search
Contact Us
HOME

Journal Search Engine

to

Search Advanced Search Adode Reader(link)
Download PDF Export Citaion korean bibliography PMC previewer
ISSN : 1225-7060(Print)
ISSN : 2288-7148(Online)
Journal of The Korean Society of Food Culture Vol.36 No.5 pp.522-529
DOI : https://doi.org/10.7318/KJFC/2021.36.5.522

Antioxidant and Antidiabetic Activities of Extracts from Quercus serrata Thunb and Q. acutissima Carruther

Ji-Hye Chu, Jin-Hee Choi*
Department of Food Service Management and Nutrition, Kongju National University
*Corresponding author: Jin-Hee Choi, Instructor, Department of Food Service Management and Nutrition, Kongju National University, Chungnam 32439, Korea Tel: +82-41-330-1505 Fax: +82-41-330-1505 E-mail: second86@kongju.ac.kr
October 1, 2021 October 20, 2021 October 29, 2021

Abstract


This study was conducted to analyze the antioxidant and antidiabetic activities of acorns according to the types of Quercus serrata Thunb (QST) and Q. acutissima Carruther (QAC). The total polyphenol contents of the extracts from QST and QAC were 220.59 and 320.96 mg GAE/g, respectively. The content of total polyphenol of QAC was higher than that of QAC (p<0.001). DPPH (2,2 Diphenyl 1 picrylhydrazyl) radical scavenging activity, reducing power and superoxide dismutase (SOD)-like activity were increased in a concentration-dependent manner by both acorn extracts, and QAC showed high activity in all antioxidant experiments (p<0.05). The inhibitory activities of α-glucosidase and α-amylase were also increased in a concentration-dependent manner, and QAC showed higher inhibitory activity than QST (p<0.05). Our study indicates that QST and QAC are functional food materials with high antioxidant and antidiabetic activities. In addition, QAC has a higher physiological activity than QST.


Acorns , antioxidant activity , antidiabetic activity , quercus serrata thunb , quercus acutissima carruther

도토리(Quercus serrata Thunb)와 상수리(Quercus acutissima Carruther) 추출물의 항산화와 항당뇨 활성 연구

추 지혜, 최 진희*
공주대학교 외식상품학과

초록

    I. 서 론

    최근 현대화로 인하여 활동량의 감소와 서구화된 식생활 등 생활습관의 변화로 만성대사 질환인 당뇨, 비만, 고혈압, 고지혈증 등이 사회적 문제로 대두되고 있다(Kim et al. 2017). 그 중 당뇨병이란 혈중 포도당 농도가 비정상적으로 증가하는 대사성 질환으로 2019년 조사에 따르면 국내 사망 원인 6위가 당뇨병이며, 우리나라의 당뇨병 유병률은 만 30 세 이상 10.4%에 이르는 것으로 보고되었다(Korea Centers for Disease Control and Prevention 2019). 또한 그 증가세 가 빨라 2045년 이전에 당뇨병으로 인한 사망률이 증가할 것 이라고 예측하고 있다(Hong 2021). 고혈당(hyperglycemia)은 당뇨병의 특징 중 하나로, 고혈당증에 의한 산화적 스트레스 의 증가는 췌장 β 세포 기능 장애, 이상지질혈증, 포도당 내 성 손상 및 당뇨 합병증으로 이어지는 원인이 된다(Laybutt et al. 2002). 당뇨 합병증으로는 신경병증, 망막병증, 신장병 등이 발생할 수 있으며, 망막병증은 향후 실명까지 유발할 수 있는 위험이 높다(Hong 2021).

    당뇨병의 특징인 고혈당증과 항산화 작용은 밀접한 관련 이 있는 것으로 알려져 있다(La et al. 2020). 정상세포 대사 의 부산물인 활성산소종(reactive oxygen species, ROS)은 당뇨병, 피부 색소 침착, 비만, 암 등 여러 산화적 스트레스 와 관련된 질병을 유발한다(Laybutt et al. 2002;Kim & Park 2011). 고혈당증에 의하여 생성된 ROS는 생체 내 항산 화 방어 기전의 저하로 인하여 자유 라디칼의 증가 및 산화 적 스트레스에 의한 조직손상과 관련이 높다고 알려져 있고, 이러한 ROS를 제거하는 생체 내 항산화 물질에는 flavonoid 와 같은 저분자 화합물들이 있다고 보고되었다(Lee & Lee 2004).

    당뇨병의 관리법 중 하나는 소장의 α-glucosidase 및 α- amylase의 억제로 포도당 흡수를 지연시켜 식후 혈당 상승 을 억제하고 인슐린 분비 반응을 감소시키는 것이다. α- glucosidase 및 α-amylase의 저해 활성은 포도당 흡수를 지 연시킬 수 있어 혈당수치의 상승 억제 지표로써 사용되고 있 으며, 새로운 항당뇨 활성 소재를 탐색하는 데 많이 활용된 다(Teng & Chen 2017). 당뇨병에 사용되고 있는 혈당 억제 제로는 acarbose, voglibose, miglitol 등이 있는데(Dehghan et al. 2018), 이러한 혈당 억제제들은 저혈당과 체중증가와 같은 부작용들이 보고되었다(Lee 2008). 따라서 인체 내 부 작용을 최소화하고 인슐린 저항성을 개선할 수 있는 천연물 치료제 개발과 관련된 많은 연구가 필요한 실정이다 (Salimifar et al. 2013).

