감태(Ecklonia cava) 아임계 수 추출물의 물리화학적 및 항당뇨 활성의 특성

Abstract

2021년 기준, 전 세계 당뇨병 인구는 5억 3,660만 명으로 추정되며 2045년에는 7억 8,320만 명으로 증가할 것으로 예상된다. 현재 치료법은 악화에 대한 약한 통제로 이루어져 있으며, 이러한 치료제는 부작용이 있다는 것으로 알려져 식후 혈당 상승을 억제하는 천연 제품 개발의 필요성이 절실하다. 감태 (Ecklonia cava)는 다시마목 미역과에 속하는 갈조류로, 한국의 남해안 및 일본에 서식하고 있다. 이번 연구에 사용된 감태의 일반성분의 조성은 47.14±0.54%가 탄수화물로 이루어져 있으며, 회분이 21.12±0.10%, 수분 17.55±0.17%, 조단백 11.74±0.08% 및 조지방 2.45±0.20%로 이루어져 있다. 해조류는 일반적으로 탄수화물을 가장 많이 포함하고 있으며, 비타민 및 미네랄 등으로 인하여 회분 함량이 높은 것으로 알려져 있다. 감태에는 폴리페놀이 다량 함유되어 있다고 알려져 있으며 그 중 플로로탄닌이 풍부하다. 플로로탄닌은 항균, 항산화, 항바이러스, 항암 활성 등이 있으며, 동맥경화 고혈압 및 뇌졸중 등 성인병 예방에 효과적이다. 이외에도 후코이단과 알긴산 같은 다당류도 많이 함유하고 있는데, 후코이단은 항산화, 항바이러스 및 항혈전 활성이 있다 알려져 있다. 이외에도 비타민 A 및 후코잔틴이나 카르티노이드 등의 색소류도 다량 함유되어 있다. 감태에 함유된 다양한 생리 활성 물질을 추출하기 위하여 아임계 수 추출법을 이용하였다. 아임계 수 추출법은 물의 끓는점과 임계점 사이의 온도와 압력을 조절하여 유전상수율이 낮아지며 강력한 가수분해력 및 유기물 용해력을 가져 유용성분 추출 및 저분자화에 효과적이다. 이는 용매로 물만을 이용하여 친환경적이고 독성이 없으며 추출 시간을 대폭 단축할 수 있다는 장점을 가지고 있다. 다양한 조건으로 추출한 감태 추출물은 비교를 위하여 메탄올 추출을 진행하였으며, 이들의 추출 효율, pH, 색도, 화학적 특성(총 페놀 함량, 총 플라보노이드 함량, 총 당 함량, 환원당 함량), 항산화 활성(ABTS+, DPPH, FRAP)을 확인하였다. 또한, 감태 추출물을 동결건조하여 항당뇨 활성(α-amylase, α-glucosidase 억제 활성)을 확인하였다. 감태 추출물의 추출 효율은 46.33~64.07%로 온도가 증가함에 따라 상승하였다. 화학적 특성의 경우 총 페놀 함량은 110℃에서 가장 높았으며, 총 플라보노이드 함량, 총 당 및 환원당 함량은 140℃에서 가장 높았다. 항산화 활성의 경우 ABTS+, DPPH 라디칼 소거능의 경우 110℃에서 가장 높았고 FRAP의 경우 140℃에서 가장 높았다. 항당뇨 활성의 경우 α-amylase 활성의 경우 메탄올 추출물이 IC50값이 2.18±0.01 mg/mL로 가장 좋았으며, 아임계 수 추출물 중에서는 110℃가 8.19±0.35 mg/mL로 가장 좋은 활성을 보였다. α-glucosidase의 경우 110℃ 추출물의 IC50값이 26.57±0.48 μg/mL로 가장 좋은 활성을 띠었고 그다음 140℃ 추출물이 41.36±0.88 μg/mL이었다. 다음과 같은 활성을 지닌 감태 추출물을 이용하여 밥을 제조하였다. 다양한 조건으로 제조된 밥의 물리적 특성은 일반적인 밥과 비교하여 큰 차이는 없지만 감태 추출물이 밥 조직감에 약간의 부정적인 영향을 미치는 것을 확인할 수 있었다. 이들의 in vitro 전분 소화 특성을 살펴보면, 감태 추출물을 첨가함으로 빠르게 소화되는 전분(RDS)은 감소하고 저항성 전분(RS)은 향상되는 결과를 얻었다. RS는 예상 혈당 지수와 매우 관련이 있으며, 추출물을 첨가하지 않은 밥의 예상 혈당 지수가 94.36±0.23%일 때, 110 ℃ 감태 아임계 수 추출물을 첨가하여 밥을 제조하면 67.85±0.13%, 이외에도 71.74%-75.72%로 확연히 줄어든 것을 확인할 수 있었다. 이와 같은 결과를 통하여 아임계 수 추출을 이용한 감태 추출물은 항산화 및 항당뇨 활성 등 생리활성에 효과적이었으며, 이들을 식품에 첨가하면 전분 소화 시간을 늦춰 식후 혈당 조절이 필요한 이들에게 도움을 줄 것이라 예상된다. 이외에도 다양한 분야에서 활용할 수 있는 소재로 이들의 기초 자료로써 활용 가치가 높다고 판단된다.|Diabetes is a significant worldwide health issue, with the number of diabetics affected projected to increase from 536 million in 2021 to 782 million in 2045. Additionally, treatments often have undesirable side effects, emphasizing the need for exploring the potential of natural products for develop safer and more effective management strategies. Ecklonia cava, a brown seaweed native to the southern coasts of Korea and Japan, is being considered as a potential source of bioactive compounds with promising health benefits. The analysis of E. cava used in the study showed that its composition as 47.14±0.54% carbohydrate, 21.12±0.10% ash, 17.55±0.17% moisture, 11.74±0.08% crude protein, and 2.45±0.20% crude lipid. It is generally known that seaweeds contain high levels of carbohydrates and ash, which can be attributed their vitamin and mineral content. E. cava is particularly rich in polyphenols, such as phlorotannins, which have beneficial properties