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ISSN : 1229-1153(Print)
ISSN : 2465-9223(Online)
Journal of Food Hygiene and Safety Vol.31 No.2 pp.119-125
DOI : https://doi.org/10.13103/JFHS.2016.31.2.119

Studies on the Antioxidative Activities and Active Components of the Extracts from Pleurotus ostreatus

Min-Hee Kim, Eun-Jeong Jeong, Yong-Suk Kim
Department of Food Science & Technology, Chonbuk National University, Jeonju, Jeonbuk 54896, Korea
Correspondence to: Yong-Suk Kim, Department of Food Science& Technology, Chonbuk National University, Jeonju, Jeonbuk 54896, KoreaTel: 82-63-270-2567, Fax: 82-63-270-2572 E-mail: kimys08@jbnu.ac.kr
March 16, 2016 March 19, 2016 March 21, 2016

Abstract

Antioxidative components and activities of the extracts from Pleurotus ostreatus extracted at differentethanol concentration were analyzed and their correlation were investigated. Ergothioneine, total phenolic compounds, and flavonoid contents of the extracts from P. ostreatus extracted with hot water (0% ethanol) were the highest (2.98 ± 0.05, 9.51 ± 0.45, and 2.83 ± 0.03 mg/g, respectively) and the contents were decreased according to increase of ethanol concentration for extraction. DPPH and ABTS radical scavenging activities of the extracts from P. ostreatus extracted with hot water were the highest (80.41 ± 0.56 and 91.47 ± 0.11%, respectively). FRAP value also showed the highest reducing power by 8.86 ± 0.33 FeSO4 eq. mM in hot water extracts. Positive correlations were found between ergothioneine contents and antioxidative active components and antioxidant activity of the extracts from P. ostreatus. Results indicate that hot water extraction was most efficient for the extracts with high antioxidative activities from P. ostreatus.


느타리버섯 추출물의 항산화 활성과 그 성분에 대한 연구

김민희, 정은정, 김용석
전북대학교 식품공학과

초록


    느타리버섯(Pleurotus ostreatus)은 담자균류 주름버섯목느타리과의 버섯으로 갓 표면이 회백색에서 진한밤색, 검 은색 등 계절과 환경, 조건에 따라 다양한 갓의 색을 띄 고 있으며, 갓이 도톰한 것일수록 선도가 좋다1). 또한 필 수아미노산, 비타민, 무기질 함량이 풍부하여 영양학적으 로도 우수한 식품으로 인정받고 있으며, 고유의 특유한 맛 과 향이 뛰어나고, 열량은 낮아 건강식품으로서 꾸준히 이 용되고 있다2). 느타리버섯의 약리학적 효과에 관한 연구 로는 항산화 효과, 항암 효과, 항고혈압, 항당뇨 효과 등 의 결과가 밝혀져 있다3,4).

    최근 in vitro, in vivo 상에서 느타리버섯의 항산화 효과에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다5). 플라보노이드나 페놀산을 포함한 페놀성 화합물들은 항산화 활성을 지니 고 있는 것으로 알려져 있는데, 느타리버섯의 항산화 활 성도 이러한 페놀성 화합물에 기인하는 것으로 알려져 있다6). 이외에도 강력한 항산화 효과가 있는 성분인 ergothioneine이 버섯류에 풍부하게 함유되어 있음이 밝혀졌다. Ergothioneine은 담자균류 등의 균류에서만 주로 생합성되 는 천연 아미노산으로 인체의 혈액, 간, 신장, 뇌, 중추 신 경계, 골수 등에서도 발견되었다. 이 물질은 다른 식품 원 료보다 버섯류에 많이 함유되어 있으며, 버섯류 중에서도 특히 느타리버섯에 많이 함유되어 있는데7), ergothioneine 은 인간이나 동물 및 고등식물 내에서는 생합성하지 못하 며 버섯이나 육류로부터 흡수, 공급되어야 한다8). Ergothioneine의 항산화 기능에는 활성산소에 대한 직접적인 소 거 작용9)과 다양한 2가 양이온에 대한 착화합물 형성에 의한 항산화 작용10), 인체에서 항산화 작용을 하는 효소의 활성 촉진 및 과산화물을 형성하는 효소의 활성 억제작용11) 등이 있다. 또한 thiol과 thione의 이성질체 형태를 지니며 물에서는 주로 thione 형태로 존재해 thiol 형태로 존재하 는 glutathione보다 산화에 안정한 형태를 지니고 있다12).

