초록 ▼

III. 연구개발결과
1. 제 1 연구분야 : 인삼의 항당뇨 효능증진 위한 발효조건 확립연구
○ 인삼분말 현탁액발효를 위한 기본조건 조사
- 현탁액상태로 발효가 가능한 인삼분말의 최고 농도는 10 %로 판단된다.
그 이상의 농도에서는 기질의 유동성이 감소하여, 유산균발효 후 pH증가 경향을 보인다. 또한 인삼추출물 발효와는 달리 NaOH용액을 이용한 pH 조정은 필요없는 것으로 나타났다.
○ 인삼분말의 전처리가 유산균 발효에 미치는 영향
인삼분말의 물리화학적 처리가 유산균을 이용한 인삼분말 현탁액 발

III. 연구개발결과
1. 제 1 연구분야 : 인삼의 항당뇨 효능증진 위한 발효조건 확립연구
○ 인삼분말 현탁액발효를 위한 기본조건 조사
- 현탁액상태로 발효가 가능한 인삼분말의 최고 농도는 10 %로 판단된다.
그 이상의 농도에서는 기질의 유동성이 감소하여, 유산균발효 후 pH증가 경향을 보인다. 또한 인삼추출물 발효와는 달리 NaOH용액을 이용한 pH 조정은 필요없는 것으로 나타났다.
○ 인삼분말의 전처리가 유산균 발효에 미치는 영향
인삼분말의 물리화학적 처리가 유산균을 이용한 인삼분말 현탁액 발효시 균수와 ginsenoside 대사에 미치는 영향을 규명하였다.
○ 혼합유산균(mixed starter)에 의한 발효물 특성분석
Ped. pentosaceus K-65, P ed. pentosaceus K-641, Lac. gasseri KCTC 3162의 세가지 균주로 발효시킨 발효물의 특성변화를 72시간 관찰하였다.
○ 세가지 균주의 ginsenoside 대사능 평가
대사효율화를 위하여 먼저 각각의 균주의 가능한 대사경로를 확인하였다. 이상의 결과를 토대로 세가지 균주를 혼합하여 사용하였을 때 예상되는 ginsenoside 대사도를 제시하였다. 그러나, 인삼분말을 이용한 발효물의 경우 추출물발효에 비해 섬유질, 전분 등 다양한 영양원에 노출되므로 순수 배지에서와는 다른 양상의 ginsenoside 대사가 이뤄질 것으로 예측된다.
2. 제 2 연구분야 : 인삼발효 소재의 항당뇨효능 평가 및 작용기작 연구
○ 인삼의 유산균 발효물 9종을 항당뇨 관련 세포실험을 수행한 결과 유산균 60, 65, 641, 643, 3163 5종의 발효물을 동물실험 시료로 선정하였다.
○ 인삼의 유산균 발효물 5종을 제2형 당뇨동물에게 300mg/kg으로 12주간 투여하였을 때, 혈당치, HbA1c 농도, 인슐린치 등의 조절 효과가 우수한 60, 641, 3163을 당뇨예방 후보소재로 도출하였다.
○ 인삼의 유산균 발효물 5종을 인슐린 저항성을 가진 제2형 당뇨동물인 GK rats에게 150mg/kg으로 13주간 투여하였을 때, 65, 641, 3162군은 혈당치, HbA1c 농도, 인슐린치 등의 조절효과가 우수하였으며, 인슐린 감수성 지표의 하나인 HOMA를 산출하였을 때 인슐린 저항성도 낮추었다.
○ 간조직의 인슐린민감성 지표로서 PEPCK, G6Pase발현을 측정하였을 때 실험에 사용한 5종의 발효물 모두에서 뚜렷한 조절효과를 보였다.
