한국 성인의 항산화 식품 섭취에 따른 인체 내 항산화능 변화를 예측하는 비파괴적 공명 라만분광법
최 문 희, 조 한 교, 김 다 송, 신 현 재
†조선대학교 일반대학원 화학공학과
Estimation of in Vivo Antioxidant Level of Korean Adults According to Antioxidant Foods Intake using Resonance Raman Spectroscopy
Moon-Hee Choi, Han-Gyo Jo, Da-Song Kim, Hyun-Jae Shin
†Department of Chemical Engineering, Graduate School of Chosun University, Gwangju, Korea (Received : Feb. 04, 2017, Revised : Mar. 24, 2017, Accepted : Mar. 27, 2017)
Abstract: Aging is a phenomenon caused by a decrease in antioxidant activity, and skin carotenoid could be an appropriate indicator of human antioxidant level. Although many studies have found a strong correlation between serum carotenoids and skin carotenoids measured by resonance Raman spectoscopy (RRS), some information about Korean adult has not been reported yet. To determine if skin carotenoids score (SCS) measured by RRS could be used as a valid marker of antioxidant level among 42 participants, healthy adults aged 20 to 55 were administerd two antioxidant foods (commercial Tablet and wheat sprout powder). RRS equipment (BioPhotonic Scanner, Pharmanex, USA) was used for detecting the skin carotenoid level of the subjects. Daily adminstration of commercial Tablet, wheat sprout powder, and placebo was done for 4 weeks. The measurement of SCS assessed 3 times in each measurement during the period. The results of SCS from 0 day, at least 7 days apart, were statistically analyzed and compared to each group. We cannot find any correlation among three groups. In Tablet group, however, there was correlation with intake time; SCS before intake and SCS at 4 weeks after intake (p<0.05). In antioxidant activity of foods, IC50 of the Tablet is 3 times lower than that of wheat sprout.
Commercial Tablet is better than wheat sprout in terms of increase of the SCS and antioxidant level in skin.
This result might came from the effect of multiple antioxidant compounds, vitamins, and minerals contained in Tablet. In summary, RRS can determine the in vivo carotenoids concentration and antioxidant level in skin of Korean adult.
Keyword : resonance Raman spectroscopy, antioxidant level, Tablet, skin carotenoids score, food intake
1. 서 론
*
노화가 진행됨에 따라 인체의 생리기능은 저하된다.
이 노화(혹은 노화현상)는 사람마다 그 진행속도가 다
†Corresponding Author 성 명 : 신 현 재
소 속 : 조선대학교 생명화학고분자공학과 주 소 : 광주 동구 필문대로 309 조선대학교 전 화 : 062-230-7518
E-mail : [email protected]
르며, 개개인의 유전학적인 측면과 식습관 및 생활 습 관 그리고 스트레스 지수 등에 따라 그 정도 역시 달라 진다. 인체의 노화 정도를 판단 할 수 있는 가장 큰 지 표가 되는 것이 피부(skin)이며, 대부분의 사람들은 얼 굴에 주름이 생기면서부터 노화가 시작되었음을 감지한 다[1]. 노화는 인체 내에서 생성되는 활성산소(reactive oxygen species, ROS)가 주요한 원인으로, 다양한 형태의 활성산소 혹은 자유라디칼(free radical)은 여 러 세포 및 조직의 손상을 유발시키는 것으로 알려져 있다[2]. 손상된 세포와 조직은 신체의 방어체계를 원 활하게 작동하는데 방해가 되어 결국 노화를 촉진시키
게 된다. 노화를 억제하고 건강한 생활을 영위하기 위 하여 최근 다양한 항산화 물질이 연구되었고, 이를 포 함한 항산화 식품 혹은 항산화 건강식품이 개발되고 있 다. 항산화 작용을 하는 식품으로는 식이섬유, 효소, 플 라보노이드 등의 항산화 성분이 풍부한 과일과 채소가 주를 이루고 있다[3]. 육식을 위주로 한 서구화된 식습 관은 식사에서 차지하는 과일과 채소의 섭취량이 적어 노화의 원인이 될 수 있다. 우리의 건강을 지키기 위해 서는 항산화 식품을 함께 섭취하는 것이 중요하다. 이 를 위해서 식사에 포함된 항산화 성분의 종류를 확인하 고, 각 성분의 인체 내 흡수여부를 확인하는 것이 필요 하다. 즉 노화를 방지하는 항산화 성분이 풍부한(그리 고 흡수가 잘되는) 음식이 어떤 것인지를 알아내는 일 은, 식사의 질을 판정하는데 뿐만 아니라 건강의 척도 로서도 무척 중요하다고 할 수 있다. 외식이 많은 성인 들의 경우에는 정확하게 먹은 식사를 기억하는 것은 무 척 어렵기 때문에 가장 손쉬운 방법으로 식품섭취빈도 조사지(food frequency questionnaire, FFQ)가 사 용되고 있으나[4], 이것만으로는 개개인의 식사의 질을 판정하거나 항산화 성분 함유량의 척도를 쉽게 알아보 기 어렵다.