    도토리는 춘궁기 구황식품으로서 오래전부터 식용방법이 연구되어왔으며 항당뇨 효과가 있는 천연 식품소재로 알려 져 있다(Lee 1995). 도토리는 우리나라에 산림 전역에서 자 생하는 떡갈나무, 졸참나무, 갈참나무 등의 참나무(Fagaceao) 과 나무 열매의 총칭으로 약 28종이 분포되어있다. 대표적인 도토리 종류로는 졸참나무(Quercus serrata Thunb) 열매인 도토리와 상수리나무(Quercus acutissima Carruther)의 열매 인 상수리가 있다(Kim et al. 2012). 도토리 열매(Quercus serrata Thunb)는 우리나라에서 10월에 성숙하는 견과로, 길 이는 4-28 mm 정도이다. 모양은 넓은 장타원형으로, 견과는 약 1/3 부분만 각두에 싸여 있다(Yoon 2016). 상수리는 도토 리의 종류 중 하나로 상수리나무(Quercus acutissima Carruther) 에서 자라는 열매이며, 예로부터 도토리와 함께 묵, 떡, 국수 등으로 제조하여 식용해왔다(Sin & Jo 1991). 우리나라에서 10월에 성숙하는 20 mm 정도의 견과로, 모양은 끝부분이 약 간 요형이며 뒤로 길게 젖혀진 포린으로 싸여 있다(Yoon 2016).

    도토리와 상수리는 전분, 단백질, 지질이 풍부하며(Custodio et al. 2015), 한의학에서는 항종양, 항바이러스, 항알레르기 등의 약재로 사용하고 있다(Shin et al. 1993). 또한 식물성 폴리페놀인 tannin과 ellagic acid, gallic acid, quercetin, azelaic acid 등이 함유되어 있어 항암, 항산화, 노화 방지 등 과 같은 효과가 있다고 보고되었다(Peng et al. 2005). 도토리 와 상수리에 관련된 선행연구로는 도토리 가루의 성분분석과 항산화 활성 평가(Shim et al. 2004), 도토리 폴리페놀 및 기 능성 식품의 항산화 활성(Rakic et al. 2006), 도토리의 일반 성분과 도토리 추출물의 기능 연구(Je & Shin 2016), 도토리 유래 폴리페놀의 항당뇨 억제 효과(Wu et al. 2021) 등이 보 고되었다. 그러나 대부분의 선행연구에서 약 28종의 참나무 와 열매를 구분 없이 사용하여 종류마다 다른 도토리의 종류 별 특성에 대한 연구가 필요한 실정이다(Kim et al. 2012).

    따라서 본 연구에서는 도토리와 상수리를 분류하여 항산 화 및 항당뇨 활성을 실험함으로써 종류에 따른 도토리의 생 리활성을 비교 분석하고자 하고, 도토리와 상수리의 높은 생 리활성 효과를 입증함으로써 기능성 소재 활용도를 높이기 위한 기초자료를 제공하고자 하였다.

    II. 연구내용 및 방법

    1. 실험 재료

    도토리와 상수리는 2020년 10월 강원도 춘천시에서 수확 후, 동결건조 하여 40 mesh 표준망체에 내린 뒤 폴리에틸렌 백에 넣어 –40°C deep freezer (DFU-128E, Operon co., Seoul, Korea)에 보관하면서 사용하였다.

    2. 시료액 조제

    도토리와 상수리 분말에 70% ethanol을 10배수 가하여, shaking incubator (SI-900R, Jeio Tech, Korea)에서 24시간 동안 실온에서 100 rpm으로 추출하였다. 여과한 추출물을 감 압농축 하여 실험에 사용하였다.

    3. Total polyphenol contents 측정

    총 폴리페놀 측정법은 Swain & Hillis(1959)의 방법에 따 라 측정하였다. 추출물 150 μL에 2 N Folin-Ciocalteau's phenol reagent 150 μL와 증류수 2400 μL를 가한 후, 암소 에서 3분 동안 방치한 뒤 NaCO3 (1 N sodium carbonate) 300 μL를 첨가하여 암소에서 2시간 동안 반응시켰다. 흡광도 는 725 nm에서 spectrophotometer (DU-800, beckman coulter Inc., Seoul, Korea)로 측정하였으며, gallic acid (Sigma Chemical Co., St. Louis, MO, USA)를 표준물질로 사용하 여 검량선을 산출한 후 도토리와 상수리는 extract g당 mg gallic acid equivalent (mg GAE/g)로 표시하였고, 5회 반복 하여 평균값±표준편차로 나타내었다.

    4. 항산화 활성

    1) DPPH 라디칼 소거 활성 측정

    DPPH 라디칼 소거 활성은 Lee et al.(2007)의 방법에 따 라 DPPH (1,1-diphenyl-2-picrylhydrazy) radical에 대한 소 거 활성 측정 후 비교, 분석하였다. 시료액 4 mL에 DPPH 용액(1.5×10−4) 1 mL를 가하고 섞은 후 30분간 암소 방치하 였다. 흡광도는 517 nm로 측정하였으며, 소거 활성은 다음 식에 따라 계산되었다. 5회 반복하여 평균값±표준편차로 나 타내었다.

