[논문]케나프 품종별 종자 추출물의 항혈전, 항산화, 항당뇨 활성의 비교

이윤진; 강덕경; 김지민; 김영민; 손호용

doi:10.5352/jls.2022.32.8.633

케나프 품종별 종자 추출물의 항혈전, 항산화, 항당뇨 활성의 비교
Comparison of Anti-thrombosis, Antioxidant and Anti-diabetes Activities amongDifferent Cultivars of Hibiscus cannabinus L. Seeds 원문보기

생명과학회지 = Journal of life science, v.32 no.8, 2022년, pp.633 - 640

이윤진 (안동대학교 식품영양학과) , 강덕경 (안동대학교 식품영양학과) , 김지민 (안동대학교 식품영양학과) , 김영민 ((주)헴프앤알바이오) , 손호용 (안동대학교 식품영양학과)

초록
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케나프(Hibiscus cannabinus L.)는 척박한 건조 토양이나 습한 습지에서도 빠른 성장을 나타내어 섬유용, 제지용, 사료용, 식품용 및 환경 정화용 식물로 각광받고 있다. 국내에서는 전량 수입되어 온 케나프 종자를 대체하기 위해 국내 채종가능한 장대 품종이 최근 개발되어 재배되고 있으나 외국산 종자와 장대 종자의 생리활성 비교 평가는 이루어진 바 없다. 본 연구에서는 8종의 외국산 케나프 품종과 신품종 장대의 종자를 대상으로 에탄올 추출물을 제조하고 이들의 항혈전 활성, 항산화 활성 및 항당뇨 활성을 평가하였다. 케나프 종자 추출물의 총 폴리페놀 및 총 플라보노이드 함량을 분석한 결과, 장대 종자 추출물이 각각 14.4 mg/g 및 5.3 mg/g을 나타내어 외국산 품종의 종자 추출물보다 월등히 높은 함량을 보였다. 항혈전 활성평가를 위한 트롬빈 저해활성 측정에서는 IT 181215 및 IT 207877 종자 추출물에서 용매 대조구보다 1.92배 및 1.88배 증가된 thrombin time을 보였으며, 프로트롬빈 저해활성 평가에서는 홍마 종자 추출물을 제외한 모든 추출물에서 유사한 1.36~1.56배 증가된 prothrombin time을 보였다. 혈액응고인자 저해활성 평가에서는 IT 207886 종자 추출물에서 가장 강력한 3.04배 증가된 aPTT를 보였다. 장대 종자 추출물은 각각 1.46배, 1.38배, 2.37배 증가된 TT, PT, aPTT를 우수한 항혈전 활성을 보였다. 장대 종자 추출물은 ABTS 양이온 및 nitrite 소거능의 RC₅₀값이 0.48 및 0.27 mg/ml으로 외국산 종자 추출물보다 우수한 항산화 활성을 보였다. 또한, α-glucosidase 저해활성 측정에서 장대 및 IT 181215 종자 추출물은 0.5 mg/ml 농도에서 10.3~10.6%의 저해활성을 보여 다른 품종의 종자 추출물보다 우수하였다. 본 연구결과는 케나프 품종별 종자 추출물의 항혈전, 항산화 및 항당뇨 활성에 대한 최초 보고이며, 케나프 신품종 장대 종자를 이용한 고부가가치 생물소재 개발이 가능할 것으로 기대된다.

