최근 생활방식의 변화로 인해 당뇨병, 고혈압, 비만 및 심혈관 질환 등 만성질환의 발병률이 높아지고 있다. 이는 주로 불균형한 식단, 스트레스, 운동 및 수면 부족 등으로 인한 것으로 체내의 산화적 스트레스를 증가시킨다(Noce 등, 2021). 그중 당뇨병과 고혈압은 대표적인 만성질환으로 당뇨병과 고혈압을 가진 환자에게서 심혈관계 합병증의 발병률이 증가하는 것으로 보고된다(Kim, 2020). 제2형 당뇨병은 췌장의 베타세포에서 생성되는 인슐린 호르몬의 부족이나 인슐린 저항성에 의해 특징지어지는 대사성 질환으로 음식물 섭취를 통해 생성된 혈당이 간, 근육, 지방세포 등에 저장되지 못하고 혈액에 축적된다(Choi와 Lee, 2006). 식후 고혈당을 줄이기 위해서는 α-glucosidase와 같은 탄수화물의 분해효소를 억제하여 당의 흡수를 지연시킬 수 있다(Ademiluyi와 Oboh, 2013). 간은 포도당을 이용하고 저장하는 주요 기관으로 섭취한 포도당의 10~25%를 흡수한다(Oosterveer와 Schoonjans, 2014). 세포 내에 존재하는 glucose transporter 중 glucose transporter 2(GLUT2)의 발현이 증가하면 고농도의 포도당에 노출될 경우 빠르게 포도당을 세포 내로 흡수하여 항상성을 조절할 수 있다(Takanaga 등, 2008). 혈관은 고혈압의 발병과 합병증에 중요한 역할을 하며 혈관내피세포의 기능이 저하되면 구조, 기능, 조직의 구성 성분을 변화시킨다(Park, 2000). Angiotensin converting enzyme(ACE)은 비활성의 angiotensin Ⅰ을 절단하여 강력한 혈관수축제인 angiotensin Ⅱ를 생성할 뿐 아니라 혈관확장제인 bradykinin을 분해해 혈압을 상승시킨다(Kim, 2004). 따라서 ACE를 저해하고 혈관내피세포의 생존율을 높여 정상적인 혈관 기능을 유지하는 것이 중요하다. 이러한 만성질환은 식이를 조절함으로써 예방 및 관리할 수 있다(Nirmala Prasadi와 Joye, 2020).

통곡물은 비타민, 식이섬유, 미네랄, 단백질, 페놀 화합물 등 생리활성성분이 풍부하여 섭취 시 암, 제2형 당뇨병, 고혈압, 심혈관계질환과 같은 만성 대사질환의 발병을 줄일 수 있다(Kaur 등, 2014). 그중 수수(Sorghum bicolor (L.) Moench)는 세계에서 다섯 번째로 많이 재배되는 주요 작물로 식이섬유, 비타민 B, 미네랄, 불포화지방산을 다량 함유하고 있으며 대부분의 수수 품종은 특히 페놀성 화합물이 풍부하다(de Morais Cardoso 등, 2017). 수수는 밀, 보리, 기장, 호밀과 비교하여 많은 양의 폴리페놀을 함유하고 있으며, proanthocyanidins, 3-deoxyanthocyanins, phenolic acid 및 polycosanol을 포함한 phytosterol이 풍부하다고 알려져 있다(Awika 등, 2005). 수수에 함유된 tannin 성분은 다른 페놀 화합물과 비교하여 15~30배 높은 peroxyl radical 소거능을 갖는다(Hagerman 등, 1998). 수수의 주요 anthocyanidin 중 3-deoxyanthocyanidin은 다른 곡류에는 존재하지 않는 유일한 식이 공급원으로 가공 시 높은 안정성을 보인다(Xu 등, 2021). 이러한 phytochemical로 인해 수수는 항산화, 항암, 항균 활성, 당뇨병 및 고혈압 예방 등의 다양한 생리활성을 가진다는 연구가 보고되어 있다(Awika와 Rooney, 2004). 수수는 주로 열처리와 같은 가공처리 후 섭취하는데, 열처리에 따라 phenolic acid, 플라보노이드 및 procyanidin과 같은 열에 불안정한 화합물의 분해를 유발할 수 있다(Luo 등, 2020). 따라서 수수의 가공처리 중 기능성분과 영양성분의 손실을 줄일 수 있는 효과적인 열처리 방법을 찾는 것이 필요하다.

