검색
검색 팝업 닫기

Ex) Article Title, Author, Keywords

JKFN Journal of the Korean Society of Food Science and Nutrition



Online ISSN 2288-5978

Article

home All Articles View

Article

Split Viewer

Journal of the Korean Society of Food Science and Nutrition 2022; 51(7): 660-670

Published online July 31, 2022 https://doi.org/10.3746/jkfn.2022.51.7.660

Copyright © The Korean Society of Food Science and Nutrition.

Antioxidant and Hepatoprotective Effects of Different Varieties of Sesame (Sesamum indicum L.) with Variation in Lignan Content

Min Young Kim , Sungup Kim, Jung In Kim, Eunyoung Oh, Sang Woo Kim, Jeongeun Lee, Eunsoo Lee, and Myoung Hee Lee

Department of Southern Area Crop Science, National Institute of Crop Science, RDA

Correspondence to:Min Young Kim, Department of Southern Area Crop Science, National Institute of Crop Science, Rural Development Administration, 20, Jeompiljae-ro, Miryang, Gyeongnam 50424, Korea, E-mail: kmyqwer@korea.kr

Received: March 14, 2022; Revised: May 10, 2022; Accepted: May 11, 2022

This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License (https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.

This study was performed to investigate the distribution of the functional compounds in different varieties of sesame (cv. Daheuk, cv. Goenbaek, cv. Milyang 74) during processing, as well as their antioxidant and hepatoprotective effects. The total polyphenol and flavonoid content ranged from 0.37∼2.79 mg gallic acid equivalent/g and 0.03∼1.13 mg catechin equivalent/g in different varieties of sesame, roasted sesame, sesame oil, and sesame meal. The major lignans were identified as sesamin, sesamolin, sesaminol, sesaminol diglucoside, and sesaminol triglucoside. The highest total lignan content (10.87∼19.44 mg/g) and ABTS radical scavenging activity (1.76∼5.14 mg Trolox equivalent/g) were observed in the Milyang 74 cultivar regardless of processing. Furthermore, extracts of Milyang 74 effectively improved cell viability and inhibited reactive oxygen species generation in oxidative stress-induced HepG2 cells. These results suggest that the Milyang 74 cultivar could effectively mediate physiological activity. The study provides valuable information for the use of sesame as a functional food material.

Keywords: sesame, sesame oil, lignan, antioxidant activity, hepatoprotective effect

간은 에너지 대사와 내인성, 외인성 물질에 대한 해독 작용을 수행하는 기관으로 간 손상은 알코올, 바이러스에 의한 감염, 약물의 오남용, 산화 자극에 의한 활성산소(reactive oxygen species, ROS) 생성 등 여러 가지 원인에 의해 생길 수 있다(Cichoż-Lach와 Michalak, 2014). 특히 과잉 생성된 ROS는 표적이 될 수 있는 단백질과 핵산 등을 손상시키고, 생체막의 구성 성분인 불포화 지방산을 과산화하여 체내 과산화지질의 축적을 증가시켜 간 손상뿐만 아니라 다양한 질환을 유발한다고 보고되고 있다(Gupta 등, 2014). 이에 따라 체내에서 발생하는 산화적 스트레스에 대한 방어 물질을 항산화제라고 하며, 이는 대사 과정 중 생성되는 ROS에 의한 지질과산화 반응을 억제하여 동맥경화, 심혈관계 질환, 염증, 당뇨 등의 예방에도 효과가 있다고 보고되어 있어 천연 항산화제에 관한 연구가 다양하게 진행되고 있다(Emerit과 Chaudiere, 1989).

참깨(Sesamum indicum L.)는 참깨과(Pedaliaceae)의 1년생 초본식물로 Sesamum 속은 30종 이상으로 분류되며 주요 재배종은 Sesamum indicum L.이다(Kim 등, 2004). 참깨는 동양 국가에서는 노화를 방지하는 건강식품으로 오랜 기간 널리 이용되어 왔으며, 일반적인 참깨의 성분은 지질 44~58%, 단백질 18~25%, 탄수화물 13.5%, 회분 5%로 구성되어 있다(Makinde와 Akinoso, 2014). 특히 참깨는 phenyl propane dimer 형태의 sesamin, sesamolin, sesamol, pinoresinol과 같은 리그난 화합물이 유리형 또는 배당체 형태로 함유되어 있어 체내에서 항산화 작용과 같은 생리활성을 보인다고 알려져 있다(Andargie 등, 2021). 그중에서도 sesamin과 sesamolin은 참깨의 주요 비배당체 지용성 리그난으로 참기름의 산패를 억제하여 저장 안정성을 향상시킬 뿐만 아니라(Wu 등, 2013), 염증매개물질 형성 억제를 통한 면역기능 강화(Lin 등, 2019), 에탄올로 유도된 간 손상으로부터 보호 및 해독 작용(Peñalvo 등, 2005), γ-토코페롤의 생체이용률 향상을 통한 심혈관계 질환 예방효과 증대(Akl 등, 2012), 장내 콜레스테롤 흡수 억제(Liang 등, 2015) 등의 다양한 기능을 가지는 것으로 알려져 있다. 또한 최근에는 탈지참깨박에 다량 함유된 sesaminol-diglucoside, sesaminol-triglucoside 등 배당체 형태의 수용성 리그난과 수용성 페놀화합물의 항산화 효과(Mekky 등, 2019)뿐만 아니라, 항염증(Wu 등, 2019), 에스트로겐 유사 활성(Kiyama, 2016), 갈색지방조직 활성화에 따른 비만 억제(Jahagirdar 등, 2018) 등의 기능 또한 보고되었다.

참깨 품종에 관한 연구로는 농촌진흥청에서 역병에 강하고 수량성이 높은 건백(Kim 등, 2018)을 비롯한 150여 종의 참깨 품종을 육성하였으며, 리그난의 건강 기능성에 관한 연구가 진행됨에 따라 최근에는 리그난 함량이 높은 참깨 품종이 개발되고 있다(Yasumoto와 Katsuta, 2006). 특히 본 연구에서 주재료로 사용한 ‘밀양 74호’는 리그난 함량이 모부본 대비 최대 87% 이상 증가한 신품종 참깨로 Kim 등(2020)이 식물특허를 출원하였으며, 이는 리그난 함량이 높고 경장이 작은 경북 22호와 리그난 함량이 높고 성숙기가 빠른 YCS7을 인공교배하고, 계통 육종법을 통해 육종하여 F5로부터 64개체를 선발한 후 리그난 함량을 분석하여 MSL06038-4B-54-1 계통을 선별해 ‘밀양 74호’로 명명하였다.

이처럼 고리그난 참깨 신품종의 개발 및 참깨 리그난의 항산화 활성을 비롯한 생리활성에 관한 연구는 다양하게 보고되었지만, 고리그난 참깨 신품종의 가공과정에 따른 기능 성분 분포와 그에 따른 생리활성에 관한 연구는 부족한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 리그난 함량이 다양하게 분포하는 다흑, 건백 및 밀양 74호의 가공과정에 따른 항산화 활성 및 산화적 스트레스가 유도된 간세포 모델에서의 보호 효과를 분석하였다.

실험재료 및 추출물 제조

본 연구에 사용된 참깨 품종은 2020년에 경상남도 밀양 소재의 국립식량과학원에서 생산된 다흑(cv. Daheuk), 건백(cv. Goenbaek), 밀양 74호(cv. Milyang 74) 품종이다. 품종별 참깨는 정선 후 세척한 다음 30°C의 건조기에서 수분함량이 3~4%가 되도록 조절하여 볶음 처리 및 압착유 제조에 이용하였다. 참깨의 볶음 처리를 위해 품종별 참깨 종자 1 kg을 자동볶음솥(Dongbang Machinery Co., Daegu, Korea)을 사용하여 180°C의 온도에서 20분간 볶아 상온에서 30분간 방랭 후 4°C에 보관하였다. 참기름은 동일 조건에서 볶은 참깨 종자를 유압식 착유기(Dongbang Machinery Co.)를 사용하여 제조하였으며, 내부온도를 60°C로 설정하고 60 MPa의 압력을 20분간 가한 후 압착이 끝난 실린더를 원위치로 고정하고 흘러내리는 기름을 20분간 착유하였다. 압착 착유가 완료된 참기름은 별도의 정제를 거치지 않고 밀봉하였으며, 착유기에 남아있는 참깨박과 함께 상온에서 30분간 방랭 후 4°C에 보관하였다. 참깨, 볶음참깨, 참기름 및 참깨박 추출물을 제조하기 위해 각각의 시료 중량 대비 10배량의 80% 메탄올(v/v)을 첨가해 1시간 동안 3회 반복하여 초음파 추출하고 이 추출물을 여과, 감압농축 및 동결건조하였으며, 추출물을 100 mg/mL의 농도로 dimethyl sulfoxide(DMSO)에 용해한 후 80% 메탄올, 버퍼 또는 Dulbecco’s modified Eagle’s medium(DMEM) 배지 등으로 희석하여 생리활성 측정용 시료로 사용하였다.

총 폴리페놀 함량 측정

총 폴리페놀 함량은 Dewanto 등(2002)의 방법에 따라 Folin-Ciocalteu reagent가 추출물의 폴리페놀성 화합물에 의해 환원된 결과 몰리브덴 정색으로 발색하는 것을 원리로 측정하였다. 즉, 10 mg/mL 농도의 각 추출물 100 μL에 2% Na2CO3 용액 2 mL를 가한 후 3분 방치하여 50% Folin-Ciocalteu reagent(Sigma-Aldrich Co., St. Louis, MO, USA) 100 μL를 가하였다. 실온에서 30분 방치 후 반응액의 흡광도 값을 750 nm에서 측정하였다. 표준물질로 gallic acid(Sigma-Aldrich Co.)를 5, 10, 25 및 50배로 희석하여 사용하였으며, 검량선 작성 후 총 폴리페놀 함량은 시료 1 g 중의 mg gallic acid로 나타내었다.

총 플라보노이드 함량 측정

총 플라보노이드 함량은 Zhishen 등(1999)의 방법을 변형하여 분석하였다. 플라보노이드 분석을 위한 10 mg/mL 농도의 추출물 250 µL에 증류수 1 mL와 5% NaNO2 75 µL를 가한 다음 5분 후 10% AlCl3・6H2O 150 µL를 가하여 6분간 방치하고 1 M 수산화나트륨(NaOH) 500 µL를 가하여 11분간 방치한 후, 반응액의 흡광도를 510 nm에서 측정하였다. 표준물질로 (+)-catechin hydrate(Sigma-Aldrich Co.)를 사용하여 검량선을 작성하였다.

리그난 함량 분석

참깨의 리그난 함량 분석은 Park 등(2021)의 방법에 따라 HPLC(Dionex 3000, Thermo Fisher, Waltham, MA, USA)를 사용하여 분석하였다. Sesamin과 sesamolin 분석 방법은 참깨 시료 1.0 g을 분쇄한 후 100% 메탄올 20 mL를 첨가하여 24시간 동안 상온에서 회전식 교반기(Multi shaker, MMS-110, Eyela Co., Tokyo, Japan)를 이용하여 추출하였다. 추출 용액의 상등액을 syringe filter(Whatman 0.2 µm, NYL; Whatman, Maidstone, UK)를 이용하여 여과한 후 HPLC 분석 시험용액으로 사용하였다. HPLC 분석 조건은 mobile phase를 메탄올과 증류수로 하였으며 메탄올의 비율은 60%(v/v)다. 칼럼은 YMC Triart C-18(1.9 µm, 2.0×50 mm, 30°C; YMC Co., Kyoto, Japan)을 사용하였고 유속은 0.3 mL/min이며, 검출기는 diode-array detector(DAD 3000, Thermo Fisher) UV 290 nm로 15분간 분석하였다.

Sesaminol, sesaminol diglucoside 및 sesaminol triglucoside 등의 리그난 배당체 분석 방법은 참깨 시료 1.0 g을 분쇄한 후 hexane 10 mL를 이용하여 진탕 탈지한 후, 20 mL의 70% 에탄올을 첨가하여 24시간 동안 상온에서 회전식 교반기(Eyela Co.)를 이용하여 추출하였다. 추출 용액의 상등액을 syringe filter(Whatman 0.2 µm, NYL)를 이용하여 여과한 후 HPLC 분석 시험용액으로 사용하였다. 이동상은 0.01 M phosphate가 포함된 증류수(A)와 아세토나이트릴(B)을 gradient 조건으로 흘려주었고, gradient 조건은 A:B를 초기 85:15(%, v/v)에서 30분에 70:30, 40분에 30:70으로 설정했으며, 유속은 1 mL/min으로 하였고 주입량은 20 μL로 설정하였다. 검출기는 UV 290 nm에서 검출하였으며, 컬럼은 Econosil ODS(5 µm, 250 mm×4.6 mm, Alltech Co., Deerfield, MA, USA)를 사용하였다. 표준물질은 각각 sesamin, sesamolin, sesaminol, sesaminol diglucoside 및 sesaminol triglucoside 등을 Sigma-Aldrich Co.에서 구입하여 사용하였으며, HPLC 크로마토그램은 Fig. 1과 같다.

Fig. 1. HPLC chromatogram of oil-soluble (A) and soluble (B) lignan of raw sesame with different varieties. (1) Sesamolin, (2) Sesamin, (3) Sesaminol-triglucoside, (4) Sesaminol-diglucoside, (5) Sesaminol.

ABTS 라디칼 소거능 측정

ABTS 라디칼 소거능은 ABTS cation decolorization assay 방법(Choi 등, 2006)에 따라 측정하였다. 7.4 mM 2,2′-azino-bis(3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid)(ABTS, Sigma-Aldrich Co.)와 2.6 mM potassium persulphate를 하루 동안 암소에서 방치하여 ABTS 양이온을 형성시킨 후 이 용액을 735 nm에서 흡광도 값이 1.4가 되도록 물 흡광계수(ε=3.6×104 M-1cm-1)를 이용하여 증류수로 희석하였다. 희석된 ABTS 용액 1 mL에 10 mg/mL 농도의 추출액 50 μL를 가하여 흡광도의 변화를 정확히 60분 후에 측정했으며, 표준물질로 Trolox(Sigma-Aldrich Co.)를 사용하였다. 시료첨가구와 비첨가구의 흡광도 차이를 mg Trolox eqiuvalent(TE)/extract g으로 표현하였다.

DPPH 라디칼 소거능 측정

DPPH 라디칼 소거능은 Hwang 등(2006)의 방법을 변형하여 측정하였다. 즉, 10 mg/mL 농도의 추출물 0.2 mL에 0.2 mM DPPH(Sigma-Aldrich Co.) 용액 0.8 mL를 가하여 실온에서 60분간 방치한 후 520 nm에서 흡광도를 측정하였다. 전자공여능은 시료첨가구와 비첨가구의 흡광도 차이를 mg Trolox eqiuvalent(TE)/extract g으로 표현하였다.

환원력 측정

품종별 참깨추출물의 FRAP(ferric-reducing antioxidant power)는 Benzie와 Strain(1996)의 방법에 따라 Fe3+가 Fe2+로 환원되어 2,4,6-tris(2-pyridyl)-s-triazine(TPTZ)과 결합해 blue 계열의 색을 나타내어 환원력을 흡광도 값으로 나타내는 방법으로 측정하였다. FRAP reagent는 25 mL acetate buffer(300 mM, pH 3.6)를 37°C에서 가온한 후 40 mM HCl에 용해한 10 mM TPTZ(Sigma-Aldrich Co.) 5 mL와 20 mM ferric sulfate 2.5 mL를 가하여 제조하였다. 제조한 FRAP reagent 0.9 mL에 시료 0.03 mL, 증류수 0.09 mL를 넣은 후 37°C에서 10분간 반응시킨 후 593 nm에서 흡광도를 측정하였다. Blank는 시료 대신 80% 에탄올을 넣어 측정하였다. 계산은 25, 50, 100, 200, 500, 1,000 및 2,000 μM의 농도로 반복하여 작성한 FeSO4・7H2O의 검량식(y=0.0004x+0.063, R2=1)에 대입하여 환산하였다.

세포배양 및 독성 측정

본 실험에서 사용된 인체 유래 간암세포주(HepG2, Human liver cancer cell)는 한국세포주은행(Seoul, Korea)에서 분양받아 사용하였다. 각각의 세포는 10% fetal bovine serum(FBS; Hycoone, Loga, UT, USA)과 100 U/mL penicillin G, 50 μg/mL streptomycin을 첨가한 DMEM 배지(Gibco Co., Grand Island, NY, USA)를 사용하여 5% CO2, 37°C 배양기(EYELA, Vision scientific Co., Daejeon, Korea)에서 배양했으며, 세포 밀도가 높아지면 5분간 trypsin-EDTA를 처리하여 계대배양을 실시하였다. 유품종 및 유도인자 처리별 발아현미 추출물의 세포독성은 Ishiyama 등(2016)의 방법에 따라 MTT(3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyltetrazolium bromide) assay를 이용하여 측정하였다. HepG2 cell을 2×104 cell/well 농도로 96-well plate에 100 μL씩 분주한 후 37°C, 5% CO2 배양기에서 24시간 배양하였다. 시료는 50~200 μg/mL 농도가 되도록 DMSO로 희석하여 사용했으며, 배양에 사용된 배지를 제거하고 배지에 일정 농도로 희석된 시료를 첨가하여 다시 24시간 배양하였다. 배양 완료 후 2 mg/mL 농도의 MTT 시약을 well당 10 μL씩 첨가한 다음 37°C, 5% CO2 배양기에서 4시간 후 MTT 시약이 포함된 배지를 제거하고 DMSO 100 μL를 가한 후 상온에서 발색시키고, ELISA microplate reader(ELx 808, Bio-Tek Inc., Winooski, VT, USA)를 이용하여 540 nm에서 흡광도를 측정하였다. 각각의 세포독성은 세포 생존율로 표시하였고, HepG2 cell의 세포독성을 나타내지 않는 농도에서 세포보호 효과 및 세포 내 ROS 생성억제 효과를 측정하였다.

