새싹보리 잎, 뿌리 및 줄기 에탄올 추출물의 항산화 활성 및 신경세포 보호 효과 비교
변의홍1․김광욱1․김이은1․조은지1․민희숙1․이정현1․조규성2 윤우정3․김병천3․안동현4․박원종1
1공주대학교 식품공학과, 2푸코바이오 기술연구원
3농업회사법인(주)주성, 4부경대학교 식품공학과/식품연구소
Comparison Study of Antioxidant Activity and Neuroprotective Effects of Barley Sprout Leaf, Root, and Stem Ethanol Extracts
Eui-Hong Byun1, Kwangwook Kim1, Yi-Eun Kim1, Eun-Ji Cho1, Hee-Suk Min1, Jeong-Hyeon Lee1, Gyu-Seong Cho2, Woo Jung Yoon3, Byung Chean Kim3,
Dong-Hyun Ahn4, and Won-Jong Park1
1Department of Food Science and Technology, Kongju National University
2Food and Cosmetics Biotechnology Research
3Agriculture Jusung Limited Company
4Department of Food Science and Technology/Institute of Food Science, Pukyong National University
ABSTRACT It is believed that barley sprouts (Hordeum vulgare L.) have antioxidant, lipid metabolic, anti-cancer, and anti-fatty liver formation effects; however, no studies have been conducted to confirm this. Therefore, the present study was conducted to compare the leaf, root, and stem extracts of barley sprouts in terms of their total polyphenol contents, flavonoid contents, antioxidant activities, and neuroprotective effects. To accomplish this, barley sprout leaves, roots, and stems were individually extracted using ethanol. The highest levels of total polyphenols and total flavonoids were observed in barley sprout leaf extract. Similarly, antioxidant activities resulted in radical scavenging activities [2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl and 2,2’-azino-bis(3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid)] and reduced power increased significantly in the extract of barley sprout leaves. In addition, barley sprout leaves, roots, and stems significantly increased cell viability in H2O2-treated HT22 cells. Further, barley sprout leaves increased superoxide dismutase activity and decreased the malonaldehyde level. In conclusion, these results indicate that leaves of barley sprouts can be used as a new natural antioxidant source and that they have the potential to prevent and treat neuro-degenerative diseases.
Key words: sprout barley, antioxidant activity, polyphenol, flavonoid, neuroprotective effect
Received 31 July 2018; Accepted 11 September 2018
Corresponding author: Won-Jong Park, Department of Food Science and Technology, Kongju National University, Yesan, Chungnam 32439, Korea
E-mail: [email protected], Phone: +82-41-330-1483
서 론
생체의 대사과정에서 생성되는 superoxide radical(O2-), hydroxyl radical(HO･), hydrogen peroxide(H2O2), 일중 항산소(1O2)와 같은 활성산소종(reactive oxygen species) 은 생체 내에서 산화 생성물을 합성하며, 이렇게 생성된 산 화물질은 생체에 치명적인 독성을 일으키며(1), 세포독성 및 암세포의 형성을 촉진한다(2). 또한, 활성산소는 세포소기 관의 손상을 초래하기도 하고 생체 내 단백질의 아미노산을 산화시켜 단백질의 기능 저하를 초래하며(3,4), DNA에도
손상을 주어 돌연변이나 암의 원인이 되기도 한다. 우리 몸 에서 발생하는 질환 중에 암, 동맥경화, 당뇨병, 뇌졸중, 간 염, 심근경색, 신장염, 아토피성 피부염, 파킨슨병 등이 활성 산소와 관련이 있다고 알려져 있다(5-8). 이러한 활성산소 는 항산화제를 통해 제거되는데 비타민 C, 비타민 E, β-카 로틴, 카로티노이드 등이 대표적인 항산화제 물질이며 폴리 페놀 및 플라보노이드 또한 항산화 물질로 알려져 있다(9- 11). 따라서 생체 내 활성산소 발생을 억제하기 위해 항산화 물질 개발에 관한 연구들이 증가하고 있으며, 강력한 항산화 력을 지닌 butylated hydroxyanisole(BHA) 및 butylated hydroxytoluene(BHT)과 같은 합성 항산화제가 있지만, 간 독성 등 부작용 문제가 제기되어 이를 대체할 수 있는 식품 에서 유래된 천연 항산화제 개발이 요구되고 있다(12). 게다 가 이전 연구에 노인성 치매(Alzheimer’s disease; AD)와 같은 신경퇴행성 질환의 주된 원인이 활성산소에 기인한다
는 것이 보고되어 있고(13,14), 이 활성산소를 조절할 수 있는 항산화제의 개발과 연구에 많은 관심이 집중되고 있다.
