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.6 pp.649-660
DOI : https://doi.org/10.7318/KJFC/2021.36.6.649

Antioxidant, Anti-inflammatory, Anti-obesity and Estrogen-like Activities of Soybean Pod Extracts

Eun-Suk Jung, Haeng-Ran Kim, Yu-Jin Hwang, Kyeong-A Jang, Mi-Kyung Seo, Han-na Chu*
Department of Agrofood Resources, National Institute of Agricultural Sciences, RDA
*Corresponding author: Han-na Chu, Post-Doctor, Dept. of Agrofood Resources, National Institute of Agricultural Sciences, RDA, Wanju 55365, Korea Tel: +85-63-238-3587 Fax: +85-63-238-3842 E-mail: hannachu@korea.kr
November 11, 2021 December 6, 2021 December 19, 2021

Abstract


In this study, soybean pods of 45 soybean landraces (or varieties) were classified as yellow (19 samples), black (23 samples), or black in green (3 samples) based on soybean seed coat color. Total polyphenol and flavonoid contents were measured, and antioxidant, anti-inflammatory, anti-obesity, and estrogen-like activities were assessed. Total polyphenol and flavonoid content ranges were 24.13-108.03 mg GAE/g and 3.31-72.02 mg CE/g, respectively, and were highest in the black group followed by the yellow group and were least in the black in green group, while ABTS and DPPH activities followed the order black in green > black > yellow. Estrogen-like and estrogen receptor-α activity ranges were 29.06-35.58 pg/mL and 7.05-10.13 pg/mL and were followed the order yellow > black > black in green and black in green > yellow > black, respectively. Nitric oxide (NO) inhibitory and UCP-1 activities followed the same order as estrogen receptor-α activities. Our findings suggest that soybean pods are excellent sources of antioxidants and high-quality functional materials.


Functional components , physiological activity , soybean pods , estrogen-like activity , antioxidant activity

콩깍지 추출물의 항산화·항염·항비만 및 에스트로겐 유사활성 평가

정 은숙, 김 행란, 황 유진, 장 경아, 서 미경, 추 한나*
국립농업과학원 농식품자원부

초록

    I. 서 론

    1980년대 이후 선진국은 농산물 유래 식품의 3차 기능(대 사조절 기능: 질병의 예방 및 치료, 생체 방어 및 조절 등)에 주목하고 있으며 건강 관련 기능성이 알려진 작물의 소비가 증가하고 있다. 미국 국립 암연구소는 콩, 마늘, 양배추 등을 암 예방에 가장 좋은 식품으로 보고한 바 있다. 그중 콩은 단백질과 지방의 중요한 급원으로 무기질, 비타민, 필수아미 노산인 lysine이 풍부하며 oligosaccharide, phytic acid, dietary fiber, saponin, trypsin inhibitor, isoflavone 등의 기 능성 물질을 함유하고 있어 전 세계적으로 중요한 기능성 작 물로 활용되고 있다(Lee et al. 2013;Hwang et al. 2019).

    콩의 주요한 생리활성 물질로 알려진 isoflavone은 aglycones, glucosides, acetylglucosides, malonylglucosides 등 핵심 성분 12종을 포함하고 있으며 Lee et al. (2020), 콩 품종, 지역, 수확시기, 토양비옥도, 빛 처리, 저장 시기 등 의 다양한 조건에 따라 함량의 변화가 나타난다고 보고되었 다(Lee et al. 2020). 또한 콩의 색깔과 콩 무게가 이소플라 본, 안토시아닌, 페놀화합물의 함량에 영향을 미치고, 이러한 물질에 의해 다른 ABTS, DPPH, FRAP 등 항산화 활성을 나타낸다고 보고하였다(Choi et al. 2020). 특히 콩의 이소플 라본은 항암, 골다공증 예방의 기능을 수행하는 유용 생리활 성 물질로, 콩 배아에 다량 함유되어 있고 여성호르몬 estrogen과 유사하여 식물성 에스트로겐이라 불리며, 항산화 능으로 심혈관계 질환 예방에도 효과적이다(Jeon et al. 2015;Min et al. 2019).

    콩의 부산물인 콩잎은 우리나라와 일본에서 장아찌 등의 채소로 식용되고 있으며, 콩 종실과 달리 콩잎에는 malonylgenistin, genistin만 존재하였으며 6개의 알려지지 않은 플라 보노이드가 존재하여, NMR을 이용하여 확인한 결과 모두 kaempferol glycosides인 것으로 조사되었다(Ho et al. 1998). 또한 난소절제로 유도된 비만 rats에 이소플라본이 풍부하게 들어있는 콩(Glycine max)잎 추출물을 경구투여한 결과 지 방산 산화 강화를 통해 갱년기와 연관된 비만 개선에 효과 가 있음을 보고하였다(Xie et al. 2018).

    다른 부산물인 콩깍지에 대해서도 isoflavone, anthocyanin 색소와 80%의 식이섬유가 함유되어 있어 생리적인 효과를 기대할 수 있으며, 많은 함량의 식이섬유는 소화기 건강, 체 중 관리, 심혈관 건강 및 고지혈증과 고콜레스테롤증 효과 등이 있다고 보고되었으며, 검정콩의 콩깍지에서 항산화 효 과가 뛰어난 glycitein이 다량 검출되었다(Ko et al. 1998;Sin & Han 2001;López-Marcos et al. 2015). 한편 콩깍지 를 효율적으로 활용하기 위한 시도로, ‘콩꼬투리 추출물을 함 유하는 항산화용 조성물’(Sim et al. 2012a, 특허 출원번호 10-2012-0084925)과 ‘콩꼬투리 추출물을 포함하는 항염증용 조성물(Sim et al. 2012b, 특허 출원번호 10-2012-0084926) 이 출원된 바 있다.