    DPPH radical scavenging (%)= ( 1- O.D. control ) ×100

    2) 환원력(Reducing Power Activity)

    환원력은 Oyaizu(1986)의 방법에 따라 측정하였다. 증류수 에 용해한 추출물 2.5 mL에 1% potassium ferricyanide 2.5 mL와 0.2M sodium phosphate buffer (pH 6.6) 2.5 mL를 각각 혼합하고 혼합물을 50°C water bath에서 20분간 반응 시킨 후, 10% Trichloroacetic acid 2.5 mL를 첨가하여 반응 시켰다. 3,000 rpm에서 10분 동안 원심분리(Combi-514R, Hanil, Korea) 후 상등액 5 mL를 증류수 5 mL와 혼합한 다 음 0.1% ferric chloride 1 mL를 첨가하였다. 흡광도는 700 nm로 측정하여 환원력을 나타내었다.

    3) SOD 유사 활성 측정

    SOD 유사 활성 측정 방법은 Beauchamp & Fridovich (1971)의 방법에 따라 측정하였다. 추출물 0.2 mL에 triscacodylic acid buffer (TCB, pH 8.2) 1.5 mL를 가하여 2분 간 혼합 후 실온(25°C)의 암소에서 10분간 방치하여 반응시 킨 후, 1 N HCl 1 mL를 첨가하여 반응시킨다. 흡광도는 420 nm로 측정하여 나타내었고, SOD 유사 활성은 다음 식 에 따라 O.D.값을 측정하여 계산되었다.

    SOD-Like activity (%)= ( 1- O.D. control ) ×100

    5. 항당뇨 활성 측정

    1) α-glucosidase 억제 활성

    α-glucosidase 억제 활성 측정 방법은 Zhu et al. (2008)의 방법을 변형하여 p-nitrophenol 생성량으로 측정하였다. 추출 액 200 μL에 α-glucosidase 10 μL를 가하여 5분간 37°C에서 incubation한 후, 1 mM ρ-nitrophenol-α-D-glucopyranoside (pNPG)를 200 μL를 첨가하여 격렬하게 혼합한 다음 20분간 37°C로 반응시켰다. 여기에 1 N NaOH 500 μL를 첨가하여 반응을 중지시키고 50 mM phosphate buffer (pH 6.8)로 최 종 부피가 1,500 μL가 되도록 하였다. 흡광도는 405 nm로 측정하여 나타내었고, O.D.값을 측정하고 계산한다. ρNPG로 부터 방출된 ρ-nitrophenol 생성량을 표준곡선으로부터 산출 하여 저해력을 계산하였다. positive control로는 acarbose를 사용하였다.

    2) α-amylase 억제 활성

    α-amylase 억제 활성 측정 방법은 Bhandari et al. (2008) 의 pancreatin 유래의 α-amylase에 대한 저해 활성은 전분을 기질로 하여 측정하였다. starch azure를 0.01 M calcium chloride를 함유하는 0.5M tris-HCl buffer에 현탁시킨 후 5 분 동안 끓여서 제조된 기질용액을 다시 5분간 37°C에서 incubation하였다. 이어서 증류수에 용해한 시료액 0.2 mL를 첨가하여 반응을 중지시키고 4°C, 3,000 rpm에서 5분 동안 원심분리하여 상층액만을 흡광도 420 nm로 측정하여 나타내 었고, α-amylase 저해 활성은 다음과 같이 계산하였다.

    Inhibition activity (%)= ( 1- sample absorbance controlabsorbance ) ×100

    6. 통계처리

    실험의 모든 결과는 통계분석용 프로그램인 SPSS Statistics (Ver 25.0, SPSS Institute Inc., Chicago, IL, USA)를 이용하여 평균과 표준편차로 나타내었다. p<0.05 수 준으로 일원배치 분산분석(ANOVA) 검정을 수행한 후, Duncan’s multiple range test로 유의성을 검증하였고, t-test 를 사용하여 두 모집단의 평균차이를 검증하였다.

    III. 결과 및 고찰

    1. 수율 및 총 폴리페놀 함량

    도토리와 상수리 추출물의 수율 및 총 폴리페놀 화합물의 함량은 <Table 1>에 제시하였다. 70% ethanol로 추출한 도 토리와 상수리의 추출물 수율은 각각 14.45%와 16.12%로 나타났다. 도토리와 상수리 시료의 총 폴리페놀 화합물의 함 량은 각각 220.59, 320.96 mg GAE/g으로 상수리에서 더 높 은 폴리페놀 함량을 나타내었다(p<0.001). 도토리와 상수리 는 식물성 폴리페놀인 tannin과 ellagic acid, gallic acid, quercetin, azelaic acid 등의 폴리페놀이 함유되어 있는데(Wu et al. 2021), Tannin은 금속이온과 결합하는 성질이 있고 지 질이 산화되는 것을 억제 및 생성된 hydroxy radical을 소거 하여 항산화 효과를 나타낸다(Lopes et al. 1999).

    Joo et al. (2013)의 연구에서 도토리 분말 에탄올 추출물 의 폴리페놀 화합물의 함량은 38.29 mg GAE/g으로 나타났 으며, Wu et al. (2021)의 연구에서 도토리 분말 물 추출물 의 폴리페놀 화합물의 함량은 31.76 mg GAE/g으로 보고하 여, 본 연구의 도토리와 상수리 70% 에탄올 추출물의 총 폴 리페놀 함량이 더 높게 나타났다. Wu et al. (2021)의 도토 리 활성 관련 연구에서 폴리페놀의 추출량은 추출 용매 및 추출조건에 영향을 받는다고 보고하였고, 본 연구에서 폴리 페놀 함량이 더 높게 나타난 것 역시 추출조건 및 용매에 따 른 차이인 것으로 사료되며, 이러한 폴리페놀 함량의 차이는 추출 용매 및 추출조건에 영향을 받을 수 있다고 사료된다.