마이크로웨이브를 이용한 식품의 가열은 식품 내부의 물 분자가 에너지를 흡수하여 격렬한 회전운동을 통해 내부에서부터 열이 발생하는 원리로, 이는 열처리 시간을 줄일 수 있어 탄수화물, 단백질, 지질 및 비타민과 같은 영양성분의 분해를 감소시킬 수 있다(Chandrasekaran 등, 2013; Jiang 등, 2018). 마이크로웨이브에 영향을 주는 요소는 식품의 수분함량, 밀도, 조성, 모양 및 크기 등이 있으며 이 중 가장 중요한 요인은 출력과 처리 시간이다(Chandrasekaran 등, 2013; Patil 등, 2016). 많은 연구에서 수수, 밀, 메밀의 마이크로웨이브 처리는 페놀 및 플라보노이드 함량을 증가시켜 항산화 활성을 향상시킬 수 있다고 보고된 바 있다(Inglett 등, 2010; Liu 등, 2021). Jogihalli 등(2017)에 따르면 마이크로웨이브를 다양한 출력과 시간에서 처리했을 경우 병아리콩의 총 폴리페놀 함량과 DPPH 라디칼 소거능이 각각 다른 수준으로 증가한다고 보고하였다. 또한 Almaiman 등(2021)에 따르면 수수의 마이크로웨이브 처리가 총 폴리페놀 함량과 항산화 활성을 유의적으로 증가하는 것으로 보고하였다. 식물 자원에서의 마이크로웨이브 처리에 따른 항당뇨 및 항고혈압 활성 변화에 관한 연구가 보고되어 있으나(Ali 등, 2020; Hayta와 İşçimen 등, 2018; Yunus 등, 2015), 곡류의 마이크로웨이브 처리에 따른 항당뇨 및 항고혈압 활성을 비교한 연구는 미비하다. 따라서 본 연구의 목적은 마이크로웨이브 처리조건으로 출력과 처리 시간을 달리하여 수수의 항산화, 항당뇨 및 항고혈압 활성을 비교하고자 하였다.

마이크로웨이브 처리 및 추출물 제조

수수(Sorghum bicolor L., Sodamchal)는 농촌진흥청으로부터 제공받았다. 마이크로웨이브 처리는 출력 조절이 가능한 전자레인지(MS23M4023AG, Samsung)를 이용하여 20 g의 수수를 100 mL 비커에 담아 100 W, 450 W, 1,000 W에서 처리하였다. 처리 시간은 J(joule)=W(watt)×s(time)로 하여 총에너지를 기준으로 출력별로 두 가지씩 설정하였다. 따라서 1,000 W에서 33초(HS; high power short term)와 66초(HL; high power long term), 450 W에서 73초(MS; medium power short term)와 147초(ML; medium power long term), 100 W에서 330초(LS; low power short term)와 660초(LL; low power long term)로 설정하였다. 마이크로웨이브 처리조건은 Table 1에 나타내었다. 추출물 제조를 위해 분쇄된 수수 10 g을 취하여 250 mL의 에탄올을 가한 뒤 shaking incubator(VS-8480, Vision Scientific)를 이용하여 24시간 동안 실온에서 교반하였다. Filter paper(Whatman International)로 여과한 후 추출물을 40°C 이하에서 감압 농축하였다. 농축액을 dimethyl sulfoxide(DMSO)로 재용해한 후 0.22 µm 멸균 필터로 여과하여 분석 전까지 -20°C에서 보관하였다.

Table 1 . Sample code of microwave treatment.

Sample	W	Time (s)
Raw	0	0
HS	1,000	33
HL	1,000	66
MS	450	73
ML	450	147
LS	100	330
LL	100	660

총 폴리페놀 함량 측정

총 폴리페놀 함량은 Folin-Ciocalteu 방법을 이용하여 측정하였다(Singleton 등, 1999). 희석된 시료 100 μL에 2% Na₂CO₃ 용액 2 mL를 넣고 3분 반응시킨 후 1 N Folin-Ciocalteu’s reagent 100 μL를 혼합하여 5분 동안 반응하였다. 750 nm에서 혼합물의 흡광도 값을 측정하였으며 표준물질로 0.1% gallic acid를 사용하여 이를 표준곡선으로 작성한 후 시료의 총 폴리페놀 함량(gallic acid equivalent, GAE)을 계산하여 mg GAE/g residue로 나타내었다.

