잔가시 모자반 추출물의 주름 개선 및 미백 효과
박원민1, 김꽃봉우리2, 김민지1, 박지혜1, 배난영1, 박선희1, 안동현1*
1부경대학교식품공학과
/
식품연구소2부경대학교수산과학연구소
Received: October 12, 2015 / Revised: January 8, 2016 / Accepted: January 9, 2016
서 론
경제성장에따라평균수명이증가하면서미용에대한관 심이증가하고있으며
,
노화억제와건강유지를위한기능 성생리활성물질에대한연구가광범위하게수행되고있다[7].
노화는호르몬분비감소,
면역세포의기능및활성감소로인한피부의구조와생리적인기능이쇠퇴로인한내 인적노화
(intrinsic aging)
와환경오염,
약물및지속적인자외선노출에광노화로구분된다
[37].
노화를일으키는원인중활성산소는체내대사과정중생성되며
,
지질산화,
단백질분해및
DNA
변성등을일으키기도한다.
이로인해세포막은손상을입어
cell death
에이르게하는산화적스트레스를유발한다
[33].
활성산소에의한산화적스트레스는진피의
fibroblast
에서세포외기질(extracellular matrix:
ECM)
인collagen
및elastin
등의 생합성을 저해한다.
Collagen
은피부진피층에서matrix
를이루는주성분으로피부의강도와장력을부여하여외부의자극으로부터피부
를보호하는역할을한다
.
따라서collagen
의생합성과분해의조절은피부의노화와밀접한관련이있다
[31]. Collagen
과같은세포외기질및기저막을구성하는대부분의단백 질 성분은
matrix metalloproteinase(MMPs)
의 일종인collagenase
에의해분해되어주름,
탄력저하및피부처짐의원인이되는데
[38],
활성산소는다양한종류의MMPs
의발현을 증가시켜주름 형성을 일으킨다
[32].
또한 피부의melanocyte
에서melanin
생성및keratinocyte
로이동하는melanosome
의증가로피부에색소침착을증가시킨다[12].
Melanin
은피부와머리카락등의색상을결정하는주요인자로
,
멜라닌형성을통하여자외선으로부터내부장기및Anti-Melanogenesis and Anti-Wrinkle Effects of Sargassum micracanthum Extracts
Won-Min Pak
1, Koth-Bong-Woo-Ri Kim
2, Min-Ji Kim
1, Ji-Hye Park
1, Nan-Young Bae
1, Sun-Hee Park
1, and Dong-Hyun Ahn
1*
1
Department of Food Science & Technology / Institute of Food Science, Pukyong National University, Busan 48513, Republic of Korea
2
Institute of Fishries Sciences, Pukyong National University, Busan 46041, Republic of Korea
Sargassum micracanthum (SM) is a member of the family Sargassaceae and commonly occurs along the coast of Korea. Extracts from SM were evaluated for their antioxidant and collagenase and tyrosinase inhibitory activities based on their total phenolic concentration (TPC), 1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl (DPPH) radical scavenging effect, and metal-chelating effect. The TPC of SM ethanol and water extracts used in the study was 11.20 and 11.70 mg/g of dry sample, respectively. Both SM ethanol and water extracts had high DPPH radical-scavenging effect. The metal-chelating effect of SM ethanol extract (40.47% at 0.5 mg/ml) was higher than that of water extract (23.28% at 0.5 mg/ml). With regard to the anti- wrinkling effect, SM ethanol extract showed collagenase inhibitory activity with an IC
50value of 488.20 µg/
ml. Lastly, regarding the anti-melanogenesis effect, SM ethanol extract showed higher tyrosinase inhibi- tory activity (45.08% at 5 mg/ml) than that shown by the water extract (21.29% at 5 mg/ml). These results suggest that SM has the potential to be a resource with natural anti-melanogenesis, anti-wrinkle, and anti- oxidant effects.
Keywords: Sargassum micracanthum, antioxidant activity, tyrosinase inhibitory activity, collagenase inhibitory activity
*Corresponding author
Tel: +82-51-629-5831, Fax: +82-51-629-5824 E-mail: [email protected]
© 2016, The Korean Society for Microbiology and Biotechnology
피부세포의손상방지를위한역할을한다
[40].