    따라서 본 연구에서는 에탄올의 농도에 따른 느타리버섯추출물의 ergothioneine, total phenolic compounds, flavonoid 함량 등 기능성 성분의 함량 및 항산화 활성을 조사하였 으며, 이들 사이의 상관관계에 대하여 연구하였다.

    Materials and Methods

    원료

    느타리버섯(품종: 장다리)은 2014년 4월에 (주)메트로비앤에프(임실, 전북)에서 공급받아 동결건조하여 분쇄한 후 500 μm 체를 이용하여 시료를 균질화하여 사용하였다.

    추출물 조제

    느타리버섯의 기능성 성분 추출을 위해 0, 25, 50, 75,95% ethanol을 사용하여 추출하였다. 즉 느타리버섯 동결 건조분말 5 g에 각 추출 용매 200 mL를 첨가하여 80oC에 서 3시간 동안 환류냉각법으로 추출한 다음 여과지(Whatman No. 2, Springfield Mill, Maidstone, Kent, England)로 감압 여과하여 200 mL volumetric flask에 정용한 후 분석을 위 한 추출물로 사용하였다.

    Ergothioneine 함량 분석

    느타리버섯 추출물의 ergothioneine 함량 분석을 위하여추출물을 sep-pack C18 cartridge (Waters, Milford, MA, USA)로 색소 및 단백질성분을 제거한 후 0.45 μm syringe filter로 여과하여 HPLC (Shimadzu Co., Kyoto, Japan)를 사용하여 정량하였다. 컬럼은 Shodex Shim-pack GIS-ODS 5 μm (4.6 mm × 250 mm)를 사용하였고, 컬럼 온도는 35oC, 유속은 0.7 mL/min, 이동상은 3% acetonitrile이 포함된 50 mM dibasic sodium phosphate (0.1% triethylamine으로 pH 7.3 조절)을, 검출기는 UV detector (λ = 254 nm, Shimadzu Co., Kyoto, Japan)를 사용하여 분석하였다.

    Total phenolic compounds 함량 분석

    Total phenolic compounds는 Kim 등13)의 방법을 응용하여 분석하였다. 즉 추출물 0.25 mL에 Folin Ciocalteu's phenol reagent (Junsei Chemical Co., Tokyo, Japan) 0.75 mL를 첨 가하여 5분 동안 반응시킨 다음 7.5% Na2CO3 2 mL와 증 류수 7 mL를 첨가하였다. 암소에서 1시간 동안 반응시켜 UV spectrophotometer (UV-1650 PC, Shimadzu Co., Kyoto, Japan)를 사용하여 725 nm에서 흡광도를 측정하였으며 표 준물질로는 gallic acid (Sigma Chemical Co., St. Louis, MO, USA)를 이용하였다.

    Flavonoids 함량 분석

    Total flavonoid 함량은 Lee 등14)의 방법에 준하여 분석하였다. 추출물 1 mL에 2% AlCl3 1 mL를 첨가한 후 실온 에서 10분간 안정화시킨 다음 415 nm에서 UV spectrophotometer (UV-1650 PC, Shimadzu Co.)를 사용하여 흡 광도를 측정하여 구하였다. Quercetin (Sigma-Aldrich Co., St. Louis, MO, USA)을 사용하여 표준곡선을 작성하고 total flavonoid 함량을 구하였다.

    1,1-Diphenyl-2-picrylhydrazyl (DPPH) 라디칼 소거능 측정

    추출물 0.1 mL에 0.15 mM DPPH ethanol 용액 1.0 mL를 혼합한 후 암소에서 30분간 반응시킨 다음 517 nm에서 UV spectrophotometer (UV-1650 PC, Shimadzu Co., Kyoto, Japan)를 사용하여 흡광도를 측정하였다. 공시험은 각 추 출 용매를 사용하여 동일한 방법으로 분석하였다15).