DPPH 라디칼 소거능 측정

1,1-Diphenyl-2-picrylhydrazyl(DPPH) 라디칼 소거능은 Blois(1958)의 방법을 변형하여 측정하였다. DPPH 용액(0.2 mM) 1 mL와 희석된 시료 50 μL를 혼합하여 30분 동안 암소에서 반응한 후 520 nm에서 혼합물의 흡광도 값을 측정하였다. 표준물질로 Trolox를 이용하여 표준곡선을 작성하였으며 시료의 항산화력(Trolox equivalent, TE)을 계산하여 mg TE/g residue로 나타내었다.

α-Glucosidase 저해 활성 측정

α-Glucosidase 저해 활성은 Nampoothiri 등(2011)의 방법을 변형하여 이용하였다. α-Glucosidase(0.3 U/mL)와 기질 0.1% p-nitrophenyl-α-D-glucopyranoside(p-NPG)를 pottassium phosphate buffer(100 mM, pH 6.8)에 용해시켜 사용하였다. Buffer 1 mL와 시료 50 μL를 넣고 p-NPG를 100 μL 가한 후 37°C에서 10분 동안 반응시켰다. 이후 α-glucosidase를 50 μL 첨가하였으며 20분 후 반응을 종료시키기 위하여 sodium hydroxide(1 N, 1 mL)를 가하였다. p-NPG로부터 유리된 p-nitrophenyl의 양을 400 nm의 흡광도 값에서 측정하였다. 대조구는 시료 대신 DMSO를 첨가하여 저해율을 계산하였으며 α-glucosidase 저해 활성을 갖는 대표적 약물로 acarbose를 양성 대조군으로 이용하였다.

ACE 저해 활성 측정

ACE 저해 활성은 Cushman과 Cheung(1971)의 방법을 변형하여 이용하였다. ACE(0.1 U/mL)와 5 mM Hippuryl-His-Leu acetate salt(HHL)를 각각 100 mM sodium borate buffer(pH 8.3)에 용해시켰다. 시료 80 μL와 HHL 용액 200 μL를 혼합하여 37°C에서 10분 동안 반응시킨 후 ACE 용액 40 μL를 가하여 37°C에서 30분 반응하였다. 이후 1 N HCl 250 μL를 첨가하여 반응을 종료하였다. 모든 처리군에 ethyl acetate 1.5 mL를 첨가한 후 1분 30초 동안 교반하였으며 상층액 1 mL를 취하여 질소로 용매를 완전히 제거하였다. 1 mL 증류수에 재용해 후 228 nm에서 흡광도를 측정하였으며 대조구는 시료 대신 buffer를 첨가하여 저해율을 계산하였다. 양성 대조군으로는 ACE 저해 활성을 갖는 대표적 약물인 captopril을 이용하였다.

Glucose consumption 측정

인간 간암 세포주인 HepG2 세포는 American Type Culture Collection에서 구입하여 사용하였다. 75 cm² culture dish에서 10% fetal bovine serum, 100 unit/mL penicillin, 50 μg/mL streptomycin을 함유하는 Dulbecco’s modified Eagle’s medium(DMEM, Gibco BRL)을 사용하여 5% CO₂가 공급되는 incubator(Sanyo Electric Biomedical Co., Ltd.)에서 37°C로 배양하였다. 96-Well plate에 1×10⁵ cells/mL의 농도로 seeding 하였으며 80% confluence에 도달하면 0.2% bovine serum albumin(0.2% fatty acid-free)을 함유하는 RPMI1640 media에 시료를 희석하여 처리하였다. 24시간 후 배지를 수확하여 배지에 남아있는 glucose를 glucose colorimetric assay kit II(BioVision, Inc.)를 이용하여 측정하였다.

