서양금혼초 부위별 추출물의 티로신에이즈, α-글루코시다아제 저해활성 및 항산화효과 Tyrosinase and α-Glucosidase Inhibitory Activities and Antioxidant Effects of Extracts from Different Parts of Hypochaeris radicata원문보기
Background: Invasion of these invasive plants in the ecosystem threatens the habitat of endemic species, reduces biodiversity, and causes a disturbance in the ecological system. Hypochaeris radicata L. (Asteraceae), the most invasive plant in Korea, particularly in Jeju Island, invades farmlands, an...
Background: Invasion of these invasive plants in the ecosystem threatens the habitat of endemic species, reduces biodiversity, and causes a disturbance in the ecological system. Hypochaeris radicata L. (Asteraceae), the most invasive plant in Korea, particularly in Jeju Island, invades farmlands, and autochthonous forests, resulting in the establishment of monocultures and modification of the ecosystem structure. Methods and Results: In this study was, we evaluated the biological activity of 70% ethanolic extracts from different parts of Hypochaeris radicata L. The biological activities of 70% ethanolic extracts of different parts, such as flower, leaf, stem, and root, of H. radicata were investigated. The total polyphenol content was highest in flower extracts ($50.82{\pm}3.16mg{\cdot}QE/g$). In addition, the highest flavonoid content was observed in flower extract ($15.19{\pm}2.03mg{\cdot}QE/g$). The flower extract of H. radicata exhibited stronger DPPH radical-scavenging activities, ABTS radical scavenging activities, and reducing power than the other parts. The flower extract of H. radicata was observed to have the highest tyrosinase and ${\alpha}-glucosidase$ inhibitory activities. Conclusions: The flower extracts of H. radicata exhibited remarkable antioxidant activity as well as tyrosinase and ${\alpha}-glucosidase$ inhibitory effects. These activities might be related to the phenolic compounds present in the H. radicata flower extract.
Background: Invasion of these invasive plants in the ecosystem threatens the habitat of endemic species, reduces biodiversity, and causes a disturbance in the ecological system. Hypochaeris radicata L. (Asteraceae), the most invasive plant in Korea, particularly in Jeju Island, invades farmlands, and autochthonous forests, resulting in the establishment of monocultures and modification of the ecosystem structure. Methods and Results: In this study was, we evaluated the biological activity of 70% ethanolic extracts from different parts of Hypochaeris radicata L. The biological activities of 70% ethanolic extracts of different parts, such as flower, leaf, stem, and root, of H. radicata were investigated. The total polyphenol content was highest in flower extracts ($50.82{\pm}3.16mg{\cdot}QE/g$). In addition, the highest flavonoid content was observed in flower extract ($15.19{\pm}2.03mg{\cdot}QE/g$). The flower extract of H. radicata exhibited stronger DPPH radical-scavenging activities, ABTS radical scavenging activities, and reducing power than the other parts. The flower extract of H. radicata was observed to have the highest tyrosinase and ${\alpha}-glucosidase$ inhibitory activities. Conclusions: The flower extracts of H. radicata exhibited remarkable antioxidant activity as well as tyrosinase and ${\alpha}-glucosidase$ inhibitory effects. These activities might be related to the phenolic compounds present in the H. radicata flower extract.
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문제 정의
, 2014), 지상부의 줄기, 잎 그리고 꽃 부분으로 나누어 연구한 연구는 보고되어 있지 않다. 따라서 본 연구에서는 토착생태계를 파괴하는 생태계 교란식물인 서양금혼초의 활용 방안을 증진시켜 서양금혼초 제거 및 활용에 도움이 될 기초 연구로써 서양금혼초 부위별 추출물을 제조하여 추출물의 항산화 활성을 조사함으로써 서양금혼초 추출물의 화장품원료로서의 활용 가능성을 탐색하기 위하여 수행하였다.
제안 방법
α-Glucosidase에 대한 저해활성을 측정하기 위해 pnitrophenyl α-D-glucopyranoside (pNPG)를 이용하여 측정하였다 (Kim and Kim, 2016).
