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ISSN : 1225-4339(Print)
ISSN : 2287-4992(Online)
The Korean Journal of Food And Nutrition Vol.28 No.2 pp.328-334
DOI : https://doi.org/10.9799/ksfan.2015.28.2.328

Antioxidant and Antimicrobial Activities of Various Berry Juices

Jin-Sik Nam†, Young-Jin Han*, Soo-Min Yeo*
Dept. of Food and Nutrition, Suwon Women's University, Suwon 445-895, Korea
*Food Analysis Research Center, Suwon Women's University, Suwon 445-895, Korea
Corresponding author jsnam@swc.ac.kr
April 6, 2015 April 17, 2015 April 20, 2015

Abstract

This study was performed to evaluate and compare the antioxidant and antimicrobial activities of various berry juices (cherry, grape, blueberry, aronia, cranberry, and raspberry). The cherry, aronia, and cranberry juices included higher levels of total polyphenol than the other berry juices. The DPPH radical scavenging activity of various berry juices increased according to the juices concentration. The scavenging activity of DPPH radicals by the aronia, cranberry, and raspberry juices was higher than those of other samples and was in the following order: aronia › cranberry › raspberry. The FRAP values of 100% aronia juice was the highest among the samples, which was more than five times higher than grape juice at a concentration of 25%. The cranberry and raspberry juices exhibited a strong inhibitory effect against important food-borne bacteria, and in general, the berry juices inhibited the growth of Gram-negative bacteria more than that of Gram-positive bacteria. The cranberry and raspberry juices exhibited high antimicrobial activities against important food-borne bacteria at a concentration of 100% and 75%, however, they did not affect food-borne bacteria at a concentration below 10%. These results suggest that aronia, cranberry, and raspberry may be used effectively as natural additives and as functional foods due to their high antioxidant and antimicrobial activities.


베리류 열매 착즙액의 항산화 및 항균 활성

남 진식†, 한 영진*, 여 수민*
수원여자대학교 식품영양과
*수원여자대학교 식품분석연구센터

초록


    Suwon Women's College

    서 론

    베리(berry) 즉, 나무딸기류는 작은 열매가 모여 하나의 과 실 형태를 유지하는 장과류를 총칭하는 것으로(Hakkinen 등 1999) 딸기(strawberry), 산딸기(raspberry), 포도(grape), 체리 (cherry), 블루베리(blueberry), 크랜베리(cranberry), 아사이베 리(acaiberry), 아로니아(black chokeberry), 오디(mulberry) 등 이 이에 속한다. 특히 산딸기는 장미과에 속하는 관목의 열매 로 높은 항산화능을 가지고 있으며(Lee 등 2014), 블루베리 및 크랜베리 역시 항산화, 항당뇨 및 항암 효과 등 다양한 생 리활성을 지니고 있다(Martineau 등 2006; Seeram 등 2006; Su & Silva 2006; Jeong 등 2008). 포도와 체리는 주로 생과로 소 비되고 있으나 풍부하게 함유되어 있는 안토시아닌 색소의 기능성이 알려지면서 가공식품 및 기능성 식품에 널리 이용 되고 있으며, 최근 아로니아는 다수의 연구 결과로 높은 항산 화, 항노화, 항암 등의 효과가 입증되어 슈퍼푸드라고 불리고 있다(Jeong JM 2008). 이러한 베리류의 생리활성은 플라보노 이드계 색소인 안토시아닌과 깊은 관련이 있으며, 이에 대한 다양한 연구가 진행 중이다.

