야생여주(야생 암팔라야)관련 논문...

[데이빛]

7월12일 KBS 2TV 생방송 오늘에 소개된 쓴오이 여주에 관한 동영상 입니다

韓藥作誌(Korean J. Medicinal Crop Sci.) 15(1) : 56 −61 (2007) 56

여주 추출물의 항산화 활성

박 열*·부희옥**·박영란***·조동하****·이현화**†

*조선대학교 자연과학대학 생명공학과, **조선대학교 자연과학대학 생물학과,

***조선대학교 의과대학 해부학교실, ****강원대학교 생명공학부

Antioxidant Activity of Momordica charantia L. Extracts

Yeol Park*, Hee Ock Boo**, Young Lan Park***, Dong Ha Cho****, and Hyun Hwa Lee**†

*Department of Biotechnology, Collage of Nature Science,Chosun University, 375 Seosuk-Dong, Korea.

**Department of Biology, Collage of Nature Science, Chosun University, 375 Seosuk-Dong, Korea.

***Department of Anatomy, Collage of Medicine, Chosun University, 375 Seosuk-Dong, Korea.

****School of Bioscience & Biotechnology, Kangwon National University, Chunchon 200-701, Korea.

ABSTRACT : This study was carried out to determine the antioxidant activity and vitamin C contents in plant extracts ofthe Momordica charantia L. The vitamin C was detected as the highest content in immature fruit (92.2 ㎎/100 g), while the content in stem (2.5 ㎎/100 g) was lower 40 times than that of immature fruit. Antioxidant activity for the dried sample wasinvestigated by TBA method. The lowest TBARS values were obtained from extracts of dried leaf and followed by ascorbic acid and BHT, showing that the extracts from dried leaf possess the strongest antioxidant activity. Compared with fresh tissues,SOD activity, ATX activity and CAT activity were high level in the dried tissue. These results suggest that the Momordica charantia L. would be a promising antioxidant source as an alternative antioxidant, based on natural plant resources.

Key Words : Momordica charantia L., vitamin C, TBA-reactive substance, superoxide dismutase, ascorbic peroxidase, catalase

서 언

식물체는 정상적인 생장과 발육 과정 및 저온이나 곰팡이나, 바이러스 등의 병 감염 등 다양한 스트레스로 인하여 식물체내서 높은 활성산소를 발생시킨다. 이러한 활성산소들은지질 과산화, 세포막 및 단백질 분해, 엽록체 파괴, 노화 촉진등 생체내에서 강한 산화력으로 인해 생리적 장해를 초래한다 (Allen et al., 1997; Asada, 1999). 그러나 식물은 이러한 활성산소에 대한 방어기작으로 이를 제거할 수 있는 다양한 형태의 항산화 물질을 함유하고 있는데 특히, 항산화 효소의 발현은 중요한 역할을 한다 (Heath, 1987; Kang et al.,2003). 항산화 효소 중 superoxide dismutase (SOD)는 superoxideanion radical (·02−�)을 제거하여 hydrogen peroxide(H2O2)로 전환시키는 촉매 효소로서 metal cofector에 의해 3종류로 구분되어 지는데 즉, CuZnSOD는 세포질에,MnSOD는 미토콘드리아에, FeSOD는 엽록체에 각각 분포되어 있다. 이러한 SOD는 식물이 생장하는 동안 여러 환경스트레스에 반응하여 각자 독립된 역할을 하지만, 이들의 세포내 역할 분담은 명확히 밝혀져 있지 않았다 (Bowler et al.,1992). Catalase (CAT)는 주로 peroxisome에 존재하며 H2O2를 물과 산소로 분해한다. CAT와 더불어 H2O2 제거하는 중요한 효소로 작용하는 ascorbate peroxidase (APX)는 엽록체,미토콘드리아, 세포질 및 세포벽에 존재하며, ascorbate를 산화시킴으로써 H2O2를 불활성화시킨다 (Kang et al., 2003).한편, 생체내에서는 SOD, APX 그리고 CAT와 같은 항산화

