불등풀가사리 다당류의 분자량에 따른 이화학적 품질특성 및 피부 주름 개선 효과 Physicochemical properties and anti-wrinkle effect of polysaccharides with different molecular weights from Gloiopeltis furcata원문보기
본 연구는 불등풀가사리로부터 분리된 조다당류와 산가수분해된 다당류의 분자량에 따른 이화학적 품질특성과 항산화 활성 및 피부 주름 개선 효과를 확인하였다. 산가수분해 분자량별 다당류의 수율은 100 kDa 이상에서 29.6%로 가장 높았으며, 10 kDa 이하에서 10.4%로 가장 낮았다. 이화학적 특성으로 총당, uronic acid, sulfate 함량은 100 kDa 이상에서 각각 85.82%, 32.85 g/100g 및 39.04%로 조다당에 비해 증가하였다. 색도은 분자량이 증가함에 따라 L 값, a 값 및 b 값이 감소하였으며, 점도는 분자량이 높을수록 증가하였다. ORAC 활성은 100 kDa 이상에서 $180.07{\mu}M$을 나타내어 조다당 $34.70{\mu}M$에 비해 항산화활성이 우수하였다. L132 세포 사멸에 대한 보호효과는 $H_2O_2$ 처리 구간대비 분자량 100 kDa 이상($0.5-5{\mu}g/mL$)에서 87.34-103.85%로 세포 활성이 증가하여 세포 보호효과를 나타내었다. MMP-1 활성은 세포에 UVB를 조사한 후 분자량 100 kDa 이상 $0.05-0.5{\mu}g/mL$ 농도에서 69.67-100.87%의 저해 활성을 나타내었다. 또한, pro-collagen 생합성 역시 UVB를 조사한 후 분자량 100 kDa 이상 $0.05-0.5{\mu}g/mL$ 농도에서 64.91-77.80%의 합성능을 나타내어 농도 의존적으로 증가하는 것을 확인하였다. 따라서, 불등풀가사리 유래 산가수분해된 다당류의 분자량에 따른 주름 개선 효과를 통해 피부 항노화 기능성 소재로 다양하게 활용 가능할 것으로 사료된다.
본 연구는 불등풀가사리로부터 분리된 조다당류와 산가수분해된 다당류의 분자량에 따른 이화학적 품질특성과 항산화 활성 및 피부 주름 개선 효과를 확인하였다. 산가수분해 분자량별 다당류의 수율은 100 kDa 이상에서 29.6%로 가장 높았으며, 10 kDa 이하에서 10.4%로 가장 낮았다. 이화학적 특성으로 총당, uronic acid, sulfate 함량은 100 kDa 이상에서 각각 85.82%, 32.85 g/100g 및 39.04%로 조다당에 비해 증가하였다. 색도은 분자량이 증가함에 따라 L 값, a 값 및 b 값이 감소하였으며, 점도는 분자량이 높을수록 증가하였다. ORAC 활성은 100 kDa 이상에서 $180.07{\mu}M$을 나타내어 조다당 $34.70{\mu}M$에 비해 항산화활성이 우수하였다. L132 세포 사멸에 대한 보호효과는 $H_2O_2$ 처리 구간대비 분자량 100 kDa 이상($0.5-5{\mu}g/mL$)에서 87.34-103.85%로 세포 활성이 증가하여 세포 보호효과를 나타내었다. MMP-1 활성은 세포에 UVB를 조사한 후 분자량 100 kDa 이상 $0.05-0.5{\mu}g/mL$ 농도에서 69.67-100.87%의 저해 활성을 나타내었다. 또한, pro-collagen 생합성 역시 UVB를 조사한 후 분자량 100 kDa 이상 $0.05-0.5{\mu}g/mL$ 농도에서 64.91-77.80%의 합성능을 나타내어 농도 의존적으로 증가하는 것을 확인하였다. 따라서, 불등풀가사리 유래 산가수분해된 다당류의 분자량에 따른 주름 개선 효과를 통해 피부 항노화 기능성 소재로 다양하게 활용 가능할 것으로 사료된다.
