보고서 정보
주관연구기관 |
중앙대학교 산학협력단 Chung Ang University |
보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 |
한국어
|
발행년월 | 2015-02 |
과제시작연도 |
2014 |
주관부처 |
농촌진흥청 Rural Development Administration(RDA) |
과제관리전문기관 |
농촌진흥청 Rural Development Administration |
등록번호 |
TRKO201500010333 |
과제고유번호 |
1395035673 |
사업명 |
농축산물부가가치향상 |
DB 구축일자 |
2015-07-11
|
DOI |
https://doi.org/10.23000/TRKO201500010333 |
초록
▼
Ⅳ. 연구개발결과
<제1세부과제 : 대사체학 기반 berry류 함유 색소체 특성 규명>
○ 기능성 색소 대사체 추출을 위한 소재 선정
- Berry류는 국내에서 재배되며, 논문과 시장조사를 통하여 가장 많이 소비되고 있는 품종을 중심으로, 최종적으로 아래와 같은 4가지 berry, 6가지 품종을 선택하였음.
-딸기(설향)
-복분자 (고창산)
-오디(청일뽕)
-블루베리(스파르탄, 블루레이, 블루크롭)
○ 기능성 색소 대사체 추출법 확립
- 기능성 색소 성분을 추출하기 위한 최적 조건으로
Ⅳ. 연구개발결과
<제1세부과제 : 대사체학 기반 berry류 함유 색소체 특성 규명>
○ 기능성 색소 대사체 추출을 위한 소재 선정
- Berry류는 국내에서 재배되며, 논문과 시장조사를 통하여 가장 많이 소비되고 있는 품종을 중심으로, 최종적으로 아래와 같은 4가지 berry, 6가지 품종을 선택하였음.
-딸기(설향)
-복분자 (고창산)
-오디(청일뽕)
-블루베리(스파르탄, 블루레이, 블루크롭)
○ 기능성 색소 대사체 추출법 확립
- 기능성 색소 성분을 추출하기 위한 최적 조건으로 다단계 용매 추출법(Ethyl acetate, Methanol)을 사용하였으며, 시간과 pH에 차이를 두고 세분화하여 추출함. 가능한 최대한 많은 양의 기능성 색소 성분 추출을 위하여 반복 추출 하였고, 최종적으로 총 6개 fraction으로 기능성 색소 성분을 추출하는 방법을 확립함. 각 faraction의 특징은 아래와 같음.
-Fraction 1 : Ethyl acetate
-Fraction 2 : Ethyl acetate, 0.1 M sodium acetate buffer (pH 7.0) washing
-Fraction 3 : Methanol (상등액)
-Fraction 4 : Methanol (상등액, 60 ℃, 20 hr, 0.6 M HCl in MeOH)
-Fraction 5 : Methanol (잔사, 60 ℃, 22 hr, 0.6 M HCl in MeOH)
-Fraction 6 : Methanol (잔사, 60 ℃, 2 hr, 0.6 M HCl in MeOH)
○ 기능성 색소 대사체 분석을 위한 LC-MSn, GC-MS 분석법 확립 및 주요 기능성 색소체 동정
- 6개로 나누어진 각 fraction의 기능성 색소 대사체의 분석을 위하여, Iontrap방식의 analyzer를 선택하였으며, 용매는 A : 0.1% formic acid in water와 B : 0.1% formic acid in Acetonitrile 을 사용하여 분석하였음. LC-ESI-MSn로 분석된 결과는 대사체학 기반의 다변량 통계분석을 통해 각 fraction별 대표적인 기능성 색소 성분으로 나눈 후 동정하였으며, 그 결과는 아래와 같음.