○ 세포모델에 100 μg/ml 이하로 첨가할 때 통계적으로 유의적인 항당뇨 혹은 항비만 효능을 나타내는 후보소재 3종 도출함
○ 동물모델에 300 mg/kg BW 이하로 투여할 때 통계적으로 유의적인 항 당뇨 효능 나타내는 후보소재 2종 도출함
3. 제 3 연구분야 : 꾸지뽕잎의 대사성 증후군조절 지표성분 설정연구
○ 꾸지뽕잎과 뽕잎에 함유된 18종의 성분 (protocatechuic acid, catechin, chlorogenic acid, cryptochlorogenic acid, caffeic acid, epicatechin, umbelliferone, kaempferol, 3-β-D-glucopyranoside, p-coumaric acid, resveratrol, quercetin, rutin, kaempferol, quercitrin, isoquercitrin, oxyresveratrol, isobavachalone)을 정량한 결과 p-coumaric acid, quercitrin, kaemperol 을 제외한 대부분의 성분이 구지뽕에 비해 뽕잎에서 높게 나왔으며 꾸지뽕은 19.4 분에서 뽕잎에 비하여 높은 특이적인 주 피크가 검출되었다 (Compound A). 이는 뽕잎에서 crypto-chlorogenic acid 가 같은 19.4 분에서 검출된 것으로 보아 동일 성분으로 추측할 수 있었으나, 뽕잎과 꾸지뽕잎의 19.4 분에 검출된 피크의 PDA를 비교한 결과 일치하지 않아 다른 성분으로 판단되었다.
4. 제 4 연구분야 : 꾸지뽕잎의 대사성 증후군 조절효과 연구
꾸지뽕잎 에탄올추출물은 포도당 흡수능 및 α-glucosidase 저해능에 있어 서는 뽕잎추출물에 비하여 높은 효과를 보였다. 단일성분의 함량 및 활성은 quercetin 및 kaempferol 이 높으나 여러 식물에 보편적으로 존재하는 성분이므로, 꾸지뽕잎에탄올 추출물 제조의 지표 성분으로는 Isobavachalcone이 도출되었다.
5. 제 5 연구분야 : 꾸지뽕잎의 항염증효과 연구
100 여종의 천연물 추출물을 준비하고, 이들의 항염증활성을 조사하였다. 즉, RAW264.7 cell 에 LPS를 처리하였을 때 유도되는 NO생성을 억제하는 추출물의 활성을 조사하여 25종의 시료를 1차로 선발하였다. 이어서 각각의 시료를 농도별로 처리하여 IC50 값을 비교한 결과, 황련, 견우자, 녹차, 육계, 빈랑자 등의 활성이 양호하게 나타났다.
다음으로 대사성증후군 대응 소재로써 선발된 뽕잎, 꾸지뽕, 늙은 호박 그리고 율무를 각각의 용매로 추출하여 NO생성 억제활성을 분석하였다. 그 결과, 모든 시료의 ethanol(100%) 추출물이 물 추출물보다 활성이 높았으며, 4가지의 시료중에는 뽕잎과 꾸지뽕추출물의 활성이 양호하였다.
뽕잎의 성분 16 종에 대한 NO생성 억제활성을 분석한 결과, isobavachalcone, kampferol, resveratrol, quercetin 등의 활성이 높았다. 이들 성분은 50 ug/ml 이하의 농도로 처리시 세포독성이 나타나지 않았다. 다만, isobavachalcone는 25 ug/ml 이하에서 세포독성이 나타나지 않았다.
이상의 결과로 부터, 일련의 연구에서 선발한 대사성증후군 대응 소재 중 뽕잎과 꾸지뽕이 높은 항염증 활성을 나타내며, isobavachalcone 등이 그 활성성분임을 알 수 있었다.
6. 제 6 연구분야 : 꾸지뽕잎의 in vivo 대사성증후군 조절효능 연구
○ 늙은호박, 율무, 팽화홍삼의 혈당강하효능 평가
1) 혈당상승율(0분 vs 120분)은 컨트롤파워(CJ)가 37%로 유의하게 낮았고(p< 0.05), 늙은 호박(58%), 율무(52%), 팽화홍삼(62%)은 비슷하였다.
2) 포도당부하후 30분, 60분의 혈당농도는 tolbutamide가 유의하게 낮았다(p< 0.05).
3) 120분 혈당농도는 늙은 호박, 컨트롤파워(CJ), 팽화홍삼이 낮았다.
4) 곡선하면적(AUC)은 tolbutamide 가 낮았지만 유의성은 없었다.