Abstract ▼ AI-Helper

Recently, kenaf (Hibiscus cannabinus L.) has been highlighted due to its rapid growth in dry, infertile land and its versatile applications in textiles, paper, feed, food, medicine, and phyto-remediation. In Korea, a new cultivar, 'Jangdae', which has the merit of feasible seed-gathering, was established in 2013. However, most of the kenaf seeds used are still imported, and a comparison study of useful bio-activities between Jangdae and imported seeds has not been conducted. In this study, anti-thrombosis, antioxidant and anti-diabetic activities of the ethanol extracts of the Jangdae seed (E-JS) and 8 imported cultivar seeds (E-ICS) were investigated. The E-JS has 14.4 mg/g of total polyphenol and 5.3 mg/g of total flavonoids, whereas the E-ICS has 5.9~8.7 mg/g and 0.7~1.5 mg/g, respectively. Among the 9 kenaf seed extracts, IT 181215 and IT 207877 seed extracts showed 1.92 and 1.88-folds extended thrombin time (TT), and IT 207886 seed extracts showed 3.04-folds extended activated partial thromboplastin time (aPTT). All extracts, except Hong-ma seed, showed 1.36~1.56-folds extended prothrombin time (PT). The E-JS showed strong anti-thrombosis activities with 1.46-folds (TT), 1.38-folds (PT) and 2.37-folds (aPTT) compared to those of solvent controls. The E-JS has the strongest antioxidant activities among the seed extracts, with 0.48 mg/ml of RC50 for ABTS cation and 0.27 mg/ml of RC50 for nitrite scavenging. Meanwhile, the E-JS and IT 181215 extracts showed strong inhibition against α-glucosidase with 10.3~10.6% inhibition at 0.5 mg/ml. Our results suggest the E-JS has potential as an anti-thrombosis, antioxidant and anti-diabetic agent.

주제어

표/그림 (7)

그림 Fig. 1. The representative photographies of 9 different cultivars of Hibiscus cannabinus L. seeds used in this study.
표 Table 1. Informations of 9 different cultivars of Hibiscus cannabinus L. seeds used in this study
표 Table 2. Component analyses of the ethanol extracts of 9 different cultivars of Hibiscus cannabinus L. seeds
그림 Fig. 2. Effects of the ethanol extracts prepared from 9 different cultivars of Hibiscus cannabinus L. seeds. 1: Hong-Ma, 2: Jangdae, 3: IT 181215, 4: IT 181217, 5: IT 181220, 6: IT 207877, 7: IT 207884, 8: IT 207886, 9: IT 236176, 10: DMSO and 11: aspirin on (A) thrombin time, (B) prothrombin time and (C) activated partial thromboplastin time. Anti-coagulation activity was calculated on the clotting time of sample divided by the clotting time of solvent control in blood coagulation assay. The thrombin time (TT), prothrombin time (PT) and activated partial thromboplastin time (aPTT) of solvent control (dimethylsulfoximide) were 18.5 sec, 13.4 sec and 46.2 sec, respectively. Data are means ± SD of triplicate determinations. Different superscripts within a panel differ significantly (p<0.05).
그림 Fig. 3. Radical scavenging activities of the ethanol extracts prepared from 9 different cultivars of Hibiscus cannabinus L. seeds. 1: Hong-Ma, 2: Jangdae, 3: IT 181215, 4: IT 181217, 5: IT 181220, 6: IT 207877, 7: IT 207884, 8: IT 207886 and 9: IT 236176. The concentrations of extracts used for DPPH, ABTS, and reducing power assay were 0.5 mg/ml, and nitrite scavenging activity assay was 0.2 mg/ml, respectively. Different superscripts within a panel differ significantly (p<0.05).
그림 Fig. 4 Effects of the of the ethanol extracts prepared from 9 different cultivars of Hibiscus cannabinus L. seeds on α-glucosidase. 1: acarbose (0.065 mg/ml), 2: acarbose (0.5 mg/ml), 3: Hong-Ma, 4: Jangdae, 5: IT 181215, 6: IT 181217, 7: IT 181220, 8: IT 207877, 9: IT 207884, 10: IT 207886 and 11: IT 236176. Different superscripts within a panel differ significantly (p<0.05).
표 Table 3. Calculated RC50s of the ethanol extracts prepared from 9 different cultivars of Hibiscus cannabinus L seeds