1. 딸기 (설향)
- Fraction 1 : Catechin, p-Coumaroyl-glucoside, Galloylglucose, Procayanidin dimer, Kaempferol-3-O-acetylglucoside
- Fraction 2 : Catechin, Procyanidin B4
- Fraction 3 : Proanthocyanidin dimer, (+)Catechin, Galloyl-HHDP-Glucose, Kaempferol coumaroyl hexose
- Fraction 4 : Pelargonidin 3-O-glucoside, Ellagic acid, Quercetin 3-methyl ether 7-rhamnoside, Ellagic acid
- Fraction 5 : Ellagic acid, Kaempferol 7,4'-dimethyl ether 3-O-sulfate, Bis-HHDP-glucose
- Fraction 6 : Ellagic acid, Cyanidin 3-glucoside-7-rhamnoside
2. 복분자 (고창산)
- Fraction 1 : p-Coumaroylhexose, Ellagic acid, Ctric aicd, Cauarictin
- Fraction 2 : Quercetin hydrate, Quercetin 3-glucoside, (+) Catechin hydrate
- Fraction 3 : Cyanidin glucoside, Quercetin 3-O-glucuronide, Quercetin 3-O-rutinoside
- Fraction 4 : Cyanidin 3-O-rutinoside, Cyanidin glucoside, Ellagic acid
- Fraction 5 : Ellagic acid, Cyanidin 3-glucoside-chloroide
- Fraction 6 : Cyanidin 3-O-rutinoside, Cyanidin glucoside, Ellagic acid
3. 오디 (청일뽕)
- Fraction 1 : Catechin, Quercetin 3-glucoside, Ferulic acid hexose
- Fraction 2 : Catechin, Ellagic acid, Quercetin, Ferulic acid hexose
- Fraction 3 : Cyanidin 3-O-glucoside, Cyanidin 3-O-rutinoside, Rutin, Peonidin glucoside, Malvidin 3-O-glucoside, Pelargonidin 3-O-glucoside
- Fraction 4 : Cyanidin 3-O-glucoside, Cyanidin 3-O-rutinoside, Cyanidin, Pelargonidin 3-O-glucoside, Pelargonidin
- Fraction 5 : Cyanidin 3-O-glucoside, Cyanidin, Pelargonidin
- Fraction 6 : Cyanidin 3-O-glucoside, Cyanidin 3-O-rutinoside, Rutin
4. 블루베리 (스파르탄)
- Fraction 1 : Chlrogenic acid dimer, 3-Caffeoylquinin acid, Feruloylquinic acid, Quercetagetin-dimethyl ether-glucose
- Fraction 2 : Quercetagetin-dimethyl ether-glucose
- Fraction 3 : Quercetin -hexoside, Quercetagetin-dimethyl-ether glucose, 5-O-Feruloylquinic acid
- Fraction 4 : 5-O-Feruloylquinic acid, Petunidin-hexose, Delphinin-hexose, Malvidin
- Fraction 5 : 5-O-Feruloylquinic acid, Malvidin, Ferulic acid
- Fraction 6 : 5-O-Feruloylquinic acid, Malvidin, Delphinidin-hexoside
5. 블루베리 (블루레이)
- Fraction 1 : Chlorogenic acid, Quercetin-hexoside, Malvidin--arabinoside
- Fraction 2 : Quecetin, Quercetin-hexoside
- Fraction 3 : Quecetin-hexoside, Malvidin-3-arabinoside, 5-O-feruloylquinic acid
- Fraction 4 : Petunidin, 5-O-feruloylquinic acid, Quercetin, Delphinidin, Malvidin
- Fraction 5 : Malvidin, Delphinidin, Peonidin
- Fraction 6 : Malvidin, 5-O-feruloylquinic acid, Delphinidin
5. 블루베리 (블루크롭)
- Fraction 1 : Chlorogenic acid, 6,8-Di-C-arabionopyranosylluteolin
- Fraction 2 : Luteolin, Quercetin
- Fraction 3 : Malvidin-arabinose, Quercetin-pentoside, Cyanidin O-glucoside
- Fraction 4 : Malvidin, 5-O-Feruloylquinic acid, Malvidin-hexoside, Petunidin
- Fraction 5 : 5-O-Fruloylquinic acid, Delphinin, Cyanidin
- Fraction 6 : Malvidin-hexoside, 5-O-Feruloylquinic acid, Delphinidin, Peonidin
○ LC-MSn 기반 오디, 복분자 함유 기능성 색소체의 non-targeted profiling
- 다단계 용매 추출법을 통해 오디 및 복분자를 총 6개의 분획물로 추출 (오디: MF1~MF6, 복분자 : BF1~BF6)
- 항염증 실험결과 염증 발현 조절에 효능이 큰 fraction 4번 (오디: MF4, 복분자: BF4)를 주요 fraction으로 확인함.
