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문제 정의
- 본 연구에서는 한국에서 자생하는 이팝나무 꽃의 열수, ethanol 추출물에서 분리된 phenolic compounds를 이용하여 건강기능성 식품 및 미용식품에 적용하기 위한 기초자료를 얻고자 xanthine oxidase, α-glucosidase와 tyrosinase,collagenase 및 elastase, hyaluronidase 등의 기능성 관련 효소 저해 효과를 확인하여 기능성 신소재로의 개발 가능성을 검증하고자 하였다.
- 전보(19)에서 이팝나무 꽃의 열수, ethanol 추출물에서 각각 20.8, 32.3 mg/g의 phenolic compounds의 높은 함량을 나타내었으며, 항산화 효과 측정을 통해 생리활성을 나타내는 물질이 phenolic compounds라는 것을 입증한바, 본 연구에서도 이팝나무 꽃에서 분리된 phenolic compounds의 농도별 생리활성 효소 저해 효과를 살펴보았다. 생체 내 유리기 생성계의 하나인 XOase는 purine, aldehyde류,pyrimidine, pteridine 및 heterocyclic compound 등의 생체 내 대사에 관여하는 비특이적 효소이다.
제안 방법
- 각 추출물은 Whatman No.1 filter paper로 여과한 후 필요에 따라 rotary vacuum evaporator(Eyela NE, Tokyo, Japan)에서 농축하여 시료의 phenolic compounds 농도를 50, 100, 150, 200 μg/mL phenolics 농도로 설정하여 4℃ sample 보관 냉장고에서 저온 보관하며 시료로 사용하였다.
- 이팝나무 꽃으로부터 phenolic 화합물을 추출하기 위하여 열수와 90% 에탄올로 phenolic compounds를 추출하였다. Xanthine oxidase 저해 효과를 측정한 결과, 열수와 에탄올 추출물 200 μg/mL phenolics 농도에서 각각 25.
- 추출물의 제조는 열수 추출물의 경우 이팝나무 꽃 건조 분말 1 g을 증류수 200 mL에 침지하여 추출물이 100 mL가 될 때까지 hot plate에서 가열한 후 실온에서 냉각하여 24시간 동안 교반 추출하였으며, ethanol 추출물의 경우에는 전보(19)에서와 같이 이팝나무 꽃 건조 분말 1 g에 90% ethanol 100 mL를 첨가하여 4℃의 shaking incubator에서 24시간 동안 교반 추출하였다. 각 추출물은 Whatman No.
대상 데이터
- 본 연구에서 사용된 이팝나무 꽃은 실험을 위해 대구지역에서 개화시기인 4월에 직접 채취하여 45℃ dry oven(FO600M, Jeiotech, Daejeon, Korea)에서 수분이 완전히 날아갈 때까지 열풍 건조시킨 후 40 mesh로 분쇄하여 시료로 사용하였다.
데이터처리
- Means with different letters (a-c) on the same extract bars are significantly different at p<0.05 by a Duncan’s multiple range tests.
- Means with different letters (a-d) on the same extract bars are significantly different at p<0.05 by a Duncan’s multiple range tests.
- 모든 실험은 6회 이상 반복 측정하여 평균±표준편차(mean±SD)로 표시하였고, 실험구간 차이검정은 IBM SPSS Statistics(23, IBM Corp, Armonk, NY, USA)를 이용하여 분산분석과 Duncan’s multiple range test로 수행하였다(p<0.05)
이론/모형
- α-Glucosidase 저해 효과 측정은 Tibbot와 Skadsen의 방법(21)에 준하여 측정하였다.
- Collagenase 저해 효과 측정은 Wunsch와 Heidrich의 방법(23)에 준하여 측정하였다. 반응구는 0.
- 5 mL를 넣어 반응을 정지 시킨 후, ethyl acetate 2 mL을 첨가하여 320 nm에서 흡광도를 측정하였다. Elastase 저해 효과 측정은 Kraunsoe등의 방법(24)에 준하여 측정하였다. 반응구는 0.
- HAase 저해 효과 측정은 Dorfman와 Ott의 방법(25)에 준하여 측정하였다. 반응구는 시료 0.
- Tyrosinase 저해 효과 측정은 Vincent와 Hearing의 방법(22)에 준하여 측정하였다. 반응구는 0.
- XOase 저해 효과 측정은 Stirpe와 Corte의 방법(20)에 준하여 측정하였다. 즉, 반응구는 0.
