토마토 파우더에 대한 고지방 식이로 유도된 마우스의 비만 억제 효과

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토마토 파우더에 대한 고지방 식이로 유도된 마우스의 비만 억제 효과

김혜진¹ · 장애라² · 이희철³ · 백민우³ · 정천순^4*

강원대학교 동물응용과학과 대학원생¹, 교수², 강원대학교 원예학과 대학원생³, 교수⁴

Anti-obesity Effect of Tomato Powder Supplementation on the High-fat Diet-induced Obesity in Mice

Hye-Jin Kim¹, Aera Jang², Hee Cheol Lee³, Min Woo Baek³ and Cheon Soon Jeong^4*

1Graduate Student, ²Professor, Department of Applied Animal Science, Kangwon National University, Chuncheon 24341, Korea

3Graduate Student, ⁴Professor, Department of Horticulture, Kangwon National University, Chuncheon 24341, Korea

ABSTRACT¹⁾

This study was designed to evaluate the effect of administering dietary tomato powder (TP; 1, 5, and 10%) to mice with high-fat diet (HFD)-induced obesity for 12 weeks. The TP used in this study was prepared using unmarketable tomatoes. Male C57BL/6J mice (n=60) were randomly divided into five groups, namely, CON, mice fed a basal diet (10% fat); HFD, mice fed HFD (60% fat); HFD+TP1, mice fed HFD (60% fat) supplemented with 1% TP; HFD+TP5, mice fed HFD (60% fat) supplemented with 5% TP;

HFD+TP10, mice fed HFD (60% fat) supplemented with 10% TP. The HFD+TP10 group showed lower final body weight (34.23 g) than the HFD group (39.41 g), along with decreased epididymal fat weight (p<0.05).

In addition, the HFD+TP10 group showed significantly lower serum cholesterol and triglyceride contents (136.32 and 33.20 mg/dL, respectively) that the HFD group (175.68 and 59.52 mg/dL, respectively).

Increased serum leptin and insulin levels (66.36 and 1.80 ng/mL, respectively) in mice with HFD-induced obesity could be rescued in mice fed HFD supplemented with 10% TP (35.94 and 1.23 ng/mL, respectively).

Additionally, the epididymal fat content and hepatic steatosis area showed a dose-dependent decrease with increase in dietary TP supplementation. The anti-obesity effect of 10% TP was linked to reduced serum trimethylamine-N-oxide levels. These results suggested that 10% TP was effective at inhibiting the accumulation of fat in the serum and tissue, and ameliorating lipid metabolism disorders observed in HFD-fed mice. In addition, such utilization of unmarketable tomato to inhibit obesity-associated pathologies is expected to add value and increase profits in the functional food industry.

(Key words: Unmarketable tomato, Obesity, Lipid metabolism, Epididymis adipoase tissue, Steatosis area)

* Corresponding Author: Cheon Soon Jeong, Department of Horticulture, Kangwon National University, Chuncheon 24341, Korea.

Tel: +82-33-250-6409, E-mail: [email protected].

This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License (http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/deed.ko), which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited. The moral rights of the named author(s) have been asserted.

Ⅰ. 서론

비만이란 과도한 에너지의 섭취와 소비의 불균형으로 인해 소비되고 남은 에너지가 체내에 지방으로 축적되는

상태를 말하며(Lee et al., 2016), 국내뿐만 아니라 전세계 적으로 계속 증가하여 사회적 문제로 대두되고 있다. 비만 에는 부적절한 식습관과 운동 부족과 같은 환경적 문제와 유전적 문제 등 다양한 원인들이 관여한다. 비만으로 인한

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지방대사의 이상으로 혈중 콜레스테롤과 중성지질의 함량 이 증가하며(Nouri and Abad, 2013), 이로 인해 간조직에 지방이 과잉 축적되어 나타나는 비알코올 지방간이 발생 할 수 있다(Li et al., 2018). 또한 내장 및 피하 조직에 과 도하게 축적된 지방은 심혈관계 질환, 고지혈증과 같은 성인병과 암, 신경퇴행성 질병, 인슐린 저항성 등의 발생을 증가시키는 요인으로 작용한다(Kim et al., 2017; Roberts et al., 2013).

현재 비만을 치료하기 위한 다양한 연구가 진행되고 있으 며, 비만치료제로서 제니칼(orlistat), mazindol, phentermine 등은 식욕을 억제하고 지방 흡수를 억제시킨다고 알려져 있다(Lee et al., 2016). 하지만 이러한 비만치료제들은 위 장질환, 수면장애, 지방변과 같은 부작용이 보고되어 (Visscher and Seidell, 2001), 효과적이며 안전한 항비만 물질 개발을 위한 천연 소재 개발이 요구되고 있다. 또한 최근 식이요법의 중요성이 인식되면서 식이섬유소를 함유 한 저칼로리 저지방 식품이나 독성이 없고 안전성이 확보 된 기능성 식품을 통한 비만 예방 및 치료에 대한 연구 개발이 많이 진행되고 있다(Jung et al., 2017).

토마토는 세계에서 가장 널리 소비되는 신선과채 중 하 나로 풍부한 카로티노이드(lycopene, β-carotene)와 폴리 페놀(caffeic and chlorogenic acid), rutin, naringenin을 포함하고 있다(Lee et al., 2013). 완숙토마토의 80%는 수 분이며 나머지 20%에 단백질, 지방, 당류, 비타민 등 필수 아미노산과 미네랄을 포함하고 있다(Nouri and Abad, 2013). 특히 토마토 내에 함량이 가장 높은 리코핀 (lycopene)은 높은 항산화 활성을 가지고 있으며, 토마토 가 붉은색으로 성숙되면서 그 함량이 약 10~14배 가량 증 가하는 것으로 알려져 있다(Nouri and Abad, 2013). 리코 핀은 췌장암, 폐암 등에 대한 항암 작용뿐만 아니라 혈중 지질대사 개선 및 항산화 작용을 한다고 알려져 있다 (Zidani et al., 2017). 또한, 리코핀과 리코핀이 풍부한 토 마토의 항비만 활성이 주목받고 있다. Fenni 등(2017)은 고지방 사료로 유도된 비만 마우스에 리코핀(10mg/kg food) 급여 시 마우스의 체중을 감소시키고 혈당 항상성 을 개선시켰다고 보고하였다. 또한, Wang 등(2019) 리코 핀(0.03%)을 고지방 사료로 유도된 비만 마우스에 급여하 였을 때 체중 및 지방조직 내 지방의 축적을 감소시켰으 며 지방산 분해와 관련된 유전자의 발현을 증가시켰다고 보고하였다. 이외에도 토마토 파우더(Li et al., 2018;