보리(Hordeum vulgare L.)는 벼과(Poaceae/Gramineae) 에 속하는 한해살이 작물로 세계 각국에서 재배되는 대표적 인 곡물이다. 우리나라의 경우 쌀 다음으로 많이 소비되는 곡물로, 식량작물로는 가장 오래된 작물 중의 하나이다(15).
보리에는 quercetin, kaempferol, catechin과 같은 플라보 노이드와 비타민 C, 비타민 E, β-카로틴 등의 항산화 물질 을 함유하고 있고(16,17), saponarin, lutonarin 등 다양한 폴리페놀 화합물을 함유하고 있으며 콜레스테롤을 낮추어 주는 수용성 식이섬유 β-glucan 또한 많이 함유하고 있기 때문에 비만, 고혈압과 당뇨병 등의 성인병 예방에 효과가 있다고 알려져 있다(11,18-20). 새싹보리의 경우 자신을 보 호하고 싹을 틔우기 위해 완전히 자란 보리보다 각종 아미노 산, 비타민, 무기질을 비롯한 식이섬유소와 다양한 생리활성 물질들을 다량 함유하고 있다고 보고되어 있다(19-21). 이 러한 항산화제 효과가 있는 보리는 보리 잎 추출물에서 폴리 페놀 화합물, 플라보노이드 등이 함유되어 있고 항산화, 항 염 등의 생리작용을 한다고 알려져 있다(22,23). 이렇게 새 싹보리의 연구가 진행되고 있지만 새싹보리 잎, 뿌리 및 줄 기 추출물의 항산화 활성 및 신경세포 보호 효과 비교 연구 는 거의 이루어지지 않았다.
따라서 본 연구에서는 새싹보리의 잎, 뿌리, 줄기를 부위 별로 각각의 에탄올 추출물에 대한 총 폴리페놀과 플라보노 이드 함량, 항산화 활성 및 신경세포 보호 효과에 관하여 비교 평가하였다.
재료 및 방법
실험 재료
새싹보리의 부위별 항산화 활성 및 신경세포 보호 효과를 비교하기 위하여 새싹보리 잎, 뿌리 및 줄기를 사용하였다.
새싹보리 잎, 뿌리 및 줄기는 대한민국 경기도 안성시 농업 회사법인(주)주성에서 재배한 시료를 구입하여 사용하였다.
새싹보리 에탄올 추출물의 제조
새싹보리 잎, 뿌리 및 줄기를 70°C에서 24시간 동안 열풍 건조하였다. 건조한 시료는 실험실용 분쇄기(NSG-100 2 SS, Hanil, Seoul, Korea)로 분쇄하여 각각의 분말 20 g에 400 mL의 95% 에탄올을 가하여 24시간 동안 교반 추출하 였고 동일 조건으로 2회 반복하여 상등액을 분리하였다. 분 리된 추출 상등액을 filter paper(No.4, Whatman, Kent, UK)로 여과 후 감압 농축하였고, 각 시료를 동결건조 하여 -70°C에 보관하여 사용하였다.
총 폴리페놀 함량 분석
새싹보리 잎, 뿌리 및 줄기 추출물의 총 폴리페놀 함량은 Folin-Denis 방법(24)을 일부 수정하여 분석하였다. 추출
물 20 μL에 증류수 400 μL를 가한 후, 2 N Folin-Ciocalteu phenol reagent(Sigma-Aldrich Co., St. Louis, MO, USA) 40 μL를 넣은 다음 교반하였다. 이 용액에 20% Na2CO3 400 μL를 가한 후 37°C에서 30분 동안 반응시킨 다음 micro- plate reader를 이용하여 765 nm에서 흡광도를 측정하였 다. 총 폴리페놀 정량은 gallic acid(Sigma-Aldrich Co.)를 표준물질로 사용하여 작성한 표준곡선으로부터 산출하였다.