효소들 뿐만 아니라, tocopherol, ascorbic acid (vitamin C),catechin, glutathion 등과 같은 천연항산화제, BHT, BHA등의 합성 항산화제들이 독자적인 작용이나 다른 작용을 보조하는 과정을 통해 활성 산소로부터 생체를 보호하는 작용을 한다. 최근에는 이러한 항산화제들이 노화와 발암 등 각종성인 질환들을 방지한다고 알려지면서 천연항산화제에 대한연구 개발이 활발히 진행중이다. 본 실험에 사용된 여주(Momordica charantia L.)는 1년생 박과식물로, 아주 오랜옛날부터 단순한 과일이 아니라 귀중한 약재로서의 역할을 해왔다 (Beloin et al., 2005).

†Corresponding author: (Phone) +82-62-230-6653 (E-mail) papaya@chosun.ac.kr

Received January 20, 2007 / Accepted January 31, 2007

우리나라에서는 덩굴성 작물로

심어 주로 관상용으로 이용해 왔으나 요즘은 찾아보기 힘든

자원식물 중 하나이다. 그러나, 중국이나 인도 등의 전통의학

에서는 여주가 중요한 약재로 이용되어 왔으며 인도네시아,

인도 및 동남아시아의 말레이시아, 필리핀, 대만 등지에서는

주요한 기능성 채소로 식용되어지고 있다 (Giron et al.,

1991; Park, 1989; Virdi et al, 2003; Zong et al., 1995).

특히 미성숙과는 비타민 C, 비타민 A와 철 등의 주요한 공급

원이 되고 있다 (Grover et al., 2004). 여주의 쓴맛에는 식

물스테롤 배당체들과 많은 종류의 아미노산, 갈락트론산, 시

트룰린, 펙틴 등의 성분이 들어 있어 이 성분들은 혈당강하

기능이 탁월한 것으로 알려져 있으며, 특히 여주의 과실과 종

자에 주로 함유되어 있는 지용성물질인 charantin이라는 성분

은 췌장의 β세포에 작용하여 인슐린의 분비를 촉진함으로써

혈당을 낮춰주는 역할을 하는 것으로 보고되고 있다

(Schmourlo et al., 2005; Pakash et al., 2002; Rathi et

al., 2002). 여주의 종자에서 분리되어지는 단백질들 중

‘MAP3’은 암세포를 파괴하는 natural killer 세포를 활성화시

킴으로서 암세포 증식을 억제하는 효과가 있는 것으로 추측

되고 있으며, ‘momorcharoside’라는 물질은 DNA, RNA의

합성을 저해하는 작용을 지니고 있어 암의 진전을 억제하는

효과를 기대할 수 있는 물질로 인정되고 있다 (Bourinbaiar

and Lee-Huang, 1995a; Hamato et al., 1995). 또한 여주

열매의 추출물은 in vitro상에서 herpes simplex virus-1과

poliovirus 1의 증식과 Candida albocans와 Crytococcus

neoformans 의 활성을 억제시키는 등 곰팡이와 바이러스에 대

한 항균활성 및 항산화 효과를 보이는 것으로 보고되고 있다

(Hamato et al., 1995; Schmourlo et al., 2005).

여주는 다양한 생리·약리적 효능을 지니고 있는 것으로 알

려져 있지만, 아직 국내에서는 여주에 대한 기초적인 연구는

물론이고, 생리활성 성분 분석 및 효능에 관한 연구는 전무한

실정이다. 따라서 본 연구에서는 여주 추출물의 항산화 활성

을 조사함으로써 천연항산화제로서의 개발 가능성과 함께 그

이용성을 증대시키고자 한다.

