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JKFN Journal of the Korean Society of Food Science and Nutrition



Online ISSN 2288-5978

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Journal of the Korean Society of Food Science and Nutrition 2022; 51(11): 1215-1222

Published online November 30, 2022 https://doi.org/10.3746/jkfn.2022.51.11.1215

Copyright © The Korean Society of Food Science and Nutrition.

Evaluation of the Biological Activities of Different Parts of Dragon Fruit

Ye-Rin Kim1 , Ji-Min Park1 , Hyeon-Jeong Lee1 , and Ae-Jung Kim2

1Department of Alternative Medicine and 2Department of Nutrition Therapy,
Graduate School of Alternative Medicine, Kyonggi University

Correspondence to:Ae-Jung Kim, Department of Nutrition Therapy, Graduate School of Alternative Medicine, Kyonggi University, 63, Kyonggidae-ro 9-gil, Seodaemun-gu, Seoul 03752, Korea, E-mail: aj5249@naver.com

Received: August 8, 2022; Revised: September 15, 2022; Accepted: October 14, 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.

Corrigendum: Journal of the Korean Society of Food Science and Nutrition 2023;52(1):111
https://doi.org/10.3746/jkfn.2023.52.1.111 

In this study, we examined the antioxidant (selenium, total polyphenol, and total flavonoid) contents and physiological activities (antioxidant, enzymatic, and anti-inflammatory effects) of the flesh and peel, which is typically discarded as waste, of Hylocereus undatus (dragon fruit). Selenium, total polyphenol, and flavonoid contents and DPPH and ABTS radical scavenging activities were higher in peel than flesh, and enzymatic activity assays also showed elastase and tyrosinase inhibitory activities were also higher in peel. In addition, flesh and peel extracts (0, 100, 1,000, or 2,000 μg/mL) did not significantly affect cell viability, and peel extract inhibited lipopolysaccharideinduced increases in NO, IL-1β, and IL-6 levels in RAW 264.7 macrophages significantly more than flesh extract. Correlation analysis on relations between antioxidant (selenium, total polyphenol, and total flavonoid) contents of peel extract and physiological activities (antioxidant, enzymatic, and anti-inflammatory) revealed positive relations with antioxidant and enzymatic activities but a negative correlation with inflammation. In conclusion, the peel of Hylocereus undatus was found to possess excellent antioxidant, enzymatic, and anti-inflammatory effects, which suggests its potential use as a new functional material.

Keywords: Hylocereus undatus, antioxidant activity, enzymatic activity, anti-inflammatory effect, selenium

최근 지구 온난화로 인한 기후변화로 범지구적으로 환경문제가 부각되고 있다(Lim 등, 2019). 우리나라 역시 지구 온난화가 빠르게 진행되면서 온대기후에서 아열대기후로 급격하게 변화되고 있다(RDA, 2017). 기후변화(Lee, 2014)로 인해 우리나라의 주요 농작물의 재배 한계선이 점차 북상하고 있어 해마다 아열대 과일의 재배면적이 꾸준히 증가하고 있다(RDA, 2017).

국내에서 재배되고 있는 아열대 과일에는 구아바(Jeong 등, 2011), 두리안(Charoenphun과 Klangbud, 2022), 그린 키위(Wang 등, 2018), 석류, 옐로우망고, 파인애플, 파파야(Chung, 2015), 리치(Jeong 등, 2010) 등이 있다. 구아바의 신경세포 보호 효과(Jeong 등, 2011), 두리안의 항산화, 항염증(Charoenphun과 Klangbud, 2022), 그린 키위의 항산화 효과(Wang 등, 2018), 석류, 옐로우망고, 파인애플, 파파야의 생리활성 효과(Chung, 2015), 리치의 항산화, 항염증, 신경세포 보호 효과(Jeong 등, 2010) 등의 연구가 활발히 진행 중이다.

최근에는 다른 아열대 작물에 비해 병충해의 발생이 적고 재배 면적당 생산량의 비율이 높은 용과(Hylocereus undatus)가 제주도를 시작으로 전라남도, 경상남도 일부 지역에서 재배되고 있다(RDA, 2014; 2017). 용과는 pitaya라고 불리는 선인장과의 여러해살이식물로(Nurliyana 등, 2010) 중남미의 사막 지역이 원산지이다. 앞에 언급되었듯이 국내에서 일찍이 재배가 시작되었던 열대과일의 생리활성 관련 연구는 다수 이루어져 있으나, 용과의 생리활성 관련 연구는 매우 부족한 실정이다.

일반적으로 과일의 가식부(과육)는 중량의 10~32%를 차지하며, 나머지는 부산물(과피)이 차지하는데 용과의 폐기율은 57%로 폐기물로 버려지는 비율이 다른 과일에 비해 비교적 높은 편이다(Kubola와 Siriamornpun, 2011; RDA, 2016). 이렇게 폐기물로 버려지는 과피의 폐기처리를 위한 사회적 비용과 처리 과정에서 발생하는 환경적인 문제가 클 것으로 예측된다. 반면, Luu 등(2021), Wybraniec 등(2007), Susanti 등(2012)의 연구에서 용과의 과피에는 과육에 비해 폴리페놀, 펙틴, 스테롤, 플라보노이드, betalains, lycopene 등과 같은 항산화 물질이 다량 함유되어 있다는 보고가 있다. 이와 관련된 용과 과피의 항산화 활성에 관한 연구로 Choo와 Yong(2011), Nurliyana 등(2010), Zain 등(2019)에서 진행된 바 있으나, 효소 활성과 항염증 관련 연구는 아직 미미한 실정이다(Contreras-Calderón 등, 2011).

따라서 본 연구에서는 용과 과피의 활용도를 높일 목적으로 용과를 과육과 과피로 분리하여 항산화 물질(셀레늄, 총 폴리페놀, 총 플라보노이드 함량), 항산화 활성(DPPH 라디칼 소거능, ABTS 라디칼 소거능), 효소 활성(elastase 저해 효과, tyrosinase 저해 효과) 및 항염증 효과(세포 독성 평가, NO, IL-1β 및 IL-6 생성 억제 효과)를 분석하였고 항산화 물질과 생리활성 간의 상관관계도 분석하였다.

실험 재료 및 시료 제조

본 실험에 사용된 용과는 월드마켓(Busan, Korea)에서 베트남산을 구매하여 사용하였다(Fig. 1). 세척 후 용과를 과육과 과피로 분리하여 셀레늄 분석용 시료로 사용하였다. 그리고 생리활성 평가를 위해 Nam 등(2017)Ko 등(2015)의 열수 추출물 제조 방법을 참조하여 시료(과육과 과피) 무게 대비 10배 부피의 증류수를 첨가하고 환류 냉각관을 부착한 80°C의 heating mantle(HM 250C, Sercrim Lab Tech, Seoul, Korea)에서 2시간 동안 추출하였다. 추출물은 추출 후 흡인여과기에서 3회 여과(No. 3, Whatman, Maidstone, England)한 후 진공감압농축기(N-1110, EYELA, Tokyo, Japan)로 용매를 증발시켜 50 mg/mL로 농축한 후 동결건조하고, -70°C 초저온 냉동고에 보관하면서 생리활성 평가용 시료로 사용하였다.

Fig. 1. Appearance of H. undatus (flesh and peel).

셀레늄 함량 분석

용과 과육과 과피의 셀레늄 함량 분석은 습식분해 후 발광분도계(inductively coupled plasma; Lactam 8440 Plasmalac, Longjumeau Cedex, Paris, France)를 이용하여 측정하였다.

총 폴리페놀 함량 측정

용과 과육과 과피의 총 폴리페놀 함량 측정은 Singleton과 Rossi(1965)의 방법을 변형하여 측정하였다. 시료 350 μL에 50% Folin-Ciocalteu 70 μL를 첨가하여 3분 동안 정치한 후, 2%(w/v) Na2CO3 용액을 350 μL 첨가하여 1시간 동안 반응시켜 ELISA microplate reader(Tecan Infinite M200 Pro, GreenMate Bio, Seoul, Korea)를 이용하여 750 nm에서 흡광도를 측정하였다. 총 폴리페놀 함량은 tannic acid를 이용하여 작성한 표준곡선을 이용하여 환산하였다.

총 플라보노이드 함량 측정

용과 과육과 과피의 총 플라보노이드 함량 측정은 Davis(1947)의 방법을 변형하여 측정하였다. 시료 70 μL에 diethylene glycol 700 μL와 1 N-NaOH 용액 7 μL를 첨가한 후 37°C에서 1시간 동안 반응시켜 ELISA microplate reader(Tecan Infinite M200 Pro, GreenMate Bio)를 이용하여 420 nm에서 흡광도를 측정하였다. 총 플라보노이드 함량은 quercetin을 이용하여 작성한 표준곡선을 이용하여 환산하였다.

DPPH 라디칼 소거능 측정

용과 과육과 과피의 DPPH(1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl; Sigma-Aldrich Co., St. Louis, MO, USA) 라디칼 소거능은 Blois(1958)의 방법을 변형하여 측정하였다. 시료 100 μL에 1.5×10-4 M DPPH 용액 100 μL를 가한 후 실온의 암실에서 30분 동안 정치한 후 ELISA microplate reader(Tecan Infinite M200 Pro, GreenMate Bio)를 이용하여 517 nm에서 흡광도를 측정하였다.