식품에 포함된 항산화 성분 함유량의 척도 가운데서 대표적인 것이 혈액 내에 존재하는 색소인 카로티노이 드(carotenoids)의 활성 혹은 carotenoids 유사활성 을 측정하는 방법이다. Carotenoids는 과일과 채소에 광범위하게 분포하는 붉은색, 주황색, 노랑색의 색소로 서 인간에게 중요한 생리활성 물질이다[5]. 일반적으로
과일이나 채소를 충분히 섭취하게 되면 혈중
carotenoids의 농도 혹은 이와 유사한 성분에 의한 항 산화 활성이 증대된다고 알려져 있다. 식품과 혈액에서 carotenoids를 측정하는 방법은 널리 알려져 있으며, 최근 식물에서의 성분추출이나 혈액을 채취하여 측정하 는 방법 이외에 비침습적 측정 방법에 대한 연구가 보 고되고 있다[6]. Carotenoids의 비침습적 측정방법으 로 대표적인 것이 라만분광법(Raman spectroscopy) 이다. 빛이 어떤 매질을 통과할 때 빛의 일부는 진행방 향에서 이탈해 다른 방향으로 진행하는 현상을 산란이 라 하고, 빛의 파장을 변화시키는 현상을 라만 산란 (Raman scattering)이라고 한다[7]. Raman spectroscopy은 1928년 인도의 과학자 찬드라세카르 라만이 발견한 Raman scattering을 이용, 특정분자에 레이저를 쏘았을 때 그 분자의 전자 에너지준위 차이만 큼 에너지를 흡수하는 사건을 통해 분자의 종류를 알아 내는 방법이다[8]. 일반적으로 검출된 Raman 신호를 통해 포논(phonon)의 에너지와 대칭성 등을 알 수 있 고, 이를 통해 시료의 결정구조에 대한 정보를 얻게 된 다. 즉, 시료에 일정에너지를 가지는 단색광을 주사할 때, 시료 표면의 진동자들이 방출하는 고유 산란광을 검출하는 분광법이라고 할 수 있다. 최근에는 분자의 진동구조 연구나 물질의 정성, 정량분석을 뛰어넘어 생 체조직이나 세포의 생화학적, 형태학적 분석을 위한 연 구에도 적용되고 있다[9]. 공명 라만분광법(resonance Raman spectroscopy, RRS)은 Raman spectroscopy
만산란은 시료에 주사하는 복사선이 시료의 전자전이 에너지 영역에 포함되어 시료에 의해 복사선의 에너지 가 흡수되어 그 결과 시료가 전자적으로 들뜬 상태로 전이되면서 발생하는 현상이다.
미국과 유럽에서는 RRS을 이용하여 식품의 섭취에 따른 혈중 항산화 활성의 증가에 관한 연구가 보고되어 있으나, 국내 성인을 대상으로 항산화 식품과 건강식품 의 섭취에 따른 인체 내 항산화 활성 증가를 비침습적 방법으로 확인한 연구는 아직 보고된바 없다. 따라서 본 연구에서는 항산화식품 섭취 시 인체 내 카로티노이 드 변화에 미치는 효과를 확인하였고, 기존의 혈액검사 를 대체할 수 있는 비침습적 방법인 RRS를 이용하여 건강 상태를 보다 안전하고 신속하게 측정하는 방법을 제공하고자 하였다.