In this study, the physicochemical properties and anti-wrinkle effect of polysaccharides with different molecular weights from Gloiopeltis furcata were investigated. Crude polysaccharides were isolated by viscozyme treatment followed by ethanol precipitation and lyophilization. Crude polysaccharides...
In this study, the physicochemical properties and anti-wrinkle effect of polysaccharides with different molecular weights from Gloiopeltis furcata were investigated. Crude polysaccharides were isolated by viscozyme treatment followed by ethanol precipitation and lyophilization. Crude polysaccharides were hydrolyzed by acid (0.1 N HCl) and the molecular weight fractions were generated by centrifugal filter (). The yield of polysaccharides with different molecular weight fractions was 8.4-39.6%. The major constituents in molecular weight fractions were total sugar (81.37-85.82%), uronic acid (27.89-32.85 g/100 g), sulfate (33.38-39.04%), and protein (0.35-3.16%) The L, a, and b value of the 100 kDa group were decreased, but viscosity increased. The oxygen radical absorbance capacity of the 100 kDa group at $180.07{\mu}M$ was the highest among groups. The protective effects of 100 kDa group at 0.5 and $5{\mu}g/mL$ against $H_2O_2$-induced cytotoxicity in L132 cell were 87.34% and 103.85%, respectively. The matrix metalloproteinase-1 activity of 100 kDa group decreased in a dose-dependent manner. The pro-collagen synthesis activity of 100 kDa group at $0.05-0.5{\mu}g/mL$ was 64.91-77.80%. The polysaccharides with different molecular weights from Gloiopeltis furcata investigated herein are useful as a potential candidate for cosmedical materials.
In this study, the physicochemical properties and anti-wrinkle effect of polysaccharides with different molecular weights from Gloiopeltis furcata were investigated. Crude polysaccharides were isolated by viscozyme treatment followed by ethanol precipitation and lyophilization. Crude polysaccharides were hydrolyzed by acid (0.1 N HCl) and the molecular weight fractions were generated by centrifugal filter (). The yield of polysaccharides with different molecular weight fractions was 8.4-39.6%. The major constituents in molecular weight fractions were total sugar (81.37-85.82%), uronic acid (27.89-32.85 g/100 g), sulfate (33.38-39.04%), and protein (0.35-3.16%) The L, a, and b value of the 100 kDa group were decreased, but viscosity increased. The oxygen radical absorbance capacity of the 100 kDa group at $180.07{\mu}M$ was the highest among groups. The protective effects of 100 kDa group at 0.5 and $5{\mu}g/mL$ against $H_2O_2$-induced cytotoxicity in L132 cell were 87.34% and 103.85%, respectively. The matrix metalloproteinase-1 activity of 100 kDa group decreased in a dose-dependent manner. The pro-collagen synthesis activity of 100 kDa group at $0.05-0.5{\mu}g/mL$ was 64.91-77.80%. The polysaccharides with different molecular weights from Gloiopeltis furcata investigated herein are useful as a potential candidate for cosmedical materials.
일반적으로 다당류를 가수분해하여 저분자화하면 기능성이 증진되는 것으로 알려져 있고, 카라기난 및 알긴산 등과 같은 고분자 다당류를 적절히 가수분해하면 다당류의 분자량 크기에 따라 항산화, 항염증 및 면역작용등의 다양한 기능성을 나타낸다고 알려져 있다(11,12). 따라서 본 연구에서는 불등풀가사리 유래 유용물질인 다당류를 추출한 다음 저분자화를 위해 산가수분해하였으며, 분자량별로 분리한 후 식품 및 화장품 산업에서 기능성소재로의 활용 가능성을 확인하기 위해 이화학적 품질특성 및 피부 주름 개선 효과에 대하여 조사하였다.
제안 방법
조다당류와 산가수분해된 분자량별 다당류를 폐 정상세포(L132)에 농도별로 처리한 다음 MTT 방법으로 세포 독성을 측정하였다(Fig 2A). 산가수분해 다당류 분자량별 시료를 0.
