Evaluation of Physiological Activity of Traditional Welsh Onion (<i>Allium fistulosum</i> L.)

Lee, Hyeon-Jeong; Kim, Ae-Jung; Hyeon-Jeong Lee; Ae-Jung Kim

doi:10.20402/ajbc.2023.0066

Asian J Beauty Cosmetol > Volume 21(3); 2023 > Article

재래종 대파(Allium fistulosum L.)의 생리 활성 평가

Research Article

Asian J Beauty Cosmetol 2023; 21(3): 453-464.

Published online: September 26, 2023

DOI: https://doi.org/10.20402/ajbc.2023.0066

재래종 대파(Allium fistulosum L.)의 생리 활성 평가

이현정¹, 김애정^2,^*

¹경기대학교 대체의학과, 서울, 한국

²경기대학교 대체의학대학원 식품치료전공, 서울, 한국

Evaluation of Physiological Activity of Traditional Welsh Onion (Allium fistulosum L.)

Hyeon-Jeong Lee¹, Ae-Jung Kim^2,^*

¹Department of Alternative Medicine, Kyonggi University, Seoul, Korea

²Department of Nutrition Therapy, Graduate School of Alternative Medicine, Kyonggi University, Seoul, Korea

本地种葱的生理活性评价

李賢貞¹, 金愛貞^2,^*

¹京畿大学代替医疗学科，首尔，韩国

²京畿大学代替医疗学院食品治疗学科，首尔，韩国

^*Corresponding author: Ae-Jung Kim, Department of Nutrition Therapy, Graduate School of Alternative Medicine, Kyonggi University, 24, Kyonggidae-ro, 9-gil, Seodaemungu, Seoul 03746, Korea Tel.: +82 2 390 5044 Fax: +82 2 390 5078 Email: aj5249@naver.com

Received July 17, 2023 Revised September 4, 2023 Accepted September 8, 2023

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요약

목적

본 연구는 재래종 대파(Allium fistulosum L.)의 부위별(꽃, 잎과 위경, 줄기, 뿌리) 열수추출물에 대한 생리 활성(항산화 활성 및 효소 활성)을 분석하여 재래종 대파 연구의 기초자료를 제시하고자 하였다.

방법

생리활성 분석을 위해 4 등분한 재래종 대파를 부위별로 나누어 80℃에서 열수추출 하였다. 항산화 활성(total polyphenol 및 total flavonoid 함량, DPPH 및 ABTS radical 소거 활성)과 효소 활성(α-glucosidase, tyrosinase, elastase 저해 활성)을 측정하였다.

결과

재래종 대파의 부위별 열수추출물의 항산화는 꽃(AFF)이 가장 높았다. 잎과 위경(AFLP), 줄기(AFS), 뿌리(AFR) 중에서는 뿌리의 total polyphenol 함량과 DPPH radical 소거 활성이 높았으며, total flavonoid 함량과 ABTS radical 소거 활성에서는 줄기가 높았다. 효소 활성의 경우 α-glucosidase와 elastase 저해 활성은 뿌리에서, tyrosinase 저해 활성은 줄기가 가장 높았다.

결론

재래종 대파인 구조파의 부위별 열수추출물의 생리 활성을 확인함으로써 대파 연구의 기초자료로 사용되길 바라며 향후 기능성 소재로의 활용가능성을 확인할 수 있었다.

핵심용어: 대파, 생리 활성, 항산화 물질, 항산화 활성, 효소 활성

Abstract

Purpose

This study was conducted to evaluate physiological activities, such as antioxidant activity and enzyme activity, of hot water extract of the four parts (flower, leaf and pseudostem, stem, and root) of traditional Welsh onion (Allium fistulosum L.) and then to provide basic data on traditional Welsh onion to support future research.

Methods

Four parts of traditional Welsh onion plant were extracted with water heated at 80℃. Antioxidative and enzymatic activities, such as total polyphenol content, total flavonoid content, 1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl (DPPH) radical scavenging activity, 2,2'-azino-bis-3-ethylbenzothiazoline–6-sulfonic acid (ABTS) radical scavenging activity, and the inhibitory activity on α-glucosidase, tyrosinase, and elastase enzymes, were measured.

Results

Out of the hot water extract of the different parts, Allium fistulosum flower (AFF) extract had the highest content of antioxidants. In the Allium fistulosum leaf and pseudostem (AFLP), Allium fistulosum stem (AFS), and Allium fistulosum root (AFR) extracts, the total polyphenol content and DPPH radical scavenging activity of the root were high, and AFS had high total flavonoid content and ABTS radical scavenging activity. Regarding enzyme activity, α-glucosidase and elastase inhibitory activities were the highest in AFR, and tyrosinase inhibitory activity was the highest in AFS.

Conclusion

We confirmed the physiological activity of the hot water extract of four parts of traditional Welsh onion. Our findings provide basic data for research into traditional Welsh onion, and can facilitate its future development as a functional material.