    본 연구는 농촌진흥청 농업유전자원센터와 공동으로 콩의 우수한 유전자원 선발을 위한 연구 과정 중, 콩의 부산물인 콩깍지의 기능성을 확인하고 활용 가능성을 검토하고자 수 행되었다. 콩깍지의 기능성 연구는 아직 초기 단계이지만, 기 존의 연구에서 콩꼬투리의 이소플라본 함량이 검출되었기 때 문에 생리활성 물질을 함유한 기능성 소재로서 활용 가능성 이 예측되었다. 이에 콩깍지 추출물을 종피 색에 근거하여 3 가지(황색, 검정색, 녹색에 검정무늬)로 분류하고, 총 폴리페 놀과 총 플라보노이드 함량을 측정하고, 항산화, 항염증, 항 비만 활성(갈색지방 전환능), 에스트로겐 유사활성 등의 효 능을 분석하였다. 콩 부산물인 콩깍지의 효능을 구명하여 저 렴한 비용으로 기능성 물질을 확보할 수 있다면, 농산물의 부가가치 향상 및 산업적 활용도를 높일 수 있을 것으로 기 대된다.

    II. 연구 내용 및 방법

    1. 실험 재료

    본 실험에 사용된 콩깍지는 전주시 중동 국립농업과학원 농업유전자원센터에서 총 23,199종의 대두 중에서 농업형질, 성분 함량이 우수한 자원을 1,000종을 선발하였고, 선발한 핵심 자원 중 총 45종을 선정하였다. 핵심 자원은 품종이 등 록되지 않은 자원이므로 대조군으로는 품종으로 등록되어 생 산 유통되고 있는 대원(황색), 청자 2호(검정색)를 선정하였 다. 모든 시료는 국립농업과학원 농업유전자원센터 포장에서 2019년 6월에 파종, 9월에 수확하여 콩 종자와 콩깍지를 분 리하고 동결건조 후 분말화 과정을 거쳐 분석 시료로 제조 하였다. 실험에 사용한 콩의 종피색, IT 번호, 원산지 등의 정보는 <Table 1>에 제시하였다. Zhang et al. (2007)의 추 출 방법으로 분말화된 시료 10 g을 칭량하고 96% 에탄올 100 mL과 혼합한 후 shaking water bath (WiseBath, Daihan Scoemtific, Korea)에서 80°C, 8시간 동안 교반하였다. 교반 이 끝난 추출액의 상등액을 0.45 μm syringe filter (TPP, Spritzenfilter 0.45 μm, Swiss)를 사용하여 여과하였으며 감압 농축기(EYELA N-1200B, JAPAN)를 사용해 농축하고 동결 건조기(일신바이오베이스, LP30, Korea)에서 7일간 동결하여 분말 시료를 취득하였다.

    2. 총 폴리페놀 및 총 플라보노이드 함량

    콩깍지 추출물의 총 폴리페놀 함량을 측정하기 위해 추출 물 50 μL에 2% Na2CO3 용액을 1 mL 첨가하고, 3분 후에 50% folin-ciocalteu reagent를 50 μL씩 가하여 30분간 방치 하여 반응시켜 750 nm에서 흡광도를 측정하였다. 검량선 작 성 시 표준 물질(gallic acid)을 사용하여 작성하였고, 총 폴 리페놀 함량은 시료 g당 mg gallic acid로 나타내었다.

    총 플라보노이드 함량을 측정하기 위해 추출물 250 μL와 증류수 1000 μL, 5% NaNO2 용액을 75 μL 첨가한 후 교반 하여 5분 동안 반응시켰다. 반응이 끝나고 10% AICI3 용액 150 μL를 순서대로 첨가하고 혼합하여, 6분 동안 실온에서 방치한 후 1M NaOH 용액 500 μL를 첨가하여 혼합하여 11분 방치한 후 510 nm에서 흡광도를 측정하였다. 총 플라 보노이드 함량은 시료 g당 mg (+)-catechin으로 나타내었다 (Lee et al. 2016).

    3. 항산화 활성 평가

    1) ABTS-radical scavenging activity

    콩깍지 추출물의 ABTS 라디칼 소거 활성은 ABTS 양이 온을 형성시키기 위해 ABTS (2,2'-azino-bis-3-ethylbenzothiazoline- 6-sulfonic acid, Sigma-Aldrich, St. Louis, USA) 7.4 mM과 potassium persulphate 2.6 mM (Sigma-Aldrich, St. Louis, USA)를 24시간 교반하였다. 시약을 추출물에 반 응시킨 후 30분간 방치한 후 734 nm에서 흡광도 값을 측정 하였고 L-ascorbicacid를 대조구로 사용하였다.

    2) DPPH-radical scavenging activity

    DPPH 라디칼 소거 활성은 0.2 mM 1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl (DPPH, Sigma-Aldrich, St. Louis, USA) 용액을 제조 한후 추출물에 반응시켜 실온에서 30분 동안 방치, 520 nm에서 흡광도를 측정하였다. L-ascorbic acid를 대조구로 사 용하였다.

    4. 세포 배양

    1) MCF-7 세포

    MCF-7 세포(한국세포주 은행, Korea cell line bank, Seoul, Korea)는 10% fetal bovine serum (FBS)와 1%의 penicillin streptomycin (P/S)가 포함된 Roswell Park memorial institute (RPMI Medium 1640 1X, gibco) 배지로 37°C, 5%의 CO2 incubator에서 배양하였고, 암세포 특성상 정상 세포들보다 배지가 빨리 노랗게 변하는 이유로 3-4일마다 배 지를 교체하여 배양하였다.

    2) Raw 264.7 세포

    Raw 264.7 세포(한국세포주 은행, Korea cell line bank, Seoul, Korea)는 10% fetal bovine serum (FBS)와 1%의 penicillin streptomycin (P/S)가 포함된 Dulbecco’s modified eagle’s medium (DMEM, Gibco, Carlsbad, CA USA) 배 지를 이용하여 37°C, 5%의 CO2 incubator에서 배양하였고 2일 간격으로 분화를 실시하였다.