혈관내피세포에서의 보호 효과

EA.hy926 세포는 인체 혈관내피세포로 American Type Culture Collection에서 구입하여 이용하였다. DMEM 배지에 10% fetal bovine serum과 100 unit/mL penicillin, 50 µg/mL streptomycin을 혼합한 배지를 이용하여 37°C에서 5% CO₂가 공급되는 incubator(Sanyo Electric Biomedical Co., Ltd.)에서 배양하였다. 세포 수는 4×10⁵ cells/mL 농도로 seeding 한 후 24시간 뒤 시료 10 µg/mL를 2시간 동안 전처리하였으며 500 µM H₂O₂를 처리하였다. 24시간 후 5 mg/mL MTT 시약을 20 µL씩 처리하여 2시간 반응하였다. 이후 MTT 시약을 제거하고 DMSO를 200 µL씩 가하여 550 nm에서 흡광도를 측정하였다.

통계분석

실험 결과들의 통계분석은 GraphPad Prism 5.0 소프트웨어(GraphPad Software)를 이용하여 실시하였다. 유의성 검정은 one-way ANOVA(analysis of variance) 분석과 Duncan’s multiple range test를 통해 P<0.05 수준에서 검증하였다. 항산화 활성, 항당뇨 활성과 항고혈압 활성 간의 상관관계는 Pearson’s correlation을 통해 확인하였다.

마이크로웨이브 처리 수수의 항산화 성분의 함량 및 활성

식물의 2차 대사산물인 페놀성 화합물은 체내의 산화적 스트레스를 줄이는 데 도움을 주어 만성질환의 위험을 줄이고 항산화, 항암, 항염증, 항고혈압, 항당뇨 등 다양한 생리활성을 갖는다(Van Hung, 2016). 곡물에 함유된 페놀성 화합물은 여러 생리활성을 나타내며 시너지 효과를 통해 체내에서 더욱 강력한 항산화 활성을 나타낸다고 보고된다(Tian 등, 2019). 본 연구에서 마이크로웨이브 처리 수수의 총 폴리페놀 함량과 DPPH 라디칼 소거능을 측정하여 항산화 성분의 함량 및 활성을 비교하였다(Fig. 1). 총 폴리페놀 함량은 Raw와 비교하여 마이크로웨이브 처리 시 25.18~80.34% 증가하였으며 출력과 처리 시간에 따라 유의적인 차이를 보였다. LL에서 123.48 GAE mg/g residue로 가장 높은 함량을 보였으며 Raw에서 68.47 GAE mg/g residue로 가장 낮은 함량을 나타냈다. 같은 출력에서 마이크로웨이브 처리 시간이 증가할수록 총 폴리페놀 함량이 증가하는 경향을 보였다. 이러한 결과는 밀기울의 마이크로웨이브 처리 시 처리 시간이 증가함에 따라 총 폴리페놀 함량이 증가했다는 Liu 등(2021)의 연구 결과와 일치한다. Hayat 등(2010)의 연구 결과는 pomace powder를 125 W에서 10분 처리했을 때와 250 W에서 5분 처리했을 때 비슷한 항산화 활성을 나타내는 것을 확인했으며 이는 본 실험 결과에서 HS, MS, LS와 HL, ML, LS에서 비슷한 경향을 보인다는 것과 일치한다. 수수의 껍질에 존재하는 결합형 페놀성 화합물은 주로 탄수화물이나 단백질에 결합해 있으며

Fig 1. Effect of microwave treatment on total polyphenol contents (A) and DPPH radical scavenging activity (B). Each value was expressed as the mean±standard error (n=3). Different letters above the bars indicate significant differences based on the Duncan’s multiple range test (P<0.05). GAE, gallic acid equivalent; TE, Trolox equivalent; Raw, 0 W for 0 s; HS, 1,000 W for 33 s; HL, 1,000 W for 66 s; MS, 450 W for 73 s; ML, 450 W for 147 s; LS, 100 W for 330 s; LL, 100 W for 660 s.

마이크로웨이브와 같은 열처리는 공유 결합을 파괴하여 페놀성 화합물이 분리될 수 있도록 한다(Luo 등, 2020). 또한 Li 등(2022)에 의하면 수수의 마이크로웨이브 처리 시 총 폴리페놀 함량이 증가하는 것은 결합형의 페놀성 화합물이 유리형의 페놀성 화합물로 분해되었기 때문으로 고찰된다. DPPH 라디칼 소거능의 경우 마이크로웨이브 처리 시 34.29~145.73% 증가하였다. 총 폴리페놀 함량과 마찬가지로 LL에서 192.03 TE mg/g residue로 가장 높은 활성을 보였으며 Raw에서 92.25 TE mg/g residue로 가장 낮은 활성을 가진다. 유리 형태의 페놀성 화합물은 결합 형태의 페놀성 화합물보다 항산화 활성이 우수한 것으로 알려져 있으며(Choi 등, 2006), 마이크로웨이브와 같은 열처리 시 Maillard 반응으로 인해 생성되는 amino-carbonyl 반응 생성물인 melanoidin이 가지는 높은 자유 라디칼 소거 활성으로 인해 증가한 항산화 활성을 보이는 것으로 고찰된다(Ko 등, 2012).