    안토시아닌은 단순히 식품이 갖는 영양소 공급의 1차 기 능을 넘어 천연색소로써 아름다운 색에 의한 기호뿐만 아니 라 식품의 안전성을 제공하며, 생체방어의 면역기능 향상 및 노화 억제 등의 우수한 생체조절기능을 가진다. 또한, 현재까 지 알려진 연구결과에 의하면 자색고구마, 적양배추, 백년초 등에서 분리된 안토시아닌이 뛰어난 항산화 및 항균 효과를 보였다고 보고되어 있다(Boo 등 2012). 그러나 대부분 에탄올 및 메탄올 추출물의 항산화, 항암 효과 및 항균 효과에 관한 연구가 주를 이루고 있으며, 소비자들이 직접 섭취하는 생과 자체의 항산화 작용이나 항균 작용 및 균 생육 억제에 관한 연구는 미비한 실정이다. 또한 이러한 생리활성 효과는 식물 의 종류와 재배지에 따라 다르며, 동일 품종 내에서도 함량차 가 크고 추출법 및 분석방법에 따라서도 상이하기 때문에, 이 에 대한 연구가 필요하다(Puupponen-Pimia 등 2001; Burdulis 등 2009; Krisch 등 2009).

    최근 발생하는 식중독 사고는 대부분 세균에 의한 것이며, 원인 식품은 점차 다양해지고 규모가 대형화되고 있어 이에 관한 관심이 급증하고 있다(Lee 등 2003). 이에 따라 식품산 업분야에서는 미생물에 의한 부패와 변질을 막기 위해 합성 보존료를 사용하고 있으나 안전성이 문제시되면서 천연보존 료의 필요성이 대두되고 있다. 이에 따라, 본 연구에서는 다 양한 종류의 베리 열매의 항산화, 항균 작용 및 균 생육억제 효과를 비교·조사함으로써 유기용매 추출물이 아닌 베리 열매 자체의 생리활성에 관한 정보를 제공하고, 천연보존료 및 건강기능식품 개발의 가능성을 모색하는데 기초자료로 제공하고자 한다.

    재료 및 방법

    1.실험재료 및 시약

    본 실험에서는 냉동상태로 보관된 베리류 즉, 체리, 포도, 블루베리, 아로니아, 크랜베리 및 라즈베리를 경기도 수원에 위치한 대형마트에서 구입하였으며, 원액기(NNJ-1415JM, NUC Co., Daegu, Korea)로 착즙하고, 4°C, 8,000 rpm에서 30분간 2 회 원심분리(Avanti J-26 XPI, Beckman Coulter, Fullerton, CA, USA)하여 얻은 상등액을 0.45 μm membrane filter(Millipore Co., Bedford, MA, USA)로 여과한 다음, 실험에 사용하였다. 실험에서 사용된 Folin-Ciocalteu's reagent, 1,1-diphenyl-2-picryl hydrazyl(DPPH), 2,4,6-tris(2-pyridyl)-1,3,5-triazine(TPTZ) 및 gallic acid는 Sigma Chemical Co.(St. Louis, MO, USA)로부터 구입 하여 사용하였으며, 그 외 시약은 분석용 특급시약(Samchun Co., Pyeongtaek, Korea)을 사용하였다.

    2.사용균주 및 배지

    베리 열매 착즙액의 항균력 실험에 사용한 균주는 수원여 자대학교 식품분석연구센터에 보관 중인 식중독균 미생물을 사용하였다. Gram 음성균은 Cronobacter sakazakii KCTC 2949, Escherichia coli O157:H7 KCCM 40406, Salmonella typhimurium KCCM 11862, Vibrio parahaemolyticus KCTC 2471 4 종의 균주를 사용하였으며, Gram 양성균은 Bacillus cereus KCCM 40935, Listeria monocytogenes KCTC 3569, Staphylococcus aureus KCTC 1621 3종의 균주를 사용하였다. 균 활성 및 생 육에 사용한 배지는 Difco laboratory(Detroit, MI, USA)사의 nutrient broth(NB)와 tryptic soy broth(TSB) 및 agar를 사용하 였다.

    3.총 폴리페놀 함량

    총 폴리페놀 함량은 Folin-Ciocalteau's 방법(Sato 등 1996)을 약간 변형하여 측정하였다. 즉, 시료 50 μL에 2 N Folin- Ciocalteau's 시약 25 μL를 가하고, 20% Na2CO3 150 μL를 가하 여 실온에서 15분간 방치한 다음 ELISA plate reader(VersaMax Molecular Devices, Sunnyvale, CA, USA)를 사용하여 725 nm 에서 흡광도를 측정하였다. Gallic acid를 사용하여 작성한 표 준 검량곡선을 통해 착즙액의 총 폴리페놀 함량을 계산하였 으며, 착즙액 1 mL에 대한 μg 함량으로 나타내었다.

