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ISSN : 1225-4339(Print)
ISSN : 2287-4992(Online)
The Korean Journal of Food And Nutrition Vol.30 No.6 pp.1332-1340
DOI : https://doi.org/10.9799/ksfan.2017.30.6.1332

Antioxidant and Anti-Diabetic, Anti-Alzheimer Activities of Stem from Opuntia ficus-indica var. saboten Cultivated in Jeju at Harvest Time

Yun Sook Jeong, Byung Soon Hwang, Soo-Muk Cho, Kyung-A Hwang, In Guk Hwang
Dept. of Agrofood Resources, National Academy of Agricultural Science, Rural Development Administration, Wanju 55365, Korea
Corresponding author : In Guk Hwang, Dept. of Agrofood Resources, National Academy of Agricultural Science, Rural Development Administration, Wanju 55365, Korea. +82-63-238-3672, ighwang79@korea.kr
20171016 20171026 20171117

Abstract

In this study, we assessed antioxidant, anti-diabetic, and anti-Alzheimer activities of Opuntia ficus-indica var. saboten (OFI) at harvest time. OFIs were cultivated December 2015~November 2016 in Jeju island. The 70% ethanol extracts of OFI were used to investigate total polyphenol and flavonoid contents, antioxidant(DPPH and ABTS radical scavenging assay), anti-diabetic(yeast α-glucosidase and rat α-glucosidase inhibition assay), and anti-Alzheimer(Acetylcholinesterase and butyrylcholinesterase inhibition assay) activities. Total polyphenol and flavonoid contents of OFIs were 17.40~23.11 μg garlic acid/mg Ex and 2.17~6.22 ug (+)-catechine/mg Ex, respectively. DPPH and ABTS radical scavenging activity of OFIs were 131.98~184.90 mg ascorbic acid(AA) eq/100 g and 63.60~101.83 mg AA eq/100 g, respectively. In the anti-diabetic and anti-Alzheimer activities, 70% ethanol extracts of OFI exhibited moderate inhibition activity, compared to control (acarbose and beberine). Total polyphenol and flavonoid contents, antioxidant, anti-diabetic, and anti-Alzheimer activities were no significant differences by season, respectively. Therefore, information on comparative biological evaluations of OFI may be a beneficial in exploring functional food and drug development.


채취시기별 보검선인장 줄기의 항산화, 항당뇨 및 항알츠하이머 활성평가

정 윤숙, 황 병순, 조 수묵, 황 경아, 황인국
농촌진흥청 국립농업과학원 농식품자원부

초록


    서 론

    UN(United Nations)은 65세 이상 인구가 전체 인구에서 차 지하는 비율이 7% 이상이면 ‘고령화 사회’, 14% 이상이면 ‘고령 사회’, 20% 이상이면 ‘초고령 사회’로 분류하고 있다 (UN, 2014). 우리나라는 2000년 ‘고령화 사회’에 진입하여 다 가오는 2026년에는 초고령 사회로 빠르게 진입할 것으로 전 망되어 만성질환 및 노인성 질환의 유병률도 가파르게 증가 될 것이라고 예상된다(Statistics Korea, 2013). 2012년 국민건 강영양조사 결과에 따르면, 65세 이상 인구에서 21.5%가 당 뇨를 앓고 있다고 나타났으며(Ministry of Health and Welfare, Korea Centers for Disease Control & Prevention Korea Health Statistics 2012, 2013), 노인성 대표 질환인 치매는 65세 이상 인구에서 9.18% 앓고 있다고 보고되었다(Kim 등 2012). 당뇨 는 망막증, 신장증, 신경병증과 같은 당뇨합병증으로 발전 될 위험이 높고(Lim 등 2009), 치매는 완치가 불가능한 질환 으로 증상완화를 위한 치료법이 개발되고 있으나, 효과가 미 미한 상태이다(Um 등 2013). 따라서 당뇨와 치매는 치료에 장기간의 모니터링이 필수적인 개인적, 국가적 영향력이 큰 질병으로, 질병 예방과 치료에 지속적인 관심과 대응이 필요 하다.