Keywords: llium fistulosum L., Physiological activity, Antioxidant content, Antioxidant activity, Enzyme activity

中文摘要

目的

本研究旨在评价传统大葱（Allium fistulosum L.）四个部分（花、叶和假茎、茎和根）热水提取物的生理活性，例如抗氧化活性和酶活性，然后提供传统大葱的基础数据以支持未来的研究。方法：在80℃热水中提取传统大葱植物的4个部位。测定其抗氧化活性(总多酚含量、总黄酮含量、1,1-二苯基-2-三硝基苯肼（DPPH）自由基清除活性、2,2'-连氮基双(3-乙基苯并噻唑啉–6-磺酸)（ABTS）等)和酶活性（α-葡萄糖苷酶、酪氨酸酶和弹性蛋白酶的抑制活性）。

结果

在不同部位的热水提取物中，葱花（AFF）提取物的抗氧化剂含量最高。在葱叶和假茎(AFLP)、葱茎(AFS)和葱根(AFR)提取物中，根的总多酚含量和DPPH自由基清除活性较高。关于酶活性，α-葡萄糖苷酶和弹性蛋白酶抑制活性在AFR中最高，酪氨酸酶抑制活性在AFS中最高。

结论

通过以上研究证实了传统大葱四个部位热水提取物的生理活性，为传统大葱的研究提供了基础数据，并可促进其作为功能原料的未来发展。

关键词: 葱, 生理活性, 抗氧化物质, 抗氧化活性, 酶活性

Introduction

대파(Allium fistulosum L.)는 백합과(Liliaceae) 파속(Allium)에 속하는 여러해살이풀로, 원산지는 중국 서부로 추정하고 있으며, 우리나라에는 통일신라시대에 이미 재배되었을 것으로 추정되고 있다(RDA, 2018). 중국에서의 생태적 분화는 태총, 엽총, 겸용종으로 나뉘고, 일본에서는 천주, 구조, 암규, 아키타, 도치기 등이 있다. 국내에서는 석창, 사촌, 금장 등의 외대파 품종, 구조파, 서울백파 등 주로 20여 종이 생산·판매되고 있다(RDA, 2018). 이 외에도 많은 분화를 거쳐 많은 품종이 개발되고 있다(Woo et al., 2008). 대파의 분류는 품종, 재배시기, 분얼의 여부 등으로 가능한데, 분얼 여부에 따라서는 분얼이 잘 일어나지 않는 외대파(long white type), 2-8개의 분얼이 일어나는 잎파(short white type)로 분류할 수 있다(Padula et al., 2022; RDA, 2018).

대파의 꽃은 여러 개의 꽃이 모여 피고, 봉오리 일 때는 얇은 이삭엽에 쌓여 있으며 개화 시에 떨어져 나간다. 꽃대는 봄에 신장하여 파 잎처럼 속이 빈 원통모양으로 질기고 단단한 편이다. 대파에는 뿌리와 잎의 아랫부분에 발달하지 못한 줄기가 있는데 이를 지하경이라고 한다(RDA, 2018).

인간이 오랜 기간 동안 음식으로 섭취해 온 채소류는 우리 주변에서 쉽게 찾을 수 있을 뿐 아니라 천연 항산화제 및 기능성 식품의 가능성이 있어 다양한 생리 활성 연구의 소재로 활용되고 있다(Lee & Park, 2020). 특히 독특한 향미를 가지고 있는 Allium 속 채소들의 항산화 효과(Hwang et al., 2021; Kim et al., 2022; Lee & Kim, 2020; Zhang et al., 2015), 항암 효과(Asemani et al., 2019; Nicastro et al., 2015), 항균효과(Lee & Lee, 2014; Zhoh et al., 2010), 항염증 효과(Koo et al., 2023; Zhang et al., 2015) 등의 연구가 보고되고 있다.

대파는 고추, 마늘, 생강 등과 더불어 한식에서 빠질 수 없는 중요한 양념채소로 자리매김하고 있다(Han, 2020). 국내의 파 구매량은 2011년 12,553톤에서 2021년 33,893톤으로 3배가량 증가하였고, 국내산의 구매 비중도 84.6% (2011)에서 90.1% (2021)로 지속적으로 증가하고 있다(KOSIS, 2023). 우리나라 재래종인 구조파는 분얼이 일어나는 잎파로, 잎이 부드럽고 맛이 좋은 편이며, 봄 파종이나 가을 파종 모두 가능할 뿐만 아니라 시장 상황에 따라 어린 파 형태로도 수시로 출하 가능하다(RDA, 2018).

대파의 주요 영양성분은 열량이 적고, 잎과 줄기에 비타민 A, B1, B2, C 등과 무기물이 다량 함유되어 있으며, 특히 알리신(Allicin)은 비타민 B1을 활성화하여 건위, 살균, 이뇨, 발한, 정장, 구충, 거담 등에 효과가 있는 것으로 알려져 있다(KAMIS, 2021).