    4.항산화 활성 측정

    DPPH 라디칼 소거능은 Blois MS(1958)의 방법에 따라 안 정한 유리 라디칼인 DPPH에 대한 착즙액과의 전자공여 효과 로써 이 반응에 의해 DPPH 라디칼이 감소하는 정도를 측정 하였다. 각 착즙액을 농도별로 희석한 시료 100 μL에 100 μM 의 농도로 제조된 DPPH 용액 900 μL를 넣어 10초간 강하게 혼합하고, 암실에서 30분간 방치한 다음 ELISA plate reader를 사용하여 517 nm에서 흡광도를 측정하였다. DPPH 라디칼 소 거능은 (대조구 흡광도-시료첨가구 흡광도)/대조구 흡광도 ×100으로 계산하여 백분율로 나타내었다. FRAP(ferric reducing antioxidant power) 활성은 Benzie & Strain(1996)의 방법을 변 형하여 측정하였다. Acetate buffer(pH 3.6, 30 mM)와 10 mM TPTZ 및 20 mM FeCl3·6H2O를 10:1:1의 비율로 혼합한 반응 용액 700 μL에 농도별로 희석한 시료 100 μL를 혼합하여 암 실에서 30분간 방치한 다음, ELISA plate reader를 사용하여 590 nm에서 흡광도를 측정하였다.

    5.항균활성 측정

    베리 열매 착즙액의 항균활성은 paper disc diffusion 법(McFarland J 1907; Collins 등 1989)을 사용하였다. 각각의 균주를 액체배 지에 접종하여 37°C에서 18시간씩 2회 계대 배양한 후, 균액 의 농도를 McFarland 0.5의 탁도로 조정하고, 균액 0.1 mL를 5 mL의 중층용 배지에 접종하여 평판배지에 분주한 다음 응고 시켰다. 멸균된 paper disc(Advantec, 8 mm, Toyo Roshi Kaisha Ltd., Japan)에 각각의 베리 열매 착즙액 80 μL를 완전히 흡수 시킨 것을 평판배지 위에 일정한 간격으로 올려놓고, 37°C 배 양기(IB-25G, Jeio-Tech Co., Seoul, Korea)에서 18시간 배양하 였다. 대조구 disc에는 생리식염수를 동량으로 완전히 흡수시 켜 사용하였으며, disc 주위의 생육저해환(clear zone)의 크기 (mm)를 비교하였다. 베리 열매 착즙액의 농도별 항균 효과를 측정하기 위해서는 항균활성을 나타낸 베리 열매 착즙액을 멸균생리식염수를 이용하여 희석하였으며(100%, 75%, 50%, 25%, 10%, 5%), paper disc diffusion 법으로 disc 주위의 생육 저해환(clear zone)의 크기(mm)를 측정하여 나타내었다.

    6.통계처리

    본 실험의 결과는 3회 이상 반복된 실험으로 얻어진 값의 평균과 표준편차로 나타내었으며, 각 실험 결과에 대한 통계 분석은 SPSS 통계 프로그램(Statistics Package for the Social Science, Ver. 21.0, SPSS Inc., Chicago, IL, USA)을 이용하여 나타내었다. 즉, one-way ANOVA(analysis of variation)로 분석 한 뒤 p<0.05 수준에서 Duncan's multiple range test로 실험군 평균치 간의 유의적 차이를 검증하였다.

