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ISSN : 1598-5504(Print)
ISSN : 2383-8272(Online)
Journal of Agriculture & Life Science Vol.53 No.5 pp.93-103
DOI : https://doi.org/10.14397/jals.2019.53.5.93

Analysis of Physiological Activity and Cytotoxicity of Fermented and Hot Water Extracts Using Residues after Sweet Potato (Ipomoea batatas L.) Harvest

Tae-Won Kim3,4, Geon-Hee Lee1, Byeong-Gyun Jeon2,3, Sung-Ho Lee1,3*
1Division of Life Science, Gyeongsang National University, Jinju, 52828, Korea
2Department of Biology Education, Gyeongsang National University, Jinju, 52828, Korea
3Institute of Agriculture and Life Science, Gyeongsang National University, Jinju, 52828, Korea
4Gyeongsangnam-do Agricultural Research & Extension Services, Medicinal Resources Research Institute, Hamyang, 50005, Korea
Corresponding author: Sung-Ho Lee Tel: +82-55-772-1346 Fax: +82-55-772-1349 E-mail: leesh@gnu.kr
August 26, 2019 October 7, 2019 October 24, 2019

Abstract


The purpose of this study was to investigate the value of residue discarded after harvesting sweet potatoes (Ipomoea batatas L.). The study analyzed the physiological activity and cytotoxicity of the fermented extract and the hot water extract gathered from the residue. The pH level of the extracts indicated that all were acidic. The organic content was similar in the fermented extract and the hot water extract, at 0.98% and 0.97%, respectively. The macroelements phosphoric acid, potassium, calcium, and magnesium were all higher in the hot water extract than in the fermented extract. Nitrogen was the only macroelement that was the same in both extracts. The microelements were higher in the hot water extract than the fermented extract, except for zinc. The total polyphenol content was 60.5±2.7 mg/g in the hot water extract. This result was 37.8 mg/g higher than the 22.7±4.2 mg/g of the total polyphenol content of the fermented extract (p<0.05). The total flavonoid content was 50.7±2.7 mg/g in the hot water extract. This result was 36.7 mg/g higher than the fermented extract content of 14.0±2.1 mg/g. This showed that the hot water extract had a higher total level of polyphenol content than the fermented extract (p<0.05). DPPH and ABTS radical scavenging ability showed higher antioxidant activity in the hot water extract than in the fermented extract (p<0.05). A cytotoxicity test was conducted on the extracts using the MTT assay. The cytotoxicity was found to be weak at all concentrations for both extracts. Therefore, the results of the study suggest that the extract of the residue discarded after harvesting sweet potatoes would be suitable for functional feed or agricultural materials.



고구마 수확 후 잔재물을 이용한 발효 및 열수 추출물의 생리활성과 세포독성 분석

김 태원3,4, 이 건희1, 전 병균2,3, 이 성호1,3*
1경상대학교 생명과학부
2경상대학교 생물교육학과
3경상대학교 농업생명과학연구원
4경상남도 농업기술원 약용자원연구소

초록


본 연구에서는 고구마(Ipomoea batatas L.) 수확 후 버려지는 잔재물의 활용가치를 위해 이들로부터 추출한 발효 추출물과 열수 추출물의 생리활성과 세포독성을 분석 하였다. 추출물의 pH는 모두 산성을 나타내었고, 유기물 함량은 발효 추출물과 열수 추출물에서 각각 0.98%와 0.97%로 비슷하게 나타내었 다. 다량원소 중 인산, 칼륨, 칼슘, 마그네슘 성분의 함량은 열수 추출물에서 발효 추출물보다 모두 높 게 나왔고, 질소 함량만 두 추출물에서 동일하게 나왔다. 미량원소 함량은 아연을 제외하고 발효 추출 물보다 열수 추출물에서 높게 나타내었다. 총 폴리페놀 함량은 열수 추출물에서 60.5±2.7 mg/g로서 발 효 추출물의 총 폴리페놀 함량의 22.7±4.2 mg/g 보다 37.8 mg/g 높은 함량을 나타내었다(p<0.05). 총 플라보노이드 함량은 열수 추출물에서 50.7±2.7 mg/g로서 발효 추출물의 함량인 14.0±2.1 mg/g 보다 36.7 mg/g 높은 함량을 나타내어 총 폴리페놀 함량과 마찬가지로 열수 추출물이 발효 추출물보다 높은 함량을 나타내었다(p<0.05). DPPH와 ABTS radical 소거능력은 모두 열수 추출물에서 발효 추출 물 보다 높은 항산화력을 보였다(p<0.05). MTT assay를 이용한 추출물의 세포독성 실험에서는 두 추 출물의 모든 농도에서 세포독성이 미약한 것으로 확인되었다. 따라서 고구마 수확 후 잔재물의 추출물 이 향후 각종 바이오 소재로 이용 시에도 큰 문제가 없을 것이라 판단된다.