Fenni et al., 2017), 토마토 껍질 파우더(Zidani et al., 2017), 토마토 추출물(Melendez-Martinez et al., 2013;

Wang et al., 2010), 토마토 케찹(Nouri and Abad, 2013), 토마토 식초(Lee et al., 2013) 등 토마토와 토마토를 이용 한 제품의 항비만 효과가 있음을 보고하였다. 특히 Fenni 등(2017)은 토마토 파우더 46.72g/kg food 급여가 고지방 식이(45% fat)로 유도된 마우스 내 비만 억제 효과에 미치 는 영향을 보고하였다.

토마토는 시장에 유통되기 전 선별작업을 거치게 되고 상품 토마토와 생과로 판매되지 못하는 비상품 토마토로 분류한다. 이때 비상품 토마토는 과숙으로 인한 연화나 신선하지만 유통과정 중 물리적 손상으로 인해 상품가치 가 떨어지는 토마토로 발생하는 비율이 15~30% 정도로 많다(Kim and Kim, 2013). 비상품 토마토는 폐기되거나 가공품으로 일부 활용되고 있어 경제적인 손실과 환경오 염의 원인이 됨으로(Lim et al., 2018) 비상품 토마토를 활 용할 수 있는 연구가 필요한 실정이다. 국내에서는 비상 품 방울토마토를 이용한 시럽제조(Kim and Kim, 2013), 비상품 발효 토마토의 품질 특성(Lim et el., 2018) 등 비 상품 토마토를 활용하여 가공제품을 만드는 연구는 진행 된 바 있으나 비상품 토마토를 이용한 기능성 연구는 부 족한 실정이다.

따라서 본 연구에서는 비상품 토마토를 이용한 농도별 (1, 5, 10%) 토마토 파우더의 급여가 고지방 사료(60% fat) 를 급여한 마우스의 비만 억제에 미치는 영향을 알아보고 자 하였다.

Ⅱ. 재료 및 방법

1. 실험재료

토마토는 ‘썸머탑’ 품종으로 2020년 7월 강원도 화천군 토마토 산지유통센터에서 제공받아 사용하였다. 실험에 사용된 토마토는 모양, 크기, 표면의 상처 등으로 인해 상 품성이 떨어지는 비상품 토마토 중 완숙된 토마토만 선별 하여 사용하였다. 토마토는 꼭지 부분을 제거하고 과육을 동결건조(FDU‐1200, Tokyo Rikakikai Co., Ltd., Tokyo, Japan)한 후 믹서기로 분쇄하여 사료 제조에 이용하였으 며, 토마토 파우더의 수분 함량은 10.22%였다.

2. 실험동물 및 처리구

본 동물실험은 강원대학교 동물실험윤리의원회의 사전

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심의를 받아 진행하였다(KW-200615-1). 마우스는(수컷 C57BL/6J, 4주령) 대한바이오링크(Chungcheong, Korea) 를 통해 구입하여 항온(23±2℃), 항습(50±5%), 및 12시간 간격(06:00~18:00) 광주기의 일정한 조건에서 사육하였다.

식이와 음수는 자유롭게 섭취하도록 하였다. 마우스를 1 주간 적응시킨 후, 건강상태가 양호하고 체중이 유사한 5 주령 C57BL/6J 마우스 60마리를 무작위로 각각 다섯 처 리구로 나누었다. 일반 사료(10% 지방 함유)를 급여하는 대조군(CON, n=12), 고지방 사료(60% 지방 함유)를 급여 하는 고지방식이군(HFD, n=12), 고지방 사료(60% 지방 함유)에 토마토 파우더를 각각 1%, 5% 및 10% 첨가하여 급여하는 처리군(HFD+TP1, HFD+TP5, HFD+TP10, 각 n=12)으로 나누었으며, 각 사료 급여는 12주 동안 실시하 였다. 본 실험에 사용한 실험사료의 성분 조성은 Table 1 과 같으며, 고지방 식이와 토마토 파우더 급여 식이의 총 에너지량(444.9kcal/100g)을 동일하게 조정하였다. 본 실 험에서 급여한 토마토 파우더 1%, 5% 및 10%의 농도는 Food and Drug Administration(2005)에서 보고한 계산식 에 따라 인체등가용량(Human equivalent dose)으로 환산 시 60kg 성인이 매일 4.2g, 21g 및 42g의 토마토 파우더를 섭취하는 것과 동등한 용량이다. 마우스의 체중은 매주 1 회 측정하였으며, 사료 섭취량은 급여 후 잔량을 측정하

고 각 개체당 1일 평균 사료 섭취량으로 나타내었다. 식이 효율은 사료 섭취량에 대한 체중 증가량의 비로 계산하였 다.

3. 채혈 및 조직 적출

실험동물을 희생시키기 전 14시간 절식시킨 후, 에테르 로 마취하여 심장 채혈법으로 혈액을 채취한 뒤 복부를 개복하여 간, 신장, 비장, 고환, 지방조직(복부지방, 부고환 지방)을 적출하였다. 장기 무게는 체중 대비의 상대적인 무게 비율(%)로 나타내었다. 혈액은 실온에서 30분 방치 시킨 후 원심분리(4℃, 3,000rpm, 15분)하여 상등액(혈청) 을 취하여 분석 전까지 –70℃에서 보관하였다.

4. 혈액 생화학적 분석

혈청 내 glucose, blood urea nitrogen은 생화학 분석기 (AU680, BAU680, Beckman coulter, Brea, CA, USA)를 이용하여 분석하였다. 혈청 내 leptin과 insulin의 농도는 각각의 Mouse Leptin, Insulin ELISA Kit(Crystal Chem Inc, Downers Grove, IL, USA)를 사용하여 측정하였다.