    결과 및 고찰

    1.총 폴리페놀 함량

    식물에 널리 존재하는 phytochemical 중 폴리페놀 화합물 은 천연항산화제로의 작용이 우수하며, 각종 질병의 치료 및 예방에 효과가 있어 건강기능식품의 소재로 각광받고 있다 (Jang & Yoon 2012). 이에 따라 6가지 베리류의 총 폴리페놀 함량을 측정하였으며, 그 결과는 Fig. 1과 같다. 체리, 아로니 아 및 크랜베리의 총 폴리페놀 함량은 착즙액 1 mL 당 369.56 μg GAE에서부터 365.19 μg GAE까지로 높은 수준을 보였으 며, 체리, 아로니아 및 크랜베리와 유의적인 차이는 있었으나, 라즈베리 또한 350.86 μg GAE/mL로 높은 함량을 나타내었다. 그러나 블루베리의 총 폴리페놀 함량은 231.49 μg GAE/mL로 316.59 μg GAE/mL의 포도보다 낮은 함량을 보였다. 시판 과 일주스의 기능성을 비교한 Chung HJ(2012)의 연구에 따르면 블루베리주스가 포도주스에 비해 더 높은 폴리페놀 함량을 나타내었다고 보고하였다. 이는 같은 종류의 베리라고 하더 라도 원산지나 재배환경에 따라 함량 차이가 크며, 특히 시판 되고 있는 과일주스는 첨가물의 종류와 열처리 등의 살균과 정으로 인해 제조공정이 각 회사별로 상이하여 얻어진 결과 로 판단된다. 또한, 베리 와인 및 리큐르의 항산화 활성을 측 정한 Marina Heinonen 등(1998)은 체리와인의 총 폴리페놀 함 량을 680 μg GAE/mL로 보고하였으며, 체리와 크랜베리 리 큐르의 총 폴리페놀 함량을 각각 1,080 μg GAE/mL, 500 μg GAE/mL로 보고하여 본 연구결과보다 높은 것으로 확인되었 다. 이는 와인이나 리큐르 제조 시 숙성과정에서 생성된 생리 활성 물질 중 폴리페놀 화합물의 양이 증가하여 이와 같은 결과를 보인 것으로 생각된다. Nam & Joo(2004)는 과일즙의 폴리페놀 함량을 측정한 결과, 포도는 약 500~800 μg GAE/g, 체리는 약 600 μg GAE/g으로 본 연구결과에 비해 약 2배 정 도 높은 것으로 조사되었다. 다양한 붉은색의 과일즙의 항산 화 활성을 측정한 결과, 아로니아의 총 폴리페놀 함량은 라즈 베리, 체리, 딸기 등에 비해 작게는 2배에서 크게는 15배 정도 높은 것으로 조사되었다(Jakobek 등 2007). 이상에서 각 연구 에 따라 베리류의 총 폴리페놀 함량이 다른 것은 품종과 재배 지역 및 재배환경, 시판 주스의 제조사에 따른 차이에 기인한 것으로 판단되나, 대부분의 연구에서 아로니아의 폴리페놀 함량이 다른 베리류에 비해 높게 나타난 것은 일치하였다.