○ 꾸지뽕, 늙은 호박, 율무의 항당뇨 및 항비만 효능평가
- 항당뇨실험
1) 공복혈당 : 마우스(ICR)에게 늙은 호박(cucurbita moschata: CM), 율무(adlay seed: AS), 꾸지뽕(cudrania tricuspidata: CT)의 물과 70% 주정추출물을 단회투여하였다. 물과 주정시료 투여후 30분의 혈당 상승율은 CM(59.6 vs 44.7%), AS(92.6 vs 39.5%), CT(60.8 vs 32.5%) 로 물에 비해 주정추출물에서 낮았고, 특히 꾸지뽕 주정추출물이 가장 낮았다.
2) 경구당부하검사 : 마우스(ICR)에게 늙은 호박(CM), 율무(AS), 꾸지뽕(CT)의 물과 70% 주정추출물을 단회투여하였다. 혈당상승율(0분 vs 120분) 은 물추출물군(A, C, E)에서 각각 23, 26, 25%, 주정추출물군(B, F)에서 각각 32, 23%, 포도당군(G)은 39% 상승하였다. 곡선하면적(AUC)은 꾸지뽕(E)과 늙은 호박(E) 및 율무(W)간에 통계적인 차이가 있었다(p< 0.05).
3) 당뇨쥐실험 : 늙은 호박(CM)과 꾸지뽕(CT)추출물을 고·저농도로 6주 동안 투여하였다. 실험기간중 총 체중감량은 꾸지뽕(H)이 16 g으로 실험군에서 가장 낮았다. 실험종료시 혈당농도은 늙은 호박과 꾸지뽕의 고농도투여군(A, C)이 비슷하였고, 기준혈당 대비 종료시 혈당의 감소는 꾸지뽕저농도투여군(D)이 52.2 mg/dL 로 가장 낮았다.
결론적으로 in vitro 항당뇨활성이 확인된 3종의 시료(CM, AS, CT)를 대상으로 정상쥐를 대상으로 공복혈당과 경구당부하검사(OGTT) 및 STZ-당뇨쥐를 대상으로 혈당변화를 측정한 결과 꾸지뽕 주정추출물의 혈당감소효과가 뚜렷하였다.
- 항비만실험
1) 실험1기(5주)동안 고지방식이를 급여한 흰쥐에게 항비만활성이 확인된 천연물소재로 늙은 호박(cucurbita moschata), 율무(adlay seed), 꾸지뽕 (cudrania tricuspidata)의 혼합조성식이를 5주동안 급여했을 때(실험2기) 총 증체량은 고지방대조군(F)에 비해 혼합조성식이가 평균 40∼45 g 더 낮았다.
2) 내장지방중 신장지방패드(RFP)무게는 F군과 30%혼합식이군(E)간에, 정소상체지방패드(EPF)무게는 F군과 20%혼합식이군(D)간에 각각 통계적인 차이가 있었다(p< 0.05). 갈색지방(BAT)무게는 실험군에서 모두 동일하였다.
3) 실험2기의 배변량은 고지방대조군(F)에서는 실험1기와 비슷한 반면, 혼합조성식이중에서는 저첨가수준(5, 10%)에 비해 중·고첨가수준(15, 20, 30%)에서 실험1기 보다 유의하게 증가하였고, 첨가수준이 높을수록 배변량이 증가하였다(p< 0.05).
4) 소장의 길이는 30%혼합식이군(E)과 고지방대조군(F)이 가장 짧았고, 5, 10, 15 및 20%혼합식이군(A〜D)은 비슷하였다. 대장은 대체로 소장의 길 이와 유사하게 F군이 가장 짧았고 D군이 통계적으로 길었다(p< 0.05).
5) 혈중 총콜레스테롤(TC)농도는 10%(B), 15%(C) 및 30%(E)혼합식이군이 일반대조군(G) 보다 유의하게 낮았고, HDL-콜레스테롤농도는 G군과 혼합식이군간에 유의한 차이가 있었다(p< 0.05). 중성지방(TG)농도는 F군과 G군간에 유의한 차이가 있었고, 혼합식이군은 비슷하였다. 혈당치는 F군 보다 혼합식이군에서 낮았다(p< 0.05).
6) 혈구세포수(CBC)중 적혈구수, 헤마토크릿치 및 혈색소함량은 E군이 실험군중에서 가장 많았다. 백혈구수는 A, C 및 E군이 두 대조군(F, G)보다 유의하게 많았고, 혈소판은 F군이 실험군 보다 유의하게 낮았다(p< 0.05).