Table 1. Composition of the experimental diet (g/kg diet)

Ingredient Treatment

CON HFD HFD+TP1 HFD+TP5 HFD+TP10

Casein 200.00 258.46 257.03 251.30 244.14

Sucrose 72.80 94.08 86.82 57.80 21.51

Dextrose 125.00 161.54 161.54 161.54 161.54

Corn starch 506.20 0.00 0.00 0.00 0.00　

Cellulose 50.00 64.62 63.51 59.05 53.48

Soybean oil 25.00 32.31 32.11 31.32 30.34

Lard 20.00 316.62 316.62 316.62 316.62

Tomato powder (TP) 　0.00 0.00　 10.00 50.00 100.00

Mineral Mix 50.00 64.62 64.62 64.62 64.62

Vitamin mix 1.00 1.29 1.29 1.29 1.29

L-Cystine 3.00 3.88 3.88 3.88 3.88

Choline Bitartrate 2.00 2.58 2.58 2.58 2.58

Crude protein (%) 20.3 26.2 26.2 26.2 26.2

Crude fat (%) 4.5 34.9 34.9 34.9 34.9

Crude fiber (%) 5.0 6.5 6.5 6.5 6.5

Total energy (kcal/100 g) 141.7 444.9 444.9 444.9 444.9

CON diet (10% fat) according to D12450J base (Research Diets, New Brunswick, NJ, USA) HFD diet (60% fat) according to D12492 base (Research Diets, New Brunswick, NJ, USA)

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5. 혈중 지질 함량 분석

혈청 내 총콜레스테롤(TC), 중성지방(TG), 고밀도 지단 백 콜레스테롤(HDL-C), 저밀도 지단백 콜레스테롤 (LDL-C) 농도는 생화학 분석기(AU680, Beckman coulter, Brea, CA, USA)를 이용하여 분석하였다.

6. 간조직 내 지질 함량 분석

간조직의 TC, TG, HDL-C 농도를 측정하기 위해 Jang 등(2014)의 방법을 이용하였다. 간조직 0.5g에 25mL의 Folch 용액(chloroform/methanol=2/1,v/v)을 넣고 균질 하였다. 균질액을 filter paper(Whatman no.1)로 여과한 후 0.88% KCl 5mL을 넣고 혼합한 후 24시간 동안 방치하 였다. 층분리가 되면 지질을 함유하고 있는 하층액인 chloroform 층을 분리하여, 질소 가스로 농축하여 최종적 으로 에탄올 1mL에 녹여 분석에 이용하였다. 간조직 내 TC, TG, HDL-C는 아산제약 kit (Asan Parm. Co., Seoul, Korea)를 사용하여 분석하였다. 분석에 이용된 시약은 모 두 분석급 시약을 이용하였다.

7. 분변 내 지질 함량 분석

실험동물을 희생하기 전 48시간 동안의 분변을 수집하 였다. 수집된 분변은 conical tube에 담아 냉동고(-18℃)에 보관하였다가 분석에 이용하였다. 분석에 사용된 시약은 모두 분석급 시약을 이용하였다. 분변은 dry oven(60℃)에 서 2시간 건조 후 분변 0.5g에 25mL의 Folch 용액 (chloroform/methanol=2/1, v/v)을 넣고 균질하였다. 균 질액을 filter paper(Whatman no.1)로 여과한 후 0.88%

KCl 5mL을 넣고 혼합하여 24시간 동안 방치하였다. 층분 리가 되면 지질을 함유하고 있는 하층액인 chloroform 층 을 분리하여, 질소 가스로 농축하여 최종적으로 에탄올 1mL에 녹여 분석에 이용하였다. 분변 내 TG, TC, HDL-C 은 아산제약 kit(Asan Parm. Co., Seoul, Korea)를 사용하 였으며, LDL-C은 Friedewald 공식(Friedewald et al., 1972)을 이용하여 계산하였다.

LDL- C (㎎/dL) = TC- (HDL+TG/5)

8. 간조직 내 병리학적 관찰 및 지방증 면적 분석 간조직을 적출한 후 10% neutral buffered formalin

solution(Sigma–Aldrich, St. Louis, MO, USA)으로 24시간 동안 침적 고정하였다. 파라핀 블록을 제작 후 회전식 박 절기(HM340E, Microm Co., Germany)를 이용하여 4㎛ 두 께로 박절한 후 조직절편을 3-aminopropyl triethoxysilane (Sigma–Aldrich, USA)으로 코팅된 슬라이드 글라스에 부 착하였다. 부착된 조직절편을 자일렌(xylene)과 단계적 농 도의 에탄올(ethanol)을 사용하여 탈파라핀 및 함수처리한 후 Hematoxylin-Eosin(H&E) 염색을 실시하였다. 염색을 마친 조직절편을 광학현미경(ECLIPSE Ni-U, Nikon, Tokyo, Japan)으로 관찰하였으며 디지털카메라(DS-Ri2, Nikon, Japan)를 이용하여 사진을 촬영하여 지방증의 정 도를 판독하였다. 지방증은 ×200 배율 시야에서 간조직 전체면적 대비 지방이 축적된 면적을 비율로 나타내었다.

9. 부고환 지방 내 병리학적 관찰 및 지방 세포 크기 측정

부고환 지방을 적출한 후 간조직과 동일한 방법으로 10% neutral buffered formalin solution(Sigma–Aldrich, USA)으로 24시간 동안 침적 고정하여 파라핀 블록을 제 작 후 H&E 염색을 실시하였다. 염색을 마친 조직절편을 광학현미경(ECLIPSE Ni-U, Nikon, Japan)으로 관찰하였 으며 디지털카메라(DS-Ri2, Nikon, Japan)를 이용하여 사 진을 촬영하여 ×100 배율 시야에서 부고환지방 세포의 크 기를 측정하였다.

10. 혈청 내 trimethylamine-N-Oxide(TMAO) 농도 측정

혈청 내 trimethylamine-N-Oxide(TMAO) 함량은 Mouse Trimethylamine-N-Oxide ELISA kit(Abbkine, Wuhan, China)를 사용하여 측정하였다.