마이크로웨이브 처리 수수의 항당뇨 활성

탄수화물은 침샘과 췌장에서 분비되는 α-amylase에 의해 다당류와 이당류로 분해되고 소장 점막의 미세융모에 존재하는 α-glucosidase에 의하여 이당류가 단당류로 소화되며, 이는 혈당을 증가시킨다(Satoh 등, 2015). 수수에 존재하는 플라보노이드, proanthocyanidin, anthocyanin 및 축합형 tannin은 뛰어난 α-glucosidase 저해 활성을 갖는다고 보고되었다(Gong 등, 2020). 간은 포도당 대사의 주요 기관으로 포도당을 에너지로 사용하고 glycogen으로 저장하여 필요시 포도당을 공급하는 역할을 한다(Moore 등, 2012). 당뇨병을 개선하기 위해서는 혈액의 당을 간세포로 흡수하여 포도당의 이용률을 증가시켜야 하며(Choe 등, 2008), 이를 위해서는 간의 GLUT2의 발현을 상향 조절하여 포도당의 흡수를 늘려야 한다(Kim 등, 2017). 따라서 당뇨병을 개선하기 위해서 α-glucosidase를 억제하여 소화 및 흡수를 지연시키고 혈액으로부터 간의 포도당 흡수를 증가시켜 이용률을 증가시키는 것이 중요하다(Kim 등, 2017; Oboh 등, 2012). 마이크로웨이브 처리에 따른 수수의 항당뇨 활성을 비교하기 위해 0.1 mg/mL 농도에서 α-glucosidase 저해 활성을 측정한 결과(Fig. 2A), LL에서 38.31%의 저해율을 보였으며 이는 Raw와 비교하여 298.48% 증가한 수치이다. 이러한 결과는 마이크로웨이브 처리가 기장의 α-glucosidase 저해 활성을 증가시켰다는 이전의 연구 결과와 일치한다(Pradeep과 Sreerama, 2015). 동일한 출력에서 장시간 마이크로웨이브를 처리한 HL, ML, LL의 처리군에서 단시간 처리한 HS, MS, LS 처리군보다 높은 저해 활성을 보였다. 수수에 존재하는 플라보노이드 성분은 acarbose에 비해 높은 α-glucosidase 억제 활성을 나타내며(Nguyen 등, 2014), 마이크로웨이브 처리 시 이러한 성분의 변화에 의해 억제 활성이 증가한 것으로 사료된다. Rashwan 등(2021)에 따르면 열처리 후 수수를 냉각하는 과정에서 저항성 전분을 형성할 수 있으며 kafirin 단백질과 복합체를 형성하여 소화효소의 가수분해를 억제해 항당뇨 활성을 나타낼 수 있다고 보고하였다. HepG2 세포에서의 포도당 흡수율을 측정한 결과(Fig. 2B), α-glucosidase 저해 활성과 유사한 경향을 보였다. 수수 시료를 처리하지 않은 대조군과 비교했을 때 LL에서 47.39%로 가장 높은 흡수율을 보였으며 Raw에서 24.05%로 가장 낮은 수치를 보였다. 마이크로웨이브를 처리한 수수에서 양성 대조군으로 이용한 100 μM metformin(32.41%)과 비슷한 효과를 보였다. 수수에는 ferulic acid, vanillic acid, gallic acid, caffeic acid 등이 풍부하며 이러한 phenolic acid들은 포도당 흡수를 포함하여 포도당신생합성 억제, AMPK 활성화 및 glucokinase 활성 증가를 통해 항당뇨 활성을 갖는다고 알려져 있다(Vinayagam 등, 2016; Xu 등, 2021).