이상의 결과로 부터 고지방식이를 급여한 흰쥐에게 항비만활성이 있는 3종의 시료(1:1:1)를 5〜30% 수준으로 첨가한 혼합식이를 급여했을 때 체중 증가와 체지방의 억제, 배변량 증가 및 혈청중 TC와 TG 및 혈당농도를 감소시킨 것으로 나타났다.
○ 꾸지뽕잎 소재의 in vivo 효능평가
- 일반뽕잎과 꾸지뽕잎분말이 당뇨유발쥐의 혈당관련 지표에 미치는 영향을 구명하였다. 실험식이는 일반뽕잎분말군(A), 일반뽕잎과 꾸지뽕잎 1:1 분말혼합군(B), 1:3 분말혼합군(C), 꾸지뽕잎분말군(D) 및 당뇨대조군 (E)의 다섯처리군으로 배치하였고, STZ(47.5 mg/kg bw) 투여 후 7일에 혈당치가 350∼400 mg/dL 되는 당뇨쥐를 선별하여 실험군당 8마리씩 배치하고, 6주동안 사육하였다.
1) 실험기간동안 식이섭취량은 일반뽕잎과 꾸지뽕잎분말 1:3혼합군(C)과 꾸지뽕잎분말군(D)이 일반뽕잎분말군(A)과 일반뽕잎과 꾸지뽕잎분말1:1 혼합군(B)에 비해 통계적으로 높았고(p< 0.05), 음수량은 B군이 유의하게 낮았다(p< 0.05).
2) 실험기간동안 혈당농도는 B군과 C군이 기준혈당치와 비슷한 수준을 유지하였고, 실험종료시 혈당은 B군과 C군이 각각 6.7, 7.6%로 당뇨대조군(29.2%)에 비해 낮았다. 혈당치의 곡선하면적(AUC)은 유의한 차이가 없이 B군이 실험군중 가장 낮았다.
3) 혈당관련 지표성분중 C-peptide함량은 통계적인 차이가 없이 C군이 다른 처리군에 비해 평균 50 pmol/L 높았고, 당화혈색소(HbA1c)함량은 E군이 가장 높았고, A군과 B군이 통계적으로 유의하게 낮았다(p< 0.05). 인슐린농도는 D군이 높았고, Fructosamine농도는 B군과 D군이 각각 가장 낮거나 높았다.
4) 유리지방산(FAA)과 TC농도는 당뇨대조군(E) 보다 A군과 B군이 낮았고, HDL-콜레스테롤농도는 E군 보다 A군과 B군이 약 30% 높았다. LDL농도는 C군이 유의하게 낮았고, TG는 E군 보다 A군, B군, D군(꾸지뽕잎군)에서 유의하게 감소하였다(p< 0.05).
이상의 결과로 부터 STZ당뇨유발쥐에게 6주동안 일반뽕잎과 꾸지뽕잎분말의 1:1혼합식이의 급여는 혈당상승을 억제하고 혈당관련 지표성분에도 일정한 효과가 있는 것으로 나타났다.
7. 제 7 연구분야 : 꾸지뽕잎을 이용한 대사성 증후군 조절소재 개발
○ 당뇨, 비만예방용 천연물소재의 선발
본초학 및 한의원 임상자료를 통하여 비만과 당뇨처방에 공통적으로 사용되며 식품으로 허용되는 천연물 40종을 선발하여 1차로 20종을 대상으로 ATP citrate lyase 활성과 H2O2에 의한 pancreatic islets의 세포사멸을 동시에 억제하는 천연물 12종 조사하였다.
○ 꾸지뽕의 DNJ 및 Rutin 함량 측정
꾸지뽕의 항당뇨지표성분인 DNJ과 Rutin 함량은 줄기보다 잎에 다량 함유되었다. 세포생존율을 조사한 결과 꾸지뽕잎 0.5〜5 mg/mL 농도에서 80% 생존율을 나타냈다. DNJ 함량은 에탄올추출물에 많이 함유되어 있는 것이 특징이었다.