대상 데이터
본 실험에 사용한 불등풀가사리는 전라남도 완도군에서 채취한 것을 (유)제일물산에서 구입하여 본 실험에 사용하였으며, 흐르는 물에 씻고 열풍 건조기(OF-22, JEIO TEC, Daejeon, Korea)로 50℃에서 24시간 건조하였다. 건조된 불등풀가사리는 분쇄기(FM-909W, Hanil, Co.
실험에 이용한 폐 정상세포(L132)는 한국 세포주 은행(KTCC, Seoul, Korea)에서 구입하여 RPMI 1640(Welgene, Daegu, Korea) 배지를 사용하였고, 사람 진피 섬유아세포주(HS68)는 American Type Culture Collection(ATCC)에서 분양받아 Dulbecco’s modified Eagle’s medium(DMEM,Welgene.) 배지에 10% FBS 및 100 unit/mL penicillin, 100ng/mL streptomycin을 첨가하여 37℃, 5% CO2 incubator(MCO-18AIC, SANYO Co., Sakata, Japan)에 적응시켜 각각 배양시켰다.
데이터처리
실험결과는 3회 반복실험의 평균±표준편차로 나타내었고 SPSS(19.0, SPSS Inc., Chicago, IL, USA)를 이용하여 분산분석(ANOVA)을 실시하였고 각 측정 평균값의 유의성(P<0.05)은 Duncan’s multiple range test로 검정하였다.
이론/모형
ORAC(oxygen radical absorbance capacity)측정은 Talcott와 Lee(17)가 항산화 활성 측정에 사용한 분석법을 이용하였다. 분석용 시료 및 water soluble analogue of vitamin E,6-hydroxy-2,5,7,8-tetramethylchroman-2-carboxylic acid(Trolox, Sigma-Aldrich Co.
성능/효과
이러한 결과는, 황산다당에 의해 MMPs(metalloproteinases)와 특이적 저해제인 TIMPs(Tissue inhibitor of metalloproteinase)와의 결합을 증진하여 elastase 활성을 저해한다고 보고되어 있으며(31), Cha 등(32)은 후코이단 분자량이 화장품 기능성에 미치는 연구에서 분자량 31-160 kDa 구간 모두에서 우수한 활성을 나타내었으며, 특히, 100 kDa 분자량에서 다른 분자량보다 높은 저해 활성을 나타낸다고 보고하여 본 연구결과와 유사한 경향을 나타내었다. 따라서, 불등풀가사리 유래 산가수분해된 다당류는 피부구조 단백질의 분해를 억제하여 피부 주름 생성 억제에 도움을 줄 수 있을 것으로 판단된다.
또한, Hou 등(20)은 laminaria japonica 후코이단의 분자량별 항산화 활성 연구에서 항산화 활성은 분자량에 따라 차이를 나타내었으며 80 kDa에서 가장 높은 활성을 나타낸다고 보고하였다. 이러한 항산화 활성의 차이는 다당류의 공간구조 차이와 황산기함량에 의한 것이라고 보고되고 있으며(27), 자외선에 의한 활성 산소종의 생성과 MMPs의 발현은 노화를 촉진하므로 불등풀가사리 유래 산가수분해된 다당류에 의해 피부 노화개선과 MMP-1 합성을 효과적으로 저해할 수 있을 것으로 사료된다.
후속연구
이는, Shin등(34)의 히알루론산나트륨의 분자량 크기에 따른 collagen 합성 및 피부 흡습 연구에서 분자량 크기(1-1500 kDa)가 증가함에 따라 콜라겐 합성률은 증가하였으며 100 kDa 이하에서 인공 피부 투과율이 현저히 증가하여 피부 장벽을 통과하여 기저층을 지나 안쪽까지 흡수할 수 있다고 보고하였다. 따라서, 불등풀가사리 유래 산가수분해된 다당류는 피부 주름 형성과 밀접한 관련이 있는 콜라겐 합성 촉진을 통해 피부 주름 개선 소재로 활용 가능할 것으로 사료된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
불등풀가사리의 형태는 어떠한가?