대파의 생리 활성에 관한 연구는 약물성 간장 장해에 대한 대파의 보호 효과(Cha et al., 2005), 대파로부터 분리한 fistulosides의 항진균 활성(Sohn et al., 2006), 대파로부터 분리한 cinnamic acid의 free radical 소거 활성(Seo et al., 2011), 항인플루엔자 바이러스 효과(Lee et al., 2012), 대파의 대장암 억제 효과(Arulselvan et al., 2012), 항산화 활성과 tyrosinase 및 elastase 저해 효과(Jia et al., 2015), 고지방식이 유도 비만 쥐에서 비만 방지 활성(Sung et al., 2011) 등이 보고되어 있으나 양파와 마늘에 비해 연구가 아직 미미한 실정이다.

최근, 대파의 부위별 생리 활성을 평가한 연구들(Chang et al., 2016; Han & Kim, 2017)이 보고되고 있으나, 재래종 대파인 구조파의 꽃을 포함한 전체를 부위별로 평가한 연구는 전무한 실정이다.

이에 본 연구는 대파의 부위별 활용 가능성을 제시하고자 재래종 대파인 구조파를 부위별 4 부분(꽃, 잎과 위경, 줄기 및 뿌리)으로 구분하여 생리 활성(total polyphenol과 total flavonoid 함량, DPPH와 ABTS radical scavenging activity, 항당뇨 활성, 미백 및 항주름 활성)을 평가하여 기능성 소재로의 개발을 위한 기초자료로 제공하고자 하였다.

Materials & Methods

1. 실험재료 및 시료 제조

본 실험에 사용된 대파(Allium fistulosum L.)는 한국의 재래종인 구조파(잎파)로 충청남도 홍성군에서 구입하여 시료로 사용하였다(Figure 1, 2). 대파는 전초를 모두 세척 후 Padula et al. (2022)의 구분에 따라 꽃(flower of Allium fistulosum L., AFF), 잎과 위경(pseudostem) (leaf and pseudostem of Allium fistulosum L., AFLP), 줄기(dtem of Allium fistulosum L., AFS) 및 뿌리(root of Allium fistulosum L.)의 네 부분으로 구분하여 -50℃에서 24 h 동안 동결건조(Home Freeze Dryer Medium; Harvest right, USA)하였다. 뿌리는 15-16 cm가량의 흰 잔털뿌리 부분을 사용하였고, 그 위로 초록색 부위가 시작되는 4-5 cm 까지를 구근으로 사용하였으며, 나머지 55-61 cm의 초록색 부분을 줄기와 잎으로 사용하였다.

잘게 썬 시료들은 analytical balances (HR-250A; A&D Company, Ltd., Japan)로 계량 후 각각 무게 대비 10배 부피의 증류수를 가하여 환류 냉각관을 부착한 heating mantle (HM 250C; Sercrim Lab Tech, Korea)에서 80℃로 2 h 동안 추출하였다. 모든 추출물은 진공펌프(Vacuum Pump; SM electric motor, Korea)로 3회(Whatman 3; Cytiva Korea, Korea) 여과한 후 syringe filter (SM25P045NL; Hyundai Micro, Korea)로 다시 3회 여과하였다. 냉동원심분리기(FD5808; Ilshin bio base Co., Ltd., Korea)에서 분말화하여 -70℃의 Ultra-low temperature freezer (WUF-500; Daihan scientific Co., Ltd., Korea)에 보관하면서 생리 활성 평가용 시료로 사용하였다.

2. 재래종 대파의 부위별 열수추출물의 항산화 활성

1) Total polyphenol 함량 측정

재래종 대파의 부위별 열수추출물의 total polyphenol 함량 측정은 Folin-Ciocalteu (F-C) 방법을 변형하여 측정하였다(Singleton & Rossi, 1965). 추출물 1,000 μL에 F-C reagent (Sigma-Aldrich, USA) 200 μL를 가하여 상온에서 3 min간 정치한 후, 2% (w/v) sodium carbonate anhydrous (Na₂CO₃; Daejung, Korea) 용액 1,000 μL와 다시 혼합하여 1 h동안 반응시켰다. ELISA micro plate reader (Infinite 200 pro Nanoquant; Tecan)를 이용하여 750 nm에서 흡광도를 측정하였으며, total polyphenol 함량은 표준물질로 tannic acid (Sigma-Aldrich)를 이용하여 작성한 표준곡선으로부터 환산하였다.

2) Total flavonoid 함량 측정

재래종 대파의 부위별 열수추출물의 total flavonoid 함량 측정은 Davis (1947)의 방법을 변형하여 측정하였다. 추출물 100 μL에 diethylene glycol (Daejung) 1,000 μL와 1N-NaOH (Sigma-Aldrich) 용액 10 μL를 가하여 1 h 동안 37℃에서 반응시켜 ELISA microplate reader (Infinite 200 pro Nanoquant; Tecan)를 이용하여 420 nm에서 흡광도를 측정하였다. Total flavonoid 함량은 표준 물질로 quercetin (Sigma-Aldrich)을 이용하여 작성한 표준곡선으로부터 환산하였다.