ABTS 라디칼 소거능 측정

용과 과육과 과피의 ABTS(2,2′-azino-bis(3-ethylbenzo-thiazoline-6-sulfonic acid); Sigma-Aldrich Co.) 라디칼 소거능은 Fellegrini 등(1999)의 방법으로 측정하였다. ABTS 7.4 mM과 동량의 potassium persulfate 2.6 mM을 섞어 암소에 24시간 동안 방치하여 ABTS+를 형성시켰다. 732 nm에서 흡광도 값이 0.70±0.03이 되도록 1× PBS로 희석한 ABTS+ reagent 190 μL에 시료 10 μL를 첨가하여 10분 동안 정치한 후 ELISA microplate reader(Tecan Infinite M200 Pro, GreenMate Bio)를 이용하여 732 nm에서 흡광도를 측정하였다.

Elastase inhibitory effect

용과 과육과 과피의 elastase inhibitory effect는 Kraunsoe 등(1996)의 방법을 변형하여 측정하였다. 96 well-plate의 각 well에 시료 120 μL와 1 M Tris-HCl buffer(pH 8.0) 60 μL에 기질로 사용된 N-Succinyl-(Ala)3-p-nitroanilide 30 μL를 넣은 후 200 mM Tris-HCl buffer(pH 8.0)에 희석한 procine pancreatic elastase(0.594 unit/mL) 10 μL를 넣어 25°C에서 15분 동안 반응시켰다. 15분 후 얼음에 5분간 방치하여 반응을 종료시키고 ELISA microplate reader(Tecan Infinite M200 Pro, GreenMate Bio)를 이용하여 410 nm에서 흡광도를 측정하였다.

Tyrosinase inhibitory effect

용과 과육과 과피의 tyrosinase inhibitory effect는 Ishihara 등(1991)의 방법을 변형하여 측정하였다. L-tyrosine으로부터 멜라닌의 생성 과정에서 tyrosinase 효소 작용에 의해 생성되는 DOPA 생성물을 측정하는 방법이다. 96 well-plate의 각 well에 시료 100 μL와 100 mM KPi buffer(pH 6.8) 80 μL에 기질로 사용된 10 mM L-tyrosine 20 μL를 넣은 후 100 mM KPi buffer(pH 6.8)에 tyrosinase from mushroom(300 unit/mL) 20 μL를 넣고 37°C에서 15분 동안 반응시켰다. 15분 후 얼음에 5분 동안 방치하여 반응을 종료시키고 ELISA microplate reader(Tecan Infinite M200 Pro, GreenMate Bio)를 이용하여 475 nm에서 흡광도를 측정하였다.

세포배양 및 세포 독성 평가

실험에 사용된 RAW 264.7 대식세포는 한국세포주은행(Seoul, Korea)에서 구입하여 사용하였다. Dulbecco’s modified Eagle’s medium(Gibco, Waltham, MA, USA)에 10%(v/v)의 fetal bovine serum(Gibco)과 1%(v/v)의 penicillin(100 unit/mL)을 첨가하여 배지로 사용하였고, 37°C, 5% CO2의 조건으로 humidified incubator(Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA, USA)에서 배양하였다.

용과 과육과 과피의 세포 독성 여부를 알아보고자 배양한 RAW 264.7 세포에 각 시료를 농도별(0, 100, 1,000 및 2,000 μg/mL)로 처리하여 37°C, 5% CO2의 조건의 humidified incubator에서 24시간 동안 배양하였다. 24시간 배양 후 상층액을 제거하고 1 mg/mL 3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyltetrazolium bromide(MTT, Invirtrogen, Waltham, MA, USA)를 각 well에 100 μL씩 첨가한 뒤 4시간 동안 반응시켰다. 반응 후 MTT 용액을 제거하고 dimethyl sulfoxide 200 μL를 각 well에 분주하여 formazan crystal을 용해한 뒤 ELISA microplate reader(Tecan Infinite M200 Pro, GreenMate Bio)에서 540 nm의 흡광도로 측정하였고, 대조군에 대한 세포 생존율을 백분율(%)로 표시하였다.

NO, IL-1β및 IL-6 생성량 측정

용과 과육과 과피의 nitric oxide(NO) 생성 억제 효과를 측정하기 위해 RAW 264.7 세포를 5×104 cells/well의 농도로 96 well-plate에 분주하여 37°C, 5% CO2의 조건으로 humidified incubator에 24시간 동안 배양하였다. 배양 후 배지를 제거하고 각 농도(0, 100, 1,000 및 2,000 μg/mL)의 시료와 동량의 lipopolysaccharide(LPS)를 1 μg/mL 농도로 처리한 후 37°C, 5% CO2의 조건으로 humidified incubator에 24시간 동안 배양하였다. 24시간 배양 후 배양액 100 μL와 동량의 Griess reagent를 96 well-plate에 각각 첨가한 뒤 10분 동안 반응시킨 후 ELISA microplate reader(Tecan Infinite M200 Pro, GreenMate Bio)에서 540 nm 흡광도로 측정하였다. NO 생성의 정도를 평가하기 위하여 sodium nitrite(NaNO2)의 농도별 표준곡선을 이용하여 배양액 내의 NO 생성량을 산출하였다.

용과 과육과 과피의 IL-1β와 IL-6의 생성량을 측정하기 위해 RAW 264.7 세포를 5×104 cells/well의 농도로 96 well-plate에 분주하여 37°C, 5% CO2의 조건으로 humidified incubator에 24시간 동안 배양한 후, LPS를 첨가하여 24시간 동안 배양하여 얻은 상층액을 IL-1β ELISA kit, IL-6 ELISA kit(R&D Systems, Minneapolis, MN, USA)을 이용하여 측정하였다.

통계 처리

모든 자료는 SPSS statistics 27(SPSS Institute, Chicago, IL, USA)을 이용하여 평균(mean)과 표준편차(standard deviation; SD)를 구하였다. 두 변수 간의 차이를 분석할 경우 Student’s t-test를 실시하였다. 각각의 시료 간 유의성은 일원배치 분산분석(one-way ANOVA)을 실시한 후, Duncan’s multiple range test로 각 시료 간의 평균 차이에 대한 사후검정을 유의수준 P<0.05에서 실시하였고, 변인 간의 상관관계는 Pearson의 상관계수 분석을 이용하였다.

항산화 물질

셀레늄(selenium, Se)은 인체의 필수 미량원소(Klein 등, 2007)로 식물체에 의해 무기화합물의 형태로 흡수되어 자유 라디칼로부터 세포를 보호하는 유기화합물로 전환되면서 산화환원반응에 참여하는 항산화 활성이 우수한 무기질로 보고되어 있다(Ellis와 Salt, 2003).

폴리페놀, 플라보노이드, phenolic acid, lignan, tannic acid 등과 같은 페놀화합물(Pehlivan, 2017; San Miguel-Chávez, 2017)은 식물계에 널리 분포하는 2차 대사산물로 활성산소로 인한 세포 손상을 저해하는 기능이 있다(Young과 Woodside, 2001). 이에 본 연구는 1,000 μg/mL의 농도에서 용과 과육과 과피의 셀레늄, 총 폴리페놀, 총 플라보노이드 함량을 분석하여 Table 1에 제시하였다.

Table 1 . Comparative contents of antioxidants of H. undatus (flesh, peel)

SamplesSelenium (μg/100 g)Total polyphenol content (mg TAE1)/g)Total flavonoid content (mg QE2)/g)
Flesh1.30±0.103)2.29±0.323.97±1.44
Peel3.10±0.06***5.78±0.05***26.90±0.98***

1)TAE: tannic acid equivalent.

2)QE: quercetin equivalent.

3)Mean±SD (n=3).

***P<0.001, significantly different between H. undatus flesh and peel by Student’s t-test.



셀레늄 함량은 용과 과피(3.10±0.06 μg/100 g)가 과육(1.30±0.10 μg/100 g)에 비해 더 높게 나타났다. 총 폴리페놀 함량도 용과 과피(5.78±0.05 mg TAE/g)가 과육(2.29±0.32 mg TAE/g)에 비해 높게 나타났다. 이는 용과 과피(207.3±8.5 mg GAE/g)의 총 폴리페놀 함량이 과육(48.4±6.8 mg GAE/g)에 비해 높았다는 Saenjum 등(2021)의 보고와 용과 과피(48.15 mg GAE/100 g)의 총 폴리페놀 함량이 과육(30.3 mg GAE/100 g)에 비해 높았다는 Som 등(2019)의 보고와 유사한 결과였다. 총 플라보노이드 함량도 용과 과피(26.90±0.98 mg QE/g)가 과육(3.97±1.44 mg QE/g)에 비해 높게 나타났는데, 이는 용과 과피(142.9±12.6 mg QE/g)의 총 플라보노이드 함량이 과육(39.5±7.3 mg QE/g)에 비해 높았다는 Saenjum 등(2021)의 보고와 유사한 결과였다.

항산화 활성

DPPH는 비교적 안정한 자유 라디칼로 phenolic compound와 같은 전자공여체와 반응하여 전자를 받아들여 안정한 분자로 환원이 많이 될수록 보라색에서 점차 무색으로 변화하여 흡광도가 변하는 성질을 이용하는 방법이다(Jung 등, 2008; Park과 Ryu, 2019). ABTS를 potassium persulfate와 반응시키면 ABTS+가 생성되는데 이때 각 시료의 항산화 활성에 의해 ABTS+ 고유의 청록색이 탈색되는 원리를 이용하여 항산화력을 측정할 수 있다(Oh 등, 2016; Lee, 2017). 이에 본 연구는 1,000 μg/mL의 농도에서 용과 과육과 과피의 DPPH 라디칼 소거능과 ABTS 라디칼 소거능을 분석한 결과를 Table 2에 제시하였다.