○ 3T3-L1 cell 분화억제
꾸지뽕 주정추출물농도를 달리하여 3T3-L1 adipocytes differentiation를 조사한 결과 0.5 mg/ml에서 73.55%를 나타냈고, 5 mg/ml에서 49.85%로 세포분화억제력이 가장 크게 나타나 꾸지뽕 주정추출물이 지방세포의 분화에 강한 억제력이 있는 것으로 판단되었다.

Abstract ▼

IV . Results
1. Study field 1 : A study for ginseng fermentation to improve antidiabetic function of ginseng
○ Examination of basic condition for ginseng powder suspension fermentation
- It was investigated that the maximum concentration of ginseng powder for possible fermentation in the st

IV . Results
1. Study field 1 : A study for ginseng fermentation to improve antidiabetic function of ginseng
○ Examination of basic condition for ginseng powder suspension fermentation
- It was investigated that the maximum concentration of ginseng powder for possible fermentation in the state of suspension was 10 %. At above this concentration, the pH tended to increase after lactic acid bacteria fermentation. Also, unlike ginseng extract fermentation, pH adjustment using NaOH solution was not necessary.
○ Effects of pre-treatment for ginseng powder on the fermentation of lactic acid bacteria
- The experiment was conducted to observe the effects of fermentation on the viable cell count and ginsenoside metabolism, when physically and chemically pre-treated ginseng powder, in the form of suspension, was fermented.
○ Analysis of characteristics of fermented material by mixed starter
- The changes of characteristics in fermented material, which was fermented by 3 kinds of starters such as P ed. pentosaceus K-65, P ed. pentosaceus K-641, Lac. gasseri KCTC 3162, were observed for 72 hours.
○ Evaluation of ginsenoside metabolism in 3 starters
At first, the ginsenoside metabolism pathways of each starter was identified for the efficiency of metabolism.
Based on the above results, the possible ginsenoside metabolic pathway was presented when 3 starters were mixed and used. However, in case of fermented material using ginseng powder, it is estimated that ginsenoside metabolism has different aspects from that in pure culture because it is exposed to various nutrients such as fibers and starches, compared to fermentation of the extract.
2. Study field 2 : A study for anti-diabetic effect and action mechanism of fermentation products from ginseng
○ Discovery of the candidate materials from the fermented ginsengs, which exhibited anti-diabetic action in the cell-based assays at the concentration of 100 μg/mL.
○ Discovery of the candidate materials from the fermented ginsengs, which exhibited anti-diabetic action in the animal experiments at the dosage of 300 mg/kg BW.
3. Study field 3 : A study for Identification and quantitative analysis of active ingredient in Maclura tricuspidata leaves
- Eighteen ingredients content(protocatechuic acid, catechin, chlorogenic acid, cryptochlorogenic acid, caffeic acid, epicatechin, umbelliferone, kaempferol 3-β-D-glucopyranoside, p-coumaric acid, resveratrol, quercetin, rutin, kaempferol, quercitrin, isoquercitrin, oxyresveratrol, isobavachalone) contained in Gguji leaf and mulberry leaf were quantified. The results showed that most ingredients except p-coumaric acid, quercitrin, and kaemperol were higher in mulberry leaf compared to Gguji mulberry leaf. Gguji mulberry showed a unique high peak at 19.4 minutes (Compound A ) compared to mulberry leaf. This could be assumed as crypto-chlorogenic acid because the this substance was identified in the mulberry leaf at 19.4 minutes, but the comparison of PDA of the peaks at 19.4 minutes in the mulberry leaf and Gguji mulberry leaf did not show the match, suggesting that the substance might be a different one.
4. Study field 4 : A study for anti-diabetic function and action mechanism of Cudrania tricuspidata leaves
○ The anti-diabetic effect of the extract for Maclura tricuspidata leaves was mediated by insulin-sensitizing action and α-glucosidase-inhibiting action.
○ Among the components contained in Maclura tricuspidata leaves, Isobavachalcone may contribute to insulin-sensitizing action and α-glucosidase-inhibiting action.
5. Study field 5 : A study for anti-inflammatory function of Cudrania tricuspidata leaves
- From these results it was clarified that mulberry and Cudrania tricuspidata had relatively strong anti-inflammatory activity among the selected 4 natural materials for competing with metabolic syndrome, and the major active components were isobavachalcone and quercetin, etc.