- 각각의 fraction 4를 preparative-LC를 이용하여 sub-fraction으로 분획함. (오디 6개 분획 (MF4-1~MF4-6), 복분자 4개 분획(BF4-1~BF4-4))
- 오디, 복분자의 sub-fraction의 항염증 활성 실험 결과 오디 소분획(MF4-1, MF4-3), 복분자 소분획(BF4-1, BF4-3)의 염증 발현 억제 효능이 큼을 확인함.
○ 오디, 복분자 함유 기능성 색소체의 targeted profiling
1. 오디 (청일뽕) 함유 기능성 색소체의 targeted profiling
- MF4-1 : Cyanidin이 주요 coumpound로 동정.
- MF4-3 : Cyanidin 3-glucoside, Cyanidin 3-rutinoside이 주요 compound로 동정.
2. 복분자 함유 기능성 색소체의 targeted profiling
- BF4-1 : Cyanidin이 주요 compound로 동정.
- BF4-3 : Cyanidin 3-glucoside, Cyanidin 3-rutinoside이 주요 compound로 동정.
3. LC-MSn 기반 생육시기 및 품종별 색소체 profiling
- LC-MSn를 이용한 Berry류의 성숙시기별 주요 기능성 색소 대사체 동정
- 성숙시기별 6개로 분획된 각 fraction의 기능성 색소 대사체의 분석
- 분석 결과는 대사체학 기반의 다변량 통계분석을 통해 성숙시기에 따라 각 fraction별 대표적인 기능성 색소 성분으로 나눈 후 동정
가. 오디(청일뽕)
(1) Fraction 1 & 2
(2) Fraction 3, 4, 5 & 6
나. 복분자
(1) Fraction 1 & 2
(2) Fraction 3, 4, 5 & 6
4. GC-MS 기반 기능성 색소체 profiling
가. 오디(청일뽕)
- 주요 compounds : caffeic acid, cinnamic acid, chlorogenic acid
- 미숙과: Campesterol, stigmasterol, β-sitosterol 등의 sterol 대사체 검출.
- 중숙과2: arachidic acid, palmitic acid, stearic acid등의 포화 지방산과 linoleic acid, oleic acid 함량 낮음. 특이적으로 α-linolenic acid검출.
- 성숙도가 진행됨에 따라, alanine, asparagine, aspartic acid등의 대부분 아미노산 대사체들과 campesterol, stigmasterol, β-sitosterol의 sterols 그리고 비타민 E의 함량 감소.
- glucose와 fructose 같은 sugars의 함량은 증가.
나. 복분자
- 알코올, 아미노산, 유기산, 페놀산, 당, 지방산, 스테롤 등의 대사체 동정.
- 성숙도가 진행됨에 따라, Asparagine, glutamine 등의 아미노산들의 함량 감소.
- glucose와 fructose 같은 sugars의 함량은 증가.
- 중숙과1 과 중숙과2에서 Stigmasterol과 같은 sterols의 함량이 가장 높음.
○ 오디, 복분자 함유 기능성 색소 대사체 생합성 대사 경로 규명
1. 오디(청일뽕)
2. 복분자
○ 오디, 복분자 주정 추출물의 항염증 활성 색소체 규명
1. 주정을 이용한 오디, 복분자의 기능성 색소체 성분 추출법 확립
- 농도별 주정을 통해 오디 및 복분자의 주정 추출물 제조 (0%(D.W.), 50%, 75%, 95%)
- 위의 소화 작용 모사를 위한 위산 처리를 한 시료 제조 (0%(D.W.), 50%, 75%, 95%)
2. 대사체 분석을 통한 기능성 색소체 동정
(1) 오디 (Morus alba L.)
- 주정 추출물 : 75% 주정 추출물에 함유된 Compound들이 상대적으로 나머지 추출물들에 비해 높은 함량을 보임. Cyanidin 3-glucoside, Cyanidin 3-rutinoside가 75% 주정 추출물의 항염증 활성에 기여하는 특이 색소체로 확인됨.
- 위산 처리 추출물 : 75%와 95% 주정 추출물에 활성 관련 색소체의 함량이 높게 나타남. 항염증 활성을 고려하였을 때, 75% 주정 추출물에 함유된 Cyanidin 3-glucoside, Cyanidin 3-rutinoside가 항염증 활성의 주요 색소 대사체로 동정됨.
