화분은 영양적, 생리적 기능이 뛰어나 예로부터 우리나라는 물론 세계적으로 식용 또는 약용으로 이용되어왔다. 그러나 국내에서 유통 중인 화분은 대부분 수입산에 의존하고 있는 반면, 도토리 화분의 경우 국내 전국의 산야에서 많은 양이 생산되고 있다. 한편 영양적, 생리적 활성 물질이 풍부함에 따라 견고한 외피를 분해하여 소화 흡수를 증진시키기 위한 추출 조건 및 전처리 방법 개발에 대한 연구가 진행되어왔으며 최근에는 유용생리활성에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
본 연구는 국내에서 채취된 도토리 화분의 고부가가치화를 위한 기초자료 확보 및 활성 물질을 확인하고자 도토리 화분의 특성 및 영양학적 분석을 통해 이용 가능성을 확인하였다. 또한 도토리 화분의 열수 및 에탄올 추출물을 조제하여 비교하였으며, 그 결과를 바탕으로 도토리 화분 에탄올 추출물의 순차적 유기용매 분획물을 조제하여 이들의 유용 활성성분(total polyphenol, total flavonoid, total sugar, reducing sugar)을 평가하였고, 항산화 활성, 항당뇨 활성, 항균 활성, 혈액응고 저해 활성, 혈소판 응집 저해 활성 및 용혈 활성을 평가하여 도토리 화분의 식의약품 소재로의 개발 가능성을 확인하였다. 또한 이의 활성 물질을 확인하여 주요 활성 물질의 유용생리활성을 평가하였다. 주요 연구 결과는 다음과 같다.
도토리 화분의 특성 및 영양학적 분석
1. 도토리 화분의 표면은 장구형의 미립상 돌기가 있어 도토리 화분 특유의 형태를 확인하였다.
2. 도토리 화분의 이화학적 분석 결과, pH 4.6, brix 52, 산도 0.74를 나타내었으며, 색차 측정 결과, 황색도가 높음을 확인하여 짙은 노란색 과립임을 나타내었다.
3. 화분 분해도 평가 결과 화분 표면이 단단한 껍질로 덮여있어 물에 24시간 침지한 경우 변화가 없었으나 에탄올로 24시간 침지시 대부분 분해됨을 확인하였다.
4. 영양성분 분석 결과, 수분함량이 11.5%로 높았으며 조단백 25.1%, 조지질 12.5%, 조탄수화물 48.0%, 조회분 1.9%로 높았으며 100g당 총 404.9kcal를 나타내어 우수한 영양성분을 확인하였다.
도토리 화분의 열수 및 에탄올 추출물의 비교
1. 도토리 화분의 열수 및 에탄올 추출물의 추출효율은 열수 추출물>에탄올 추출물 순으로 나타났다.
2. 도토리 화분의 추출물의 polyphenol 및 flavonoid 함량 분석결과, polyphenol의 함량은 열수 추출물 및 에탄올 추출물에서 각각 14.5, 24.5mg/g으로 에탄올 추출물에서 보다 높은 함량 나타내었고 flavonoid 함량은 유의적인 차이를 나타내지 않았다.
3. 항산화 활성 측정 결과, DPPH 음이온 소거능, ABTS 양이온 소거능, Nitrite 소거능 및 환원력 모두에서 열수 추출물보다 에탄올 추출물에서 높은 활성을 나타내었다. 특히 DPPH 음이온 소거능의 경우 약 2.7배 더 높은 활성을 나타내었다.
4. 항당뇨 활성 측정 결과, 도토리 화분의 열수 및 에탄올 추출물은 전반적으로 전분 분해효소에 대한 저해 활성을 나타내지 않았다.
5. 항균 활성 또한 도토리 화분의 열수 및 에탄올 추출물은 그람 양성 세균 4종, 그람 음성 세균 4종 및 진균 2종에 대해 생육 억제 환을 나타내지 않았다.
6. 혈액응고 저해 활성을 평가한 결과, 도토리 화분의 열수 및 에탄올 추출물은 전체적으로 우수한 혈액 응고 저해 활성은 나타나지 않았으나 에탄올 추출물에서 열수 추출물보다 유의적인 활성이 나타났다.
7. 혈소판 응집 저해능을 평가한 결과, 도토리 화분의 열수 및 에탄올 추출물에서 각각 105.5% 및 81.4%의 혈소판 응집도를 나타내었다.
8. 급성독성 평가를 위한 용혈 활성에 대해 도토리 화분의 열수 및 에탄올 추출물 모두에서 적혈구 용혈 활성은 나타나지 않았다.
9. 따라서, 도토리 화분의 에탄올 추출물이 열수 추출물에 비해 항산화 활성, 항혈전 활성 및 혈소판 응집저해 활성이 우수하였으므로 본 결과를 토대로 에탄올 추출물을 이용하여 유용성분을 얻을 수 있으리라 판단하였다.