세포보호 효과

산화적 스트레스에 대한 간세포보호 효과는 Ham 등(2015)의 방법에 따라 측정하였다. 즉, HepG2 cell을 2×104 cell/well 농도로 96-well plate에 100 μL씩 분주한 후 37°C, 5% CO2 배양기에서 24시간 배양하였다. 품종별 참깨, 볶음참깨, 참깨박 및 참기름 추출물은 100 μg/mL 농도로 FBS free DMEM 배지로 희석하여 사용했으며, 배양에 사용된 배지를 제거하고 배지에 희석된 시료를 첨가하여 다시 24시간 배양하였다. 배양 완료 후 세포는 500 μM tert-butyl hydroperoxide(TBHP)로 4시간 동안 산화 스트레스를 유도한 다음 참깨 유래 추출물의 세포보호 효과는 MTT 방법으로 540 nm에서 흡광도를 측정하였다.

세포 내 ROS 생성억제 효과

ROS는 fluorescent probe DCFH-DA 방법(Wang과 Joseph, 1999)을 이용하여 측정하였다. 즉, 세포를 96-well plate에 5×104 cell/well의 농도로 100 μL씩 분주한 후 37°C, 5% CO2 배양기에서 24시간 배양하였다. 품종별 참깨, 볶음참깨, 참깨박 및 참기름 추출물은 100 μg/mL 농도로 FBS free DMEM 배지로 희석하여 사용하였으며, 배양에 사용된 배지를 제거하고 배지에 희석된 시료를 첨가하여 다시 24시간 배양하였다. 24시간 동안 시료를 전처리한 후, 250 μM DCFH-DA를 37°C에서 1시간 동안 각 well에 첨가하였다. 세포를 PBS로 세척한 후 1 mM TBHP를 첨가하였다. 세포 간에 상응하는 ROS는 120분 동안 여기파장(excitation wavelength) 485 nm와 방출파장(emission wavelength) 530 nm에서 fluorescent intensity를 측정하였다.

통계분석

통계분석과 상관분석은 SPSS 통계프로그램(Statistical Package for the Social Science, Ver. 12.0, SPSS Inc., Chicago, IL, USA)을 이용하여 각 측정군의 평균과 표준편차를 산출하고, 가공처리 및 품종 간의 차이 유무를 one-way analysis of variance(ANOVA)로 분석한 후 사후검정은 Duncan’s multiple range test를 이용하여 유의성을 검정하였다(P<0.05). 또한, 간세포보호 효과 구명을 위한 산화적 스트레스를 유도한 HepG2 세포모델에서 TBHP 처리에 따른 세포 생존율 및 ROS 생성능에 대한 차이를 2-sample Student’s t-test를 실시하였다(P<0.001). 상관분석은 총 폴리페놀, 플라보노이드, sesamin, sesamolin, sesaminol, sesaminol-diglucoside, sesaminol-triglucoside, ABTS 및 DPPH 라디칼 소거능, 환원력, 세포보호 효과, ROS 생성량 간의 상관성을 Pearson correlation test 및 이변량 상관계수를 이용하여 신뢰구간 P<0.05, P<0.01에서 분석하였다.

총 폴리페놀 및 플라보노이드 함량

가공과정에 따른 품종별 참깨의 항산화 성분 변화를 측정한 결과는 Table 1과 같다. 참깨, 볶음참깨, 참기름 및 참깨박의 총 폴리페놀 및 플라보노이드 함량은 밀양 74호가 각각 0.61~2.79 mg gallic acid equivalent(GAE)/g 및 0.35~1.13 mg catechin equivalent(CE)/g으로 가공과정에 상관없이 가장 높은 범위로 나타났다. 건백과 다흑 품종의 경우 총 폴리페놀 함량이 각각 0.37~1.39 및 0.40~1.94 mg GAE/g이었으며, 총 플라보노이드 함량은 0.28~0.54 mg CE/g 및 0.03~0.68 mg CE/g 범위로 유사한 경향을 나타내었다. 참깨의 품종별 항산화 성분에 관해 연구한 Khan 등(2019)은 총 폴리페놀 및 플라보노이드 함량을 0.68~1.40 mg GAE/g 및 0.22~0.31 mg CE/g 범위로 보고하였고, Salamatullah 등(2021)은 로스팅하지 않은 흰색 및 갈색 종피의 참깨 품종은 총 폴리페놀 함량이 각각 0.68 및 0.90 mg GAE/g으로 나타난다고 하여, 최근 Kim 등(2020)이 육성한 신품종 밀양 74호는 리그난뿐만 아니라 폴리페놀 및 플라보노이드 함량 또한 높게 분포하는 것을 확인하였다. 또한 가공과정에 따른 품종별 참깨의 항산화 성분 또한 다양하게 분포하였는데, 볶음 처리에 따른 총 폴리페놀 및 플라보노이드 함량 변화를 분석한 결과 품종과 관계없이 총 폴리페놀의 경우 볶음 처리에 의해 0.89~2.40 mg GAE/g 범위에서 1.02~2.62 mg GAE/g 범위로 미량 증가하였지만, 총 플라보노이드는 0.43~1.13 mg CE/g 범위에서 0.46~1.08 mg CE/g 범위로 유사하거나 미량 감소하는 경향을 보였다. 이러한 결과는 볶음 처리 및 in vitro 소화과정에 따른 품종별 참깨의 페놀화합물 변화를 분석한 Chen 등(2020)의 연구에서 대부분 품종에서 로스팅 공정에 의해 총 폴리페놀 함량이 유의적으로 증가했지만, 플라보노이드 함량은 유지되거나 감소하는 경향을 보였다는 결과와 유사하였다. 또한 착유 과정에서의 참기름과 탈지참깨박의 총 폴리페놀 및 플라보노이드 함량은 지용성 유용성분이 다량 함유된 참기름의 경우 품종과 관계없이 0.37~0.61 mg GAE/g 및 0.03~0.35 mg CE/g으로 낮게 분포하였고, 참깨박의 경우 탈지 과정에 의해 상대적으로 수용성 페놀화합물이 증가하면서 1.39~2.79 mg GAE/g 및 0.41~1.13 mg CE/g으로 참깨 및 볶음참깨에 비해 높은 범위로 나타났다. 폴리페놀과 플라보노이드 화합물은 과일, 채소, 곡류 등의 식품에 함유된 효과적인 항산화 물질 중 하나이며, 분자 내에 phenolic hydroxyl group이 자유라디칼을 안정화시키기 때문에 항산화 활성을 나타내는 것으로 보고되어 있어(Zhang과 Tsao, 2016) ABTS 및 DPPH 라디칼 소거능, FRAP와 같은 항산화 활성에 영향을 줄 것으로 판단된다.

Table 1 . Total polyphenol(TPC), flavonoid(TFC), and lignan contents of different sesame varieties during the processing.

CultivarSample1)TPC (mg GAE/g sample)2)TFC (mg CE/g Sample)Lignan content (mg/g sample)
SesaminSesamolinSesaminolSesaminol-digluSesamino-trigluTotal
DaheukSesame0.89±0.04Cc0.43±0.02Cc1.13±0.02Cb1.21±0.03Cb0.01±0.00Aa0.23±0.02Ba1.40±0.05Ba3.98±0.09Cb
Roasted sesame1.16±0.06Bb0.49±0.01Bb1.12±0.01Cb1.18±0.01Cb0.01±0.00Bb0.09±0.01Bc0.76±0.02Bc3.16±0.05Cbc
Sesme oil0.40±0.13Bd0.03±0.00Cd3.20±0.48Ca2.96±0.45CaNDNDND6.16±0.93Ba
Sesame meal1.94±0.02Ba0.68±0.02Ba0.65±0.01Cc0.59±0.01Cc0.02±0.00Ba0.11±0.01Bb1.00±0.04Bb2.38±0.04Cc
GoenbaekSesame1.10±0.03Bb0.54±0.03Ba2.38±0.09Bb1.75±0.07Bb0.01±0.00Bb0.16±0.02Ca1.03±0.04Ca5.32±0.20Bb
Roasted sesame1.02±0.07Cb0.46±0.01Cb2.38±0.13Bb1.73±0.10Bb0.01±0.00Bb0.07±0.00Bb0.65±0.03Cc4.83±0.22Bb
Sesme oil0.37±0.08Bc0.28±0.04Bd7.46±0.42Ba4.16±0.24BaNDNDND11.62±0.66Ca
Sesame meal1.39±0.01Ca0.41±0.02Cc1.22±0.03Bc0.85±0.02Bc0.01±0.00Ca0.09±0.00Cb0.88±0.01Cb3.04±0.04Bc
Miryang 74Sesame2.40±0.07Ac1.13±0.04Aa9.00±0.38Ab3.23±0.15Ab0.02±0.00Ab0.66±0.03Aa4.85±0.15Aa17.76±0.53Aab
Roasted sesame2.62±0.04Ab1.08±0.01Aa9.64±0.08Ab3.37±0.04Ab0.02±0.01Ab0.33±0.05Ac3.02±0.07Ac16.38±0.12Ab
Sesme oil0.61±0.10Ad0.35±0.01Ab13.25±1.65Aa6.19±0.21AaNDNDND19.44±1.86Aa
Sesame meal2.79±0.03Aa1.13±0.05Aa4.86±0.05Ac1.70±0.02Ac0.04±0.00Aa0.44±0.01Ab3.83±0.04Ab10.87±0.09Ac

Values are mean ± SD of three replicates. Different capital letters in the same items indicate a significant difference (P<0.05) among varieties. Different small letters in the same items indicate a significant difference (P<0.05) among processing.

1)Total polyphenol content(mg gallic acid equivalent/g sample). 2)Total flavonoid content(mg catechin equivalent/g sample)



리그난 함량

가공과정에 따른 품종별 참깨의 리그난 및 리그난 배당체 변화를 측정한 결과는 Table 1과 같다. 품종에 따른 총 리그난 함량은 밀양 74호가 17.76 mg/g으로 가장 높게 나타났으며, 그 조성은 sesamin, sesamolin, sesaminol, sesaminol-diglucoside 및 sesaminol-triglucoside가 각각 9.00, 3.23, 0.02, 0.66, 4.85 mg/g으로 지용성 리그난의 sesamin과 수용성 리그난의 sesaminol-triglucoside가 가장 높은 비율로 분포하였다. 다흑과 건백 품종과 비교해봤을 때 총 리그난 함량이 각각 3.98 및 5.32 mg/g으로 고리그난 신품종인 밀양 74호가 대조품종에 비해 최대 4.5배 증진되었음을 확인하였다. 종피색이 다양한 참깨 43 자원의 지용성 리그난 성분에 관해 연구한 Dar 등(2019)은 sesamin 및 sesamolin 함량을 각각 2.10~5.98 mg/g 및 1.04~2.31 mg/g 범위로 보고하였고, Yasumoto와 Katsuta(2006)가 개발한 고리그난 특성을 가진 갈색 참깨의 리그난 함량과 항산화 활성을 분석한 Ishiyama 등(2016)의 연구에서 sesamin 및 sesamolin 함량은 각각 8.48 mg/g 및 2.80 mg/g으로 나타난다고 하여, 최근 Kim 등(2020)이 육성한 신품종 밀양 74호의 리그난 함량이 기존품종 대비 매우 높은 수준으로 분포한다는 것을 확인하였다. 또한, 탈지참깨박에 다량 함유된 sesaminol, sesaminol-diglucoside, sesaminol-triglucoside 등 배당체 형태의 수용성 리그난은 항산화(Mekky 등, 2019), 항염증(Wu 등, 2019) 및 항비만(Jahagirdar 등, 2018) 등의 효과가 보고되었는데, 밀양 74호의 총 수용성 리그난 함량이 5.53 mg/g으로 다흑(1.64 mg/g) 및 건백(1.20 mg/g)에 비해 각각 3.4배 및 4.6배 증진되었음을 확인하여 항산화 활성을 비롯한 다양한 생리활성에 영향을 줄 것으로 생각된다. 가공과정에 따른 품종별 참깨의 리그난 함량분포는 볶음 처리에 의한 변화는 미비하였지만, 착유 과정에서의 참기름과 탈지참깨박의 리그난 및 수용성 리그난의 함량분포는 품종에 따라 다양하게 분포하였다. 즉, 품종별 참깨를 180°C의 온도에서 20분간 볶음 처리했을 때 sesaminol-diglucoside 및 sesaminol-triglucoside 등 배당체 형태의 리그난 함량이 감소함에 따라 총 리그난 함량이 3.98~17.76 mg/g에서 3.16~16.38 mg/g으로 미량 감소하는 경향을 보였다. 이는 240°C에서 20분간 로스팅했을 때 pinoresinol diglucoside, sesamol을 제외한 리그난 함량이 유의적으로 감소하였다는 Chen 등(2020)의 연구 결과와 유사하며, 가열처리로 리그난 배당체가 pinoresinol 계열의 리그난 전구체로 전환됨에 따른 결과로 판단된다. 참기름의 경우 모든 품종에서 sesaminol, sesaminol-diglucoside, sesaminol-triglucoside 등의 수용성 리그난은 검출되지 않았으며, sesamin과 sesamolin의 지용성 리그난 함량은 품종별로 다흑, 건백, 밀양 74호가 각각 6.16, 11.62 및 19.44 mg/g으로 나타났다. 일반적으로 국내에 유통되고 있는 참기름의 sesamin과 sesamolin 함량은 5.34~9.90 mg/g으로 나타난다고 보고되어 있으며(Jeon 등, 2012), 볶음 조건에 따른 들기름과 참기름의 기능 성분 함량 변화를 연구한 Park 등(2021)의 연구에서는 170~190°C의 온도에서 볶음 처리를 한 후 압착유를 제조했을 때 9.01~9.17 mg/g의 범위로 나타난다고 하여 밀양 74호를 이용하여 제조한 참기름 또한 리그난이 시판 참기름에 비해 2배 이상 높은 수준으로 함유되어 있음을 확인하였다. 또한 압착유를 제조하고 남은 부산물인 탈지참깨박의 리그난 함량분포를 분석한 결과는 총 리그난 중에 수용성 리그난인 sesaminol-triglucoside가 차지하는 비율이 볶음참깨에 비해 증가하는 경향을 보였으며, 특히 밀양 74호 유래의 탈지참깨박의 sesaminol-triglucoside 함량이 3.83 mg/g으로 볶음참깨의 3.02 mg/g에 비해 유의적으로 높게 나타났다. 이러한 품종 및 가공과정에 따른 지용성 및 수용성 리그난의 다양한 분포는 항산화 활성 및 간보호 효과 변화에 큰 영향을 미칠 것으로 판단된다.