재료 및 방법

1. 식물재료

본 실험에서 사용한 여주 (Momordica charantia L.)는

2006년 3월에 파종하여 7-8월에 걸쳐 수확하였다. 식물체는 각

부위별로 절취하여 동결건조 후 −75℃ 초저온 냉장고에 보관

하였다. 건조된 식물은 각 부위별로 마쇄하여 1㎜ 스크린에

통과시킨 후 각 시료 200 g당 95% methanol 2 L에 24시간

동안 추출하였다. 추출액은 50℃에서 감압 농축한 후 동결 건

조 시켰다.

2. 비타민 C 함량 측정

분말 시료 50㎎을 5% metaphosphoric acid 100㎖에 녹

여 암소에서 1분간 추출하고 Whatman No. 1 여과지로 여과

시킨 다음, 2,6-dichlorophenol-indolphenol 1㎖, 2% thiourea

2㎖, 2,4 dinitrodphenylhyrazine 1㎖을 차례로 혼합한 후

50℃에서 1시간 동안 반응시켰다. 여기에 황산과 2,4 dinitrodphenylhyrazined를

넣고 30분간 반응 시킨 후 540㎚에서 흡

광도를 측정하였다.

2. 돈육의 준비

실험에 사용된 돈육은 도살 후 4℃ 냉장고에 저장된 랜드레

이스의 대퇴부 육을 사용하였다. TBA 실험을 위해 여주시료

와 BHT를 1%씩 첨가하고 75℃에서 1시간 동안 온탕가열 후

흐르는 물에 냉각시켰다. 그후 5℃에서 14일간 저장하면서 실

험에 사용하였다.

3. TBARS 측정

Witte 등 (1970)의 방법에 따라 분말시료 10 g에 20%

trichloroacetic acid용액 25㎖를 첨가하여 2분간 14,000

rpm으로 균질화 시키고 증류수를 첨가하여 100㎖이 되게

희석하여 교반한 다음 여과지 (Whatman No.1)로 여과하였

다. 여과한 액중 5㎖를 취해서 2-TBA시약 (0.005 M in

water) 5㎖과 혼합한 후에 실온에서 15시간 동안 방치하고

UV-VIS Spectro photometer에서 530㎚의 파장으로 흡광도

를 측정하였다. TBARS는 다음과 같은 공식에 의해 계산하

였다.

TBA (MDA ㎎/1000 g) =흡광도 × 5.2

4. 항산화 효소의 활성 측정

1) 효소액 조제

여주의 부위별 생체시료와 동결 건조시료를 extraction

buffer (50 mM phosphate buffer, pH 7.0; 1% Triton X-

100; 1% PVP-40)에 1 : 4의 비율로 혼합한 후 균질화시키고

12 000 g 에서 20분 동안 원심분리한 다음 항산화 활성 측정

에 사용하였다. 단백질 정량은 BSA을 표준물질로 사용하여

Bradford (1976) 방법에 따라 측정하였다.

2) Superoxide dismutase (SOD) 활성측정

SOD 활성은 Beauchamp and Fridovich (1971)의 방법에

따라 50 mM carbonic buffer (pH 10.2), 0.1 mM EDTA,

0.1 mM Xanthine, 0.025 mM nitroblue tetrazolium 그리고

추출액이 포함된 용액을 25℃에서 10분간 반응시킨 후

xanthine oxidase (3.3·10−�6mM)를 첨가하고 550㎚에서 NBT

의 광환원 정도를 측정하였다.

3) Ascorbate peroxidase (APX) 활성측정

APX 활성은 Nacano and Asada (1981)의 방법에 따라 50

mM potassium phosphate (pH 7.0), 0.5 mM ascorbate, 0.1

mM H2O2, 0.1 mM EDTA에 추출액을 가하여 37℃에서 5분

간 반응시킨 후 290㎚에서 2분간 흡광도의 변화를 측정하

였다.