11. 분변 내 미생물 균총

실험동물을 희생 전 각 개체로부터 분변을 수집한 후 – 70℃에 보관하였다가 분석에 이용하였다. 분변의 total genomic DNA는 QIAamp Fast DNA Stool Mini Kit (Qiagen, Hilden, Germany)을 이용하여 추출하였다. 분변 내 미생물(Lactobacillus spp. Bifidobacterium spp. and Clostridium spp.) 정량은 StepOnePlus Real-Time PCR System(Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA, USA)을 이용하여 Taq-man assay를 진행하였으며, 각 균에 대해 제작된 primer와 probe를 이용하여 정량하였다.

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12. 통계처리

모든 결과는 각 처리구의 결과값에 대해 one-way ANOVA 분석을 이용하였고 tukey 방법에 의해 5% 수준 에서 유의성을 검정하였다(SAS program, v. 9.4 Statistics Analytical System). 분석결과는 평균값과 평균의 표준오 차(standard error of means, SEM)으로 나타내었다.

Ⅲ. 결과 및 고찰

1. 체중 변화, 식이 섭취량, 및 식이효율

토마토 파우더의 급여가 고지방 사료를 급여한 마우스 의 비만 억제에 미치는 영향을 알아보고자 농도별 토마토 파우더가 첨가된 고지방 사료를 12주 동안 급여하여 체중 변화, 식이 섭취량 및 식이 효율을 분석한 결과는 Table 2 에 나타내었다. 초기 마우스의 체중은 19.26~19.64g으로 처리구에 따른 유의적인 차이를 보이지 않았다. 그러나 12주간의 고지방 사료 급여 후 HFD군의 무게는 39.41g으 로 0.24g/day의 체중 증가량을 나타내었으며, CON군 보 다 높은 체중을 나타내어(p<0.05) 비만이 유도되었음을 확 인하였다. 토마토 파우더 급여에 따라 HFD+TP1과 HFD+TP5 처리구는 HFD군과 유의적인 차이를 나타내지 않았지만, HFD+TP10군은 HFD군 보다 유의적으로 낮은 체중과 체중 증가량을 나타내었다(p<0.05). 사료 섭취량의 경우 처리구간의 유의적인 차이는 나타나지 않았다. Ryu 등(2003)과 Yang 등(2009)은 고지방 사료 섭취에 따른 사 료 섭취량의 유의적인 차이가 나타나지 않는다고 보고하

였으며, Choi 등(2013)도 고지방 사료 및 토마토 섭취에 따른 마우스의 사료 섭취량 차이를 나타내지 않았다고 보 고하여 본 연구 결과와 유사하였다. 식이효율의 경우 HFD, HFD+TP1과 HFD+TP5 처리구가 CON군과 HFD+

TP10군 보다 높은 식이효율을 나타내었다(p<0.05). Jang 등(2014)은 고지방 사료를 C57BL/6J 마우스에 9주간 급여 하였을 때 체중 증가량이 0.21g/day이며 대조구 보다 고 지방 사료 급여군이 높은 식이효율이 나타났다고 보고하 여 본 연구 결과와 유사하였다. 또한, Fenni 등(2017)과 Li 등(2018)은 토마토 파우더(각각 46.0g/kg diet와 41.9g/kg diet) 급여가 고지방 사료로 인해 증가한 체중을 감소시켰 다고 보고하여 본 연구 결과와 유사하였다.

2. 장기 무게

체중 대비 상대적인 장기 무게는 Table 3에 나타내었다.

장기 무게는 급여한 물질이 마우스에 미치는 독성을 평가 할 수 있는 지표이다(Jang et al., 2014). 본 연구에서 간과 신장의 상대적인 무게는 처리구에 따른 유의적인 차이를 보이지 않았다. 하지만 비장과 고환의 상대적인 무게가 고지방 사료에 의해 유의적으로 감소하였다(p<0.05). 단, 토마토 파우더 급여에 따른 차이는 나타나지 않았다. Jang 등(2014)는 고지방 사료를 C57BL/6J에 9주간 급여하였을 때 고환 무게가 감소하였다고 보고하여 본 연구결과와 일 치하였다. 내장 지방 중 복부지방과 부고환 지방의 무게 는 HFD군에서 CON군 보다 각각 2배와 2.3배 증가하였 다(p<0.05). 그러나 HFD+TP10군에서 부고환 지방 무게를 유의적으로 감소시켰다. Fenni 등(2017)은 고지방 사료

Table 2. Effect of tomato powder supplementation on initial and final body weight, body weight gain, food intake, and food efficiency ratio of C57BL/6J mice

Treatment Body weight (g) Body weight

gain (g/day) Food intake

(g/day) FER

Initial Final

CON 19.64^a 29.45^c 0.12^c 2.87^a 0.04^b

HFD 19.56â 39.41â 0.24â 2.66â 0.09â

HFD+TP1 19.34â 39.30â 0.24â 2.64â 0.09â

HFD+TP5 19.36â 39.08â 0.23â 2.59â 0.09â

HFD+TP10 19.26^a 34.23^b 0.18^b 2.56^a 0.07^b

SEM 0.282 0.793 0.009 0.073 0.004

CON, mice fed basal diet (10% fat); HFD, mice fed high-fat diet (60% fat); HFD+TP1, mice fed high-fat diet (60% fat) with 1%

tomato powder; HFD+TP5, mice fed high-fat diet (60% fat) with 5% tomato powder; HFD+TP10, mice fed high-fat diet (60% fat) with 10% tomato powder. Feed efficiency ratio (FER)=weight gain (g/day) / food intake (g/day). ^a-cMeans within a column with no common superscript differ (p<0.05).

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Table 3. Effect of tomato powder supplementation on relative organ wight to body weight (%) of C57BL/6J mice

Treatment Liver Spleen Kidney Testis Retroperitoneal

adipose Epididymal adipose

CON 2.94â 0.24â 0.97â 0.77â 1.06â 2.26^c

HFD 3.17â 0.21^b 0.94â 0.61^b 2.14â 5.28â

HFD+TP1 3.00â 0.21^b 0.94â 0.61^b 2.14â 5.12â

HFD+TP5 2.93â 0.19^b 0.90â 0.62^b 2.18â 5.20â

HFD+TP10 2.96â 0.20^b 0.92â 0.67^b 1.98â 4.23^b

SEM 0.112 0.006 0.021 0.019 0.091 0.115

tomato powder; HFD+TP5, mice fed high-fat diet (60% fat) with 5% tomato powder; HFD+TP10, mice fed high-fat diet (60% fat) with 10% tomato powder. ^a-cMeans within a column with no common superscript differ (p<0.05).