항산화 활성

폴리페놀, 플라보노이드, 리그난 및 리그난 배당체 등의 기능 성분 변이에 따른 항산화 활성 변화를 살펴보기 위해 가공과정 중의 품종별 참깨추출물의 항산화 활성을 분석한 결과는 Table 2와 같다. 참깨, 볶음참깨, 참기름 및 참깨박의 ABTS 라디칼 소거능, DPPH 라디칼 소거능 및 FRAP는 밀양 74호 유래 추출물이 1.76~5.14 mg TE/g, 1.99~5.19 mg TE/g 및 4.01~13.70 mM/g으로 각각 가공과정에 상관없이 가장 높은 범위로 나타났다. 다흑과 건백 품종의 경우 ABTS 라디칼 소거능이 각각 0.66~3.51 mg TE/g 및 1.02~2.66 mg TE/g이었으며, DPPH 라디칼 소거능은 1.32~3.16 mg TE/g 및 1.95~2.65 mg TE/g이었고, FRAP는 2.36~5.93 mM/g 및 3.76~12.08 mM/g으로 나타났다. 종피색이 백색, 황색, 갈색, 흑색 등으로 다양하게 분포하는 12개 품종의 대사체 분포와 항산화 활성을 분석한 Dossou 등(2022)의 연구에 따르면, 일반적으로 흑색 및 갈색 참깨가 황색 및 백색 참깨에 비해 라디칼 소거능 및 FRAP 등의 항산화 활성이 더 높은 범위로 분포하며, 이는 플라보노이드, 아미노산 및 아미노산 유도체, 리그난 및 테르페노이드 등의 대사체와 상관성이 높다고 보고하였다. 하지만 생물 전환에 의한 품종별 참깨 발효물의 리그난 함량과 항산화 활성 변화를 분석한 Jung 등(2016)의 연구에서는 참깨 품종의 종피색과 무관하게 리그난 함량이 증가함에 따라 DPPH 라디칼 소거능 및 총항산화력이 우수하게 나타난다고 보고하여, 본 연구에서 또한 리그난 및 리그난 배당체를 다량 함유한 밀양 74호 유래 추출물이 가공과정과 관계없이 항산화 활성이 우수하게 나타난 것으로 판단된다. 또한 가공과정에 따른 품종별 참깨의 항산화 활성 또한 유용성분 변이에 따라 다양하게 분포했는데, 볶음 처리에 따른 품종별 참깨의 항산화 활성을 분석한 결과 180°C의 온도에서 20분간 로스팅했을 때, ABTS 라디칼 소거능, DPPH 라디칼 소거능 및 FRAP가 각각 볶음 처리 전 1.67~4.42 mg TE/g, 1.55~4.67 mg TE/g, 2.36~5.13 mM/g에서 볶음 처리 후 2.04~4.45 mg TE/g, 1.92~4.48 mg TE/g, 3.44~5.97 mM/g으로 증가하는 경향을 보였다. Chen 등(2020)은 볶음 처리 및 in vitro 소화과정에서의 품종별 참깨의 페놀화합물과 항산화 활성에 대해 분석하였는데, 참깨의 종피색과 관계없이 모든 품종의 참깨가 로스팅 공정에 의해 저분자 페놀화합물의 추출수율이 증가함에 따라 라디칼 소거능과 총항산화력이 증가하는 결과를 보였다는 연구 결과와 유사한 경향을 보였다. 또한 특이하게 압착유를 제조하고 남은 부산물인 탈지참깨박 유래 추출물의 항산화 활성을 살펴보면, 총 폴리페놀 및 플라보노이드 함량과 유사하게 탈지 과정에 의해 상대적으로 수용성 페놀화합물의 추출이 용이해지면서 ABTS 라디칼 소거능, DPPH 라디칼 소거능 및 FRAP가 2.66~5.41 mg TE/g, 2.65~5.19 mg TE/g 및 5.93~13.70 mM/g으로 참깨 및 볶음참깨에 비해 높은 범위로 나타났다. Sharma 등(2020)에 따르면 탈지참깨박은 다양한 종류의 페놀화합물, 폴리페놀, sesaminol, sesaminol-glycosides 및 pinoresinol 등의 수용성 furofuran lignan 등의 파이토케미컬을 함유하고 있고, 이로부터 유래한 추출물은 강력한 항산화력을 가진다고 보고하였다. 밀양 74호는 sesamin 및 sesamolin 등의 지용성 리그난뿐만 아니라 수용성 페놀화합물, 플라보노이드 및 리그난 배당체의 함량 또한 높으므로 밀양 74호 유래의 탈지참깨박 추출물의 항산화 활성이 건백 및 다흑 유래 탈지참깨박 추출물보다 우수하게 나타난 것으로 판단되며, 산화적 스트레스에 대한 간보호 효과 및 활성산소종 생성억제 효능에도 긍정적인 영향을 미칠 것으로 생각된다.

Table 2 . Antioxidant activities and cytotoxicity in human liver cancer cell (HepG2) of different sesame varieties during the processing

CultivarSampleABTS1) (mg TE/g sample)DPPH2) (mg TE/g sample)FRAP3) (mM/g sample)Cytotoxicity (extracts dose)4)
DaheukSesame1.67±0.01Cc1.55±0.10Cc2.36±0.12CcNo cytotoxicity (≤800 μg/mL)
Roasted sesame2.11±0.01Bb1.92±0.09Bb3.44±0.03BbNo cytotoxicity (≤800 μg/mL)
Sesame oil0.66±0.04Cd1.32±0.13Bd2.55±0.22BcNo cytotoxicity (≤400 μg/mL)
Sesame meal3.51±0.02Ba3.16±0.13Ba5.93±0.11CaNo cytotoxicity (≤800 μg/mL)
GoenbaekSesame2.01±0.04Bb1.95±0.14Bb4.31±0.14BbNo cytotoxicity (≤400 μg/mL)
Roasted sesame2.04±0.01Bb2.06±0.15Bb3.87±0.15BcNo cytotoxicity (≤800 μg/mL)
Sesame oil1.02±0.05Bc2.09±0.21Ab3.76±0.13AcNo cytotoxicity (≤400 μg/mL)
Sesame meal2.66±0.03Ca2.65±0.18Ca12.08±0.13BaNo cytotoxicity (≤400 μg/mL)
Milyang 74Sesame4.42±0.00Ab4.67±0.21Ab5.13±0.14AcNo cytotoxicity (≤400 μg/mL)
Roasted sesame4.45±0.15Ab4.48±0.14Ab5.97±0.41AbNo cytotoxicity (≤400 μg/mL)
Sesame oil1.76±0.03Ac1.99±0.19Ac4.01±0.11AdNo cytotoxicity (≤400 μg/mL)
Sesame meal5.14±0.03Aa5.19±0.10Aa13.7±0.14AaNo cytotoxicity (≤400 μg/mL)

Values are mean±SD of three replicates. Different capital letters in the same item indicate a significant difference (P<0.05) among varieties. Different small letters in the same item indicate a significant difference (P<0.05) among processing.

1)ABTS radical scavenging activity (mg Trolox equivalent/g sample).

2)DPPH radical scavenging activity (mg Trolox equivalent/g sample).

3)Ferric-reducing antioxidant potential (mM FeSO4·7H2O/g sample).

4)No cytotoxicity means that cell viability was more than 90% compared to the control.



간세포보호 효과 및 ROS 생성 억제능

본 연구에 사용한 TBHP는 산화적 스트레스를 유도하는 세포독성 유발물질로, 세포 내 미토콘드리아의 cytochrome c에 의해 대사되고 t-butoxyl 및 methyl radical 등의 자유라디칼을 생성하여 지질과산화, 단백질 산화 및 핵산의 손상을 초래한다고 보고되어 있다(Kennedy 등, 1992). 먼저 가공과정에 따른 품종별 참깨추출물이 HepG2 세포의 사멸에 미치는 영향을 알아보기 위해 MTT assay를 이용한 세포 생존율을 측정한 결과(Table 2), 100 μg/mL 농도에서 세포 생존율이 모두 90% 이상으로 측정됨에 따라 100 μg/mL의 농도에서는 세포독성이 없음을 확인하여 간세포를 이용해 TBHP에 대한 세포보호 효과와 ROS 억제 활성 검정 실험을 진행하였다. 먼저 TBHP 500 μM을 4시간 동안 간세포에 노출한 결과 추출물이 처리되지 않은 세포에서는 대조구인 정상세포에 비해 세포 생존율이 49.01%로 유의적인 감소를 보였다(P<0.05). 그러나 참깨, 볶음참깨 및 참깨박 추출물이 전처리된 세포에서는 품종과 관계없이 세포 생존율이 68.18%에서 최대 91.80%까지 증가하여 산화적 스트레스에 의한 간세포보호 효과를 확인하였다(Fig. 2). 특히 폴리페놀, 플라보노이드 및 리그난 및 리그난 배당체 함량이 높게 나타났던 밀양 74호 유래의 참깨, 볶음참깨 및 참깨박 추출물이 각각 100 μg/mL의 농도에서 각각 73.49, 76.40 및 91.80%까지 세포 생존율이 증가하여 산화 스트레스에 대한 세포보호 효과가 가장 우수하였고, 대조품종인 건백 대비 116%에서 최대 120% 향상됨을 확인하였다.

Fig. 2. Hepatoprotective effect of extracts (100 μg/mL) from different sesame varieties during the processing in tert-butyl hydroperoxide (TBHP)-induced HepG2 cell. ###P<0.001 significant difference compared to control. Different capital letters and small letters in the same item indicate a significant difference (P<0.05) among different cultivars and processing, respectively.

또한 간세포 내에서 산화적 스트레스에 의해 발생하는 ROS 생성에 대한 가공과정에 따른 품종별 참깨추출물의 억제 활성을 알아보기 위해 HepG2 세포에서의 독성과 TBHP로 산화 스트레스를 유도한 뒤 DCFH-DA probe를 이용하여 ROS의 양에 따른 형광 발생 정도를 측정하였다(Fig. 3). ROS는 자유라디칼 및 1O2, O2-・, H2O2, ・OH 등 다양한 형태의 활성화된 산소로 생명체의 항상성 유지 기작을 통해 조절된다(Halliwell과 Gutteridge, 1990). 하지만 노화 및 산화적 스트레스로 조절능이 불안정화되면 ROS의 양이 많아져 세포막 지질의 산화, 세포 단백질의 변성 및 DNA의 손상을 유발하게 되며, 결국 노화의 촉진 및 각종 성인병을 발병시켜 인간의 수명을 단축하는 것으로 잘 알려져 있다(Aruoma, 1998). 그러므로 세포 내 ROS의 축적은 살아있는 세포의 산화적 손상의 좋은 지표이다. 세포 내 ROS 생성량을 분석한 결과, TBHP 1 mM을 4시간 동안 처리하여 산화 스트레스를 유발한 세포에서는 정상세포에 비해 ROS의 생성이 증가하였지만, 품종별 참깨, 볶음참깨 및 참깨박 추출물을 전처리한 세포는 ROS의 생성이 전체적으로 억제되는 효과를 보였다. 특히 세포보호 효과와 마찬가지로 밀양 74호 유래의 참깨, 볶음참깨 및 참깨박 추출물 처리 시 세포 내 ROS 생성억제에 효과적인 것을 확인하였고, TBHP로 HepG2 세포에 산화적 스트레스를 유도했을 때 대조구 대비 ROS 생성량이 252.24%까지 증가하였지만, 밀양 74호 유래 추출물을 전처리한 세포에 TBHP로 산화적 스트레스를 유도한 결과 100 μg/mL의 농도에서 102.87~116.29% 범위까지 감소하는 경향을 보여 세포 내 ROS 생성량 억제를 확인하였다. 종합적으로 고리그난 신품종인 밀양 74호 유래의 추출물을 산화적 스트레스를 유도한 HepG2 세포에 처리했을 때, 세포막 지질의 산화, 세포 단백질의 변성 및 DNA 손상 등에 의한 세포사멸을 유도하는 ROS의 생성 및 축적을 효과적으로 억제하였고 그에 따라 산화적 손상에 대한 보호 효과가 증가하였다고 할 수 있는데, 이는 밀양 74호에 다량 함유된 폴리페놀, 플라보노이드, 리그난 및 리그난 배당체 등의 유용성분에 따른 것으로 생각한다. 특히 대조품종인 건백 및 다흑 대비 총 리그난 함량이 최대 4.5배 증진된 밀양 74호에는 특히 sesamin이 9.0 mg/g으로 다량 함유되어 있는데, 사염화탄소로 유도된 간 손상 모델에서 sesamin의 보호 효과를 연구한 Ma 등(2014)에 따르면, sesamin 처리는 세포 내의 phospho-JNK1/2, phospho-c-Jun, Bax, Bak, TNF-α, cytosol cytochrome c, caspase-3의 발현을 감소시킴으로써 간세포의 apoptosis를 효과적으로 억제하고, 지질과산화 및 ROS 생성을 억제함으로써 간의 산화적 손상을 감소시킨다고 보고하였다. 또한, sesaminol-diglucoside, sesaminol-triglucoside, pinoresinol-glucoside가 다량 함유된 탈지참깨박 유래 수용성 분획물의 세포 내 항산화 효과에 대해 분석한 Ben Othman 등(2016)의 연구에서 탈지참깨박의 수용성 추출물이 산화적스트레스를 hydrogen peroxide(H2O2)로 유도했을 때, 세포 내의 Nrf2 pathway를 활성화하고 활성산소종 및 지질과산화를 억제하여 산화적 손상으로부터 보호한다는 연구 결과와 유사한 경향을 보였다. 따라서 본 연구에서도 sesamin 및 sesaminol 등의 지용성 리그난뿐만 아니라 페놀화합물 및 리그난 배당체 등의 수용성 화합물의 함량이 높은 밀양 74호 유래 추출물이 산화적 스트레스에 의한 ROS 생성을 효과적으로 억제하고 간 손상으로부터 보호하는 활성을 나타낸 것으로 판단된다.

Fig. 3. Effect of extracts (100 μg/mL) from different sesame varieties during the processing on the intracellular reactive oxygen (ROS) formation induced by tert-butyl hydroperoxide (TBHP) in HepG2 cell. ###P<0.001 significant difference compared to control. Different capital letters and small letters in the same item indicate a significant difference (P<0.05) among different cultivars and processing, respectively.

상관관계분석

가공과정에 따른 품종별 참깨추출물의 총 폴리페놀 함량, 플라보노이드 함량, sesamin, sesamolin, sesaminol, sesaminol-diglucoside, sesaminol-triglucoside 등의 유용성분과 ABTS 라디칼 소거능, DPPH 라디칼 소거능, FRAP, TBHP에 대한 간세포보호 효과 및 간세포 내 ROS 생성량 등의 항산화 및 간보호 효과의 상관관계를 분석한 결과는 Table 3과 같다. ABTS 및 DPPH 라디칼 소거능과 간보호 효과는 총 폴리페놀, 플라보노이드, sesaminol, sesaminol-diglucosde, sesaminol-triglucoside와 같은 수용성 리그난과 유의적인 양의 상관관계를 보였고, 활성산소종의 생성량과는 유의적인 음의 상관관계를 보였다. 즉, 대표적으로 TBHP로 유도된 산화적 스트레스에 대한 간세포보호 효과는 총 폴리페놀(R=0.873), 총 플라보노이드(R=0.769)와는 유의적으로 높은 양의 상관관계를 나타내었고, 반대로 ROS 생성량은 각각 총 폴리페놀(R=-0.801), 총 플라보노이드(R=-0.796)와 낮은 음의 상관관계를 나타내었다. 특히 리그난 함량 변이에 따른 간세포보호 효과를 확인하기 위한 상관분석에서는 리그난 중 sesaminol(R=0.822), sesaminol-digulcoside(R=0.607), sesaminol-triglucoside (R=0.685)와 유의적으로 높은 양의 상관관계를 나타내었고, ROS 생성량은 각각 sesaminol(R=-0.696), sesaminol-digulcoside(R=-0.632), sesaminol-triglucoside(R=-0.675)와 낮은 음의 상관관계를 나타내었다. 이는 리그난 배당체 함량이 증가함에 따라 항산화 활성 및 TBHP로 유도된 산화적 스트레스에 대한 간보호 효과가 증가했다는 것을 의미하여 참깨의 지용성 리그난뿐만 아니라 수용성의 페놀화합물 및 리그난 배당체가 생리활성에 큰 영향을 미친다는 것을 확인하였다. 이는 탈지참깨박 유래의 수용성 분획물의 활성산소종 및 지질과산화 억제능이 sesaminol-diglucoside, sesaminol-triglucoside, pinoresinol-glucoside 함량과 상관성이 높다고 보고한 Ben Othman 등(2016)의 연구 결과와 일치하였다. 종합적으로 본 연구에서 밀양 74호의 참깨, 볶음참깨, 탈지참깨박 유래 추출물이 항산화 활성 및 간보호 효과가 우수하게 나타난 것은 총 폴리페놀, 플라보노이드, 리그난 배당체 등의 유용성분 함량 결과와 높은 양의 상관성이 있다고 판단된다.

Table 3 . Correlation coefficients among total polyphenol (TPC), flavonoid contents (TFC), lignan contents, ABTS and DPPH radical scavenging activity, ferric-reducing antioxidant power (FRAP), protective effect (HepG2 cell), and reactive oxygen species (ROS) of sesame depending on varieties and processing

ActivitiesComponents
TPCTFCSesaminSesamolinSesaminolSesaminol-diglucosideSesaminol-triglucoside
ABTS0.988**0.962**0.195−0.1790.856**0.806**0.877**
DPPH0.942**0.939**0.322−0.0320.823**0.818**0.888**
FRAP−0.419*−0.2830.790**0.926**−0.449**−0.326−0.324
Protective effect0.873**0.769**−0.186−0.519**0.822**0.607**0.685**
ROS−0.801*−0.796**0.1330.477**−0.696**−0.632**−0.675**

Significant at *P<0.05, **P<0.01 about correlation coefficient among functional components, antioxidant and hepatoprotective effects.