(2) 복분자 (Rubus coreanus Miquel)
- 주정 추출물 : 50% 주정 추출물에 함유된 Compound들이 상대적으로 나머지 추출물들에 비해 높은 함량을 보임. Cyanidin 3-glucoside가 50% 주정 추출물의 항염증 활성에 기여하는 주요 색소체로 확인됨.
- 위산 처리 추출물 : 50% 주정 추출물에 항염 활성 관련 색소체들의 함량이 높게 확인됨. 50% 주정 추출물에 함유된 Cyanidin 3-glucoside가 항염증 활성에 가장 크게 기여하는 색소체로 확인됨.
○ 오디, 복분자 주정 추출물의 안정성
- 식품 소재화를 기반 연구로, 색소체 주정 추출물을 pH 및 열안정성을 분석함.
가. pH에 따른 오디, 복분자 주정 추출물의 안정성
- pH 2~10의 범위에서 오디와 복분자 주정 추출물의 안정성을 평가해 본 결과, 모두 산성 범위(pH 2, 3)에서는 색도와 UV scanning의 결과에서 안정한 경향을 보인 반면, 알칼리 범위(pH 7, 8, 9, 10)에서는 비교적 매우 불안정한 양상을 보임. 이는 베리류에 주요 색소체인 안토시아닌 성분의 분해 혹은 구조적 변화에 의한 것으로 확인됨.
나. 오디, 복분자 주정 추출물의 열안정성
- 오디와 복분자 주정 추출물의 온도 변화에 따른 안정성을 측정한 결과, 추출물 자체에 함유되어 있는 환원당에 의해 일정 수준 이상의 열안정성을 보유하고 있는 것을 확인함.
- 안정성 증대를 위해 trehalose와 sucrose에 의한 안정화 효과를 비교한 결과, 오디 색소체 추출물은 20% trehalose와 sucrose (10, 20%)에 의해 안정화 증대 효과를 기대할 수 있었음. 복분자 색소체 추출물의 경우는, 열안정성 증대에 의미있는 증대 효과를 보이지 못하는 것으로 확인되었음.
<제2세부과제 : 대사체학 기반 berry류 유래 색소체의 생리활성 연구>
○ 딸기(설향)의 항염증 활성/작용기작 규명 및 기능성분 동정/검증
- 염증 마커(iNOS) 발현 억제 효과가 가장 큰 SF4 분획에서 활성에 기여하는 기능성분을 대사체학 분석 기법(OPLS-DA)을 통하여 ellagic acid를 동정함.
- SF4 분획과 ellagic acid의 항염증 활성 기작 분석에서 공통적으로 IκB의 분해억제 및 MAPK의 인산화 저해를 통하여 이루어짐을 확인함.
- 또한 LPS로 유도된 사이토카인(TNF-α, IL-1β)의 발현 또한 공통적으로 억제함.
○ 오디(청일뽕)의 항염증 활성/작용기작 규명 및 기능성분 동정
- 염증 마커(iNOS) 발현 억제 효과가 가장 큰 오디추출물 4번의 sub-fraction인 MF4-1과 MF4-3의 항염증 발현 억제 확인 결과, 동일한 염증 마커(iNOS) 발현을 억제하고, 상위신호 전달 매개체로 STAT1의 인산화를 저해한다는 공통적인 작용기작을 확인함.
- STAT1의 인산화를 유도하는 과정에서 MF4-1의 경우, IL-1β와 IL-6 mRNA의 발현을 같이 억제하면서 이루어지는 반면, MF4-3의 경우, IL-1β mRNA를 특이적으로 억제하는 것을 확인함
- 이는, 대사체 분석을 통해 동정된 대표성분의 차이(MF4-1: Cyanidin, MF4-3: Cyanidin 3-glucoside, Cyanidin 3-rutinoside)에 기인한 것으로 사료됨
- 오디 주정추출물의 항염증 활성의 경우, 소화기관에 의한 영향 중, 위산의 조건에서 추출물 처리시 항염증 활성이 증가함을 in vitro 및 in vivo에서 확인함.
