건조방법에 따른 모시잎의 이화학적 성분 및 생리활성

Abstract

본 연구는 모시잎 분말의 영양성분 및 기능성 성분의 손실을 최소화하여 건강기능성을 향상시킬 수 있고 경제적으로도 효율적인 건조방법을 구명하기 위해, 열풍건조 및 동결건조 모시잎의 건조방법에 따른 이화학적 성분을 비교 분석하였다. 또한 in vitro에서 항산화 효과 및 암세포 증식 억제효과, 3T3-L1 지방전구세포와 돼지 지방전구세포의 증식과 분화 억제효과를 통한 항비만효과, in vivo에서 비만 및 제2형 당뇨 유발 db/db 마우스에서 항비만 및 항당뇨효과를 살펴봄으로써 서로 다른 건조방법이 모시잎의 영양성분 및 생리활성에 미치는 영향을 비교 검토하였다.

건조방법에 따른 모시잎의 영양성분을 분석한 결과는 다음과 같다. 건물량 기준으로 열풍건조 및 동결건조 모시잎의 일반성분 함량을 비교해 보면, 수분, 조단백질, 조지방, 조회분 및 탄수화물의 함량은 건조방법에 따른 유의적 차이를 보이지 않았으나 식이섬유소 함량은 열풍건조 모시잎에서 유의적으로 높게 나타났다. 모시잎의 주요 구성아미노산은 aspartic acid, glutamic acid, leucine이며, 총 구성아미노산 함량, 필수아미노산 함량 및 총 구성아미노산에 대한 필수아미노산의 비율 모두 동결건조 모시잎에서 높게 나타났다. 모시잎의 주요지방산은 linoleic acid, palmitic acid, arachidic acid, linolenic acid 인 것으로 나타났고, 건조방법에 따른 유의차는 없었으나 열풍건조로 인하여 불포화지방산의 함량이 다소 감소됨으로써 상대적으로 포화지방산의 함량이 높게 나타났다. 비타민 A, E 및 C의 함량은 동결건조 모시잎에서 높게 나타났으며, 비타민 A 및 C의 함량은 건조방법에 따른 유의적인 차이를 보였다. 열풍건조 및 동결건조 모시잎 모두 Ca, K, Mg, Mn, Fe, Na, Zn 순으로 검출되었고 총 무기질 함량은 열풍건조 모시잎에서 유의적으로 높게 나타났다. 열풍건조 및 동결건조 모시잎 모두 유기산은 oxalic acid, succinic acid 및 citric acid 순으로 검출되었고, 구성당은 glucose, fructose, galactose, rhamnose 순으로 검출되었으며, 총 유기산 및 총 구성당 함량 모두 열풍건조 시에 유의적으로 높게 나타났다. 따라서 열에 의해 산화 및 파괴되기 쉬운 지방산, 아미노산 및 비타민의 분석은 동결건조 방법을 사용하고, 열에 의한 영향을 받지 않으며 열풍건조 시 더 높은 함량을 보인 일반성분, 무기질, 유기산 및 구성당의 분석은 열풍건조 방법을 사용하는 것이 적절하다고 생각된다.