Fig 2. Effect of microwave treatment on α-glucosidase inhibitory activity (A) and glucose consumption (B). Con, untreated cells; Aca, acarbose; Met, metformin. Acarbose (5 mg/mL) and Met (100 μM) were used as positive control. Each value was expressed as the mean±standard error (n=3). Different letters above the bars indicate significant differences based on the Duncan’s multiple range test (P<0.05). Raw, 0 W for 0 s; HS, 1,000 W for 33 s; HL, 1,000 W for 66 s; MS, 450 W for 73 s; ML, 450 W for 147 s; LS, 100 W for 330 s; LL, 100 W for 660 s.

마이크로웨이브 처리 수수의 항고혈압 활성

고혈압에서 renin-angiotensin system(RAS)은 주요한 역할을 담당하며 renin은 angiotensinogen을 절단하여 angiotensin I을 생성한다. ACE는 이를 가수분해하여 강력한 혈관수축제인 angiotensin II로 전환하며 활성 혈관확장제인 bradykinin을 비활성 물질로 대사한다(Kim, 2004). 혈관내피세포는 동맥의 내막층에 위치해 혈관 신생, 혈관 투과성 조절, 혈관 긴장도 및 혈전 생성 등을 조절하는 역할을 한다고 알려져 있으며, 혈압으로 인해 물리적인 스트레스가 지속되면 혈관내피세포가 손상되고 활성산소종을 형성하여 염증을 유발할 수 있다(Jufri 등, 2015). RAS 경로 외에도 혈관내피세포에서 물리적인 손상을 포함하는 다양한 자극에 의해 angiotensin II가 과발현될 수 있다(Uehara 등, 2013). 마이크로웨이브 처리에 따른 ACE 저해 활성을 측정한 결과(Fig. 3A), HL, ML, LL 처리군에서 높은 저해율을 보였으며 각각 54.42%, 55.85%, 58.75%의 억제율을 보였다. 수수의 저장 단백질인 kafirin의 가수분해물에서 다른 곡류 및 두류보다 높은 ACE 저해 활성을 갖는 것을 확인했다는 보고가 있으며(Kamath 등, 2007), 열처리 시 생성되는 melanoidin의 분획물에 대한 ACE 저해 활성을 평가한 결과 2 mg/mL의 농도에서 28~64%의 저해 활성을 보였다는 보고가 있다(Rufián-Henares와 Morales, 2007). 따라서 본 연구에서 마이크로웨이브 처리에 따른 페놀성 화합물 및 단백질의 상호작용으로 인해 ACE 저해 활성이 다른 수준으로 나타난 것으로 사료된다. 혈관내피세포(EA.hy926)에서 마이크로웨이브 처리에 따른 보호 효과를 측정하였다(Fig. 3B). 500 µM의 H₂O₂를 처리했을 때 세포 생존율이 69.89% 수준으로 감소하였으며 마이크로웨이브 처리 수수를 처리했을 때 모든 처리구에서 유의적으로 세포 생존율이 증가하였다. 이는 양성 대조군으로 이용된 quercetin(25 µM)보다 유의적으로 높은 세포 생존율을 보였으며, LL 처리 시 가장 높은 세포 보호 효과를 나타내었다. 곡류에 풍부한 ferulic acid는 혈관 평활근 세포에서 H₂O₂로 유도된 산화적 스트레스에 대해 뛰어난 세포 보호 효과를 나타낸다고 보고되었다(Cao 등, 2015). 또한 검은 수수에 풍부하게 함유된 catechin과 이성질체는 산화적 스트레스로 유도된 인간 제대 정맥 내피세포(HUVECs)에서 항산화 및 항염증 신호전달 경로를 조절한다고 보고하였다(Francis 등, 2019). 따라서 이러한 페놀성 화합물이 마이크로웨이브 처리에 의해 그 함량과 구조가 변하여 다른 수준의 항고혈압 활성을 나타내는 것으로 고찰된다.

Fig 3. Effect of microwave treatment on ACE inhibitory activity (A) and protective effect (B) against hydrogen peroxide (H₂O₂) induced cytotoxicity in EA.hy926 cells. Cap, captopril; Con, untreated cells; Q, quercetin. Captopril (0.5 ng/mL) and quercetin (25 μM) were used as positive control. Each value was expressed as the mean±standard error (n=3). Different letters above the bars indicate significant differences based on the Duncan’s multiple range test (P<0.05). Raw, 0 W for 0 s; HS, 1,000 W for 33 s; HL, 1,000 W for 66 s; MS, 450 W for 73 s; ML, 450 W for 147 s; LS, 100 W for 330 s; LL, 100 W for 660 s.