본 연구에서는 리그난 함량이 다양하게 분포하는 품종별 참깨의 가공과정에 따른 유용성분 분포와 그에 따른 항산화 활성 및 TBHP로 유도된 산화적 스트레스에 대한 간세포보호 효과를 분석하였다. 품종은 고리그난 참깨 신품종인 밀양 74호와 대조품종으로 검정깨 및 흰깨의 다흑과 건백을 사용하였고, 품종별 참깨, 볶음참깨, 참기름 및 탈지참깨박을 80% 메탄올을 이용하여 초음파 추출하여 생리활성 측정용 시료로 사용하였다. 총 폴리페놀, 플라보노이드 및 총 리그난 함량 모두 가공과정과 관계없이 고리그난의 신품종인 밀양 74호가 각각 0.61~2.79 mg GAE/g, 0.61~2.79 mg GAE/g 및 10.87~19.44 mg/g 범위로 가장 높게 나타났으며, 참깨 원곡의 리그난 조성은 sesamin, sesamolin, sesaminol, sesaminol-diglucoside 및 sesaminol-triglucoside가 각각 9.00, 3.23, 0.02, 0.66, 4.85 mg/g으로 지용성 리그난의 sesamin과 수용성 리그난의 sesaminol-triglucoside가 가장 높은 비율로 분포하였다. 폴리페놀, 플라보노이드, 리그난 및 리그난 배당체 등의 유용성분 변이가 참깨 유래 추출물의 생리활성에 미치는 영향을 살펴보기 위해 각 추출물의 라디칼 소거능, 환원력 및 산화적 스트레스에 대한 간세포보호 효과 및 활성산소종(ROS) 억제 효과를 분석하였다. 그 결과 ABTS 라디칼 소거능, DPPH 라디칼 소거능 및 환원력 등의 항산화 활성이 각각 1.76~5.14 mg TE/g, 1.99~5.19 mg TE/g 및 4.01~13.70 mM/g으로 각각 가공과정에 상관없이 가장 높은 범위로 나타났다. 또한, HepG2 세포에서 TBHP로 산화 스트레스를 유도한 뒤 참깨 유래 추출물의 세포보호 효과 및 ROS 생성억제 효과를 분석한 결과 또한, 밀양 74호 유래 추출물 처리 시 세포 내 ROS 생성을 효과적으로 억제하여 그에 따라 산화적 손상에 대한 보호 효과가 증가하였음을 확인하였다. 이상의 연구 결과로부터 고리그난 참깨 밀양 74호가 대조품종인 다흑 및 건백 대비 모든 가공과정에 있어서 일반적으로 알려진 sesamin과 sesamolin 뿐만 아니라 수용성의 페놀화합물 및 리그난 배당체의 함량이 높게 분포하였고, 이는 항산화 활성 및 산화적 스트레스에 대한 간보호 효과 및 활성산소종 생성억제에 긍정적인 영향을 미친 것으로 생각된다. 본 연구 결과를 바탕으로 국내산 참깨 품종으로부터 고부가가치의 기능성 식품소재로서 개발하기 위한 기초자료로 활용할 수 있을 것으로 생각된다.

본 논문은 농촌진흥청 연구사업(유지작물 품종육성 효율증진을 위한 선발기술 개발, PJ01607604)의 지원에 의해 이루어진 것입니다.

  1. Akl MR, Ayoub NM, Sylvester PW. Mechanisms mediating the synergistic anticancer effects of combined γ-tocotrienol and sesamin treatment. Planta Med. 2012. 78:1731-1739.
    Pubmed CrossRef
  2. Andargie M, Vinas M, Rathgeb A, Möller E, Karlovsky P. Lignans of sesame (Sesamum indicum L.): A comprehensive review. Molecules. 2021. 26:883. https://doi.org/10.3390/molecules26040883
    Pubmed KoreaMed CrossRef
  3. Aruoma OI. Free radicals, oxidative stress, and antioxidants in human health and disease. J Am Oil Chem Soc. 1998. 75:199-212.
    Pubmed KoreaMed CrossRef
  4. Ben Othman S, Katsuno N, Kitayama A, Fujimura M, Kitaguchi K, Yabe T. Water-soluble fractions from defatted sesame seeds protect human neuroblast cells against peroxyl radicals and hydrogen peroxide-induced oxidative stress. Free Radic Res. 2016. 50:949-958.
    Pubmed CrossRef
  5. Benzie IFF, Strain JJ. The ferric reducing ability of plasma (FRAP) as a measure of “antioxidant power”: The FRAP assay. Anal Biochem. 1996. 239:70-76.
    Pubmed CrossRef
  6. Chen Y, Lin H, Lin M, Zheng Y, Chen J. Effect of roasting and in vitro digestion on phenolic profiles and antioxidant activity of water-soluble extracts from sesame. Food Chem Toxicol. 2020. 139:111239. https://doi.org/10.1016/j.fct.2020.111239
    Pubmed CrossRef
  7. Choi Y, Lee SM, Chun J, Lee HB, Lee J. Influence of heat treatment on the antioxidant activities and polyphenolic compounds of Shiitake (Lentinus edodes) mushroom. Food Chem. 2006. 99:381-387.
    CrossRef
  8. Cichoż-Lach H, Michalak A. Oxidative stress as a crucial factor in liver diseases. World J Gastroenterol. 2014. 20:8082-8091.
    Pubmed KoreaMed CrossRef
  9. Dar AA, Kancharla PK, Chandra K, Sodhi YS, Arumugam N. Assessment of variability in lignan and fatty acid content in the germplasm of Sesamum indicum L.. J Food Sci Technol. 2019. 56:976-986.
    Pubmed KoreaMed CrossRef
  10. Dewanto V, Wu X, Liu RH. Processed sweet corn has higher antioxidant activity. J Agric Food Chem. 2002. 50:4959-4964.
    Pubmed CrossRef
  11. Dossou SSK, Xu F, You J, Zhou R, Li D, Wang L. Widely targeted metabolome profiling of different colored sesame (Sesamum indicum L.) seeds provides new insight into their antioxidant activities. Food Res Int. 2022. 151:110850. https://doi.org/10.1016/j.foodres.2021.110850
    Pubmed CrossRef
  12. Emerit J, Chaudiere J. Free radicals and lipid peroxidation in cell pathology. In: Miquel J, Quintanilha AT, Weber H, editors. CRC Handbook of Free Radicals and Antioxidants in Biomedicine. CRC Press, Boca Raton, FL, USA. 1989. p 177-185.
  13. Gupta RK, Patel AK, Shah N, Choudhary AK, Jha UK, Yadav UC, et al. Oxidative stress and antioxidants in disease and cancer: A review. Asian Pac J Cancer Prev. 2014. 15:4405-4409.
    Pubmed CrossRef
  14. Halliwell B, Gutteridge JMC. Role of free radicals and catalytic metal ions in human disease: An overview. Methods Enzymol. 1990. 186:1-85.
    CrossRef
  15. Ham H, Yoon SW, Kim IH, Kwak J, Lee JS, Jeong HS, et al. Protective effects of unsaponifiable matter from rice bran on oxidative damage by modulating antioxidant enzyme activities in HepG2 cells. LWT-Food Sci Technol. 2015. 61:602-608.
    CrossRef
  16. Hwang IG, Woo KS, Kim TM, Kim DJ, Yang MH, Jeong HS. Change of physicochemical characteristics of Korean pear (Pyrus pyrifolia Nakai) juice with heat treatment conditions. Korean J Food Sci Technol. 2006. 38:342-347.
  17. Ishiyama K, Nagashima M, Yasumoto T, Fukuda Y. Changes in amounts of lignan compounds and radical scavenging activities in improved high-lignan breed of sesame, “Gomazou”, during germination. J Jpn Soc Food Sci Technol. 2016. 53:8-16.
    CrossRef
  18. Jahagirdar A, Usharani D, Srinivasan M, Rajasekharan R. Sesaminol diglucoside, a water-soluble lignan from sesame seeds induces brown fat thermogenesis in mice. Biochem Biophys Res Commun. 2018. 507:155-160.
    Pubmed CrossRef
  19. Jeon HJ, Kim IH, Choi HD, Lee C, Kim BH. Discrimination of the geographical origin of commercial sesame oils using fatty acids and lignan composition combined with linear discriminant analysis. Proceedings of 63th Annual Meeting of the Korean Society of Food Science and Nutrition. 2012 Oct 31-Nov 2, Jeju, Korea. p 271.
  20. Jung TD, Shin GH, Kim JM, Oh JW, Choi SI, Lee JH, et al. Changes in lignan content and antioxidant activity of fermented sesame (Sesame indicum L.) by cultivars. J Korean Soc Food Sci Nutr. 2016. 45:143-148.
    CrossRef
  21. Kennedy CH, Church DF, Winston GW, Pryor WA. Tert-butyl hydroperoxide-induced radical production in rat liver mitochondria. Free Radic Biol Med. 1992. 12:381-387.
    CrossRef
  22. Khan IU, Rathore BS, Syed Z. Evaluation of polyphenols, flavonoids and antioxidant activity in different solvent extracts of sesame (Sesamum indicum L.) genotypes. Int J Seed Spices. 2019. 9:52-60.
  23. Kim GS, Kim DH, Jeong MR, Jang IB, Shim KB, Kang CH, et al. Quantitative analysis of sesamin and sesamolin in various cultivars of sesame. Korean J Crop Sci. 2004. 49:496-502.
  24. Kim SU, Lee MH, Oh EY, Kim JI, Pae SB, Cho KS, et al. A new sesame cultivar ‘Milyang 74’ with enhanced lignan content and use therof. Korea Patent 10-2020-0133774. 2020.
  25. Kim SU, Lee MH, Pae SB, Oh EY, Kim JI, Ha TJ. A sesame variety “Goenbaek” with phytophthora blight disease resistance and high yield. Korean J Breed Sci. 2018. 50:256-260.
    CrossRef
  26. Kiyama R. Biological effects induced by estrogenic activity of lignans. Trends Food Sci Technol. 2016. 54:186-196.
    CrossRef
  27. Liang YT, Chen J, Jiao R, Peng C, Zuo Y, Lei L, et al. Cholesterol-lowering activity of sesamin is associated with down-regulation on genes of sterol transporters involved in cholesterol absorption. J Agric Food Chem. 2015. 63:2963-2969.
    Pubmed CrossRef
  28. Lin TY, Wu PY, Hou CW, Chien TY, Chang QX, Wen KC, et al. Protective effects of sesamin against UVB-induced skin inflammation and photodamage in vitro and in vivo. Biomolecules. 2019. 9:479. https://doi.org/10.3390/biom9090479
    Pubmed KoreaMed CrossRef
  29. Ma JQ, Ding J, Zhang L, Liu CM. Hepatoprotective properties of sesamin against CCl4 induced oxidative stress-mediated apoptosis in mice via JNK pathway. Food Chem Toxicol. 2014. 64:41-48.
    Pubmed CrossRef
  30. Makinde FM, Akinoso R. Comparison between the nutritional quality of flour obtained from raw, roasted and fermented sesame (Sesamum indicum L.) seed grown in Nigeria. Acta Sci Pol Technol Aliment. 2014. 13:309-319.
    Pubmed CrossRef
  31. Mekky RH, Abdel-Sattar E, Segura-Carretero A, Contreras MDM. Phenolic compounds from sesame cake and antioxidant activity: A new insight for agri-food residues’ significance for sustainable development. Foods. 2019. 8:432. https://doi.org/10.3390/foods8100432
    Pubmed KoreaMed CrossRef
  32. Park JE, Kim JI, Lee MH, Kim S, Oh E, Cho KS, et al. Influence of roasting temperature on the functional components of perilla and sesame oils. J Korean Soc Food Sci Nutr. 2021. 50:149-154.
    CrossRef
  33. Peñalvo JL, Heinonen SM, Aura AM, Adlercreutz H. Dietary sesamin is converted to enterolactone in humans. J Nutr. 2005. 135:1056-1062.
    Pubmed CrossRef
  34. Salamatullah AM, Alkaltham MS, Uslu N, Özcan MM, Hayat K. The effects of different roasting temperatures and times on some physicochemical properties and phenolic compounds in sesame seeds. J Food Process Preserv. 2021. 45:e15222. https://doi.org/10.1111/jfpp.15222
    CrossRef
  35. Sharma Y, Bharadwaj M, Srivastava N, Kaur A, Kumar M, Agarwal M, et al. In vitro antioxidant activity of defatted seed extracts of Ocimum sanctum on rat PC-12 cells and its inhibitory efficacy with receptors of oral squamous cell carcinoma. Ind Crops Prod. 2020. 154:112668. https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2020.112668
    CrossRef
  36. Wang H, Joseph JA. Quantifying cellular oxidative stress by dichlorofluorescein assay using microplate reader. Free Radic Biol Med. 1999. 27:612-616.
    CrossRef
  37. Wu MS, Aquino LBB, Barbaza MYU, Hsieh CL, De Castro-Cruz KA, Yang LL, et al. Anti-inflammatory and anticancer properties of bioactive compounds from Sesamum indicum L.-A review. Molecules. 2019. 24:4426. https://doi.org/10.3390/molecules24244426
    Pubmed KoreaMed CrossRef
  38. Wu S, Wang L, Shu F, Cao W, Chen F, Wang X. Effect of refining on the lignan content and oxidative stability of oil pressed from roasted sesame seed. Int J Food Sci Technol. 2013. 48:1187-1192.
    CrossRef
  39. Yasumoto S, Katsuta M. Breeding a high-lignan-content sesame cultivar in the prospect of promoting metabolic functionality. Jpn Agric Res Q. 2006. 40:123-129.
    CrossRef
  40. Zhang H, Tsao R. Dietary polyphenols, oxidative stress and antioxidant and anti-inflammatory effects. Curr Opin Food Sci. 2016. 8:33-42.
    CrossRef
  41. Zhishen J, Mengcheng T, Jianming W. The determination of flavonoid contents in mulberry and their scavenging effects on superoxide radicals. Food Chem. 1999. 64:555-559.
    CrossRef

Article

Article

Journal of the Korean Society of Food Science and Nutrition 2022; 51(7): 660-670

Published online July 31, 2022 https://doi.org/10.3746/jkfn.2022.51.7.660

Copyright © The Korean Society of Food Science and Nutrition.

리그난 함량 변이에 따른 품종별 참깨추출물의 항산화 및 간세포보호 효과

김민영․김성업․김정인․오은영․김상우․이정은․이은수․이명희

국립식량과학원 남부작물부 밭작물개발과

Received: March 14, 2022; Revised: May 10, 2022; Accepted: May 11, 2022

Antioxidant and Hepatoprotective Effects of Different Varieties of Sesame (Sesamum indicum L.) with Variation in Lignan Content

Min Young Kim , Sungup Kim, Jung In Kim, Eunyoung Oh, Sang Woo Kim, Jeongeun Lee, Eunsoo Lee, and Myoung Hee Lee

Department of Southern Area Crop Science, National Institute of Crop Science, RDA

Correspondence to:Min Young Kim, Department of Southern Area Crop Science, National Institute of Crop Science, Rural Development Administration, 20, Jeompiljae-ro, Miryang, Gyeongnam 50424, Korea, E-mail: kmyqwer@korea.kr

Received: March 14, 2022; Revised: May 10, 2022; Accepted: May 11, 2022

This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License (https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.

Abstract

This study was performed to investigate the distribution of the functional compounds in different varieties of sesame (cv. Daheuk, cv. Goenbaek, cv. Milyang 74) during processing, as well as their antioxidant and hepatoprotective effects. The total polyphenol and flavonoid content ranged from 0.37∼2.79 mg gallic acid equivalent/g and 0.03∼1.13 mg catechin equivalent/g in different varieties of sesame, roasted sesame, sesame oil, and sesame meal. The major lignans were identified as sesamin, sesamolin, sesaminol, sesaminol diglucoside, and sesaminol triglucoside. The highest total lignan content (10.87∼19.44 mg/g) and ABTS radical scavenging activity (1.76∼5.14 mg Trolox equivalent/g) were observed in the Milyang 74 cultivar regardless of processing. Furthermore, extracts of Milyang 74 effectively improved cell viability and inhibited reactive oxygen species generation in oxidative stress-induced HepG2 cells. These results suggest that the Milyang 74 cultivar could effectively mediate physiological activity. The study provides valuable information for the use of sesame as a functional food material.

Keywords: sesame, sesame oil, lignan, antioxidant activity, hepatoprotective effect

서 론

간은 에너지 대사와 내인성, 외인성 물질에 대한 해독 작용을 수행하는 기관으로 간 손상은 알코올, 바이러스에 의한 감염, 약물의 오남용, 산화 자극에 의한 활성산소(reactive oxygen species, ROS) 생성 등 여러 가지 원인에 의해 생길 수 있다(Cichoż-Lach와 Michalak, 2014). 특히 과잉 생성된 ROS는 표적이 될 수 있는 단백질과 핵산 등을 손상시키고, 생체막의 구성 성분인 불포화 지방산을 과산화하여 체내 과산화지질의 축적을 증가시켜 간 손상뿐만 아니라 다양한 질환을 유발한다고 보고되고 있다(Gupta 등, 2014). 이에 따라 체내에서 발생하는 산화적 스트레스에 대한 방어 물질을 항산화제라고 하며, 이는 대사 과정 중 생성되는 ROS에 의한 지질과산화 반응을 억제하여 동맥경화, 심혈관계 질환, 염증, 당뇨 등의 예방에도 효과가 있다고 보고되어 있어 천연 항산화제에 관한 연구가 다양하게 진행되고 있다(Emerit과 Chaudiere, 1989).