건조방법에 따른 모시잎의 항산화 및 암세포 증식 억제효과를 알아보기 위해 80% 에탄올로 추출한 열풍건조 및 동결건조 모시잎의 추출수율, 총 polyphenol 및 chlorogenic acid 함량은 건조방법에 따른 유의적 차이를 보이지 않았다. 반면, 총 flavonoid 함량은 열풍건조 모시잎이 동결건조 모시잎에 비하여 유의하게 높게 나타났다. 1,000 ppm에서 열풍건조 및 동결건조 모시잎의 DPPH radical 소거능은 각각 77.74%와 77.29%의 비슷한 radical 소거능을 보였으며, Rancimat으로 측정한 열풍건조 및 동결건조 모시잎의 항산화지수는 각각 1.38과 1.32로 BHT, BHA 및 비타민 C에 비해서는 낮았으나 시료를 미첨가한 음성대조군보다는 높은 항산화력을 보였다. 간암(Hep G2), 위암(AGS) 및 폐암(A549)세포에 대한 모시잎 에탄올 추출물의 암세포 증식 억제효과를 알아본 결과, 열풍건조 및 동결건조 모시잎 에탄올 추출물의 농도가 증가할수록 암세포의 증식 억제 활성은 농도 의존적으로 증가되었다. 건조방법에 따른 항암활성은 비슷한 경향이었으며 가장 높은 농도인 800 μg/mL에서 80% 이상의 간암 및 폐암세포의 증식 억제활성을 보였고, 위암세포에서는 75% 이상의 증식 억제활성을 보였다. 이상의 결과 모시잎에는 높은 함량의 총 polyphenol 및 총 flavonoid를 함유하고 있는 것으로 나타났고 총 polyphenol 및 chlorogenic acid 함량은 동결건조와 열풍건조 간의 비슷한 함량을 보였으며, 총 flavonoid 함량은 동결건조 모시잎에 비하여 열풍건조 모시잎에서 높게 나타나 모시잎의 총 polyphenol, 총 flavonoid 및 chlorogenic acid 함량은 열풍건조를 하는 것이 효율적이라 판단된다. 건조방법에 따른 모시잎 에탄올 추출물의 DPPH radical 소거능과 항산화지수를 통한 항산화활성, 그리고 간암, 위암 및 폐암세포의 증식 억제활성은 비슷한 경향으로 나타났으며, 모시잎의 항산화효과 및 암세포 증식 억제효과는 모시잎에 함유된 polyphenol, flavonoid 및 chlorogenic acid 등에 의하여 기인된 것이라 사료된다.

건조방법에 따른 모시잎의 지방전구세포를 이용한 항비만효과를 구명하기 위해 열풍건조 및 동결건조 모시잎 에탄올 추출물이 3T3-L1 지방전구세포와 돼지 지방전구세포의 증식과 분화에 미치는 영향을 살펴본 결과는 다음과 같다. 열풍건조 및 동결건조 모시잎 에탄올 추출물 모두 25 μg/mL 농도에서는 3T3-L1 지방전구세포의 증식을 억제하지 않았으나 100 μg/mL 농도에서는 대조군에 비하여 각각 25.54%와 24.52%로 지방전구세포의 증식을 억제하였다. 열풍건조 및 동결건조 모시잎 에탄올 추출물 25 μg/mL과 100 μg/mL 두 농도 모두 유의하게 3T3-L1 지방전구세포의 분화 및 중성지방 축적을 억제하였다. 돼지 지방전구세포의 증식은 열풍건조 및 동결건조 모시잎 에탄올 추출물 25 μg/mL과 100 μg/mL 모두 지방세포 수가 농도 의존적으로 저하되어 대조군에 비하여 유의적으로 지방전구세포의 증식을 억제하였다. 돼지 지방전구세포의 분화 및 중성지방 축적의 경우 열풍건조 모시잎 추출물 25 μg/mL과 100 μg/mL 모두 지방전구세포의 분화 및 중성지방 축적을 억제하였으나, 동결건조 모시잎 추출물은 100 μg/mL 농도에서만 지방전구세포의 분화 및 지방 축적을 억제하였다. 이상의 결과 열풍건조 및 동결건조 모시잎 에탄올 추출물은 3T3-L1 지방전구세포와 돼지 지방전구세포의 증식을 억제하고, 중성지방 축적 및 지방전구세포의 분화를 억제하여 모시잎의 항비만효과를 관찰하였다. 이러한 효과는 3T3-L1 지방전구세포에서는 건조방법에 따른 유의적 차이를 보이지 않았으나, 돼지 지방전구세포의 분화 억제 및 지방 축적 억제효과는 건조방법에 따른 유의적 차이를 보여 in vitro에서 항비만효과는 동결건조 모시잎 보다는 열풍건조 모시잎이 더 높은 것으로 나타났다.