    서론

    고구마(Ipomoea batatas L.)는 메꽃과에 속하는 다년생 쌍떡잎식물로서 중앙아메리카에서 처음으로 재배하였으며, 우리나라에는 조선시대인 1763년부터 재배되기 시작하였다(Han et al., 2013). 고구마는 예로부터 쌀이나 다른 곡식을 대신하는 구황작물로 써 생태환경 적응성이 뛰어나 재배 범위가 넓었으나 쌀 자급화와 경제성장으로 1990년대 후반까지 계속 해서 고구마 소비가 급감하였다. 하지만 2000년대 에 들어 고구마가 β-카로틴과 안토시아닌, 각종 비 타민과 무기질 및 식이섬유가 많아 항암 및 항산화 활성, 항균작용, 혈압강하작용, 변비해소 등의 효과 가 있는 것으로 보고됨으로 고구마가 건강식품으로 알려져 소비량이 증가함에 따라 재배면적과 생산량 도 점차 증가하는 추세이다(Shin et al., 2011;Lee et al., 2006;Woo et al., 2012: Han et al., 2013). 이로 인한 고구마 수확 후 발생되는 지상부 잔재물 도 자연스럽게 증가되어 많은 양이 포장에 버려지고 있는 실정이다. 이와 같은 고구마 수확 후 발생되는 잔재물들은 비료성분은 낮고 유기물함량이 높아 친 환경적 생물성 폐자원으로서 고부가가치를 지니고 있다. 하지만 이들의 일부만 돼지(Van An et al., 2005)와 닭(Tamir & Tsega, 2010)의 사료로 사용 되고 대부분이 자원으로 재활용되지 못하고 소각, 방치폐기 등의 비생산적 처리에 의존하고 있으므로 농산잔재물을 이용한 자원화 기술개발이 필요한 실 정이다(Won & Oh, 2009).

    고구마 잔재물의 폐자원 활용 사례는 고구마 14 품 종을 대상으로 수확시기 버려지는 노화된 잎으로부 터 품종별 저분자항산화물질의 함량이 분석되어 보 고되었고(Ahn et al., 2009), 또한 고구마 소주를 얻고 대부분 폐기되는 주박의 에탄올 및 열수추출물 을 조제하여 각각의 항균 및 항혈전 활성을 평가한 결과 에탄올추출물이 열수추출 효율보다 1.36배 높 았다는 보고가 있다(Kim et al., 2014).

    식물의 화학성분은 재료의 처리조건 및 추출방법 에 따라 유효물질의 함량이나 생리활성이 다르게 나 타나므로 식물 화학성분의 추출효율을 증가시키기 위해 여러 가지 방법이 활용되고 있다. 그 중 열수 추출은 가열동안 다양한 화학적 변화에 의해 생리활 성 물질이 증가된다는 보고가 있고(Doh et al., 2011;Park & Hong 2014), 발효추출은 식물 화학 성분의 생리활성을 극대화 시킬 수 있으며, 최종 대 사산물의 성분 변환 혹은 식물 화학성분과 미생물 상호간의 상승효과에 의한 생리활성 효능 증가 등의 결과를 나타낸다고 보고되고 있다(Jeon et al., 2005;Choi et al., 2013).

    따라서 본 연구에서는 폐자원으로서 활용가치를 위해 고구마 수확 후 버려지는 잔재물로부터 추출한 발효추출물과 열수추출물의 생리활성과 세포독성을 분석하고자 하였다.

    재료 및 방법

    1 시료의 추출

    경남 사천시에서 재배되고 있는 고구마(호박고구 마)의 수확 후 버려진 잔재물인 줄기, 잎 등을 5 cm 정 도의 길이로 절단하였다. Effective microorganisms (EM) 발효 추출물은 절단한 식물 잔재물 8 ㎏과 EM 미생물 군(Ever miracle, Korea) 1 L, 흑설탕 3 ㎏, 물 40 L를 혼합하여 30일 동안 실온에서 숙 성 후 발효추출 하였다. 열수 추출물은 절단한 잔재 물 4 kg을 물 20 L에 담아 100℃에서 4시간 동안 농축 추출기(DM-3000, Daehanmedian, Korea)를 이용하여 열수 추출하였다. 추출물을 여과지(No. 2, Toyo Roshi Kaisha, Ltd., Japan)를 이용하여 3회 거른 후, 감압농축기(N-1200A, EYELA, Japan)를 사 용하여 60℃에서 감압·농축하여 수분을 완전히 제거 하였다. 수분을 제거하고 남은 고형분은 건조함량법 을 이용하여 수율을 측정한 후, 추출물을 Dimethyl sulfoxide (DMSO)로 녹여 필요한 농도로 희석하여 실험에 사용하였다.

    2 추출물의 화학성분 분석

    발효 추출물과 열수 추출물의 성분분석은 농촌진 흥청 비료의 품질검사방법 및 시료채취기준에 준하 여 분석하였다. 산도는 pH meter (Seveneasy S20, Mettler, Switzerland)로 측정하였고, 질소는 황산으로 분해 후 Kjeldahl 증류법(K-355, Buchi, Germany), 인산은 비색법(UV-1800, Shimadzu, Japan)으로 분석하였으며, 나머지 칼륨, 칼슘 및 미량원소들은 유도 결합 플라스마 분석기(Inductively coupled plasma spectrometer, Blue, Germany)로 각각 측 정하였다. 유기물 함량은 Tyurin법으로 적정하였다.

    3 총 폴리페놀 함량 측정

    추출물의 총 폴리페놀 함량은 Folin-Denis 방법 (Appel et al., 2001)을 일부 변형하여 측정하였다. 96 well plate에 각 추출액 10 μL 에 2% Na2CO3 용 액 180 μL를 첨가하여 3분간 정치시킨 후 다시 1 N folin-ciocalteu’s reagent를 10 μL 첨가하여 충분 히 혼합시켜 실온 암실에서 다시 40분간 정치한 후 Multimicroplate reader-SpectraMax M5 (Molecular Devices, USA)를 이용하여 750 nm 파장으로 흡광 도를 측정하였다. 표준물질로는 gallic acid를 사용 하였으며, 추출물의 총 폴리페놀 함량은 시료 g당 mg의 gallic acid로 나타내었다.