    Delgado et al. (2010)은 자작나무과 열매인 개암을 에탄올 로 추출한 추출물의 총 페놀 함량이 약 27-36 mg GAE/g extract으로 보고하였고, Joo(2013)의 연구에서 참나무과 열 매인 밤 분말을 에탄올로 추출한 추출물의 총 페놀 화합물 은 17.28 mg GAE/g으로 보고하여, 본 연구의 도토리와 상 수리 추출물의 폴리페놀 함량이 높은 것으로 나타났다.

    2. 항산화 활성

    1) DPPH 라디칼 소거 활성 측정

    도토리와 상수리 추출물의 DPPH 라디칼 소거 활성에 대 한 결과는 <Figure 1>에 제시하였다. 도토리와 상수리의 DPPH 라디칼 소거 활성은 농도 의존적으로 증가하여 각각 10.10-92.45, 17.41-94.34%로 나타내었으며, 모든 농도에서 상수리가 비교적 높은 소거 활성을 나타냈었다(p<0.05). IC50 (Inhibitory concentration 50)이란 50% 저해 활성 농도를 의 미하며, DPPH IC50을 비교한 결과 도토리가 5.03 μg/mL, 상수리가 4.25 μg/mL로 나타났다<Table 2>.

    DPPH 라디칼 소거 활성이란 자유 라디칼을 포함하고 있 는 보라색 화합물이 항산화능을 가진 물질과 반응하면, 환원 되면서 탈색되는 원리를 이용한 실험이다(Blois 1958). Sekowski et al. (2021)의 연구에서 tannin은 지질과 세포막 이 상호 작용하는 물질로, DPPH 라디칼을 감소시킨다고 보 고하였으며, Peng et al. (2005)은 도토리와 상수리의 flavonoid에는 tannin을 포함한 ellagic acid, gallic acid, quercetin, azelaic acid 등의 성분들이 있다고 알려져 있다. 그러므로 도토리와 상수리의 페놀화합물이 높은 DPPH 라디 칼 소거 활성에 영향을 준 것이라고 사료되며, 더 많은 페놀 화합물을 함유한 상수리가 더 높은 DPPH 라디칼 소거 활성 을 나타냈다고 판단된다.

    Custodio et al. (2015)의 연구에서 도토리 물 추출물과 메 탄올 추출물이 1 mg/mL의 농도에서 각각 14, 49%의 DPPH 소거 활성을 나타내었다. Delgado et al. (2010)은 자작나무과 열매인 개암의 에탄올 추출물이 DPPH 라디칼 소거 활성에서 EC50이 1.12-1.53 mg/mL로 보고하였고, Joo(2013)의 연구에서 참나무과 열매인 밤 분말의 DPPH 라디칼 소거 활성은 100 μg/mL의 농도에서 49.82%으로 나타났으며, Kim et al. (2014)의 연구에서 건율의 에탄올 추출물은 1 mg/mL의 농도 에서 69.8%를 나타내었다. 따라서 본 연구의 도토리와 상수 리 추출물의 DPPH 라디칼 소거 활성이 높다고 사료된다.

    2) 환원력(Reducing Power Activity)

    도토리와 상수리 추출물의 환원력에 대한 결과는 <Figure 2>에 제시하였다. 도토리와 상수리 추출물의 환원력을 비교 한 결과 10 μg/mL에서 0.187±0.014와 0.234±0.007, 25 μg/ mL에서 0.307±0.011와 0.360±0.015, 50 μg/mL에서 1.464± 0.044와 1.747±0.029로 측정되어, 상수리가 더 높은 환원력 을 나타내었다(p<0.05). EC50 (Effective concentration 50)이 란 50% 저해 활성 농도로, 환원력의 EC50을 비교한 결과 도 토리가 19.53 μg/mL, 상수리가 16.07 μg/mL로 나타났다 <Table 2>. 환원력이란 항산화 작용의 여러 기작 중 활성산 소종 및 유리기에 전자를 공여하는 능력으로, 이를 측정해 항산화 활성을 검정하는 수단으로 이용할 수 있다(Yim et al. 2006). 환원력의 측정 결과는 도토리와 상수리의 총 폴리페 놀 함량과 유사한 경향을 나타내었는데, Lee et al. (2007)은 환원력이 폴리페놀 함량과 유의한 상관관계를 보여준다고 보 고하였다. 도토리와 상수리 추출물의 환원력 역시 폴리페놀, DPPH 소거 활성의 결과와 동일하게 상수리에서 더 높은 환 원력을 나타내었다.

    3) SOD 유사 활성 측정

    도토리와 상수리 추출물의 SOD 유사 활성 측정에 대한 결 과는 <Figure 3>에 제시하였다. 도토리의 SOD 유사 활성은 0.1, 0.5, 1 mg/mL의 농도에서 각각 4.50±0.55, 10.64±0.25 및 35.26±1.63%로 측정되었고, 상수리의 SOD 유사 활성은 같은 농도에서 6.08±0.19, 22.25±1.84 및 42.94±3.55%로 나타났다. 도토리와 상수리 추출물의 SOD 유사 활성을 비 교한 결과 모든 농도에서 상수리가 더 큰 활성을 보였으며 (p<0.05), IC50을 비교한 결과 도토리가 1.42 mg/mL, 상수리 가 1.17 mg/mL로 나타났다<Table 2>. SOD란 항산화제의 superoxide와 산화 억제 작용을 알아보기 위한 실험으로, superoxide와 반응하여 갈변 물질을 생성하는 pyrogallol 자 동산화 반응을 측정한다(Kim & Park 2011). SOD는 생체 내 O2 (superoxide) 소거에 관여하는 효소로(Kim et al. 1999), 생성된 활성산소는 생체 내 산화적 장애를 초래하므 로 이런 현상을 억제하기 위하여 SOD 유사 활성을 지닌 천 연물 소재 개발 연구가 이뤄지고 있다(Yang et al. 2011). SOD 유사 활성 역시 앞선 폴리페놀 및 항산화 실험들과 같 이 상수리에서 더 높은 SOD 유사 활성을 나타내었다. 따라 서 본 연구에서 도토리보다 상수리 추출물이 더 많은 폴리 페놀과 항산화 활성을 나타내었다.