Table 4. Effect of tomato powder supplementation on serum glucose, blood urea nitrogen, leptin, and insulin of C57BL/6J mice Treatment Glucose (mg/dL) Blood urea nitrogen (mg/dL) Leptin (ng/mL) Insulin (ng/mL)

CON 124.20^a 19.04^a 10.10^d 0.79^c

HFD 183.16â 18.96â 66.36â 1.80â

HFD+TP1 176.68â 18.92â 51.94^b 1.49âb

HFD+TP5 179.92â 18.68â 50.34^b 1.58âb

HFD+TP10 164.12^a 17.56^a 35.94c 1.23^bc

SEM 14.106 1.051 3.382 0.124

tomato powder; HFD+TP5, mice fed high-fat diet (60% fat) with 5% tomato powder; HFD+TP10, mice fed high-fat diet (60% fat) with 10% tomato powder. ^a-dMeans within a column with no common superscript differ (p<0.05).

와 토마토 파우더(46g/kg diet)와 리코핀(10mg/kg diet) 을 마우스에 12주간 급여하였을 때 간지방과 복부지방의 무게는 고지방 사료 대조군과 차이가 없었지만, 부고환 지방의 무게는 감소시켰으며 최종적으로 체중을 감소시켰 다고 보고하여 본 연구결과와 일치하였다. 이와 같은 결 과는 10% 토마토 파우더가 고지방 사료 섭취로 인한 마 우스 내 지방 축적을 억제하고 이로 인한 체중의 감소 효 과를 나타낸 것으로 판단된다.

3. 혈액 내 glucose, blood urea nitrogen, leptin, insulin 농도

토마토 파우더의 급여가 고지방 사료를 급여한 마우스 의 혈액 내 glucose, blood urea nitrogen, leptin, insulin 농도에 미치는 영향은 Table 4에 나타내었다. 본 연구에서 고지방 사료 급여에 따라 혈액 내 glucose가 증가하는 경 향을 나타내었으나 유의적인 차이는 나타나지 않았다. 혈 액 내 blood urea nitrogen 농도 또한 처리구에 따른 유의

적인 차이는 나타나지 않았다. Leptin은 지방세포에서 분 비되는 대표적인 식욕 억제 호르몬으로 에너지 소비를 촉 진시키고, 체중 조절 및 호흡 중추에 영향을 미치는 호르 몬이다(Black et al., 2005). 혈중 leptin의 농도는 과도한 에너지 섭취 시 식욕을 억제하기 위해 증가함으로 비만의 지표로 사용된다. 또한, insulin은 혈당을 낮추는 호르몬으 로 비만으로 인한 복부지방의 증가는 인슐린 분비에 대한 감수성과 인슐린의 민감도를 감소시켜 인슐린 저항성을 증가시킨다(Roberts et al., 2013). 본 연구에서 혈액 내 leptin과 insulin은 고지방 사료로 인해 HFD군에서 증가 하였으나, HFD+TP10군에서 그 농도를 감소시켰다 (p<0.05). Lin 등(2020)은 식이 지방의 섭취는 인슐린 기능 저하와 관련이 있으며, 고지방 식이를 C57BL/6J 마우스에 10주간 급여 시 혈액 내 glucose가 감소하고 insulin이 증 가하였다고 보고하여 본 연구 결과와 유사하였다. 또한, Wang 등(2010)에 의하면 0.03% 리코핀을 10주간 마우스 에 급여하였을 비만 마우스에 대해 체중 및 지방조직의 무게를 감소시켜 항비만 효과를 나타내었으며, 혈액 내

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glucose와 leptin 농도를 감소시켜 인슐린 저항성을 개선 시켰다고 보고하여 본 연구 결과와 유사하였다. 따라서 10% 토마토 파우더의 급여는 고지방 식이로 인한 leptin 과 insulin의 이상 대사에 대한 개선 효과가 있는 것으로 판단된다.

4. 혈액, 간, 및 분변 내 지질성분 함량

혈액 내 TC, TG, HDL-C 및 LDL-C 함량은 Table 5에 나타내었다. 고지방 식이에 의한 지방의 축적은 혈중 중 성지방뿐만 아니라 콜레스테롤 함량을 증가시키는 것으로 알려져 있다(Lee and Lee, 2017). 혈액 내 중성지질과 콜 레스테롤 함량이 증가하면 혈액 내 HDL-C 함량을 감소 시킬 수 있으며, 이렇게 감소된 HDL-C과 증가된 LDL-C 은 동맥경화와 같은 심혈관질환의 위험성을 증가시키며 점막세포와 혈관에 염증을 일으킬 수 있다(Nouri and Abad, 2013). 본 연구에서 고지방 사료 급여로 인해 HFD 군에서 CON군 보다 HDL-C을 제외한 혈청 내 모든 지절 성분의 함량이 증가하였다(p<0.05). HDL-C은 처리구에 따른 유의적인 차이를 나타내지 않았다. 이후 토마토 파 우더 급여에 따라 혈청 내 TC와 TG 함량을 유의적으로 감소시켰으며, 특히 TC 함량은 농도 의존적인 감소 효과 를 나타내었다(p<0.05). 단, LDL-C은 토마토 파우더 급여 에 따른 감소 효과가 나타나지 않았다. Nouri 와 Abad (2013)은 토마토 케찹과 토마토가 비만이 유도된 랫의 혈 중 TC, TG, LDL-C 함량을 감소시키며 HDL-C을 증가시 킨다고 보고하여 본 연구결과와 유사하였다. 이와 같은 결과는 마우스에 토마토 케찹(Nouri and Abad, 2013), 토 마토 식초(Seo et al., 2014), 토마토 추출물(Melendez- Martinez et al., 2013), 토마토 파우더(Fenni et al., 2017) 의 급여가 고지방 사료로 인한 증가된 TC와 TG를 감소시

켰다는 연구 결과와도 유사하였다. 또한 그 중 유효성분 으로 알려져 있는 리코핀의 고지방 사료로 인해 증가된 혈중 지질성분(TG, TC, LDL-C) 함량에 대한 감소 효과가 보고되었다(Wu et al., 2019; Wang et al., 2019). Martinez

‐Valverde 등(2002)은 토마토 파우더 내 리코핀이 평균 835.8mg/kg 함유되어 있으며, 총 폴리페놀 함량은 7.58g/kg 이라고 보고하였다. 따라서 토마토 파우더 급여 는 토마토 자체와 그 안에 함유되어 있는 리코핀이 비만으 로 인한 혈중 지질대사를 개선시키는 것으로 판단된다.