    4 총 플라보노이드 함량 측정

    추출물의 총 플라보노이드의 함량은 Jia et al. (1999)의 방법을 변형하여 측정하였다. 96 well plate 에 각 추출물 25 μL, 증류수 100 μL와 5% NaNO2 용액 7.5 μL를 첨가한 후 5분간 정치하였다. 10% AlCl3·6H2O 용액 15 μL를 첨가하고 다시 5분간 정 치한 후 1 M NaOH 100 μL를 첨가하여 실온 암실 에서 10분간 반응시킨 다음 Multimicroplate reader- SpectraMax M5 (Molecular Devices, USA)를 사용 하여 510 nm 파장에서 흡광도를 측정하였다. 표준 물질로는 (+)-catechin hydrate를 사용하였으며, 추출물의 총 플라보노이드 함량은 시료 100 g당 mg (+)-catechin hydrate로 나타내었다.

    5 DPPH를 이용한 radical 소거 활성 측정

    1,1diphenyl2picryl hydrazyl(DPPH) radical 소거 활성능은 Brand-Williams et al.(1995)의 방 법을 변형하여 측정하였다. 96 well plate에 각 추출물 50 μL와 0.15 mM DPPH 용액 200 μL를 첨가하여 실온 암실에서 30분 동안 반응시킨 후 Multimicroplate reader-SpectraMax M5 (Molecular Devices, USA)를 사용하여 517 nm 파장에서 흡광 도의 변화를 측정하였다. 표준물질은 ascorbic acid 를 사용하였으며, 대조구는 methanol과 DPPH 용액 의 흡광도와 비교하였다. 각 시료별 IC50(Inhibitory Concentration 50%)은 DPPH 의 농도가 50% 감소 하는데 필요한 시료의 농도로 하였다.

    6 ABTS를 이용한 radical 소거 활성 측정

    2,2′azinobis( 3ethylbenzothiazoline6 sulfonic acid)(ABTS) radical 소거 작용을 이용한 항산화력 측정은 ABTS cation decolorization assay 방법을 따랐다. (Re et al., 1999). 7 mM의 ABTS diammonium salt와 2.4 mM potassium persulfate 용액을 혼합한 후 암실에서 4시간 동안 정치하여 ABTS radical을 형성시킨 후 이 용액을 734 nm에서 흡광도 값이 0.7(±0.02)이 되도록 몰흡광계수 (ɛ=3.6×104 M-1cm-1)를 이용하여 에탄올로 희석하였 다. 희석된 ABTS 용액 225 μL와 각 추출액 25 μL를 첨가한 후, Multimicroplate reader-SpectraMax M5 (Molecular Devices, USA)를 사용하여 734 nm에서 흡광도 값을 측정하였다. 대조구로는 BHA 와 ascorbic acid를 사용하였고, 흡광도가 50% 감 소할 때 나타나는 시료의 radical 소거능(IC50)으로 표시하였다.

    7 MTT assay를 이용한 추출액의 세포독성조사

    추출물의 세포독성 유무를 확인하기 위해 3( 4,5dimethylthiazol2yl) 2,5diphenyl tetrazolium bromide(MTT) assay를 수행하였다. 세 포주 macrophage RAW 264.7은 세포주은행(KCLB No40071, Korea Cell Line Bank, Seoul, Korea) 으로부터 분양받아 Dublecco’s Modified Eagle Medium (Gibco, MD, USA)에 penicillin-streptomycin 100 unit/ml와 10% fetal bovine serum (Gibco, MD, USA)을 첨가하여 사용하였다. 세포주는 37℃, 5% CO2 incubator (Thermo Scientific, IL, USA) 에서 2일 간격으로 계대 배양하였다(Kim et al., 2012). 세포 생존율 측정을 위해 RAW 264.7 세포 주를 96 well plate에 2×105 cells/mL이 되도록 100 μL씩 분주하여 37℃, 5% CO2 incubator에서 24시간 배양한 후, 배지를 제거한 뒤 각 추출물을 농도별(0~5,000 μg/mL)로 처리한 후 37℃, 5% CO2 incubator에서 24시간 배양하였다. 이 plate에 다시 CellTiter 96 aqueousnon-radioactive cell proliferation assay reagent (Promega, WI, USA)를 첨가한 후, 37℃, 5% CO2 incubator에서 4시간 반 응시켜 Multimicroplate reader-SpectraMax M5 (Molecular Devices, USA)를 이용하여 450 nm에 서 흡광도를 측정하여 세포 생존율을 측정하였다. 처리군의 MTT 값은 대조군을 100%로 기준하여 생 존력 감소로 표시하였다(Mosmann, 1983).

    8 통계분석

    산출된 값의 평균과 표준편차는 엑셀(Microsoft office 2010, Microsoft, USA)프로그램을 이용하여 산출하였고, 처리간의 차이 유무를 확인하기 위해 SPSS 통계프로그램(Statistical Package for the Social Science, ver. 18.0, SPSS Inc., Chicago, IL, USA)을 이용하여 one-way ANOVA (Analysis of Variation)로 분석 후 Duncan’s multiple range test로 유의적 차이를 검증하였다.