    보검선인장(Opuntia ficus-indica)은 백년초 또는 손바닥 선 인장이라고 불리며, 우리나라의 제주도 및 남해지역에서 주 로 재배되고 있다(Seo 등 2012). 보검선인장은 예로부터 식용 이나 식품으로 섭취되어 왔으며, 특히 보검선인장의 줄기는 피부질환, 류마티스 관절염 및 화상의 치료를 목적으로 민간 요법에 활용되어 왔다(Lim 등 2016). 보검선인장 줄기에 관 한 연구로 Dok-Go 등(2003)은 백년초의 줄기와 열매의 ethyl acetate 분획물로부터 분리한 quercetin, (+)-dihydroquercetin, quercetin 3-methyl ether 3가지 플라보노이드가 산화스트레스 에 의한 신경계질환에 효과적이며, Galati 등(2001)은 보검선 인장 줄기가 위암에, Ncibi 등(2008)은 간보호에 효과적이라 고 각각 보고하였다. 이 외에도 Hwang 등(2015)은 항산화연 구, Kwon 등(2008)은 면역활성, Yoon (2013)은 지질대사 활성 평가에 대한 연구가 보고되어 있다. 보검선인장의 당뇨병과 관련된 연구로는 Lee 등(2016)이 재배지역별(제주도 및 남해) 겨울에 재배한 보검선인장 줄기의 70% ethanol 추출물의 α- glucosidase 억제에 효과가 있으며, Butterweck 등(2011)이 백 년초 줄기의 물 추출물이 식후 혈당을 낮추는데 도움을 주고, β세포에서의 인슐린 분비에 자극을 증가시켜 2형 당뇨에 효 과적이라는 연구, Lee 등(2005)은 5주간 보검선인장 줄기와 열매를 먹인 rat에서 보검선인장 줄기를 먹인 그룹에서 뇨와 혈중 glucose가 낮아 당뇨 예방과 치료에 효과가 있다는 연구 등이 보고되어 있다. 또한, 보검선인장의 알츠하이머와 관련 된 연구로는 Cho 등(2007)이 보검선인장의 줄기의 50% ethanol 추출물로부터 butanol 분획물이 amyloidβ(Aβ)에 의한 신경적 손상에 효과가 있다는 연구와 Hwang 등(2016)이 제주 도에서 겨울에 재배한 보검선인장 열매 80% 에탄올 추출물 을 통한 PC-12 신경세포 보호 및 콜린가수분해효소 관련된 연구가 보고되어 있다. 하지만 그 외의 채취시기별 보검선인 장 줄기에 관한 당뇨 및 알츠하이머 관련된 생리활성 연구는 미흡한 실정이다.

    따라서 본 연구에서는 제주도 보검선인장 줄기의 채취시 기별 줄기의 총 폴리페놀페놀과 총 플라보노이드 함량을 분 석하고, 항산화활성평가로 DPPH radical과 ABTS radical 제 거 활성, 항 당뇨 활성으로 α-glucosidase 및 rat α-glucosidase 억제활성, 항 알츠하이머 활성평가로 Acetylcholinesterase (AChE) 및 Butyrylcholinesterase(BChE) 저해 활성을 평가하여 예방 및 치료제로서의 보검선인장의 활용성을 평가하였다.

    재료 및 방법

    1.재료

    본 연구에서 사용한 보검선인장 줄기는 제주도지역에서 2015년 12월부터 2016년 11월까지 한 달 간격으로 구입하여 시료로 사용하였다. 보검선인장은 공급받은 즉시 가시를 제 거하여 일정크기로 잘라 동결 건조(Lyoph pride, Ilshin Biobase Co. Ltd., Dongducheon, Korea) 하였다. 이후, 동결 건조한 보 검선인장 줄기를 분쇄기(SMX 6500JS, Shinil Co. Ltd., Seoul, Korea)로 분쇄한 다음 -70℃의 deep freezer(WLF-D500, Daihan scientific co. Wonju, Korea)에 보관하여 사용하였다. 실험에 사용된 (+)-catechine, garlic acid, L-ascorbic acid, acarbose, rat intestinal acetone powder, acetylcholinesterase, butyrylcholinesterase 등의 시약은 Sigma-Aldrich(St, Lousis, MO, USA)에서 구입하 여 실험에 사용하였다.