AI 본문요약
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문제 정의

그러나 현재까지 국내에서 채종 가능한 장대 품종과 외국산 케나프 품종의 생리활성 비교연구는 이루어진 바 없다. 따라서 본 연구에서는 국내에서 개발된 장대 품종과 8종의 외국산 케나프 품종의 종자 추출물을 각각 조제하고 이를 대상으로 항혈전 활성, 항산화 활성 및 항당뇨 활성을 평가하였으며, 그 결과 국내 장대 종자가 외국산 종자보다 우수한 항혈전, 항산화, 항당뇨 활성을 나타냄을 확인하였기에 이에 보고하는 바이다.

제안 방법

다양한 케나프 품종별 종자의 에탄올 추출물의 항혈전활성은 TT, PT, aPTT를 각각 측정하여 평가하였다. 용매대조구는 DMSO를, 활성 대조구로는 aspirin을 사용하였다.
다양한 품종의 케나프 종자 추출물의 항당뇨 활성은 α-glucosidase 저해 활성을 측정하여 나타내었다
다양한 품종의 케나프 종자 추출물의 항산화 활성은 DPPH (1,1-diphenyl-2-picryl hydrazyl) 활성 음이온 소거능, ABTS [2,2-azobis (3-ethylbenzothiazoline -6- sulfonate)] 활성 양이온 소거능, nitrite 소거능 및 환원력(reducing pow- er) 측정으로 평가하였다. 활성 평가는 기존의 방법[17]과 동일하게 사용하였으며, 활성 대조구로는 vitamin C (Sig- ma Co.
다양한 품종의 케나프 종자 추출물의 항혈전 활성은 혈액응고에 따른 혈전 생성시간의 변화를 각각 thrombin time (TT), prothrombin time (PT) 및 activated partial thromboplastin time (aPTT)을 측정하여 평가하였다[19]. 활성평가에 사용한 혈장은 시판 control plasma (MD Pacific Technology Co.
Japan)후 동결건조하였다[16]. 추출물들은 DMSO에 100 mg/ml의 농도로 녹인 후, 항혈전, 항산화 및 항당뇨 활성 평가에 사용하였으며 최종농도가 0.05~5 mg/ml가 되도록 조정하여 첨가하였다.

대상 데이터

본 실험에 사용된 케나프 종자는 2020년 전남 순천지역에서 재배된 ‘장대’ 품종에서 채종한 종자[14]와 외국산 8종 케나프 종자로 각각의 정보는 Table 1 및 Fig
1에 나타내었다. 외국산 품종 중, 홍마는 중국산 홍마 74-3 종자를 ㈜카나프코리아에서 구입하여 사용하였으며, 그외 종자 7종(IT 181215~IT 236176)은 국립농업과학원의 농업생명자원 분양 프로그램 지원으로 확보하였다(DT-22001). 확보된 종자는 이물질을 제거한 후 세절하여 추출에 사용하였으며, 케나프 종자 시료에 각각 20배의 95% ethanol (Daejung Chemicals & Metals Co.

데이터처리

실험 결과는 SPSS 26.0 버전을 사용하여 mean ± SD로 나타내었으며, 각 군간의 차이는 각 군 간의 차이는 일원배치 분산분석(1-way analysis of variance, ANOVA) 을 한 후, Duncan’s multiple range test에 의하여 p<0.05 수준에서 유의성을 검증하였다[14].

이론/모형

Total polyphenol (TP) 및 Total flavonoid 함량 측정은 기존의 보고된 방법[31]에 따라 측정하였으며, 각각 rutin과 tannic acid를 표준시약으로 사용하였다. 총당 정량은 phenol-sulfuric acid법[26]으로, 환원당 정량의 경우에는 DNS 변법을 이용하였으며, 각각 sucrose와 glucose를 표준물질로 사용하였다[26, 28].
Total polyphenol (TP) 및 Total flavonoid 함량 측정은 기존의 보고된 방법[31]에 따라 측정하였으며, 각각 rutin과 tannic acid를 표준시약으로 사용하였다. 총당 정량은 phenol-sulfuric acid법[26]으로, 환원당 정량의 경우에는 DNS 변법을 이용하였으며, 각각 sucrose와 glucose를 표준물질로 사용하였다[26, 28].