    결과 및 고찰

    1 추출물의 화학성분 분석

    고구마의 수확 후 지상부 잔재물로부터 추출한 발 효 추출물과 열수 추출물의 화학성분을 분석하여 Table 1에 나타내었다. pH는 추출물에 따라 차이가 났으며, 발효 추출물의 경우 pH 3.13으로 약간의 강산성을 나타내었지만, 열수 추출물은 발효 추출물 보다 두 배가 높은 pH 6.38로 약산성을 나타내었 다. Higa(2001)에 따르면 EM 용액을 이용한 발효 추출물은 pH는 3.5 이하라고 보고했는데 본 연구의 EM 발효 추출물도 pH 3.5 이하로 나타났다. Kim et al., (2018)도 양파의 수확 후 잔재물을 이용하여 EM 발효 추출한 추출물의 pH가 3.05로 산성을 나 타내었다고 보고했다. 하지만 잎, 줄기 열매 등 토 마토 잔재물을 사용하여 부엽토와 천일염을 첨가하 여 3개월 이상 발효한 추출물의 pH가 5.62라고 보 고했는데(Cho, 2015), 이는 본 연구의 발효 추출물 보다 pH가 2.49 높았다. 이것은 발효에 사용된 재 료와 첨가물, 추출방법에 따라 pH가 다르게 나타나 는 것으로 사료된다. 고구마 열수 추출물에 있어서 는 본 연구에서 약산성인 pH 6.38로 나타내었는데 양파 수확 후 잔재물을 이용하여 추출한 열수 추출 물에서는 pH 4.93이라고 보고 했고(Kim et al., 2018) 또한 농업 잔재물인 비상품 양파로부터 열수 추출한 추출물의 pH가 3.90이라고 보고 하였는데 (Lee et al., 2013), 이는 본 연구의 열수 추출물보 다 각각 pH가 1.25, 2.48 낮았다. 이도 역시 열수 에 사용된 재료와 추출방법에 따라 pH가 다르게 나 타나는 것으로 사료된다. 유기물 함량은 발효 추출 물과 열수 추출물에서 각각 0.98%와 0.97%로 비슷 하게 나타내었다.

    다량원소 중 질소, 인산, 칼륨, 칼슘, 마그네슘 성분의 함량은 발효 추출물에서 각각 0.02%, 0.01%, 0.13%, 0.037%, 0.026%이였으나, 열수 추출물에서 는 각각 0.02%, 0.02%, 0.28%, 0.052%, 0.038%로 나타내어 질소함량만 두 추출물에서 동일하게 나왔 고, 다른 성분들의 함량은 열수 추출물에서 발효 추 출물보다 1.5~2배정도 모두 높게 나왔다. 고구마의 잎과 잎자루에는 무기성분이 풍부하게 함유되어 있 으며, 특히 칼륨과 칼슘의 함량이 높았다고 보고하 였는데(Hamme 1984), 본 연구에서도 두 추출물 모 두에서 다량원소 중 칼륨과 칼슘의 함량이 높게 나 와 유사한 경향을 나타내었다. Li et al., (2012)은 고구마 14 품종으로부터 잎과 잎자루의 무기성분들 을 에탄올 추출 후 각각을 품종 별로 분석하여 보고 하였는데, 칼륨과 칼슘의 함량뿐만 아니라 미량원소 들의 함량들이 본 연구에서 추출한 발효 추출물이나 열수 추출물보다 낮게 나타내었다.

    미량원소 함량은 아연을 제외하고 발효 추출물보 다 열수 추출물에서 높게 나타내었다. 발효 추출물 에서 아연은 13 mg·kg-1 함유되었으나 열수 추출물 에서는 검출되지 않았고, 망간은 열수 추출물에서 4 mg·kg-1로 발효 추출물보다 10배 높게 함유되었 다. 붕산, 철, 규소의 함량은 발효 추출물에서 각각 14 mg·kg-1, 20 mg․kg-1, 25 mg·kg-1 함량이었고, 열 수 추출물에서는 이보다 각각 4 mg·kg-1, 16 mg·kg-1, 89 mg·kg-1 높은 18 mg·kg-1, 36 mg·kg-1, 114 mg·kg-1 으로 함유되었다. 몰리브덴과 구리는 발효 추출물과 열수 추출물 모두에서 검출되지 않았다. 식물의 무 기성분들의 함량은 유전적인 고유특성도 있지만 재 배 토양의 화학적 조성으로부터 영향을 많이 받기 때문이라고 사료된다.

    2 총 폴리페놀 함량

    항산화 효과와 밀접한 관계가 있는 총 폴리페놀 함 량을 gallic acid를 표준용액으로 조사하여 Table 2 에 나타내었다. 고구마 열수 추출물에서 총 폴리페놀 함량은 60.5±2.7 mg/g로서 발효 추출물의 총 폴리 페놀 함량의 22.7±4.2 mg/g 보다 37.8 mg/g 높은 함량을 나타내었다(p<0.05). Ahn et al., (2009)는 14 품종의 고구마를 대상으로 수확시기 버려지는 노 화된 잎의 폴리페놀 함량을 조사하였는데, 4 품종에 서 g 신성중 당 14 mg chlorogenic acid 함량으로 가장 높게 나왔고, 1 품종에서 10 mg chlorogenic acid 함량을 보여 품종간의 차이가 크게 나타나지 않았다고 보고하였다. Kim et al., (2014)는 고구마 소주를 얻고 폐기되는 주박을 사용하여 추출한 열수 추출물의 총 폴리페놀 함량이 20.23±0.11 mg/g 이 라고 보고했다. 이들의 결과는 본 실험의 열수 추출 물과 발효 추출물의 함량보다 모두 낮있는데, 이것 은 사용한 지시약의 창리에 의한 것으로 사료된다. 본 실험에서는 표준시약을 gallic acid를 사용했으나 Kim et al., (2014)은 각각 chlorogenic acid와 tannic acid를 사용하였다. 성장 중인 고구마의 어린잎을 채취하여 총 폴리페놀 함량을 측정한 연구들이 많이 보고되었는데 본 실험의 결과와 비교했을 때 함량이 높은 것도 있었고, 또한 비슷하거나 낮은 것도 있었 다(Li et al., 2012;Li et al., 2014;Jeong et al., 2015;Liao et al., 2011;Park et al., 2014b). 이 는 추출방법이나 주출조건에 따라 달라질 수 있고, 또한 품종별 특성이나 토양, 시비 등 재배환경에 따 라 달라질 수 있을 것이라 사료된다. 이와 같은 강 력한 환원활성을 가지는 폴리페놀은 활성 산소종에 의해 야기되는 세포의 파괴를 저해시키는 역할을 할 뿐만 아니라 유해한 세균 성장도 억제한다고 알려져 있다(Liao et al., 2011;Nakayama et al., 1992;Toda et al., 1989).