    2.추출물 조제

    보검선인장 줄기 추출물 조제는 동결 건조한 보검선인장 줄기 분말 5 g 에 70% ethanol 150 mL를 넣고 30분 동안 초음 파 추출을 한 후, 3,000 rpm에서 5분간 원심분리(Union 55R, Hanil Science industrial Co., Inchen, Korea)하여 상등액을 회수 하였다. 위 과정을 2회 반복하여 회수한 상등액을 Whatman No. 2 여과지로 여과한 후 감압 농축하여 1차 증류수에 재용 해 하여 동결건조하였다. 이 후, 이 70% ethanol 보검선인장 줄기 추출물의 동결건조 분말을 5, 10, 12.5, 25 mg/mL로 추출 물을 조제하여 실험에 사용하였다.

    3.총 폴리페놀 및 총 플라보노이드 함량

    보검선인장 줄기의 총 폴리페놀 함량은 Dewanto 등(2002) 의 방법에 따라 측정하였다. 5 mg/mL 농도의 시료 100 μL에 2% sodium carbonate 용액을 2 mL 첨가한 후, 3분간 실온에 방치하였다. 이후, 50% Folin-Ciocalteu reagent 100 μL를 첨가 하여 30분간 실온에서 방치 후 UV spectrophotometer를 이용 하여 720 nm에서 흡광도를 측정하였다. 표준물질로는 gallic acid를 사용하여 검량선을 작성한 후, 총 폴리페놀 함량을 시 료 mg Ex(extract)당 μg gallic acid로 나타내었다.

    보검선인장 줄기의 총 플라보노이드 함량은 Jang 등(2012) 의 방법에 따라 측정하였다. 5 mg/mL 농도의 시료 250 μL에 증류수 1 mL와 5% sodium nitrite 75 μL를 첨가한 후, 5분간 실온에 방치하였다. 이후 10% aluminium chloride 150 μL를 첨가한 후, 6분간 실온에서 방치한 후에 1 M sodium hydroxide 500 μL를 첨가하였다. 이후 11분간 실온에서 방치 후, UV spectrophotometer를 이용하여 510 nm에서 흡광도를 측정하 였다. 표준물질로는 (+)-catechin hydrate를 사용하여 검량선을 작성한 후, 총 플라보노이드 함량을 시료 mg Ex당 μg (+)- catehchine으로 나타내었다.

    4.항산화 활성 평가

    보검선인장 줄기의 DPPH radical scavenging 활성은 Blois MS(1958)의 방법에 따라 측정하였다. DPPH(1,1-diphenyl-2- picrylhydrazyl)를 MeOH에 용해하여 암실에 보관하였다. 시료 와 대조군인 L-ascorbic acid를 다양한 농도로 희석하여 각 농 도별 시료 160 μL에 DPPH MeOH 용액 40 μL를 첨가하였다. 이 혼합물을 충분히 반응하도록 30분간 암실에서 반응시킨 후, UV spectrophotometer를 이용하여 520 nm에서 흡광도의 감소치를 측정하여 AEAC(L-ascorbic acid equivalent antioxidant capacity)로 나타내었다.

    보건선인장 줄기의 ABTS radical scavenging 활성은 Re 등 (1999)의 방법에 따라 측정하였다. 7 mM ABTS(2,2'-azinobis- (3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid, Sigma Chemical Co.)와 2.45 mM potassium persulfate(Sigma Chemical Co.)를 1:1 비율 (v/v)로 혼합한 후, 12~16시간 실온에서 암반응하여 ABTS radical 양이온을 형성시킨다. 이후, UV spectrophotometer를 이 용하여 735nm에서 0.70±0.02가 되도록 희석시킨다. 시료와 대조군인 L-ascorbic acid를 다양한 농도로 희석하여 각 농도 별 시료 20 μL에 희석시킨 ABTS․+ 용용액 180 μL를 첨가하 였다. 이 혼합물을 충분히 반응하도록 30분간 암실에서 반응 시킨 후, UV spectorphotometer를 이용하여 735 nm에서 흡광 도의 감소치를 측정하여 AEAC로 나타내었다.