In vitro에서 항비만효과의 활성이 더 높게 나타난 열풍건조 모시잎 에탄올 추출물을 db/db 마우스에게 저농도(200 mg/kg of b.w./day)와 고농도(400 mg/kg of b.w./day)로 6주간 경구투여하여 모시잎의 항비만 및 항당뇨효과를 살펴본 결과는 다음과 같다. 모시잎 에탄올 추출물 투여군들(HRL, HRH)의 체중증가량, 식이섭취량 및 수분섭취량은 대조군에 비하여 감소하는 경향이었으나 유의적인 차이는 없었다. 체중 100 g당 간조직 무게와 피하지방, 등지방 및 부고환지방 무게는 모시잎 에탄올 추출물 투여로 감소하는 경향이었으나, 통계적 유의성은 없었고, 장간막지방 무게는 농도 의존적으로 저하되어 고농도군(HRH)에서 대조군에 비하여 유의하게 저하되었다. 총지방량과 혈청의 간 지표 효소인 ALT 및 AST 활성은 모시잎 에탄올 추출물 투여군들 모두 대조군에 비하여 유의적으로 감소되었다. 실험기간 6주 동안 전혈의 혈당 변화를 살펴보면 4주째부터 대조군 비하여 모시잎 에탄올 추출물 투여로 농도 의존적으로 감소되어 고농도군에서 대조군에 비하여 유의하게 저하되었다. 6주째에는 모시잎 에탄올 추출물 투여군들 모두 대조군에 비하여 유의적으로 낮은 혈당 수준을 나타내었다. 혈청 중 인슐린 함량은 모시잎 에탄올 추출물의 투여로 모든 실험군들이 대조군에 비하여 유의적으로 감소되었고, 당화헤모글로빈 함량은 농도 의존적으로 감소되어 고농도군은 대조군에 비해 유의적으로 감소되었다. 당부하 검사 결과 모시잎 에탄올 추출물 투여군들은 포도당 투여 후 30, 60, 90, 120 분 모두 대조군에 비하여 유의적으로 감소하는 것으로 나타났으며, 투여 농도에 따른 차이는 없었다. 혈당반응면적은 대조군에 비하여 모시잎 에탄올 추출물 투여군들 모두 유의적으로 감소되었다. 혈청 중 중성지방 함량은 모시잎 에탄올 추출물 투여로 감소되는 경향을 보였으나, 유의적 차이는 없었고, 혈청 중 총콜레스테롤 함량은 대조군에 비하여 농도 의존적으로 감소되어 고농도군에서 유의적으로 감소되었다. 반면, HDL-콜레스테롤 함량은 대조군에 비하여 농도 의존적으로 증가되어 고농도군에서 유의적인 차이를 보였다. LDL-콜레스테롤 함량은 모시잎 에탄올 추출물 투여군들 모두 대조군에 비하여 유의적으로 감소되었으며, 투여 농도에 따른 유의적 차이를 보였다. 이상의 결과 열풍건조 모시잎 에탄올 추출물의 투여는 db/db 마우스의 총지방량과 혈당을 감소시키고, 고인슐린혈증 및 내당능 개선효과를 보이며, 혈중 지질 개선효과를 나타냄으로써 항비만 및 항당뇨효과에 유효적인 효과를 내는 것을 알 수 있었다.|This study was carried out to discriminate the effects of the ramie leaf according to the drying methods(hot air drying and freeze drying) on physicochemical composition, antioxidative and anticancer capacity in vitro, the antiobesity effect by the proliferation and the differentiation of 3T3-L1 cells and pig preadipocytes, and the antiobesity and the antidiabetic effects in db/db mice by ramie leaf ethanol extracts administration. The results obtained were as follows; This study was investigated to compare the physicochemical properties of hot air dried ramie leaf(HR) and freeze dried ramie leaf(FR). There were no significant differences in the moisture, crude protein, crude fat, crude ash and carbohydrate content depending on the drying methods, but the dietary fiber content was significantly higher in the FR than in the HR. The major amino acids were aspartic acid, glutamic acid and leucine, and the contents of total amino acids, total essential amino acids and essential amino acid ratios were higher in the FR compared with the HR. The major fatty acids were linoleic acid, palmitic acid, arachidic acid, linolenic acid. Hot air drying caused a decrease in unsaturated fatty acids and an increase in saturated acids, but not significantly different between samples dried by hot air and freeze drying. The contents of the vitamin A, E, and C in the FR were higher than those in the HR, and there were significant differences in the contents of vitamin A and C depending on the drying methods. Regardless of the drying methods, both the HR and the FR were abundant in order of Ca, K, Mg, Mn, Fe, Na, Zn. The contents of total minerals, total organic acids and total free sugars in the HR were significantly higher than those in the FR. There were no significant differences in the yield, total polyphenol and chlorogenic acid content of ramie leaf ethanol extracts depending on the drying methods, but total flavonoid content was significantly higher in the HR than in the FR. The DPPH radical scavenging activity of HR and FR ethanol extracts were found to be 77.74%, and 77.29% in 1000 ppm, respectively. Antioxidative index of the HR and FR ethanol extracts measured by Rancimat were lower than those in the BHT, BHA, and ascorbic acid, but were higher than that in the control. The anticancer effect of 80% ethanol extracts