간조직은 지방산의 합성, 분해 및 배출을 담당하는 기 관으로 지방조직이 과잉으로 축적될 경우 간조직 내 지방 배출에 이상을 일으켜 간질환을 야기시킬 수 있다(Oh and Kim, 2013). 지방의 간조직 내 TC, TG 및 HDL-C 함 량은 Table 6에 나타내었다. 혈액 내 지질성분 함량과 유 사하게 고지방 사료 급여로 인해 간조직 내 TC와 TG는 증가하였다(p<0.05). HDL-C은 고지방 사료 처리구에서 CON군 보다 유의적으로 감소하였다. 단, 토마토 파우더 급여에 따른 유의적인 차이를 나타내지 않았다.

분변으로 배출된 TC, TG, HDL-C 및 LDL-C 함량은 Table 7에 나타내었다. 체내에서 대사된 지질은 분변을 통 해 배출되며 분변 내 지질성분의 증가는 항비만의 주요 메커니즘 중 하나이다(Jang et al., 2014). 본 연구에서는 HFD군이 유의적으로 높은 분변 내 지질 함량을 나타내었 는데, 이는 고지방 사료를 급여한 C57BL/6J 마우스 분변 내 중성지질이 대조구보다 증가하였다고 보고하여(Cho et al., 2007) 본 연구과 유사하였다. 반면에 혈청 내 지질성 분 함량이 낮았던 CON군은 분변으로 배출된 지질성분의 함량 또한 HFD군 보다 유의적으로 낮았다. 토마토 파우 더 급여에 따라 HFD+TP5군과 HFD+TP10군이 HFD군 보 다 낮은 TC과 LDL-C 함량을 나타내었으며, TG 함량은 HFD+TP10군에 의해 유의적으로 감소하였다(p<0.05). HDL-

Table 5. Effect of tomato powder supplementation on serum lipid profile of C57BL/6J mice

Treatment TC (mg/dL) TG (mg/dL) HDL-C (mg/dL) LDL-C (mg/dL)

CON 111.64^c 36.20^b 71.04^a 6.80^b

HFD 175.68â 59.52â 70.40â 14.40â

HFD+TP1 170.24â 40.32^b 72.20â 12.28âb

HFD+TP5 167.92âb 37.24^b 73.64â 14.56â

HFD+TP10 136.32^bc 33.20^b 70.00^a 9.96^ab

SEM 7.656 2.807 1.580 1.497

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Table 6. Effect of tomato powder supplementation on hepatic lipid profile of C57BL/6J mice

Treatment TC (mg/dL) TG (mg/dL) HDL-C (mg/dL)

CON 137.45^b 1,185.92^b 3.84^a

HFD 168.64^a 1,694.54^a 2.22^b

HFD+TP1 153.90^a 1,584.67^a 2.33^b

HFD+TP5 158.28^a 1,579.09^a 2.06^b

HFD+TP10 155.36^a 1,432.75^ab 2.49^b

SEM 3.647 75.810 0.259

tomato powder ; HFD+TP5, mice fed high-fat diet (60% fat) with 5% tomato powder ; HFD+TP10, mice fed high-fat diet (60% fat) with 10% tomato powder. ^a-bMeans within a column with no common superscript differ (p<0.05).

Table 7. Effect of tomato powder supplementation on fecal lipid profile of C57BL/6J mice

Treatment TC (mg/dL) TG (mg/dL) HDL-C (mg/dL) LDL-C (mg/dL)

CON 20.66^c 10.84^c 3.82^b 14.68^c

HFD 79.12â 29.75â 5.50â 67.67â

HFD+TP1 74.01â 28.74â 5.35â 62.91â

HFD+TP5 52.80^b 21.52^ab 5.52^a 42.98^b

HFD+TP10 51.04^b 14.35^bc 5.68^a 42.49^b

SEM 2.511 2.023 0.233 2.533

C 함량은 토마토 급여에 따른 유의적인 차이를 나타내지 않았다. 이러한 토마토 파우더의 급여 처리구의 결과는 낮은 혈중 내 지질 농도를 보였던 CON군이 분변 내 배 출되는 지질 함량도 낮았던 결과와 유사하였다. Kim 등 (2012)에 따르면 토마토 와인과 고지방 사료를 랫에 5주간 급여하였을 때 체중 감소와 간지방구 크기 감소, 혈중 TC, TG 함량 감소를 보여 항비만 효과를 나타내었지만, 분변 내 TC, TG에 대해 분변으로 배출량이 증가하지 않 았다고 보고하여 본 연구 결과와 일치하였다. 이러한 토 마토 와인의 항비만 효과는 지방 조직 내 지방산과 TG의 합성과 관련된 유전자(PAP)를 효과적으로 억제하기 때문 이라고 보고하였다(Kim et al., 2012).

5. 간조직 조직학적 분석 및 지방증 면적

간조직의 조직병리학적 결과(H&E 염색)와 간조직 내 지방증의 면적은 Fig. 1에 나타내었다. 간조직은 지방 생 성에 관여하는 주요 기관으로 간세포 내 지질의 축적으로 인한 비알콜성 간지방증은 간조직 내 지질 축적, 분해, 공 급 등의 지질대사에 장애를 일으키며, 지방산화로 인해

발생한 산화적 스트레스로 염증 반응을 수반한다(Zidani et al., 2017). 현미경으로 간조직을 관찰한 결과 HFD군에 서 CON군 보다 증가한 지방축적물을 관찰할 수 있었으 며 비만으로 유도된 지방간의 형태를 나타내었다(Fig. 1a).