    3 총 플라보노이드 함량

    고구마 수확 후 발생되는 잔재물로부터 추출한 추출물의 총 플라보노이드 함량을 catechin을 표 준물질로 사용하여 분석한 결과를 Table 2에 나타 내었다. 고구마 열수 추출물의 총 플라보노이드 함 량은 50.7±2.7 mg/g로서 발효 추출물의 함량인 14.0±2.1 mg/g 보다 36.7 mg/g 높은 함량을 나타 내어 총 폴리페놀 함량과 마찬가지로 열수 추출물이 발효 추출물보다 높은 함량을 나타내었다(p<0.05). 고구마 잎으로부터 여러 가지 추출방법으로 추출된 추출물로부터 rutin이나 catechin, quercetin을 표준 물질로 하여 총 플라보노이드 함량을 보고하였는데, Liao et al., (2011)은 대만에서 생장하는 catechin을 표준물질로 고구마 4 품종의 총 플라보노이드 함량 을 조사한 결과 TNG 10 품종에서 72.7±2.08 mg QE/g sample로 가장 높게 나타났다고 보고하였 다. 이들이 보고한 값은 catechin을 표준물질로 사 용한 본 실험의 열수 추출물의 50.7±2.7 mg/g 보 다 22 mg/g 높은 값이다. Jeong et al., (2015)도 quercetin을 표준물질로 사용하여 열풍 건조한 고구 마 잎 메탄올 추출물의 총 플라보노이드 함량을 분 석하였는데 40°C에서 건조한 신미 품종 잎에서는 55.18 mg/g, 하얀미 품종에서는 53.37 mg/g으로 나타났다고 보고하였다. 이들의 결과도 본 실험의 열 수 추출물의 함량보다 높게 나타났다. Kwak et al., (2013)은 rutin을 표준물질로 사용하여 데친 고구마 잎의 총 플라보노이드 함량을 조사했는데 건조시료 와 원시료에서 각각 44.55 mg rutin/g과 9.01 mg rutin/g의 함량을 보고한 바 있는데, 이는 본 실험 의 열수 추출물의 함량보다 낮게 나왔다. 본 실험과 동일한 catechin을 표준물질로 사용한 실험에서는 고구마 잎으로부터 추출 용매의 에탄올 농도가 60% 일 때 총 플라보노이드 함량이 17.0 mg catechin/g 으로 가장 높게 나타났다고 보고하였다(Li et al., 2017). 또한 Li et al. (2017)은 고구마 14 품종 잎 으로부터 총 플라보노이드 함량을 조사하였는데, 신 천미 품종에서 22.48 mg CE/g으로 가장 높았고, 안동 품종이 10.88 mg CE/g으로 가장 낮게 나왔으 며 품종 간의 유의적인 차이가 있었다고 보고하였다 (Li et al., 2012). 이들의 결과는 동일한 표준물질 을 사용한 본 실험의 함량보다 낮게 나왔다. Kim et al., (2014)은 고구마 소주 주박으로부터 표준시 약 rutin을 사용하여 에탄올 추출물과 열수 추출물 에서 총 플라보노이드 함량이 각각 3.4±0.14 mg/g 와 1.92±0.10 mg/g으로 나타났다고 보고했는데, 이는 본 실험과 비교했을 때 아주 적은 양 이었다. 따라서 고구마 수확 후 버려지는 폐기물의 재료에 따라 총 플라보노이드 함량은 커다란 차이가 있음 을 알수 있었다. 고구마 잎은 총 페놀과 플라보노 이드가 풍부하여 과일이나 다른 뿌리작물보다 항 산화 능력이 뛰어나다고 하였는데(Lako et al., 2007), 실제로 본 연구자들의 이전 연구인 수확 후 버려지는 양파 지상부 잔재물로부터 총 플라보노 이드 함량이 열수 추출물과 발효 추출물에서 각각 4.8±0.7 catechin mg/g, 0.1±0.1 catechin mg/g 으로 보고된 바 있는데 이는 고구마 잔재물의 총 플 라보노이드 함량과 비교했을 때 아주 낮은 함량이다 (Kim et al., 2018).

    4 DPPH를 이용한 radical 소거 활성

    짧은 시간 내 간단하게 항산화 활성을 측정할 수 있어 널리 사용되고 있는 DPPH를 이용한 radical 소거 활성을 측정한 결과를 Table 3에 나타내었다. DPPH radical을 50% 감소하는데 필요한 추출물의 농도를 IC50 (Inhibitory concentration 50%) 값으로 하여 살펴보면 고구마 발효 추출물은 0.325 mg/mL, 열수 추출물은 0.076 mg/mL 농도를 보임으로 열수 추출물이 발효 추출물 보다 항산화력이 높은 것으로 나타났다(p<0.05). 이는 항산화 활성을 나타내는 페 놀성 화합물이 발효 추출물 보다 열수 추출물에서 많이 추출되기 때문이라 판단된다. 고구마 잎으로부 터의 DPPH radical 소거 활성을 보고한 연구는 Li et al., (2012)은 국내 14 품종 중 건풍미와 증미에 서 IC50 값이 0.109 mg/mL로 가장 강한 활성을 보 였고, 율미에서는 0.168 mg/mL로 가장 약한 활성 을 보였다고 보고했다. 또한 Liao et al., (2011)은 대 만 고구마 4 품종의 잎으로부터 DPPH radical 소거 활성을 분석한 결과 IC50 값이 0.19~0.41 mg/mL 범위라고 보고 하였다. 이들 두 연구의 결과들은 본 실험의 열수 추출물의 DPPH radical 소거 활성보다 현저히 낮게 나타났으며, 이는 고구마 품종 및 생육 조건에 따라 다르게 나타날 것이라 사료된다. 이와 같은 결과로 고구마 수확 후 버려지는 잔재물도 기 능성 사료로 활용 가치가 높다고 판단된다.