, 2009). 1 mM L-tyrosine, 50 mM potassium phosphate buffer (pH 6.5)와 증류수를 10 : 10 : 9비율로 혼합한 혼합액 170 ㎕에 부위별 추출물 10 ㎕ 와 1KU/㎖ tyrosinase from mushroom 20 ㎕을 가하고 37℃에서 15 분간 반응시킨 후 Microplate Reader를 사용하여 490 ㎚에서 흡광도를 측정하여 추출물의 농도별 (0.1 - 3.0 ㎎/㎖)로 저해율을 계산한 다음 50% 저해활성 농도인 inhibitory concentration 50 (IC50)을 구하여 tyrosinase 저해활성을 평가하였다.
이후Folin-Ciocalteu 시약 100 ㎕를 넣어 2 시간 반응시키고 20% sodium carbonate를 100 ㎕씩 가한다. 1 시간 동안 방치한 후에 i-Mark Microplate Reader (168-1135, Bio-Rad, Hercules,CA, USA)를 사용하여 750 ㎚에서 흡광도를 측정하였다. 추출물의 흡광도는 gallic acid로 작성한 표준검량곡선을 이용하여 GAE (gallic acid equivalent)로 나타냈다.
Radical 소거활성 측정은 안정한 상태로 존재하는 1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl (DPPH)을 사용하여 Blois (1958)의 방법을 변형하여 측정하였다. 부위별 추출물의 DPPH 활성 저해율을 측정하기 위해 sample 40 ㎕에 0.
Radical 소거활성 측정은 안정한 상태로 존재하는 1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl (DPPH)을 사용하여 Blois (1958)의 방법을 변형하여 측정하였다. 부위별 추출물의 DPPH 활성 저해율을 측정하기 위해 sample 40 ㎕에 0.15 mM DPPH 용액을 160 ㎕ 가하여 암실에서 30 분 반응시키고 MicroplateReader를 사용하여 흡광도를 490 ㎚에서 측정하였다. 계산식은 DPPH radical scavenging activity(%) = [1-(absorbance of the sample-absorbance of the blank) / absorbance of the control] × 100 로 나타내었다.
서양금혼초 부위별 추출물의 flavonoid 함량은 식품의약품안전청의 식품공전에 게재된 방법을 변형하여 측정하였다(Kim et al., 2012). 각 시료 추출물 100 ㎕를 넣고 EtOH을300 ㎕ 가한 후 10% aluminum nitrate 20 ㎕ 와 1M potassium acetate 20 ㎕를 혼합하고 증류수를 560 ㎕ 가하여 1 시간 동안 반응시킨다.
서양금혼초 부위별 추출물의 phenol성 화합물은 Folin-Denis 방법을 변형하여 측정하였다 (Singleton et al., 1999). 각 시료 추출물 20 ㎕를 넣고 증류수 700 ㎕을 혼합시킨다.
안정된 ABTS와 과산화물과의 반응으로 생성된 ABTS+ 라디칼에 항산화물이 수소원자 또는 전자를 제공하여 ABTS+ 라디칼을 소거시키는 능력을 측정하였다. 모든 부위별 추출물에서 농도 의존적으로 소거능이 증가하였다.
5 ㎜ 체를 이용하여 걸러내었다. 이렇게 걸러진 시료는 중량 20 배의 70% 에탄올을 가한 뒤 초음파추출기 (Power sonic 520, Hwashin Technology Co., Seoul, Korea)를 사용하여 90 분씩 3 회 반복하여 추출하고 여과하였다. 여과한 추출물들을 감압농축기 (Hel-VAPPrecision, Heidolph Instruments GmbH and Co.
혼합액에 100 mM sodium carbonate 100 ㎕를 넣어 반응을 정지시키고 흡광도를 UV-spectrometer를 사용하여 405 ㎚에서 흡광도를 측정하여 추출물의 농도별(0.25 - 1.00 ㎎/㎖)로 저해율을 계산한 다음 50% 저해활성 농도를 구하여 α-glucosidase 저해활성을 평가하였다.
02가 되도록 증류수로 희석하여 사용하였다. 혼합용액 160 ㎕에 희석한 sample 40 ㎕를 가하여 5 분간 반응시키고 Microplate Reader를 사용하여 흡광도를 측정하였다.
서양금혼초 (Hypochaeris radicata L.)의 각 부위 (꽃, 뿌리,잎, 줄기)는 2016년 5월경 제주대학교 생명자원과학대학 본관 뒤편에서 직접 채집하였다. 이물질들을 세척하여 제거한 후 열풍 건조기를 이용하여 50℃의 온도에서 건조시켰다.