Table 2 . Antioxidant activities of H. undatus (flesh, peel) (%)

SamplesDPPH radical scavenging activityABTS radical scavenging activity
Flesh12.83±0.291)9.71±0.56
Peel43.25±0.15***24.20±0.19***

1)Mean±SD (n=3).

***P<0.001, significantly different between H. undatus flesh and peel by Student’s t-test.



DPPH 라디칼 소거능은 용과 과피(43.25±0.15%)가 과육(12.83±0.29%)에 비해 더 높게 나타났다. 이는 용과 과피(97.42%)의 DPPH 라디칼 소거능이 과육(88.81%)보다 높게 나타났다는 Som 등(2019)의 보고와 용과 과피(68.1%)의 DPPH 라디칼 소거능이 과육(23.8%)에 비해 높았다는 Kim 등(2011)의 보고와 유사한 결과였다. ABTS 라디칼 소거능도 용과 과피(24.20±0.19%)가 과육(9.71±0.56%)에 비해 높게 나타났다. 이는 용과 과피의 ABTS 라디칼 소거능이 과육에 비해 3.8배가량 높았다는 Suh 등(2014)의 보고와 유사한 결과였다.

정리해보면 용과의 과피가 과육에 비해 항산화 물질(셀레늄, 총 폴리페놀 함량, 총 플라보노이드 함량)이 높게 함유되어 있었고, 이와 관련하여 항산화 활성(DPPH 라디칼 소거능, ABTS 라디칼 소거능) 또한 우수하게 나타났다.

효소 활성

Elastase는 collagen과 함께 대동맥, 폐, 연골, 인대 및 피부 등의 탄력섬유를 구성하는 성분인 elastin을 분해하며, elastin의 손상이나 감소는 피부의 주름 생성 및 탄력 저하로 인한 피부 노화를 촉진한다. 따라서 elastase의 활성을 저해한다면 피부 주름 및 피부 노화를 개선하는 효과를 기대할 수 있다(Lee 등, 2013; Song 등, 2017).

Tyrosinase는 눈, 피부, 모발 등의 색을 담당하는 화합물인 멜라닌의 생성을 조절하는 효소로 tyrosine을 DOPA(3, 4-dihydroxy phenylalanine)로 전환하는 tyrosine hydroxylase 활성과 DOPA를 DOPA quinone으로 산화시키는 DOPA oxidase 활성에 모두 관여한다. 이때 생성된 멜라닌은 자외선과 같은 피부 자극에 대한 저항력을 가지지만, 과도해지면 주근깨, 기미, 검버섯과 같은 색소 침착을 일으킨다. 색소 침착 과정에서 tyrosinase의 활성을 저해한다면 멜라닌 생성을 억제하여 미백 효과를 유도할 수 있다(Jung 등, 2009; Lee 등, 2013). 이에 본 연구는 1,000 μg/mL의 농도에서 용과 과육과 과피의 elastase 저해 활성과 tyrosinase 저해 활성을 분석하여 Table 3에 제시하였다.

Table 3 . Enzymatic effect of H. undatus (flesh, peel) (%)

SamplesElastase inhibitory activityTyrosinase inhibitory activity
Flesh25.14±1.041)65.88±0.55
Peel41.57±0.63***77.84±0.21***

1)Mean±SD (n=3).

***P<0.001, significantly different between H. undatus flesh and peel by Student’s t-test.



Elastase 저해 활성은 용과 과피(41.57±0.63%)가 과육(25.14±1.04%)에 비해 더 높게 나타났고 tyrosinase 저해 활성도 용과 과피(77.84±0.21%)가 과육(65.88±0.55%)에 비해 더 높게 나타났다.

정리해보면, 용과의 과피가 과육에 비해 elastase 저해 활성과 tyrosinase 저해 활성이 우수하게 나타났으나, tyrosinase 저해 효과가 있는 소재의 백반증 부작용이 보고된 바 있어(Ito 등, 2014) 피부미용 신소재로 활용하기에 앞서 피부 안전성 연구가 이루어져야 할 것으로 판단된다.

세포 독성 평가

본 연구는 용과 과육과 과피의 독성 여부를 알아보고자 RAW 264.7 대식세포에 열수 추출물 시료를 농도별(0, 100, 1,000 및 2,000 μg/mL)로 처리하여 세포 생존율을 측정하여 Fig. 2에 제시하였다. 시료를 농도별로 처리한 실험군의 세포 생존율은 LPS 처리군(41.23%)에 비해 높게 나타나 독성이 없는 것으로 확인되었다.

Fig. 2. Effect of H. undatus (flesh, peel) extracts on cytotoxicity in RAW 264.7 cells viability. Each bar represents the mean±SD (n=3). ns: not significant. ***P<0.001 compared with LPS group, ###P<0.001 compared with normal group. Nor: normal, LPS: lipopolysaccharide.

NO, IL-1β및 IL-6 생성 억제 효과

염증 매개 인자인 NO는 주로 대식세포의 arginine으로부터 inducible nitric oxide synthase(iNOS)에 의해 합성되는 자유 라디칼로, NOS(nitric oxide synthase)에 의해 면역계에서 세포 내에 감염된 미생물에 대해 방어작용을 하는 염증반응 발생의 대표적인 인자이다(Moncada와 Higgs, 1993; Lee 등, 2012).

염증반응에서 대식세포는 IL-1β, IL-6 등과 같은 cytokine을 생산하여 감염 초기에 면역세포의 활성, 증식 및 분화의 조절을 통해 체내 염증 기작에 관여하는 것으로 알려져 있다(Higuchi 등, 1990). 본 실험에서 이용된 LPS는 대식세포의 면역 기능을 조절하는 매개 물질로 염증 매개물인 NO 이외에도 IL-1β, IL-6 등과 같은 pro-inflammatory cytokine의 분비가 촉진된다. 지속적인 염증반응은 점막의 손상을 촉진하고, 일부는 동맥경화, 당뇨병 및 암과 같은 각종 만성 염증성 질환을 유도한다(Feghali와 Wright, 1997; Ljung 등, 2006; Choi 등, 2013).

이에 본 연구는 용과 과육과 과피의 NO, IL-1β 및 IL-6의 생성 억제 효과를 알아보고자 RAW 264.7 열수 추출물 시료를 농도별(0, 100, 1,000 및 2,000 μg/mL)로 처리한 후 NO, IL-1β 및 IL-6 생성률을 측정하여 Fig. 3~5에 제시하였다.

Fig. 3. Suppressive effect of H. undatus (flesh, peel) extracts on NO production in LPS (1 µg/mL)-induced RAW 264.7 cells. Each bar represents the mean±SD (n=3). Means with different letters (a-d) above the bars are significantly different at P<0.05 by Duncan’s multiple range test. ***P<0.001 compared with LPS group, ###P<0.001 compared with normal group. Nor: normal, LPS: lipopolysaccharide.


Fig. 4. Effect of H. undatus (flesh, peel) extracts on IL-1β production by LPS-stimulated RAW 264.7 cell. Each bar represents the mean±SD (n=3). Means with different letters (a-c) above the bars are significantly different at P<0.05 by Duncan’s multiple range test. *P<0.05, **P<0.01, ***P<0.001 compared with LPS group. ns: not significant. ###P<0.001 compared with normal group. Nor: normal, LPS: lipopolysaccharide.


Fig. 5. Effect of H. undatus (flesh, peel) extracts on IL-6 production by LPS-stimulated RAW 264.7 cell. Each bar represents the mean±SD (n=3). Means with different letters (a-c) above the bars are significantly different at P<0.05 by Duncan’s multiple range test. ***P<0.001 compared with LPS group. ns: not significant. ###P<0.001 compared with normal group. Nor: normal, LPS: lipopolysaccharide.

용과 과육과 과피의 NO 생성 억제 효과를 측정한 결과, NO 생성량은 LPS 처리군(69.47 μM)이 대조군(3.81 μM)보다 현저히 높게 생성되었다. LPS 유도로 생성된 NO는 시료 추출물의 처리로 과육과 과피 모두 시료 농도(0, 100, 1,000 및 2,000 μg/mL)에 의존적으로 NO 생성이 억제되었으며, 과피(44.28 μM, 24.87 μM, 18.37 μM)가 과육(48.22 μM, 33.16 μM, 24.87 μM)에 비해 NO 생성 억제 효과가 더 높게 나타났다.

용과 과육과 과피의 IL-1β 생성 억제 효과를 측정한 결과, IL-1β 생성량은 LPS 처리군(195.72 pg/mL)이 대조군(0.93 pg/mL)보다 현저히 높게 생성되었다. LPS 유도로 생성된 IL-1β는 시료 추출물의 처리로 과육과 과피 모두 시료 농도(0, 100, 1,000 및 2,000 μg/mL)에 의존적으로 IL-1β의 생성이 억제되었으며, 과피(178.33 pg/mL, 162.15 pg/mL, 120.89 pg/mL)가 과육(191.02 pg/mL, 165.63 pg/mL, 162.26 pg/mL)에 비해 IL-1β 생성 억제 효과가 더 높게 나타났다. 특히 2,000 μg/mL 시료 농도에서 IL-1β 생성이 LPS 처리군보다 38.23%의 높은 억제 효과가 나타났다.