성능/효과
- α-Glucosidase 저해 효과를 측정한 결과 200 μg/mL phenolics 농도의 에탄올 추출물에서 100.00%의 매우 높은 저해 효과를 나타내었다.
- Positive control로 사용한 allopurinol은 50-200 μg/mL의 농도에서 67.10-80.96%로 나타내어 농도별로 유의한 저해 효과를 확인하였다.
- Xanthine oxidase 저해 효과를 측정한 결과, 열수와 에탄올 추출물 200 μg/mL phenolics 농도에서 각각 25.60,15.92%의 저해 효과를 나타내었다.
- 따라서 열수, ethanol 추출물 모두 50-200 μg/mL의 phenolic 농도로 농도가 증가함에 따라 의존적으로 유의하게 저해 효과가 증가하는 것을 확인하였다.
- 7%의 저해 효과를 나타내었으며, Lee 등(32)의 배롱나무 가지 추출물의 경우 50 ppm에서 85%를 나타내었다고 보고하였다. 따라서 이팝나무 꽃 추출물의 collagenase 저해 효과가 우수하다고 판단되었다. 위의 결과에 따라 이팝나무 꽃 추출물이 가지는 collagenase 저해력을이용한 주름개선을 위한 기능성 미용식품 소재로 활용이 가능할 것으로 판단되었다.
- 따라서 이팝나무 꽃에서 분리된 phenolic compounds는 50-200 μg/mL phenolics 농도 범위에서 항통풍, 당분해 억제, 미백, 주름개선 및 항염증과 관련된 생리활성 효소를 농도 의존적으로 유의하게 저해하는 것을 확인하였고, 이를 이용한 건강기능성 식품 및 미용식품의 기능성 소재로 활용 가능하다고 판단되었다.
- 미백효과를 측정하는 tyrosinase 저해 효과를 측정한 결과, 열수와 에탄올 추출물 200 μg/mL phenolics 농도에서 각각 17.27,36.13%의 저해 효과를 나타내었다.
- 17% 저해 효과보다 더 우수한 효능을 나타내는 것을 확인할 수 있었다. 위의 결과에 따라 이팝나무 꽃 추출물은 열수, ethanol 추출물 모두 농도에 따라 저해 효과가 유의하게 증가하는 것을 확인할 수 있었고, 각각의 추출물에 함유된 phenolic compounds의 종류와 농도의 차이에 따라 효소의 저해 효과에 영향을 미친다는 것을 확인할 수 있었다. 따라서 이팝나무 꽃 추출물은 항염증 및 항알레르기 제품에 작용할 수 있는 기능성 소재로 개발 가능할 것으로 판단되었다.
- 이팝나무 꽃 ethanol 추출물은 positive control로 사용한 EGCG와 비교하였을 때 고농도에서는 비슷한 효능을 나타내어 α-glucosidase 억제제로 사용가능성을 확인하였다.
- 70%의 저해 효과를 나타내었다. 이팝나무 꽃 추출물은 positive control로 사용한 PDTC의 9.88-78.17% 저해 효과보다 더 우수한 효능을 나타내는 것을 확인할 수 있었다. 위의 결과에 따라 이팝나무 꽃 추출물은 열수, ethanol 추출물 모두 농도에 따라 저해 효과가 유의하게 증가하는 것을 확인할 수 있었고, 각각의 추출물에 함유된 phenolic compounds의 종류와 농도의 차이에 따라 효소의 저해 효과에 영향을 미친다는 것을 확인할 수 있었다.
- 이팝나무 꽃에서 분리된 phenolic compounds의 농도별 추출물을 이용하여 HA를 분해해 염증을 유발시키는 HAase 저해 효과를 측정한 결과 Fig. 5에서와 같이 열수 추출물 50-200 μg/mL phenolic 농도에서 21.88-36.69%의 저해 효과를 나타내었고, ethanol 추출물은 50-200 μg/mL phenolic 농도에서 9.82-88.70%의 저해 효과를 나타내었다.
- 이팝나무 꽃에서 분리된 phenolic compounds의 농도별 추출물을 이용하여 elastin을 분해해 주름 생성을 유발하는 elastase 저해 효과를 측정한 결과 Fig. 4B에서와 같이 열수 추출물에서는 저해 효과가 나타나지 않았으며, ethanol 추출물 50-200 μg/mL phenolics 농도에서 10.28-35.93%의 저해 효과를 나타내어 저농도의 phenolic 농도에서 고농도로 농도 의존적으로 유의하게 증가하여 phenolic 농도에 따라 저해 효과가 증가하는 것을 확인하였다.