3) DPPH radical 소거 활성 측정

재래종 대파의 부위별 열수추출물의 DPPH radical 소거 활성은 Blois (1958)의 방법을 변형하여 측정하였다. 추출물 100 μL와 0.15 mM 1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl (DPPH; Sigma-Aldrich) 용액 100 μL를 혼합한 후 30 min 동안 상온의 암실에서 반응시켜 ELISA microplate reader (Infinite 200 pro Nanoquant; Tecan)를 이용하여 517 nm에서 흡광도를 측정하였다.

4) ABTS radical 소거 활성 측정

재래종 대파의 부위별 열수추출물의 ABTS radical 소거 활성은 Fellegrini et al. (1999)의 방법을 변형하여 측정하였다. 7.4 mM 2,2'-azinobis(3-ethyl benzo-thiazoline-6-sulfonic acid) (ABTS; Sigma-Aldrich)와 2.6 mM potassium persulfate (Daejung, Korea)를 동량 혼합한 후 실온의 암실에서 24 h 방치하여 ABTS+를 형성시켰다. 추출물 10 μL와 732 nm에서 흡광도의 값이 0.70±0.03이 되도록 1×PBS로 희석한 ABTS+ reagent 190 μL를 혼합한 후 10 min간 반응시켜 ELISA microplate reader (Infinite 200 pro Nanoquant; Tecan, Switzerland)를 이용하여 732 nm에서 흡광도를 측정하였다.

3. 재래종 대파의 부위별 열수추출물의 효소 활성

1) α-glucosidase 저해 활성 측정

재래종 대파의 부위별 열수추출물의 α-glucosidase 저해 활성은 Li et al. (2005)의 방법을 변형하여 측정하였다. 추출물 250 μL와 67 mM phosphate buffer (Daejung, Korea)에 녹인 기질용액 5 mM 4-nitrophenyl-α-D-glucopyranoside (pNPG; Sigma-Aldrich) 100 μL를 혼합한 후 67 mM phosphate buffer (Daejung)에 1 unit/mL 농도의 α-glucosidase (Sigma-Aldrich) 200 μL를 첨가하여 37℃에서 15 min 동안 방치하였다. 대조군에는 추출물 대신 67 mM phosphate buffer (pH 6.8) (Daejung, Korea)를 사용하였다. ELISA microplate reader (Infinite 200 pro Nanoquant; Tecan)를 이용하여 405 nm에서 흡광도를 측정하였다. 다음 공식을 이용하여 저해율을 산출하였다.

α-Glucosidase inhibitory activity (%)=[1-{(As-AsB)/(Ac-AcB)}]×100

As: 효소와 시료를 모두 첨가한 반응용액의 흡광도

AsB: 시료만 첨가한 반응용액의 흡광도

Ac: 효소만 첨가한 반응용액의 흡광도

AcB: 효소와 시료를 모두 첨가하지 않은 용액의 흡광도

2) Tyrosinase 저해 활성 측정

재래종 대파의 부위별 열수추출물의 tyrosinase 저해 활성은 Ishihara et al. (1991)의 방법을 변형하여 측정하였다. 추출물 200 μL와 100 mM potassium phosphate buffer (pH 6.8) (KPi; Daejung, Korea) 160 μL, 기질용액 10 mM L-tyrosine (Sigma-Aldrich) 40 μL를 혼합한 후 300 unit/mL 농도의 tyrosinase(Sigma-Aldrich) 40 μL를 첨가하여 37℃에서 30 min 동안 방치하였다. 대조군에는 추출물 대신 100 mM potassium phosphate buffer(pH 6.8)(KPi; Daejung)를 사용하였다. ELISA microplate reader (Infinite 200 pro Nanoquant; Tecan, Switzerland)를 이용하여 475 nm에서 흡광도를 측정하였다. 다음 공식을 이용하여 저해율을 산출하였다.

Tyrosinase inhibitory activity (%)=[1-{(As-AsB)/(Ac-AcB)}]×100

As: 효소와 시료를 모두 첨가한 반응용액의 흡광도

AsB: 시료만 첨가한 반응용액의 흡광도

Ac: 효소만 첨가한 반응용액의 흡광도

AcB: 효소와 시료를 모두 첨가하지 않은 용액의 흡광도

3) Elastase 저해 활성 측정

재래종 대파의 부위별 열수추출물의 elastase 저해 활성은 Kraunsoe et al. (1996)의 방법을 변형하여 측정하였다. 추출물 240 μL와 1 M Tris-HCl buffer (pH 8.0) 120 μL, 기질용액 0.25 mM N-succinyl-(Ala)3-p-nitroanilide (Sigma-Aldrich) 60 μL를 혼합한 후 200 mM Tris-HCl buffer (pH 8.0)에 0.594 unit/mL 농도로 녹인 elastase (Sigma-Aldrich) 20 μL를 첨가한 후 25℃에서 20 min 간 방치하였다. 대조군에는 추출물과 buffer 대신 증류수를 사용하였다. ELISA microplate reader (Infinite 200 pro Nanoquant; Tecan)를 이용하여 475 nm에서 흡광도를 측정하였다. 다음 공식을 이용하여 저해율을 산출하였다.