    2.항산화 활성

    DPPH 라디칼 소거능은 항산화 활성을 평가하기 위한 가 장 간편한 방법 중 하나이며, 여러 항산화 활성 연구에서 널 리 사용되고 있다. 이에 따라 6가지 베리류의 항산화 활성을 평가하기 위한 방법 중 하나로 DPPH 라디칼 소거능을 측정 하였으며, 그 결과는 Fig. 2와 같다. 각 농도별로 측정한 베리 착즙액의 DPPH 라디칼 소거능은 모든 시료에서 농도에 따라 높아졌으며, 아로니아, 크랜베리 및 라즈베리의 소거능이 다 른 베리류에 비해 높게 측정되었다. 특히, 아로니아는 10%의 농도에서도 약 96%의 소거능을 보여 시료 중 가장 활성이 우 수하였으며, 이는 대부분의 농도에서 낮은 활성을 보인 포도 착즙액 소거능의 약 4배로 확인되었다. Jeong 등(2008)은 블 루베리와 라즈베리의 DPPH 라디칼 소거능을 측정한 결과, 블 루베리와 라즈베리의 활성은 농도 의존적인 결과를 보였으며, 두 시료의 활성이 유사하였다고 보고하였다. 또한, Jakobek 등(2007)은 아로니아의 DPPH 라디칼 소거능이 라즈베리에 비해 약 9배 높다고 보고하여 본 연구결과와 차이를 보였다. FRAP 활성은 산성 pH에서 항산화제와 같이 환원력을 가진 물질에 의해 ferric tripyridyltriazine(Fe3+-TPTZ) 복합체가 ferrous tripyridyltriazine(Fe2+-TPTZ)으로 환원되어 청색을 띄는 원리 를 이용한 방법이다(Benzie & Strain 1996). 이에 따라 6가지 베리류의 FRAP 활성을 측정하였으며, 그 결과는 Fig. 3과 같 다. 6가지 베리 열매 중 아로니아의 활성이 모든 농도에서 가 장 높았으며, 100% 아로니아 착즙액의 FRAP 활성은 25% 포 도 착즙액의 5배 이상이었다. 또한, 아로니아를 제외한 나머 지 베리 중 체리의 활성이 다른 베리류에 비해 높게 측정되었 으며, 포도의 활성은 모든 농도에서 낮았고, 대부분의 베리 열매 착즙액의 FRAP 활성이 농도에 따라 증가되었다. Hwang 등(2014)은 아로니아 및 블루베리 추출물의 항산화 활성을 측정한 결과, 아로니아의 FRAP 활성이 블루베리보다 더 높 았다고 보고하여 본 연구결과와 일치하였으며, Pantelidis 등 (2007)은 체리와 라즈베리의 FRAP 활성이 수확시기에 따른 차이는 있으나, 일반적으로 유사한 경향을 보였다고 보고하 여 본 연구결과와 차이를 나타내었다. 이상의 결과, 베리 열 매 착즙액의 항산화 활성은 실험방법에 따라 상이한 결과를 보였으며, 이는 두 방법 모두 높은 재현성을 가지고 있으나, 전자가 라디칼을 소거하는 활성을 측정하는데 반해, 후자는 환원력을 측정하는 원리의 차이 때문인 것으로 판단된다.

    3.항균활성

    베리 열매를 착즙하여 얻은 착즙액의 식중독 원인균에 대 한 항균활성 결과는 Table 1과 같다. 생리식염수를 대조군으 로 하여 disc 주위의 생육저해환(clear zone)의 크기(mm)를 비 교한 결과, 크랜베리의 착즙액은 S. typhimurium 27 mm, S. aureus 20 mm, V. parahaemolyticus 19 mm, B. cereus 18 mm, C. sakazakii 13 mm, E. coli O157:H7 12 mm, L. monocytogenes 10 mm 순으로 7종의 식중독 원인균에 대해 모두 항균활성을 나타내었고, 라즈베리 착즙액은 L. monocytogenes를 제외한 S. typhimurium 25 mm, S. aureus 18 mm, V. parahaemolyticus 17 mm, B. cereus 15 mm, C. sakazakii 11 mm, E. coli O157:H7 9 mm 순으로 6종의 식중독 원인균에 대해 항균활성을 보였 다. 아로니아 착즙액은 그람 음성균인 S. typhimurium에 대해 서만 11 mm의 생육저해활성을 보였으며, 포도와 체리 착즙 액 또한 그람 음성균인 V. parahaemolyticus에 대해서만 각각 10 mm, 11 mm의 생육저해활성을 보였다. 이상의 결과, 베리 의 종류에 따른 차이는 있었으나, 블루베리를 제외한 모든 베 리류는 그람음성균에 대한 생육저해활성을 보였으며, 그람양 성균에 대한 저해활성은 라즈베리와 크랜베리만 있는 것으 로 확인되었다.