데이터처리
본 연구의 실험 결과는 평균 ± 표준편차로 나타내었으며, 각 실험군의 통계처리는 SPSS (Statistical Package for the Social Sciences, ver. 18.0, SPSS Inc., Chicago, IL, USA)를 사용하여 분산분석을 실시하였으며 유의적 차이가 있는 항목에 대해서는 Tukey의 다중범위검정 (Tukey Multiple Range Test, TMRT)을 이용하여 통계학적 유의성을 분석하였다(p < 0.05).
이론/모형
Tyrosinase 저해활성은 tyrosine을 기질로 사용하여 tyrosinase에 의해서 생성된 dopachrome의 양을 비색법에 의해 측정하였다 (Yoon et al., 2009). 1 mM L-tyrosine, 50 mM potassium phosphate buffer (pH 6.
서양금혼초 부위별 추출물의 환원력은 Fe3+ 이온에서 Fe2+이온으로 환원하는 능력을 비색법에 의해 측정하였다 (Hyunet al., 2014). 1% potassium ferricyanide 500 ㎕ 와 0.
성능/효과
각 추출물의 IC50 값을 측정한 결과 α-glucosidase 억제활성은 flower 추출물 (756.33 ± 5.68 ㎍/㎖)의 경우 실험 농도 범위내에서 저해 활성을 나타내었으며 대조구인 acarbose (IC50= 509.39 ± 22.27 ㎍/㎖)에 비해 조금 낮은 활성을 나타내었다.
각각의 추출물에서 소거능은 flower 추출물의 경우 가장 높은 소거능을 나타내었으며 DPPH radical 소거능처럼 flower > stem > root > leaf 순으로 감소하였다 (Fig. 2).
안정된 ABTS와 과산화물과의 반응으로 생성된 ABTS+ 라디칼에 항산화물이 수소원자 또는 전자를 제공하여 ABTS+ 라디칼을 소거시키는 능력을 측정하였다. 모든 부위별 추출물에서 농도 의존적으로 소거능이 증가하였다.
DPPH radical은 분자 내에 전자가 부족한 화합물로 항산화 활성을 가지는 물질로부터 전자를 전달받아 radical이 소거되는 원리를 이용하여 항산화 물질의 전자 공여능력을 측정할 수 있는 간단한 방법이다. 서양금혼초 부위별 추출물의 DPPH radical 소거능은 모든 추출물에서 농도 의존적으로 소거활성이 증가하였다 (Fig. 1). Flower 추출물의 경우 DPPH radical 소거활성이 가장 높았으며 대조군인 BHT와 유사한 소거활성을 나타내었으며 flower > stem > root > leaf의 순서로 소거 활성이 감소하였다.
서양금혼초 부위별 추출물의 tyrosinase 저해활성은 항산화활성 실험 및 total phenol 및 flavonoid 함량 결과처럼flower 추출물에서 가장 높은 저해 활성 (691.00 ± 79.53 ㎍/㎖)을 나타내었으며 stem 추출물 (2,099.90 ± 219.80 ㎍/㎖), root추출물 (2,964.40 ± 219.20 ㎍/㎖), leaf 추출물 (> 3,000 ㎍/㎖)순으로 활성이 감소하였다 (Table 2).
서양금혼초 부위별 추출물의 생리활성을 비교한 결과, 항산화 활성을 확인하기 위해 실시한 DPPH radical 소거능,ABTS radical 소거활성 및 환원력 측정에서 flower 추출물이가장 높은 활성을 보여주었으며, 특히 DPPH radical 소거능에서는 양성대조군인 BHT보다 높은 활성을 나타내었다. 이러한 결과는 flower 추출물에 높게 함유되어 있는 polyphenol 함량에 기인한 것으로 판단되어진다.
2). 이는 Maisuthisakul 등 (2007)이 연구한 식물 추출물의 다양한 radical 소거능에 대해서 연구한 결과에서 나타난 바와 같이 추출물의 radical 소거능은 추출물에 함유된 polyphenol 함량과 밀접한 관계를 가지며, 또한 Rice-Evans 등 (1996)이 연구한 다양한 phenolic aicd의 radical 소거능 측정에서도 페놀성히드록실 그룹은 radical에 수소원자 또는 전자를 빠르게 제공하여 radical을 안정화 시킨다고 하였으며 본 연구에서도 폴리페놀 및 플라보노이드의 함량이 높은 flower 추출물의 소거능이 가장 좋음을 알 수 있었다.