총 플라보노이드 함량 분석
새싹보리 잎, 뿌리 및 줄기 추출물의 총 플라보노이드의 함량은 Davis(25)의 방법을 일부 변형하여 분석하였다. 추출 물 500 μL에 diethylene glycol(Sigma-Aldrich Co.) 5 mL 와 1 N NaOH 500 μL를 혼합하여 37°C 항온수조에서 1시간 동안 반응시켰다. 흡광도의 변화는 microplate reader를 이 용하여 420 nm에서 측정하였으며, 총 플라보노이드의 정량 을 위하여 naringin(Sigma-Aldrich Co.)을 이용하여 작성 한 표준 곡선으로부터 총 플라보노이드 함량을 산출하였다.
DPPH 라디칼 소거능 측정
새싹보리 잎, 뿌리 및 줄기 추출물의 2,2-diphenyl-1- picrylhydrazyl(DPPH, Sigma-Aldrich Co.) 라디칼 소거 능은 Kim 등(26)의 방법을 일부 수정하여 분석하였다. 메탄 올에 용해된 0.1 mM의 DPPH 용액 100 μL에 농도별 새싹 보리 추출물(0.31, 0.62, 1.25, 2.5, 5, 10 mg/mL)을 첨가한 후 암실에서 30분간 반응시킨 다음 microplate reader를 이용하여 517 nm에서 흡광도를 측정하였다.
Scavenging activity (%) ＝
(
1－ AAsample－Ablank1)
×100blind－Ablank2
여기서 Asample은 sample과 DPPH 반응용액의 흡광도를 의 미하며, Ablank1은 sample의 단독 흡광도를 나타내고, Ablind 는 DPPH 용액의 단독 흡광도를 나타내며, Ablank2는 공시료 를 나타낸다.
ABTS 라디칼 소거능 측정
새싹보리 잎, 뿌리 및 줄기 추출물의 2,2’-azino-bis(3- ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid)(ABTS, Sigma-Al- drich Co.) 라디칼 소거능은 Re 등(27)의 방법을 이용해서 측정하였다. 7.4 mM ABTS와 2.6 mM potassium persul- fate(Sigma-Aldrich Co.)를 24시간 동안 암소 방치하여 ABTS 라디칼을 형성시킨 후, 이 용액을 760 nm에서 흡광 도 값이 1.5가 되도록 증류수로 희석하였다. 희석된 ABTS 용액 1 mL에 농도별로 제조한 시료(0.31, 0.62, 1.25, 2.5, 5, 10 mg/mL) 20 μL를 처리한 후 microplate reader를 이용하여 760 nm에서 흡광도를 측정하였다.
Scavenging activity (%) ＝
(
1－ AAsample)
×100blind
여기서 Asample은 sample과 ABTS 반응용액의 흡광도를 의 미하며, Ablind는 ABTS 용액의 단독 흡광도를 나타낸다.
FRAP(ferric-reducing antioxidant potential) 측정 새싹보리 잎, 뿌리 및 줄기 추출물의 FRAP 측정 방법은 Benzie와 Strain(28)의 방법을 참고하여 측정하였다. FRAP reagent는 25 mL acetate buffer(300 mM, pH 3.6)를 37
°C에서 가온한 후, 40 mM HCl에 용해한 10 mM 2,4,6-tris (2-pyridyl)-s-triazine(TPTZ, Sigma-Aldrich Co.) 5 mL 와 20 mM ferric sulfate(FeSO4) 2.5 mL를 가하여 제조하 였다. 제조된 0.9 mL FRAP reagent에 1 mg/mL의 농도로 용해시킨 시료 각각의 분획물 0.03 mL와 증류수 0.09 mL를 넣은 후 37°C에서 10분간 반응시킨 다음 593 nm에서 mi- croplate reader를 이용하여 흡광도를 측정하였다.