    5.항당뇨 활성 평가

    보검선인장 줄기의 yeast α-glucosidase 억제 활성은 Li 등 (2005)의 방법에 따라 측정하였다. α-Glucosidase는 10 mM phosphate buffer(pH 6.8)를 이용하여 0.2 unit/mL로 제조하고, 2.5 mM 4-nitrophenyl-α-D-glucopyranoside(pNPG)는 100 mM phosphate buffer(pH 6.8)에 용해시켜 실험에 사용하였다. 각각 의 시료와 positive control인 acarbose는 다양한 농도로 10% DMSO로 희석하여, 각 농도별 시료 20 μL와 기질 20 μL, 100 mM phosphate buffer 20 μL를 넣고 yeast α-glucosidase 20 μL 를 넣어 shaking 후, 37℃에서 15분간 암반응하였다. 이후 0.2 M sodium carbonate solution 80 μL를 넣어주어 반응을 정지시 킨 후, UV spectrophotometer를 이용하여 405 nm에서 흡광도 의 감소치를 측정하였다.

    보검선인장 줄기의 rat α-glucosidase 억제 활성은 Hwang 등(2011)의 방법에 따라 측정하였다. Rat intestinal acetone powder 1 g에 0.9% sodium chloride solution 10 mL의 비율로 균질화 후, 원심 분리하여 상등액을 효소로 사용하였으며, 5 mM pNPG는 100 mM phosphate buffer(pH 6.8)에 용해시켜 실 험에 사용하였다. 각각의 시료와 positive control인 acarbose는 다양한 농도로 10% DMSO로 희석하여 각 농도별 시료 50 μL 와 효소 100 μL, 기질 50 μL를 넣어 shaking 후, 37℃에서 20 분간 암반응하였다. 이후 UV spectrophotometer를 이용하여 405 nm에서 흡광도의 감소치를 측정하였으며, 각각의 억제 율(%)은 다음과 같은 식을 이용하여 나타내었다.

    억제율 ( % ) = ( A c A s ) A c × 100

    Ac는 negative control의 흡광도 값이며, As는 시료의 흡광 도 값이다. Positive control은 10% DMSO에 녹인 acarbose가 사용되었다.

    6.항알츠하이머 활성 평가

    보검선인장 줄기의 Acetylcholinesterase(AChE) 및 Butyrylcholiensterase( BChE) 억제 활성은 Ellman 등(1961)의 방법을 참고하여 측정하였다. AChE와 BChE는 각각 acetylthiocholineiodide와 butyrylthiocholine chloride가 기질로 사용되었다. 각각의 시료와 positive control인 beberine은 다양한 농도로 10% DMSO에 희석하여, 시료 20 μL에 효소 20 μL와 0.1 M phosphate buffer(pH 8) 140 μL를 넣고 15분간 실온에서 방치 후, DTNB 10 μL와 각각의 기질 10 μL를 넣고 15분간 실온에 서 방치한다. 이후 UV spectrophotometer를 이용하여 412 nm 에서 흡광도의 감소치를 측정하였으며, 각각의 억제율(%)은 다음과 같은 식을 이용하여 나타내었다.

    억제율 ( % ) = ( A c A s ) A c × 100

    Ac는 negative control의 흡광도 값이며, As는 시료의 흡광 도 값이다. Positve control은 10% DMSO에 녹인 beberine이 사 용되었다.