홍조류에 속하는 불등풀가사리(Gloiopeltis furcata)는 한국, 일본 및 미국 태평양 연안 등에 분포하고 있다. 불등풀가사리의 형태는 적갈색을 나타내고 외부는 가죽질의 긴 막대모양으로 속은 비어 있고 점액질이 풍부하며 풀가사리와 외형상 유사하나 줄기의 속이 비어 있는 차이점이 있다(8). 불등풀가사리에 주로 함유된 다당류는 자연에 널리 분포하고 있으며 해양생물, 식물 및 해조류에 의해 생성 및 파생되고 해조 다당류의 성질을 결정하는 주요 구성성분인 황산기가 많이 함유되어 있다고 보고되어 있다(9).
천연물에서 피부 미용소재를 개발의 이유인 기존 소재들은 무엇이며, 문제는 무엇인가?
또한, 피부 진피에 구조적인 지지를 제공하는 세포외 기질의 일차적인 구성요소인 collagen type Ⅰ과 pro-collagen은 자외선에 의해 하향조절되어 피부노화를 촉진하게 된다(4). 이러한 피부 주름 개선 효능에 대한 연구가 다양하게 진행되고 있으나 기존의 미백 및 주름 개선 소재인 vitamin C, arbutin, retinol 및 α-hydroxyl acid 등은 빛과 열에 불안정하고 피부 자극이로 알려져 있다(5,6). 따라서 많은 연구자는 천연물에서 피부 미용소재를 개발하고자 노력하고 있으며, 주름 예방 및 개선을 위해서는 콜라겐 합성 증진 및 콜라겐 분해 효소억제력이 중요한 것으로 알려져 있다(7).
피부 노화 현상은 무엇때문에 일어나는가?
최근 현대인들의 경제 수준 향상과 의학의 발전으로 평균수명 및 삶의 질이 향상됨에 따라 피부 건강에 대한 관심이 증대되고 있다(1). 피부 노화 현상은 광노화로 인해 진피의 collagen을 포함한 결합 조직 성분을 분해하는 matrix metalloproteinases(MMPs)의 활성이 증가하여 피부 조직 내의 collagen 함량이 저하되기 때문이며, 자외선 조사량이 증가할수록 MMPs의 활성이 증가하는 것으로 보고되고 있다(2). 피부에서의 콜라겐 함량은 고령화에 따른 내인성 노화 및 자외선 노출에 의한 광노화에 의해 영향을 받으며, 피부 노화가 진행됨에 따라 피부 내의 MMP-1 활성은 증가하는데 이는 피부의 콜라겐 함량 감소에 따른 탄력 저하와 주름 생성을 유발한다(3).
참고문헌 (34)
Yoo JM, Kang YJ, Pyo HB, Choung ES, Park SY, Choi JH, Han GJ, Lee CH, Kim TJ (2010) Anti-wrinkle effects of Korean rice wine cake on human fibroblast. J Life Sci, 20, 1838-1843
Park K, Lee JH (2008) Protective effects of resveratrol on UVB-irradiated HaCaT cells through attenuation of the caspase pathway. Oncol Rep, 19, 413-417
Fisher GJ, Datta SC, Talwar HS, Wang ZQ, Varani J, Kang S, Voorhees JJ (1996) Molecular basis of sun-induced premature skin ageing and retinoid antagonism. Nature, 379, 335-339
Kwon EJ, Park HJ, Kim MM, Lee KR, Hong I, Lee DG, Oh YH (2014) Effent of Ulmus macrocapa ethanolic extracts on anti-oxidant activity and melanin synthesis in B16F1 cells. J Life Sci, 24, 946-951
Zurick KM, Qin C, Bernards MT (2012) Adhesion of MC3T3-E1 cells bound to dentin phosphoprotein specifically bound to collagen type I. J Biomed Mater Res A, 100, 2492-2498
Park SY, Jung BM, Choi YH, Bae SJ (2005) Growth inhibition effects of cancer cell lines by Gloiopeltis furcata fractions in vitro. J Korean Soc Food Sci Nutr, 34, 771-775
Do JR, Nam YJ, Park JH, Jo JH (1997) Studies on chemical composition of red algae. J Korean Fish Soc, 30, 428-431
Wang X, Wang J, Zhang J, Zhao B, Yao J, Wang Y (2010) Structure-antioxidant relationships of sulfated galactomannan from guar gum. Int J Biol Macromol, 46, 59-66
Chang DS, Cho HR, Lee HS, Park MY, Lim SM (1998) Development of alginic acid hydrolysate as a natural food preservative for fish meat paste products. Korean J Food Sci Technol, 30, 823-826
Pugh N, Ross SA, ElSohly MA, Pasco DS (2001) Characterization of Aloeride, a new high-molecularweight polysaccharide from Aloe vera with potent immunostimulatory activity. J Agric Food Chem, 49, 1030-1034
Saha AK, Brewer CF (1994) Determination of the concentrations of oligosaccharides, complex type carbohydrates, and glycoproteins using the phenolsulfuric acid method. Carbohydr Res, 254, 157-167