참깨(Sesamum indicum L.)는 참깨과(Pedaliaceae)의 1년생 초본식물로 Sesamum 속은 30종 이상으로 분류되며 주요 재배종은 Sesamum indicum L.이다(Kim 등, 2004). 참깨는 동양 국가에서는 노화를 방지하는 건강식품으로 오랜 기간 널리 이용되어 왔으며, 일반적인 참깨의 성분은 지질 44~58%, 단백질 18~25%, 탄수화물 13.5%, 회분 5%로 구성되어 있다(Makinde와 Akinoso, 2014). 특히 참깨는 phenyl propane dimer 형태의 sesamin, sesamolin, sesamol, pinoresinol과 같은 리그난 화합물이 유리형 또는 배당체 형태로 함유되어 있어 체내에서 항산화 작용과 같은 생리활성을 보인다고 알려져 있다(Andargie 등, 2021). 그중에서도 sesamin과 sesamolin은 참깨의 주요 비배당체 지용성 리그난으로 참기름의 산패를 억제하여 저장 안정성을 향상시킬 뿐만 아니라(Wu 등, 2013), 염증매개물질 형성 억제를 통한 면역기능 강화(Lin 등, 2019), 에탄올로 유도된 간 손상으로부터 보호 및 해독 작용(Peñalvo 등, 2005), γ-토코페롤의 생체이용률 향상을 통한 심혈관계 질환 예방효과 증대(Akl 등, 2012), 장내 콜레스테롤 흡수 억제(Liang 등, 2015) 등의 다양한 기능을 가지는 것으로 알려져 있다. 또한 최근에는 탈지참깨박에 다량 함유된 sesaminol-diglucoside, sesaminol-triglucoside 등 배당체 형태의 수용성 리그난과 수용성 페놀화합물의 항산화 효과(Mekky 등, 2019)뿐만 아니라, 항염증(Wu 등, 2019), 에스트로겐 유사 활성(Kiyama, 2016), 갈색지방조직 활성화에 따른 비만 억제(Jahagirdar 등, 2018) 등의 기능 또한 보고되었다.

참깨 품종에 관한 연구로는 농촌진흥청에서 역병에 강하고 수량성이 높은 건백(Kim 등, 2018)을 비롯한 150여 종의 참깨 품종을 육성하였으며, 리그난의 건강 기능성에 관한 연구가 진행됨에 따라 최근에는 리그난 함량이 높은 참깨 품종이 개발되고 있다(Yasumoto와 Katsuta, 2006). 특히 본 연구에서 주재료로 사용한 ‘밀양 74호’는 리그난 함량이 모부본 대비 최대 87% 이상 증가한 신품종 참깨로 Kim 등(2020)이 식물특허를 출원하였으며, 이는 리그난 함량이 높고 경장이 작은 경북 22호와 리그난 함량이 높고 성숙기가 빠른 YCS7을 인공교배하고, 계통 육종법을 통해 육종하여 F5로부터 64개체를 선발한 후 리그난 함량을 분석하여 MSL06038-4B-54-1 계통을 선별해 ‘밀양 74호’로 명명하였다.

이처럼 고리그난 참깨 신품종의 개발 및 참깨 리그난의 항산화 활성을 비롯한 생리활성에 관한 연구는 다양하게 보고되었지만, 고리그난 참깨 신품종의 가공과정에 따른 기능 성분 분포와 그에 따른 생리활성에 관한 연구는 부족한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 리그난 함량이 다양하게 분포하는 다흑, 건백 및 밀양 74호의 가공과정에 따른 항산화 활성 및 산화적 스트레스가 유도된 간세포 모델에서의 보호 효과를 분석하였다.

재료 및 방법

실험재료 및 추출물 제조

본 연구에 사용된 참깨 품종은 2020년에 경상남도 밀양 소재의 국립식량과학원에서 생산된 다흑(cv. Daheuk), 건백(cv. Goenbaek), 밀양 74호(cv. Milyang 74) 품종이다. 품종별 참깨는 정선 후 세척한 다음 30°C의 건조기에서 수분함량이 3~4%가 되도록 조절하여 볶음 처리 및 압착유 제조에 이용하였다. 참깨의 볶음 처리를 위해 품종별 참깨 종자 1 kg을 자동볶음솥(Dongbang Machinery Co., Daegu, Korea)을 사용하여 180°C의 온도에서 20분간 볶아 상온에서 30분간 방랭 후 4°C에 보관하였다. 참기름은 동일 조건에서 볶은 참깨 종자를 유압식 착유기(Dongbang Machinery Co.)를 사용하여 제조하였으며, 내부온도를 60°C로 설정하고 60 MPa의 압력을 20분간 가한 후 압착이 끝난 실린더를 원위치로 고정하고 흘러내리는 기름을 20분간 착유하였다. 압착 착유가 완료된 참기름은 별도의 정제를 거치지 않고 밀봉하였으며, 착유기에 남아있는 참깨박과 함께 상온에서 30분간 방랭 후 4°C에 보관하였다. 참깨, 볶음참깨, 참기름 및 참깨박 추출물을 제조하기 위해 각각의 시료 중량 대비 10배량의 80% 메탄올(v/v)을 첨가해 1시간 동안 3회 반복하여 초음파 추출하고 이 추출물을 여과, 감압농축 및 동결건조하였으며, 추출물을 100 mg/mL의 농도로 dimethyl sulfoxide(DMSO)에 용해한 후 80% 메탄올, 버퍼 또는 Dulbecco’s modified Eagle’s medium(DMEM) 배지 등으로 희석하여 생리활성 측정용 시료로 사용하였다.

총 폴리페놀 함량 측정

총 폴리페놀 함량은 Dewanto 등(2002)의 방법에 따라 Folin-Ciocalteu reagent가 추출물의 폴리페놀성 화합물에 의해 환원된 결과 몰리브덴 정색으로 발색하는 것을 원리로 측정하였다. 즉, 10 mg/mL 농도의 각 추출물 100 μL에 2% Na2CO3 용액 2 mL를 가한 후 3분 방치하여 50% Folin-Ciocalteu reagent(Sigma-Aldrich Co., St. Louis, MO, USA) 100 μL를 가하였다. 실온에서 30분 방치 후 반응액의 흡광도 값을 750 nm에서 측정하였다. 표준물질로 gallic acid(Sigma-Aldrich Co.)를 5, 10, 25 및 50배로 희석하여 사용하였으며, 검량선 작성 후 총 폴리페놀 함량은 시료 1 g 중의 mg gallic acid로 나타내었다.

총 플라보노이드 함량 측정

총 플라보노이드 함량은 Zhishen 등(1999)의 방법을 변형하여 분석하였다. 플라보노이드 분석을 위한 10 mg/mL 농도의 추출물 250 µL에 증류수 1 mL와 5% NaNO2 75 µL를 가한 다음 5분 후 10% AlCl3・6H2O 150 µL를 가하여 6분간 방치하고 1 M 수산화나트륨(NaOH) 500 µL를 가하여 11분간 방치한 후, 반응액의 흡광도를 510 nm에서 측정하였다. 표준물질로 (+)-catechin hydrate(Sigma-Aldrich Co.)를 사용하여 검량선을 작성하였다.

리그난 함량 분석

참깨의 리그난 함량 분석은 Park 등(2021)의 방법에 따라 HPLC(Dionex 3000, Thermo Fisher, Waltham, MA, USA)를 사용하여 분석하였다. Sesamin과 sesamolin 분석 방법은 참깨 시료 1.0 g을 분쇄한 후 100% 메탄올 20 mL를 첨가하여 24시간 동안 상온에서 회전식 교반기(Multi shaker, MMS-110, Eyela Co., Tokyo, Japan)를 이용하여 추출하였다. 추출 용액의 상등액을 syringe filter(Whatman 0.2 µm, NYL; Whatman, Maidstone, UK)를 이용하여 여과한 후 HPLC 분석 시험용액으로 사용하였다. HPLC 분석 조건은 mobile phase를 메탄올과 증류수로 하였으며 메탄올의 비율은 60%(v/v)다. 칼럼은 YMC Triart C-18(1.9 µm, 2.0×50 mm, 30°C; YMC Co., Kyoto, Japan)을 사용하였고 유속은 0.3 mL/min이며, 검출기는 diode-array detector(DAD 3000, Thermo Fisher) UV 290 nm로 15분간 분석하였다.

Sesaminol, sesaminol diglucoside 및 sesaminol triglucoside 등의 리그난 배당체 분석 방법은 참깨 시료 1.0 g을 분쇄한 후 hexane 10 mL를 이용하여 진탕 탈지한 후, 20 mL의 70% 에탄올을 첨가하여 24시간 동안 상온에서 회전식 교반기(Eyela Co.)를 이용하여 추출하였다. 추출 용액의 상등액을 syringe filter(Whatman 0.2 µm, NYL)를 이용하여 여과한 후 HPLC 분석 시험용액으로 사용하였다. 이동상은 0.01 M phosphate가 포함된 증류수(A)와 아세토나이트릴(B)을 gradient 조건으로 흘려주었고, gradient 조건은 A:B를 초기 85:15(%, v/v)에서 30분에 70:30, 40분에 30:70으로 설정했으며, 유속은 1 mL/min으로 하였고 주입량은 20 μL로 설정하였다. 검출기는 UV 290 nm에서 검출하였으며, 컬럼은 Econosil ODS(5 µm, 250 mm×4.6 mm, Alltech Co., Deerfield, MA, USA)를 사용하였다. 표준물질은 각각 sesamin, sesamolin, sesaminol, sesaminol diglucoside 및 sesaminol triglucoside 등을 Sigma-Aldrich Co.에서 구입하여 사용하였으며, HPLC 크로마토그램은 Fig. 1과 같다.

Fig 1. HPLC chromatogram of oil-soluble (A) and soluble (B) lignan of raw sesame with different varieties. (1) Sesamolin, (2) Sesamin, (3) Sesaminol-triglucoside, (4) Sesaminol-diglucoside, (5) Sesaminol.

ABTS 라디칼 소거능 측정

ABTS 라디칼 소거능은 ABTS cation decolorization assay 방법(Choi 등, 2006)에 따라 측정하였다. 7.4 mM 2,2′-azino-bis(3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid)(ABTS, Sigma-Aldrich Co.)와 2.6 mM potassium persulphate를 하루 동안 암소에서 방치하여 ABTS 양이온을 형성시킨 후 이 용액을 735 nm에서 흡광도 값이 1.4가 되도록 물 흡광계수(ε=3.6×104 M-1cm-1)를 이용하여 증류수로 희석하였다. 희석된 ABTS 용액 1 mL에 10 mg/mL 농도의 추출액 50 μL를 가하여 흡광도의 변화를 정확히 60분 후에 측정했으며, 표준물질로 Trolox(Sigma-Aldrich Co.)를 사용하였다. 시료첨가구와 비첨가구의 흡광도 차이를 mg Trolox eqiuvalent(TE)/extract g으로 표현하였다.

DPPH 라디칼 소거능 측정

DPPH 라디칼 소거능은 Hwang 등(2006)의 방법을 변형하여 측정하였다. 즉, 10 mg/mL 농도의 추출물 0.2 mL에 0.2 mM DPPH(Sigma-Aldrich Co.) 용액 0.8 mL를 가하여 실온에서 60분간 방치한 후 520 nm에서 흡광도를 측정하였다. 전자공여능은 시료첨가구와 비첨가구의 흡광도 차이를 mg Trolox eqiuvalent(TE)/extract g으로 표현하였다.

환원력 측정

품종별 참깨추출물의 FRAP(ferric-reducing antioxidant power)는 Benzie와 Strain(1996)의 방법에 따라 Fe3+가 Fe2+로 환원되어 2,4,6-tris(2-pyridyl)-s-triazine(TPTZ)과 결합해 blue 계열의 색을 나타내어 환원력을 흡광도 값으로 나타내는 방법으로 측정하였다. FRAP reagent는 25 mL acetate buffer(300 mM, pH 3.6)를 37°C에서 가온한 후 40 mM HCl에 용해한 10 mM TPTZ(Sigma-Aldrich Co.) 5 mL와 20 mM ferric sulfate 2.5 mL를 가하여 제조하였다. 제조한 FRAP reagent 0.9 mL에 시료 0.03 mL, 증류수 0.09 mL를 넣은 후 37°C에서 10분간 반응시킨 후 593 nm에서 흡광도를 측정하였다. Blank는 시료 대신 80% 에탄올을 넣어 측정하였다. 계산은 25, 50, 100, 200, 500, 1,000 및 2,000 μM의 농도로 반복하여 작성한 FeSO4・7H2O의 검량식(y=0.0004x+0.063, R2=1)에 대입하여 환산하였다.

세포배양 및 독성 측정

본 실험에서 사용된 인체 유래 간암세포주(HepG2, Human liver cancer cell)는 한국세포주은행(Seoul, Korea)에서 분양받아 사용하였다. 각각의 세포는 10% fetal bovine serum(FBS; Hycoone, Loga, UT, USA)과 100 U/mL penicillin G, 50 μg/mL streptomycin을 첨가한 DMEM 배지(Gibco Co., Grand Island, NY, USA)를 사용하여 5% CO2, 37°C 배양기(EYELA, Vision scientific Co., Daejeon, Korea)에서 배양했으며, 세포 밀도가 높아지면 5분간 trypsin-EDTA를 처리하여 계대배양을 실시하였다. 유품종 및 유도인자 처리별 발아현미 추출물의 세포독성은 Ishiyama 등(2016)의 방법에 따라 MTT(3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyltetrazolium bromide) assay를 이용하여 측정하였다. HepG2 cell을 2×104 cell/well 농도로 96-well plate에 100 μL씩 분주한 후 37°C, 5% CO2 배양기에서 24시간 배양하였다. 시료는 50~200 μg/mL 농도가 되도록 DMSO로 희석하여 사용했으며, 배양에 사용된 배지를 제거하고 배지에 일정 농도로 희석된 시료를 첨가하여 다시 24시간 배양하였다. 배양 완료 후 2 mg/mL 농도의 MTT 시약을 well당 10 μL씩 첨가한 다음 37°C, 5% CO2 배양기에서 4시간 후 MTT 시약이 포함된 배지를 제거하고 DMSO 100 μL를 가한 후 상온에서 발색시키고, ELISA microplate reader(ELx 808, Bio-Tek Inc., Winooski, VT, USA)를 이용하여 540 nm에서 흡광도를 측정하였다. 각각의 세포독성은 세포 생존율로 표시하였고, HepG2 cell의 세포독성을 나타내지 않는 농도에서 세포보호 효과 및 세포 내 ROS 생성억제 효과를 측정하였다.

세포보호 효과

산화적 스트레스에 대한 간세포보호 효과는 Ham 등(2015)의 방법에 따라 측정하였다. 즉, HepG2 cell을 2×104 cell/well 농도로 96-well plate에 100 μL씩 분주한 후 37°C, 5% CO2 배양기에서 24시간 배양하였다. 품종별 참깨, 볶음참깨, 참깨박 및 참기름 추출물은 100 μg/mL 농도로 FBS free DMEM 배지로 희석하여 사용했으며, 배양에 사용된 배지를 제거하고 배지에 희석된 시료를 첨가하여 다시 24시간 배양하였다. 배양 완료 후 세포는 500 μM tert-butyl hydroperoxide(TBHP)로 4시간 동안 산화 스트레스를 유도한 다음 참깨 유래 추출물의 세포보호 효과는 MTT 방법으로 540 nm에서 흡광도를 측정하였다.

세포 내 ROS 생성억제 효과

ROS는 fluorescent probe DCFH-DA 방법(Wang과 Joseph, 1999)을 이용하여 측정하였다. 즉, 세포를 96-well plate에 5×104 cell/well의 농도로 100 μL씩 분주한 후 37°C, 5% CO2 배양기에서 24시간 배양하였다. 품종별 참깨, 볶음참깨, 참깨박 및 참기름 추출물은 100 μg/mL 농도로 FBS free DMEM 배지로 희석하여 사용하였으며, 배양에 사용된 배지를 제거하고 배지에 희석된 시료를 첨가하여 다시 24시간 배양하였다. 24시간 동안 시료를 전처리한 후, 250 μM DCFH-DA를 37°C에서 1시간 동안 각 well에 첨가하였다. 세포를 PBS로 세척한 후 1 mM TBHP를 첨가하였다. 세포 간에 상응하는 ROS는 120분 동안 여기파장(excitation wavelength) 485 nm와 방출파장(emission wavelength) 530 nm에서 fluorescent intensity를 측정하였다.

통계분석

통계분석과 상관분석은 SPSS 통계프로그램(Statistical Package for the Social Science, Ver. 12.0, SPSS Inc., Chicago, IL, USA)을 이용하여 각 측정군의 평균과 표준편차를 산출하고, 가공처리 및 품종 간의 차이 유무를 one-way analysis of variance(ANOVA)로 분석한 후 사후검정은 Duncan’s multiple range test를 이용하여 유의성을 검정하였다(P<0.05). 또한, 간세포보호 효과 구명을 위한 산화적 스트레스를 유도한 HepG2 세포모델에서 TBHP 처리에 따른 세포 생존율 및 ROS 생성능에 대한 차이를 2-sample Student’s t-test를 실시하였다(P<0.001). 상관분석은 총 폴리페놀, 플라보노이드, sesamin, sesamolin, sesaminol, sesaminol-diglucoside, sesaminol-triglucoside, ABTS 및 DPPH 라디칼 소거능, 환원력, 세포보호 효과, ROS 생성량 간의 상관성을 Pearson correlation test 및 이변량 상관계수를 이용하여 신뢰구간 P<0.05, P<0.01에서 분석하였다.