성능/효과

3A). ABTS 양이온 및 nitrite 소거능 평가결과 각각 20.1~51.2% 및 28.5~57.4%의 다양한 소거활성을 보였으며, 가장 높은 소거능은 장대 종자 추출물에서 확인되었다(Fig. 3B, Fig.
한편 항혈전 활성이 강력하다고 알려진 블랙커런트의 경우 5 mg/ml 농도에서 15배 이상 증가된 TT, PT, aPTT [20]를 나타내는 것과 비교하면, 케나프 품종별 종자 추출물들은 상대적으로 미약한 항혈전 활성을 보였다. 그러나 5 mg/ml의 동일농도에서 장수풍뎅이, 흰점박이꽃무지 유충, 쌍별귀뚜라미 등의 약용 곤충 추출물들이 1.1~1.5배 증가된 TT와 PT [29], 모링가 지하부 추출물의 1.1~1.42배 증가된 TT, PT 및 aPTT [22] 및 흑생강 지하부 추출물의 1.07~1.24배 연장된 TT, aPTT [24]보다는 증가된 혈전생성 시간을 나타내어 케나프 종자 추출물이 약용곤충, 모링가 및 흑생강 추출물보다는 우수한 항혈전 활성을 나타냄을 확인하였다. 이러한 결과는 케나프 종자, 특히 국내 장대의 종자 추출물이 새로운 항혈전 활성 소재로 개발 가능함을 제시하고 있다.
3 mg/g의 높은 함량을 보였다. 따라서 국내 채종 가능한 장대 품종의 종자는 다른 종자들보다 상대적으로 높은 폴리페놀 및 플라보노이드 함량을 나타내어 우수한 생리활성을 나타낼 것으로 예상되었다[14, 19].
3에 나타내었다. 먼저 DPPH 음이온 소거능 측정결과 9종의 종자추출물이 전체적으로 10% 미만의 미약한 활성을 나타내었으며, IT 181215에서 가장 높은 9.1%의 소거능을 보였다(Fig. 3A).
먼저 임상에서 항당뇨제로 사용되고 있는 acarbose는 0.065 및 0.5 mg/ml 농도에서 각각 48.6% 및69.6%의 α-glucosidase 저해활성을 나타내어 우수한 활성이 확인되었다
3D). 이러한 결과는 케나프종자 추출물의 경우 ABTS 양이온 및 nitrite 소거능이 우수하며, 특히 국내 채종 가능한 장대 종자가 강력한 항산화 활성을 나타내는 것을 알 수 있다.
총 폴리페놀 함량 분석 결과, 장대의 종자를 제외한 외국산 종자는 모두 5.9~8.7 mg/g를 포함하여 유의성 있는 차이가 나타나지 않았으나, 장대 종자 추출물에서는 14.4 mg/g으로 큰 차이가 나타났다(p< 0.05)
05). 총 플라보노이드 함량 분석에서도 장대 종자 추출물은 5.3 mg/g을 나타내어 여타의 외국산 품종의 종자에서 나타나는 0.7~1.5 mg/g과 큰 차이가 나타났다. 적색을 나타내는 홍마 종자의 경우, 총 플라보노이드 함량은 4.
4). 케나프 종자 추출물들은 전반적으로 acarbose에 비해서는 약한 저해활성을 보였으며, 항당뇨 활성이 우수하다고 보고된 Hibiscus 속 식물[7, 21, 36] 및 도깨비 부채 뿌리[29], 섬바디 지상부 [18] 등의 약용식물들보다 미약한 활성을 보였다. 그러나 장대 종자 추출물의 경우, 활성물질의 분획 및 정제를 통해 항당뇨 활성을 증강시킬 수 있으리라 판단된다.
케나프 종자 추출물은 0.5 mg/ml 농도에서2.2~10.6%의 α-glucosidase 저해활성을 나타내었으며, 장대 및 IT 181215 종자 추출물에서 각각 10.6 및 10.3%의 가장 우수한 저해활성을 보였다(Fig
2A). 프로트롬빈 저해활성을 측정한 결과, 홍마 종자 추출물에서 용매 대조구보다 1.21배 증가된 PT를 보였으며, 그 외 8종의 종자 추출물에서는 1.36~1.56배 증가된 PT를 보여 유사한 저해활성을 나타내었다(Fig. 2B).
2). 한편 케나프 종자 추출물(5 mg/ml)의 트롬빈 저해활성을 측정 결과, 용매대조구에 비해 1.36~1.92배 증가된 TT를 나타내었으며, 가장 우수한 저해활성은 IT 181215 (1.92배) 및 IT 207877 (1.88배) 종자 추출물에서 확인되었다(Fig. 2A).
2C). 한편 항혈전 활성이 강력하다고 알려진 블랙커런트의 경우 5 mg/ml 농도에서 15배 이상 증가된 TT, PT, aPTT [20]를 나타내는 것과 비교하면, 케나프 품종별 종자 추출물들은 상대적으로 미약한 항혈전 활성을 보였다. 그러나 5 mg/ml의 동일농도에서 장수풍뎅이, 흰점박이꽃무지 유충, 쌍별귀뚜라미 등의 약용 곤충 추출물들이 1.
2B). 한편, 혈관 손상을 동반하지 않는 내인성 혈전 생성에서 가장 중요한 혈액응고인자(coagulation factors) 저해활성 평가 결과, IT 207886 및 장대 종자 추출물에서 가장 강력한 3.04배 및 2.37배 연장된 aPTT를 보였다. 또한 IT 181217, 5: IT 181220 종자 추출물에서도 각각 1.
환원력 측정 결과, 장대 및 IT 181220 종자 추출물에서 다른 종자 추출물보다 유의적으로 높은 활성을 보였다(p<0.05) (Fig