Elastase inhibitory activity (%)=[1-{(As-AsB)/(Ac-AcB)}]×100

As: 효소와 시료를 모두 첨가한 반응용액의 흡광도

AsB: 시료만 첨가한 반응용액의 흡광도

Ac: 효소만 첨가한 반응용액의 흡광도

AcB: 효소와 시료를 모두 첨가하지 않은 용액의 흡광도

4. 통계 처리

실험의 결과는 평균(mean)과 표준편차(standard deviation, SD)로 나타내었으며, 결과에 대한 통계분석은 SPSS statistics 27 (SPSS Inc., USA)을 이용하였다. One-way ANOVA를 실시하여 샘플 간 유의성을 분석하였고, 다중범위시험법(Duncan's multiple range test)으로 각 시료 간의 평균 차이에 대한 사후검정을 p<0.05 수준에서 실시하였다.

Results and Discussion

1. 재래종 대파의 부위별 열수추출물의 항산화 활성

1) Total polyphenol 함량

페놀성 화합물(polyphenol)에는 flavonoid, stilbene, lignan, tannin 등이 잘 알려져 있으며, 식물 2차 대사산물의 한 그룹으로서 천연에 널리 분포되어 있다(Kim, 2008). Phenolic hydroxyl (-OH)기를 통해 탈수소 반응을 일으켜 수소원자를 공유하여 안정된 라디칼 형태의 형성을 유도한다(Lee et al., 2010a). 그렇기 때문에 활성산소로 인한 세포 손상을 저해하는 기능이 있으며(Young & Woodside, 2001), 항산화 활성, 항염증 및 항바이러스 작용 등 각종 생리 활성을 나타낸다(Kim, 2008). 이에 본 연구에서는 재래종 대파의 부위별 열수추출물의 total polyphenol 함량을 분석하여 Table 1에 제시한 바와 같다.

재래종 대파의 부위별 열수추출물의 total polyphenol 함량을 살펴보면, AFF (58.72±0.61 μg TAE/g), AFR (38.52±0.16 μg TAE/g), AFLP (32.82±0.46 μg TAE/g), AFS (9.34±0.13 μg TAE/g)의 순으로 나타났다.

Nencini et al. (2007)의 이탈리아 자생 Allium 종의 항산화 연구에서 A. neapolitanum Cyr.과 A. subhirsutum L.의 꽃에서 다른 부위와 비교해 가장 높은 polyphenol level을 보였으며, 또 Lim & Lee (2020)의 향부추(Allium schoenoprasum L.) 연구에서도 꽃(flower), 잎(leaf), 알뿌리(bulb)의 순으로 높은 total polyphenol 함량을 보여 본 연구와 일치하는 경향을 보였다.

2) Total flavonoid 함량

Flavonoid는 노란색이나 담황색을 나타내는 phenol계 화합물의 총칭으로(Hertog et al., 1993) 혈관 내에서 nitric oxide와 superoxide의 반응으로 생성되는 peroxynitrite와 그 전구체인 superoxide를 직접적으로 제거해 주는 것으로 알려져 있다(Heim et al., 2002). 이에 본 연구에서는 재래종 대파의 부위별 열수추출물의 total flavonoid 함량을 분석하여 Table 1에 제시한 바와 같다.

재래종 대파의 부위별 열수추출물의 flavonoid 함량을 살펴보면, AFF (225.57±0.48 μg QE/g), AFS (80.90±0.52 μg QE/g), AFR (12.55±0.35 μg QE/g), AFLP (4.47±0.35 μg QE/g)의 순으로 높게 나타났다.

Rocchetti et al.(2022)은 같은 Allium 속인 A. scabriflorum, A. goekiogiti 및 A. paniculatu에서, Emir et al. (2020)은 A. nigrum 및 A. subhirsutum에서 지상부(AFLP)에 비해 지하부(AFS)에서 높은 flavonol 함량을 나타내었다고 보고하여 본 연구와 비슷한 경향을 보였다. Han & Kim (2017)의 60℃에서 열풍건조한 대파의 부위별 추출물 연구를 보면, flavonoid함량이 잎(leaf), 뿌리(root), 줄기(stem)의 순으로 높게 나타나 본 연구의 결과와는 다른 경향을 보였으나, 이는 연구에 사용된 품종이 다른 점, 전처리 조건을 달리한 점, 대파의 부위를 나누는 기준, 원산지 등의 차이에 의한 것으로 판단된다.