이를 수치화하여 전체 면적에 대한 지방증의 면적을 비율 로 나타낸 결과, HFD군이 CON군 보다 지방증 면적이 약 3.3배 증가하였으나(p<0.05), 토마토 파우더 급여로 인해 농도 의존적으로 지방증 면적 비율이 감소되었다(p<0.05).

특히 가장 고농도인 HFD+TP10군은 CON군과 유의적인 차이를 나타내지 않았다. 본 연구와 유사하게 Li 등(2018) 은 마우스에게 고지방 사료와 토마토 파우더(41.9g/kg diet)를 24주간 급여하였을 때 고지방 사료 대조군 보다 간조직 내 지방증의 면적을 감소시키고 지방간을 개선시 켰다고 보고하였다. Fenni 등(2017) 또한 라이코펜과 토마 토 파우더의 급여가 간지방증을 개선시켰으며, 이와 같은 결과는 간조직 내 지방산합성과 관련된 유전자(FASN, ACC)의 발현은 억제시키고, 지방산 산화와 관련된 유전 자(ACO, CPT-1)의 발현은 증가시켰기 때문이라고 보고하 였다. 따라서 10% 토마토 파우더 급여는 간조직 내 지방 사료로 인한 간지방증을 개선시키는 것으로 판단된다.

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6. 부고환 지방 조직학적 분석 및 지방세포 크기

H&E 염색을 통한 부고환지방 세포의 모양을 관찰한 결과와 지방세포의 크기는 Fig. 2에 나타내었다. 비만은 지방세포의 크기와 수가 증가함으로 인해 체지방이 증가 하는 것을 특징으로 하며(Sung et al., 2011), 본 연구에서 도 고지방 사료를 급여한 HFD군에서 부고환 지방의 무게 와 세포 크기의 증가를 확인하였다. 현미경으로 관찰한 결과 CON군에 비해 HFD군에서 뚜렷하게 지방세포가 비 대해진 것을 관찰할 수 있었다(Fig. 2a). 지방세포 크기를 측정한 결과 HFD군의 지방세포 크기는 126.45μm로 71.80μm인 CON군 보다 1.76배 증가하였다(p<0.05). 반면 에 모든 토마토 급여 처리구는 HFD군에 비해서 지방세포 크기가 유의적으로 감소하였으며(p<0.05), 특히 HFD+TP10 군은 80.17μm로 CON군과 유사한 지방세포 크기를 나타 내었다. Fenni 등(2017)은 고지방 사료와 토마토 파우더 (46g/kg diet), 리코핀(10mg/kg diet)을 마우스에게 12주

간 급여하였을 때 고지방 사료 대조군보다 부고환 지방세 포의 크기를 감소시켰다고 보고하여 본 연구결과와 일치 하였다. 또한, 리코핀과 토마토 파우더의 급여는 지방 조 직 내 지방산합성(ACC, FAS) 및 지질대사 관련 유전자 (PPARδ, CD36, aP2, LPL)의 발현을 감소시켰다고 보고 하였다(Fenni et al., 2017). 따라서 10% 토마토 파우더 급 여는 부고환지방 세포 크기를 감소시켜 최종적으로 부고 환지방 무게 감소 및 항비만 효과를 나타낸 것으로 판단 된다.

7. 혈청 내 trimethylamine-N-Oxide (TMAO) 함량

혈청 내 TMAO 농도를 분석한 결과는 Fig. 3에 나타내 었다. TMAO는 장내 미생물 균총에서 생산되는 대사산물 로서 비만으로 인해 발병될 수 있는 만성 신장 질환의 주 요한 바이오 마커이다(Sun et al., 2017). 기존 연구에 의하 면 고지방 사료의 섭취는 사람과 동물에서 혈액 내 TMAO (a)

CON HFD HFD+TP1

HFD+TP5 HFD+TP10

(b)

Fig. 1. Effect of tomato powder supplementation on hepatic histology (a) and steatosis area (b) of C57BL/6J mice. CON, mice fed basal diet (10% fat); HFD, mice fed high-fat diet (60% fat); HFD+TP1, mice fed high-fat diet (60% fat) with 1% tomato powder; HFD+TP5, mice fed high-fat diet (60% fat) with 5% tomato powder; HFD+TP10, mice fed high-fat diet (60% fat) with 10% tomato powder. ^a-cValues of bar with no common superscript differ (p<0.05).

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(a)

CON HFD HFD+TP1

HFD+TP5 HFD+TP10

(b)

Fig. 2. Effect of tomato powder supplementation on histological characteristics (a) and adipose area (b) of epididymis adipoase tissue in C57BL/6J mice. CON, mice fed basal diet (10% fat); HFD, mice fed high-fat diet (60% fat); HFD+TP1, mice fed high-fat diet (60% fat) with 1% tomato powder; HFD+TP5, mice fed high-fat diet (60% fat) with 5% tomato powder;

HFD+TP10, mice fed high-fat diet (60% fat) with 10% tomato powder. ^a-cValues of bar with no common superscript differ (p<0.05).

농도를 증가시킨다고 알려져 있다(Boutagy et al., 2015).

본 연구에서 HFD군의 혈액 내 TMAO 함량은 CON군 보 다 58.2% 증가하였다(p<0.05). Wu 등(2020) 또한 C57BL/6J 마우스에 고지방 사료를 12주간 급여하였을 때 혈액 내 TMAO 농도가 대조구 보다 66.7% 증가하였다고 보고하여 본 연구과 유사하였다. 그러나 HFD+TP10군이 유의적으로 혈액 내 TMAO 농도를 감소시켰다. Wu 등 (2019)는 고지방식이로 비만이 유도된 C57BL/6J 마우스에 리코핀(200mg/kg BW)을 12주간 급여하였을 때 혈액 내 TMAO 함량을 HFD 대조구 보다 31% 감소시켰다고 보고 하였다. 비만과 인슐린 저항성은 TMAO의 생성에 영향을 줄 수 있으며, 마우스 체중의 감소와 인슐린 감수성의 증 가는 TMAO 함량을 감소시킬 수 있다(Wu et al., 2020).