6. Study field 6 : A study for anti-metabolic syndrome function of Cudrania tricuspidata leaves
1. Evaluation of hypoglycemic effect of Cucurbita moschata Duch., Job' s tears, puffed red ginseng
- Fasting blood glucose : An increased level of blood glucose was similar as 30 min after administration of Cucurbita moschata Duch. and Control Power (CJ). (It had shown that Cucurbita moschata Duch. could get the effect of suppressing elevation of blood glucose level in vitro)
- OGTT
1) The increasing rates of blood glucose level(0 min vs 120 min) were significantly low in the group CJ(37%), and were similar in groups with Cucurbita moschata Duch., Job' s tears, and puffed red ginseng(58%, 52%, 62%).
2) The blood glucose levels at 120 min were low in groups with Cucurbita moschata Duch., CJ, and puffed red ginseng.
3) Area under curve(AUC) was low in the group Tolbutamide, but was not significantly different.
2. Evaluation of anti-diabetes and anti-obesity effects of Cudrania tricuspidata, Cucurbita moschata Duch., Job' s tears
- An anti-diabetes study
The hypoglycemic effect could get significant in Cudrania tricuspidata among the three functional food ingredients in terms of fasting blood glucose and OGTT in normal rats, and STZ-induced diabetic rats.
- An anti-obesity study
The effects of mixed-diet ratio 1:1:1 with three functional food ingredients (Cudrania tricuspidata, Cucurbita moschata Duch., Job' s tears) was confirmed anti-obesity activity in rats fed high fat diet. It seemed to be effective in decreasing the weight gain, visceral fat accumulation and serum TC, TG and glucose concentrations, but in increasing fecal amount.
3. I n vivo study on effects of Cudrania tricuspidata
- This study was performed to investigate the effects of diets added with mulberry leaves and Cudrania tricuspidata leaves powder on blood glucose biomarkers in STZ-induced diabetic rats. The blood glucose levels in groups with diet mixed 1:1(B) and 1:3(C) ratio with mulberry leaves and Cudrania tricuspidata leaves powder were maintained similarly to initial levels in experimental period(6 weeks). The increasing glucose rates(initial vs final level) were also low in the group B(6.7%) and C(7.6%) than in the group E(DM control, 29.2%), and AUC of group B were lowest among the experimental groups. The C-peptide contents of groups C were high 50 pmol/L on a average compared to the other groups, and the HbA1c contents were significantly low in the groups A(mulberry leaves) and B(p< 0.05). The serum free fatty acid (FFA) and TC contents were decreased in the groups A and B than in the group E, but HDL-cholesterol contents were increased 30% in the groups A and B than in the group E. The LDL-cholesterol concentrations were significantly decreased in the group C, and TG contents were significantly decreased in the groups A, B, and D(Cudrania tricuspidata leaves) than in the group E(p< 0.05).
From the findings, it had shown that the diets supplementation of 1:1 mixing ratio with mulberry leaves and Cudrania tricuspidata leaves powder in STZ-induced diabetic rats for 6 weeks seemed to be effective in suppressing blood glucose level and also could help improve the blood glucose biomarkers.
7. Study field 7 : A study for development for materials with antimetabolic syndrome function from Cudrania tricuspidata leaves
- Selection of natural products materials for preventing diabetes and obesity.
Natural products materials based on clinical data were selected 20 species function materials for preventing diabetes and obesity. And then we selected 12 species for activities of ATP citrate lyase and pancreatic islets.
- Determination of DNJ and rutin contents for Cudrania tricuspidata The inhibitory effects of adipogenesis in 3T3-L1 adipocytes with water and ethanol extracts of Cudrania tricuspidata leaves were investigated. The survival rate of cell viability test showed 80% in the growth of cells at concentrations of 0.5〜5 mg/mL. Moreover, DNJ contents were detected in large amounts in ethanol extract compared with water extract.
- MTT assay and 3T3-L1 adipocytes differenciation
The inhibitory effects of adipogenesis in 3T3-L1 adipocytes of Cudrania tricuspidata leaves were determined. The lipid accumulation of ethanol extract from Cudrania tricuspidata leaves at a concentration of 0.5 mg/mL was reduced by 73.5% compared with control cells, whereas 5 mg/mL reduced by 49.8%.