환원력 측정
환원력은 Oyaizu(29)의 방법을 일부 변형하여 분석하였 다. 농도별(0.31, 0.62, 1.25, 2.5, 5, 및 10 mg/mL) 새싹보 리 잎, 뿌리 및 줄기 추출물 100 μL에 0.2 M sodium phos- phate buffer(pH 6.6) 100 μL 및 1% potassium ferricya- nide(Sigma-Aldrich Co.) 100 μL를 각각 첨가하여 50°C 항온수조에서 20분 반응시킨 후 10% trichloroacetic acid (Sigma-Aldrich Co.) 100 μL를 가하고 12,000 rpm에서 10분 동안 원심분리 하였다. 그 후 0.1% ferric chloride (Sigma-Aldrich Co.)를 20 μL 가하여 37°C 항온수조에서 20분 반응시킨 다음 microplate reader를 이용하여 700 nm에서 환원력을 측정하였다.
HT22 mouse hippocampal 세포배양
생쥐 해마 유래 HT22 cell line은 전북대학교 수의과대학 에서 분양받아 사용하였으며, 10% fetal bovine serum과 penicillin, streptomycin(100 IU/mL, 100 μg/mL)을 함유 한 Dulbecco’s modified Eagle’s medium(DMEM) 용액으 로 37°C로 유지되는 5% CO2 배양기에서 배양하였다.
HT22 세포생존율 평가
HT22 cell을 3×104 cells/well씩 96-well plate(SPL, Pocheon, Korea)에 분주하고, 37°C, 5% CO2 incubator에 서 12시간 동안 배양하면서 세포를 완전히 부착시킨 후 농 도별(31.25, 62.5, 125, 250 및 500 μg/mL) 새싹보리 잎, 뿌리 및 줄기 추출물과 H2O2 500 μM을 동시 처리하였다.
37°C 5% CO2 조건으로 5시간 동안 배양한 후 3-(4,5-di- methyl-2-thiazolyl)-2,5-diphenyl-2H-tetrazolium bromide(MTT, Sigma-Aldrich Co.) 분석을 통해 세포독성 을 산출하였다. MTT assay는 MTT 용액(5 mg/mL)을 30 μL씩 각각 well에 첨가하고 2시간 동안 배양한 후 배양 상등 액을 제거하고 생성된 formazan crystal을 dimethyl sulf- oxide(DMSO, Sigma-Aldrich Co.)에 녹여 517 nm에서 흡
광도를 측정하였다.
세포 내 superoxide dismutase(SOD) activity 측정 새싹보리 추출물이 미치는 SOD 활성은 SOD assay kit (Dojindo, Kyushu, Japan)을 이용하여 측정하였다. 6-well plate에 HT22 cell을 5×105 cells/well로 분주하고, 37°C, 5% CO2 incubator에서 6시간 동안 배양하면서 세포를 완전 히 부착시킨 후 농도별(250, 500 μg/mL) 새싹보리 잎, 뿌리 및 줄기 추출물과 H2O2를 동시 처리하였다. 37°C 5% CO2
조건으로 5시간 동안 배양한 후 cell lysis buffer(Cell Signaling, Danvers, MN, USA)를 첨가하여 ice에서 5분 반응시키고, sonication 시킨 후 13,000 rpm에서 10분간 원심분리 하여 cell lysate를 분리하였다. 분리된 cell lysate 는 BCA protein detection kit(Thermo Scientific, Rock- ford, IL, USA)을 사용하여 1 mg/mL의 농도로 단백질 정량 하여 기질로 사용하였으며, 측정 과정은 제조자가 제시한 지침에 따라 진행하였다.
세포 내 malonaldehyde(MDA) level 측정
새싹보리 추출물이 H2O2 유도 독성으로부터 생성되는 HT22 세포에서의 MDA level을 평가하기 위해 MDA 586 kit(Oxis Research, Portland, OR, USA)을 이용하였다. 위 의 1 mg/mL로 정량한 cell lysate를 이용하여 제조자가 제 시한 지침에 따라 MDA level을 측정하였다.