측정된 샘플의 환원력은 모두 농도가 증가함에 따라 흡광도값이 증가하였다. 전체적으로 BHT에 비해 낮은 환원력을 가지고 있었지만 서양금혼초 부위별 추출물 중 flower 추출물이 가장 높은 환원력을 나타내었고 flower 추출물, stem 추출물,root 추출물, leaf 추출물 순의 전자공여능과 유사한 활성을 나타내었다 (Fig. 3).
환원력은 일반적으로 항산화 활성을 가지는 물질의 전자 전달 능력을 측정하여 항산화 능력을 평가하는 방법으로 항산화활성을 가지는 물질이 ferricyanide 혼합물의 3가 철을 2가 철로 전환시킨다. 즉 노란색에서 녹색으로 변하는 프러시안 블루 생성원리를 응용한 것으로 높은 흡광도 값을 나타내면 항산화 활성이 우수하다고 평가할 수 있다.
측정된 샘플의 환원력은 모두 농도가 증가함에 따라 흡광도값이 증가하였다. 전체적으로 BHT에 비해 낮은 환원력을 가지고 있었지만 서양금혼초 부위별 추출물 중 flower 추출물이 가장 높은 환원력을 나타내었고 flower 추출물, stem 추출물,root 추출물, leaf 추출물 순의 전자공여능과 유사한 활성을 나타내었다 (Fig.
이러한 결과는 flower 추출물에 높게 함유되어 있는 polyphenol 함량에 기인한 것으로 판단되어진다. 피부 미백 효과 및 항당뇨효과를 확인하기 위하여 측정한 tyrosinase 및 glucosidase 저해 활성 측정 결과 flower 추출물이 실험 농도 범위에서 저해 활성을 나타내었으나 미백소재로 사용되어지는 arbutin 및 항당뇨 치료제로 사용되어지고 있는 acarbose 보다는 낮은 활성을 나타내었다. 이는 다양한 식물 추출물에 함유되어진 phenolic 성분 및 flavonoid 성분들은 tyrosinase 및 glucosidase를 비롯한 다양한 효소들을 저해한다는 연구결과와 비슷한 결과를 나타내었다 (Orhan and Khan, 2014; Vinayagam and Xu, 2015).
후속연구
이는 다양한 식물 추출물에 함유되어진 phenolic 성분 및 flavonoid 성분들은 tyrosinase 및 glucosidase를 비롯한 다양한 효소들을 저해한다는 연구결과와 비슷한 결과를 나타내었다 (Orhan and Khan, 2014; Vinayagam and Xu, 2015). 이러한 결과를 바탕으로 생태계교란식물인 서양금혼초를 활용한 천연 기능성 신소재 개발은 활용 가치가 높을 것으로 생각된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
서양금혼초는 무엇인가?
서양금혼초 (Hypochaeris radicata L.)는 원산지가 유럽인 국화과 식물로 개민들레라고 부르기도 하며, 1980년대에 제주를 비롯한 국내에 들어온 뒤 목장 등에 퍼져 자라서 풀밭을 황폐하게 만들고 있다. 서양금혼초는 서식 특성상 잎이 바닥에 바짝 붙어 방사형으로 퍼지기 때문에 밀식해서 자랄 경우에는 다른 식물의 생육환경을 저해하게 된다.
페놀성 화합물의 특징은 무엇인가?
식물에는 특유의 항산화 활성을 가지는 물질들이 존재하며 이들 대부분은 페놀성 히드록실기를 가지는 화합물들이며, 페놀성 히드록실 그룹은 활성산소를 소거하는데 있어서 중요한 역할을 한다고 알려져 있다. 이러한 페놀성 화합물들은 식물들이 스트레스에 대한 방어 역할 물질로 생산하는 2차 대사산물들로써 항산화, 항염증, 항암 활성 등과 같은 다양한 생리 기능성을 가진다고 알려져 있다 (Rahman et al.,2006).
제주도 내 귀화식물의 현재 지역적 전파 현황은 어떠한가?
귀화식물들은 제주국제공항과 항만, 주요 도로변, 공한지를 비롯해 중산간 초지 등에 무차별적으로 정착해 서식하고 있다. 곶자왈 지대와 한라산 백록담까지도내 전역으로 확산하면서 제주토종식물을 제치고 생태계 우위를 점하는 등 악영향을 미치고 있다 (Yang and Kim, 2002).
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