4) Catalase (CAT) 활성측정

Catalase 활성은 Aebi (1984) 방법에 따라 50mM potassium

phosphate (pH 7.0)에 10 mM H2O2와 추출액을 가한 후

240㎚에서 2분간의 흡광도 변화를 관찰하였다. 이때 1분 동안

에 1 uM의 H2O2를 분해하는 효소의 양을 1 unit으로 하였다.

결과 및 고찰

1. 비타민 C의 함량 조사

인체에서 생합성되어지는 SOD, CAT, APX 등과 다르게 비

타민 C, 비타민 E 그리고 glutathione 등을 포함하는 항산화

제는 반응성 산소화합물과 탄소 중심의 라디칼을 없애는데 효

과적인 작은 친핵성 분자들로 이루어져 있으며, 주로 섭취를

통해 조직에서 계속적으로 재보충 되어야 하기 때문에 그 중

요성이 날로 높아져가고 있다 (Ji, 1996). 비타민 C는 수용성

비타민으로 다양한 산화 스트레스에 대해 최초의 항산화 역할

을 수행하는 것으로 알려져 있으며, 기질로부터 생성물을 전

환하는데 있어 촉매역활을 하는 효소로 직접적인 역할을 하지

는 않지만 효소들이 활성화될 수 있도록 미네랄 이온들을 조

절한다 (Feri et al., 1991). 또한, 지질의 산화과정에서 다불포

화 지방산의 산화적 손상을 보호하며, 비타민과 산소 유리기

를 효과적으로 제거하는 작용을 한다 (Jakeman, 1993). Table

1은 여주의 부위별 비타민 C의 함량을 측정한 결과로써 미성

숙과는 92.2㎎/100 g으로 성숙과의 8.41㎎/100 g 보다 높은

함량을 나타내었다. 줄기는 2.5㎎/100 g으로 거의 함유되어 있

지 않았다. 그러나 잎의 경우 77.3㎎/100 g으로 높은 함량을

나타내었다. 일반적으로 비타민 C의 급원 식품은 채소와 과일

류이며 이중에서도 비타민 C의 함량이 매우 높은 식품으로는

풋고추, 고춧잎, 피망, 양배추, 시금치 등의 야채와 키위, 오렌

지, 딸기, 토마토 등의 과일이 있다. 이러한 과채류의 비타민

C의 함량을 살펴보면, 100 g 당 오이 5㎎, 토마토는 13-

44㎎, 딸기는 80㎎ 정도인 점에 비추어 볼 때 (Park, 1989),

여주의 비타민 C의 함량은 상당히 높은 것을 알 수 있다.

여주는 동남아시아를 중심으로 미숙과를 주로 약용 및 식용으로

사용하고 있는데, 성숙과와 줄기에서 높은 비타민 C의 함량은

여주의 이용범위를 넓히는데 중요한 자료가 될 것이다. 한편,

박 (1989)은 여주의 계통별 비타민 C의 함량을 조사한 결과

계통별로 27㎎-41.66㎎/100 g의 다양한 차이를 확인한 바 있

는데, 앞으로 우리나라에 자생하는 여주와 각 품종별간의 정

확한 함량조사가 필요하리라 사료된다.

2. TBARS 값 측정

지질, 특히 불포화 지질들은 산소 (O2)와 반응하여 과산화반

응이 일어나고 이 과정이 진행되면 활성산소들의 연쇄반응이

일어난다. 이러한 지질과산화의 이차 분해산물로 생성되는

aldehyde기인 malnodialdehyde (MDA)는 thiobarbituric acid

(TBA)와 반응하게 된다. 여주의 각 부위별 저장기간에 따른

항산화 정도를 조사하고자 TBA reactive substane (TBARS)