    Scavenging activity ( % ) = 1 - Absorbance of sample at 517 nm after 30 min Absorbance of control at 517 nm after 30 min × 100

    ABTS 라디칼 소거능 측정

    추출물 10 μL에 ABTS 라디칼 용액 990 μL를 첨가하여암소에서 30분간 반응시킨 후 734 nm에서 흡광도를 측정 하였다. ABTS 라디칼 용액은 7 mM ABTS (2,2'-azino-bis (3-ethylbenzthiazoline-6-sulfonic acid diammonium salt)에 2.45 mM potassium persulfate를 첨가하여 최종농도가 2.45 mM ABTS+· 라디칼이 되도록 만들어 암소에서 12시간 이 상 보관한 후 10 mM phosphate buffered saline (pH 7.4)을 이용하여 734 nm에서 UV spectrophotometer (UV-1650 PC, Shimadzu Co., Kyoto, Japan)를 사용하여 흡광도가 0.70 ± 0.02가 되도록 희석해서 측정 시 사용하였다16).

    Scavenging activity ( % ) = 1 - Absorbance of sample at 734 nm after 30 min Absorbance of control at 734 nm after 30 min × 100

    Ferric reducing antioxidant power 측정

    Ferric reducing antioxidant power 측정은 Benzie & Strain등17)의 방법에 준하여 분석하였다. 환원력의 측정을 위하 여 기질 용액은 300 mM acetate buffer (pH 3.6), 40 mM HCl에 용해한 10 mM TPTZ (2,4,6-tripyridyl-S-triazine)용 액 및 20 mM FeCl3·6H2O를 각각 10:1:1(v/v/v)의 비율로 미리 혼합한 다음 37oC 수욕상에서 가온한 것을 사용하였 다. 추출물 25 μL를 차례로 혼합하여 37oC에서 30분간 반 응시킨 후 ELISA micro reader (UV-1650 PC, Shimadzu Co., Kyoto, Japan)를 사용하여 593 nm에서 흡광도를 측정 하였다.

    통계분석

    통계분석은 SAS (statistical analysis system)통계 package18)를 이용하여 평균 및 표준편차를 구하였으며, ANOVA 분 석(Duncan's multiple range test)으로 유의성을 검정하였다. 모든 항목에 대한 상관관계를 알아보기 위해 SPSS 12.0 (Statistical package for social sciences, SPSS Inc., Chicago, IL, USA)을 이용하여 피어슨 상관계수(Pearson's correlation coefficient)로 유의성 검증을 하였다.

    Results and Discussion

    Ergothioneine 함량

    느타리버섯 에탄올 추출물의 ergothioneine 함량은 Fig.1과 같다. 물 추출물의 ergothioneine 함량은 2.98 ± 0.05 mg/ g으로 가장 높았고, 95% 에탄올 추출물에서는 1.58 ± 0.01 mg/g의 가장 낮은 함량을 보여 에탄올의 농도가 높아질수 록 ergothioneine의 함량은 낮았다. 이러한 결과는 ergothioneine이 수용성 물질로서 물에 더 잘 용출되어 나오기 때문으로 생각된다. Chen 등19)은 지역별 느타리버섯을 70% 에탄올로 추출하여 ergothioneine 함량을 측정한 결과 일 본산 느타리버섯은 0.94 ± 0.04 mg/g의 함량을 보였고, 국 내 느타리버섯은 1.83 ± 0.05 mg/g의 함량을 나타냈다고 보 고하여 본 연구의 결과와 유사하였다. 또한 Ito 등7)은 일본 산 느타리버섯을 열수 추출하여 1.98 ± 0.04 mg/g의 함량이 나왔다고 보고하였는데, 이는 지역별 느타리버섯의 품종에 따른 함량 차이 때문인 것으로 생각되며, Chen 등19)의 일 본산 느타리버섯의 에탄올 추출 결과와 비교하였을 때 열 수 추출한 ergothioneine 함량이 2배 정도 높은 것을 확인 할 수 있었다. 따라서 느타리버섯의 ergothioneine 추출은 열수추출이 적합한 것으로 판단된다.

    Total phenolic compounds 함량

    Phenolic compounds은 식물계에 널리 분포되어 있는 2차 대사산물의 하나로 항산화, 항균활성 등의 생리활성 기 능을 나타내며 일반적으로 페놀성 화합물이 항산화 활성 을 나타내는 물질로 작용하는 것으로 알려져 있다20,21).