2. 연구방법
2.1 대상자 선정 및 설문지, 식이섭취 조사 본 연구는 항산화 식품을 보충, 섭취하는 연구로서, 광주 지역 조선대학교 근무자의 근무 요건 특성을 가진 20-55세까지의 남녀 42명을 대상으로 실시되었다 (Fig. 1A). 설문지의 내용은 나이, 성별, 신장과 체중, 흡연, 운동에 관한 사항, 비타민 영양제 복용 여부, 알 코올 섭취 여부 등으로 이루어졌다. 설문지를 통하여 대상자의 인구학적 특징, 생활습관(흡연, 음주, 운동), 건강상태를 조사하였으며, 회수된 설문지를 검토하여 설문지 대답이 불성실한 사람과 비타민 영양제를 복용 하고 있는 사람은 대상자에서 제외하였다. 본 연구는 조선대학교 내 IRB위원회에서 승인받아 수행되었다 (IRB 승인번호: 2-1041055-AB- N-01-2015-0051).
Figure 1. Diagram of subjects choose (A) and experimental design for antioxidant food intake and
detecting the skin carotenoids score (B).
Figure 2. Resonance Raman spectroscopy (RRS) scanner used in this study. (A) Characterization of
the S3 scanner, (B) operation methods, (C) skin carotenoid score range and colors, and (D) contact
part of palm to the beam source.
2.2 항산화식품 섭취 투여
식품의 섭취는 총 4주간 진행되었으며, 매주 월요일 에 각 7일분의 복용량을 지급하였다(Fig. 1B). 실험군 은 건강식품 타블렛군(Tablet group), 밀싹분말군 (wheat sprout group), 위약군(placebo group)으로 총 3군이 선정되었다(Fig. 1A). 실험에 사용된 항산화 식품 Tablet은 ㈜Nuskin에서 제공받은 LifePak dietary supplement (U.S.A, Comer Stone
Research & Development Inc.)이며 개인당 1일 1 회 1포 복용할 수 있도록 지급했다. Wheat sprout는 국내산 금강밀을 모판에 배양 후 건조하여 사용하였으 며[10], 건조한 wheat sprout는 분쇄한 뒤 포도당과 각 92 wt%, 8 wt% 비율로 배합하여 스틱형태의 파 우치에 3.24±0.3 g 씩 담아 제조하였다. Placebo로 사용된 찹쌀가루는 광주광역시 남구 서문대로 A마트에 서 구입하여 건조물 3.11±0.3 g 씩 담아 제조하였다.
Wheat sprout powder 파우치와 placebo 파우치는 담양군 담양읍 소재 ㈜네이쳐퓨어코리아(NPK)에서 제 조한 것을 공급받아 사용하였다.
2.3 라만분광기를 이용한 인체 내 항산화 수치 측정 2.3.1 β-Carotene 농도에 따른 Raman spectrum 변화 β-Carotene의 농도에 따라 Raman spectrum에 변화가 있는지 여부를 확인하기 위해 micro/nano Raman spectroscopy (NTEGRA, NT-MDT Co., Russia) 를 이용하여 β-carotene의 Raman spectrum을 측정 하였다. β-Carotene은 hexane을 이용하여 10-150 μ g/mL 범위의 농도로 제조하였고, 532 nm Raman 파 장을 가진 DPSS (diode pumped solid state, DPSS)를 사용하여 CCD (charge-coupled device) detector로 측정하였다.
2.3.2 Skin carotenoids score 측정 장치
본 연구에서 사용한 공명 라만분광기는 미국 Pharmanex 사의 BioPhotonic scanner (S3 Scanner)로 RRS를 응용한 장비로써(Fig. 2A), 무채혈 방식이며 2-3분간 의 간단한 피부 접촉으로 인체 내 carotenoids를 측정 하여 수치화 할 수 있다. S3 scanner의 photon은 478 nm의 단일 파장을 가지는 blue light로, 카로티 노이드와 만나면 518 nm로 파장이 shift 되며 photon들이 반사되는데, 그 값을 인체의 피부 카로티 노이드 수치(skin carotenoids score, SCS)로 나타 낸다.