- DSS로 유도된 대장염 동물모델에서. 위산처리된 오디의 주정추출물이 대장길이의 회복을 유의적으로 유도하였으며, 조직내에서의 염증 증상 완화 및 염증마커(iNOS)의 발현을 억제함을 확인함. 작용기작으로 MyD88의 발현, MAPK의 인산화, IκB의 분해를 억제하고 이에 따른 사이토카인(TNF-α, IL-1β, IL-6)의 발현을 억제하여 iNOS 및 COX-2의 염증 마커들을 조절함을 확인함.
○ 복분자의 항염증 활성/작용기작 규명 및 기능성분 동정
- 염증 마커인 iNOS와 COX-2 발현 억제 효과가 가장 큰 복분자 추출물 4번의 sub-fraction인 BF4-1과 BF4-3 분획의 항염증 발현 억제 확인 결과, BF4-1 분획의 경우 iNOS 발현 조절에 더 효과적이며, IL-1β와 IL-6의 mRNA 발현을 같이 억제하는 것을 확인함. 하지만, BF4-3 분획의 경우 COX-2 발현 조절에 더 효과적인 것을 확인함.
- 염증 마커(iNOS) 발현 억제 효과가 가장 큰 BF4-1 분획의 경우 활성에 기여하는 기능성분을 대사체학 분석 기법(OPLS-DA)을 통하여 Cyanidin, Cyanidin 3-glucoside, Cyanidin 3-rutinoside로 동정하였으며, 이들 혼합물과 BF4-1 분획물의 염증 조절 인자의 영향을 분석한 결과, 공통적으로 IκB의 degradation에 영향 없이, MAPK 및 STAT3의 인산화 억제, 사이토카인(TNF-α, IL-1β, IL-6)의 발현 억제를 통하여 iNOS를 조절함을 확인함.
- 복분자 주정 추출물의 항염증 활성의 경우, in vitro 모델 및 DSS로 유도된 대장염 동물모델에서 공통적으로 50% 주정추출물의 활성이 가장 높게 나타남. 복분자 주정추출물이 DSS에 의한 염증반응으로 짧아진 대장길이의 회복을 유의적으로 유도하였으며, 염증마커(iNOS, COX-2)의 발현을 억제함을 확인함. 작용기작으로 MAPK의 인산화, IκB의 분해를 억제하고 이에 따른 사이토카인(TNF-α, IL-1β, IL-6)의 발현을 억제하여 iNOS 및 COX-2의 염증 마커들을 조절함을 확인함.
○ 오디 및 복분자의 생육 시기별 추출 분획의 항염증 활성 비교 분석
1. 오디
- 기존의 다단계용매 추출법을 통해 추출한 오디(청일뽕)의 성숙도별 6개 추출물의 염증마커(iNOS, COX-2)의 활성 저해 효과를 확인해본 결과, 제 1세부의 기능성 색소 성분 생합성 대사경로 규명을 토대로 안토시아닌의 전구체인 1,3-Dicaffeoylquinic acid, 1-O-Caffeoylquinic acid, 5-O-Caffeoylshikimic acid, Coumaroylquinic acid 등 Caffeoyl 계열과 Coumaroyl 계열의 Compound가 동정된 미숙과 MF1, MF2에서 iNOS 활성 억제 효과를 확인한 반면, 성숙도가 진행 될수록 저해 효과가 사라진 것을 확인함.
-오디 추출물 MF3, MF4 분획의 경우 성숙도가 증가할수록 iNOS 활성 저해 효과가 증가하였는데 이는 미숙과 시기에서 동정된 안토시아닌의 전구체인 1,3-Dicaffeoylquinic acid, 1-O-Caffeoylquinic acid, Coumaroylquinic acid 등 Caffeoyl 계열과 Coumaroyl 계열들이 성숙도가 증가할수록 Cyanidin 3-rutinoside, Cyanidin 3-O-glucoside, Cyanidin 등으로 생합성 되어 나타난 결과로 사료됨.
2. 복분자
- 기존의 다단계 용매 추출법을 통해 추출한 복분자의 성숙도별 6개 추출물의 염증마커 (iNOS, COX-2)의 활성 저해 효과를 확인해 본 결과, 생합성 대사경로를 토대로 안토시아닌의 전구체인 1,3-Digalloyl-4,6-HHDP-glucose, Galloyl-bis-HHDP-glucose, Bis-HHDP-glucose, HHDP-glucose 등 Ellagitannin 계열과 Kaempferol, Quercetin-glucuronide, Quercetin 3-glucoside, Quercetin 3-methyl ether, Quercetin compound가 동정된 미숙과 BF1, BF2에서 iNOS 활성 억제 효과를 확인한 반면, 성숙도가 진행 될수록 저해 효과가 사라진 것을 확인함.