통계 처리
이상의 새싹보리 잎, 뿌리 및 줄기 추출물의 총 폴리페놀, 플라보노이드 및 항산화 활성 실험에서 얻어진 결과는 Sta- tistical Package for Social Sciences(SPSS, 10.0, IBM, Chicago, IL, USA) software를 이용하여 one-way ANOVA test로 분석하였으며, 시료 간의 유의성은 Duncan’s multi- ple range test로 P<0.05 수준에서 비교하였다.
결과 및 고찰
추출 수율, 총 폴리페놀 및 플라보노이드 함량
새싹보리 추출물의 항산화 활성에 관하여 알아보기 이전 에 새싹보리 잎, 뿌리 및 줄기 에탄올 추출물 추출 수율에 관하여 평가하였다(Table 1). 새싹보리 추출 수율은 뿌리에 서 18.26%로 가장 높게 나타났으며, 잎 13.78%, 줄기 5.55
% 순으로 관찰되었다.
Benzene 고리의 수소 중 하나가 hydroxyl(-OH)로 치환 된 물질을 페놀이라 하며 2개 이상의 하이드록시기를 갖고 있는 물질을 폴리페놀이라고 하며(30), 폴리페놀은 대표적 인 천연 항산화 물질 중의 하나로써 폴리페놀 함량은 식품의 항산화력을 결정짓는 데 매우 중요한 인자로 작용한다(31, 32). 새싹보리 잎, 뿌리 및 줄기에 함유된 폴리페놀 양을 gallic acid equivalents/g으로 환산하여 표시한 결과(Table
Table 1. The comparison of yield, total polyphenol contents, and total flavonoid contents in leaf, root, and stem ethanol ex- tract of barley sprout
Sample Yield (%)
Total polyphenol
(mg GAE/g) Total flavonoid (mg NAR/g) Leaf
Root Stem
13.78 18.26 5.55
104.154±0.28a1)2) 73.309±0.21b 51.512±0.47c
721.294±6.48a 53.451±2.37c 116.588±6.30b
1)Each value is mean±SD.
2)Values with different letters (a-c) in a column are significantly different (P<0.05).
Fig. 1. DPPH and ABTS radical scavenging activities of barley sprout leaf, root, and stem ethanol extracts. Results were expressed the radical scavenging activities as inhibition percent. The data represent the mean±SD (n=3). Values with different letters (a-l) are significantly different (P<0.05).
1), 새싹보리 잎에서 104.154±0.28 mg/g으로 가장 높게 관찰되었으며, 뿌리 73.309±0.21 mg/g, 줄기 51.512±0.47 mg/g 순으로 관찰되었다. 플라본을 기본구조로 갖는 플라 보노이드는 폴리페놀의 일종으로 페닐기 2개가 C6-C3-C6
형 탄소골격구조와 결합되어 있는 화합물로서(30), 식물의 꽃, 줄기 및 열매 등에 많이 함유되어 있으며, 항산화, 항암 및 항염증 효과 등 다양한 기능성을 가지고 있다(33). 새싹 보리 잎, 뿌리 및 줄기 추출물의 플라보노이드 양을 naringin equivalents/g으로 환산하여 표시한 결과(Table 1), 새싹보 리 잎에서 721.294±6.48 mg/g으로 가장 높게 관찰되었으 며, 줄기 116.588±6.30 mg/g, 뿌리 53.451±2.37 mg/g 순으로 관찰되었다. Park 등(34,35)은 보리 잎을 다양한 방 법으로 건조하여 이화학적 특징을 분석하였고, 외관상 품질 은 동결건조를 하였을 때 가장 좋았으나 음건하였을 때 성분 의 파괴가 가장 덜 하다고 보고하였으며, 건조방법별 보리 잎의 총 플라보노이드 함량은 열처리 후 건조한 보리 잎에서 플라보노이드 함량이 높게 나타나는 것으로 보고하고 있어, 본 실험에서 새싹보리 잎에서 총 폴리페놀과 플라보노이드 함량이 가장 높게 나타난다는 결과를 뒷받침해준다. 따라서 본 실험에서 새싹보리 잎, 뿌리 및 줄기 추출물의 항산화 활성에 필요한 대표물질인 폴리페놀과 플라보노이드 함량 측정 결과, 새싹보리 뿌리, 줄기에 비해 잎에서 가장 높게 나타났으며, 이로 인해 새싹보리 잎에서 높은 항산화 효과를
나타낼 것으로 판단된다.
