서 그람 음성균인 P. aeruginosa에 대한 항균 활성이 나타났다. DPPH 소거능과 SOD 유사 활성을 제외하고는 모두 대파잎에서 가장 높은 항산화 활성이 나타나 대파의 부위 중 대파 잎이 가장 높은 항산화 활성을 가지는 것으로 판단된다.
- 대파와 같은 Allium 속인 양파와 흑양파의 경우 물 추출물이 에탄올 추출물보다 강한 환원력을 나타내어(54) 본 연구의 대파 잎 및 대파 줄기와 같은 경향을 나타내었다. 그러나 본 연구에서 대파 뿌리의 경우 80% 에탄올 추출물이 더 높은 값을 나타내어 추출용매의 효과에 차이가 있음을 알 수 있다.
- aeruginosa에 대한 항균 활성을 Table 1에 나타내었다. 대파 잎의 물과 80% 에탄올 추출물, 대파 줄기의 물 추출물이 그람 음성균인 P. aeruginosa에 대해서 항균 활성을 나타내었으나 모든 시료에서 그람 양성균인 B. cereus에 대한 항균 활성은 나타나지 않았다. 추출용매만을 이용한 항균 실험에서는 항균 효과가 나타나지 않았으므로 대파 잎과 줄기의 추출물이 그람 음성균 P.
- 46% 증가시켰음을 의미하여 대파 추출물이 숙취해소 활성을 향상시킬 수 있다고 기대된다. 대파 줄기의 물 추출물이 112.71%로 가장 적은 값을 나타내었으나 대파 줄기의 80% 에탄올과 유의적인 차이는 나타나지 않았다. 대파의 부위별 알코올 분해능은 대파의 모든 부위에서 80% 에탄올 추출물이 물 추출물보다 높은 분해능을 나타내었다.
- 다음으로 뿌리, 그리고 줄기에 가장 적게 함유된 것으로 나타났다. 대파의 모든 부위에서 80% 에탄올 추출물이 물 추출물보다 페놀 함량이 많은 것으로 나타났다. 같은 Allium 속인 산마늘의 연구에서도 산마늘의 잎과 인경에서 70% 에탄올 추출물의 폴리페놀 함량이 물 추출물보다 높은 값을 나타내는 결과를 보여(46), 본 연구의 결과와 일치하는 경향을 보였다.
- 대파의 부위 중 대파 잎의 물 추출물은 1,275.75 μg TERP/g의 환원력을 나타내어 모든 시료 중 가장 강한 환원력을 나타내었다.
- 대파의 부위별 DPPH 라디칼 소거능은 80% 에탄올 추출물의 경우 대파 뿌리의 추출물이 207.70 μg TEAC/g을 나타내었고 대파 잎은 143.15 μg TEAC/g, 대파 줄기는 87.06 μg TEAC/g을 나타내어 잎에서 가장 높은 값을 나타낸 폴리페놀 및 플라보노이드와는 다른 경향을 나타내었다.
- 71%로 가장 적은 값을 나타내었으나 대파 줄기의 80% 에탄올과 유의적인 차이는 나타나지 않았다. 대파의 부위별 알코올 분해능은 대파의 모든 부위에서 80% 에탄올 추출물이 물 추출물보다 높은 분해능을 나타내었다. 숙취해소 활성을 가지는 것으로 알려진 헛개나무의 연구 결과에서도 헛개나무의 에탄올 추출물이 물 추출물보다 높은 알코올 분해능을 나타내어(67) 에탄올이 숙취해소 활성 물질의 추출에 효과적인 것으로 판단된다.
- 대파의 부위별 플라보노이드 함량은 대파 잎의 80% 에탄올 추출물에서 836.54 μg QE/g으로 가장 많게 나타났으며 대파 줄기의 80% 에탄올 추출물에서 195.16 μg QE/g으로 가장 적게 나타났다.
- 또한, lipase 저해 활성으로 나타나는 비만 억제 효과, α-glucosidase 저해 활성으로 나타나는 항당뇨 효과, 알코올 분해능 및 항균 활성도 대파의 잎에서 가장 높은 활성을 가지는 것으로 나타나 대파의 부위 중 잎이 기능성 소재로서 가장 효과적이라 판단된다.
- 32%를 나타내었다. 물과 80% 에탄올 추출물 모두 다른 부위에 비해 대파 뿌리에서 SOD 활성이 가장 높게 나타났다. 대파와 같은 속인 양파와 마늘에서도 SOD 활성이 보고되어 있어(57) Allium 속 식물이 DPPH 라디칼 및 ABTS 라디칼 소거능에서 나타나는 전자공여능에 의한 항산화 활성뿐만 아니라 항산화 효소인 SOD 유사 활성에 의해서도 항산화 효과를 나타내는 것으로 판단된다.
- 물과 에탄올 추출물을 비교해보면 대파 뿌리의 물 추출물은 147.57 μg TEAC/g으로 80% 에탄올 추출물보다 낮은 값을 나타내었다.
- 알코올을 분해하는 효소인 alcohol dehydrogenase의 활성을 측정하여 효소 작용에 대한 촉진 효과를 통해 알코올 분해능을 측정하는 방법이다(44,65,66). 알코올 분해 활성은 대파 잎의 80% 에탄올 추출물에서 132.46%로 대파 부위의 모든 추출물 중 가장 높은 활성을 나타내었다. 이는 알코올 분해효소의 활성(100%)을 기준으로 대파 잎의 첨가가 알코올 분해능을 32.