- 복분자 추출물 BF3, BF4 분획의 경우 성숙도가 증가할수록 iNOS 활성 저해 효과가 증가하였는데 이는 미숙과 시기에서 동정된 안토시아닌의 전구체인 1,3-Digalloyl-4,6-HHDP-glucose, galloyl-bis-HHDP-glucose, Galloyl-HHDPglucose, Quercetin-glucuronide,Quercetin 3-methyl ether, Kaempferol 3-methylether 7-glucuronide, kaempferol들이 성숙도가 증가할수록 Cyanidin 3-rutinoside, Cyanidin-3-glucoside-chloride, Cyanidin 3-O-glucoside, Cyanidin, Pelargonidin 3-(6''-malonylglucoside), Pelargonidin 등으로 생합성 되어 나타난 결과로 사료됨.
○ 오디 및 복분자의 피부세포 보호 효능 평가
-오디(청일뽕) 추출 분획의 경우 Immortal human keratinocyte인 HaCaT 세포주를 이용 H2O2에 의한 산화스트레스를 유발 후 오디 추출 분획물 (MF1~MF5+6) 처리 결과, MF4분획물에서 가장 높은 산화스트레스 저해 효과를 확인함.
- 복분자 추출 분획의 경우 Human foreskin fibroblast인 Hs68 세포주를 이용 H2O2에 의한 산화스트레스를 유발 후 복분자 추출 분획물(BF1~BF5+6) 처리결과, BF4 분획물에서 가장 높은 산화스트레스 저해 효과를 확인함.
Abstract
▼
< Characterization of functional colorants from berries using metabolomics >
○ Metabolomic profiling of functional colorants in berries
Functional colorants in berries were extracted into 6 fractions using multi-step solvent extraction methods and further identified through metabolomic analysi
< Characterization of functional colorants from berries using metabolomics >
○ Metabolomic profiling of functional colorants in berries
Functional colorants in berries were extracted into 6 fractions using multi-step solvent extraction methods and further identified through metabolomic analysis.
1. Strawberry (Seolhyang ): Fraction 1 (Catechin, p-Coumaroyl-glucoside, Galloylglucose, Procayanidin dimer, Kaempferol-3-O-acetylglucoside), Fraction 2 (Catechin, Procyanidin B4), Fraction 3 (Proanthocyanidin dimer, (+)Catechin, Galloyl-HHDP-Glucose, Kaempferol coumaroyl hexose), Fraction 4 (Pelargonidin 3-O-glucoside, Ellagic acid, Quercetin 3-methyl ether 7-rhamnoside, Ellagic acid), Fraction 5 (Ellagic acid, Kaempferol 7,4'-dimethyl ether 3-O-sulfate, Bis-HHDP-glucose), Fraction 6 (Ellagic acid, Cyanidin 3-glucoside-7-rhamnoside)
2. Mulberry (Cheongilbbong ): Fraction 1 (Catechin, Quercetin 3-glucoside, Ferulic acid hexose), Fraction 2 (Catechin, Ellagic acid, Quercetin, Ferulic acid hexose), Fraction 3 (Cyanidin 3-O-glucoside, Cyanidin 3-O-rutinoside, Rutin, Peonidin glucoside, Malvidin 3-O-glucoside, Pelargonidin 3-O-glucoside), Fraction 4 (Cyanidin 3-O-glucoside, Cyanidin 3-O-rutinoside, Cyanidin, Pelargonidin 3-O-glucoside, Pelargonidin), Fraction 5 (Cyanidin 3-O-glucoside, Cyanidin, Pelargonidin), Fraction 6 (Cyanidin 3-O-glucoside, Cyanidin 3-O-rutinoside, Rutin)
3. Black Raspberry: Fraction 1(p-Coumaroylhexose, Ellagic acid, Ctric aicd, Cauarictin), Fraction 2 (Quercetin hydrate, Quercetin 3-glucoside, (+) Catechin hydrate), Fraction 3 (Cyanidin glucoside, Quercetin 3-O-glucuronide, Quercetin 3-O-rutinoside), Fraction 4 (Cyanidin 3-O-rutinoside, Cyanidin glucoside, Ellagic acid), Fraction 5 (Ellagic acid, Cyanidin 3-glucoside-chloroide), Fraction 6 (Cyanidin 3-O-rutinoside, Cyanidin glucoside, Ellagic acid)
○ Targeted profiling of functional colorants in berries
Fraction 4 of mulberry and black raspberry showed strong anti-inflammatory activity and targeted metabolomic analysis successfully revealed the key functional colorants as the synergistic combination of cyanidin, cyanidin 3-glucoside and cyanidin 3-rutinoside. As for the analysis of metabolites variation during ripening, anthocyanin compounds were gradually accumulated during maturation and their anti-inflammatory capacity were also enhanced accordingly.