2.3.3 Skin carotenoids score 측정 방법
iPad Mini와 S3 scanner를 Bluetooth로 연결한 후 S3 scanner 전용 어플리케이션을 이용하여 장치를 조작하였다(Fig. 2B). 라만 빛이 나오는 부분의 덮개 를 씌워 dark scan을 통하여 장치의 영점을 조정하였 고, 피실험자의 SCS 측정에 사용하였다. SCS 측정 부 위는 손바닥 소지쪽 부분이었으며 scanner 본체의 빛 이 나오는 probe 부분에 접촉시키고 라만 빛을 쏘여주 어 피부의 카로티노이드 수치를 측정하였다(Fig. 2D).
SCS는 10,000-89,000 범위의 값으로 나타내었고, 총 20단계의 영양상태로 표시되며 각각의 단계는 빨간색부 터 회색으로 표현할 수 있다(Fig. 2C).
2.4 식품의 항산화 활성 측정 2.4.1 DPPH radical 소거능 측정
본 실험에서는 Blois [11]의 방법을 변형하여 식품 의 radical 소거능을 측정하였다. Radical stock solution은 95% ethanol에 0.1 mM DPPH (2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl, Sigma, USA)가 되도록 제조하였다. Radical stock solution 800 μL 와 각 실험군 200 μL를 E.P. tube에 넣고 3분간 voltexing 하여 암실에서 30분간 반응시켰다. 남아있 는 radical의 농도를 UV-Visible spectrophotometer (SCINCO, Seoul, Korea)를 사용하여 517 nm에서 측정하였으며, 양성 대조군으로는 10-200 μg/mL 농 도범위의 gallic acid (Sigma, USA)를 사용하였다.
각 식품의 DPPH radical에 대한 소거능 IC50는 radical을 50% 제거하는데 상응하는 농도로 나타내었다.
Antioxidant activity %
=(ABS of control-ABS of sample)(ABS of control) ×100
2.4.2 ABTS radical 측정
본 실험에서는 Jeong [12]의 방법을 변형하여 측정 하 였 다 . 증 류 수 에 용 해 한 7 m M 의 A B T S (2,2'-azino-bis(3-ethylbenzthiazoline-6-sulfonic acid), Sigma, USA)와 2.45 mM potassium persulfate를 1:1(v/v)로 혼합 후 흡광도 값이 0.70±0.02이 되도록 PBS (pH 7.4)로 희석하여 radical stock solution으로 하였다. 12-16시간 동안 암소에 방치 후 800 μL와 각 실험군 200 μL를 E.P.
tube에 넣고 3분간 voltexing 하여 암실에서 15분 동 Table 1. Weekly averages of SCS and normalization results
Week Placebo
(N=9) Wheat sprout
(N=9) Tablet (N=12) SCS
BFI 54222±10845 31037±7578 48667±12024 1 54037±9549 32889±8373 51500±11488 2 52815±8604 32444±7201 52444±10575 3 53185±11997 32519±8909 52417±10621 4 54259±13686 33296±6601 53028±10265*
Normalization
BFI 1.00±0.00 1.00±0.00 1.00±0.00 1 1.00±0.08 1.06±0.12 1.09±0.17 2 0.98±0.08 1.06±0.12 1.10±0.11 3 0.98±0.13 1.05±0.13 1.09±0.13 4 0.99±0.12 1.09±0.16 1.13±0.14*
PCC -0.052 0.205 0.263*
BFI: Before intake,
Figure 3. (A) The Raman shift spectra of β-carotene according to concentration. (B) Excitation wavelength is 523 nm. Linear regression of intensity
ratio-β-carotene concentration and (C) area ratio-β-carotene concentration.
안 반응시켰다. 남아있는 radical의 농도를 UV-Visible spectrophotometer (SCINCO, Seoul, Korea)를 사 용하여 734 nm에서 측정하였으며, 양성 대조군으로는 5-100 μg/mL 농도범위의 gallic acid (Sigma, USA)를 사용하였다. 각 식품의 ABTS radical에 대한 소거능 IC50는 radical을 50% 제거하는데 상응하는 농도로 나타내었다.