    3) C3H/10T/1/2 세포

    C3H/10T/1/2 세포(한국세포주 은행, Korea cell line bank, Seoul, Korea)는 10% fetal bovine serum (FBS)와 1%의 penicillin streptomycin (P/S)가 포함된 Roswell Park Memorial Institute (RPMI Medium 1640 1X, gibco) 배지를 사용하여 37°C, 5%의 CO2 incubator에서 배양한 후 2일 간격으로 분 화를 실시하였다.

    5. Estrogen과 estrogen receptor-α (ER) 유사 활성

    MCF-7 세포를 배양후 콩깍지 시료를 처리하고 세포 상등 액을 얻기 위해 세포를 2-8°C에서 1000×g, 20분간 원심분리 한 후 상등액을 수거하여 –20°C의 냉동고에 보관하였다. Estrogen elisa kit (K4264, BioVision, Milpitas, CA USA) 의 실험 방법에 따라 kit내 플레이트에 표준물질과 시료를 넣 고 배양 후, biotin-detection antibody working solution와 SABC (horseradish peroxidase-streptavidin conjugate) working solution을 순서대로 넣고 반응시킨 후 TMB (3,3'5,5'-tetramethylbenzidine) substrate와 Stop solution을 넣고 결과값을 산출 하기 위해 450 nm에서 흡광도를 측정하였다.

    6. Nitric oxide (NO) 억제 활성

    콩깍지 추출물의 nitric oxide (NO) 억제 활성을 측정하기 위해 RAW 264.7 세포를 96-well 플레이트에 180 μL씩 분 주하여 배양기(37°C, 5%, CO2)에서 배양하였다. 2시간 후 콩깍지 에탄올 추출물 시료를 20 μL씩 농도별로 분주하고 1 시간 배양한 후 LPS (lipopolysaccharide) 2 μL를 세포에 처 리, 24시간 동안 배양하였다. 상등액을 50 μL와 동량의 griess reagent system (G2930, Promega, Madison, WI USA) sulfanilamide solution 50 μL를 첨가하고, 실온에서 10분간 차광하여 방치 후, NED solution 50 μL를 분주한 후 실온에 서 10분간 암실에서 반응시킨 후 520 nm에서 흡광도를 측정 하였다.

    7. UCP-1 (갈색지방 전환능) 활성

    C3H/10T/1/2 세포에 콩깍지 추출물을 분주한 후 배양기 (37°C, 5%, CO2)에서 24시간 배양하였다. 배양 후 세포 상 등액을 2-8°C, 5000×g, 5분간 원심분리한 후 상등액을 수거 하여 freeze-thaw 과정을 2회 실시해주어 세포막을 깨뜨려서 –20°C의 냉동고에 보관하였다. UCP-1 elisa kit (CSBEL025554MO, Cusabio, Huston, TX USA)의 실험 방법에 따라 kit내 플레이트에 스탠다드와 시료들을 넣어 배양을 한 후 biotin-detection antibody working solution와 SABC working solution을 순서대로 넣어 반응시키고 TMB substrate 와 stop solution을 분주하여 540 nm에서 흡광도를 측정하 였다.

    8. 통계 처리

    콩깍지 추출물 시료의 평균과 표준편차를 산출하고 처리 간의 차이를 유의적으로 검증하기 위해 실험은 3회 반복하 였으며 대조군과 실험군간의 유의성을 IBM SPSS Ver. 26.0 (SPSS Inc., Chicago, IL, USA) 확인하였다. 시료간의 차이 는 일원배치 분산분석을 하였고, IBM SPSS Ver. 26.0을 이 용하였다. 모든 시료와 실험 항목의 종합적인 위치를 파악하 기 위하여 XLSTAT (2021.3.1 Trial Version, Addinsoft, Paris, France)의 PCA 분석을 실시하였다.

    III. 결과 및 고찰

    1. 콩깍지의 총 폴리페놀 및 총 플라보노이드 함량

    1) 콩깍지의 총 폴리페놀 함량 분석 결과

    총 폴리페놀 함량을 gallic acid equivalent로 환산하여 <Table 2>에 나타내었다. 종피색과 상관없이 45종 콩깍지의 총 폴리페놀 함량 평균은 66.08 mg GAE/g이었고, 24.13- 108.03 mg GAE/g의 범위로 나타났다. 종피색과 연관해서는 검정색>황색>녹색에 검정 무늬의 순서로 함량이 높았으며, 검정색 자원에서 B21 시료가 108.03 mg GAE/g으로 가장 높게 나타났으며, 이는 검정색 대조구인 C2보다 150% 이상 높은 함량이었다. 검정색 콩깍지 추출물 중 B2, B4, B5, B6, B9, B15, B17, B22, B23를 제외한 14개 시료가 검정 색 대조군 C2보다 높은 함량을 나타냈다. 검정색 종피의 콩 은 안토시아닌 색소가 많고, 그 중에서 C3G (cyaniding-3- Ο-β-glucoside)가 가장 풍부하게 함유된 색소이다. 안토시아 닌 색소는 어두운 종피색 및 붉은색을 띄며, 산화적 스트레 스에 강하여 항산화능이 높다고 보고되었다(Koh et al, 2014;Khosravi & Razavi 2021). Takahashi et al. (2005)에 의한 연구 결과에서도 종피가 황색인 시료에 비해 검정색 시료에 서 더 많은 폴리페놀 함량을 나타내었다. 콩깍지의 총 폴리 페놀 함량 분석 결과는 진행중인 공동연구의 문헌인 Choi et al. (2020)의 선행 연구에서 검정색 콩 종실이 대조군(청자2 호)에 비해 총 폴리페놀 함량이 높게 나타난 결과와 유사하 였다. 이는 콩 종실과 콩깍지와의 연관성을 예측할 수 있는 결과이다. 또한, 검은콩 종실 추출물의 약 38.04 mg GAE/g 인 총 폴리페놀 함량보다 본 연구의 콩깍지 추출물이 42.16 mg GAE/g로 더 높은 함량을 나타내었으므로 콩깍지의 폴리 페놀 성분에 의한 다양한 효능을 기대해 볼 수 있다(Peng et al. 2017).