도토리 화분 에탄올 추출물의 분획물의 성분, 활성 비교
1. 도토리 화분 에탄올 추출물을 hexane, ethylacetate, butanol로 순차적 유기용매 분획하였으며, 최종적으로 물 잔류물을 회수하였다. 이때 분획물은 대부분 butanol (64.8%)로 이행되었고, 분획효율은 butanol 분획물>물 잔여물>hexane 분획물>ethylacetate 분획물 순으로 나타났다. 따라서 도토리 화분 에탄올 추출물의 대부분은 수용성 성분임을 의미하며, 다양한 극성 특성을 가진 물질들을 함유하고 있음을 확인하였다.
2. Polyphenol 및 flavonoid 함량은 ethylacetate 분획물에서 각각 225.0, 222.1 mg/g으로 가장 높은 함량을 차지하였으며 이는 여타의 분획물에 비해 약 7~10배 정도 높은 함량임을 확인하였다.
3. 항산화 활성 측정 결과, DPPH 음이온 소거능, ABTS 양이온 소거능, Nitrite 소거능 및 환원력 모두 ethylacetate 분획물에서 각각 82.4%, 87.3%, 77.2% 및 0.754로 가장 강력한 활성을 나타내었다.
4. 항당뇨 활성 측정 결과, hexane 분획물(19.5%), ethylacetate 분획물(57.1%), butanol 분획물(9.6%)에서 우수한 β-amylase 저해 활성을 보였다. 특히 ethylacetate 분획물에서는 13.0%의 α-glucosidase 저해 활성을 동시에 나타내어 우수한 항당뇨 활성을 나타냈다.
5. 항균 활성 결과, 분획물 모두에서 생육 억제 환을 나타내지 않아 화분은 상온에서 부패가 쉽게 진행될 수 있음을 확인하였다.
6. 혈액응고 저해 활성 결과, aspirin에 필적할만한 혈전 생성 저해 활성은 나타나지 않았지만 butanol 분획물과 ethylacetate 분획물에서 프로트롬빈에 대한 저해 활성을 나타내었다.
7. 도토리 화분 에탄올 추출물의 분획물의 혈소판 응집 저해활성 평가 결과, 250 ㎍/mL 농도에서 ethylacetate 분획물(48.3%), butanol 분획물(50.9%), 물 잔여물(59.1%)에서 우수한 활성을 나타내었다. 이는 현재 임상에서 사용하고 있는 아스피린이 125 ㎍/mL 농도에서 45.4%를 나타냄을 고려할 때, 상기 분획물은 향후 혈소판 응집 저해제로 개발 가능성이 있음을 확인하였다. 반면 hexane 분획물의 경우 142.4%의 응집도를 보여 오히려 혈소판 응집촉진 활성을 보여 도토리 화분의 에탄올 추출물이 다양한 혈소판 응집저해 및 응집촉진 활성 물질을 동시에 함유하고 있음을 확인하였다.
8. 용혈 활성은 hexane 분획물에서 89% 이상의 용혈 활성을 나타내었으나 여타의 분획물에서는 용혈 활성이 나타나지 않았다.
9. 이상의 결과는 도토리 화분 에탄올 추출물의 활성 분획물이 항산화, 항당뇨, 항혈전 활성을 가지고 있음을 의미하며, 향후 이를 이용한 기능성 식품 소재로 개발 가능함을 제시하고 있다. 특히 ethylacetate 분획물에서 높은 활성을 나타냈기에 이의 활성 물질을 확인하고 유용 생리활성을 평가하였다.
도토리 화분 ethylacetate 분획물의 활성 물질 확인 및 생리활성 평가
1. 도토리 화분 ethylacetate 분획물의 flavonoid 및 phenolic acid를 분석한 결과, rutin이 1,192.7 ㎍/g으로 가장 많은 함량을 차지하고 있었으며 isoquercitrin과 astragalin도 상당량 확인되었다.
2. 이의 항산화 활성을 평가한 결과, 50 ㎍/mL농도에서 DPPH 음이온 소거능, ABTS 양이온 소거능 및 환원력이 rutin의 경우 각각 62.2, 78.7 ㎍/mL 및 0.601였으며 isoquercitrin 또한 동일 농도에서 각각 64.7, 80.1 ㎍/mL 및 0.708로 우수한 항산화 활성을 나타내었다. Nitrite 소거능의 경우 마찬가지로 20 ㎍/mL 농도에서 rutin과 isoquercitrin에서 우수한 항산화 활성을 나타냈다.
3. 항당뇨 활성을 평가한 결과, rutin 및 isoquercitrin이 50 ㎍/mL농도에서 각각 9.9%, 7.7%의 α-glucosidase 저해 활성을 나타내었다.
4. 이상의 결과는 도토리 화분 ethylacetate 분획물의 우수한 항산화, 항당뇨 활성은 rutin과 isoquercitrin이 관여하는 것으로 판단된다.