마이크로웨이브 처리 수수의 항산화 활성, 항당뇨 활성 및 항고혈압 활성의 상관관계

마이크로웨이브 처리 수수의 총 폴리페놀 함량, DPPH 라디칼 소거능, α-glucosidase 저해 활성, 간세포의 포도당 흡수율, ACE 저해 활성, 산화적 스트레스에 대한 혈관내피세포에서 보호 효과 간의 상관관계를 분석하였다(Table 2). 총 폴리페놀 함량과 DPPH 라디칼 소거 활성은 상관성이 0.975로 유의적인 높은 상관관계를 나타냈다(P<0.01). 페놀에 존재하는 다수의 hydroxyl기는 여러 화합물과 쉽게 결합할 수 있어 자유 라디칼을 안정화하여 높은 항산화 활성을 나타낸다고 보고되었다(Chen 등, 2020). Dykes 등(2005)의 연구 결과에서 품종이 다양한 수수의 페놀 화합물은 DPPH 라디칼 소거능과 높은 상관관계를 나타냈다고 보고된 결과와 일치한다. 총 폴리페놀 함량과 α-glucosidase 저해 활성 및 포도당 흡수율의 상관계수는 0.929, 0.622(P<0.01)로 유의적인 상관관계를 보였으며 ACE 저해 활성, 산화적 스트레스에 대한 혈관내피세포에서의 보호 효과도 0.944, 0.659(P<0.01)로 유의적인 상관관계를 나타냈다. Proença 등(2017)에 따르면 플라보노이드에 의한 α-glucosidase 저해 활성에 관한 연구에서도 상관관계가 있는 것으로 나타났다. 산화적 스트레스에 대한 혈관내피세포에서의 보호 효과는 항산화 활성과 높은 상관관계를 보였으나 α-glucosidase 저해 활성과 간세포의 포도당 흡수율과는 비교적 낮은 상관계수를 나타냈다.

Table 2 . Pearson correlation coefficient (r²) among the total polyphenol contents, DPPH radical scavenging capacity, α-glucosidase inhibitory activity, glucose consumption, ACE inhibitory activity, protective effect of microwave treated sorghum.

Factor1)	DPPH	GI	GC	ACE	PE
TPC	0.975**	0.929**	0.622**	0.944**	0.659**
DPPH		0.895**	0.616**	0.902**	0.696**
GI			0.628**	0.920**	0.599**
GC				0.575**	0.279
ACE					0.600**

^**Significant at P<0.01..

¹⁾TPC, total polyphenol contents; DPPH, 1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl radical scavenging activity; GI, α-glucosidase inhibitory activity; GC, glucose consumption; ACE, angiotensin- converting enzyme inhibitory activity; PE, protective effect..

마이크로웨이브 처리 수수의 군집분석

수수의 항산화, 항당뇨 및 항고혈압 활성을 바탕으로 계층적 군집분석(hierarchical cluster analysis) 결과를 heatmap으로 나타내었으며(Fig. 4), 그 결과를 Table 3에 나타내었다. 3개의 군집으로 나누어 군집 A, B 및 C로 표기하였다. 군집 A는 HL, ML, LL로 나타났으며 각각 1,000 W에서 66초, 450 W에서 147초, 100 W에서 660초 처리한 수수로 마이크로웨이브 처리를 장시간 처리할 경우 항산화, 항당뇨 및 항고혈압 활성이 증가하였다. 이 중 LL 처리에서 가장 높은 활성을 보였다. 군집 B는 LS, HS, MS로 각각 1,000 W에서 33초, 450 W에서 73초, 100 W에서 330초 처리한 수수이며 전반적으로 낮은 활성을 보였다. 군집 C는 Raw 수수로 확인되었으며, 마이크로웨이브 처리는 항산화, 항당뇨 및 항고혈압 활성을 증가시킬 수 있다. 이러한 결과는 열처리 시 수수의 생리활성 물질 변화에 따른 활성의 변화로 인해 군집화를 이룬 것으로 생각된다.