of the HR and FR on liver cancer cell line (H460), stomach cancer cell line (AGS), and lung cancer cell line (A549) were increased with a dose-dependent manner. The cancer cell growth inhibition activities of the HR and FR ethanol extracts at the concentration of 800 μg/mL showed greater than 80% on Hep G2 and A549 cell line, and greater than 75% on AGS cell line. The study was carried out to determine the effects of the HR and FR on proliferation and differentiation of 3T3-L1 preadipocytes and pig preadipocytes. To measure the cell proliferation and differentiation, the cells were treated with 25 μg/mL and 100 μg/mL ethanol extracts of the HR and FR for two days, and dimethyl sulphoxide(DMSO) was used as the control group. Twenty five μg/mL of the HR and FR ethanol extracts did not inhibit the proliferation of 3T3-L1 preadipocytes, but 100 μg/mL of the HR and FR ethanol extracts significantly decreased the proliferation of 3T3-L1 preadipocytes by 25.54% and 24.52% compared with the control, respectively. Twenty five μg/mL and 100 μg/mL of the HR and FR ethanol extracts significantly inhibited the differentiation and triglyceride accumulation of 3T3-L1 preadipocytes. Twenty five μg/mL and 100 μg/mL of the HR and FR ethanol extracts showed the inhibitory action on proliferation of pig preadipocytes in a dose-dependent manner. HR ethanol extract inhibited the differentiation and triglyceride accumulation of pig preadipocytes in 25 μg/mL and 100 μg/mL, but FR ethanol extract inhibited only 100 μg/mL. Inhibitory effect of differentiation and the fat accumulation on pig preadipocytes was significantly higher in the HR ethanol extract than in the FR ethanol extract, and there were significant differences depending on the drying methods in 25 μg/mL and 100 μg/mL. These actions indicate that the ethanol extracts of HR and FR may have potential to reduce the fat accumulation and obesity. The antiobesity and antidiabetic effects of HR ethanol extract were investigated in type 2 diabetic animal models. After the 1-week adaptation period, the diabetic animal model db/db mice were divided into control group(Control), HR ethanol extract 200 mg/kg/day administered group(HRL), and HR ethanol extract 400 mg/kg/day administered group(HRH). The body weight gain, food intake, water intake and liver weights were not significantly different between the control group and the experimental groups. The total adipose tissues weight and serum ALT and AST activities of ramie leaf ethanol extracts administered groups(HRL, HRH) significantly lowered compared with the control group. The administration of HR ethanol extracts induced a great reduction of fasting blood glucose, glucose levels in the oral glucose tolerance test and AUC for glucose compared with the control group. The serum insulin level was significantly decreased in the ramie leaf ethanol extract administered groups, and the glycosylated hemoglobin(HbA1c) level was significantly decreased in the HRH group in a dose-dependent manner. The serum triglyceride level was not different among the groups. The serum total cholestrol level was significantly decreased in the HRH group, while the serum HDL-cholestrol was significantly increased in the HRH group. The administration of HR ethanol extracts significantly lowered the serum LDL-cholestrol level compared with the control group, and there were significant differences depending on the dose. These data suggest that administration of ramie leaf ethanol extracts may improve blood glucose and lipid metabolism and help preventing or attenuating the fat accumulation in animals with type 2 diabetes.