자유라디칼 소거 활성
새싹보리 잎, 뿌리 및 줄기의 항산화 활성을 알아보기 위 해 DPPH 및 ABTS 라디칼 소거 활성에 대하여 조사하였다.
DPPH는 천연 항산화제의 자유 라디칼 소거활성을 평가 하는 데 사용되며(36), 산화된 형태에서 cysteine, gluta- thione, aromatic amine, BHA 등과 같은 항산화제에 의해 전자를 얻거나 환원되어 짙은 자색의 DPPH가 발색되는 성 질을 이용하여 다양한 물질의 항산화 활성을 확인하는 데 사용되고 있다(37,38). 이러한 DPPH 라디칼 소거능을 알아 본 결과(Fig. 1), 새싹보리의 잎, 뿌리 및 줄기 모두 농도 (0.31, 0.62, 1.25, 2.5, 5, 10 mg/mL)가 증가할수록 DPPH 라디칼 소거능이 유의적으로 증가하는 것이 관찰되었다. 특 히 새싹보리 잎의 DPPH 라디칼 소거능이 가장 높게 나타났 으며, 다음으로 뿌리, 줄기 순으로 높게 나타나는 것을 관찰 할 수 있었다.
ABTS 또한 항산화 활성을 측정하는 데 사용되는 방법으 로, 라디칼을 생성하는 ABTS 존재 시 과산화수소와 met- myoglobin의 활성을 이용해 보다 빠른 항산화 반응을 일으 켜 myoglobin radical을 감소시키는 기전이라고 할 수 있다 (39). 이러한 ABTS 라디칼 소거능을 알아본 결과(Fig. 1), DPPH 라디칼 소거능 결과와 유사하게 새싹보리의 잎, 뿌리 및 줄기 모두 농도별(0.31, 0.62, 1.25, 2.5, 5, 10 mg/mL) 로 ABTS 라디칼 소거능 활성이 농도 의존적으로 증가하는 것을 관찰하였다. 그중 새싹보리 잎의 ABTS 라디칼 소거능 활성이 가장 높게 관찰되었으며, 새싹보리 뿌리, 줄기 순으로 높게 나타나는 것을 관찰할 수 있었다. Jang 등(40)은 보리 잎을 이용한 보리잎차의 DPPH 라디칼 소거능 11.06%, 아 질산염 소거능 74.88%를 나타냈으며, SOD 유사 활성은 12.99%로 매우 높은 수치는 아니지만 보리 잎의 항산화 활 성 능력이 보고되어 있다. 게다가 Park 등(35)에서는 보리 생잎에서 SOD 유사 활성이 95.69±0.33%로 매우 높은 결
Fig. 2. FRAP and reducing power of barley sprout leaf, root, and stem ethanol extracts. Results were expressed the radical scavenging activities as inhibition percent. The data represent the mean±SD (n=3). Values with different letters (a-o) are significantly different (P<0.05).
과를 나타내고 있어 본 연구 결과를 뒷받침해주고 있다. 따 라서 본 연구에서 새싹보리의 잎, 뿌리, 줄기의 자유 라디칼 소거능에 관하여 평가해본 결과 새싹보리의 잎에서 DPPH 와 ABTS 라디칼 소거능이 새싹보리의 뿌리와 줄기보다 가 장 높게 관찰되었기 때문에 새싹보리의 잎에서 항산화 활성 에 높은 영향을 준다고 판단된다.