하지만지 속적인자외선노출로인한과도한멜라닌의생성은주근깨,
기미등과같은색소침착을유발하고피부노화를촉진시킨 다[6]. Tyrosine
으로부터melanin
의생합성은tyrosinase
에 의해3,4-dihydroxy phenylalanine(DOPA)
을 생성하여,
DOPA
를DOPA quinone
으로전환시켜이후다양한산화적중합반응을거친뒤
melanin
이형성된다[17].
한편
,
잔가시모자반(Sargassum micracanthum)
은모자 반목모자반과에속하는갈조류로우리나라남해안과일본 의전연안에서식하고있다.
잔가시모자반에관한연구로 는항비만[28],
항산화[9],
항염증[14]
및항아토피효과[15]
등의생리활성에대한연구만일부보고되어있을뿐피부 노화억제에대한연구는보고되지않고있다
.
이에본연구 에서는잔가시모자반의피부노화에관련하는collagenase,
tyrosinase
저해및항산화효능에대한연구를수행하였다.
재료 및 방법
실험재료
본실험에사용한잔가시모자반은
11
년도에부산연화 리에서채취하여담수로깨끗이수세하고동결건조한후,
이를분말화하고진공포장하여-20
oC
에서저장하며사용 하였다.
시약
Folin-ciocalteu’s phenol reagent, gallic acid, 1,1-diphenyl- 2-picrylhydrazyl (DPPH), dibutyl hydroxy toluene (BHT), potassium ferrcyanide, iron chloride(II), iron chloride(III), 3-(2-pyridyl)-5,6-dihpehnyl-1,2,4-triazine-4',4''-disulfonic acid sodium salt (ferrozine), collagnease, mushroom tyrosinase, epigallocatechin gallate (EGCG), 4-phenyl azobenzyloxycarbonyl-Pro-Leu-Gly-Pro-D-Arg, L -tyrosine, arbutin
은Sigma
사(St.Louis, MO, USA)
에서구입하여실험 에이용하였다. Ethylenediamine tetra-acetic acid(EDTA)
는Yakuri pure chemical Co.(Osaka, Japan)
의 일제특급 시약을사용하였으며, L (+)-ascorbic acid
는Junsei
사(Tokyo,
Japan)
의특급시약을사용하였다.
추출물 제조
건조분말상태의잔가시모자반에
10
배의95%
에탄올또는 물을 가한 후 실온에서
24
시간 동안 교반기(H-0820,
Dongwon science Co., Busan, Korea)
를이용하여추출하였 다.
이를1,977
×g
에서10
분간 원심분리기(UNION 32R, Hanil Co., Incheon, Korea)
를이용하여상층액을얻었다.
남 은잔사를이용하여이와동일한방법으로2
회반복하여추출하였다
.
상층액은여과후37
oC
에서감압농축기(RE200, Yamato Co., Tokyo, Japan)
를이용하여농축후건조하였으 며,
건조후시료는-20
oC
에서보관하며실험에사용하였다.
총 폴리페놀 함량 측정총페놀화합물함량은
Folin-Densi
법[36]
을변형하여측 정하였다.
증류수6.5 ml
에시료0.5 ml
를희석한후Folin- Ciocalteu's
용액0.5 ml
를가하여3
분간정치시켰다.
다음무 수포화탄산나트륨포화용액(Na
2CO
3) 1 ml
를가하고증류수로전체를
10 ml
로정용하여상온에1
시간방치시킨후UV/VIS spectrophotometer(GENESYS 10UV, Rochester, NY, USA)
로765 nm
에서흡광도를측정하였다. Gallic acid
를표준물질로하여동일한방법으로작성된표준곡선으로 부터총페놀화합물함량을정량하였다.
DPPH radical 소거능
DPPH radical
소거능은Blois[1]
의방법을변형하여측 정하였다.