    2) 콩깍지의 총 플라보이드 함량의 분석 결과

    각 시료의 총 플라보노이드 함량은 catechin equivalent로 환산하여 <Table 2>에 나타내었고, 총 45개 시료의 평균값 은 37.67, 3.31-72.02 mg CE/g의 범위로 나타났다. 종피색과 관련해서는 종피가 검정색 자원에서 72.02 mg CE/g으로 가 장 높았으며 검정색>황색>녹색에 검정무늬의 순서로 높은 함량이 나타났다. 이는 종피색에 따른 총 폴리페놀 함량과 유사한 경향으로, 총 폴리페놀 함량은 시료의 색 변화에 영 향을 주는 주요 인자로 알려져 있고 시료의 색은 총 플라보 노이드 함량과도 관계가 있으므로(Shin 2019;Choi et al. 2021) 나타난 결과임을 알 수 있다. 검정색 시료인 B21는 최 고값인 72.02 mg CE/g으로 검정콩 대조구인 C2 (7.69 mg CE/g)보다 약 9.4배 이상의 높은 함량을 나타냈으며, 황색콩 은 Y1, Y2, Y3, Y4, Y8, Y12, Y17를 제외하고 대조구 C1보다 높은 함량을 나타내어 아직 품종화되지 않은 자원(45 종의 시료)에서 기능성 물질 함량이 높은 우수자원을 선발하 여 품종화 할 수 있을 것으로 기대된다. Black turtle bean은 홍차, 녹차 및 블랙베리보다 더 높은 총 플라보노이드 함량 을 나타냄으로써(Tan & Chang 2017), 검정콩이 녹색, 황색 및 적색 등의 콩에 비해 높은 항산화 성분을 함유하고 있음 을 확인하였다(Peng et al. 2017).

    2. 콩깍지의 항산화 활성

    1) ABTS-radical scavenging activity

    ABTS 라디컬 소거 활성은 <Table 2>에 나타내었고 45종 의 시료 평균값은 5.43 mg AA eq/g로 측정 되었으며, 2.65- 10.37 mg AA eq/g의 범위로 나타났다. 녹색에 검정무늬>검 정색>황색의 순서로 높은 소거 활성을 나타냈다. 총 폴리페 놀 함량과 총 플라보노이드 함량에서는 검정색>황색>녹색 에 검정 무늬 순으로 높아서 ABTS 라디컬 소거능에서도 유 사한 결과를 예상하였으나, 다른 결과를 보인 것은 녹색에 검정 무늬의 시료 수가 3종으로 작아서 편차가 크지 않고, G2 시료가 10.37 mg AA eq/g로 가장 높은 라디컬 소거능을 보였기 때문으로 보인다. 황색보다 검정색 계통의 콩들은 안 토시아닌 색소에 의해 2배 이상의 소거능이 나타났으며 (Myung & Hwang 2008), Choi et al. (2020)의 청자2호 콩(4.787±0.016 mg AAE/g)보다 본 연구의 청자2호 콩깍지 (5.25±0.15 mg AA eq/g)의 ABTS 소거능이 더 높게 나타남 으로 콩 부산물로서 항산화 활성이 높은 소재임을 확인하였다.

    Sim et al. (2012a)은 콩꼬투리 추출물을 포함하는 항산화 용, 항노화용, 피부 재생용 또는 미백용 조성물에 관한 특허 를 출원하였으며, 콩꼬투리를 활용하여 제조한 조성물이 천 연물로부터 얻어지는 자연 유래의 추출물을 포함하므로 생 물체에 자극이 거의 없다고 하였다. 이는 콩꼬투리를 기능성 식품 소재 뿐만 아니라 화장품 등 다양한 항산화 소재로 활 용할 수 있음을 시사한다.

    2) DPPH-radical scavenging activity

    DPPH 라디컬 소거 활성은 <Table 2>에 나타내었고, 전체 45종 시료의 평균값은 3.29 mg AA eq/g로 측정되었으며, 0.64-8.96 mg AA eq/g의 범위로 나타났다. 종피색에 따른 함량은 ABTS와 같은 순서로 나타났음을 확인하였다. DPPH 라디컬 소거능이 가장 높은 녹색에 검정 무늬 G2 시료는 ABTS에서도 가장 높은 소거 활성을 보였으나, 총 폴리페놀 함량과 총 플라보노이드 함량이 가장 높지 않았다. 이는 폴 리페놀과 플라보노이드의 함량과 더불어 조성(구성하는 개별 유도체)의 차이가 항산화능에 영향을 미치고 있음을 추정할 수 있다. 대두에 함유된 폴리페놀 화합물은 대표적인 항산화 물질인 cholorogenic acid, isochlorogenic acid와 caffeic acid 등의 단일물질로 구성되어 있으며, 이들이 항산화 활성 에 관여한다고 보고된 바 있다. 플라보노이드 중 하나인 이 소플라본도 높은 항산화 활성 물질로 알려져 있으며, genistein은 superoxide anion의 생성을 완화하고 tumor promoter인 hydrogen peroxide를 안정화 시켜 항산화 효과를 나타낸다(Bae & Moon 1997;Park et al. 2007)고 하여, 이 와 같은 결과를 뒷받침한다.