    5 ABTS를 이용한 radical 소거 활성

    고구마 수확 후 잔재물 추출물의 ABTS를 이용한 radical 소거 활성을 측정한 결과를 Table 3에 나타 내었다. 각 추출물의 IC50 (Inhibitory concentration 50%) 값을 살펴보면 고구마 발효 추출물은 0.527 mg/mL, 열수 추출물은 0.099 mg/mL의 농도를 보 임으로 DPPH를 이용한 radical 소거 활성의 결과 와 마찬가지로 항산화 능력은 열수 추출물이 발효 추출물 보다 높은 것으로 나타났다(p<0.05). 고구 마 잎을 이용한 ABTS radical 소거 활성 능력에 관한보고는 Park et al., (2014a)이 고구마 3 품종 의 경엽으로부터 ABTS radical 소거 활성을 조사 하였는데 신황미, 하얀미, 스이오우에서 각각 0.12, 0.15, 0.11 mg으로 대조구로 사용한 시금치의 ABTS radical 소거 활성 능력보다 2배 이상 강하다고 보 고 하였고, Li et al., (2017)은 고구마 진홍미 품종 의 잎으로부터 ABTS radical 소거능은 에탄올 추출 농도별로 15.8, 17.0, 14.3, 10.7 및 7.7 mg AA/g 이었다고 보고한 바 있다. 이들의 결과들은 본 실험 에서 추출한 열수 추출물의 ABTS radical 소거 능 력보다 낮게 나타났다. 양파 수확 후 잔재물로부터 추출한 추출물과 ABTS radical 소거 능력을 비교했 을 때 양파에서도 항산화 능력이 열수 추출물이 발 효 추출물 보다 높다고 보고 했지만 고구마 열수 추 출물의 ABTS radical 소거 능력보다는 현저하게 떨 어졌다(Kim et al., 2018).

    6 MTT assay를 이용한 추출물의 세포독성

    고구마 수확 후 버려지는 잔재물 추출물의 세포 독성 유무를 확인하기 위해 MTT assay를 수행하였 다. MTT assay는 살아있는 세포에서 미토콘드리아 의 NAD(P)H 의존적인 oxidoreductase가 노란색의 MTT 용액을 환원시켜 보라색의 formazan을 형성하 는 것을 흡광도를 측정하는 방법이다(Wang et al., 2005). RAW 264.7 세포주를 이용하여 추출물의 단 계별 농도(15~5,000 μg/mL)에 따른 세포생존율을 측정한 결과들을 Fig 1에 나타내었다. 제일 낮은 농 도인 15 μg/mL에서 고구마 발효 추출물이 88.5%, 열수 추출물 86.1%의 세포 생존율을 보였고, 제일 높 은 농도인 5,000 μg/mL에서 발효 추출물이 81.6%, 열수 추출물 84.7%의 생존율을 보여 두 추출물의 모든 농도에서 세포독성이 약한 것으로 확인되었다. 고구마 추출물이 세포독성의 유무나 세포증식에 어 떠한 영향을 미치는지 MTT assay를 통해 확인한 보고들이 있는데, 사람의 케라틴생성세포(human keratinocytes HaCaT cells)에 H2O2만을 처리한 것 과 H2O2와 고구마 잎 추출물을 같이 처리한 것의 세포생존율을 MTT assay를 통해 비교한 결과 TNG 10과 TNG 57 고구마 품종에서 H2O2만을 처리한 것 보다 H2O2와 고구마 잎 추출물을 같이 처리한 것의 세포생존율이 향상되었다고 보고했다(Liao et al., 2011). 고구마 잎, 엽맥, 뿌리의 에탄올 추출물 과 물 추출물을 사람의 림프종 NB4 세포주(human histolytic lymphoma NB4 monocytes)에 처리하 여 림프종 세포의 증식 능력을 MTT assay를 통 해 확인한 결과 세포 증식의 저해는 처리한 추출 물의 출처와 농도에 따라 차이가 났고, 그 중 고 구마 엽맥의 물 추출물에서 가장 높게 세포 증식 을 저해하였고, 고구마 엽맥의 에탄올 추출물에서 는 전혀 세포 증식을 저해하지 못했다고 보고했다 (Huang et al., 2004). 자주색 고구마 추출액을 농도별(0~5,000 ㎍/mL)로 쥐의 3T3-L1 지방세포 (3T3-L1 adipocytes)에 처리하여 MTT assay로 세 포 독성을 조사한 결과 처리한 모든 농도에서 세포 독성을 나타내지 않았다고 보고하였다(Ju et al., 2011). 또한 냉동건조 시킨 삶은 고구마를 프라이팬 에 다시 구워내어 이들로부터 열수 추출물을 추출해 사람의 골수성 백혈병 세포주(human myelocytic leukemia HL-60 cells)에 처리한 후 MTT assay 결과 추출물 II-a와 III에서 HL-60 세포의 성장이 저해되었다고 보고하였다(Rabah et al., 2004). 다 른 작물에서는 양파 수확 후 잔재물의 발효 추출물 과 열수 추출물을 RAW 264.7 세포주를 대상으로 MTT assay를 통한 세포독성 여부를 조사한 결과, 저농도인 15 μg/mL에서 발효 추출물이 106.5%, 열 수 추출물이 99.7%의 세포 생존율을 보였고, 고 농 도인 5,000 μg/mL에서 발효 추출물이 100.1%, 열 수 추출물이 96.4%의 생존율을 보여 두 추출물 모두 세포독성이 없었다고 보고하였다(Kim et al., 2018). 이는 본 실험에 사용한 고구마 추출물 보다 더 높은 세포 생존율을 보인 것이나 세포의 독성이 미미하여 향후 각종 소재로 이용시에도 큰 문제가 없을 것으 로 보인다. 본 연구 결과는 고구마 수확 후 버려지 는 잔재물의 효율적인 이용에 기초자료로 활용할 수 있을 것으로 판단된다.