3) DPPH radical 소거 활성

Free radical은 불안정하여 인체 내에서 노화 촉진뿐만 아니라 DNA 손상, 염증 및 심혈관계 질환 등을 유발하는 원인으로 작용하는데, 페놀성 화합물에 의해 비활성화된다(Kim, 2021b). 이중 DPPH(2,2-diphenyl-2-picrylhy drazyl)는 비교적 안정적인 free radical로 항산화제로부터 전자 및 수소 분자를 공여 받을 경우 radical이 소거되어 특유의 짙은 자색이 탈색되므로 항산화 효과를 평가하는 척도로 이용하고 있다(Blois, 1958; Ju et al., 2009; Nakamura et al., 2019). 이에 본 연구에서는 재래종 대파의 부위별 열수추출물의 DPPH radical 소거 활성을 분석하여 Table 2에 제시한 바와 같다. 재래종 대파의 부위별 열수추출물의 DPPH radical 소거 활성을 살펴보면 AFF (79.19±0.47%), AFR (44.45±0.43%), AFS (35.34±0.45%), AFLP (15.96±0.71%)의 순으로 높게 나타났다.

Nencini et al. (2007)의 이탈리아 자생 Allium 종 연구에서 A. neapolitanum Cyr., A. subhirsutum L. 및 A. roseum L.의 꽃에서 가장 높은 DPPH radical 소거 활성을 보고하여 본 연구와 일치하는 경향을 보였다. 또 Nencini et al. (2011)의 연구에서도 A. subhirsutum L.의 DPPH radical 소거 활성이 잎보다 꽃에서 높게 나타났다. Chang et al. (2016)의 연구에서는 본 연구와 달리 잎(leaf), 줄기(stem), 뿌리(root)의 순으로 높은 DPPH radial 소거 활성을 나타냈는데 이는 건조방법(열풍건조), 추출 용매(rice wine), 원산지(Taiwan) 등의 차이에 의한 것으로 판단된다.

4) ABTS radical 소거 활성

ABTS는 비교적 안정적인 free radical로써 potassium persulfate를 산화제로 하여 생성된 ABTS+가 항산화제에 의해 고유의 청록색이 탈색되어 흡광도가 감소하는 원리를 이용하여 항산화 활성을 측정할 수 있다(Schaich et al., 2015; Oh et al., 2016; Lee, 2017). 이 방법은 hydrogen-donating antioxidants와 chain-breaking antioxidants 모두를 측정할 수 있다는 장점이 있다(Choi et al., 2003; Jung & Park, 2020). 이에 본 연구에서는 재래종 대파의 부위별 열수추출물의 ABTS radical 소거 활성을 분석하여 Table 2에 제시한 바와 같다.

재래종 대파의 부위별 열수추출물의 ABTS radical 소거 활성을 살펴보면, AFF (95.16±0.42%), AFS (71.57±0.19%), AFR (63.25±0.62%), AFLP (21.79±0.96%)의 순으로 높게 나타났다.

Lim & Lee (2020)의 향부추(A. schoenoprasum L.) 연구에서 다른 부위에 비해 꽃에서 높은 활성을 나타내어 본 연구와 일치하는 경향을 보였다. 그러나 Han & Kim (2017)의 대파 부위별 추출물의 항산화 효과 연구에서는 뿌리, 잎, 줄기의 순으로 높은 ABTS radical 소거 활성을 보고하였는데 이는 연구에 사용된 품종이 다른 점, 전처리 조건을 달리한 점, 대파의 부위를 나누는 기준 등의 차이에 의한 것으로 판단된다.

2. 재래종 대파의 부위별 열수추출물의 효소 활성

1) α-glucosidase 저해 활성

α-glucosidase는 소장에 존재하는 포도당 분해효소로써 인체가 탄수화물을 소화시키는 과정에서 α-amylase에 의해 분해된 당질들을 단당류로 전환시킨다. α-glucosidase 저해 활성 효과는 당질의 분해와 흡수를 지연시켜 식후에 혈중 포도당의 농도가 급격하게 증가하는 것과 그로인한 불필요한 인슐린의 분비를 억제하는 역할을 한다(Yong et al., 2011; Hyun & Han, 2014). 이는 α-glucosidase 저해제가 α-glucosidase에 경쟁적으로 결합하여 효소 활성을 억제하기 때문이다(Yong et al., 2011). 따라서 α-glucosidase 저해제는 당질 관련 질환을 위한 치료제 개발에 유용하게 사용된다(Baron, 1998). 이에 본 연구에서는 재래종 대파의 부위별 열수추출물의 α-glucosidase 저해활성을 분석하여 Table 3에 제시한 바와 같다.

재래종 대파의 부위별 열수추출물의 α-glucosidase 저해 활성을 살펴보면, AFR (58.98±0.36%), AFLP (21.89±0.44%), AFF (19.96±0.61%), AFS (14.77±0.56%)의 순으로 높게 나타났다.

AFR에서 특히 높은 α-glucosidase 저해 활성이 나타났는데, Choi et al. (2022)은 대파의 뿌리인 총백(Allii fistulosi Bulbus)이 고지방식이 유도 비만 마우스에서 혈당조절에 효과가 있다고 보고한 바 있다. Sung et al. (2011)의 연구에서도 대파의 뿌리 추출물이 고지방식이 유도 비만 마우스에서 혈당 관련 지표인 중성지방 감소에도 효과가 있다고 보고하였다. 또 Rocchetti et al. (2022)는 9개의 Allium 종 중 8개의 종에서 지하부(AFS)에 비해 지상부(AFLP)가 높은 glucosidase 함량을 나타낸다고 보고하여 본 연구의 결과와 일치하는 경향을 보였다.