    3. Estrogen과 estrogen receptor-α (ER) 유사활성

    에스트로겐(estrogen)은 여성 성호르몬이며, 생리주기, 임 신 및 폐경 등에 직접적으로 관여하여 다양한 기능을 조절 하는 스테로이드 계열의 호르몬이다(Bae et al. 2021). 에스 트로겐과 같은 필수 호르몬의 분비 unbalance는 비만, 골다 공증, 당뇨병, 고혈압, 고지혈증 및 대사증후군 등의 질환을 야기시킨다. 대두의 이소플라본(isoflavone)은 유사물질인 phytoestrogen이 함유되어 있어, 식물성 에스트로겐으로서 호 르몬 의존성 질환에 대한 잠재적인 대체 요법으로 사용되고 있다(Kim 2021). 또한, 콩의 이소플라본은 estrogen과 antiestrogen의 기능을 모두 가지고 있기 때문에 적절한 콩 섭취 가 폐경기 여성들의 갱년기증상을 완화시킨다(Kim et al. 2016).

    본 연구에서 콩깍지 추출물을 MCF-7 세포에 처리하여 estrogen과 estrogen receptor-α 유사활성을 추출물을 처리하 지 않은 대조군(CON)과 비교하여 분석하였다. 콩깍지 시료 45종의 estrogen 유사활성 평균값은 32.35 pg/mL이며 29.06- 35.58 pg/mL의 값을 나타났으며 종피가 황색인 Y11의 콩깍 지 추출물에서 35.58 pg/mL으로 가장 높게 나타났다. 종피색 에 따른 estrogen 유사활성은 황색>검정색>녹색에 검정무 늬 순으로 높았다<Figure 1>. 콩깍지 45종의 estrogen receptor-α 활성 평균값은 8.42 pg/mL이며 7.05-10.13 pg/mL 의 범위로 나타났으며, 종피가 황색인 Y13의 콩깍지 추출물 에서 10.13 pg/mL로 가장 높게 나타났다<Figure 2>. 콩깍지 의 estrogen 유사활성 결과는 Kim et al. (2016)의 in vitro 실험에서 콩 종실의 세포증식과 estrogen 유사활성을 증가시 키는 결과와 일치하였다. 콩깍지는 또한, 건강증진에 효과를 나타내는 풍부한 생리활성 물질이 많아서 항산화 효능 및 전 반적인 우리 몸의 호르몬 조절에도 관여한다고 보고하였다 (Mateos-Aparicio et al. 2010). 따라서, 콩깍지에 함유되어 있는 물질들을 통해 여성호르몬 보완 역할을 하여 갱년기 증 상 완화에 도움을 주고, 세포 내 estrogen과 estrogen receptor-α 유사활성을 높여 주어 내분비계의 정상적인 순환 을 기대할 수 있을 것으로 생각된다.

    4. Nitric oxide (NO) 억제 활성 측정

    일반적인 염증 반응은 상처에 반응하는 면역세포인 대식 세포의 활성화, 외부 물질에 의해 조절되며 염증 반응에 중 요한 역할을 하는 prostaglandin E2, interferons, cytokine, nitric oxide (NO)와 같은 염증성 매개 인자의 조절을 통해 이루어지고 있다(Park & Lee 2018). Nitric oxide (NO) 과 잉 생성 시 염증을 촉진하고 심화시키며, 광범위한 생리적 활성으로 혈관계, 신경계, 면역계 등에 관여하며 종양에 중 요한 요인으로 알려져 있다(You & Moon 2016). Macrophage (대식세포)가 염증에 감염되면 반응하여 숙주를 보호하는 임 무를 하는 그람 음성균의 외막 성분이 LPS (Lipopolysaccharide) 이며, 지나친 자극을 받게 되면 macrophage (대식 세포)에서 염증성 매개 물질인 TNF-α (tumor necrosis factor-α), IL (interleukin)-1β, IL-16를 분비하게 된다(Kim et al. 2014). 본 연구에서는 콩깍지 추출물이 LPS로 자극이 유도된 RAW 264.7 세포에서 항염증 지표가 되는 NO 저해 활성을 확인하였다<Figure 3>. 콩깍지 45종의 NO 저해 활 성 평균값은 8.23 μM이며, 6.29-10.57 μM 범위의 억제 활성 을 나타냈다. 종피색과 관련해서는 녹색에 검정무늬>황색> 검정색 순서로 저해 활성이 높았다. 이중 검정색 종피의 B16 시료는 6.29 μM로 콩깍지 추출물 중 NO 저해 활성이 가장 높은 것으로 확인되었다. Lee et al. (2010)은 RAW 264.7 세포에 LPS를 취한 후 증가된 NO 생산이 검정콩 종피 추출 물을 처리하였을 때, NO 생성을 억제하는 것임을 확인하였 고, 콩의 대표적인 isoflavone인 genistein, daidzein 및 glycitein을 LPS 처리한 세포에 대하여 항염증 효과를 분석 하였을 때, NO 생성이 감소하는 것으로 조사되었고(Sheu et al. 2001), 본 연구 결과와 일치하는 것으로 나타났다.

    5. C3H/10T/1/2 세포에서 항비만 활성(UCP-1 발현) 측정

    비만은 지방 조직에 비정상적인 양의 체지방이 축적되어 발생하며 지방 조직은 주요 대사 기관으로 백색 지방 조직 (WAT: white adipose tissue) 또는 갈색 지방 조직(BAT: brown adipose tissue)으로 분류된다. WAT와 BAT는 다른 해부학적 위치, 형태학적 구조, 기능 및 유전자 발현 패턴이 특징이며, WAT는 주로 트리글리세리드 형태의 에너지 저장 및 동원에 관여하며 BAT는 UCP-1 (uncoupling protein-1) 를 매개로 비떨림 열 발생을 통해 에너지를 열로 발산하여 체중 감소에 유의적인 효과를 나타낸다(Fedorenko et al. 2012;Bae & Kim 2017).