    Figure

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    Cytotoxic effects of fermented and hot water extracts using residues after sweet potato harvest on cell line RAW 264.7. Cell viability was measured by the MTT assay. EM: effective microorganisms. FE: fermented extract. HWE: hot water extract. Results are shown as mean±SD (n=3). Mean separation within columns by Duncan’s multiple range test at 5% level.

    Table

    Chemical composition of fermented and hot water extracts using residues after sweet potato harvest.

    Polyphenol and flavonoid contents in fermented and hot water extracts using residues after sweet potato harvest.

    Antioxidant activities of fermented and hot water extracts using residues after sweet potato harvest.

    Reference

    1. Ahn YO , Kim SH , Lee JS , Ma D and Kwak SS. 2009. Contents of low molecular weight antioxidants in the leaves of different sweet potato cultivars at harvest. J. Plant Biotechnol. 36: 214-218.
    2. Appel HM , Govenor HL , D’Ascenzo M , Siska E and Schultz JC. 2001. Limitation of folin assays of foliar phenolics in ecological studies. J. Chem. Ecol. 27: 761-778.
    3. Brand-Williams W , Cuvelier ME and Berset C. 1995. Use of a free radical method to evaluate antioxidant activity. LWT-Food Sci. Technol. 28: 25-30.
    4. Cho YS. 2015. Effect of application amount of liquid fertilizer produced from tomato residue on the fruit growth and composition of organic tomatoes. M.S. dissertation, Chungnam National University, Daejeon, Korea.
    5. Choi WS , Kwon HS , No RH , Choi GP and Lee HY. 2013. Enhancement of anti-inflammatory activities of fermented Scutellaria baicalensis extracts using Lactobacillus rhamnosus. J. Soc. Cosmet. Scientists Korea. 39: 303-311.
    6. Doh ES , Chang JP , Kil KJ , Choi MS , Yang JK , Yun CW , Jeong SM , Hung YH and Lee GH. 2011. Antioxidative activity and cytotoxicity of fermented Allium victorialis L. extract. Kor. J. Plant Res. 24: 30-39.
    7. Hamme LK. 1984. Influence of N source, N rate and K rate on the yield mineral concentration of sweet potato. J Am Soc Hort Sci. 109: 294-298.
    8. Han SK , Song YS , Lee HU , Ahn SH , Yang JW , Lee JS , Chung MN , Suh SJ and Park KH. 2013. Difference of starch characteristics of sweet potato (Ipomoea batatas (L.) Lam) by cultivated regions. Korean J. Food Sci. Technol. 45: 682-692.
    9. Higa T. 2001. Effective microorganisms in the context of Kyusel Nature Farming: a technology for the future. In: Senanayake YDA, Sangakkara UR(Eds.), Sixth International Conference on Kyusel Nature Farming. pp.40-43. Pretoria, South Africa.
    10. Huang DJ , Lin CD , Chen HJ and Lin YH. 2004. Antioxidant and antiproliferative activities of sweet potato (Ipomoea batatas [L.] Lam ‘Tainong 57’) constituents. Bot. Bull. Acad. Sin. 45: 179-186.
    11. Jeon BS , Park JW , Kim BK , Kim HK , Jung TS , Hahm JR , Kim DR , Cho YS and Cha JY. 2005. Fermented mushroom milk supplemented dietary fiber orevents the onset of obesity and hypertriglyceridemia in Otsuka Long-Evans Tokushima Fatty (OLETF) rats. Diabetes Obes Metab. 7: 709-715.
    12. Jeong DW , Park YK , Nam SS and Han SK. 2015. Effect of hot-air drying temperature on antioxidative activity of sweet potato leaves. Korean J. Food Preserv. 22: 708-713.
    13. Jia Z , Tang M and Wu J. 1999. The determination of flavonoid contents in mulberry and their scavenging effects on superoxide radicals. Food Chem. 64: 555-559.
    14. Ju JH , Yoon HS , Park HJ , Kim MY , Shin HK , Park KY , Yang JO , Shon MS and Do MS. 2011. Anti-obesity and antioxidative effects of purple sweet potato extract in 3T3-L1 adipocytes in vitro. J Med Food. 14: 1097-1106.
    15. Kim CH , Lee MA , Kim TW , Jang JY and Kim HJ. 2012. Anti-inflammatory effect of Allium hookeri root methanol extract in LPS-induced RAW264.7 cells. J. Kor. Soc. Food Sci. Nutr. 41: 1645-1648.
    16. Kim MS , Lee YS , Kim JS , Shin WC and Sohn HY. 2014. Anti-microbial and anti-thrombosis activities of lees of sweet potato soju. Korean J. Microbiol. Biotechnol. 42: 258-266.
    17. Kim TW , Lee GH , Jeon BG and Lee SH. 2018. Analysis of physiological activity and cytotoxicity of fermented and hot water extracts using residues after onion harvest. J. Life Sci. 28: 1163-1169.