2) Tyrosinase 저해 활성

Tyrosinase는 조직과 피부에 존재하는 페놀 화합물의 산화에 의해 생성되는 갈색 또는 흑색의 색소인 멜라닌의 생성을 조절하는 효소이다(Im et al., 1998). L-tyrosine을 3,4-dihydroxy-phenylalanine (DOPA)로 바꾸는 hydroxylation 반응과 DOPA를 다시 DOPA quinone으로 바꾸는 oxylation 반응에 작용하여 멜라닌을 생성한다(Hearing & Jiménez, 1987; Jung & Park, 2020). 멜라닌의 생성은 자외선, 건조, 극한 온도 등으로부터 피부를 보호하는 데 도움을 주지만 과도할 경우 피부 노화를 촉진하고, 기미, 주근깨, 검버섯 등과 같은 색소 침착을 일으킨다(Jung et al., 2009; Lee et al., 2013). 이에 본 연구에서는 재래종 대파의 부위별 열수추출물의 tyrosinase 저해 활성을 분석하여 Table 4에 제시한 바와 같다.

재래종 대파의 부위별 열수추출물의 tyrosinase 저해 활성을 살펴보면, AFS (53.39±0.60%), AFR (50.44±0.55%), AFLP (44.20±0.38%), AFF (40.44±0.72%)의 순으로 높게 나타났다. 특히 지하부라고 할 수 있는 AFS와 AFR의 tyrosinase 저해 활성이 높은데, 이는 같은 Allium 속인 A. subhirsutum에서 지상부(AFLP)에 비해 지하부(AFS)의 tyrosinase IC₅₀ 값이 낮다고 보고한 Emir et al. (2020)의 결과와 비슷한 경향을 보였다. 또 Allium 속 식물을 연구한 Jia et al. (2016) 등은 대파, 달래, 양파 중 대파의 가장 높은 tyrosinase 저해활성을 보였다고 보고한 바 있다.

3) Elastase 저해 활성

Elastin은 피부의 구조를 유지하고 탄력과 유연성에 영향을 주는 주요 단백질이며 기본단위인 tropoelastin의 결합을 통해 elastin이 생성된다. Elastin은 다른 extracellular matrix (ECM) 단백질들과 가교 결합을 형성하고 있어 elastin의 분해는 주름의 생성과 아주 밀접한 관계가 있다(Sephel & Davidson, 1986). Elastase는 elastin뿐만 아니라 다른 ECM 단백질과 collagen을 분해하는 효소로(Tsuji et al., 2001; Lee et al., 2010b), 자외선과 같은 환경적 원인으로 인해 elastase의 활성이 증가하게 되면 elastin의 구조를 끊어 주름을 생성한다(Vinson et al., 2001; Tsukahara et al., 2006). 이에 본 연구에서는 재래종 대파의 부위별 열수추출물의 elastase 저해 활성을 분석하여 Table 4에 제시한 바와 같다.

재래종 대파의 부위별 열수추출물의 elastase 저해 활성을 살펴보면, AFR (45.83±0.95%), AFS (41.59±0.92%), AFLP (41.46±0.37%), AFF (25.17±1.97%)의 순으로 높게 나타났다. 뿌리(AFR)에서 가장 높은 elastase 저해 활성을 보였는데, 같은 Allium 속인 부추뿌리 추출물의 elastase저해 활성을 분석한 Kim (2021a)의 연구에서 부추뿌리 추출물이 100 μg/mL에서 33.8%의 elastase 저해 활성을 보여 표준시료인 ursolic acid의 37.5%와 비슷한 수준을 보였고 부추뿌리 추출물(145.1 μg/mL)의 IC₅₀ 값이 피부탄력에 효과가 있다고 보고된 대나무 줄기 추출물(179.5 μg/mL)의 IC₅₀ 값보다 낮다고 보고한 바 있다.

Conclusion

본 연구는 구조파로 불리는 재래종 대파(Allium fistulosum L.)의 부위별(꽃, 잎과 위경, 줄기 및 뿌리) 열수추출물에 대한 연구로, 생리 활성 특성으로는 항산화 활성(total pholyphenol 및 total flavonoid 함량, DPPH 및 ABTS radical 소거 활성), 효소 활성(α-glucosidase, tyrosinase 및 Elastase 저해 활성)을 분석하였다. 재래종 대파의 부위별 열수추출물의 항산화 활성의 경우 모두 꽃(AFF)이 가장 높았다. 잎과 위경(AFLP), 줄기(AFS), 뿌리(AFR) 중에서는 뿌리(AFR)의 total polyphenol 함량과 DPPH radical 소거 활성이 높게 나타났으며, total flavonoid 함량과 ABTS radical 소거 활성에서는 줄기(AFS)가 높게 나타났다. 반면 효소 활성의 경우, 뿌리(AFR)와 줄기(AFS)인 지하부에서 비교적 높은 활성을 나타냈다. α-glucosidase와 elastase 저해 활성에서는 뿌리(AFR)가 가장 높게 나타났으며, Tyrosinase 저해 활성에서는 줄기(AFS)의 활성이 가장 높게 나타났다. 이렇듯 본 연구를 바탕으로 재래종 대파인 구조파의 부위별 열수추출물의 항산화 활성 및 효소 활성을 확인함으로써 재래종 대파 연구의 기초자료로 사용되길 바라며 향후 기능성 소재로의 활용가능성을 확인할 수 있었다.