를 측정하였다 (Fig. 1). 대조구의 경우 저장 0일째 TBARS치

가 0,0997이였으나, 시간이 경과함에 따라 저장 7일째는

0.4375, 14일째는 0.5051로 5배 이상 수치가 상승되었고, 천연

항산화제로 알려진 ascorbic acid는 저장기간이 지날수록 점차

낮은 수치를 나타내어 높은 항산화 효과를 나타내었다. 그러

나, 합성 항산제인 BHT는 시간이 경과함에 따라 점차 상승하

여 asorbic acid와 비교할 때 낮은 활성을 나타내었다. 여주의

Table 1. Content of vitamin C in Momordica charantia L. (cv

‘Dragon’)

Samples Vitamin C (㎎/100 g)*

Immature fruit 92.2 ± 0.03

Mature fruit 84.1 ± 0.09

Leaf 77.3 ± 0.01

Stem 2.50 ± 0.20

*Data represents the mean values ± SE of three independent

experiments

Fig. 1. Time course changes of TBARS values of in Momordica

charandia L. extracts.

각 부위별 TBARS 수치를 조사한 결과 성숙과와 줄기는 저장

시간이 경과할수록 수치가 상승되어 항산화 활성이 매우 낮음

을 알 수 있었다. 그러나 잎은 저장 0일째 TBARS치가

0,097이였으나, 시간이 경과함에 따라 저장 7일째는 0.0794,

14일째는 0.059로 낮은 수치를 나타내었다. 천연항산화제

ascorbic acid의 저장 14일째 0.761인 수치와 비교해 볼때 높

은 항산화 능력을 보여주었다.

3. 항산화 효소의 활성

식물은 고착생활을 하기 때문에 외부 스트레스에 대한 환경

적응 능력이 다른 생물체보다 높은 것으로 생각되며, 다른 생

물체보다 많은 종류의 항산화 물질을 생산한다 (Alsher and

Hess, 1993). 세포는 세포의 구성성분을 보호하고 산화환원상

태를 유지하기 위해 효소학적 및 비효소학적 방어시스템을 지

니고 있다. 식물에서 비효소학적 방어시스템에는 천연 항산화

제로 알려진 ascorbic acid, glutathione, a-tocoperol,

carotenoids 등이 있고, 효소적 방어시스템에는 superoxide

dismutase, catalase, ascorbate peroxidase, glutathione reductase

등과 같은 효소들이 있다. 여주의 SOD, APX 그리고 CAT의

항산화 효소 활성 능력을 측정하고자 각 부위별로 생체시료와

동결건조한 시료를 공시재료로 하여 그 활성을 측정하였다.

동결건조한 시료의 SOD 활성도를 조사한 결과 잎 (139

U/㎎ protein)과 줄기 (63 U/㎎ protein)에서 가장 높은 활성

을 나타내었다. 특히 잎은 줄기에 비교하여 2배 이상의 활성

을 보였으며, TBARS 수치도 가장 높게 나타나 항산화 효능

이 높은 부위로 사료되었다. 그러나, 생체 시료로부터 SOD를

측정한 결과 동결건조시료와는 반대로 줄기가 76.5 U/㎎

protein 으로 잎의 28.5 U/㎎ protein에 비해 3배 가량 높은

활성을 나타냈으며, 뿌리와 미성숙과의 경우 동결건조 시료보

다 생체시료에서 더 높은 활성을 보여주었다 (Fig. 2). 항산화

효능이 높다고 알려진 감잎에서의 SOD 유사활성의 경우 감

잎차 제조 방법에 따른 활성의 차이는 나타나지 않았으나, 추

출 온도와 시간에 따른 활성은 차이를 나타낸 바 있다 (Park

et al., 1995). 따라서, 여주의 경우 시료를 조제하는 과정에서

각 부위별 물리, 화학적인 성질이 변화하여 SOD의 활성에 차

이를 나타내는 것으로 생각되었다.