- 이팝나무 꽃에서 분리된 phenolic compounds의 농도별 추출물을 이용하여 melanin 생성을 조절하는 tyrosinase 저해 효과를 측정한 결과 Fig. 3에서와같이 열수 추출물 50-200 μg/mL의 phenolic 농도에서 1.96-17.27%의 저해 효과를 나타내었고, ethanol 추출물 50-200 μg/mL의 phenolic 농도에서 19.33-36.13%의 저해 효과를 나타내었다.
- 이팝나무 꽃에서 분리된 phenolic compounds의 농도별 추출물을 이용하여 uric acid를 생성하여 통풍을 일으키는 XOase 저해 효과를 측정한 결과 Fig. 1에서와 같이 50-200 μg/mL의 phenolic 농도에서 열수 추출물에서는 14.94-25.60%로 저해 효과가 유의하게 증가하는 것을 확인하였고, ethanol 추출물은 0.17-15.92%의 저해 효과를 나타내어 저농도의 phenolic 농도에서 고농도로 농도 의존적으로 유의하게 증가하여 phenolic 농도에 따라 저해 효과가 증가하는 것을 확인하였다.
- 이팝나무 꽃에서 분리된 phenolic compounds의 농도별 추출물을 이용하여 효모기원 α-glucosidase에 대한 저해 효과를 측정한 결과 Fig. 2에서와같이 열수 추출물에서는 저해 효과가 나타나지 않았으며, ethanol 추출물에서는 50-200 μg/mL의 phenolic 농도에서 6.85-100.00%로 나타내어 phenolic 농도별로 저해 효과가 유의하게 증가하는 것을 확인하였고, 200 μg/mL의 고농도에서는 우수한 효능을 나타내었다.
- 이팝나무꽃에서 분리된 phenolic compounds의 농도별 추출물을 이용하여 피부의 주름과 처짐을 유발하는 collagenase 저해 효과를 측정한 결과 Fig. 4A에서와 같이 열수 추출물 50-200μg/mL의 phenolic 농도에서 2.58-20.21%로 농도에 따라 유의하게 저해 효과가 증가하는 것으로 나타났고, ethanol 추출물 50-200 μg/mL의 phenolic 농도에서 38.82-96.26%로 농도별로 매우 높은 collagenase 저해 효과를 나타내었으며, 유의성 또한 확인하였다.
- 주름개선 효과를 측정하는 collagenase, elastase 저해 효과를 측정한 결과 에탄올 추출물에서는 200 μg/mL phenolics 농도에서 각각 96.26,35.93%의 저해 효과를 나타내었다.
- 항염증 효과를 측정하는 hyaluronidase 저해 효과를 측정한 결과, 열수와 에탄올 추출물 200 μg/mL phenolics 농도에서 각각 36.96, 88.70%의 저해 효과를 나타내었다.
후속연구
- 위의 결과에 따라 이팝나무 꽃 추출물은 열수, ethanol 추출물 모두 농도에 따라 저해 효과가 유의하게 증가하는 것을 확인할 수 있었고, 각각의 추출물에 함유된 phenolic compounds의 종류와 농도의 차이에 따라 효소의 저해 효과에 영향을 미친다는 것을 확인할 수 있었다. 따라서 이팝나무 꽃 추출물은 항염증 및 항알레르기 제품에 작용할 수 있는 기능성 소재로 개발 가능할 것으로 판단되었다.
- 따라서 이팝나무 꽃 추출물의 collagenase 저해 효과가 우수하다고 판단되었다. 위의 결과에 따라 이팝나무 꽃 추출물이 가지는 collagenase 저해력을이용한 주름개선을 위한 기능성 미용식품 소재로 활용이 가능할 것으로 판단되었다.
- 2%의 저해 효과를 나타내었다고 보고하였다. 이는 이팝나무 꽃 추출물과 유사한 효능을 나타내어 피부색소 침착 등을 방어할 수 있는 미백 기능성화장품의 소재로서 활용 가능하다고 판단되었다.
- 이러한 결과는 각각 다른 추출 용매인 열수, ethanol에서 추출되는 phenolic compounds가 다르기 때문에 α-glucosidase에 대한 저해 효과가 다르게 나타난 것으로 보이며, 이에 따른 후속연구로 phenolic compounds의 성분을 규명할 필요성이 있다고 판단되었다.
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