결과 및 고찰

총 폴리페놀 및 플라보노이드 함량

가공과정에 따른 품종별 참깨의 항산화 성분 변화를 측정한 결과는 Table 1과 같다. 참깨, 볶음참깨, 참기름 및 참깨박의 총 폴리페놀 및 플라보노이드 함량은 밀양 74호가 각각 0.61~2.79 mg gallic acid equivalent(GAE)/g 및 0.35~1.13 mg catechin equivalent(CE)/g으로 가공과정에 상관없이 가장 높은 범위로 나타났다. 건백과 다흑 품종의 경우 총 폴리페놀 함량이 각각 0.37~1.39 및 0.40~1.94 mg GAE/g이었으며, 총 플라보노이드 함량은 0.28~0.54 mg CE/g 및 0.03~0.68 mg CE/g 범위로 유사한 경향을 나타내었다. 참깨의 품종별 항산화 성분에 관해 연구한 Khan 등(2019)은 총 폴리페놀 및 플라보노이드 함량을 0.68~1.40 mg GAE/g 및 0.22~0.31 mg CE/g 범위로 보고하였고, Salamatullah 등(2021)은 로스팅하지 않은 흰색 및 갈색 종피의 참깨 품종은 총 폴리페놀 함량이 각각 0.68 및 0.90 mg GAE/g으로 나타난다고 하여, 최근 Kim 등(2020)이 육성한 신품종 밀양 74호는 리그난뿐만 아니라 폴리페놀 및 플라보노이드 함량 또한 높게 분포하는 것을 확인하였다. 또한 가공과정에 따른 품종별 참깨의 항산화 성분 또한 다양하게 분포하였는데, 볶음 처리에 따른 총 폴리페놀 및 플라보노이드 함량 변화를 분석한 결과 품종과 관계없이 총 폴리페놀의 경우 볶음 처리에 의해 0.89~2.40 mg GAE/g 범위에서 1.02~2.62 mg GAE/g 범위로 미량 증가하였지만, 총 플라보노이드는 0.43~1.13 mg CE/g 범위에서 0.46~1.08 mg CE/g 범위로 유사하거나 미량 감소하는 경향을 보였다. 이러한 결과는 볶음 처리 및 in vitro 소화과정에 따른 품종별 참깨의 페놀화합물 변화를 분석한 Chen 등(2020)의 연구에서 대부분 품종에서 로스팅 공정에 의해 총 폴리페놀 함량이 유의적으로 증가했지만, 플라보노이드 함량은 유지되거나 감소하는 경향을 보였다는 결과와 유사하였다. 또한 착유 과정에서의 참기름과 탈지참깨박의 총 폴리페놀 및 플라보노이드 함량은 지용성 유용성분이 다량 함유된 참기름의 경우 품종과 관계없이 0.37~0.61 mg GAE/g 및 0.03~0.35 mg CE/g으로 낮게 분포하였고, 참깨박의 경우 탈지 과정에 의해 상대적으로 수용성 페놀화합물이 증가하면서 1.39~2.79 mg GAE/g 및 0.41~1.13 mg CE/g으로 참깨 및 볶음참깨에 비해 높은 범위로 나타났다. 폴리페놀과 플라보노이드 화합물은 과일, 채소, 곡류 등의 식품에 함유된 효과적인 항산화 물질 중 하나이며, 분자 내에 phenolic hydroxyl group이 자유라디칼을 안정화시키기 때문에 항산화 활성을 나타내는 것으로 보고되어 있어(Zhang과 Tsao, 2016) ABTS 및 DPPH 라디칼 소거능, FRAP와 같은 항산화 활성에 영향을 줄 것으로 판단된다.

Table 1 . Total polyphenol(TPC), flavonoid(TFC), and lignan contents of different sesame varieties during the processing..

CultivarSample1)TPC (mg GAE/g sample)2)TFC (mg CE/g Sample)Lignan content (mg/g sample)
SesaminSesamolinSesaminolSesaminol-digluSesamino-trigluTotal
DaheukSesame0.89±0.04Cc0.43±0.02Cc1.13±0.02Cb1.21±0.03Cb0.01±0.00Aa0.23±0.02Ba1.40±0.05Ba3.98±0.09Cb
Roasted sesame1.16±0.06Bb0.49±0.01Bb1.12±0.01Cb1.18±0.01Cb0.01±0.00Bb0.09±0.01Bc0.76±0.02Bc3.16±0.05Cbc
Sesme oil0.40±0.13Bd0.03±0.00Cd3.20±0.48Ca2.96±0.45CaNDNDND6.16±0.93Ba
Sesame meal1.94±0.02Ba0.68±0.02Ba0.65±0.01Cc0.59±0.01Cc0.02±0.00Ba0.11±0.01Bb1.00±0.04Bb2.38±0.04Cc
GoenbaekSesame1.10±0.03Bb0.54±0.03Ba2.38±0.09Bb1.75±0.07Bb0.01±0.00Bb0.16±0.02Ca1.03±0.04Ca5.32±0.20Bb
Roasted sesame1.02±0.07Cb0.46±0.01Cb2.38±0.13Bb1.73±0.10Bb0.01±0.00Bb0.07±0.00Bb0.65±0.03Cc4.83±0.22Bb
Sesme oil0.37±0.08Bc0.28±0.04Bd7.46±0.42Ba4.16±0.24BaNDNDND11.62±0.66Ca
Sesame meal1.39±0.01Ca0.41±0.02Cc1.22±0.03Bc0.85±0.02Bc0.01±0.00Ca0.09±0.00Cb0.88±0.01Cb3.04±0.04Bc
Miryang 74Sesame2.40±0.07Ac1.13±0.04Aa9.00±0.38Ab3.23±0.15Ab0.02±0.00Ab0.66±0.03Aa4.85±0.15Aa17.76±0.53Aab
Roasted sesame2.62±0.04Ab1.08±0.01Aa9.64±0.08Ab3.37±0.04Ab0.02±0.01Ab0.33±0.05Ac3.02±0.07Ac16.38±0.12Ab
Sesme oil0.61±0.10Ad0.35±0.01Ab13.25±1.65Aa6.19±0.21AaNDNDND19.44±1.86Aa
Sesame meal2.79±0.03Aa1.13±0.05Aa4.86±0.05Ac1.70±0.02Ac0.04±0.00Aa0.44±0.01Ab3.83±0.04Ab10.87±0.09Ac

Values are mean ± SD of three replicates. Different capital letters in the same items indicate a significant difference (P<0.05) among varieties. Different small letters in the same items indicate a significant difference (P<0.05) among processing..

1)Total polyphenol content(mg gallic acid equivalent/g sample). 2)Total flavonoid content(mg catechin equivalent/g sample).



리그난 함량

가공과정에 따른 품종별 참깨의 리그난 및 리그난 배당체 변화를 측정한 결과는 Table 1과 같다. 품종에 따른 총 리그난 함량은 밀양 74호가 17.76 mg/g으로 가장 높게 나타났으며, 그 조성은 sesamin, sesamolin, sesaminol, sesaminol-diglucoside 및 sesaminol-triglucoside가 각각 9.00, 3.23, 0.02, 0.66, 4.85 mg/g으로 지용성 리그난의 sesamin과 수용성 리그난의 sesaminol-triglucoside가 가장 높은 비율로 분포하였다. 다흑과 건백 품종과 비교해봤을 때 총 리그난 함량이 각각 3.98 및 5.32 mg/g으로 고리그난 신품종인 밀양 74호가 대조품종에 비해 최대 4.5배 증진되었음을 확인하였다. 종피색이 다양한 참깨 43 자원의 지용성 리그난 성분에 관해 연구한 Dar 등(2019)은 sesamin 및 sesamolin 함량을 각각 2.10~5.98 mg/g 및 1.04~2.31 mg/g 범위로 보고하였고, Yasumoto와 Katsuta(2006)가 개발한 고리그난 특성을 가진 갈색 참깨의 리그난 함량과 항산화 활성을 분석한 Ishiyama 등(2016)의 연구에서 sesamin 및 sesamolin 함량은 각각 8.48 mg/g 및 2.80 mg/g으로 나타난다고 하여, 최근 Kim 등(2020)이 육성한 신품종 밀양 74호의 리그난 함량이 기존품종 대비 매우 높은 수준으로 분포한다는 것을 확인하였다. 또한, 탈지참깨박에 다량 함유된 sesaminol, sesaminol-diglucoside, sesaminol-triglucoside 등 배당체 형태의 수용성 리그난은 항산화(Mekky 등, 2019), 항염증(Wu 등, 2019) 및 항비만(Jahagirdar 등, 2018) 등의 효과가 보고되었는데, 밀양 74호의 총 수용성 리그난 함량이 5.53 mg/g으로 다흑(1.64 mg/g) 및 건백(1.20 mg/g)에 비해 각각 3.4배 및 4.6배 증진되었음을 확인하여 항산화 활성을 비롯한 다양한 생리활성에 영향을 줄 것으로 생각된다. 가공과정에 따른 품종별 참깨의 리그난 함량분포는 볶음 처리에 의한 변화는 미비하였지만, 착유 과정에서의 참기름과 탈지참깨박의 리그난 및 수용성 리그난의 함량분포는 품종에 따라 다양하게 분포하였다. 즉, 품종별 참깨를 180°C의 온도에서 20분간 볶음 처리했을 때 sesaminol-diglucoside 및 sesaminol-triglucoside 등 배당체 형태의 리그난 함량이 감소함에 따라 총 리그난 함량이 3.98~17.76 mg/g에서 3.16~16.38 mg/g으로 미량 감소하는 경향을 보였다. 이는 240°C에서 20분간 로스팅했을 때 pinoresinol diglucoside, sesamol을 제외한 리그난 함량이 유의적으로 감소하였다는 Chen 등(2020)의 연구 결과와 유사하며, 가열처리로 리그난 배당체가 pinoresinol 계열의 리그난 전구체로 전환됨에 따른 결과로 판단된다. 참기름의 경우 모든 품종에서 sesaminol, sesaminol-diglucoside, sesaminol-triglucoside 등의 수용성 리그난은 검출되지 않았으며, sesamin과 sesamolin의 지용성 리그난 함량은 품종별로 다흑, 건백, 밀양 74호가 각각 6.16, 11.62 및 19.44 mg/g으로 나타났다. 일반적으로 국내에 유통되고 있는 참기름의 sesamin과 sesamolin 함량은 5.34~9.90 mg/g으로 나타난다고 보고되어 있으며(Jeon 등, 2012), 볶음 조건에 따른 들기름과 참기름의 기능 성분 함량 변화를 연구한 Park 등(2021)의 연구에서는 170~190°C의 온도에서 볶음 처리를 한 후 압착유를 제조했을 때 9.01~9.17 mg/g의 범위로 나타난다고 하여 밀양 74호를 이용하여 제조한 참기름 또한 리그난이 시판 참기름에 비해 2배 이상 높은 수준으로 함유되어 있음을 확인하였다. 또한 압착유를 제조하고 남은 부산물인 탈지참깨박의 리그난 함량분포를 분석한 결과는 총 리그난 중에 수용성 리그난인 sesaminol-triglucoside가 차지하는 비율이 볶음참깨에 비해 증가하는 경향을 보였으며, 특히 밀양 74호 유래의 탈지참깨박의 sesaminol-triglucoside 함량이 3.83 mg/g으로 볶음참깨의 3.02 mg/g에 비해 유의적으로 높게 나타났다. 이러한 품종 및 가공과정에 따른 지용성 및 수용성 리그난의 다양한 분포는 항산화 활성 및 간보호 효과 변화에 큰 영향을 미칠 것으로 판단된다.

항산화 활성

폴리페놀, 플라보노이드, 리그난 및 리그난 배당체 등의 기능 성분 변이에 따른 항산화 활성 변화를 살펴보기 위해 가공과정 중의 품종별 참깨추출물의 항산화 활성을 분석한 결과는 Table 2와 같다. 참깨, 볶음참깨, 참기름 및 참깨박의 ABTS 라디칼 소거능, DPPH 라디칼 소거능 및 FRAP는 밀양 74호 유래 추출물이 1.76~5.14 mg TE/g, 1.99~5.19 mg TE/g 및 4.01~13.70 mM/g으로 각각 가공과정에 상관없이 가장 높은 범위로 나타났다. 다흑과 건백 품종의 경우 ABTS 라디칼 소거능이 각각 0.66~3.51 mg TE/g 및 1.02~2.66 mg TE/g이었으며, DPPH 라디칼 소거능은 1.32~3.16 mg TE/g 및 1.95~2.65 mg TE/g이었고, FRAP는 2.36~5.93 mM/g 및 3.76~12.08 mM/g으로 나타났다. 종피색이 백색, 황색, 갈색, 흑색 등으로 다양하게 분포하는 12개 품종의 대사체 분포와 항산화 활성을 분석한 Dossou 등(2022)의 연구에 따르면, 일반적으로 흑색 및 갈색 참깨가 황색 및 백색 참깨에 비해 라디칼 소거능 및 FRAP 등의 항산화 활성이 더 높은 범위로 분포하며, 이는 플라보노이드, 아미노산 및 아미노산 유도체, 리그난 및 테르페노이드 등의 대사체와 상관성이 높다고 보고하였다. 하지만 생물 전환에 의한 품종별 참깨 발효물의 리그난 함량과 항산화 활성 변화를 분석한 Jung 등(2016)의 연구에서는 참깨 품종의 종피색과 무관하게 리그난 함량이 증가함에 따라 DPPH 라디칼 소거능 및 총항산화력이 우수하게 나타난다고 보고하여, 본 연구에서 또한 리그난 및 리그난 배당체를 다량 함유한 밀양 74호 유래 추출물이 가공과정과 관계없이 항산화 활성이 우수하게 나타난 것으로 판단된다. 또한 가공과정에 따른 품종별 참깨의 항산화 활성 또한 유용성분 변이에 따라 다양하게 분포했는데, 볶음 처리에 따른 품종별 참깨의 항산화 활성을 분석한 결과 180°C의 온도에서 20분간 로스팅했을 때, ABTS 라디칼 소거능, DPPH 라디칼 소거능 및 FRAP가 각각 볶음 처리 전 1.67~4.42 mg TE/g, 1.55~4.67 mg TE/g, 2.36~5.13 mM/g에서 볶음 처리 후 2.04~4.45 mg TE/g, 1.92~4.48 mg TE/g, 3.44~5.97 mM/g으로 증가하는 경향을 보였다. Chen 등(2020)은 볶음 처리 및 in vitro 소화과정에서의 품종별 참깨의 페놀화합물과 항산화 활성에 대해 분석하였는데, 참깨의 종피색과 관계없이 모든 품종의 참깨가 로스팅 공정에 의해 저분자 페놀화합물의 추출수율이 증가함에 따라 라디칼 소거능과 총항산화력이 증가하는 결과를 보였다는 연구 결과와 유사한 경향을 보였다. 또한 특이하게 압착유를 제조하고 남은 부산물인 탈지참깨박 유래 추출물의 항산화 활성을 살펴보면, 총 폴리페놀 및 플라보노이드 함량과 유사하게 탈지 과정에 의해 상대적으로 수용성 페놀화합물의 추출이 용이해지면서 ABTS 라디칼 소거능, DPPH 라디칼 소거능 및 FRAP가 2.66~5.41 mg TE/g, 2.65~5.19 mg TE/g 및 5.93~13.70 mM/g으로 참깨 및 볶음참깨에 비해 높은 범위로 나타났다. Sharma 등(2020)에 따르면 탈지참깨박은 다양한 종류의 페놀화합물, 폴리페놀, sesaminol, sesaminol-glycosides 및 pinoresinol 등의 수용성 furofuran lignan 등의 파이토케미컬을 함유하고 있고, 이로부터 유래한 추출물은 강력한 항산화력을 가진다고 보고하였다. 밀양 74호는 sesamin 및 sesamolin 등의 지용성 리그난뿐만 아니라 수용성 페놀화합물, 플라보노이드 및 리그난 배당체의 함량 또한 높으므로 밀양 74호 유래의 탈지참깨박 추출물의 항산화 활성이 건백 및 다흑 유래 탈지참깨박 추출물보다 우수하게 나타난 것으로 판단되며, 산화적 스트레스에 대한 간보호 효과 및 활성산소종 생성억제 효능에도 긍정적인 영향을 미칠 것으로 생각된다.

Table 2 . Antioxidant activities and cytotoxicity in human liver cancer cell (HepG2) of different sesame varieties during the processing.