    3. α-Glucosidase와 α-Amylase의 억제 활성

    도토리와 상수리 추출물의 α-glucosidase 및 α-amylase의 억제 활성을 측정한 결과는 각각 <Figure 4>와 <Figure 5> 에 제시하였다. 두 시료의 α-glucosidase 억제 활성을 비교한 결과 50 μg/mL (도토리 64.03±1.71%, 상수리 84.04±1.22%), 100 μg/mL (도토리 85.25±1.59%, 상수리 91.25±0.77%)의 농도에서 상수리가 높은 항당뇨 효과를 나타냈으며(p<0.05), IC50은 도토리가 57.79 μg/mL, 상수리가 54.72 μg/mL으로 계산되었다. 두 시료의 α-amylase 억제 활성을 비교한 결과 는 1000 μg/mL (도토리 55.79±0.25%, 상수리 58.01±0.90%) 의 농도에서 상수리가 높은 항당뇨 효과를 나타냈으며 (p<0.05), IC50은 도토리가 2398.06 μg/mL, 상수리가 2200.36 μg/mL로 나타났다<Table 2>.

    소화과정에서 α-amylase의 촉매작용에 의한 포도당은 혈 류로 방출되는데, 이러한 작용에 의하여 α-amylase 활성 억 제는 혈액의 당 수치를 감소시킬 수 있다(La et al. 2020). α-glucosidase는 소장 상피세포의 brush-border membrane에 존재하는 당분해효소로, α-amylase에 의해 분해된 당질로부 터 α-glucose를 방출하는 α-glucosidic bond의 분해를 촉진 하여 생체 내 포도당 흡수에 관여하는 필수 효소이다(Lee et al. 2017;Ishartati et al. 2021). 따라서 α-glucosidase를 저 해시키는 물질은 항당뇨 활성을 향상시키는 것으로 알려져 있다(Baron 1998). Lee & Lee (1994)은 페놀성 물질의 함 량과 종류, 형태에 따라 효소의 활성도 달라지며, α- glucosidase 억제 활성도 ellagic acid, gallic acid, quercetin, azelaic acid 등과 같은 페놀화합물의 양과 종류에 따라 달라 진다고 보고하였다. Takahama & Hirota(2018)의 연구에서 전분-폴리페놀 복합체는 공유 결합과 소수성 상호작용으로 형성될 수 있고, 이러한 복합체는 위장관에서 전분 소화를 억제한다고 보고 하였다. 폴리페놀은 인슐린 분비를 자극하 고 모방하는 저혈당 및 항혈당 효과를 가지고 있으며 인슐 린과 유사한 작용을 한다. 또한 폴리페놀은 DPP-IV의 활성 부위에 결합하여 효소의 형태를 변화시키고 DPP-IV를 차단 하여 GLP-1 (glucagon-like peptide-1)의 반감기를 효과적으 로 연장하고, 생물학적 활성을 증가시켜 간접적으로 혈당을 조절한다(Oliveira et al. 2018). Wu et al. (2021)의 연구에 서 도토리로부터 추출한 폴리페놀 중 bound polyphenol의 α-glucosidase 억제 활성은 IC50이 16.58 μg/mL, α-amylase 억제 활성은 IC50이 1.37 mg/mL, free polyphenol에서 α- glucosidase 억제 활성은 IC50이 0.58 μg/mL, α-amylase 억제 활성은 IC50이 5.25mg/mL로 나타내었고, bound polyphenol의 화학 성분인 azelaic acid의 α-glucosidase 억제 활성은 IC50 이 596.60 μg/mL, α-amylase 억제 활성은 IC50이 7.94 mg/ mL로 나타낸 것을 보아 도토리의 폴리페놀이 항당뇨 활성에 영향을 미치는 것으로 사료된다. 또한 Kang et al. (2017)의 연구에 따르면 초석잠으로부터 에탄올 추출한 추출물의 α- glucosidase 억제 활성은 250 μg/mL 농도에서 11%로 보고 하였고, Ji et al. (2020)의 연구에 따르면 배초향으로부터 에 탄올 추출한 추출물의 α-glucosidase 억제 활성은 0.5 mg/ mL 농도에서 35%로 나타났으며, Lee(2020)의 연구에 따르 면 노니가루 에탄올 추출물의 α-amylase 억제 활성은 10 mg/mL 농도에서 45%라고 보고하여, 본 연구의 도토리와 상 수리의 항당뇨 활성이 매우 높다고 사료된다.

    따라서, 본 연구에서 도토리와 상수리의 높은 페놀화합물 이 항산화 활성뿐 아니라 항당뇨 활성에도 영향을 미친 것 이라고 생각되며, 항당뇨 효과도 항산화 활성 실험과 마찬가 지로 도토리(Quercus serrata Thunb)보다 상수리(Quercus acutissima Carruther)가 더 높다고 판단된다.