    18. Kwak CS, Lee KJ, Chang JH, Park JH Cho JH, Park JH, Kim KM and Lee MS.2013. In vitro antioxidant, anti-allergic and anti-inflammatory effects of ethanol extracts from korean sweet potato leaves and stalks. J. Korean Soc Food Sci Nutr. 42: 369-377.
    19. Lako J , Trenerry VC , Wahlqvist M , Wattanapenpaiboon N , Sotheeswaran S and Premier R. 2007. Phytochemical flavonols, carotenoids and the antioxidant properties of a wide selection of Fijian fruit, vegetables and other readily available foods. Food Chem. 101: 1727-1741.
    20. Lee CH , Lee SD , Lee SH , Min TB , Kim HR and Lee YH. 2013. Effect of defective onion extract on the onion productivity by organic farming. Kor. J. Soil. Sci. Fert. 46: 40-48.
    21. Lee JS , Ahn YS , Kim HS , Chung MN and Jeong BC. 2006. Making techniques of high quality powder in sweet potato. Korean J. Crop Sci. 51: 198-203.
    22. Li M , Jang GY , Lee SH , Hwang SG , Sin HM , Kim HS , Lee J and Jeong HS. 2017. Lutein, β-carotene, and polyphenol contents of sweet potato leaves under different extraction conditions. J. Korean Soc Food Sci Nutr. 46: 1343-1349.
    23. Li M , Jang GY , Lee SH , Kim ST , Lee JH , Hwang SG , Sin HM , Kim HS , Kang TS and Jeong HS. 2014. Optimization of extraction conditions for useful components from sweet potato leaves. J. Korean Soc Food Sci Nutr. 43: 1749-1756.
    24. Li M , Jang GY , Lee SH , Woo KS , Sin HM , Kim HS , Lee J and Jeong HS. 2012. Chemical compositions and antioxidant activities of leaves and stalks from different sweet potato cultivars. J. Korean Soc Food Sci Nutr. 41: 1656-1662.
    25. Liao WC , Lai YC , Yuan MC , Hsu YL and Chan CF. 2011. Antioxidative activity of water extract of sweet potato leaves in Taiwan. Food Chem. 27: 1224-1228.
    26. Mosmann T. 1983. Rapid colorimetric assay for cellular growth and survival: application to proliferation and cytotoxicity assays. J. Immunol. Meth. 64: 55-63.
    27. Nakayama T , Niimi T , Osawa T and Kawakisi S. 1992. The protective role of polyphenols cytotoxity of hydrogen peroxide. Mutat. Res. 281: 77-80.
    28. Park HM and Hong JH. 2014a. Effect of extraction methods on antioxidant activities of Mori ramulus. J. Kor. Soc. Food Sci. Nutr. 43: 1709-1715.
    29. Park JS , Lee KJ , Oh EB , Kim HY , Lee SY and Choi DS. 2014b. Chemical compositions and antioxidative activities of sweet potato foliages harvested by the cultivation period and tips location. Korean J. Food & Nutr. 27: 897-905.
    30. Rabah IO , Hou DX , Komine SI and Fujii M. 2004. Potential chemopreventive properties of extract from baked sweet potato (Ipomoea batatas Lam. cv. Koganesengan). J. Agric. Food Chem. 52: 7152-7157.
    31. Re R , Pellegrini N , Proteggente A , Pannala A , Yang M and Rice-Evans C. 1999. Antioxidant activity applying an improved ABTS radical cation decolorization assay. Free Radic. Biol. Med. 26: 1231-1237.
    32. Shin MY , Youn KS , Lee SW , Moon HK and Lee WY. 2011. Optimization of vacuum drying conditions for steamed (pumpkin-) sweet potato slab by response surface methodology. J Korean Soc Food Sci Nutr. 40: 1314-1320.
    33. Tamir B and Tsega W. 2010. Effects of different levels of dried sweet potato (Ipomoea batatas) leaves inclusion in finisher ration on feed intake, growth, and carcass yield performance of Ross broiler chicks. Trop Anim Health Prod. 42: 687-695.
    34. Toda M , Okubo S , Hiyoshi R and Shimamura T. 1989. The bactericidal activity of tea and coffee. Lett. Appl. Microbiol. 8: 123-125.
    35. Van An L , Hong TTT, Ogle, B and Lindberg JE. 2005. Utilization of ensiled sweet potato (Ipomoea batatas (L.) Lam) leaves as a protein supplement in diets for growing pigs. Trop Anim Health Prod. 37: 77-88.
    36. Wang BS , Chen JH , Liang YC , and Duh PD. 2005. Effects of welsh onion oxidation of low-density lipoprotein and nitric oxide production in macrophage cell line RAW264.7. Food Chem. 91: 147-155.
    37. Won KY and Oh KK. 2009. Optimization the xylose fractionation conditions of pepper stem with dilute sulfuric acid. KSBB J. 24: 361-366.
    38. Woo KS , Seo HI , Lee YH , Kim HY , Ko JY , Song SB , Lee JS , Jung KY , Nam MH , Oh IS and Jeong HS. 2012. Antioxidant compounds and antioxidant activities of sweet potatoes with cultivated conditions. J Korean Soc Food Sci Nutr. 41: 519-525.
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