    느타리버섯의 total phenolic compounds의 함량(Fig. 2)은 물 추출물에서 9.51 ± 0.45 mg/g으로 가장 높은 함량을 나타냈고, 에탄올 함량이 증가할수록 감소하는 경향을 나타냈다. 이는 느타리버섯의 total phenolic compounds 중 수 용성 phenolic compounds 성분이 더 많은 함량을 차지하기 때문으로 생각된다. Govindan 등22)의 연구에서 느타리버섯 의 total phenolic compounds 함량은 물 추출물에서 8.77 ± 0.22 mg/g의 함량을 나타냈고, 메탄올 추출물은 7.17 ± 0.22 mg/g의 함량을 나타내 본 연구결과와 함량의 차이는 있었 으나 유사한 경향을 보였다.

    Flavonoids 함량

    버섯류에는 catechin, quercetin, rutin, narginin 등의flavonoid 성분이 함유되어 있는데, 버섯류의 flavonoid는 금속이온의 킬레이트, tyrosinase inhibition 등의 천연 항산 화제로서의 역할을 한다23,24). Flavonoids 함량을 분석하기 위해 에탄올의 농도별로 추출하였다. 느타리버섯의 flavonoids 함량 분석 결과(Fig. 3) ergothioneine 및 total phenolic compounds 함량과 마찬가지로 물 추출물에서 2.83 ± 0.03 mg/ g으로 가장 높은 함량을 나타냈으며, 에탄올의 농도가 높 아질수록 flavonoids 함량은 감소하였다. Hong 등6)의 연구 에서 느타리버섯을 상온에서 80% 메탄올로 추출하였을 때 flavonoid 함량은 0.56 ± 0.02 mg/g을 나타냈고, Woldegiorgis 등25)의 연구에서도 상온에서 느타리버섯의 메탄올 추출 시 0.64 ± 0.04 mg/g의 함량을 나타냈다. Wong 등26)의 연구에 서 큰느타리버섯에 90% 에탄올로 40oC, 48시간 추출 시 0.48 ± 0.04 mg/g 함량을 나타내 각 용매별 온도별 차이에 의한 결과로 판단된다.

    DPPH 라디칼 소거능

    DPPH는 그 자체로 매우 안정한 유리 라디칼로 항산화활성이 있는 물질과 만나면 전자를 내어주면서 라디칼 (DPPH)이 소멸되어 처음의 보라색에서 노란색으로 색깔 이 변하게 되어 항산화 활성을 측정하는 방법이다27).

    느타리버섯 추출물의 DPPH 라디칼 소거능을 측정한 결과(Fig. 4) 에탄올 함량이 증가할수록 DPPH 라디칼 소거 능은 감소하였으며 물 추출물이 80.41 ± 0.56%로 소거능 이 가장 높았다. Cheung 등28)은 표고버섯을 메탄올 추출 하였을 때 6 mg/mL 농도에서 25.80 ± 0.32%의 소거능을 보였고, 동일한 농도의 물 추출물에서 55.40 ± 2.80%의 소 거능을 보여 메탄올 추출물에 비하여 물 추출물이 우수한 소거능을 나타냄을 확인하였다. 느타리버섯 추출물의 DPPH 라디칼 소거능은 앞에서 분석된 ergothioneine, total phenolic compounds 함량과 일관된 경향을 보여 ergothioneine과 total phenolic compounds의 함량과 항산화 활성이 밀접한 관계가 있는 것을 확인할 수 있었다.

    ABTS 라디칼 소거능

    ABTS 라디칼 소거능은 potassium persulfate와의 반응에의해 생성된 ABTS· cation free radical이 항산화력을 지닌 물질에 의해 제거되어 radical 특유의 색인 청록색이 탈색 되는 것을 상대적으로 측정하는 방법이며, 이는 hydrogendonating antioxidants와 chain breaking antioxidants 모두를 측정할 수 있고, aqueous phase와 organic phase 모두에 적 용이 가능하며, 표준물질의 사용으로 추출물간 상대비교 가 가능하다는 장점을 지니고 있다29). DPPH는 자유 라디 칼을 소거하는 반면에 ABTS는 양이온 라디칼을 소거하 는 방법으로 서로 차이를 나타내며 두 기질과 반응물과의 결합 정도에 따라서 라디칼 제거에 대한 활성능력에 차이 를 두고 있다30).