용과 과육과 과피의 IL-6의 생성 억제 효과를 측정한 결과, IL-6 생성량은 LPS 처리군(2,104.75 pg/mL)이 대조군(39.00 pg/mL)보다 현저히 높게 생성되었다. LPS의 유도로 생성된 IL-6는 시료 추출물의 처리로 과육과 과피 모두 시료 농도(0, 100, 1,000 및 2,000 μg/mL)에 의존적으로 IL-6의 생성이 억제되었으며, 과피(2,105.81 pg/mL, 1,781.28 pg/mL, 1,190.59 pg/mL)가 과육(2,161.34 pg/mL, 1,886.28 pg/mL, 1,644.16 pg/mL)에 비해 IL-6 생성 억제 효과가 더 높게 나타났다. 특히 2,000 μg/mL 시료 농도에서 IL-6 생성이 LPS 처리군보다 43.43%의 높은 억제 효과가 나타났다.

정리해보면, 용과의 과피가 과육에 비해 항산화 활성, 효소 활성 및 항염증 효과가 더 우수하게 나타났는데, 이는 항산화 및 항염증 효능이 우수한 베타레인(betalain)과 더불어 다양한 항산화 물질이 용과의 과피에 다량 포함(Rodriguez 등, 2016)되어 있기 때문으로 생각된다.

항산화 물질과 항산화 활성, 효소 활성 및 항염증 효과 간의 상관관계

본 연구는 용과의 항산화 물질(셀레늄, 총 폴리페놀, 총 플라보노이드 함량)과 항산화 활성(DPPH 라디칼 소거능, ABTS 라디칼 소거능), 효소 활성(elastase 저해 효과, tyrosinase 저해 효과) 및 항염증 효과(세포 생존율, NO 생성, IL-1β 생성, IL-6 생성)와의 상관관계를 분석하고자 Pearson 상관분석을 실시하여 Table 4에 제시하였다.

Table 4 . The correlation coefficient between antioxidant content and antioxidant, enzymatic, and anti-inflammatory effect of H. undatus (flesh, peel)

VariablesDPPH1)ABTS2)Elastase inhibitory effectTyrosinase inhibitory effectCell viabilityNO productionIL-1β productionIL-6 production
Selenium0.997***0.998***0.988***0.992***0.695−0.778−0.364−0.300
Total polyphenol content0.994***0.993***0.984***0.988***0.752−0.672−0.391−0.295
Total flavonoid content0.995***0.999***0.998***0.998***0.694−0.769−0.338−0.217

1)DPPH radical scavenging activity. 2)ABTS radical scavenging activity.

***P<0.001.



Bertoncelj 등(2007)Wu와 Ng(2008)의 연구를 통해 phenolic acid, 폴리페놀 및 플라보노이드와 같은 페놀 화합물과 항산화 활성과의 상관관계가 있음이 입증되어 있다. 용과의 항산화 물질(셀레늄, 총 폴리페놀, 총 플라보노이드 함량)과 항산화 활성(DPPH 라디칼 소거능, ABTS 라디칼 소거능)과의 상관관계를 분석한 결과, 모두 정의 상관관계를 보였다. 이는 항산화 물질과 항산화 활성 간에 상관관계가 높다고 보고한 기존의 연구들(Hwang 등, 2015; Sentkowska와 Pyrzynska, 2020)과 일치한다.

용과의 항산화 물질(셀레늄, 총 폴리페놀, 총 플라보노이드 함량)과 효소 활성(elastase 저해 효과, tyrosinase 저해 효과)과의 상관관계를 분석한 결과, 모두 정의 상관관계를 보였다. 이는 항산화 물질과 미백 및 항주름 효과 간에 상관관계가 높았다는 Choi 등(2018)Kim 등(2021)의 보고와 일치한다.

용과의 항산화 물질(셀레늄, 총 폴리페놀, 총 플라보노이드 함량)과 항염증 효과(세포 생존율, NO 생성, IL-1β 생성, IL-6 생성)와의 상관관계를 분석한 결과, 세포 생존율과는 정의 상관관계를 보였고 NO 생성, IL-1β 및 IL-6 생성과는 부의 상관관계를 보였는데, 이는 항산화 물질과 항염증 활성 간에 상관관계가 높았다는 Chanput 등(2016)의 보고와 일치한다.

정리해보면, 용과의 항산화 물질은 항산화 활성, 효소 활성, 세포 생존율과는 정의 상관관계가, NO, IL-1β 및 IL-6 생성과는 부의 상관관계가 나타나 용과의 생리활성이 입증되었다.

본 연구에서는 용과 과피의 활용 가능성을 알아보고자 과육과 과피로 분리하여 항산화 물질(셀레늄, 총 폴리페놀, 총 플라보노이드 함량)과 생리활성(항산화 활성, 효소 활성 및 항염증 효과)을 비교 분석하고 그 상관관계를 알아보았다. 용과의 항산화 물질과 항산화 활성을 분석한 결과, 셀레늄 함량은 과피에 더 많이 함유되어 있었으며, 과피의 총 폴리페놀 함량, 총 플라보노이드 함량, DPPH 라디칼 소거능, ABTS 라디칼 소거능이 각각 5.78±0.05 mg TAE/g, 26.90±0.98 mg QE/g, 43.25±0.15%, 24.20±0.19%로 과육에 비해 모두 우수하게 나타났다. 효소 활성에서도 과피의 elastase 저해 효과, tyrosinase 저해 효과가 각각 41.57±0.63%, 77.84±0.21%로 과육에 비해 모두 높은 효과를 나타냈다. RAW 264.7 대식세포에 과육과 과피 열수 추출물을 각각 농도별(0, 100, 1,000 및 2,000 μg/mL)로 처리하여 세포 생존율을 측정한 결과, 93.76~99.52%의 범위로 나타나 독성이 없었다. LPS로 염증을 유도한 RAW 264.7 대식세포에 시료를 농도별로 처리하여 NO, IL-1β 및 IL-6의 생성을 측정한 결과, 과피가 과육에 비해 NO, IL-1β 및 IL-6의 생성을 유의하게 억제하는 효과를 확인할 수 있었다. 용과의 항산화 물질(셀레늄, 총 폴리페놀, 총 플라보노이드 함량)과 생리활성(항산화 활성, 효소 활성 및 항염증 효과)과의 상관관계를 분석한 결과, 항산화 물질과 항산화 활성, 효소 활성과는 정의 상관관계를 보였지만, 염증 생성과는 부의 상관관계가 나타났다. 본 연구 결과를 통해 폐기물로 버려질 용과 과피의 생리활성(항산화 활성, 미백, 항주름 및 항염증 효과)의 우수성이 규명되어 기능성 신소재로써 활용 가능성을 확인할 수 있었다. 다만, 용과 과피를 미백 소재로 활용하기 위해서는 피부세포를 이용한 안전성 검증이 선행되어야 한다.

본 연구는 2021학년도 경기대학교 학술연구비(일반연구과제) 지원에 의하여 수행되었습니다.

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Article

Note

Journal of the Korean Society of Food Science and Nutrition 2022; 51(11): 1215-1222

Published online November 30, 2022 https://doi.org/10.3746/jkfn.2022.51.11.1215

Copyright © The Korean Society of Food Science and Nutrition.

용과의 부위별 생리활성 평가

김예린1․박지민1․이현정1․김애정2

1경기대학교 대체의학과
2경기대학교 대체의학대학원 식품치료전공

Received: August 8, 2022; Revised: September 15, 2022; Accepted: October 14, 2022

Evaluation of the Biological Activities of Different Parts of Dragon Fruit

Ye-Rin Kim1 , Ji-Min Park1 , Hyeon-Jeong Lee1 , and Ae-Jung Kim2

1Department of Alternative Medicine and 2Department of Nutrition Therapy,
Graduate School of Alternative Medicine, Kyonggi University

Correspondence to:Ae-Jung Kim, Department of Nutrition Therapy, Graduate School of Alternative Medicine, Kyonggi University, 63, Kyonggidae-ro 9-gil, Seodaemun-gu, Seoul 03752, Korea, E-mail: aj5249@naver.com

Received: August 8, 2022; Revised: September 15, 2022; Accepted: October 14, 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.

Corrigendum: Journal of the Korean Society of Food Science and Nutrition 2023;52(1):111
https://doi.org/10.3746/jkfn.2023.52.1.111 

Abstract

In this study, we examined the antioxidant (selenium, total polyphenol, and total flavonoid) contents and physiological activities (antioxidant, enzymatic, and anti-inflammatory effects) of the flesh and peel, which is typically discarded as waste, of Hylocereus undatus (dragon fruit). Selenium, total polyphenol, and flavonoid contents and DPPH and ABTS radical scavenging activities were higher in peel than flesh, and enzymatic activity assays also showed elastase and tyrosinase inhibitory activities were also higher in peel. In addition, flesh and peel extracts (0, 100, 1,000, or 2,000 μg/mL) did not significantly affect cell viability, and peel extract inhibited lipopolysaccharideinduced increases in NO, IL-1β, and IL-6 levels in RAW 264.7 macrophages significantly more than flesh extract. Correlation analysis on relations between antioxidant (selenium, total polyphenol, and total flavonoid) contents of peel extract and physiological activities (antioxidant, enzymatic, and anti-inflammatory) revealed positive relations with antioxidant and enzymatic activities but a negative correlation with inflammation. In conclusion, the peel of Hylocereus undatus was found to possess excellent antioxidant, enzymatic, and anti-inflammatory effects, which suggests its potential use as a new functional material.