    IV. 요약 및 결론

    본 연구는 도토리(Quercus serrata Thunb)와 상수리 (Quercus acutissima Carruther)를 분류하여 항산화 및 항당 뇨 활성을 실험함으로써 종류에 따른 도토리의 생리활성을 비교 및 분석하기 위해 수행되었다. 분말화한 도토리와 상수 리를 70% ethanol로 추출하여 감압농축한 추출물의 총 폴리 페놀 함량, DPPH 라디칼 소거 활성, 환원력, SOD 유사 활 성 등 항산화 활성을 분석하고, α-glucosidase 및 α-amylase 억제 활성을 측정하여 항당뇨 활성을 비교하였다. 도토리와 상수리 추출물의 총 폴리페놀 함량은 각각 220.59mg GAE/g, 320.96 mg GAE/g으로 측정되었으며, 상수리에서 더 높은 폴 리페놀 함량을 나타내었다(p<0.001). 도토리와 상수리 추출 물의 DPPH 라디칼 소거 활성은 농도 의존적으로 증가하였 으며 10 μg/mL의 농도에서 각각 92.45%와 94.19%로 상수 리 추출물이 더 높았다(p<0.05). 환원력 역시 도토리와 상수 리 추출물의 10 μg/mL의 농도에서 각각 0.187, 0.234로 나 타내어, 상수리가 유의적으로 높은 환원력을 나타냈다 (p<0.05). SOD 유사 활성 또한 0.5 mg/mL에서 도토리와 상 수리 추출물이 각각 10.64%와 22.26%로 나타나 상수리가 더 큰 활성을 보였다(p<0.05). α-glucosidase 억제 활성에서 도토리와 상수리 추출물을 비교한 결과는 50 μg/mL (도토리 64.03%, 상수리 84.04%)과 100 μg/mL (도토리 85.25%, 상 수리 91.25%)의 농도에서 차이를 보였고(p<0.05), α-amylase 억제 활성에서 도토리와 상수리 추출을 비교한 결과는 1000 μg/mL(도토리 55.79%, 상수리 58.01%)의 농도에서 유의적 인 차이를 보였고(p<0.05), α-glucosidase 억제 활성과 마찬 가지로 상수리의 항당뇨 활성이 높았다. 결론적으로, 본 연 구에서 도토리와 상수리는 항산화 및 항당뇨 활성이 높은 기 능성 식품소재임을 확인하였으며, 비교 결과 상수리(Quercus acutissima Carruther)가 도토리(Quercus serrata Thunb) 보 다 더 높은 생리활성 효과가 있다고 판단된다. 또한 본 연구 는 향후 도토리와 상수리의 기능성 식품 소재 활용도를 높 이기 위한 연구의 기초자료가 될 것으로 생각하며, 향후 식 품활용성에 대한 연구가 필요하다고 사료된다.

    저자정보

    추지혜(공주대학교 외식상품학과, 학석사 연계과정, 0000- 0002-7664-6903)

    최진희(공주대학교 외식상품학과, 연구원&강사, 0000-0001- 9337-9272)

    Conflict of Interest

    No potential conflict of interest relevant to this article was reported.

    Figure

    KJFC-36-5-522_F1.gif

    DPPH radical scavenging activities of Quercus serrata Thunb and Quercus acutissima Carruther.

    QST: Quercus serrata Thunb, QAC: Quercus acutissima Carruther. (a-c) Means with the different letters within the Quercus serrata Thunb are significantly different at p<0.05 by Duncan’s test. (A-C) Means with the different letters within the Quercus acutissima Carruther are significantly different at p<0.05 by Duncan’s test. (*) Means significantly different at p<0.05 by independent t-test.

    KJFC-36-5-522_F2.gif

    Reducing power of 70% ethanol extracts from Quercus serrata Thunb and Quercus acutissima Carruther.

    QST: Quercus serrata Thunb, QAC: Quercus acutissima Carruther. (a-c) Means with the different letters within the Quercus serrata Thunb are significantly different at p<0.05 by Duncan’s test. (A-C) Means with the different letters within the Quercus acutissima Carruther are significantly different at p<0.05 by Duncan’s test. (*) Means significantly different at p<0.05 by independent t-test.

    KJFC-36-5-522_F3.gif

    SOD-Like activity in extraxts prepared from solvent of Quercus serrata Thunb, Quercus acutissima Carruther.

    QST: Quercus serrata Thunb, QAC: Quercus acutissima Carruther. (a-c) Means with the different letters within the Quercus serrata Thunb are significantly different at p<0.05 by Duncan’s test. (A-C) Means with the different letters within the Quercus acutissima Carruther are significantly different at p<0.05 by Duncan’s test. (*) Means significantly different at p<0.05 by independent t-test.

    KJFC-36-5-522_F4.gif

    α-glucosidas Inhibition activity of Quercus serrata Thunb, Quercus acutissima Carruther extracts under variable extraction methods.

    QST: Quercus serrata Thunb, QAC: Quercus acutissima Carruther. (a-c) Means with the different letters within the Quercus serrata Thunb are significantly different at p<0.05 by Duncan’s test. (A-C) Means with the different letters within the Quercus acutissima Carruther are significantly different at p<0.05 by Duncan’s test. (*) Means significantly different at p<0.05 by independent t-test.

    KJFC-36-5-522_F5.gif

    α-amylase Inhibition activity of Quercus serrata Thunb, Quercus acutissima Carruther extracts under variable extraction methods.