    느타리버섯 추출물의 ABTS 라디칼 소거능을 측정한 결과(Fig. 5) 물로 추출하였을 때 91.47 ± 0.11%로 가장 높은 소거능을 보였고, 에탄올 추출에서는 55.19 ± 0.59-68.34 ± 2.25%의 소거능을 보였다. 에탄올 추출물은 에탄올 농도 가 높아질수록 감소하다가 에탄올 50% 이상에서는 오히 려 에탄올 농도가 높아짐에 따라 증가하였다. Hong 등6)의 연구에서 느타리버섯에 80% 메탄올로 1시간 상온 추출한 느타리버섯의 ABTS 라디칼 소거능이 78.5 ± 0.40-88.3 ± 1.10%를 나타내 물 추출보다는 낮으나 에탄올 추출과 비 교하여 높은 소거능을 보였고, Kim 등31)은 인삼을 0, 25, 75, 95% 에탄올 농도별로 boiling하여 추출한 결과, 물 추 출물이 85%이상의 소거능을 보였고, 에탄올 추출 농도가 낮아질수록 ABTS 라디칼 소거능이 감소하여 본 연구결 과와 유사한 결과를 나타냈다.

    Ferric reducing antioxidant power

    Ferric reducing antioxidant power는 낮은 pH에서 항산화제에 의해 Fe3+-TPTZ가 Fe2+-TPTZ로 환원되는 환원력을이용하여 항산화 활성을 측정하는 방법이다32).

    느타리버섯 추출물의 fesrric reducing antioxidant power를 측정한 결과(Fig. 6) 물 추출물에서 8.86 ± 0.33 FeSO4 eq. mM의 값을 나타냈고, 25~75% 에탄올 범위에서는 에 탄올 농도가 증가함에 따라 ferric reducing antioxidant power 값이 감소하는 경향을 보였으나, 95% 에탄올 추출 물에서는 8.72 ± 0.22 FeSO4 eq. mM의 높은 함량을 보였 다. 이는 Pornariya 등33)의 연구에서 느타리버섯의 물 추 출물이 4.38 FeSO4 eq. mM의 함량을 보였고, 95% 에탄올 추출물에서 1.61 FeSO4 eq. mM의 함량을 보인 결과와 비 교하였을 때, 물 추출이 에탄올 추출에 비해 높은 환원력 을 보인 것과 유사한 경향을 보였다.

    항산화성분 및 항산화활성의 상관관계

    느타리버섯 추출물의 항산화성분과 항산화활성 간의 상관관계를 분석한 결과 Table 1과 같이 나타났다. 느타리버 섯추출물의 ergothioneine은 total phenolic compounds와 flavonoid는 0.818, 0.837로 높은 정의 상관관계를 나타냈 으며, DPPH 라디칼 소거능 및 ABTS 라디칼 소거능은 0.614, 0.483으로 비교적 높은 정의 관계를 나타냈으나, FRAP 값(−0.061)과는 아주 낮은 부의 관계를 나타내었다. 이는 느타리버섯에 존재하는 ergothioneine의 함량이 total phenolic compounds와 flavonoid와 같은 항산화성분 및 DPPH와 ABTS 라디칼 소거능과 같은 항산화 활성과 관 계가 있음을 나타낸다. Total phenolic compounds와 DPPH 라디칼 소거능의 경우 0.941(p < 0.05)로 아주 높은 정의 상관관계를 나타내었으며, ABTS 라디칼 소거능과 0.883(p < 0.05)로 높은 정의 상관관계를 나타내었다. 이는 Hong 등6)과 Lee 등34)이 연구한 시판 버섯 및 차가버섯 물추출 물의 총페놀 함량과 DPPH 및 ABTS 라디칼 소거능의 상 관관계와 비슷한 결과로 나타났으며, 버섯의 항산화활성 은 total phenolic compounds 함량과 상관관계가 있음을 확인하였다.