후속연구

상기의 결과들은 식의약품 및 화장품 산업에서 케나프 종자, 특히 장대 종자가 새로운 생물자원으로서 이용 가능성을 제시하고 있다. 본 연구는, 케나프 품종별 종자 추출물의 항혈전, 항산화 및 항당뇨 활성에 대한 최초 비교 보고이며, 국내에서 대량 재배되고 있는 케나프 및 장대 종자를 이용한 고부가가치 생물소재 개발의 기초자료로 활용될 것으로 기대된다.
그러나 장대 종자 추출물의 경우, 활성물질의 분획 및 정제를 통해 항당뇨 활성을 증강시킬 수 있으리라 판단된다. 상기의 결과들은 식의약품 및 화장품 산업에서 케나프 종자, 특히 장대 종자가 새로운 생물자원으로서 이용 가능성을 제시하고 있다. 본 연구는, 케나프 품종별 종자 추출물의 항혈전, 항산화 및 항당뇨 활성에 대한 최초 비교 보고이며, 국내에서 대량 재배되고 있는 케나프 및 장대 종자를 이용한 고부가가치 생물소재 개발의 기초자료로 활용될 것으로 기대된다.
24배 연장된 TT, aPTT [24]보다는 증가된 혈전생성 시간을 나타내어 케나프 종자 추출물이 약용곤충, 모링가 및 흑생강 추출물보다는 우수한 항혈전 활성을 나타냄을 확인하였다. 이러한 결과는 케나프 종자, 특히 국내 장대의 종자 추출물이 새로운 항혈전 활성 소재로 개발 가능함을 제시하고 있다.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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