Keywords: Hylocereus undatus, antioxidant activity, enzymatic activity, anti-inflammatory effect, selenium

서 론

최근 지구 온난화로 인한 기후변화로 범지구적으로 환경문제가 부각되고 있다(Lim 등, 2019). 우리나라 역시 지구 온난화가 빠르게 진행되면서 온대기후에서 아열대기후로 급격하게 변화되고 있다(RDA, 2017). 기후변화(Lee, 2014)로 인해 우리나라의 주요 농작물의 재배 한계선이 점차 북상하고 있어 해마다 아열대 과일의 재배면적이 꾸준히 증가하고 있다(RDA, 2017).

국내에서 재배되고 있는 아열대 과일에는 구아바(Jeong 등, 2011), 두리안(Charoenphun과 Klangbud, 2022), 그린 키위(Wang 등, 2018), 석류, 옐로우망고, 파인애플, 파파야(Chung, 2015), 리치(Jeong 등, 2010) 등이 있다. 구아바의 신경세포 보호 효과(Jeong 등, 2011), 두리안의 항산화, 항염증(Charoenphun과 Klangbud, 2022), 그린 키위의 항산화 효과(Wang 등, 2018), 석류, 옐로우망고, 파인애플, 파파야의 생리활성 효과(Chung, 2015), 리치의 항산화, 항염증, 신경세포 보호 효과(Jeong 등, 2010) 등의 연구가 활발히 진행 중이다.

최근에는 다른 아열대 작물에 비해 병충해의 발생이 적고 재배 면적당 생산량의 비율이 높은 용과(Hylocereus undatus)가 제주도를 시작으로 전라남도, 경상남도 일부 지역에서 재배되고 있다(RDA, 2014; 2017). 용과는 pitaya라고 불리는 선인장과의 여러해살이식물로(Nurliyana 등, 2010) 중남미의 사막 지역이 원산지이다. 앞에 언급되었듯이 국내에서 일찍이 재배가 시작되었던 열대과일의 생리활성 관련 연구는 다수 이루어져 있으나, 용과의 생리활성 관련 연구는 매우 부족한 실정이다.

일반적으로 과일의 가식부(과육)는 중량의 10~32%를 차지하며, 나머지는 부산물(과피)이 차지하는데 용과의 폐기율은 57%로 폐기물로 버려지는 비율이 다른 과일에 비해 비교적 높은 편이다(Kubola와 Siriamornpun, 2011; RDA, 2016). 이렇게 폐기물로 버려지는 과피의 폐기처리를 위한 사회적 비용과 처리 과정에서 발생하는 환경적인 문제가 클 것으로 예측된다. 반면, Luu 등(2021), Wybraniec 등(2007), Susanti 등(2012)의 연구에서 용과의 과피에는 과육에 비해 폴리페놀, 펙틴, 스테롤, 플라보노이드, betalains, lycopene 등과 같은 항산화 물질이 다량 함유되어 있다는 보고가 있다. 이와 관련된 용과 과피의 항산화 활성에 관한 연구로 Choo와 Yong(2011), Nurliyana 등(2010), Zain 등(2019)에서 진행된 바 있으나, 효소 활성과 항염증 관련 연구는 아직 미미한 실정이다(Contreras-Calderón 등, 2011).

따라서 본 연구에서는 용과 과피의 활용도를 높일 목적으로 용과를 과육과 과피로 분리하여 항산화 물질(셀레늄, 총 폴리페놀, 총 플라보노이드 함량), 항산화 활성(DPPH 라디칼 소거능, ABTS 라디칼 소거능), 효소 활성(elastase 저해 효과, tyrosinase 저해 효과) 및 항염증 효과(세포 독성 평가, NO, IL-1β 및 IL-6 생성 억제 효과)를 분석하였고 항산화 물질과 생리활성 간의 상관관계도 분석하였다.

재료 및 방법

실험 재료 및 시료 제조

본 실험에 사용된 용과는 월드마켓(Busan, Korea)에서 베트남산을 구매하여 사용하였다(Fig. 1). 세척 후 용과를 과육과 과피로 분리하여 셀레늄 분석용 시료로 사용하였다. 그리고 생리활성 평가를 위해 Nam 등(2017)Ko 등(2015)의 열수 추출물 제조 방법을 참조하여 시료(과육과 과피) 무게 대비 10배 부피의 증류수를 첨가하고 환류 냉각관을 부착한 80°C의 heating mantle(HM 250C, Sercrim Lab Tech, Seoul, Korea)에서 2시간 동안 추출하였다. 추출물은 추출 후 흡인여과기에서 3회 여과(No. 3, Whatman, Maidstone, England)한 후 진공감압농축기(N-1110, EYELA, Tokyo, Japan)로 용매를 증발시켜 50 mg/mL로 농축한 후 동결건조하고, -70°C 초저온 냉동고에 보관하면서 생리활성 평가용 시료로 사용하였다.

Fig 1. Appearance of H. undatus (flesh and peel).

셀레늄 함량 분석

용과 과육과 과피의 셀레늄 함량 분석은 습식분해 후 발광분도계(inductively coupled plasma; Lactam 8440 Plasmalac, Longjumeau Cedex, Paris, France)를 이용하여 측정하였다.

총 폴리페놀 함량 측정

용과 과육과 과피의 총 폴리페놀 함량 측정은 Singleton과 Rossi(1965)의 방법을 변형하여 측정하였다. 시료 350 μL에 50% Folin-Ciocalteu 70 μL를 첨가하여 3분 동안 정치한 후, 2%(w/v) Na2CO3 용액을 350 μL 첨가하여 1시간 동안 반응시켜 ELISA microplate reader(Tecan Infinite M200 Pro, GreenMate Bio, Seoul, Korea)를 이용하여 750 nm에서 흡광도를 측정하였다. 총 폴리페놀 함량은 tannic acid를 이용하여 작성한 표준곡선을 이용하여 환산하였다.

총 플라보노이드 함량 측정

용과 과육과 과피의 총 플라보노이드 함량 측정은 Davis(1947)의 방법을 변형하여 측정하였다. 시료 70 μL에 diethylene glycol 700 μL와 1 N-NaOH 용액 7 μL를 첨가한 후 37°C에서 1시간 동안 반응시켜 ELISA microplate reader(Tecan Infinite M200 Pro, GreenMate Bio)를 이용하여 420 nm에서 흡광도를 측정하였다. 총 플라보노이드 함량은 quercetin을 이용하여 작성한 표준곡선을 이용하여 환산하였다.

DPPH 라디칼 소거능 측정

용과 과육과 과피의 DPPH(1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl; Sigma-Aldrich Co., St. Louis, MO, USA) 라디칼 소거능은 Blois(1958)의 방법을 변형하여 측정하였다. 시료 100 μL에 1.5×10-4 M DPPH 용액 100 μL를 가한 후 실온의 암실에서 30분 동안 정치한 후 ELISA microplate reader(Tecan Infinite M200 Pro, GreenMate Bio)를 이용하여 517 nm에서 흡광도를 측정하였다.

ABTS 라디칼 소거능 측정

용과 과육과 과피의 ABTS(2,2′-azino-bis(3-ethylbenzo-thiazoline-6-sulfonic acid); Sigma-Aldrich Co.) 라디칼 소거능은 Fellegrini 등(1999)의 방법으로 측정하였다. ABTS 7.4 mM과 동량의 potassium persulfate 2.6 mM을 섞어 암소에 24시간 동안 방치하여 ABTS+를 형성시켰다. 732 nm에서 흡광도 값이 0.70±0.03이 되도록 1× PBS로 희석한 ABTS+ reagent 190 μL에 시료 10 μL를 첨가하여 10분 동안 정치한 후 ELISA microplate reader(Tecan Infinite M200 Pro, GreenMate Bio)를 이용하여 732 nm에서 흡광도를 측정하였다.

Elastase inhibitory effect

용과 과육과 과피의 elastase inhibitory effect는 Kraunsoe 등(1996)의 방법을 변형하여 측정하였다. 96 well-plate의 각 well에 시료 120 μL와 1 M Tris-HCl buffer(pH 8.0) 60 μL에 기질로 사용된 N-Succinyl-(Ala)3-p-nitroanilide 30 μL를 넣은 후 200 mM Tris-HCl buffer(pH 8.0)에 희석한 procine pancreatic elastase(0.594 unit/mL) 10 μL를 넣어 25°C에서 15분 동안 반응시켰다. 15분 후 얼음에 5분간 방치하여 반응을 종료시키고 ELISA microplate reader(Tecan Infinite M200 Pro, GreenMate Bio)를 이용하여 410 nm에서 흡광도를 측정하였다.