    따라서 느타리버섯을 물로 추출했을 때 항산화 활성 성분의 함량 및 항산화 활성이 가장 높게 나타났으며, 주성 분인 ergothioneine의 함량과 DPPH 및 ABTS라디칼 소거 능 사이에 비교적 높은 상관관계를 나타내었다.

    국문 요약

    느타리버섯을 기능성 식품 소재로 활용하기 위해 에탄올 추출 농도에 따라 느타리버섯의 기능성 성분인 ergothioneine, total phenolic compounds 및 flavonoid 함량 측 정과 항산화 활성을 시험하였다. 물 추출물(에탄올 0%)의 ergothioneine과 total phenolic compounds 및 flavonoid 함 량이 각각 2.98 ± 0.05 mg/g, 9.51 ± 0.45 mg/g, 2.83 ± 0.03 mg/g으로 가장 높았고, 에탄올 농도가 높아짐에 따라 그 함량은 감소하는 경향을 보였다. 항산화 활성을 측정한 결 과 DPPH 및 ABTS 라디칼 소거능은 물 추출물에서 각각 80.41 ± 0.56%, 91.47 ± 0.11%로 가장 높은 활성을 나타냈 고, FRAP 값도 물 추출물이 8.86 ± 0.33 FeSO4 eq. mM로 가장 높은 환원력을 나타냈다. 느타리버섯 추출물의 ergo-thioneine은 total phenolic compounds (r = 0.818)와 flavonoid (r = 0.837)와 높은 상관관계를 나타냈으며, DPPH (r = 0.614) 및 ABTS라디칼 소거능(r = 0.483)과 비교적 높은 상관관 계를 나타내어 항산화성분 및 항산화활성과 관계가 있음 을 확인하였다. 따라서 느타리버섯의 기능성 성분과 항산 화 활성은 물로 추출하는 것이 가장 적합한 것으로 나타났다.

    Figure

    348_F1.jpg

    Ergothioneine contents of Pleurotus ostreatus extracted atdifferent ethanol concentration. a-dindicate statistically significant differences in the different ethanol concentration. Vertical bars represent the standard deviation (n = 3). Data were analyzed using one-way ANOVA followed by post-hoc test for multiple comparisons.

    348_F2.jpg

    Total phenolic compound contents of Pleurotus ostreatus extracted at different ethanol concentration. a-cindicate statistically significant differences (P < 0.05) in the different ethanol concentration. Vertical bars represent the standard deviation (n = 3). Data were analyzed using one-way ANOVA followed by post-hoc test for multiple comparisons.

    348_F3.jpg

    Total flavonoid contents of Pleurotus ostreatus extractedat different ethanol concentration. a-cindicate statistically significant differences (P < 0.05) in the different ethanol concentration. Vertical bars represent the standard deviation (n = 3). Data were analyzed using one-way ANOVA followed by post-hoc test for multiple comparisons.

    348_F4.jpg

    DPPH radical scavenging activities of Pleurotus ostreatus extracted at different ethanol concentration. a-cindicate statistically significant differences (P < 0.05) in the different ethanol concentration. Vertical bars represent the standard deviation (n = 3). Data were analyzed using one-way ANOVA followed by post-hoc test for multiple comparisons.

    348_F5.jpg

    ABTS radical scavenging activities of Pleurotus ostreatus extracted at different ethanol concentration. a-cindicate statistically significant differences (P < 0.05) in the different ethanol concentration. Vertical bars represent the standard deviation (n = 3). Data were analyzed using one-way ANOVA followed by post-hoc test for multiple comparisons.

    348_F6.jpg

    Ferric reducing antioxidant power of Pleurotus ostreatus extracted at different ethanol concentration. a-cindicate statistically significant differences (P < 0.05) in the different ethanol concentration. Vertical bars represent the standard deviation (n = 3). Data were analyzed using one-way ANOVA followed by post-hoc test for multiple comparisons.

    Table

    Correlation coefficients (r) among extraction ergothioneine, total phenolic compound and flavonoid, DPPH and ABTS scavenging activity, and FRAP values of Pleurotus ostreatus extracted at different ethanol concentration

    +, positive correlation; -, negative correlation; *p < 0.05; **p < 0.01

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