식물체에서 APX는 세포질과 엽록체에서 작용하는 가장 중

요한 제거제의 역할을 한다. 이들은 환원용 기질로 ascorbic

acid를 이용하며, GPX (glutathione peroxidases)가 H2O2를

제거하고 지질의 과산화과정에서 중요한 역할을 한다고 밝혀

졌다 (Wheeler et al., 1998). 여주의 경우 APX의 활성은 건

조시료의 경우 잎이 116.4 U/㎎ protein 으로 가장 높았으며,

생체 시료에서도 잎이 8.75 U/㎎ protein으로 줄기와 뿌리, 미

성숙과와 비교하여 높은 활성을 나타내었다. 한편 건조시료에

서의 APX 활성 능력이 생체시료와 비교할 때 약 12배 정도

높은 활성을 나타내었다 (Fig. 3). CAT는 생체내의 유해한 산

소들을 신속히 처리하여 세포를 보호하는 항산화계 효소로

APX와 함께 H2O2를 분해 소거하는 대표적인 효소이다.

여주에서 CAT 활성은 잎에서 가장 높게 나타났으며, 건조 시료에

서 5.7 U/㎎ protein인 반면 생체시료에서는 1.2 U/㎎ protein

로 나타났다 (Fig. 4). 이는 APX와 비슷한 양상을 보였으며,

건조시료가 생체시료에 비해 약 5배의 높은 활성을 나타내

었다.여주의 각 부위별 항산화 효과는 열매보다는 잎에서 높은

효소 활성을 관찰할 수 있었으며, 생체조직에서보다는 냉동건

조된 조직에서 더 높은 활성을 나타냈다.

여주의 혈당저하 및항당뇨 기능은 미숙과에 함유된 성분에서 기인한 것이며,

이들성분은 다낭성 난포증후군 및 산통에도 효과적인 것으로 알려

져 있다 (Bourinbaiar and Lee-Huang, 1995a; Virdi et al.,

2003). Yeh 등 (2005)은 여주 종자의 보관 기간이 길어질수록

CAT와 SOD의 기능이 저하되고 발아력도 떨어짐을 확인한 바

있다. 본 실험결과에서도 관찰되었듯이 부위별로 항산화성에

많은 차이를 나타냈으며, 특히 잎에서는 높은 활성 능력을 나

타내었다. 따라서, 여주의 추출물에 따른 높은 항산화 능력은

새로운 천연 항산화물질 개발의 가능성을 제시해준다고 할 수

있다.

적 요

여주의 부위별 항산화 활성 및 비타민 C의 함량을 조사하

였다. 각 부위별 비타민 C의 함량을 보면 미성숙과에서

92.2㎎/100 g으로 가장 높게 나타났는데, 이는 줄기에서의

2.5㎎/100 g 보다 40배 이상 높은 함량이다. 여주의 각 부위

별 메탄올 추출물을 TBA 방법으로 항산화효과를 측정한 결

과 잎 추출물에서 0,05로 가장 높은 항산화 효능을 나타냈으

며, 이는 추출물이 ascorbic acid와 BHT보다도 항산화력이 우

수함을 알 수 있었다. 또한 각 부위별 건조시료와 생체시료에

서의 SOD, APX 그리고 CAT의 활성을 비교한 결과 건조

시료인 경우가 생체시료에서보다 활성이 더 높게 나타났다.

이러한 결과들은 여주가 식물유래 천연 항산화제로서의 높

은 가치를 지니고 있으며 앞으로 이에 대한 개발 가능성이 매

우 높음을 시사해 주고 있다.

이 논문은 2000년도 조선대학교 학술연구비의 지원을 받아

수행되었음.

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quantitation of microgram quantities of protein utilizing the

www.momodica.com

[풀광]

우리내 시골 집 울타리에 관상용으로 심어 왔던 여주에는 식물인슐린(p-insulin)과 카란틴(charantin)이란 성분이 함유하고 있고, 비타민C가 풍부하여 특히 당뇨병환자에게 좋은 식품으로써 건강 웰빙식품이 되어 가고 있답니;다.