like antibacterial, antioxidant, antiviral, and anticancer effects. These compounds contribute to the prevention of adult diseases, including arteriosclerosis, hypertension, and stroke. Additionally, the seaweed contains polysaccharides, such as fucoidan and alginic acid, which are antioxidant, antiviral, and antithrombotic activities. It also contains high levels of vitamin A and pigments, including fucoxanthin and carotenoids. To extract the various bioactive components, present in E. cava, the subcritical water extraction was utilized. Subcritical water extraction involves adjusting the temperature and pressure between the boiling point and critical point of water, reducing the dielectric constant, and enhancing strong hydrolytic and organic solubility, making it effective for the extraction and depolymerization of useful components. This method has the advantage of using only water as a solvent, making it environmentally friendly and non-hazardous, and significantly shortening the extraction time. Methanol extraction was performed for comparison. The extraction efficiency of E. cava extracts ranged from 46.33 to 64.07% and increased with increasing temperature. In term of chemical properties, the total phenolic content was highest at 110℃ E. cava subcritical water extract (ESE), while the total flavonoid, sugar and reducing sugar contents were highest at 140℃ ESE. For antioxidant activity, ABTS+ and DPPH radical scavenging capacity were highest at 110℃ ESE and FRAP was highest at 140℃ ESE. For antidiabetic activity, for α- amylase, the E. cava methanol extract (EME) had the best IC50 value of 2.18±0.01 mg/mL, and among the subcritical water extracts, 110℃ ESE had the best activity of 8.19±0.35 mg/mL. For α-glucosidase, the 110℃ ESE had the best activity of 26.57±0.48 μg/mL, followed by the 140℃ ESE with 41.36±0.88 μg/mL. The rice was prepared using E. cava extract, which had the following activities. Although the texture properties of the rice prepared under various conditions did not differ significantly compared to the rice without the extract, it was found that E. cava extract had a slight negative effect. In terms of their in vitro starch digestibility, the addition of E. cava extract resulted in a decrease in rapidly digestible starch (RDS) and an increase in resistant starch (RS). RS is closely associated with the predicted glycemic index (pGI). When rice was prepared by adding 110℃ ESE, the pGI of rice decreased significantly from 94.36±0.23% to 67.85±0.13%. Similarly, when rice was cooked with other extracts, the pGI was reduced to 71.74%-75.72%. Based on these results, it is evident that E. cava extracts obtained through subcritical water extraction exhibit significant physiological activities, such as antioxidant and antidiabetic effects. The incorporation of E. cava extracts into foods is anticipated to be beneficial for individuals requiring postprandial glycemic control, as it contributes to a slowed digestion of starch. With its versatile applications, ESE extraction emerges as a valuable fundamental material across various fields.