Tyrosinase inhibitory effect

용과 과육과 과피의 tyrosinase inhibitory effect는 Ishihara 등(1991)의 방법을 변형하여 측정하였다. L-tyrosine으로부터 멜라닌의 생성 과정에서 tyrosinase 효소 작용에 의해 생성되는 DOPA 생성물을 측정하는 방법이다. 96 well-plate의 각 well에 시료 100 μL와 100 mM KPi buffer(pH 6.8) 80 μL에 기질로 사용된 10 mM L-tyrosine 20 μL를 넣은 후 100 mM KPi buffer(pH 6.8)에 tyrosinase from mushroom(300 unit/mL) 20 μL를 넣고 37°C에서 15분 동안 반응시켰다. 15분 후 얼음에 5분 동안 방치하여 반응을 종료시키고 ELISA microplate reader(Tecan Infinite M200 Pro, GreenMate Bio)를 이용하여 475 nm에서 흡광도를 측정하였다.

세포배양 및 세포 독성 평가

실험에 사용된 RAW 264.7 대식세포는 한국세포주은행(Seoul, Korea)에서 구입하여 사용하였다. Dulbecco’s modified Eagle’s medium(Gibco, Waltham, MA, USA)에 10%(v/v)의 fetal bovine serum(Gibco)과 1%(v/v)의 penicillin(100 unit/mL)을 첨가하여 배지로 사용하였고, 37°C, 5% CO2의 조건으로 humidified incubator(Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA, USA)에서 배양하였다.

용과 과육과 과피의 세포 독성 여부를 알아보고자 배양한 RAW 264.7 세포에 각 시료를 농도별(0, 100, 1,000 및 2,000 μg/mL)로 처리하여 37°C, 5% CO2의 조건의 humidified incubator에서 24시간 동안 배양하였다. 24시간 배양 후 상층액을 제거하고 1 mg/mL 3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyltetrazolium bromide(MTT, Invirtrogen, Waltham, MA, USA)를 각 well에 100 μL씩 첨가한 뒤 4시간 동안 반응시켰다. 반응 후 MTT 용액을 제거하고 dimethyl sulfoxide 200 μL를 각 well에 분주하여 formazan crystal을 용해한 뒤 ELISA microplate reader(Tecan Infinite M200 Pro, GreenMate Bio)에서 540 nm의 흡광도로 측정하였고, 대조군에 대한 세포 생존율을 백분율(%)로 표시하였다.

NO, IL-1β및 IL-6 생성량 측정

용과 과육과 과피의 nitric oxide(NO) 생성 억제 효과를 측정하기 위해 RAW 264.7 세포를 5×104 cells/well의 농도로 96 well-plate에 분주하여 37°C, 5% CO2의 조건으로 humidified incubator에 24시간 동안 배양하였다. 배양 후 배지를 제거하고 각 농도(0, 100, 1,000 및 2,000 μg/mL)의 시료와 동량의 lipopolysaccharide(LPS)를 1 μg/mL 농도로 처리한 후 37°C, 5% CO2의 조건으로 humidified incubator에 24시간 동안 배양하였다. 24시간 배양 후 배양액 100 μL와 동량의 Griess reagent를 96 well-plate에 각각 첨가한 뒤 10분 동안 반응시킨 후 ELISA microplate reader(Tecan Infinite M200 Pro, GreenMate Bio)에서 540 nm 흡광도로 측정하였다. NO 생성의 정도를 평가하기 위하여 sodium nitrite(NaNO2)의 농도별 표준곡선을 이용하여 배양액 내의 NO 생성량을 산출하였다.

용과 과육과 과피의 IL-1β와 IL-6의 생성량을 측정하기 위해 RAW 264.7 세포를 5×104 cells/well의 농도로 96 well-plate에 분주하여 37°C, 5% CO2의 조건으로 humidified incubator에 24시간 동안 배양한 후, LPS를 첨가하여 24시간 동안 배양하여 얻은 상층액을 IL-1β ELISA kit, IL-6 ELISA kit(R&D Systems, Minneapolis, MN, USA)을 이용하여 측정하였다.

통계 처리

모든 자료는 SPSS statistics 27(SPSS Institute, Chicago, IL, USA)을 이용하여 평균(mean)과 표준편차(standard deviation; SD)를 구하였다. 두 변수 간의 차이를 분석할 경우 Student’s t-test를 실시하였다. 각각의 시료 간 유의성은 일원배치 분산분석(one-way ANOVA)을 실시한 후, Duncan’s multiple range test로 각 시료 간의 평균 차이에 대한 사후검정을 유의수준 P<0.05에서 실시하였고, 변인 간의 상관관계는 Pearson의 상관계수 분석을 이용하였다.

결과 및 고찰

항산화 물질

셀레늄(selenium, Se)은 인체의 필수 미량원소(Klein 등, 2007)로 식물체에 의해 무기화합물의 형태로 흡수되어 자유 라디칼로부터 세포를 보호하는 유기화합물로 전환되면서 산화환원반응에 참여하는 항산화 활성이 우수한 무기질로 보고되어 있다(Ellis와 Salt, 2003).

폴리페놀, 플라보노이드, phenolic acid, lignan, tannic acid 등과 같은 페놀화합물(Pehlivan, 2017; San Miguel-Chávez, 2017)은 식물계에 널리 분포하는 2차 대사산물로 활성산소로 인한 세포 손상을 저해하는 기능이 있다(Young과 Woodside, 2001). 이에 본 연구는 1,000 μg/mL의 농도에서 용과 과육과 과피의 셀레늄, 총 폴리페놀, 총 플라보노이드 함량을 분석하여 Table 1에 제시하였다.

Table 1 . Comparative contents of antioxidants of H. undatus (flesh, peel).

SamplesSelenium (μg/100 g)Total polyphenol content (mg TAE1)/g)Total flavonoid content (mg QE2)/g)
Flesh1.30±0.103)2.29±0.323.97±1.44
Peel3.10±0.06***5.78±0.05***26.90±0.98***

1)TAE: tannic acid equivalent..

2)QE: quercetin equivalent..

3)Mean±SD (n=3)..

***P<0.001, significantly different between H. undatus flesh and peel by Student’s t-test..



셀레늄 함량은 용과 과피(3.10±0.06 μg/100 g)가 과육(1.30±0.10 μg/100 g)에 비해 더 높게 나타났다. 총 폴리페놀 함량도 용과 과피(5.78±0.05 mg TAE/g)가 과육(2.29±0.32 mg TAE/g)에 비해 높게 나타났다. 이는 용과 과피(207.3±8.5 mg GAE/g)의 총 폴리페놀 함량이 과육(48.4±6.8 mg GAE/g)에 비해 높았다는 Saenjum 등(2021)의 보고와 용과 과피(48.15 mg GAE/100 g)의 총 폴리페놀 함량이 과육(30.3 mg GAE/100 g)에 비해 높았다는 Som 등(2019)의 보고와 유사한 결과였다. 총 플라보노이드 함량도 용과 과피(26.90±0.98 mg QE/g)가 과육(3.97±1.44 mg QE/g)에 비해 높게 나타났는데, 이는 용과 과피(142.9±12.6 mg QE/g)의 총 플라보노이드 함량이 과육(39.5±7.3 mg QE/g)에 비해 높았다는 Saenjum 등(2021)의 보고와 유사한 결과였다.

항산화 활성

DPPH는 비교적 안정한 자유 라디칼로 phenolic compound와 같은 전자공여체와 반응하여 전자를 받아들여 안정한 분자로 환원이 많이 될수록 보라색에서 점차 무색으로 변화하여 흡광도가 변하는 성질을 이용하는 방법이다(Jung 등, 2008; Park과 Ryu, 2019). ABTS를 potassium persulfate와 반응시키면 ABTS+가 생성되는데 이때 각 시료의 항산화 활성에 의해 ABTS+ 고유의 청록색이 탈색되는 원리를 이용하여 항산화력을 측정할 수 있다(Oh 등, 2016; Lee, 2017). 이에 본 연구는 1,000 μg/mL의 농도에서 용과 과육과 과피의 DPPH 라디칼 소거능과 ABTS 라디칼 소거능을 분석한 결과를 Table 2에 제시하였다.

Table 2 . Antioxidant activities of H. undatus (flesh, peel) (%).

SamplesDPPH radical scavenging activityABTS radical scavenging activity
Flesh12.83±0.291)9.71±0.56
Peel43.25±0.15***24.20±0.19***

1)Mean±SD (n=3)..

***P<0.001, significantly different between H. undatus flesh and peel by Student’s t-test..



DPPH 라디칼 소거능은 용과 과피(43.25±0.15%)가 과육(12.83±0.29%)에 비해 더 높게 나타났다. 이는 용과 과피(97.42%)의 DPPH 라디칼 소거능이 과육(88.81%)보다 높게 나타났다는 Som 등(2019)의 보고와 용과 과피(68.1%)의 DPPH 라디칼 소거능이 과육(23.8%)에 비해 높았다는 Kim 등(2011)의 보고와 유사한 결과였다. ABTS 라디칼 소거능도 용과 과피(24.20±0.19%)가 과육(9.71±0.56%)에 비해 높게 나타났다. 이는 용과 과피의 ABTS 라디칼 소거능이 과육에 비해 3.8배가량 높았다는 Suh 등(2014)의 보고와 유사한 결과였다.

정리해보면 용과의 과피가 과육에 비해 항산화 물질(셀레늄, 총 폴리페놀 함량, 총 플라보노이드 함량)이 높게 함유되어 있었고, 이와 관련하여 항산화 활성(DPPH 라디칼 소거능, ABTS 라디칼 소거능) 또한 우수하게 나타났다.