본 연구에서 또한 10% 토마토 파우더의 급여에 따른 비 만 마우스 내 체중 및 혈중 인슐린 농도의 감소가 비만

및 TMAO 생성 억제에 영향을 미쳤을 것으로 판단된다.

8. 분변 내 미생물 균총

고지방 사료 및 토마토 파우더의 급여가 마우스 내 분변 내 Bifidobacterium spp., Lactobacillus spp., Clostridium spp.

장내 세균총에 미치는 영향에 대한 결과는 Fig. 4에 나타 내었다. 식이로 인한 장내 환경의 변화와 장내 세균총의 변화는 비만과 관련이 있으며, 고지방 사료의 섭취로 인 한 비만은 장내 세균총의 다양성을 감소시킨다(Wu et al., 2019). 특히 고지방, 고열량 사료의 급여로 인한 비만 마 우스 내 장내 세균총은 유익균인 Bifidobacterium spp.와 Lactobacillus spp.가 감소하며, Clostridium spp.와 같은 병원 성균은 증가한다고 알려져 있다(Kong et al., 2019). 본 연구 에서는 고지방 사료로 인해 CON군 보다 낮은Bifidobacterium

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Fig. 3. Effect of tomato powder supplementation on Trimethylamine-N-oxide (TMAO) in serum of C57BL/6J mice. CON, mice fed basal diet (10% fat); HFD, mice fed high-fat diet (60% fat); HFD+TP1, mice fed high-fat diet (60% fat) with 1% tomato powder; HFD+TP5, mice fed high-fat diet (60% fat) with 5% tomato powder; HFD+TP10, mice fed high-fat diet (60% fat) with 10% tomato powder. ^a-cValues of bar with no common superscript differ (p<0.05).

Fig. 4. The microbial counts (Bifidobacteriumspp., Lactobacillusspp., Clostridiumspp.) in fecal samples from C57BL/6J mice. CON, mice fed basal diet (10% fat); HFD, mice fed high-fat diet (60% fat); HFD+TP1, mice fed high-fat diet (60% fat) with 1%

tomato powder; HFD+TP5, mice fed high-fat diet (60% fat) with 5% tomato powder; HFD+TP10, mice fed high-fat diet (60%

fat) with 10% tomato powder. ^a-bValues of bar with no common superscript differ (p<0.05).

spp. 수를 나타내었으나 유의적인 차이는 나타내지 않았 다. 또한, Lactobacillus spp.와 Clostridium spp. 수는 고지 방 사료 또는 토마토 파우더 급여에 따른 유의적인 변화 를 보이지 않았다. 반면에 Li 등(2018)은 마우스에게 토마 토 파우더(41.9g/kg diet)를 24주간 급여하였을 때 고지방 사료군 보다 균총의 다양성을 증가시키고 Clostridium spp.의 수를 감소시켰다고 보고하였다. 따라서 이와 같은 결과는 본연구에서 고지방 식이로 유도한 마우스 비만이 장내균총을 유의적으로 변화시키지 않은 것으로 판단되 며, 토마토 파우더의 체중 감소 및 지질 성분 감소 등의 항비만 효과가 미생물 균총의 변화를 통하지 않는 것으로 판단되어 추가적인 연구가 필요할 것으로 판단된다.

Ⅳ. 요약

본 연구에서는 비상품성 토마토를 이용하여 제조한 토 마토 파우더의 농도별(1, 5, 10%) 급여가 고지방 사료로 유도된 마우스의 비만에 미치는 영향을 검증하고자 하였 다. 숫컷 C57BL/6J 마우스(n=60)를 일반 사료(10% 지방) 를 급여한 대조구(CON), 고지방 사료(60% 지방)를 급여 한 HFD군, 토마토 파우더가 각 농도별로 함유된 고지방 사료를 급여한 처리구(HFD+TP1, HFD+TP5, HFD+TP10) 로 나누어 12주간 사육하였다. HFD+TP10 처리구의 최종

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체중은 34.23g으로 39.41g이었던 HFD에 비해 체중증가를 감소시켰으며, 부고환 지방 무게를 감소시켰다(p<0.05).

또한, HFD+TP10 처리구의 혈청 내 콜레스테롤과 중성지 방 함량은 각각 136.32mg/dL와 33.20mg/dL로 HFD 처리 구(175.68mg/dL and 59.52mg/dL)에 비해 유의적으로 낮 았다(p<0.05). 고지방 식이로 인해 유발된 비만으로 인해 증가된 혈청 내 leptin(66.36ng/mL)과 insulin(1.80ng/mL) 농도는 HFD+TP10 처리구(각각 35.94ng/mL 및 1.23ng/mL)에서 유의적으로 감소되었다. 또한 토마토 파 우더의 급여는 농도 의존적으로 부고환 지방의 크기와 간 지방증 면적을 감소시켰다(p<0.05). HFD+TP10 처리구의 항비만 효과로 혈청 내 TMAO의 농도를 감소시켰다 (p<0.05). 이러한 결과는 10% 토마토 파우더의 급여가 고 지방식이로 유도된 마우스에서 혈청 및 조직의 지방 축적 을 억제하고 지질대사 장애를 개선하는 데 효과적임을 시 사하였다. 따라서 고지방 사료를 급여한 마우스에서 토마 토 파우더의 급여는 체내 지질 함량을 감소시키고 부고환 지방의 크기를 감소시켜 항비만 효과를 나타내었으며, 이 러한 효과는 10% 급여 시 가장 효과적인 것으로 판단된 다. 이러한 결과는 토마토 파우더가 항비만 효과를 가진 기능성 식품의 개발에 있어서 기초 자료로 활용될 수 있 을 것이다. 특히 비상품 토마토를 활용하여 부가가치를 창출하여 수익증대에 이바지할 수 있을 것으로 기대된다.

사사

본 성과물은 농촌진흥청 연구사업 농축산물 수확후 용 복합 실용화 기술개발 –농가형 스마트 저장 유통 가공 기 술개발- 사업(PJ013876012018)으로 수행되었음.

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(Received 08 March 2021, Revised 14 July 2021, Accepted 19 July 2021)