Table 3 . Hierarchical cluster analysis of antioxidant, anti-diabetic, and anti-hypertensive activities in microwave treated sorghum.

Cluster group	TPC (GAE mg/g residue)1)	DPPH (TE mg/g residue)2)	α-Glucosidase inhibitory activity (%)3)	Glucose consumption (%)4)	ACE inhibitory activity (%)5)	Protective effect (%)6)
A	115.24a7)	171.32a	35.56a	43.16a	56.34a	76.05a
B	86.81b	124.50b	25.51b	30.87b	34.28b	54.94b
C	68.47c	92.25c	9.61c	9.61c	24.06c	53.52c

HL, ML, and LL are cluster group A. LS, HS, and MS are cluster group B. Raw is cluster group C. Raw, 0 W for 0 s; HS, 1,000 W for 33 s; HL, 1,000 W for 66 s; MS, 450 W for 73 s; ML, 450 W for 147 s; LS, 100 W for 330 s; LL, 100 W for 660 s..

¹⁾Total polyphenol contents (mg of gallic acid equivalents/g residue)..

²⁾1,1-Diphenyl-2-picrylhydrazyl radical scavenging activity (mg of Trolox equivalents/g residue)..

³⁾α-Glucosidase inhibition rate relative to that of untreated control..

⁴⁾Glucose consumption rate relative to that of untreated cells..

⁵⁾Angiotensin-converting enzyme inhibition rate relative to that of untreated control..

⁶⁾Protective effect against hydrogen peroxide induced cytotoxicity in EA.hy926 cells (cell viability rate relative to that of untreated control)..

⁷⁾Different letters in the same column indicate a significant difference by Duncan’s multiple range test (P<0.05)..

Fig 4. Heatmap plot of antioxidant, anti-diabetic, and anti-hypertensive activities in microwave treated sorghum. DPPH, 1,1-diphenyl- 2-picrylhydrazyl radical scavenging activity; ACE, angiotensin-converting enzyme inhibitory activity; GI, α-glucosidase inhibitory activity; GC, glucose consumption; PE, protective effect; TPC, total polyphenol contents. Raw, 0 W for 0 s; HS, 1,000 W for 33 s; HL, 1,000 W for 66 s; MS, 450 W for 73 s; ML, 450 W for 147 s; LS, 100 W for 330 s; LL, 100 W for 660 s.

본 연구에서는 마이크로웨이브 처리가 수수의 항산화, 항당뇨 및 항고혈압 활성의 변화에 미치는 효과를 비교하고자 하였다. 그 결과 총 폴리페놀 함량에서 LL 처리 시 123.48 GAE mg/g residue로 가장 높은 함량을 보였으며 이는 처리하지 않은 수수와 비교하여 80.34% 증가한 수치다. 또한 DPPH 라디칼 소거능에서 LL 처리 시 192.03 TE mg/g residue로 가장 높은 활성을 보였으며 총 폴리페놀 함량과 같은 경향을 보였다. α-Glucosidase 저해 활성 측정 시 LL 처리에서 38.31%의 억제 활성을 보였으며 이는 Raw 대비 298.48% 증가한 수치였다. HepG2 세포에서 마이크로웨이브 처리 수수의 포도당 흡수율을 측정한 결과 수수 시료를 처리하지 않은 대조군 대비 포도당 흡수율이 24.05~47.39% 수준까지 증가하였다. ACE 저해 활성 측정 시 LL 처리에서 58.75%의 높은 저해율을 보였으며 ML, HL 처리가 각각 55.85%, 54.42%로 뒤를 이었다. H₂O₂로 유도된 산화적 스트레스에 대해 혈관내피세포에서 보호 효과를 측정하였으며 수수의 마이크로웨이브 처리 시 높은 세포 보호 효과를 확인하였다. 따라서 수수에 마이크로웨이브를 장시간 처리 시 항산화, 항당뇨 및 항고혈압 활성이 증가하여 열처리 시에도 활성을 증가시킬 수 있는 효과적인 가공 방법이 될 수 있을 것으로 생각된다. 또한 마이크로웨이브 처리 시 생리활성성분의 함량 변화와 생체이용률을 비교하는 연구가 필요할 것으로 사료된다.

본 연구는 농촌진흥청 연구비 지원(과제번호 PJ014150)에 의해 수행되었으며 이에 감사드립니다.