    Puupponen-Pimia 등(2001)은 베리류로부터 추출한 페놀성 화합물의 항균활성을 측정한 결과, 대부분의 추출물이 그람 음성균에 대한 생육저해만 있을 뿐, 그람양성균에 대해서는 활성을 나타내지 않았다고 보고하여 본 연구결과와 일치하 였으며, 이는 그람음성균과 양성균의 세포 표면의 구조가 달 라 추출물과의 반응에도 영향을 준 것으로 판단된다. 베리 열 매 착즙액의 항균활성 결과를 바탕으로 크랜베리와 라즈베 리 열매 착즙액의 농도별 항균활성을 측정한 결과는 Table 2 및 Table 3과 같다. 100%와 75% 크랜베리 착즙액은 모든 식 중독균에 대해 항균활성을 보였으며, 50% 크랜베리 착즙액 은 E. coli O157:H7와 L. monocytogenes를 제외한 나머지 식중 독균에 대해 저해활성을 보였다. 25% 크랜베리 착즙액은 S. typhimurium, V. parahaemolyticus, B. cereus에서만 항균활성을 나타내었으며, 10% 이하의 농도에서는 모든 식중독 원인균 에 대해 항균활성을 보이지 않았다. 100% 및 75% 라즈베리 착즙액의 경우, 6가지 식중독 원인균에 대해 항균활성을 나타 내었으며, 50% 라즈베리 착즙액은 C. sakazakii, E. coli O157:H7 에서만 항균활성을 보이지 않았다. 25% 라즈베리 착즙액은 그람음성균인 S. typhimurium, V. parahaemolyticus에 대한 항 균활성만 보였으며, 라즈베리 또한 크랜베리와 마찬가지로 10% 이하의 농도에서는 모든 식중독 원인균에 대해 항균활 성을 보이지 않았다.

    요 약

    본 연구에서는 유기용매 추출물이 아닌 베리 열매 자체의 생리활성에 관한 정보와 천연보존료 및 건강기능식품 개발 의 가능성을 모색하는데 기초자료를 제공하고자 다양한 종 류의 베리 열매 착즙액의 항산화, 항균 작용 및 균 생육억제 효과를 비교·조사하였다. 총 폴리페놀은 체리, 아로니아 및 크랜베리가 다른 베리류에 비해 높게 함유되어 있었으며, 각 농도별로 측정한 베리 착즙액의 DPPH 라디칼 소거능은 모든 시료에서 농도에 따라 높아졌다. 특히, 아로니아, 크랜베리 및 라즈베리의 소거능이 다른 베리류에 비해 높은 것으로 확 인되었다. FRAP 활성은 6가지 베리 열매 중 아로니아의 활성 이 모든 농도에서 가장 높았으며, 100% 아로니아 착즙액의 FRAP 활성은 25% 포도 착즙액의 5배 이상이었다. 베리 열매 착즙액의 식중독 원인균에 대한 항균활성은 크랜베리와 라 즈베리가 대부분의 식중독 균에 대해 활성을 나타내었으며, 대부분의 베리 열매 착즙액이 그람양성균보다 그람음성균에 대한 생육저해활성이 더 큰 것으로 확인되었다. 크랜베리와 라즈베리의 농도별 항균활성은 원액과 75%의 농도에서만 각 각 7가지, 6가지 식중독 균에 대해 생육저해를 보였고, 50%, 25%의 농도에서는 식중독 균 중 일부만 생육저해를 나타내 었으며, 10% 이하의 농도에서는 모든 식중독 원인균에 대한 항균활성을 보이지 않았다. 이상의 결과로 아로니아, 크랜베 리 및 라즈베리는 다른 베리에 비해 높은 항산화 및 항균활성 을 보임으로써 천연보존료 및 기능성식품 소재로써의 이용 성이 높을 것으로 판단된다.

    Figure

    Total polyphenol contents of various berry juices. The results are expressed as mean±SD of triplicates. Bars followed by the same letter are not significantly (p<0.05) different by Duncan's multiple range test.

    DPPH radical scavenging activities of various berry juices.

    FRAP values of various berry juices. The results are expressed as mean±SD of triplicates. Bars followed by the same letter are not significantly (p<0.05) different by Duncan's multiple range test.

    Table

    Antimicrobial activities of various berry juices

    1)The results are expressed as mean±SD of triplicates.
    2)ND, not detected

    Antimicrobial activities of cranberry juice

    1)The results are expressed as mean±SD of triplicates.
    2)ND, not detected

    Antimicrobial activities of raspberry juice

    1)The results are expressed as mean±SD of triplicates.
    2)ND, not detected

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