Kim YM, Do JR, In JP, Park JH (2005) Angiotensin I converting enzyme (ACE) inhibitory activities of laver (Porphyra tenera) protein hydrolysates. Korean J Food Nutr, 18, 11-18
Hou Y, Wang J, Jin W, Zhang H, Zhang Q (2012) Degradation of Laminaria japonica fucoidan by hydrogen peroxide and antioxidant activities of the degradation products of different molecular weights. Carbohydr Polym, 87, 153-159
Chen H, Zhang M, Xie B (2004) Quantification of uronic acids in tea polysaccharide conjugates and their antioxidant properties. J Agric Food Chem, 52, 3333-3336
Lim JK (2014) A review of the usability of fucoidan extracted from brown seaweed as a functional ingredient of cosmetics. Kor J Aesthet Cosmetol, 12, 447-452
Fukumoto LR, Delaquis P, Girard B (1998) Microfiltration and ultrafiltration ceramic membranes for apple juice clarification. J Food Sci, 63, 845-850
Lee DS, Kim HR, Pyeun JH (1998) Effect of low-molecularization on rheological properties of alginate. Korean J Fish Soc, 31, 82-89
Alarcon E, Campos AM, Edwards AM, Lissi E, Lopez-Alarcon C (2008) Antioxidant capacity of herbal infusions and tea extracts: A comparison of ORACfluorescein and ORAC-pyrogallol red methodologies. Food Chem, 107, 1114-1119
Lee DH, Hong JH (2014) Physicochemical properties and antioxidant activities of polysaccharides from Styela plicata by extraction conditions. J Chitin chitosan, 19, 130-137
Zhou C, Wang Y, Ma H, He R (2008) Effect of ultrasonic degradation on in vitro antioxidant activity of polysaccharides from Porphyra yezoensis (Rhodophyta). Food Sci Tech Int, 14, 479-486
Kim MJ, Choi JH, Kwon SH, Kim HD, Bang MH, Yang SA (2013) Characteristics of fermented dropwort extract and vinegar using fermented dropwort extract and its protective effects on oxidative damage in rat glioma C6 cells. Korean J Food Sci Technol, 45, 350-355
Lee MH (2013) Structural elucidation and bioactivities of UV-absorbing materials isolated from brown algae Ishige sinicola and red algae Gloiopeltis furcata. Ph D Thesis, National Mokpo Maritime University, Korea, p 77
Suganuma K, Nakajima H, Ohtsuki M, Imokawa G (2010) Astaxanthin attenuates the UVA-induced up-regulation of matrix-metalloproteinase-1 and skin fibroblast elastase in human dermal fibroblasts. J Dermatol Sci, 58, 136-142
Cha SH, Ahn MW, Lee JS, Kim YS, Kim DU, Byun TG, Park KP (2012) The effect of fcoidan molecula weight on cosmetic function. Korean Chem Eng Res, 50, 604-609
Kim SH, Jung H, Shin YC, Ko SG (2008) Research of traditional herbal medicines for anti-aging, inhibition effect of wrinkle and whitening effect in the skin. J Physiol Pathol Korean Med, 22, 691-698
Shin EJ, Park JW, Choi JW, Seo JY, Park YI (2016) Effects of molecular weights of sodium hyaluronate on the collagen synthesis, anti-inflammation and transdermal absorption, J Soc Cosmet Sci Korea, 42, 235-245
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