시료0.5 ml
에0.2 mM DPPH
용액0.5 ml
를넣고 진탕하여 실온에서
30
분간 방치시킨 후UV/VIS
spectrophotometer
로517 nm
의흡광도에서측정하였다.
대 조구(Control)
는시료대신용매를가하여radical
고유의보 라색을측정하였고,
시료자체의색을측정하기위한공시험에는
0.2 mM DPPH
용액대신증류수를가하여측정하였다
.
금속봉쇄력금속봉쇄력은
Shimada
등[35]
의방법을따라 측정하였 다. 0.74 ml
의 증류수에 시료0.2 ml
를 가하고2 mM
의iron(II) chloride
용액20
µl
와5 mM
의ferrozine
용액40
µl
를 첨가하여 실온에서20
분간 반응시킨 후UV/VIS
spectrophotometer
로562 nm
에서흡광도를측정하였다.
대 조구는시료대신용매를가하여같은방법으로측정하였고,
시료자체의색을측정하기위해공시험은
2 mM
의iron(II)
chloride
용액과5 mM
의ferrozine
용액대신증류수를가하 여측정하였다.
Tyrosinase
활성 억제Tyrosinase
저해활성은Park
과Kim[29]
의방법을변형 하여 실험하였다. 96 well plate
에0.1 M sodium phosphate buffer(pH 6.5)
를 분주한 후 시료10
µl
씩 넣는다.
그 후potassium phosphate buffer(pH 6.5)
에녹인1500 unit/ml
의mushroom tyrosinase
를10
µl
씩넣어준후4 mM
의L - tyrosine
을20
µl
씩넣은후37
oC
에서20
분간반응시켰다.
그후얼음에서
5
분간방치하여반응중지후490 nm
에서흡광도를측정하였다
. Tyrosinase
활성억제에는다음과같이나타냈다
.
Inhibitory activity (%) =
[1
−(sample absorbance / control absorbance)] × 100
Collagenase
활성 억제Collagenase
저해활성측정은Wunsch
과Heindrich[39]
의 방법에따라측정하였다.
반응구는0.1 M Tris-HCl buffer (pH 7.5)
에4 mM CaCl
2를 첨가한4-phenylazobenzyl- oxycarbonyl-Pro-Leu-Gly-Pro-D-Arg(0.3 mg/ml)
를녹인기 질액0.25 ml
및시료용액0.1 ml
의혼합액에collagenase (0.2 mg/ml) 0.15 ml
를첨가하여실온에서20
분간방치한후6% citric acid 0.5 ml
을 넣어 반응을 정지시킨 후, ethyl acetate 1.5 ml
을첨가하여320 nm
에서흡광도를측정하였다
. Collagenase
저해활성은시료용액의첨가군과무첨가군의흡광도감소율로나타내었다
. Inhibitory activity (%) =
[1
−(sample absorbance / control absorbance)] × 100
통계처리모든실험에대한통계처리는
SAS program(Statistical analytical system V8.2, SAS Institute Inc., Cary, NC, USA)
을이용하여one way ANOVA
법으로실시하였으며,
조사항목들간의유의성검정은
Duncan
의다중검정법으로p < 0.05
수준에서실시하였다.
결과 및 고찰
총 폴리페놀 함량
페놀성화합물은식물의
2
차대사산물의주요물질로식 물계에서색등을부여하며,
폴리페놀류는1
개이상의수산 기와2
개이상의phenol ring
을가진다. Phenol ring
의수산 기는radical
의연쇄반응중alkyl radical
또는alkylperoxy
radical
을안정하게만들어공명혼성체를형성할수있기때문에항산화및방어기작등의중요한역할을하며항산화
활성과밀접한관계가있다
[3, 24].
잔가시모자반의총폴리페놀함량측정결과
,
에탄올및물추출물의경우각각11.20
및
11.70 mg/g of dry sample
의총폴리페놀함량으로두추 출물간유의적차이가없었다(data not shown).