    7.통계분석

    통계분석은 SPSS 통계프로그램(Statistical Package for the Social Science, Ver. 12.0, SPSS Inc., Chicag, IL, USA)을 이용 하여 각 측정군의 평균과 표준편차를 산출하고, 처리 간의 차 이 유무를 one-way ANOVA(analysis of variation)로 분석한 뒤 Duncan’s multople rage test를 이용하여 p<0.05 수준에서 유의 성을 검정하였다.

    결과 및 고찰

    1.총 폴리페놀 및 총 플라보노이드 함량

    채취시기에 따른 보검선인장 줄기의 총 폴리페놀과 총 플 라보노이드 함량을 분석한 결과는 Table 1과 같이 나타났다. 제주에서 재배된 보검선인장 줄기의 총 폴리페놀의 함량은 유의적 차이는 없었으나, 7월에 23.11 μg gallic acid/mg Extract (Ex)로 가장 높게 나타났고, 4월과 11월에 17.40 μg gallic acid/ mg Ex로 가장 낮게 나타났다. 북반구에서 통상적으로 계절 을 나누는 기준에 따라 3~5월은 봄, 6~8월은 여름. 9~11월은 가을, 12~2월은 겨울로 구분하여 비교한 결과는 Table 2와 같 이 나타났다. 수확계절에 따른 보검선인장 줄기의 총 폴리페 놀 함량은 19.64~22.59 μg gallic acid/mg Ex로 유의적 차이는 나타나지 않았으나, 상대적으로 봄과 가을에 19.64와 19.65 μg gallic acid/mg Ex로 비슷한 수준으로 낮게 나타났고, 여름과 겨울에 22.59와 20.45 μg gallic acid/mg Ex로 비슷한 수준으로 높게 나타났다. 이러한 연구결과는 전기, 적기, 후기에 수확 한 대학찰옥수수의 총 폴리페놀 함량이 92.10~104.45 mg/100 g으로 수확시기에 상관없이 비슷한 수준으로 나타난 연구결 과와 유사하게 나타났다(Lee 등 2010). 또한, 제주에서 재배 된 보검선인장 줄기의 총 플라보노이드 함량 또한 유의적 차이는 없었으나, 7월에 6.22 μg (+)-catechine/mg Ex로 가장 높게 나타났고, 5월에 2.17 μg (+)-catechine/mg Ex로 가장 낮 게 나타났다. 수확계절에 따른 보검선인장 줄기의 총 플라보 노이드 함량은 3.46~4.47 μg (+)-catechine/mg Ex로 유의적 차 이는 나타나지 않았으나, 상대적으로 봄과 가을에 3.46과 3.50 μg (+)-catechine/mg Ex로 비슷한 수준으로 낮게 나타났고, 여 름과 겨울에 4.47과 3.95 μg (+)-catechine/mg Ex로 비슷한 수 준으로 높게 나타났다. 이러한 연구결과는 봄과 여름에 재배 한 시금치의 총 플라보노이드 함량이 각각 210.1 mg%와 192.4 mg%로 수확시기에 상관없이 비슷한 수준으로 나타난 결과 와 유사하게 나타났다(Hong 등 2005).