- 46%로 대파 부위의 모든 추출물 중 가장 높은 활성을 나타내었다. 이는 알코올 분해효소의 활성(100%)을 기준으로 대파 잎의 첨가가 알코올 분해능을 32.46% 증가시켰음을 의미하여 대파 추출물이 숙취해소 활성을 향상시킬 수 있다고 기대된다. 대파 줄기의 물 추출물이 112.
- 대파를 잎, 줄기, 뿌리로 나누어 부위별로 물과 80% 에탄올로 추출하여 항산화 효과를 포함한 생리활성을 측정하였다. 총 페놀 함량과 플라보노이드 함량은 물과 80% 에탄올 추출물 모두 대파 잎에서 가장 높게 나타났으며 줄기에서 가장 낮게 나타났다. DPPH 라디칼 소거 활성은 80% 에탄올의 경우 대파의 뿌리에서 가장 높게 나타났으며 물 추출물의 경우 대파 잎에서 가장 높은 것으로 나타났다.
- 16 μg QE/g으로 가장 적게 나타났다. 총 폴리페놀 함량과 마찬가지로 플라보노이드의 함량도 대파 잎에서 가장 많은 함량을 보였으며 다음으로 뿌리, 그리고 줄기에서 가장 낮은 함량을 나타내었고, 또한 대파 잎과 뿌리의 경우 80% 에탄올 추출물에서 물 추출물보다 높은 플라보노이드 함량을 나타내었다. Chang 등(46)이 보고한 Allium 속 산마늘의 플라보노이드 함량도 80% 에탄올 추출물이 물 추출물보다 많아 본 연구와 일치되는 경향을 보여, Allium 속의 경우 에탄올이 물보다 플라보노이드 추출에 효과적인 용매로 판단된다.
- 총 폴리페놀 함량은 식물성 식품에 풍부한 생리활성 물질이며 높은 항산화 활성을 가지는 것으로 알려져 식물체의 항산화 효과 측정에 주요 지표이다(45). 총 폴리페놀 함량은 대파의 부위 중 물과 80% 에탄올 추출물 모두 대파의 잎에 가장 많은 것으로 나타났다. 대파 잎의 80% 에탄올 추출물의 경우 369.
- 추출용매의 효과를 살펴보면 본 연구의 결과와 함께 배과피(44), 산초 열매(64)에서도 에탄올 추출물이 물 추출물보다 높은 항당뇨 효과를 나타내어 α-glucosidase 저해능은 에탄올이 더욱 효과적인 추출용매로 판단된다.
- 이는 대파에 존재하는 폴리페놀 물질 이외에 항산화 효과를 나타낼 수 있는 주석산, 말산과 같은 유기산(48), 황함유 휘발성 유기성분(49) 등의 함량 차이에 의해 나타나는 것으로 판단된다. 황 함유 채소 에탄올 추출물의 항산화 연구에서 파의 DPPH 라디칼 소거능이 양파보다 약하나 마늘보다 높은 값을 가지는 것으로 나타나(50), 본 연구 결과와 함께 대파의 에탄올 추출물이 DPPH 라디칼 소거능을 나타내는 기능성 식품으로 이용될 수 있을 것으로 판단된다. 물과 에탄올 추출물을 비교해보면 대파 뿌리의 물 추출물은 147.
- 두 가지 추출물 모두 대파 줄기에서 가장 낮은 소거능을 나타내었다. 황 함유 채소의 연구 결과에서 ABTS 라디칼 소거능은 파의 소거능이 양파나 마늘보다 높은 활성을 가지고 있는 것으로 나타나(50) 파의 항산화 기능성 식품으로서의 가능성을 제시하였다. 추출용매 간의 차이를 보면 대파 잎의 경우 80% 에탄올 추출물이 소거능이 높았으나 줄기와 뿌리의 경우 물 추출물이 높은 값을 나타내 DPPH 라디칼 소거능의 경우와 같이 추출용매의 영향이 부위에 따라 다른 경향을 나타내었다.
후속연구
- aeruginosa에 대한 항균 활성을 가진다고 판단된다. 대파와 같은 속인 흑마늘의 물 추출물에서도 P. aeruginosa에 대한 항균 활성이 보고되었는데(68), 본 연구 결과와 함께 대파와 같은 Allium 속 채소의 첨가가 그람 음성균에 대한 항균 활성을 높여 주어 식품의 저장성을 향상시킬수 있을 것으로 기대된다.
- 물 추출물의 경우 80% 에탄올 추출물과 마찬가지로 대파 잎에서 가장 높게 나타났으나 가장 낮은 수치를 보인 시료는 대파 뿌리로 lipase 저해 활성을 나타내지 않았다. 본 연구에서 나타난 대파의 잎과 줄기의 lipase 저해 활성, 양파 껍질의 pancreatic lipase에 대한 저해 활성(59), 부추 메탄올 추출물의 지방세포 내 지질 축적 억제 효능(60)의 연구 결과를 바탕으로 Allium 속 채소가 항비만 효과를 나타내는 것으로 기대된다.
- 대파에 함유된 폴리페놀 화합물에 대한 보고가 많지 않으나 Seo 등(48)은 대파의 열수 및 메탄올 추출물에 4-hydroxybenzoic acid, 4-hydroxy-3-methoxybenzoic acid, 4-hydroxycinnamic acid, 4-hydroxy-3-methoxycinnamic acid, 4가지의 페놀화합물이 존재한다고 보고하였다. 이제까지 보고된 다양한 폴리페놀의 종류를 고려하면 대파의 각 부위에도 좀 더 다양한 페놀화합물이 존재할 것으로 추정된다.
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