    QST: Quercus serrata Thunb, QAC: Quercus acutissima Carruther. (a-c) Means with the different letters within the Quercus serrata Thunb are significantly different at p<0.05 by Duncan’s test. (A-C) Means with the different letters within the Quercus acutissima Carruther are significantly different at p<0.05 by Duncan’s test. (*) Means significantly different at p<0.05 by independent t-test.

    Table

    Total polyphenol contents of Quercus serrata Thunb and Quercus acutissima Carruther

    IC50 and EC50 of antioxidant activities of Quercus serrata Thunb and Quercus acutissima Carruther

    Reference

    1. Baron AD. 1998. Postprandial hyperglycaemia and α-glucosidase inhibitors. Diabetes Res. Clin. Pract., 40:S51-S55
    2. Beauchamp C , Fridovich I. 1971. Superoxide dismutase: Improved assays and an assay applicable to acrylamide gels. Anal. Biochem., 44(1):276-287
    3. Bhandari MR , Jong-Anurakkun N , Hong G , Kawabata J. 2008. α-glucosidase and α-amylase inhibitory activities of Nepalese medicinal herb pakhanbhed (Bergenia Ciliata, Haw.). Food Chem., 106(1):247-252
    4. Blois MS. 1958. Antioxidant determinations by the use of a stable free radical. Nature, 181(4617):1199-1200
    5. Custodio L , Patarra J , Albericio F , da Rosa Neng N , Nogueira JMF , Romano A. 2015. Phenolic composition, antioxidant potential and in Vitro inhibitory activity of leaves and acorns of Quercus Suber on key enzymes relevant for hyperglycemia and Alzheimer's disease. Ind. Crops Prod., 64:45-51
    6. Dehghan H , Salehi P , Amiri MS. 2018. Bioassay-guided purification of α-amylase, α-glucosidase inhibitors and DPPH radical scavengers from roots of Rheum turkestanicum. Ind. Crops Prod., 117:303-309
    7. Delgado T , Malheiro R , Pereira JA , Ramalhosa E. 2010. Hazelnut (Corylus Avellana L.) Kernels as a source of antioxidants and their potential in relation to other nuts. Ind. Crops Prod., 32(3):621-626
    8. Hong JH. 2021. Diabetes and vitamin D. J. Korean Diabetes, 22(1):6-11
    9. Ishartati E , Roeswitawati D , Rohman S. 2021. α-Glucosidase and α-amylase inhibitory activities of jambolan (Syzygium Cumini (L.) SKEELS) fruit and seed. Atlantis Press, 14:256-260
    10. Je HJ , Shin KO. 2016. A review of the general characteristics and functions of acorns. Korean J. Food Nutr., 29(1):58- 64
    11. Ji YJ , Lee EY , Lee JY , Lee YJ , Lee SE , Seo KH , Kim HD. 2020. Antioxidant and anti-diabetic effects of Agastache rugosa extract. J. East. Asian Soc. Diet. Life, 30:297-305
    12. Joo SY. 2013. Antioxidant activity and quality characteristics of chestnut cookies. J. Korean Soc. Food Cult., 28(1):70-77
    13. Joo SY , Kim O , Jeon H , Choi H. 2013. Antioxidant activity and quality characteristics of cookies prepared with acorn (Quercus species) powder. Korean J. Food Cook. Sci., 29(2):177-184
    14. Kang J , Kang M , Shin J , Park J , Kim D , Chung S , Shin J. 2017. Antioxidant and antidiabetic activities of various solvent extracts from Stachys sieboldii Miq. Korean J. Food Preserv., 24(5):615-622
    15. Kim JY , Kim SY , Kwon HM , Kim CH , Lee SJ , Park SC , Kim KH. 2014. Comparison of antioxidant and anti-inflammatory activity on chestnut, chestnut shell and leaves of Castanea crenata extracts. Korean J. Medicinal Crop Sci., 22(1):8-16
    16. Kim MJ , Park EJ. 2011. Feature analysis of different In vitro antioxidant capacity assays and their application to fruit and vegetable samples. J. Korean Soc. Food Sci. Nutr., 40(7):1053-1062
    17. Kim OS , Ryu HS , Choi HY. 2012. Antioxidant activity and quality characteristics of acorn (Quercus Autissima Carruther) cookies. J. Korean Soc. Food Cult., 27(2):225- 232
    18. Kim SM , Kim EJ , Cho YS , Sung SK. 1999. Antioxidants of pine needle extracts according to preparation method. Korean J. Food Sci. Technol., 31(2):527-534
    19. Kim SM , Park JH , Boo HO , Song SG , Park HY. 2017. In vitro comparision of biological activities of solvent fraction extracts from Orostachys japonicus. Korean J. Plant Res., 30(2):133-143
    20. Korea Centers for Disease Control and Prevention.2019. 2018 National health and nutrition survey. Cheongju, Korea centers for Disease control and Prevention. 1358
    21. La Anh H , Xuan TD , Thuy D , Thi N , Quan NV , Trang LT. 2020. Antioxidant and α-amylase inhibitory activities and phytocompounds of Clausena Indica fruits. Medicines, 7(3):10
    22. Laybutt DR , Kaneto H , Hasenkamp W , Grey S , Jonas J , Sgroi DC , Groff A , Ferran C , Bonner-Weir S , Sharma A. 2002. Increased expression of antioxidant and antiapoptotic genes in islets that may contribute to β-cell survival during chronic hyperglycemia. Diabetes, 51(2):413-423
    23. Lee DJ , Lee JY. 2004. Antioxidant activity by DPPH assay. Korean J. Crop Sci., 49(spc1):187-194