    2.항산화 활성 평가

    채취시기에 따른 보검선인장 줄기의 항산화 활성은 DPPH radical과 ABTS radical scavenging을 평가하여 그 결과를 Fig. 1과 같이 나타냈다. 항산화 활성의 측정값은 L-ascorbic acid 를 표준물로 사용하여 AEAC값(mg ascorbic acid AA equivalent/ 100 g)으로 산출하였다. 제주에서 재배된 보검선인장 줄기의 DPPH radical scavenging 활성은 유의적 차이는 없었으나, 6월 에 185.78 mg AA eq/100 g Ex로 가장 높게 나타났고, 11월에 131.98 mg AA eq/100 g Ex로 가장 낮게 나타났다. 수확계절 별 보검선인장 줄기의 DPPH radical scavenging 활성은 154.61~ 176.75 mg AA eq/100 g으로 유의적 차이가 나타나지 않았 으나, 상대적으로 봄과 가을에 각각 154.61과 157.77 mg AA eq/100 g으로 비슷한 수준으로 낮게 나타났으며, 여름과 겨울 에는 각각 176.75와 169.43 mg AA eq/100 g으로 비슷한 수준 으로 높게 나타났다. 따라서 앞선 연구의 총 폴리페놀 함량과 비슷한 경향으로 DPPH radical scavenging 활성이 봄과 가을 에 낮고, 여름과 겨울에 높게 나타났다. 이러한 결과는 감잎 추출물과 싸리속 식물 methanol 추출물의 폴리페놀 화합물이 증가할수록 DPPH radical scavenging 활성이 높다는 연구결과 와 일치한다(Yoo & Jeong 2009, Kim 등 2010). 제주에서 재배 된 보검선인장 줄기의 ABTS radical scavenging 활성 또한 유 의적 차이는 없었으나, 2월에 101.83 mg AA eq/100 g Ex로 가장 높게 나타났고, 4월에 63.60 mg AA eq/100 g Ex로 가장 낮게 나타났다. 수확계절별 보검선인장 줄기의 ABTS radical scavenging 활성은 75.98~93.24 mg AA eq/100 g으로 유의적 차이가 나타나지 않았으나, 상대적으로 봄과 가을에 각각 75.98과 78.61 mg AA eq/100 g으로 비슷한 수준으로 낮게 나 타났으며, 여름과 겨울에는 각각 85.54와 93.24 mg AA eq/100 g으로 비슷한 수준으로 높게 나타났다. 이처럼 채취시기별 보 검선인장 줄기의 DPPH와 ABTS radical scavenging 활성이 다 른 경향으로 나타났는데, 이는 보검선인장 줄기의 다양한 화 합물들이 과산화물의 분해, 전이금속 이온과의 결합, 연쇄반 응 개시의 방지 등 항산화 물질들의 다양한 작용 기작에 의 한 것으로 사료된다(Lee 등 2008).

    3.항당뇨 활성 평가

    섭취된 음식물은 소화과정을 통해 다당류가 단당류로 분 해되어 혈당이 높아지게 된다. 이러한 고혈당 상태에서 인슐 린과 인슐린 수용체의 결합으로 포도당이 세포내로 이동하 게 되어 혈당이 정상수치로 낮아져야 하는데, 인슐린의 부족 (1형 당뇨병)이나 인슐린 저항성(2형 당뇨병)으로 인해 고혈 당으로 유지되는 상태를 당뇨병이라고 한다(Kim 등 2010). 인슐린과 관계없이 고혈당을 억제하기 위해 소장에서 이당 류를 단당류로 분해하는 효소인 α-glucosidase를 억제시켜 혈 당을 낮추는 기전을 활용하였다(Kim 등 2006). 따라서 채취 시기에 따른 보검선인장 줄기의 항당뇨 활성 평가는 yeast α- lucosidase 와 rat α-glucosidase inhibition을 평가하여 Fig. 2와 같이 나타냈다. 제주에서 재배된 보검선인장 줄기의 yeast α -glucosidase 억제율은 10 mg/mL의 농도에서 19.06~1.93%로 나타났으나, 이는 대조군인 acarbose의 억제율이 1 mg/mL의 농도에서 55.74%로 나타난 것보다 낮은 활성이다. 수확계절 별 보검선인장 줄기의 yeast α-glucosidase 억제활성은 29.45~ .27%로 유의적 차이가 나타나지 않았으나, 상대적으로 봄에 29.45%로 가장 낮은 억제활성이 나타났고, 가을과 겨울에 각 각 56.27과 54.35%로 비슷한 수준으로 높은 억제활성이 나타 났다. 보검선인장 줄기의 rat α-glucosidase 억제율은 25 mg/ L의 농도에서 28.07~5.65%로 나타났으나, 이는 대조군인 acarbose의 억제율이 10 mg/mL의 농도에서 62.75%로 나타난 것보다 낮은 활성이다. 수확계절별 보검선인장 줄기의 rat α- lucosidase 억제활성은 33.26~7.63%로 유의적 차이가 나타나 지 않았으나, 상대적으로 봄에 30.00%로 가장 낮은 억제 활성이 나타났고, 여름, 가을, 겨울에는 각각 46.34와 52.62, 41.81%로 비슷한 수준으로 높은 억제활성이 나타났다. 비슷 한 연구로, 천년초 줄기 주정 추출물은 1 mg/mL 농도에서 rat α-lucosidase 억제 활성이 25%로 나타났다는 연구(Lee 등 2014)와 재배지역별 보검선인장 줄기 에탄올 추출물의 rat α- lucosidase 억제 활성이 대조구인 acarbose가 0.1 mg/mL 농도 에서 69.75% 저해활성을 보인 반면, 1 mg/mL에서 전남과 제 주의 보검선인장 줄기의 억제 활성이 29.72~45.73%, 10 mg/mL 에서는 68.91~78.51%로 농도에 따른 저해 활성의 차이를 보 인 연구가 보고되어 있다(Lee 등 2016). 따라서 보검선인장 줄기 추출물의 α-glucosidase 저해 활성은 재배지역, 추출시기 별의 시료와 추출물의 제조방법 등에 의해 다양하게 나타날 수 있으며, 이번 연구의 수치 차이는 α-glucosidase 효소의 기 원에 따른 차이로 사료된다.