CultivarSampleABTS1) (mg TE/g sample)DPPH2) (mg TE/g sample)FRAP3) (mM/g sample)Cytotoxicity (extracts dose)4)
DaheukSesame1.67±0.01Cc1.55±0.10Cc2.36±0.12CcNo cytotoxicity (≤800 μg/mL)
Roasted sesame2.11±0.01Bb1.92±0.09Bb3.44±0.03BbNo cytotoxicity (≤800 μg/mL)
Sesame oil0.66±0.04Cd1.32±0.13Bd2.55±0.22BcNo cytotoxicity (≤400 μg/mL)
Sesame meal3.51±0.02Ba3.16±0.13Ba5.93±0.11CaNo cytotoxicity (≤800 μg/mL)
GoenbaekSesame2.01±0.04Bb1.95±0.14Bb4.31±0.14BbNo cytotoxicity (≤400 μg/mL)
Roasted sesame2.04±0.01Bb2.06±0.15Bb3.87±0.15BcNo cytotoxicity (≤800 μg/mL)
Sesame oil1.02±0.05Bc2.09±0.21Ab3.76±0.13AcNo cytotoxicity (≤400 μg/mL)
Sesame meal2.66±0.03Ca2.65±0.18Ca12.08±0.13BaNo cytotoxicity (≤400 μg/mL)
Milyang 74Sesame4.42±0.00Ab4.67±0.21Ab5.13±0.14AcNo cytotoxicity (≤400 μg/mL)
Roasted sesame4.45±0.15Ab4.48±0.14Ab5.97±0.41AbNo cytotoxicity (≤400 μg/mL)
Sesame oil1.76±0.03Ac1.99±0.19Ac4.01±0.11AdNo cytotoxicity (≤400 μg/mL)
Sesame meal5.14±0.03Aa5.19±0.10Aa13.7±0.14AaNo cytotoxicity (≤400 μg/mL)

Values are mean±SD of three replicates. Different capital letters in the same item indicate a significant difference (P<0.05) among varieties. Different small letters in the same item indicate a significant difference (P<0.05) among processing..

1)ABTS radical scavenging activity (mg Trolox equivalent/g sample)..

2)DPPH radical scavenging activity (mg Trolox equivalent/g sample)..

3)Ferric-reducing antioxidant potential (mM FeSO4·7H2O/g sample)..

4)No cytotoxicity means that cell viability was more than 90% compared to the control..



간세포보호 효과 및 ROS 생성 억제능

본 연구에 사용한 TBHP는 산화적 스트레스를 유도하는 세포독성 유발물질로, 세포 내 미토콘드리아의 cytochrome c에 의해 대사되고 t-butoxyl 및 methyl radical 등의 자유라디칼을 생성하여 지질과산화, 단백질 산화 및 핵산의 손상을 초래한다고 보고되어 있다(Kennedy 등, 1992). 먼저 가공과정에 따른 품종별 참깨추출물이 HepG2 세포의 사멸에 미치는 영향을 알아보기 위해 MTT assay를 이용한 세포 생존율을 측정한 결과(Table 2), 100 μg/mL 농도에서 세포 생존율이 모두 90% 이상으로 측정됨에 따라 100 μg/mL의 농도에서는 세포독성이 없음을 확인하여 간세포를 이용해 TBHP에 대한 세포보호 효과와 ROS 억제 활성 검정 실험을 진행하였다. 먼저 TBHP 500 μM을 4시간 동안 간세포에 노출한 결과 추출물이 처리되지 않은 세포에서는 대조구인 정상세포에 비해 세포 생존율이 49.01%로 유의적인 감소를 보였다(P<0.05). 그러나 참깨, 볶음참깨 및 참깨박 추출물이 전처리된 세포에서는 품종과 관계없이 세포 생존율이 68.18%에서 최대 91.80%까지 증가하여 산화적 스트레스에 의한 간세포보호 효과를 확인하였다(Fig. 2). 특히 폴리페놀, 플라보노이드 및 리그난 및 리그난 배당체 함량이 높게 나타났던 밀양 74호 유래의 참깨, 볶음참깨 및 참깨박 추출물이 각각 100 μg/mL의 농도에서 각각 73.49, 76.40 및 91.80%까지 세포 생존율이 증가하여 산화 스트레스에 대한 세포보호 효과가 가장 우수하였고, 대조품종인 건백 대비 116%에서 최대 120% 향상됨을 확인하였다.

Fig 2. Hepatoprotective effect of extracts (100 μg/mL) from different sesame varieties during the processing in tert-butyl hydroperoxide (TBHP)-induced HepG2 cell. ###P<0.001 significant difference compared to control. Different capital letters and small letters in the same item indicate a significant difference (P<0.05) among different cultivars and processing, respectively.

또한 간세포 내에서 산화적 스트레스에 의해 발생하는 ROS 생성에 대한 가공과정에 따른 품종별 참깨추출물의 억제 활성을 알아보기 위해 HepG2 세포에서의 독성과 TBHP로 산화 스트레스를 유도한 뒤 DCFH-DA probe를 이용하여 ROS의 양에 따른 형광 발생 정도를 측정하였다(Fig. 3). ROS는 자유라디칼 및 1O2, O2-・, H2O2, ・OH 등 다양한 형태의 활성화된 산소로 생명체의 항상성 유지 기작을 통해 조절된다(Halliwell과 Gutteridge, 1990). 하지만 노화 및 산화적 스트레스로 조절능이 불안정화되면 ROS의 양이 많아져 세포막 지질의 산화, 세포 단백질의 변성 및 DNA의 손상을 유발하게 되며, 결국 노화의 촉진 및 각종 성인병을 발병시켜 인간의 수명을 단축하는 것으로 잘 알려져 있다(Aruoma, 1998). 그러므로 세포 내 ROS의 축적은 살아있는 세포의 산화적 손상의 좋은 지표이다. 세포 내 ROS 생성량을 분석한 결과, TBHP 1 mM을 4시간 동안 처리하여 산화 스트레스를 유발한 세포에서는 정상세포에 비해 ROS의 생성이 증가하였지만, 품종별 참깨, 볶음참깨 및 참깨박 추출물을 전처리한 세포는 ROS의 생성이 전체적으로 억제되는 효과를 보였다. 특히 세포보호 효과와 마찬가지로 밀양 74호 유래의 참깨, 볶음참깨 및 참깨박 추출물 처리 시 세포 내 ROS 생성억제에 효과적인 것을 확인하였고, TBHP로 HepG2 세포에 산화적 스트레스를 유도했을 때 대조구 대비 ROS 생성량이 252.24%까지 증가하였지만, 밀양 74호 유래 추출물을 전처리한 세포에 TBHP로 산화적 스트레스를 유도한 결과 100 μg/mL의 농도에서 102.87~116.29% 범위까지 감소하는 경향을 보여 세포 내 ROS 생성량 억제를 확인하였다. 종합적으로 고리그난 신품종인 밀양 74호 유래의 추출물을 산화적 스트레스를 유도한 HepG2 세포에 처리했을 때, 세포막 지질의 산화, 세포 단백질의 변성 및 DNA 손상 등에 의한 세포사멸을 유도하는 ROS의 생성 및 축적을 효과적으로 억제하였고 그에 따라 산화적 손상에 대한 보호 효과가 증가하였다고 할 수 있는데, 이는 밀양 74호에 다량 함유된 폴리페놀, 플라보노이드, 리그난 및 리그난 배당체 등의 유용성분에 따른 것으로 생각한다. 특히 대조품종인 건백 및 다흑 대비 총 리그난 함량이 최대 4.5배 증진된 밀양 74호에는 특히 sesamin이 9.0 mg/g으로 다량 함유되어 있는데, 사염화탄소로 유도된 간 손상 모델에서 sesamin의 보호 효과를 연구한 Ma 등(2014)에 따르면, sesamin 처리는 세포 내의 phospho-JNK1/2, phospho-c-Jun, Bax, Bak, TNF-α, cytosol cytochrome c, caspase-3의 발현을 감소시킴으로써 간세포의 apoptosis를 효과적으로 억제하고, 지질과산화 및 ROS 생성을 억제함으로써 간의 산화적 손상을 감소시킨다고 보고하였다. 또한, sesaminol-diglucoside, sesaminol-triglucoside, pinoresinol-glucoside가 다량 함유된 탈지참깨박 유래 수용성 분획물의 세포 내 항산화 효과에 대해 분석한 Ben Othman 등(2016)의 연구에서 탈지참깨박의 수용성 추출물이 산화적스트레스를 hydrogen peroxide(H2O2)로 유도했을 때, 세포 내의 Nrf2 pathway를 활성화하고 활성산소종 및 지질과산화를 억제하여 산화적 손상으로부터 보호한다는 연구 결과와 유사한 경향을 보였다. 따라서 본 연구에서도 sesamin 및 sesaminol 등의 지용성 리그난뿐만 아니라 페놀화합물 및 리그난 배당체 등의 수용성 화합물의 함량이 높은 밀양 74호 유래 추출물이 산화적 스트레스에 의한 ROS 생성을 효과적으로 억제하고 간 손상으로부터 보호하는 활성을 나타낸 것으로 판단된다.

Fig 3. Effect of extracts (100 μg/mL) from different sesame varieties during the processing on the intracellular reactive oxygen (ROS) formation induced by tert-butyl hydroperoxide (TBHP) in HepG2 cell. ###P<0.001 significant difference compared to control. Different capital letters and small letters in the same item indicate a significant difference (P<0.05) among different cultivars and processing, respectively.

상관관계분석

가공과정에 따른 품종별 참깨추출물의 총 폴리페놀 함량, 플라보노이드 함량, sesamin, sesamolin, sesaminol, sesaminol-diglucoside, sesaminol-triglucoside 등의 유용성분과 ABTS 라디칼 소거능, DPPH 라디칼 소거능, FRAP, TBHP에 대한 간세포보호 효과 및 간세포 내 ROS 생성량 등의 항산화 및 간보호 효과의 상관관계를 분석한 결과는 Table 3과 같다. ABTS 및 DPPH 라디칼 소거능과 간보호 효과는 총 폴리페놀, 플라보노이드, sesaminol, sesaminol-diglucosde, sesaminol-triglucoside와 같은 수용성 리그난과 유의적인 양의 상관관계를 보였고, 활성산소종의 생성량과는 유의적인 음의 상관관계를 보였다. 즉, 대표적으로 TBHP로 유도된 산화적 스트레스에 대한 간세포보호 효과는 총 폴리페놀(R=0.873), 총 플라보노이드(R=0.769)와는 유의적으로 높은 양의 상관관계를 나타내었고, 반대로 ROS 생성량은 각각 총 폴리페놀(R=-0.801), 총 플라보노이드(R=-0.796)와 낮은 음의 상관관계를 나타내었다. 특히 리그난 함량 변이에 따른 간세포보호 효과를 확인하기 위한 상관분석에서는 리그난 중 sesaminol(R=0.822), sesaminol-digulcoside(R=0.607), sesaminol-triglucoside (R=0.685)와 유의적으로 높은 양의 상관관계를 나타내었고, ROS 생성량은 각각 sesaminol(R=-0.696), sesaminol-digulcoside(R=-0.632), sesaminol-triglucoside(R=-0.675)와 낮은 음의 상관관계를 나타내었다. 이는 리그난 배당체 함량이 증가함에 따라 항산화 활성 및 TBHP로 유도된 산화적 스트레스에 대한 간보호 효과가 증가했다는 것을 의미하여 참깨의 지용성 리그난뿐만 아니라 수용성의 페놀화합물 및 리그난 배당체가 생리활성에 큰 영향을 미친다는 것을 확인하였다. 이는 탈지참깨박 유래의 수용성 분획물의 활성산소종 및 지질과산화 억제능이 sesaminol-diglucoside, sesaminol-triglucoside, pinoresinol-glucoside 함량과 상관성이 높다고 보고한 Ben Othman 등(2016)의 연구 결과와 일치하였다. 종합적으로 본 연구에서 밀양 74호의 참깨, 볶음참깨, 탈지참깨박 유래 추출물이 항산화 활성 및 간보호 효과가 우수하게 나타난 것은 총 폴리페놀, 플라보노이드, 리그난 배당체 등의 유용성분 함량 결과와 높은 양의 상관성이 있다고 판단된다.

Table 3 . Correlation coefficients among total polyphenol (TPC), flavonoid contents (TFC), lignan contents, ABTS and DPPH radical scavenging activity, ferric-reducing antioxidant power (FRAP), protective effect (HepG2 cell), and reactive oxygen species (ROS) of sesame depending on varieties and processing.

ActivitiesComponents
TPCTFCSesaminSesamolinSesaminolSesaminol-diglucosideSesaminol-triglucoside
ABTS0.988**0.962**0.195−0.1790.856**0.806**0.877**
DPPH0.942**0.939**0.322−0.0320.823**0.818**0.888**
FRAP−0.419*−0.2830.790**0.926**−0.449**−0.326−0.324
Protective effect0.873**0.769**−0.186−0.519**0.822**0.607**0.685**
ROS−0.801*−0.796**0.1330.477**−0.696**−0.632**−0.675**

Significant at *P<0.05, **P<0.01 about correlation coefficient among functional components, antioxidant and hepatoprotective effects..


요 약

본 연구에서는 리그난 함량이 다양하게 분포하는 품종별 참깨의 가공과정에 따른 유용성분 분포와 그에 따른 항산화 활성 및 TBHP로 유도된 산화적 스트레스에 대한 간세포보호 효과를 분석하였다. 품종은 고리그난 참깨 신품종인 밀양 74호와 대조품종으로 검정깨 및 흰깨의 다흑과 건백을 사용하였고, 품종별 참깨, 볶음참깨, 참기름 및 탈지참깨박을 80% 메탄올을 이용하여 초음파 추출하여 생리활성 측정용 시료로 사용하였다. 총 폴리페놀, 플라보노이드 및 총 리그난 함량 모두 가공과정과 관계없이 고리그난의 신품종인 밀양 74호가 각각 0.61~2.79 mg GAE/g, 0.61~2.79 mg GAE/g 및 10.87~19.44 mg/g 범위로 가장 높게 나타났으며, 참깨 원곡의 리그난 조성은 sesamin, sesamolin, sesaminol, sesaminol-diglucoside 및 sesaminol-triglucoside가 각각 9.00, 3.23, 0.02, 0.66, 4.85 mg/g으로 지용성 리그난의 sesamin과 수용성 리그난의 sesaminol-triglucoside가 가장 높은 비율로 분포하였다. 폴리페놀, 플라보노이드, 리그난 및 리그난 배당체 등의 유용성분 변이가 참깨 유래 추출물의 생리활성에 미치는 영향을 살펴보기 위해 각 추출물의 라디칼 소거능, 환원력 및 산화적 스트레스에 대한 간세포보호 효과 및 활성산소종(ROS) 억제 효과를 분석하였다. 그 결과 ABTS 라디칼 소거능, DPPH 라디칼 소거능 및 환원력 등의 항산화 활성이 각각 1.76~5.14 mg TE/g, 1.99~5.19 mg TE/g 및 4.01~13.70 mM/g으로 각각 가공과정에 상관없이 가장 높은 범위로 나타났다. 또한, HepG2 세포에서 TBHP로 산화 스트레스를 유도한 뒤 참깨 유래 추출물의 세포보호 효과 및 ROS 생성억제 효과를 분석한 결과 또한, 밀양 74호 유래 추출물 처리 시 세포 내 ROS 생성을 효과적으로 억제하여 그에 따라 산화적 손상에 대한 보호 효과가 증가하였음을 확인하였다. 이상의 연구 결과로부터 고리그난 참깨 밀양 74호가 대조품종인 다흑 및 건백 대비 모든 가공과정에 있어서 일반적으로 알려진 sesamin과 sesamolin 뿐만 아니라 수용성의 페놀화합물 및 리그난 배당체의 함량이 높게 분포하였고, 이는 항산화 활성 및 산화적 스트레스에 대한 간보호 효과 및 활성산소종 생성억제에 긍정적인 영향을 미친 것으로 생각된다. 본 연구 결과를 바탕으로 국내산 참깨 품종으로부터 고부가가치의 기능성 식품소재로서 개발하기 위한 기초자료로 활용할 수 있을 것으로 생각된다.

감사의 글

본 논문은 농촌진흥청 연구사업(유지작물 품종육성 효율증진을 위한 선발기술 개발, PJ01607604)의 지원에 의해 이루어진 것입니다.

Fig 1.

Fig 1.HPLC chromatogram of oil-soluble (A) and soluble (B) lignan of raw sesame with different varieties. (1) Sesamolin, (2) Sesamin, (3) Sesaminol-triglucoside, (4) Sesaminol-diglucoside, (5) Sesaminol.
Journal of the Korean Society of Food Science and Nutrition 2022; 51: 660-670https://doi.org/10.3746/jkfn.2022.51.7.660

Fig 2.

Fig 2.Hepatoprotective effect of extracts (100 μg/mL) from different sesame varieties during the processing in tert-butyl hydroperoxide (TBHP)-induced HepG2 cell. ###P<0.001 significant difference compared to control. Different capital letters and small letters in the same item indicate a significant difference (P<0.05) among different cultivars and processing, respectively.
Journal of the Korean Society of Food Science and Nutrition 2022; 51: 660-670https://doi.org/10.3746/jkfn.2022.51.7.660

Fig 3.

Fig 3.Effect of extracts (100 μg/mL) from different sesame varieties during the processing on the intracellular reactive oxygen (ROS) formation induced by tert-butyl hydroperoxide (TBHP) in HepG2 cell. ###P<0.001 significant difference compared to control. Different capital letters and small letters in the same item indicate a significant difference (P<0.05) among different cultivars and processing, respectively.
Journal of the Korean Society of Food Science and Nutrition 2022; 51: 660-670https://doi.org/10.3746/jkfn.2022.51.7.660

Table 1 . Total polyphenol(TPC), flavonoid(TFC), and lignan contents of different sesame varieties during the processing..