    본 연구에서는 특별히 갈색지방 전환능으로 항비만 효과 를 측정하고자, 콩깍지 추출물을 C3H/10T/1/2 세포에 처리 하여 UCP-1 활성을 분석하였다. 콩깍지 45종의 UCP-1 활성 의 평균값은 226.65 μM이며 모든 시료가 117.56-353.72 μM의 범위에서 활성을 나타내었다. 종피색과 관련하여 녹색 에 검정 무늬>황색>검정색의 순으로 높은 활성을 나타내었 다. 시료 중 B4의 활성이 353.72 μM로 가장 높게 나타났으 며 갈색지방 전환능이 가장 높아 비만에 효과가 있음을 확 인하였다<Figure 4>. Yurchenko et al. (2017)는 강낭콩 꼬 투리를 고칼로리 식이와 함께 rats에게 급여했을 때 체중과 BMI가 감소하였다고 보고하여 본 연구 결과와 유사한 결과 를 보였다.

    6. 주성분 분석(principal component analysis; PCA) 결과

    콩깍지 시료와 기능성물질 함량, 효능과의 관계를 종합적 으로 살펴보기 위하여 주성분 분석(PCA)을 실시한 결과, 제 1주성분(PC1)에서는 35.53%를, 제2주성분(PC2)에서는 20.29% 를 설명해 주어 총 55.83%가 <Figure 5>와 같이 설명되었 다. PC1과 PC2에 대하여 기능성 물질 함량과 효능의 분포 를 살펴보면, PC1에 대해서는 총 폴리페놀과 총 플라보노이 드 함량이 양(+)의 방향으로 부하 되었다. PC2에 대해서는 효능과 관련된 estrogen 및 estrogen receptor-α 유사활성, 항 염증 활성(NO 생성 억제), 항비만 활성(UCP-1 발현)은 양 (+)의 방향에, 항산화 관련 항목은 음(−)의 방향에 부하되었 다. 기능성 물질인 총 플라보노이드 함량과 총 폴리페놀 함 량은 가까운 위치에 있고, 항산화 활성을 나타내는 DPPH 및 ABTS 소거능도 가까운 위치에 놓여 연관성이 있음을 나타 냈다. 또한 항염증 활성(NO 생성 억제), 항비만 활성(UCP- 1 발현), estrogen 및 estrogen receptor-α 유사활성이 가까이 위치하여 상호 연관성이 있는 것으로 나타났다.

    시료와 효능과의 관계를 살펴보면 총 플라보노이드, 총 폴 리페놀 함량은 검정색의 B20, B21과 DPPH, ABTS 소거능 인 항산화 활성 특성과는 검정색의 B17, B23 시료 등으로 종피색과 연관성이 있음을 알 수 있었다. 연구 보고에 따르 면 검정색 콩에 안토시아닌 함량이 다른 색 콩보다 많이 농 축되어 있으며, 안토시아닌의 99% 이상이 종자 외피의 표피 벽층에 농축되어 있어 검정색 색소 침착이 활발하여(Choi et al. 2020) 콩깍지에도 영향을 미친것으로 사료 된다. 또한 estrogen receptor-α 활성은 황색의 Y4, Y8, Y13과 가까이 위치하였고, 항염증 활성(NO 생성 억제), 항비만 활성(UCP- 1 발현), estrogen 유사활성은 황색 시료인 Y1, Y2, Y12 등 이 관련이 있는 것으로 설명되었다.

    IV. 요약 및 결론

    본 연구는 콩의 부산물인 콩깍지 추출물을 기능성 소재로 활용하고자, 종피색이 다른 대두의 콩깍지 추출물을 활용하 여 항산화(ABTS, DPPH) 항염증(NO), 항비만(UCP-1) 활성 및 estrogen, estrogen receptor-α 유사활성을 측정하였다. 콩 의 종피색에 따라 콩깍지를 황색 19종, 검정색 23종, 녹색에 검정 무늬 3종으로 분류하고, 대조 품종으로 황색 1종(대원 콩), 검정색 1종(청자2호)을 사용하였다. 전체 시료의 총 폴 리페놀 및 총 플라보노이드의 함량은 각각 24.13-108.03 mg GAE/g, 3.31-72.02 mg CE/g 범위이며 색깔별로는 검정색> 황색>녹색에 검정 무늬 순으로 높은 함량을 나타냈다. ABTS, DPPH의 활성은 2.65-10.37 mg AA eq/g, 0.64-8.96 mg AA eq/g 범위이며 녹색에 검정 무늬>검정색>황색의 순으로 높은 활성을 나타냈다. Estrogen, estrogen receptor-α 의 유사활성은 29.06-35.58, 7.05-10.13 pg/mL의 범위이며, 에스트로겐 유사활성은 황색>검정색>녹색에 검정 무늬 순 이며 estrogen receptor-α 활성은 녹색에 검정 무늬>황색> 검정색의 순으로 차이를 보였다. 또한, 항염증 활성(NO 생 성 억제), 항비만 활성(UCP-1 발현)은 6.29-10.57, 117.56- 353.72 μM의 범위이며, 색깔별로는 2가지 활성 모두 녹색에 검정 무늬>황색>검정색의 순으로 높게 나타났다.

    기능성물질 함량과 효능 및 시료와의 관계를 설명하기 위 해 주성분 분석(PCA)을 한 결과, 시료와 효능과의 관계를 살 펴보면 총 플라보노이드, 총 폴리페놀 함량은 검정색의 B20, B21과 DPPH, ABTS 소거능인 항산화 활성 특성과는 검정 색의 B17, B23 시료 등이 관련이 높아서 검정 종피색이 영 향을 미치는 것으로 추측되었다. 또한, estrogen receptor-α 활성은 황색의 Y4, Y8, Y13과 가까이 위치하였고, 항염증 활성(NO 생성 억제), 항비만 활성(UCP-1 발현), estrogen 유사활성은 황색 시료인 Y1, Y2, Y12 등이 관련이 있는 것 으로 나타났다.