< Physiological activities of functional colorants from berries using metabolomics >
○ Anti-inflammatory activities of berris and identification of functional metabolites
1. Strawberry (Seolhyang ): In SF4 fraction of strawberry, ellagic acid was identified as one of the key components regulating inflammation, which showed inhibition of iNOS expression, MAPK phosphorylation, IκB degradation, and cytokines expression (TNF-α, IL-1β).
2. Mulberry (Cheongilbbong ): Subfractions of mulberry, MF4-1 and MF4-3, exerted inhibitory effects on iNOS expression, STAT1 phosphorylation. where the functional ingredients was identified cyanidin in MF4-3, cyanidin 3-glucoside and cyanidin 3-rutinoside in MF4-1. Anti-inflammatory activity of ethanol extract of mulberry was enhanced by gastric acid treatment, and it was confirmed in DSS-induced animal model with restoring the colen length, inhibiting iNOS and MyD88 expression in tissue, suppressing IκB degradation, and regulating the cytokines (TNF-α, IL-1β, IL-6).
3. Black Raspberry: Subfration of raspberry, BF4-1 showed efficient suppression of iNOS expression, and BF4-3 inhibited the expression of COX-2 more effectively. The functional components of BF4-1 was identified as Cyanidin, Cyanidin 3-glucoside, and Cyanidin 3-rutinoside, the mixture of which and BF4-1 exerted inhibition of MAPK and STAT3 phosphorylation, and regulation of cytokines (TNF-α, IL-1β, IL-6), resulting in iNOS suppression. in DSS-induced animal mode, ethanol extract of raspberry (50%) was found to restore the colon length, suppress the expression of iNOS and COX-2, regulate the MAPK phosphorylation, IκB degardation and cytokines (TNF-α, IL-1β, IL-6) expression.
○ Anti-inflammatory activities of mulberry and raspberry in different maturities
1. Mulberry: Immature fractions of mulberry MF1 and MF2 obtained from serial solvent extraction contained anthocyanin precursors including Caffeoyl derivatives (1,3-Dicaffeoylquinic acid, 1-O-Caffeoylquinic acid, 5-O-Caffeoylshikimic acid, Coumaroylquinic acid) and Coumaroyl derivatives, and the inhibitory effect on iNOS expression was found to get weaker during the maturing processes. However, MF3 and MF4 showed the enhanced activity on iNOS expression in matured mulberry, which might be due to the synthesis of Cyanidin 3-rutinoside, Cyanidin from anthocyanin precursors mentioned above.
2. Black Raspberry: Immature fractions of mulberry BF1 and BF2 obtained from serial solvent extraction contained anthocyanin precursors including Ellagitannin derivatives (1,3-Digalloyl-4,6-HHDP-glucose, Galloyl-bis-HHDP -glucose, Bis-HHDP-glucose, HHDP-glucose) and Kaempferol, Quercetin compound (Quercetin-glucuronide, Quercetin 3-glucoside, Quercetin 3-methyl ether). The inhibitory effect on iNOS expression was found to get weaker during the maturing processes. However, BF3 and BF4 showed the enhanced activity on iNOS expression in matured mulberry, which might be due to the synthesis of Cyanidin 3-rutinoside, Cyanidin-3-glucoside-chloride, Cyanidin 3-O-glucoside, Cyanidin, Pelargonidin 3-(6''-malonylglucoside), Pelargonidin from anthocyanin precursors mentioned above.
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