2.5 통계처리
본 연구의 연구대상자의 데이터는 SPSS 23 (SPSS Inc., Chicago, IL)을 이용하여 통계처리 후 분석하였 다. 그룹간 피실험자의 나이, 키, 몸무게 차이의 유의성 을 one-way ANOVA 분석을 통하여 확인하였고, 유의 성이 확인된 결과에 대해서는 Duncan’s multiple range test 사후검정을 진행하였다. 1주차부터 4주차 의 SCS 변화는 항산화 식품 섭취 전(before intake, BFI)의 SCS에 대비하여 Normalization 하였다 (Table 1). 항산화 식품 섭취 전과 섭취 후의 SCS 수 치 변화는 pearson 상관분석을 실시하였고, one-way ANOVA 분석을 진행하여 유의성이 있는 구간을 확인 하였다. 모든 유의성 검정은 신뢰도 95%의 수준에서 검사하였다. β-Carotene의 Raman spectrum 측정과 항산화 활성은 3번 반복 실험 후 평균과 표준편차로 나 타내었다.
Normalization = (항산화 식품 섭취 후 SCS) (항산화 식품 섭취 전 SCS)
Figure 4. Antioxidant activity of antioxidant foods used in this study using (A) DPPH and (B) ABTS
radicals. Each shapes of spots mean gallic acid (white circles), tablet (gray inverted triangles), wheat sprout (black circles) and placebo (white
inverted triangles). Error bars indicate the variability of replicates within a single
representative experiment (mean±SD).
3. 결 과
β-carotene의 Raman spectrum을 분석한 결과 n1, n2, n3 3개의 peak가 나타나는 것을 확인하였다 (Fig. 3A). β-carotene의 농도에 따라 peak의 intensity와 area 변화 패턴을 확인하기 위해 각 peak의 최대 intensity와 area를 hexane peak의 최 대 intensity와 area에 대비한 intensity ratio와 area ratio를 계산하였다. Intensity ratio-농도와 area ratio-농도의 관계를 분석한 결과 intensity ratio와 area ratio 모두 농도와 1차 방정식(intensity ratio-농도 Y=0.0293X+0.8286, R2=0.9766;
area ratio-농도 Y=0.0227X+0.8937, R2=0.9868) 의 관계를 갖는 것으로 확인되었다(Fig. 3B, C).
Table 2. Characteristics of test subjects classified by dietary group
Variables Placebo
(N=9) Wheat sprout
(N=9) Tablet (N=12) Age (yr) 30.22±10.26 31.44±7.62 35.83±7.80 Height (cm) 166.44±9.74 173.11±4.86 166.17±8.13 Weight (kg) 63.89±23.62a 83.67±19.69b 60.75±15.42a a-b Values in the same column not sharing a common superscript are significantly different by Duncan's multiple range test (p<0.05)
Mean±S.D.
연구 대상자의 그룹간 나이, 키, 몸무게에서 유의적 인 차이가 있는지 확인한 결과, 나이(p=0.295)와 키 (p=0.113)에서는 유의적인 차이가 없었으나, 몸무게 에서는 유의적인 차이(p=0.031)가 있었다(Table 2).
항산화 식품 섭취 전(before intake, BFI)과 섭취 후 1주부터 4주까지의 normalization된 SCS 수치의 변화에 대한 유의성을 확인하였다(Table 1). 그룹간 SCS 수치 변화에 유의적인 차이를 확인한 결과, 그룹 간의 SCS 수치 변화에 유의적인 차이는 확인되지 않았 다(1주 F(30)=0.801, p>0.05; 2주 F(30)=2.734, p>0.05; 3주 F(30)=1.944, p>0.05; 4주 F(30)=1.824, p>0.05).