환원력
환원력의 측정은 시료가 페놀성 화합물에 의해 Fe3+ 이온 을 Fe2+로 환원시키는 능력을 측정하여 항산화 활성을 측정 하는 방법으로, 시료의 환원력이 강할수록 tripyridyltria- zine(TPTZ)과 결합하여 진한 녹색에 가깝게 발색되어 높은 흡광도 값을 나타내는 것으로 알려져 있다(41). 이런 환원력 이 클수록 활성산소를 제거하는 능력이 증가하므로 환원력 이 큰 물질일수록 활성산소에 의한 질병을 예방 및 치료하는 효과가 크다고 볼 수 있다.
새싹보리 잎, 뿌리 및 줄기를 농도별(0.31, 0.62, 1.25, 2.5, 5, 10 mg/mL)로 처리했을 때 환원력을 측정한 결과 (Fig. 2), 전반적으로 농도 의존적으로 환원력이 증가하였고 새싹보리의 잎에서 환원력이 가장 높게 관찰되었으며 그다 음으로 새싹보리 뿌리와 줄기 순으로 높은 것이 관찰되었다.
이와 같은 결과는 앞서 기술한 바와 같이 새싹보리의 잎에서 총 폴리페놀 및 플라보노이드 함량과 자유 라디칼 소거 활성 이 가장 높게 관찰되었고 새싹보리 뿌리와 줄기가 그다음 순으로 높게 관찰된 것으로 보아 식품의 총 폴리페놀 및 플 라보노이드 함량과 자유 라디칼 소거 활성이 환원력과의 상 관관계가 있음을 판단할 수 있는데, 기존 연구에 의하면 폴 리페놀 및 플라보노이드 함량은 DPPH 라디칼 소거 활성 및 ABTS 라디칼 소거 활성과 연관이 있고 환원력과도 밀접 한 관계를 갖고 있다고 보고되어 있다(42-44). 따라서 본 연구에서 새싹보리 잎이 뿌리나 줄기보다 환원력이 높으므 로 천연 항산화 소재로 개발될 가능성이 있다고 판단된다.
새싹보리의 신경세포 보호 효과
MTT assay는 살아있는 세포의 미토콘드리아에 있는 탈 수소효소 작용에 의해 노란색의 수용성 MTT tetrazolium 을 청자색을 띠는 비수용성 MTT formazan 결정으로 환원 시키는 능력을 이용하는 측정법으로(45), 새싹보리가 생쥐 유래 해마세포의 세포독성에 미치는 영향을 평가하기 위하 여 HT22 cell에 새싹보리 잎, 뿌리 및 줄기를 농도별(31.25, 62.5, 125, 250, 500 μg/mL)로 처리하여 세포 생존율을 MTT assay로 측정한 결과(Fig. 3), 새싹보리 잎, 뿌리 및 줄기 모두 세포 생존율이 농도 의존적으로 미세하게 증가하 는 것이 관찰되었다. 따라서 새싹보리 자체는 세포에 독성이 없음을 확인할 수 있었고, 새싹보리가 H2O2에서 유도된 산 화 독성으로부터 세포를 보호하는 효과를 평가한 결과(Fig.
3), 새싹보리 잎, 뿌리 및 줄기 모두 H2O2에서 유도된 산화 독성으로부터 농도(31.25, 62.5, 125, 250, 500 μg/mL) 의 존적으로 세포를 보호하는 효과가 관찰되었다.
항산화 효소 SOD의 활성은 자유 라디칼을 제거하는 데 기여하며, 이 SOD 활성이 저하되면 세포 독성을 일으켜 Alzheimer’s disease 및 Parkinson’s disease와 같은 신경 계 질환을 일으킨다(46). 이에 H2O2에서 유도된 산화 독성 으로부터 새싹보리에 의해 세포 내 SOD 활성 증가 여부를 측정한 결과(Fig. 4), 새싹보리 잎과 뿌리에 의해 세포 내 SOD 활성이 증가하는 것을 관찰할 수 있었고, 특히 새싹보리 잎에서 가장 높은 활성을 관찰할 수 있었다.