이는Lee
등[27]
의연구결과인잔가시모자반과같은갈조류중지충이 의항산화효과에관한연구와비교하여,
지충이의경우g
당페놀함량을환산할경우에탄올추출물이
5.70 mg
물추출물이
4.10 mg
으로잔가시모자반에탄올및물추출물과비교하면잔가시모자반추출물이총폴리페놀함량이높은것 으로확인할수있다
.
DPPH radical
소거능 활성DPPH
법은항산화능을측정하는방법중일반적으로사 용되는방법으로, 1.1-Diphenyl-2-picryl-hydrazyl(DPPH)
가517 nm
에서특이적인흡수band
를가지는비교적안정한free radical
이라는특성을이용하여,
보라색의DPPH
가항 산화능을가진물질로부터전자나hydrogen radical
을받으 면환원되어노란색으로탈색되어그감소를흡광도를측정한다
[30].
잔가시모자반의DPPH
라디칼소거능을측정한결과
,
에탄올추출물의경우(Fig. 1A) 0.5 mg/ml
에서83.68%
의라디칼소거능을가졌으며
, 0.1
및0.05 mg/ml
에서는각 각22
및10%
의라디칼소거능으로농도의존적으로감소 하였다.
물추출물의경우(Fig. 1B) 0.5 mg/ml
에서79%
의라 디칼소거능을보였으며, 0.1
및0.05 mg/ml
에서는각각42
및24%
의라디칼소거능을가졌다.
하지만에탄올및물추Fig. 1. DPPH radical scavenging effects of Sargassum
micracanthum 95% ethanol (A) and water (B) extracts. BHT :
butylated hydroxytoluene.
출물은대조구인지용성
BHT
와수용성항산화제인ascorbic
acid
보단 낮은 라디컬 소거능을보였다.
해조류를이용한DPPH
라디칼소거능에대한연구로, Kim
등[21]
이모자반추출물의항산화효과에대하여연구한결과
, 0.5 mg/ml
의농도에서짝잎모자반에탄올추출물이
65%
의DPPH
라디 칼소거능을가졌으며,
괭생이모자반이13%
의라디칼소거 능을가진다고보고하였다.
또한Kim
등[22]
이해조류물및 에탄올추출물들의DPPH
라디칼소거능을측정한결과,
대 황에탄올추출물이1 mg/ml
에서86.26%
로가장높은라디 칼소거능을가졌으며,
감태,
지충이,
곰피에탄올추출물이 각각78.72, 68.32
및42.42%
의라디칼소거능을가졌으며물 추출물의 경우 대황 물탄올 추출물이
1 mg/ml
에서63.36%
의라디칼소거능을가지며,
감태,
지충이,
곰피물추 출물이각각42.05, 38.52
및10.77%
의라디칼소거능을가 져에탄올추출물이물추출물보다우수한라디칼소거능 을 가짐을 확인하였다.
또한 위와 같이 다양한 해조류의DPPH
라디칼소거효과와잔가시모자반추출물의DPPH
라디칼소거능을비교해보았을때
,
잔가시모자반추출물은우수한
DPPH
라디칼소거능을가지는것으로사료된다.
금속봉쇄력
철은반응성이높아생체내에서
Fenton
반응(Fe
2++ H
2O
2→
Fe
3++ OH
−+ OH·)
을통하여단백질및세포지질의산화 를촉매시킨다.
또한식품의가공및저장중에는지질산화 를촉매하기때문에산화에영향을주는금속의작용억제 를통하여산화를방지하는것은항산화방법중하나다[4].
금속봉쇄력측정은
Fe
2+가Fe
2+-ferronzine
복합체를형성 하여보라색을나타내는데,
금속봉쇄효과를가지는물질이Fe
2+이온을제거하여ferronzine
과복합체형성을방해하여 보라색발색을저해시켜보라색의감소정도를흡광도로측 정한다.
잔가시모자반추출물의금속봉쇄력을측정한결과(Table 1),
에탄올추출물의경우0.5
및0.1 mg/ml
에서각각40.47
및29.17%
의금속봉쇄효과를가졌으며물추출물의경우
0.5
및0.1 mg/ml
에서 각각23.28
및21.82%
의금속 봉쇄력을가지는것을확인하였다.