효소 활성

Elastase는 collagen과 함께 대동맥, 폐, 연골, 인대 및 피부 등의 탄력섬유를 구성하는 성분인 elastin을 분해하며, elastin의 손상이나 감소는 피부의 주름 생성 및 탄력 저하로 인한 피부 노화를 촉진한다. 따라서 elastase의 활성을 저해한다면 피부 주름 및 피부 노화를 개선하는 효과를 기대할 수 있다(Lee 등, 2013; Song 등, 2017).

Tyrosinase는 눈, 피부, 모발 등의 색을 담당하는 화합물인 멜라닌의 생성을 조절하는 효소로 tyrosine을 DOPA(3, 4-dihydroxy phenylalanine)로 전환하는 tyrosine hydroxylase 활성과 DOPA를 DOPA quinone으로 산화시키는 DOPA oxidase 활성에 모두 관여한다. 이때 생성된 멜라닌은 자외선과 같은 피부 자극에 대한 저항력을 가지지만, 과도해지면 주근깨, 기미, 검버섯과 같은 색소 침착을 일으킨다. 색소 침착 과정에서 tyrosinase의 활성을 저해한다면 멜라닌 생성을 억제하여 미백 효과를 유도할 수 있다(Jung 등, 2009; Lee 등, 2013). 이에 본 연구는 1,000 μg/mL의 농도에서 용과 과육과 과피의 elastase 저해 활성과 tyrosinase 저해 활성을 분석하여 Table 3에 제시하였다.

Table 3 . Enzymatic effect of H. undatus (flesh, peel) (%).

SamplesElastase inhibitory activityTyrosinase inhibitory activity
Flesh25.14±1.041)65.88±0.55
Peel41.57±0.63***77.84±0.21***

1)Mean±SD (n=3)..

***P<0.001, significantly different between H. undatus flesh and peel by Student’s t-test..



Elastase 저해 활성은 용과 과피(41.57±0.63%)가 과육(25.14±1.04%)에 비해 더 높게 나타났고 tyrosinase 저해 활성도 용과 과피(77.84±0.21%)가 과육(65.88±0.55%)에 비해 더 높게 나타났다.

정리해보면, 용과의 과피가 과육에 비해 elastase 저해 활성과 tyrosinase 저해 활성이 우수하게 나타났으나, tyrosinase 저해 효과가 있는 소재의 백반증 부작용이 보고된 바 있어(Ito 등, 2014) 피부미용 신소재로 활용하기에 앞서 피부 안전성 연구가 이루어져야 할 것으로 판단된다.

세포 독성 평가

본 연구는 용과 과육과 과피의 독성 여부를 알아보고자 RAW 264.7 대식세포에 열수 추출물 시료를 농도별(0, 100, 1,000 및 2,000 μg/mL)로 처리하여 세포 생존율을 측정하여 Fig. 2에 제시하였다. 시료를 농도별로 처리한 실험군의 세포 생존율은 LPS 처리군(41.23%)에 비해 높게 나타나 독성이 없는 것으로 확인되었다.

Fig 2. Effect of H. undatus (flesh, peel) extracts on cytotoxicity in RAW 264.7 cells viability. Each bar represents the mean±SD (n=3). ns: not significant. ***P<0.001 compared with LPS group, ###P<0.001 compared with normal group. Nor: normal, LPS: lipopolysaccharide.

NO, IL-1β및 IL-6 생성 억제 효과

염증 매개 인자인 NO는 주로 대식세포의 arginine으로부터 inducible nitric oxide synthase(iNOS)에 의해 합성되는 자유 라디칼로, NOS(nitric oxide synthase)에 의해 면역계에서 세포 내에 감염된 미생물에 대해 방어작용을 하는 염증반응 발생의 대표적인 인자이다(Moncada와 Higgs, 1993; Lee 등, 2012).

염증반응에서 대식세포는 IL-1β, IL-6 등과 같은 cytokine을 생산하여 감염 초기에 면역세포의 활성, 증식 및 분화의 조절을 통해 체내 염증 기작에 관여하는 것으로 알려져 있다(Higuchi 등, 1990). 본 실험에서 이용된 LPS는 대식세포의 면역 기능을 조절하는 매개 물질로 염증 매개물인 NO 이외에도 IL-1β, IL-6 등과 같은 pro-inflammatory cytokine의 분비가 촉진된다. 지속적인 염증반응은 점막의 손상을 촉진하고, 일부는 동맥경화, 당뇨병 및 암과 같은 각종 만성 염증성 질환을 유도한다(Feghali와 Wright, 1997; Ljung 등, 2006; Choi 등, 2013).

이에 본 연구는 용과 과육과 과피의 NO, IL-1β 및 IL-6의 생성 억제 효과를 알아보고자 RAW 264.7 열수 추출물 시료를 농도별(0, 100, 1,000 및 2,000 μg/mL)로 처리한 후 NO, IL-1β 및 IL-6 생성률을 측정하여 Fig. 3~5에 제시하였다.

Fig 3. Suppressive effect of H. undatus (flesh, peel) extracts on NO production in LPS (1 µg/mL)-induced RAW 264.7 cells. Each bar represents the mean±SD (n=3). Means with different letters (a-d) above the bars are significantly different at P<0.05 by Duncan’s multiple range test. ***P<0.001 compared with LPS group, ###P<0.001 compared with normal group. Nor: normal, LPS: lipopolysaccharide.


Fig 4. Effect of H. undatus (flesh, peel) extracts on IL-1β production by LPS-stimulated RAW 264.7 cell. Each bar represents the mean±SD (n=3). Means with different letters (a-c) above the bars are significantly different at P<0.05 by Duncan’s multiple range test. *P<0.05, **P<0.01, ***P<0.001 compared with LPS group. ns: not significant. ###P<0.001 compared with normal group. Nor: normal, LPS: lipopolysaccharide.


Fig 5. Effect of H. undatus (flesh, peel) extracts on IL-6 production by LPS-stimulated RAW 264.7 cell. Each bar represents the mean±SD (n=3). Means with different letters (a-c) above the bars are significantly different at P<0.05 by Duncan’s multiple range test. ***P<0.001 compared with LPS group. ns: not significant. ###P<0.001 compared with normal group. Nor: normal, LPS: lipopolysaccharide.

용과 과육과 과피의 NO 생성 억제 효과를 측정한 결과, NO 생성량은 LPS 처리군(69.47 μM)이 대조군(3.81 μM)보다 현저히 높게 생성되었다. LPS 유도로 생성된 NO는 시료 추출물의 처리로 과육과 과피 모두 시료 농도(0, 100, 1,000 및 2,000 μg/mL)에 의존적으로 NO 생성이 억제되었으며, 과피(44.28 μM, 24.87 μM, 18.37 μM)가 과육(48.22 μM, 33.16 μM, 24.87 μM)에 비해 NO 생성 억제 효과가 더 높게 나타났다.

용과 과육과 과피의 IL-1β 생성 억제 효과를 측정한 결과, IL-1β 생성량은 LPS 처리군(195.72 pg/mL)이 대조군(0.93 pg/mL)보다 현저히 높게 생성되었다. LPS 유도로 생성된 IL-1β는 시료 추출물의 처리로 과육과 과피 모두 시료 농도(0, 100, 1,000 및 2,000 μg/mL)에 의존적으로 IL-1β의 생성이 억제되었으며, 과피(178.33 pg/mL, 162.15 pg/mL, 120.89 pg/mL)가 과육(191.02 pg/mL, 165.63 pg/mL, 162.26 pg/mL)에 비해 IL-1β 생성 억제 효과가 더 높게 나타났다. 특히 2,000 μg/mL 시료 농도에서 IL-1β 생성이 LPS 처리군보다 38.23%의 높은 억제 효과가 나타났다.

용과 과육과 과피의 IL-6의 생성 억제 효과를 측정한 결과, IL-6 생성량은 LPS 처리군(2,104.75 pg/mL)이 대조군(39.00 pg/mL)보다 현저히 높게 생성되었다. LPS의 유도로 생성된 IL-6는 시료 추출물의 처리로 과육과 과피 모두 시료 농도(0, 100, 1,000 및 2,000 μg/mL)에 의존적으로 IL-6의 생성이 억제되었으며, 과피(2,105.81 pg/mL, 1,781.28 pg/mL, 1,190.59 pg/mL)가 과육(2,161.34 pg/mL, 1,886.28 pg/mL, 1,644.16 pg/mL)에 비해 IL-6 생성 억제 효과가 더 높게 나타났다. 특히 2,000 μg/mL 시료 농도에서 IL-6 생성이 LPS 처리군보다 43.43%의 높은 억제 효과가 나타났다.

정리해보면, 용과의 과피가 과육에 비해 항산화 활성, 효소 활성 및 항염증 효과가 더 우수하게 나타났는데, 이는 항산화 및 항염증 효능이 우수한 베타레인(betalain)과 더불어 다양한 항산화 물질이 용과의 과피에 다량 포함(Rodriguez 등, 2016)되어 있기 때문으로 생각된다.

항산화 물질과 항산화 활성, 효소 활성 및 항염증 효과 간의 상관관계

본 연구는 용과의 항산화 물질(셀레늄, 총 폴리페놀, 총 플라보노이드 함량)과 항산화 활성(DPPH 라디칼 소거능, ABTS 라디칼 소거능), 효소 활성(elastase 저해 효과, tyrosinase 저해 효과) 및 항염증 효과(세포 생존율, NO 생성, IL-1β 생성, IL-6 생성)와의 상관관계를 분석하고자 Pearson 상관분석을 실시하여 Table 4에 제시하였다.