    결론적으로, 콩깍지 추출물은 총 폴리페놀과 총 플라보노 이드의 함량, 항산화 활성에 차이를 보이고, estrogen과 estrogen receptor-α의 유사활성을 높여 주는 것을 알 수 있 었다. 또한 콩깍지 추출물은 LPS에 의한 과도한 NO 생성을 감소시켜 항염증 활성이 높은 것으로 확인하였고, 갈색지방 전환능이 높게 나타나 비만 예방에도 효과가 있을 것으로 예 상 되었다. 또한, 시험군(품종 등록 이전 단계의 자원)중 효 능이 우수한 개별 콩깍지 자원이 확인되어, 향후 우수 콩 품 종 개발 및 폐기물로 처리되는 콩깍지의 기능성 소재화를 위 한 기초 연구 자료로 활용하고자 하며 추가 연구가 필요할 것으로 생각된다.

    감사의 글

    본 연구는 농촌진흥청 국립농업과학원 농식품자원연구(과 제번호 PJ01417202)의 지원에 의하여 수행되었고, 이에 감 사드립니다.

    Figure

    KJFC-36-6-649_F1.gif

    Estrogen-like activities in soybean pods extract.

    Data are presented as the mean (±SD). Different letters are significantly different from each other among samples at p<0.05 by Duncan’s multiple range test (a-m). *Significantly different from CON (p<0.05)

    KJFC-36-6-649_F2.gif

    Estrogen receptor-α activities in soybean pods extract.

    Data are presented as the mean (±SD). Different letters are significantly different from each other among samples at p<0.05 by Duncan’s multiple range test (a-y). *Significantly different from CON (p<0.05)

    KJFC-36-6-649_F3.gif

    Nitric oxide (NO) activities in soybean pods extract.

    Data are presented as the mean (±SD). Different letters are signficantly different from each other among samples at p<0.05 by Duncan’s multiple range test (a-k). *Significantly different from (+)LPS (p<0.05)

    KJFC-36-6-649_F4.gif

    UCP-1 activities in soybean pods extract.

    Data are presented as the mean (±SD). Different letters are significantly different from each other among samples at p<0.05 by Duncan’s multiple range test (a-s). *Significantly different from CON (p<0.05)

    KJFC-36-6-649_F5.gif

    Contents of total polyphenol and flavonoid, and physiological activity of soybean pods.

    According to the different soybean seed coat color, on first (x) and second (y) principal component alysis. Sample codes: Y1-Y19, B1-B23, G1- 3 and Control cultivar (C1-C2), see <Table 1> for tentative identification of samples. Functional components and physiological activity: polyphenol, content of total polyphenol; Flavonoid, content of total flavonoid; ABTS, ABTS activity; DPPH, DPPH activity; estrogen, estrogenlike activity; ER, estrogen receptor-α activity; NO, nitric oxide inhibition activity; UCP-1, uncoupling protein-1 activity.

    Table

    List of soybean pod samples

    Contents of total polyphenol, total flavonoid and antioxidant activities of soybean pods