NOTES

Author's contribution

K.A.J. designed all experimental design. L.H.J. collected literature and contributed to all aspects of analysis and experiment. L.H.J. wrote the manuscript with assistance from K.A.J.

Author details

Hyeon-Jeong Lee (Graduate student), Department of Alternative Medicine, Kyonggi University, 24, Kyonggidaero, 9-gil, Seodaemoon-gu, Seoul 03746, Korea; Ae-Jung Kim (Professor), Department of Nutrition Therapy, Graduate School of Alternative Medicine, Kyonggi University, 24, Kyonggidae-ro, 9-gil, Seodaemoon-gu, Seoul 03746, Korea.

Figure 1.

The appearance of whole plant of welsh onion.

Figure 2.

The appearance of four parted welsh onion.

(A) Flower of welsh onion (A. fistulosum L.); (B) Pseudostem and leaf of welsh onion (A. fistulosum L.); (C) Stem of of welsh onion (A. fistulosum L.); (D) Root of of welsh onion (A. fistulosum L.).

Table 1.

Antioxidant contents of hot water extracts of four parted welsh onion

Samples¹⁾	Total polyphenol content (mg TAE²⁾/g)	Total flavonoid content (mg QE³⁾/g)
AFF	58.72±0.61^4)a5)	225.57±0.48^a
AFLP	32.82±0.46^c	4.47±0.35^d
AFS	9.34±0.13^d	80.90±0.52^b
AFR	38.52±0.16^b	12.55±0.35^c

¹⁾ AFF, flower of A. fistulosum L.; AFLP, pseudostem and leaf of A. fistulosum L.; AFS, stem of A. fistulosum L.; AFR, root of A . fistulosum L.;

²⁾ TAE, tannic acid equivalent;

³⁾ QE, quercetin acid equivalent;

⁴⁾ Mean±SD (n=3);

⁵⁾ Means with different superscripts (a-d) in the same column are significantly different at p <0.05 by Duncan’s multiple range test.

Table 2.

Antioxidant activity of hot water extracts of four parted welsh onion

Samples¹⁾	DPPH radical scavenging activity (%)	ABTS radical scavenging activity (%)
AFF	79.19±0.47^2)a3)	95.16±0.42^a
AFLP	15.96±0.71^d	21.79±0.96^d
AFS	35.34±0.45^c	71.57±0.19^b
AFR	44.45±0.43^b	63.25±0.62^c

¹⁾ AFF, flower of A. fistulosum L.; AFLP, pseudostem and leaf of A . fistulosum L.; AFS, stem of A. fistulosum L.; AFR, root of A. fistulosum L.;

²⁾ Mean±SD (n=3);

³⁾ Means with different superscripts (a-d) in the same column are significantly different at p <0.05 by Duncan’s multiple range test.

Table 3.

α-Glucosidase inhibitory activity of hot water extracts of four parted welsh onion

Samples¹⁾	α-Glucosidase inhibitory activity (%)
AFF	19.96±0.61^2)c3)
AFLP	21.89±0.44^b
AFS	14.77±0.56^d
AFR	58.98±0.36^a

¹⁾ AFF, flower of A. fistulosum L.; AFLP, pseudostem and leaf of A . fistulosum L.; AFS, stem of A. fistulosum L., AFR, root of A. fistulosum L.;

²⁾ mean±SD (n=3);

³⁾ Means with different superscripts (a-d) in the same column are significantly different at p <0.05 by Duncan’s multiple range test.

Table 4.

Tyrosinase and elastase inhibitory activity of hot water extracts of four parted welsh onion

Samples¹⁾	Tyrosinase inhibitory activity (%)	Elastase inhibitory activity (%)
AFF	40.44±0.72^2)d3)	25.17±1.97^c
AFLP	44.20±0.38^c	41.46±0.37^b
AFS	53.39±0.60^a	41.59±0.92^b
AFR	50.44±0.55^b	45.83±0.95^a

¹⁾ AFF, flower of A . fistulosum L.; AFLP, pseudostem and leaf of A. fistulosum L.; AFS, stem of A. fistulosum L.; AFR, root of A. fistulosum L.;

²⁾ Mean±SD (n=3);

³⁾ Means with different superscripts(a-d) in the same column are significantly different at p <0.05 by Duncan’s multiple range test.

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