    4.항알츠하이머 활성 평가

    알츠하이머는 주로 노화에 의해 뇌기능이 점진적으로 쇠 퇴하는 퇴행성 뇌질환으로 대표적인 증상으로는 기억상실 이 나타난다(Lim 등 2013). 알츠하이머의 발병원인은 정확 하게 규명되지 않았으나, 산화 스트레스, 콜린성 신경계의 변 화, amyloid plaque 생성 등의 여러 원인에 의해 유발된다고 보고되고 있다(Chae 등 2012). 특히 알츠하이머의 대표적 증 상인 기억력 감퇴현상은 Cyole 등(1983)과 Talesa(2001)에 의 해 콜린성 신경전달물질과 밀접한 관련이 있다고 보고되었 다. 아세틸콜린(acetylcholine: ACh)은 cortical 뉴런을 활성화 시켜 학습과 기억에 필수적인 역할을 하는데 대뇌 피질에 존재하며, 주로 신경 스냅스 접합부에 발견되는 Acetylcholinesterase( AChE)는 아세틸콜린을 아세테이트와 콜린으로 가 수분해시켜 신경전달을 종결시킨다(Hwang 등 2016). 따라서 알츠하이머의 인지기능을 개선하거나, 진행을 늦추기 위해 AChE 저해제로 아세틸콜린의 분해를 막아 아세틸콜린의 효 능을 높이는 기전을 활용했다. 하지만 최근에는 Greig NH (2001)Giacobini E 등(2002)에 의해 뇌의 교세포에 주로 위 치하는 Butyrylcholinesterase(BChE) 억제가 알츠하이머 환자 의 인지능력 향상과 관련 있다고 보고되어 AChE과 함께 BChE 모두 알츠하이머에 중요한 요인으로 보고 있다. 따라서 채취 시기에 따른 보검선인장의 항알츠하이머 활성 평가는 AChE 와 BChE 억제 활성을 평가하여 Fig. 3과 같이 나타냈다. 제 주에서 재배된 보검선인장 줄기의 AChE 억제 활성은 25 mg/ mL의 농도에서 13.35~41.55%로 나타났으나, 이는 대조군인 beberine의 억제율이 0.3125 mg/mL의 농도에서 90.69%로 나 타난 것보다 낮은 활성이다. 채취시기에 따른 보검선인장 줄 기의 BChE 억제 활성은 25 mg/mL의 농도에서 34.61~59.53% 로 나타났으나, 이는 대조군인 beberine의 억제율이 0.3125 mg/mL의 농도에서 94.88%로 나타난 것보다 낮은 활성이다. 수확계절별 보검선인장 줄기의 AChE와 BChE 억제 활성은 각각 26.23~39.71%와 43.63~55.42%로 유의적 차이가 나타나 지 않았으나, 상대적으로 겨울에 각각 26.23과 43.63%로 가 장 낮은 억제활성이 나타났고, 봄, 여름, 가을에 각각 26.36, 34.16, 39.71%과 47.06, 51.96, 55.42%로 점점 억제활성이 증 가하여 나타났다. 비슷한 연구로 백년초 80% 에탄올 추출물 의 AChE과 BChE의 억제활성은 15.6, 62.5, 250, 1,000 mg/mL 의 농도에서 각각 26.1, 34.5, 39.0, 39.3 nM 타크린 당량과 14.6, 15.9, 17.6, 25.7 nM 타크린 당량으로 백년초 추출물이 항알츠하이머 활성이 있다고 보고되었다(Hwang 등 2016). 하 지만 보검선인장 줄기의 어떤 성분이 항알츠하이머 효과가 나타나는지에 관한 연구가 부족하므로, 추후 항알츠하이머 활성과 관련된 보검선인장의 활성성분에 대한 연구가 수행 되어야 할 것으로 사료된다.