    Reference

    1. Bae EA , Moon GS. 1997. A study on the antioxidative activities of korean soybeans. J. Korean Soc. Food Sci. Nutr.. 26(2):203-2085
    2. Bae JY , Kim HJ , Park WS , Ahn MJ. 2021. Estrogenic activity of leguminosae species in Korea using MCF-7 cells. Kor. J. Pharmacogn., 52:118-125
    3. Bae KH , Kim WG. 2017. Proteomic studies of brown adipose tissue (BAT) activation and white adipose tissue (WAT) browning. Korean J. Food Sci. Thchnol., 50(1):26-35
    4. Choi YM , Yoon HM , Lee SY , Ko HC , Shin MJ , Lee MC , Hur OS , Ro NY , Desta KT. 2020. Isoflavones, anthocyanins, phenolic content, and antioxidant activities of black soybeans (Glycine max (L.) Merrill) as affected by seed weight. Sci. Rep., 10:19960
    5. Choi YM , Yoon HM , Shin MJ , Lee YJ , Lee SY , Hur OS , Ro NY , KO HC , Yi JY , Lee SH , Kim HW , Hwang YJ , Lee MC , Desta KT. 2021. Difference in cotyledon color and harvest period affect the contents of major isoflavons and anthocyanins in black soybeans. Plant Breed Biotech., 9(1):65-76
    6. Fedorenko A , Lishko PV , Kirichok Y. 2012. Mechanism of fattyacid- dependent UCP1 uncoupling in brown fat mitochondria. Cell, 151(2):400-413
    7. Ho HM , Chen R , Huang Y , Chen ZY. 1998. Vascular effects of a soy leaves (Glycine max) extract and kaempferol glycosides in isolated rat carotid arteries. Planta Med., 68(6):487-491
    8. Hwang CE , Kim SC , Lee JH , Lee DH , Cho KM. 2019. Comparison of primary and secondary metabolite compositions and antioxidant effects of specific soybean cultivars. Korean J. Food Preserv., 26(5):555-565
    9. Jeon KS , Xu YL , Park SI. 2015. Identification and antioxidative effects of phenolic compounds from chinese coybean (Heinong 48). Culin. Sci. Hosp. Res., 21(3):259-269
    10. Khosravi A , Razavi SH. 2021. Therapeutic effects of polyphenols in fermented soybean and black soybean products. J. Funct. Foods, 81:1-15
    11. Kim IS. 2021. Current perspectives on the beneficial effects of soybean isoflavones and their metabolites for humans. Antioxidants, 10:1-54
    12. Kim MJ , Bae GS , Choi SB , Jo IJ , Kim DG , Shin JY , Lee SK , Kim MJ , Park SJ , Song HJ. 2014. The anti-inflammatory effect of Taraxacum coreanum on lipopolysaccharide induced inflammatory response on RAW 264.7 cells. Kor. J. Herbology, 29(6):21-26
    13. Kim MY , Jang GY , Ji YM , Kim KM , Kim HS , Lee JS , Jeong HS. 2016. Isoflavone composition and estrogenic activity of germinated soybeans (Glycine max) according to variety. J. Korean Soc. Food Sci. Nutr., 45:1430-1437
    14. Ko MK , Kwon TW , Song YS ,1998. Effects of yellow and black soybeans on plasma and hepatic lipid composition and fecal lipid excretion in rats. J. Korean Soc. Food Sci. Nutr., 27(1):126-131
    15. Koh KO , Youn JE , Kim HS. 2014. Identification of anthocyanins in black soybean (Glycine max (L.) Merr.) varieties. J. Food Sci. Technol., 51(2):377-381
    16. Lee HJ , Do WN , Kim YH. 2010. In vitro biological activities of anthocyanin crude extracts from black soybean. Korean J. Crop Sci., 55(1):65-69
    17. Lee S , Lee YB , Kim HS. 2013. Analysis of the general and functional components of various soybeans. J. Korean Soc. Food Sci. Nutr., 42(8):1255-1262
    18. Lee SH , Jeong YS , Song J , Hwang KA , Noh GM , Hwang IG. 2016. Chemical composition and physiological activity of Opuntia ficus-indica depending on different cultivation regions. Korean J. Food Nutr., 29(4):521-528
    19. Lee SJ , Kim HW , Lee SJ , Na HN , Kwon RH , Kim JH , Yoon HM , Choi YM , Wee CD , Yoo SM , Lee SH. 2020. Characterization of isoflavones from seed of selected soybean (Glycine max L.) resources using high-resolution mass spectrometry. Korean J. Food Nutr., 33(6):655-665
    20. López-Marcos MC , Bailina C , Viuda-martos M , Pérez-Alvarez JA , Fernández-López J. 2015. Properties of dietary fibers from agroindustrial coproducts as source for fiberenriched foods. Food Bioproc. Tech., 8:2400-2408
    21. Mateos-Aparicio I , Redondo-Cuenca A. Villanueva-Suárez, MJ. Zapata-Revilla, MA. Tenorio-Sanz, MD. 2010. Pea pod, broad bean pod and okara, potential sources of functional compounds. Food Sci. Technol., 43(9):1467-1470
    22. Min KN , Lee GH , Park SJ , Choe TB. 2019. Physiological activity and efficacy of cosmetic products in bio-converted soybean embryo extract. J. Korea Converg. Soc., 10(3):211-219
    23. Myung JE , Hwang IK. 2008. Functional components and antioxidative activities of soybean extracts. Korea Soybean Digest, 25(1):23-29
    24. Park JH , Lee SR. 2018. Anti-inflammatory activities of scolopendra subspinipes mutilans in RAW 264.7 cells. J. Nutr. Health, 51(4):323-329
    25. Park JW , Lee YJ , Yoon S. 2007. Total flavonoids and phenolics in fermented soy products and their effects on antioxidant activities determined by different assays. J. Korean Soc. Food Cult., 22(3):353-358
    26. Peng H , Li W , Li H , Deng Z , Zhang B. 2017. Extractable and non-extractable bound phenolic compositions and their antioxidant properties in seed coat and cotyledon of black soybean (Glycinemax (L.) Merr). J. Funct. Foods, 32:296- 312
    27. Sheu F , Lai HH , Yen GC. 2001. Supression effects of soy isoflavones on nitric oxide production in RAW 264.7 macrophages. J. Agric. Food. Chem., 49(4):1762-1772
    28. Shin EH. 2019. Chemical croperties and antioxidants ability of sword bean (Canavalia gladiate) pod extract. Culin. Sci. Hosp. Res., 25(8):127-134
    29. Sim JS , Park JS , Kang YG , Hwang KH , Park JH , Yeom MH , Jo JC. 2012a. Composition for antioxidation containing extract of soybean pod. Patent application number (10- 2012-0084925). KIPO
    30. Sim JS , Park JS , Kang YG , Hwang KH , Park JH , Yeom MH , Jo JC. 2012b. Composition for antiinflammation containing extract of soybean pod. Patent application number (10- 2012-0084926). KIPO
    31. Sin MK , Han SH. 2001. Effects of methanol extracts from phaseolus vulgaris on serum lipid concentrations in rats fed high fat and cholesterol diet. Korean J. Food Sci. Technol., 33(1):113-116
    32. Takahashi R , Ohmori R , Kiyose C , Momoyama Y , Ohsuzu F , Kondo K. 2005. Antioxidant activities of black and yellow soybeans against low density lipoprotein oxidation. J. Agric. Food Chem., 53(11):4578-4582
    33. Tan Y , Chang S KC. 2017. Digestive enzyme inhibition activity of the phenolic substances in selected fruits, vegetables and tea as compared to black legumes. J. Funct. Foods, 38:644-655
    34. Xie Cl , kang SS , Cho KM , Park KH , Lee DH. 2018. Isoflavoneenriched soybean (Glycine max) leaves prevents ovariectomy-induced obesity by enhancing fatty acid oxidation. J. Funct. Foods, 43:165-172
    35. You SH , Moon JS. 2016. Research regarding curcumin and soybean extract’s influence on anti-inflammatory and acne and skin-repairing effect on RAW 264.7 macrophages. J. Korean Oil Chemist’s Soc., 33(2):311-323
    36. Yurchenko A , Raksha N , Savchuk O. 2017. The influence of kidney beans (Phaseolus vulgaris) pods extract on obesity development. Bulletin of Taras Shevchenko National University of Kyiv-Biology, 72(2):86-88
    37. Zhang EJ , Ng KM , Luo KQ. 2007. Extraction and purification of isoflafvones from soybeans and characterization of their estrogenic activities. J. Agric. Food Chem., 55:6940-6950
    Copyright © Korean Society of Food Culture. All right reserved.