그룹 내에서 시간에 따른 SCS 변화에 유의적인 차 이를 확인하기 위해 Pearson 상관분석을 실시하였고, placebo group의 주차별 상관계수(r=-0.052, p=0.733)는 약간 감소하였으나, 유의성은 없는 것으 로 확인되었다. Wheat sprout group은 주차별 상관 계수(r=0.205, p=0.176)가 증가하였으나, 유의적인 차이는 없었다. Tablet group의 주차별 상관계수 (r=0.263, p=0.042)는 유의적으로 증가하였으며, 차이가 있는 구간을 확인하기 위해 one-way ANOVA
를 진행하였다. 전체적인 유의성은 없었으나
(F(60)=1.407, p>0.05), 섭취전과 섭취후 4주의 SCS 변화를 비교하였을 때 약간의 유의적인 차이가 확 인되었다(p<0.05). Placebo group (F(45)=0.106, p>0.05)과 wheat sprout group (F(45)=0.693, p>0.05)은 상관성 분석과 마찬가지로 유의적인 차이가 없었다.본 실험에서 사용한 항산화 식품의 DPPH radical 소거능과 ABTS radical 소거능을 확인한 결과, Tablet의 DPPH radical과 ABTS radical의 IC50는 각각 92.66 μg/mL와 55.13 μg/mL였으며, wheat sprout는 333.58 μg/mL와 163.90 μg/mL에서 50%의 radical을 소거할 수 있는 것으로 확인되었다.
Placebo는 모든 농도에서 50% 이하의 radical 소 거능이 검출되었다. Positive control로 사용한 gallic acid의 DPPH radical과 ABTS radical의 IC50는 각 각 69.09 μg/mL와 32.00 μg/mL였다.
Table 3. Nutrients of NUSKIN Tablet and wheat sprout used in this study
Nutrients Tablet Wheat sprout
Vitamin A 1,250 IU 2.38 IU
Vitamin B1 - 0.25 IU
Vitamin B2 - 0.76 mcg
Vitamin B6 5 mg 7.51 mcg
Vitamin B12 15 mcg 1 mcg
Vitamin C 200 mg 308.6 IU
Vitamin D 200 IU -
Vitamin E 75 IU 0.002 IU
Vitamin K 20 mcg -
Alpha-Carotene (from Palm Fruit Extract) (1) mg -
Alpha-Lipoic Acid 15 mg -
Beta-Carotene (from Palm Fruit andBlakeslea trisporaExtracts) 3.75 (6,250) mg (IU) 360 IU
Beta- and Delta-Tocopherols 16 mg -
Biotin 75 mcg -
Carotenoid Blend 8.25 mg -
Catechins (fromCamelia sinensis) Leaf Extract (20:1) (45) mg -
Citrus Bioflavonoids 12.5 mg -
Folate 300 mcg
Gamma-Tocopherol 37.5 mg -
Grape Seed Extract (min. 95% Polyphenols) (12.5) mg -
Inositol 5 mg -
Lycopene (2.5) mg -
Lutein (from Marigold Flower Extract) (1) mg -
Niacin 17.5 mg
Pantothenic Acid 15 mg -
Polyphenol and Flavonoid Blend 97.5 mg -
Quercetin (25) mg -
Resveratrol (2.5) mg -
Riboflavin 4.25 mg -
Thiamin 3.75 mg -
Barium - 0.88 mcg
Boron 1.5 mg -
Calcium 250 mg 148.9 mcg
Chromium 100 mg 0.56 mcg
Cobalt - 0.01 mcg
Copper 0.5 mg 23.83 mcg
Iodine 50 mcg -
Iron - 24 mcg
Lithium - 0.05 mcg
Magnesium 125 mg 0.99 mg
Manganese 1.0 mg 29.8 mcg
Molybdenum 37.5 mg 0.82 mcg
Nickel - 0.12 mcg
Potassium - 1.023 mg
Selenium 70 mcg -
Silicon 1.5 mg 5.1 mcg
Sodium - 1.106 mg
Strontium - 3.9 mcg
Titanium - 0.30 mcg
Table 4. Classification of carotenoids and their food sources, colors and structures Carotenoids Food sources Colors Structures
α-Carotene Carrot, Sweet Potato,
Pumkin Dark Green,
Orange H
β-Carotene Broccoli, Pumkin,
Potato Orange
β-Cryptoxanthin Tangerine, Peach,
Aorucot Orange red
HO
Rutein Moringa, Kale, Spinach Yellow OH
HO
Lycopene Tomato, Water melon,
Guava Red
Zeaxanthin Gojiberry, Saffron Orange red OH
HO
4. 고 찰
Raman spectroscopy에는 다양한 종류가 있으나 인체 내 항산화 활성을 수치화하는 데는 공명 라만 산 란(resonance Raman scattering, RRS)이라는 현상 을 이용하는 공명 라만분광기가 사용되어 왔다[13].