    요약 및 결론

    본 연구는 제주지역에서 시기별로 채취한 보검선인장 줄 기의 총 폴리페놀 및 총 플라보노이드 함량, 항산화 활성 (DPPH radical과 ABTS radical scavenging 활성), 항당뇨 활성 (yeast 와 rat α-glucosidase 억제 활성), 항알츠하이머 활성(AChE 와 BChE 억제 활성)을 평가하여, 제품화를 위한 기초 자료로 제공하고자 하였다. 수확계절별 보검선인장 줄기의 총 폴리 페놀과 플라보노이드 함량은 각각 19.64~22.59 μg gallic acid/ mg Ex와 3.46~4.47 μg (+)-catechine/mg Ex로 나타났으며, DPPH radical과 ABTS radical 억제 활성은 각각 154.61~176.75 mg AA eq/100 g과 75.98~93.24 mg AA eq/100 g으로 계절에 따른 함량의 차이는 나타나지 않았다. 수확계절별 보검선 인장 줄기의 yeast α-glucosidase 억제활성은 10 mg/mL에서 29.45~56.27%이며, rat α-glucosidase 억제활성은 25 mg/mL 농 도에서 33.26~47.63%로 나타났고, AChE과 BChE 억제활성은 25 mg/mL에서 각각 26.23~39.71%와 43.63~55.42%로 나타 나, 수확계절에 따른 항당뇨 및 항알츠하이머 활성의 차이나 나타나지 않았다. 따라서 채취시기에 따라 총 폴리페놀 및 총 플라보노이드 함량, 항산화, 항당뇨, 항알츠하이머 활성의 차 이가 나타났으나, 그 차이가 크지 않게 활성이 나타나, 제주 에서 채취한 보검선인장의 줄기는 시기에 상관없이 건강기 능식품의 소재로 활용이 가능할 것이라고 사료된다.

    감사의 글

    본 연구는 농촌진흥청 공동연구사업(과제번호: PJ0116440- 12017)의 지원에 의해 이루어진 것임.

    Figure

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    Antioxidant activities of stem from Opuntia ficus-indica at harvest time.
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    Antioxidant activities of stem from Opuntia ficus-indica at harvest time.
    KSFAN-30-1332_F3.gif
    Anti-alzheimer activities of stem from Opuntia ficus-indica at harvest time.

    Table

    Total polyphenol contents and total flavonoid contents of stem from Opuntia ficus-indica at harvest time
    1)Values are shown as mean±S.D. of triplicate. Different small letters in the same line indicate a significant difference at p<0.05 by Duncan’s multiple range test.
    Total polyphenol contents and total flavonoid contents of stem from Opuntia ficus-indica at season
    1)Values are shown as mean±S.D. of triplicate. Different small letters in the same line indicate a significant difference at p<0.05 by Duncan’s multiple range test.
    2)NS: Not significantly.

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