자유 라디칼과 활성산소에 의한 지질과산화 반응은 신경 세포막 손상에 치명적이다(47). 지질과산화 생성물인 MDA 는 Alzheimer’s disease 및 Parkinson’s disease를 포함한 뇌질환 연구에서 신경세포의 지질과산화의 정도를 측정하 는 지표로 많이 사용된다(48). 본 실험에서 새싹보리 잎, 뿌 리 및 줄기가 H2O2에서 유도된 MDA를 억제하는지 평가한 결과(Fig. 4), 새싹보리 잎, 뿌리 및 줄기 모두 농도(250, 500 μg/mL) 의존적으로 H2O2에서 유도된 MDA level을 감소시 켰고 새싹보리 잎과 뿌리에서 가장 많이 감소시켰다.
Fig. 3. Effect of barley sprout leaf, root, and stem ethanol extracts on proliferation of HT22 mouse hippocampal cells. Cell viability was measured in indicated doses. Inhibitory effects of barley sprout leaf, root, and stem ethanol extracts (31.25∼500 μg/mL) in H2O2 (500 μM)-induced cell death was analyzed by MTT assay. The data represent the mean±SD (n=3). Values with different letters (a-g) are significantly different (P<0.05).
Fig. 4. Effect of barley sprout leaf, root, and stem ethanol extracts of cellular SOD activity and cellular MDA level on HT22 mouse hippocampal cells. The cellular SOD activity and cellular MDA level were measured in indicated doses. The data represent the mean±SD (n=3). Values with different letters (a-e) are significantly different (P<0.05).
신경세포에서의 산화적 스트레스에 의한 세포 손상은 신 경세포 사멸을 일으키며 결과적으로 Alzheimer’s disease 및 Parkinson’s disease와 같은 신경계 질환을 초래하게 되지만(49), 천연 항산화 소재인 폴리페놀과 플라보노이드 등은 산화적 스트레스로부터 신경세포 보호 효과가 뛰어난 것으로 보고되고 있다(50,51). 따라서 새싹보리 추출물은 퇴행성 신경계 질환의 예방 및 치료제로서의 활용 가능성이 높다고 판단되며, 특히 새싹보리 잎 추출물에서 가장 높은 효과를 기대할 것이라 판단된다.
결론적으로 새싹보리 잎이 뿌리나 줄기보다 총 폴리페놀, 플라보노이드 함량 및 항산화 활성이 가장 높으며, 신경세포 보호 효과도 가장 높은 것을 관찰할 수 있었다.
요 약
새싹보리는 보리(Hordeum vulgare L.) 종자에서 발생한 싹 을 키워 발아한 지 일주일 정도 된 어린 보리이며 완전히
자란 보리보다 기능성 물질을 다량 함유하고 있다고 알려져 있다. 이런 새싹보리의 부위별 생리활성 연구는 많이 미흡한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 새싹보리의 잎, 뿌리, 줄기 에탄올 추출물의 총 폴리페놀과 플라보노이드 함량, 항산화 활성 및 신경세포 보호 효과에 관하여 비교하였다. 천연물 항산화력의 지표물질인 폴리페놀 및 플라보노이드 함량은 새싹보리의 뿌리, 줄기보다 잎에서 더욱 높게 측정되었으며, 새싹보리 잎이 DPPH, ABTS 라디칼 소거능 및 환원력 평가 에서도 뿌리, 줄기보다 더 높은 항산화 활성을 관찰되었다.
또한, 새싹보리 잎, 뿌리 및 줄기의 신경세포 보호 효과를 확인하기 위해 H2O2로 산화적 스트레스를 유도하여 세포 독성, SOD 활성 및 MDA level을 확인한 결과, 새싹보리 잎에서 세포 생존율 증가, SOD 활성 증가 및 MDA level 감소가 가장 높게 관찰되었다. 이는 새싹보리의 잎이 다른 부위인 뿌리, 줄기보다 천연 항산화 소재와 신경세포 보호 소재로 개발될 가능성이 월등히 높다는 것을 보여주고 있다.
감사의 글
본 연구는 2018년 농업회사법인(주)주성의 연구비 지원에 의하여 수행된 결과로 이에 감사드립니다.
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