이와유사한연구로더덕추출물의금속봉쇄효과를측정한결과
, 1 mg/ml
에서에탄올추출물이
46%
의저해효과를가졌다보고하였으며[13],
미나리에탄올추출물이
1 mg/ml
에서32.01%
의금속저해효과를가진다고보고하였다
[10].
Tyrosinase
저해 활성Melanin
은 표피 기저층에 존재하는melanocyte
내melanosome
에서합성되는데melanin
은아미노산의하나인L -tyrosine
을기질로tyrosinase
에의한산화과정을통해L - 3,4-dihydroxyphenylalanine(DOPA), DOPA quinone
을거 쳐최종적으로melanin
이생성된다. Tyrosinase
는활성부 위에Cu
2+를함유하는효소로tyrosinase
활성을저해할경 우melanin
생성을감소시킬수있다[11, 25]. Tyrosinase
저 해활성은L -tyrosine
을기질로하여tyrosinse
에의해생성 되는반응산물인붉은색의DOPA chrome
의양을490 nm
의흡광도에서측정하였다.
잔가시모자반의tyrosinase
저 해활성을측정한결과(Table 2),
에탄올추출물의경우5
및2.5 mg/ml
에서각각45.08
및30.82%
의저해활성을가졌으 며 물 추출물의 경우5
및2.5 mg/ml
에서 각각21.29
및16.26%
의저해활성을가졌다.
잔가시모자반에탄올추출물이물추출물보다높은저해활성을가졌다
.
이는tyrosinase
의가역적산화반응을통하여생성되는물질들을항산화력을가지는물질이이들을환원시켜
melanin
생합성반응을억제한다는연구결과
[20]
에따라높은농도에서항산화능이 더좋은에탄올추출물이물추출물보다높은tyrosinase
저 해 활성을 가진 것이라 사료된다.
또한 해조류를 이용한tyrosinase
저해활성에대한연구로Choi
등[2]
이23
종의해 조류메탄올추출물들에대하여tyrosinase
저해활성을알 아본결과,
큰잎모자반이50%
로비교적강한저해활성을나타냈다
. Kim
등[19]
이폐미역으로부터조다당을추출한후
tyrosinase
억제활성을측정한결과, 1, 5, 10 mg/ml
농 도증가에따라0.42, 5.11, 8.06%
의억제활성을가진다보 고하였다.
이와비교해보았을때잔가시모자반에탄올추 출물의경우45%
로비교적강한tyrosinase
저해활성을가Table 1. Chelating effects of Sargassum micracanthum extracts.
(Unit : %) 0.5 mg/ml 0.1 mg/ml 95% ethanol extract 40.47 ± 0.77
Ab1)29.17 ± 0.58
BbWater extract 23.28 ± 0.19
Ac21.82 ± 0.32
BcEDTA 99.38 ± 0.07
a99.38 ± 0.14
a1)
Means in the same row (A-B) and column (a-c) bearing differ- ent superscript in samples are significantly different by Dun- can’s multiple range test (p < 0.05).
Table 2. Tyrosinase inhibitory activity of Sargassum micracan- thum extracts.
Inhibitory activity (%)
5 mg/ml 2.5 mg/ml
95% ethanol extract 45.08 ± 1.36
Ab1)30.82 ± 0.51
BbWater extract 21.29 ± 1.34
Ac16.26 ± 1.44
BcArbutin 74.47 ± 1.17
a73.28 ± 0.71
a1)
Means in the same row (A-B) and column (a-c) bearing differ-
ent superscript in samples are significantly different by Dun-
can’s multiple range test (p < 0.05).
지는것을확인하였다
.
Collagenase
저해 활성Collagen
은피부전체건조중량의약70
−80%
를차지하 며,
피부진피교원질중주단백질이다. Collagen
은피부의fibroblast
에서합성되며,
피부의기계적견고성,
결합조직의 저항력과조직의결합력,
세포접착의지탱,
세포분할과분화의유도등의기능이알려져있다
[16].