Table 4 . The correlation coefficient between antioxidant content and antioxidant, enzymatic, and anti-inflammatory effect of H. undatus (flesh, peel).

VariablesDPPH1)ABTS2)Elastase inhibitory effectTyrosinase inhibitory effectCell viabilityNO productionIL-1β productionIL-6 production
Selenium0.997***0.998***0.988***0.992***0.695−0.778−0.364−0.300
Total polyphenol content0.994***0.993***0.984***0.988***0.752−0.672−0.391−0.295
Total flavonoid content0.995***0.999***0.998***0.998***0.694−0.769−0.338−0.217

1)DPPH radical scavenging activity. 2)ABTS radical scavenging activity..

***P<0.001..



Bertoncelj 등(2007)Wu와 Ng(2008)의 연구를 통해 phenolic acid, 폴리페놀 및 플라보노이드와 같은 페놀 화합물과 항산화 활성과의 상관관계가 있음이 입증되어 있다. 용과의 항산화 물질(셀레늄, 총 폴리페놀, 총 플라보노이드 함량)과 항산화 활성(DPPH 라디칼 소거능, ABTS 라디칼 소거능)과의 상관관계를 분석한 결과, 모두 정의 상관관계를 보였다. 이는 항산화 물질과 항산화 활성 간에 상관관계가 높다고 보고한 기존의 연구들(Hwang 등, 2015; Sentkowska와 Pyrzynska, 2020)과 일치한다.

용과의 항산화 물질(셀레늄, 총 폴리페놀, 총 플라보노이드 함량)과 효소 활성(elastase 저해 효과, tyrosinase 저해 효과)과의 상관관계를 분석한 결과, 모두 정의 상관관계를 보였다. 이는 항산화 물질과 미백 및 항주름 효과 간에 상관관계가 높았다는 Choi 등(2018)Kim 등(2021)의 보고와 일치한다.

용과의 항산화 물질(셀레늄, 총 폴리페놀, 총 플라보노이드 함량)과 항염증 효과(세포 생존율, NO 생성, IL-1β 생성, IL-6 생성)와의 상관관계를 분석한 결과, 세포 생존율과는 정의 상관관계를 보였고 NO 생성, IL-1β 및 IL-6 생성과는 부의 상관관계를 보였는데, 이는 항산화 물질과 항염증 활성 간에 상관관계가 높았다는 Chanput 등(2016)의 보고와 일치한다.

정리해보면, 용과의 항산화 물질은 항산화 활성, 효소 활성, 세포 생존율과는 정의 상관관계가, NO, IL-1β 및 IL-6 생성과는 부의 상관관계가 나타나 용과의 생리활성이 입증되었다.

요 약

본 연구에서는 용과 과피의 활용 가능성을 알아보고자 과육과 과피로 분리하여 항산화 물질(셀레늄, 총 폴리페놀, 총 플라보노이드 함량)과 생리활성(항산화 활성, 효소 활성 및 항염증 효과)을 비교 분석하고 그 상관관계를 알아보았다. 용과의 항산화 물질과 항산화 활성을 분석한 결과, 셀레늄 함량은 과피에 더 많이 함유되어 있었으며, 과피의 총 폴리페놀 함량, 총 플라보노이드 함량, DPPH 라디칼 소거능, ABTS 라디칼 소거능이 각각 5.78±0.05 mg TAE/g, 26.90±0.98 mg QE/g, 43.25±0.15%, 24.20±0.19%로 과육에 비해 모두 우수하게 나타났다. 효소 활성에서도 과피의 elastase 저해 효과, tyrosinase 저해 효과가 각각 41.57±0.63%, 77.84±0.21%로 과육에 비해 모두 높은 효과를 나타냈다. RAW 264.7 대식세포에 과육과 과피 열수 추출물을 각각 농도별(0, 100, 1,000 및 2,000 μg/mL)로 처리하여 세포 생존율을 측정한 결과, 93.76~99.52%의 범위로 나타나 독성이 없었다. LPS로 염증을 유도한 RAW 264.7 대식세포에 시료를 농도별로 처리하여 NO, IL-1β 및 IL-6의 생성을 측정한 결과, 과피가 과육에 비해 NO, IL-1β 및 IL-6의 생성을 유의하게 억제하는 효과를 확인할 수 있었다. 용과의 항산화 물질(셀레늄, 총 폴리페놀, 총 플라보노이드 함량)과 생리활성(항산화 활성, 효소 활성 및 항염증 효과)과의 상관관계를 분석한 결과, 항산화 물질과 항산화 활성, 효소 활성과는 정의 상관관계를 보였지만, 염증 생성과는 부의 상관관계가 나타났다. 본 연구 결과를 통해 폐기물로 버려질 용과 과피의 생리활성(항산화 활성, 미백, 항주름 및 항염증 효과)의 우수성이 규명되어 기능성 신소재로써 활용 가능성을 확인할 수 있었다. 다만, 용과 과피를 미백 소재로 활용하기 위해서는 피부세포를 이용한 안전성 검증이 선행되어야 한다.

감사의 글

본 연구는 2021학년도 경기대학교 학술연구비(일반연구과제) 지원에 의하여 수행되었습니다.

Fig 1.

Fig 1.Appearance of H. undatus (flesh and peel).
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Fig 2.

Fig 2.Effect of H. undatus (flesh, peel) extracts on cytotoxicity in RAW 264.7 cells viability. Each bar represents the mean±SD (n=3). ns: not significant. ***P<0.001 compared with LPS group, ###P<0.001 compared with normal group. Nor: normal, LPS: lipopolysaccharide.
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Fig 3.

Fig 3.Suppressive effect of H. undatus (flesh, peel) extracts on NO production in LPS (1 µg/mL)-induced RAW 264.7 cells. Each bar represents the mean±SD (n=3). Means with different letters (a-d) above the bars are significantly different at P<0.05 by Duncan’s multiple range test. ***P<0.001 compared with LPS group, ###P<0.001 compared with normal group. Nor: normal, LPS: lipopolysaccharide.
Journal of the Korean Society of Food Science and Nutrition 2022; 51: 1215-1222https://doi.org/10.3746/jkfn.2022.51.11.1215

Fig 4.

Fig 4.Effect of H. undatus (flesh, peel) extracts on IL-1β production by LPS-stimulated RAW 264.7 cell. Each bar represents the mean±SD (n=3). Means with different letters (a-c) above the bars are significantly different at P<0.05 by Duncan’s multiple range test. *P<0.05, **P<0.01, ***P<0.001 compared with LPS group. ns: not significant. ###P<0.001 compared with normal group. Nor: normal, LPS: lipopolysaccharide.
Journal of the Korean Society of Food Science and Nutrition 2022; 51: 1215-1222https://doi.org/10.3746/jkfn.2022.51.11.1215

Fig 5.

Fig 5.Effect of H. undatus (flesh, peel) extracts on IL-6 production by LPS-stimulated RAW 264.7 cell. Each bar represents the mean±SD (n=3). Means with different letters (a-c) above the bars are significantly different at P<0.05 by Duncan’s multiple range test. ***P<0.001 compared with LPS group. ns: not significant. ###P<0.001 compared with normal group. Nor: normal, LPS: lipopolysaccharide.
Journal of the Korean Society of Food Science and Nutrition 2022; 51: 1215-1222https://doi.org/10.3746/jkfn.2022.51.11.1215

Table 1 . Comparative contents of antioxidants of H. undatus (flesh, peel).

SamplesSelenium (μg/100 g)Total polyphenol content (mg TAE1)/g)Total flavonoid content (mg QE2)/g)
Flesh1.30±0.103)2.29±0.323.97±1.44
Peel3.10±0.06***5.78±0.05***26.90±0.98***

1)TAE: tannic acid equivalent..

2)QE: quercetin equivalent..

3)Mean±SD (n=3)..

***P<0.001, significantly different between H. undatus flesh and peel by Student’s t-test..


Table 2 . Antioxidant activities of H. undatus (flesh, peel) (%).

SamplesDPPH radical scavenging activityABTS radical scavenging activity
Flesh12.83±0.291)9.71±0.56
Peel43.25±0.15***24.20±0.19***

1)Mean±SD (n=3)..

***P<0.001, significantly different between H. undatus flesh and peel by Student’s t-test..


Table 3 . Enzymatic effect of H. undatus (flesh, peel) (%).

SamplesElastase inhibitory activityTyrosinase inhibitory activity
Flesh25.14±1.041)65.88±0.55
Peel41.57±0.63***77.84±0.21***

1)Mean±SD (n=3)..

***P<0.001, significantly different between H. undatus flesh and peel by Student’s t-test..


Table 4 . The correlation coefficient between antioxidant content and antioxidant, enzymatic, and anti-inflammatory effect of H. undatus (flesh, peel).

VariablesDPPH1)ABTS2)Elastase inhibitory effectTyrosinase inhibitory effectCell viabilityNO productionIL-1β productionIL-6 production
Selenium0.997***0.998***0.988***0.992***0.695−0.778−0.364−0.300
Total polyphenol content0.994***0.993***0.984***0.988***0.752−0.672−0.391−0.295
Total flavonoid content0.995***0.999***0.998***0.998***0.694−0.769−0.338−0.217

1)DPPH radical scavenging activity. 2)ABTS radical scavenging activity..

***P<0.001..


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