RRS는 시료의 전자전이 에너지 영역에 포함되는 복사 선을 주사했을 때 시료에 의해 복사선의 에너지가 흡수 되고, 흡수된 에너지에 의해 시료의 전자가 들뜬 상태 로 전이되어 발생한다[14-16]. 공명 라만 산란으로 증 폭되는 신호는 분자 구조 내에서도 전자 전이가 일어나 는 모드만이 선별적으로 증폭되고, 특히 대칭진동에 의 한 모드가 주로 증폭되므로 복잡한 구조를 가진 물질의 경우에도 일반 라만 산란에 비해 단순한 라만 스펙트럼 이 얻어지기 때문에 스펙트럼의 해석과 물질의 구조 및 특성 분석이 용이한 장점이 있다[17]. 본 연구에서는 기존의 β-carotene의 Raman spectrum과 일치함을 확인하였으며[18], peak의 intensity ratio와 area ratio가 농도 의존적으로 증가함을 확인하였다. 이는 라만분광법이 구조 분석뿐만 아니라 농도 측정에도 적 용될 수 있음을 보여주며, 인체 내 carotenoids 측정에 라만분광법이 유의함을 나타낸다.
항산화 식품 섭취에 따른 SCS 변화에 대한 통계 결 과를 살펴보면 그룹간의 유의적 차이는 나타나지 않았 지만, 그룹내에서 시간에 따른 SCS 변화가 Tablet 그 룹에서 확인되었다. Wheat sprout group은 유의적인 차이는 없었으나 약간의 상관관계가 있는 것으로 나타 났다. 또한 항산화 활성에서도 tablet의 경우 wheat
sprout보다 3배 높은 항산화 활성이 확인되었다.
Tablet의 항산화 활성이 높게 측정된 것은 Tablet에 함유되어 있는 복합적인 항산화 성분에 의한 것으로 볼 수 있다(Table 3). Tablet에 포함된 α-carotene, β -carotene, carotenoid, lycopene, lutein 등은 carotenoids 종류이며 4가지 carotenoids가 피부 carotenoids 수치를 증가시킨 것으로 보인다(Table 4). 기존의 연구결과에 따르면 wheat sprout juice의 항산화 활성을 DPPH radical과 Fe2+를 이용한 방법 으로 측정하였을 때, 양성대조군으로 사용한 Trolox 보 다 2배 높은 항산화 활성을 가진다고 하였다[19].
Wheat sprout를 여러 용매를 이용한 추출물을 제조하 여 항산화 활성을 탐색한 연구에서는 모든 추출물에서 항산화 활성이 확인되었고, 특히 메탄올 추출물에서 가 장 항산화 활성이 높음을 확인할 수 있다[20]. 이는 본 연구 결과와는 상반되는 결과로, wheat sprout의 낮 은 항산화 활성과 유의적인 변화가 없었던 wheat sprout group의 SCS는 1회 제공량(3 g)에 포함된 항 산화 물질의 양이 Tablet보다 적었기 때문으로 보인다.
이와 같은 결과로 보았을 때 식품에 포함된 낮은 농도 의 항산화 성분의 섭취보다 다양한 성분이 충분히 배합 된 건강기능식품이 카로티노이드 성분 등의 흡수 및 항 산화 활성 증진에 더욱 효과적임을 알 수 있다.