이러한진피층의
collagen
은활성산소등으로인한광노화에의해감소하여주름과탄력저하피부처짐의원인이된
다
[5]. Collagen
은트립신등의단백질분해효소의작용을받지않으나
, collagenase
에의해분해된다는보고가있으며[8],
피부의탄력감소및주름생성에있어서collagenase
의활성 감소는 매우 중요하다.
이에 잔가시 모자반 추출물의collagenase
저해 활성을 확인하였다.
잔가시 모자반의collagenase
저해활성을측정한결과(Table 3),
에탄올추출 물의 경우1000, 500
및50
µg/ml
에서 각각83.27%, 64.18%
및42.63%
의높은효소저해능을가졌으며, IC
50값 은488
µg/ml
임을 확인하였다.
물 추출의 경우1000
및500
µg/ml
에서각각28.71
및23.53%
의저해능을보였으며,
에 탄올추출물보다낮은저해능을가졌다.
이와유사한연구로Jun
등[18]
이노간주나무에탄올및열수추출물의collagenase
저해 활성을 측정한 결과, 1000
µg/ml
에서 각각97.2
및44.9%
의collagenase
저해활성을가진다보고하였으며,
또 한Seo [34]
는녹두에탄올추출물이1000
µg/ml
에서55.5%
의
collagenase
저해활성을확인하였다.
또한Kim
등[23]
이 헛개나무열매열수추출물및뿌리에탄올추출물의경우0.25
µg/ml
에서68.1
및68.3%
의collagenase
저해활성을 가진다 보고하였으며, Lee
등[26]
은진범 열수 추출물이1000
µg/ml
에서37.4% collagenase
저해활성을가지는것 확인하였다.
이와같은 연구결과와비교해보았을때,
잔가시모자반에탄올추출물의경우높은
collagenase
저해활성을가지는것을알수있으며
,
피부주름개선을위한천 연소재로서이용이가능할것으로사료된다.
요 약
잔가시모자반추출물의피부노화억제효과를확인하기 위하여항산화활성
, tyrosinase
저해활성, collagenase
저해 활성을측정하였다.
잔가시모자반에탄올및물추출물의 폴리페놀함량은11.20 mg/g
및11.70 mg/g
으로차이가나지않았다
. DPPH radical
소거능에서는잔가시모자반에탄올및물추출물모두
0.5 mg/ml
농도에서83.68%
및79%
로활성이높게나타났으며
,
금속봉쇄력에서는에탄올추출 물이물추출물보다높게나왔으나대조구인EDTA
보다활 성이낮게나타났다. Tyrosinase
및collagenase
저해활성은 에탄올추출물이물추출물보다더높은것으로나타났고, collagenase
저해활성은에탄올추출물이1 mg/ml
농도에서
80%
이상으로높은효소저해능을보였다.
따라서,
잔가시 모자반은 에탄올 추출물에서 항산화능
, tyrosinase
및collagenase
저해활성이더높게나타나피부노화억제를위한소재로서더효과적으로이용될수있을것으로사료 된다
.
Acknowledgments
This research was supported by Basic Science Research Program through the National Research Foundation of Korea (NRF) funded by the Ministry of Education (NO. 2012R1A6A1028677).
References
1. Blois MS. 1958. Antioxidant determinations by the use of a stable free radical. Nature 181: 1990 −2100.
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Table 3. Collagenase inhibitory activity of Sargassum micracanthum extracts.
Inhibitory activity (%)
IC
50( µg/ml)
1000 µg/ml 500 µg/ml 50 µg/ml
95% ethanol extract 83.27 ± 0.74
Ab1)64.18 ± 0.79
Bb42.63 ± 1.58
Cb488.20 ± 114.62
aWater extract 28.71 ± 5.79
Ac23.53 ± 0.75
Ab=
2)=
EGCG 92.67 ± 0.65
Aa80.52 ± 5.51
Ba61.69 ± 4.30
Ca40.62 ± 2.83
b1)
Means in the same row (A-C) and column (a-c) bearing different superscript in samples are significantly different by Duncan’s mul- tiple range test (p < 0.05).
2)