    24. Lee EH , Hong SH , Cho YJ. 2017. Biological activities of extracts from okkwang (Castanea Crenata) chestnut bur. J. Korean Soc. Food Sci. Nutr., 46(5):572-580
    25. Lee HW. 2008. DPP-4 Inhibitors and the relations between rosiglitazone and the risk of myocardial infarction. J. Korean Med. Assoc., 51(4):371-376
    26. Lee JH , Lee SR. 1994. Some physiological activity of phenolic substances in plant foods. Korean J. Food Sci. Technol., 26(3):317-323
    27. Lee YM. 1995. We really need to know our one hundred kinds of trees. Hyeonamsa, Seoul, Korean, 394-398
    28. Lee YL , Huang GW , Liang ZC , Mau JL. 2007. Antioxidant properties of three extracts from Pleurotus citrinopileatus. LWT - Food Sci. Technol., 40(5):823-833
    29. Lee YR. 2020. Antioxidant and α-amylase inhibitory activity of 70% ethanolic extract from Morinda citrifolia L.(Noni). Korean J. Food & Nutr., 33(2):210-214.
    30. Lopes GKB , Schulman HM , Hermes-Lima M. 1999. Polyphenol tannic acid inhibits hydroxyl radical formation from fenton reaction by complexing ferrous ions. Biochim. Biophys. Acta - Gen. Subj., 1472(1-2):142-152
    31. Oliveira VB , Araujo RL , Eidenberger T , Brandão MG.2018. Chemical composition and inhibitory activities on dipeptidyl peptidase IV and pancreatic lipase of two underutilized species from the Brazilian Savannah: Oxalis cordata A. St.-Hil. and Xylopia aromatica (Lam.) Mart. Food Res. Int., 105:989-995
    32. Oyaizu M. 1986. Studies on products of browning reaction antioxidative activities of products of browning reaction prepared from glucosamine. Japan. J. Nutr. diet., 44(6):307-315
    33. Peng Y , Ye J , Kong J. 2005. Determination of phenolic compounds in Perilla frutescens L. by capillary electrophoresis with electrochemical detection. J. Agric. Food Chem., 53(21):8141-8147
    34. Rakić S , Povrenović D , Tešević V , Simić M , Maletić R. 2006. Oak acorn, polyphenols and antioxidant activity in functional food. J. Food Eng., 74(3):416-423
    35. Salimifar M , Fatehi-Hassanabad Z , Fatehi M. 2013. A review on natural products for controlling type 2 diabetes with an emphasis on their mechanisms of actions. Curr. Diabetes Rev., 9(5):402-411
    36. Sekowski S , Veiko A , Olchowik-Grabarek E , Dubis A , Wilczewska AZ , Markiewicz KH , Zavodnik IB , Lapshina E , Dobrzynska I , Abdulladjanova N. 2021. Hydrolysable tannins change physicochemical parameters of lipid nanovesicles and reduce DPPH radical-Experimental studies and quantum chemical analysis. Biochim. Biophys. Acta - Biomembr., 1864(1):183778
    37. Shim T , Jin Y , Sa J , Shin I , Heo S , Wang M. 2004. Studies for component analysis and antioxidative evaluation in acorn powders. Korean J. Food Sci. Technol., 36(5):800-803
    38. Shin DH , Cho JS , Jung ST. 1993. Study on Antioxidant effects of acorn (Quercus Acutissima Carruthers) components; I. the separation and identification of tannin components from acorn. J. Korean Appl. Sci. Technol., 10(1):93-101
    39. Sin DH , Jo JS. 1991. Antioxidative activity of various solvent extracts of quercisemen to linoleic Acid. J. Korean Appl. Sci. Technol., 8(1):79-83
    40. Swain T , Hillis WE. 1959. The phenolic constituents of Prunus domestica. I.—The quantitative analysis of phenolic constituents. J. Sci. Food Agric., 10(1):63-68
    41. Takahama U , Hirota S. 2018. Interactions of flavonoids with α- amylase and starch slowing down its digestion. Food Funct., 9(2):677-687
    42. Teng H , Chen L. 2017. α-Glucosidase and α-amylase inhibitors from seed oil: A review of liposoluble substance to treat diabetes. Crit. Rev. Food Sci. Nutr., 57(16):3438-3448
    43. Wu M , Yang Q , Wu Y , Ouyang J. 2021. Inhibitory effects of acorn (Quercus Variabilis Blume) kernel-derived polyphenols on the activities of α-amylase, α-glucosidase, and dipeptidyl peptidase IV. Food Biosci., 43:101224
    44. Yang S , Youn K , No H , Lee S , Hong J. 2011. Optimization of extraction conditions for mate (Ilex paraguarensis) ethanolic extracts. Korean J. Food Preserv., 18(3):319-327
    45. Yim M , Hong T , Lee J. 2006. Antioxidant and antimicrobial activities of fermentation and ethanol extracts of pine needles (Pinus densiflora). Food Sci. Biotechnol., 15(4):582-588
    46. Yoon CW. 2016. Trees and shrubs in Yesan Campus, Kongju National University: 700 Kinds of Trees that Recognize Afforestation, Ecology, and use Together. Geobook, Seoul, korea, pp 184-200
    47. Zhu Y , Yin L , Cheng Y , Yamaki K , Mori Y , Su Y , Li L. 2008. Effects of sources of carbon and nitrogen on production of α-Glucosidase inhibitor by a newly isolated strain of Bacillus subtilis B2. J. Food Chem., 109(4):737-742
    Copyright © Korean Society of Food Culture. All right reserved.