본 연구에서 혈액측정을 수행하지 않고 RRS의 수치 만을 기준으로 피부항산화를 측정한 이유는, 기존의 많 은 연구에서 본 연구에서 사용한 장치와 동일한 라만분 광기 측정결과가 혈액검사를 대체할 수 있다는 사실을 증명했기 때문이다. Blume-Peytavi [21]의 연구에서
는 25명의 피험자에게 12주 동안 lactolycopene과 placebo를 제공하였고 피부와 혈액 중 lycopene과 β -carotene을 라만 분광법과 HPLC를 이용하여 측정하 였다. 혈액 중 lycopene과 β-carotene은 lactolycopene 의 섭취 여부와 높은 상관성을 보였으며, 라만 분광법 으로 측정한 피험자 피부의 lycopene과 β-carotene의 결과 역시 lactolycopene 섭취와 동일한 상관성이 확 인되었다. 또 다른 연구에서는 5~17세 사이의 청소년 45명에게 4주 동안 야채 및 과일을 섭취 시켰을 때, 항 산화 활성이 향상됨을 확인하였으며, 혈액의 carotenoids 지수와 라만 분광기로 측정한 피부의 carotenoids 지 수가 상관관계가 있음을 확인하였다[22]. Ermakov [23]는 RRS를 이용하여 발 뒷꿈치 피부의 카로티노이 드 수치를 측정하였고 HPLC로 측정한 carotenoids 수치와 R2=0.95의 높은 유의성이 있음을 증명하였으 며, 공명 라만 산란을 피부 카로티노이드 수치를 측정 하는 임상연구에 적용하는 것은 적합한 방법이라 하였 다. 이는 본 연구 결과에서 항산화 식품 섭취가 SCS를 증가시킨 것과 일치하였다. 한편, Smidt와 Burke [24]는 혈중 카로티노이드 수치를 측정하는 것은 침윤 적인 방법으로 대다수의 사람들을 대상으로 하기에는 다소 실질적이지 못한 방법이라고 지적하였으며, 혈중 농도와 잘 일치하는 피부 carotenoids 수치는 식후 변 동에 영향을 받지 않기 때문에 카로티노이드 상태를 보 다 정확하게 나타낼 수 있다고 주장하였다. 추후 라만 분광법이 아닌 기타 비침윤적 방법이나 카로티노이드 이외에 다른 항산화 지표를 선정하여 항산화 식품 섭취 가 항산화 활성 증가에 영향을 미치는 것을 증명할 필 요가 있다고 사료된다.
5. 요 약
본 연구에서는 기존의 혈액검사를 대체할 수 있는 비 침습방법인 공명 라만분광기(RRS)를 이용하여 항산화 식품 섭취 시 인체 내 카로티노이드 증가를 확인하고자 하였다. 식품의 섭취는 총 4주간 매일 진행되었으며, 인체의 피부 카로티노이드 수치(skin carotenoid score, SCS) 측정은 식품 섭취 하루 전과 식품 섭취 후 7일 간격으로 측정하였다. 식품은 ㈜NuSkin에서 제공된 LifePak dietary supplement 타블렛(Tablet), 밀싹 분말(wheat sprout), 위약(placebo)을 사용하였고, 공명 라만분광기인 Pharmanex사의 BioPhotonic scanner (S3 Scanner)로 SCS를 측정하였다. 각 식 품의 DPPH radical 소거능과 ABTS radical 소거능 은 IC50 값으로, Tablet 92.66 μg/mL와 55.13 μ g/mL, wheat sprout 333.58 μg/mL와 163.90 μ g/mL로 확인되었다. Placebo는 모든 농도에서 50%
이하의 radical 소거능을 보였다. Positive control로 사용한 gallic acid의 DPPH radical과 ABTS radical 소거능의 IC50는 각각 69.09 μg/mL와 32.00 μg/mL였다. 식품 섭취에 따른 그룹간의 유의적 차이는 나타나지 않았다. 그룹별 식품 섭취 기간에 따른 SCS 변화를 확인한 결과 placebo group과 wheat sprout
해 섭취 후 4주에 SCS가 유의적으로 증가함을 알 수 있었다(r=0.263, p=0.042). Tablet group의 SCS 의 증가와 Tablet의 높은 항산화능은 Tablet에 함유되 어 있는 복합적인 항산화 성분에 의해 나타나는 것으로 판단된다. 따라서 식품에 포함된 단일 항산화 성분의 섭취보다 다양한 성분이 충분히 배합된 건강기능식품이 흡수 및 항산화 활성 증진에 더욱 효과적임을 알 수 있 었다. 본 연구에서는 기존의 혈액검사를 대체할 수 있 는 라만분광기를 사용하여 비침윤적 방법으로 항산화식 품 섭취가 항산화지표 중의 하나인 carotenoids 지수 를 향상시키며 양의 상관관계가 있다는 것을 확인하였다.
감 사
본 연구에 사용된 공명라만분광기와 건강식품 Tablet 을 제공해준 ㈜Nuskin에 감사드립니다.
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