CultivarSample1)TPC (mg GAE/g sample)2)TFC (mg CE/g Sample)Lignan content (mg/g sample)
SesaminSesamolinSesaminolSesaminol-digluSesamino-trigluTotal
DaheukSesame0.89±0.04Cc0.43±0.02Cc1.13±0.02Cb1.21±0.03Cb0.01±0.00Aa0.23±0.02Ba1.40±0.05Ba3.98±0.09Cb
Roasted sesame1.16±0.06Bb0.49±0.01Bb1.12±0.01Cb1.18±0.01Cb0.01±0.00Bb0.09±0.01Bc0.76±0.02Bc3.16±0.05Cbc
Sesme oil0.40±0.13Bd0.03±0.00Cd3.20±0.48Ca2.96±0.45CaNDNDND6.16±0.93Ba
Sesame meal1.94±0.02Ba0.68±0.02Ba0.65±0.01Cc0.59±0.01Cc0.02±0.00Ba0.11±0.01Bb1.00±0.04Bb2.38±0.04Cc
GoenbaekSesame1.10±0.03Bb0.54±0.03Ba2.38±0.09Bb1.75±0.07Bb0.01±0.00Bb0.16±0.02Ca1.03±0.04Ca5.32±0.20Bb
Roasted sesame1.02±0.07Cb0.46±0.01Cb2.38±0.13Bb1.73±0.10Bb0.01±0.00Bb0.07±0.00Bb0.65±0.03Cc4.83±0.22Bb
Sesme oil0.37±0.08Bc0.28±0.04Bd7.46±0.42Ba4.16±0.24BaNDNDND11.62±0.66Ca
Sesame meal1.39±0.01Ca0.41±0.02Cc1.22±0.03Bc0.85±0.02Bc0.01±0.00Ca0.09±0.00Cb0.88±0.01Cb3.04±0.04Bc
Miryang 74Sesame2.40±0.07Ac1.13±0.04Aa9.00±0.38Ab3.23±0.15Ab0.02±0.00Ab0.66±0.03Aa4.85±0.15Aa17.76±0.53Aab
Roasted sesame2.62±0.04Ab1.08±0.01Aa9.64±0.08Ab3.37±0.04Ab0.02±0.01Ab0.33±0.05Ac3.02±0.07Ac16.38±0.12Ab
Sesme oil0.61±0.10Ad0.35±0.01Ab13.25±1.65Aa6.19±0.21AaNDNDND19.44±1.86Aa
Sesame meal2.79±0.03Aa1.13±0.05Aa4.86±0.05Ac1.70±0.02Ac0.04±0.00Aa0.44±0.01Ab3.83±0.04Ab10.87±0.09Ac

Values are mean ± SD of three replicates. Different capital letters in the same items indicate a significant difference (P<0.05) among varieties. Different small letters in the same items indicate a significant difference (P<0.05) among processing..

1)Total polyphenol content(mg gallic acid equivalent/g sample). 2)Total flavonoid content(mg catechin equivalent/g sample).


Table 2 . Antioxidant activities and cytotoxicity in human liver cancer cell (HepG2) of different sesame varieties during the processing.

CultivarSampleABTS1) (mg TE/g sample)DPPH2) (mg TE/g sample)FRAP3) (mM/g sample)Cytotoxicity (extracts dose)4)
DaheukSesame1.67±0.01Cc1.55±0.10Cc2.36±0.12CcNo cytotoxicity (≤800 μg/mL)
Roasted sesame2.11±0.01Bb1.92±0.09Bb3.44±0.03BbNo cytotoxicity (≤800 μg/mL)
Sesame oil0.66±0.04Cd1.32±0.13Bd2.55±0.22BcNo cytotoxicity (≤400 μg/mL)
Sesame meal3.51±0.02Ba3.16±0.13Ba5.93±0.11CaNo cytotoxicity (≤800 μg/mL)
GoenbaekSesame2.01±0.04Bb1.95±0.14Bb4.31±0.14BbNo cytotoxicity (≤400 μg/mL)
Roasted sesame2.04±0.01Bb2.06±0.15Bb3.87±0.15BcNo cytotoxicity (≤800 μg/mL)
Sesame oil1.02±0.05Bc2.09±0.21Ab3.76±0.13AcNo cytotoxicity (≤400 μg/mL)
Sesame meal2.66±0.03Ca2.65±0.18Ca12.08±0.13BaNo cytotoxicity (≤400 μg/mL)
Milyang 74Sesame4.42±0.00Ab4.67±0.21Ab5.13±0.14AcNo cytotoxicity (≤400 μg/mL)
Roasted sesame4.45±0.15Ab4.48±0.14Ab5.97±0.41AbNo cytotoxicity (≤400 μg/mL)
Sesame oil1.76±0.03Ac1.99±0.19Ac4.01±0.11AdNo cytotoxicity (≤400 μg/mL)
Sesame meal5.14±0.03Aa5.19±0.10Aa13.7±0.14AaNo cytotoxicity (≤400 μg/mL)

Values are mean±SD of three replicates. Different capital letters in the same item indicate a significant difference (P<0.05) among varieties. Different small letters in the same item indicate a significant difference (P<0.05) among processing..

1)ABTS radical scavenging activity (mg Trolox equivalent/g sample)..

2)DPPH radical scavenging activity (mg Trolox equivalent/g sample)..

3)Ferric-reducing antioxidant potential (mM FeSO4·7H2O/g sample)..

4)No cytotoxicity means that cell viability was more than 90% compared to the control..


Table 3 . Correlation coefficients among total polyphenol (TPC), flavonoid contents (TFC), lignan contents, ABTS and DPPH radical scavenging activity, ferric-reducing antioxidant power (FRAP), protective effect (HepG2 cell), and reactive oxygen species (ROS) of sesame depending on varieties and processing.

ActivitiesComponents
TPCTFCSesaminSesamolinSesaminolSesaminol-diglucosideSesaminol-triglucoside
ABTS0.988**0.962**0.195−0.1790.856**0.806**0.877**
DPPH0.942**0.939**0.322−0.0320.823**0.818**0.888**
FRAP−0.419*−0.2830.790**0.926**−0.449**−0.326−0.324
Protective effect0.873**0.769**−0.186−0.519**0.822**0.607**0.685**
ROS−0.801*−0.796**0.1330.477**−0.696**−0.632**−0.675**

Significant at *P<0.05, **P<0.01 about correlation coefficient among functional components, antioxidant and hepatoprotective effects..


References

  1. Akl MR, Ayoub NM, Sylvester PW. Mechanisms mediating the synergistic anticancer effects of combined γ-tocotrienol and sesamin treatment. Planta Med. 2012. 78:1731-1739.
    Pubmed CrossRef
  2. Andargie M, Vinas M, Rathgeb A, Möller E, Karlovsky P. Lignans of sesame (Sesamum indicum L.): A comprehensive review. Molecules. 2021. 26:883. https://doi.org/10.3390/molecules26040883
    Pubmed KoreaMed CrossRef
  3. Aruoma OI. Free radicals, oxidative stress, and antioxidants in human health and disease. J Am Oil Chem Soc. 1998. 75:199-212.
    Pubmed KoreaMed CrossRef
  4. Ben Othman S, Katsuno N, Kitayama A, Fujimura M, Kitaguchi K, Yabe T. Water-soluble fractions from defatted sesame seeds protect human neuroblast cells against peroxyl radicals and hydrogen peroxide-induced oxidative stress. Free Radic Res. 2016. 50:949-958.
    Pubmed CrossRef
  5. Benzie IFF, Strain JJ. The ferric reducing ability of plasma (FRAP) as a measure of “antioxidant power”: The FRAP assay. Anal Biochem. 1996. 239:70-76.
    Pubmed CrossRef
  6. Chen Y, Lin H, Lin M, Zheng Y, Chen J. Effect of roasting and in vitro digestion on phenolic profiles and antioxidant activity of water-soluble extracts from sesame. Food Chem Toxicol. 2020. 139:111239. https://doi.org/10.1016/j.fct.2020.111239
    Pubmed CrossRef
  7. Choi Y, Lee SM, Chun J, Lee HB, Lee J. Influence of heat treatment on the antioxidant activities and polyphenolic compounds of Shiitake (Lentinus edodes) mushroom. Food Chem. 2006. 99:381-387.
    CrossRef
  8. Cichoż-Lach H, Michalak A. Oxidative stress as a crucial factor in liver diseases. World J Gastroenterol. 2014. 20:8082-8091.
    Pubmed KoreaMed CrossRef
  9. Dar AA, Kancharla PK, Chandra K, Sodhi YS, Arumugam N. Assessment of variability in lignan and fatty acid content in the germplasm of Sesamum indicum L.. J Food Sci Technol. 2019. 56:976-986.
    Pubmed KoreaMed CrossRef
  10. Dewanto V, Wu X, Liu RH. Processed sweet corn has higher antioxidant activity. J Agric Food Chem. 2002. 50:4959-4964.
    Pubmed CrossRef
  11. Dossou SSK, Xu F, You J, Zhou R, Li D, Wang L. Widely targeted metabolome profiling of different colored sesame (Sesamum indicum L.) seeds provides new insight into their antioxidant activities. Food Res Int. 2022. 151:110850. https://doi.org/10.1016/j.foodres.2021.110850
    Pubmed CrossRef
  12. Emerit J, Chaudiere J. Free radicals and lipid peroxidation in cell pathology. In: Miquel J, Quintanilha AT, Weber H, editors. CRC Handbook of Free Radicals and Antioxidants in Biomedicine. CRC Press, Boca Raton, FL, USA. 1989. p 177-185.
  13. Gupta RK, Patel AK, Shah N, Choudhary AK, Jha UK, Yadav UC, et al. Oxidative stress and antioxidants in disease and cancer: A review. Asian Pac J Cancer Prev. 2014. 15:4405-4409.
    Pubmed CrossRef
  14. Halliwell B, Gutteridge JMC. Role of free radicals and catalytic metal ions in human disease: An overview. Methods Enzymol. 1990. 186:1-85.
    CrossRef
  15. Ham H, Yoon SW, Kim IH, Kwak J, Lee JS, Jeong HS, et al. Protective effects of unsaponifiable matter from rice bran on oxidative damage by modulating antioxidant enzyme activities in HepG2 cells. LWT-Food Sci Technol. 2015. 61:602-608.
    CrossRef
  16. Hwang IG, Woo KS, Kim TM, Kim DJ, Yang MH, Jeong HS. Change of physicochemical characteristics of Korean pear (Pyrus pyrifolia Nakai) juice with heat treatment conditions. Korean J Food Sci Technol. 2006. 38:342-347.
  17. Ishiyama K, Nagashima M, Yasumoto T, Fukuda Y. Changes in amounts of lignan compounds and radical scavenging activities in improved high-lignan breed of sesame, “Gomazou”, during germination. J Jpn Soc Food Sci Technol. 2016. 53:8-16.
    CrossRef
  18. Jahagirdar A, Usharani D, Srinivasan M, Rajasekharan R. Sesaminol diglucoside, a water-soluble lignan from sesame seeds induces brown fat thermogenesis in mice. Biochem Biophys Res Commun. 2018. 507:155-160.
    Pubmed CrossRef
  19. Jeon HJ, Kim IH, Choi HD, Lee C, Kim BH. Discrimination of the geographical origin of commercial sesame oils using fatty acids and lignan composition combined with linear discriminant analysis. Proceedings of 63th Annual Meeting of the Korean Society of Food Science and Nutrition. 2012 Oct 31-Nov 2, Jeju, Korea. p 271.
  20. Jung TD, Shin GH, Kim JM, Oh JW, Choi SI, Lee JH, et al. Changes in lignan content and antioxidant activity of fermented sesame (Sesame indicum L.) by cultivars. J Korean Soc Food Sci Nutr. 2016. 45:143-148.
    CrossRef
  21. Kennedy CH, Church DF, Winston GW, Pryor WA. Tert-butyl hydroperoxide-induced radical production in rat liver mitochondria. Free Radic Biol Med. 1992. 12:381-387.
    CrossRef
  22. Khan IU, Rathore BS, Syed Z. Evaluation of polyphenols, flavonoids and antioxidant activity in different solvent extracts of sesame (Sesamum indicum L.) genotypes. Int J Seed Spices. 2019. 9:52-60.
  23. Kim GS, Kim DH, Jeong MR, Jang IB, Shim KB, Kang CH, et al. Quantitative analysis of sesamin and sesamolin in various cultivars of sesame. Korean J Crop Sci. 2004. 49:496-502.
  24. Kim SU, Lee MH, Oh EY, Kim JI, Pae SB, Cho KS, et al. A new sesame cultivar ‘Milyang 74’ with enhanced lignan content and use therof. Korea Patent 10-2020-0133774. 2020.
  25. Kim SU, Lee MH, Pae SB, Oh EY, Kim JI, Ha TJ. A sesame variety “Goenbaek” with phytophthora blight disease resistance and high yield. Korean J Breed Sci. 2018. 50:256-260.
    CrossRef
  26. Kiyama R. Biological effects induced by estrogenic activity of lignans. Trends Food Sci Technol. 2016. 54:186-196.
    CrossRef
  27. Liang YT, Chen J, Jiao R, Peng C, Zuo Y, Lei L, et al. Cholesterol-lowering activity of sesamin is associated with down-regulation on genes of sterol transporters involved in cholesterol absorption. J Agric Food Chem. 2015. 63:2963-2969.
    Pubmed CrossRef
  28. Lin TY, Wu PY, Hou CW, Chien TY, Chang QX, Wen KC, et al. Protective effects of sesamin against UVB-induced skin inflammation and photodamage in vitro and in vivo. Biomolecules. 2019. 9:479. https://doi.org/10.3390/biom9090479
    Pubmed KoreaMed CrossRef
  29. Ma JQ, Ding J, Zhang L, Liu CM. Hepatoprotective properties of sesamin against CCl4 induced oxidative stress-mediated apoptosis in mice via JNK pathway. Food Chem Toxicol. 2014. 64:41-48.
    Pubmed CrossRef
  30. Makinde FM, Akinoso R. Comparison between the nutritional quality of flour obtained from raw, roasted and fermented sesame (Sesamum indicum L.) seed grown in Nigeria. Acta Sci Pol Technol Aliment. 2014. 13:309-319.
    Pubmed CrossRef
  31. Mekky RH, Abdel-Sattar E, Segura-Carretero A, Contreras MDM. Phenolic compounds from sesame cake and antioxidant activity: A new insight for agri-food residues’ significance for sustainable development. Foods. 2019. 8:432. https://doi.org/10.3390/foods8100432
    Pubmed KoreaMed CrossRef
  32. Park JE, Kim JI, Lee MH, Kim S, Oh E, Cho KS, et al. Influence of roasting temperature on the functional components of perilla and sesame oils. J Korean Soc Food Sci Nutr. 2021. 50:149-154.
    CrossRef
  33. Peñalvo JL, Heinonen SM, Aura AM, Adlercreutz H. Dietary sesamin is converted to enterolactone in humans. J Nutr. 2005. 135:1056-1062.
    Pubmed CrossRef
  34. Salamatullah AM, Alkaltham MS, Uslu N, Özcan MM, Hayat K. The effects of different roasting temperatures and times on some physicochemical properties and phenolic compounds in sesame seeds. J Food Process Preserv. 2021. 45:e15222. https://doi.org/10.1111/jfpp.15222
    CrossRef
  35. Sharma Y, Bharadwaj M, Srivastava N, Kaur A, Kumar M, Agarwal M, et al. In vitro antioxidant activity of defatted seed extracts of Ocimum sanctum on rat PC-12 cells and its inhibitory efficacy with receptors of oral squamous cell carcinoma. Ind Crops Prod. 2020. 154:112668. https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2020.112668
    CrossRef
  36. Wang H, Joseph JA. Quantifying cellular oxidative stress by dichlorofluorescein assay using microplate reader. Free Radic Biol Med. 1999. 27:612-616.
    CrossRef
  37. Wu MS, Aquino LBB, Barbaza MYU, Hsieh CL, De Castro-Cruz KA, Yang LL, et al. Anti-inflammatory and anticancer properties of bioactive compounds from Sesamum indicum L.-A review. Molecules. 2019. 24:4426. https://doi.org/10.3390/molecules24244426
    Pubmed KoreaMed CrossRef
  38. Wu S, Wang L, Shu F, Cao W, Chen F, Wang X. Effect of refining on the lignan content and oxidative stability of oil pressed from roasted sesame seed. Int J Food Sci Technol. 2013. 48:1187-1192.
    CrossRef
  39. Yasumoto S, Katsuta M. Breeding a high-lignan-content sesame cultivar in the prospect of promoting metabolic functionality. Jpn Agric Res Q. 2006. 40:123-129.
    CrossRef
  40. Zhang H, Tsao R. Dietary polyphenols, oxidative stress and antioxidant and anti-inflammatory effects. Curr Opin Food Sci. 2016. 8:33-42.
    CrossRef
  41. Zhishen J, Mengcheng T, Jianming W. The determination of flavonoid contents in mulberry and their scavenging effects on superoxide radicals. Food Chem. 1999. 64:555-559.
    CrossRef