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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 2025; 54(1): 76-83

Published online January 31, 2025 https://doi.org/10.3746/jkfn.2025.54.1.76

Copyright © The Korean Society of Food Science and Nutrition.

Anti-Wrinkle Effect of Upcycling Isoflavone Extract from Biji as By-Product of Soymilk Processing

Solmi Jeong1 , Sujin Hwang1, Yuseong Chung2 , Huijin Heo2 , Nayoon Han2, Chang Hyun Lee2, Seon-woong Kim3, and Keum-Il Jang1

1Department of Food Science and Biotechnology and
3Department of Agricultural Economics, Chungbuk National University
2Chungbuk Center, Korea Testing and Research Institute

Correspondence to:Keum-Il Jang, Department of Food Science and Biotechnology, Chungbuk National University, Chungdae-ro 1, Seowon-gu, Cheongju, Chungbuk 28644, Korea, E-mail: jangki@chungbuk.ac.kr

Received: November 1, 2024; Revised: December 5, 2024; Accepted: December 6, 2024

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.

We studied the upcycling potential of Biji, a by-product of soymilk processing that is typically discarded, by identifying isoflavones with anti-wrinkle activity, selecting the optimal extraction solvent, and verifying the anti-wrinkle effect of the extract. We identified several such isoflavones, including malonyl-glycitin, malonyl-daidzin, and genistein. We evaluated the performance of a variety of solvents in terms of extracting anti-wrinkle isoflavones. Of these, 70% ethanol was the most effective. Soymilk and Biji extracts promoted the biosynthesis of procollagen type I C-peptide and inhibited the activity of matrix metalloproteinase-1, confirming the anti-wrinkle effect of the Biji extract. These findings suggest that Biji can be upcycled and employed in anti-wrinkle products, making it useful the cosmetics and soybean-processing industries.

Keywords: anti-wrinkle, isoflavone, Biji, upcycling, extraction

대두(Glycine max Merr. L)는 우리나라를 비롯하여 중국, 일본, 인도네시아 등 동양에서 수천 년 동안 식물성 단백질 및 지방의 공급원으로 두부 및 장류 등의 원료로써 이용되었으며, 대표적인 대두 활용 가공 제품으로는 두유와 두부가 알려져 있다(Im 등, 2004; Kim 등, 1996). 또한 대두는 사포닌(saponin), 레시틴(lecithin), 토코페롤(tocopherol), 이소플라본(isoflvone) 등 다양한 생리활성 물질들을 풍부하게 함유하고 있어서(Chen과 Chen, 2021), 항암, 골다공증, 신부전, 심장질환 등과 같은 만성질환 예방에 효능이 있다고 알려져 있다(Kim 등, 2001).

특히 대두의 이소플라본은 3-phenylchroman의 4, 7번 위치의 수산기(OH) group이 결합한 비배당체(aglycone)인 daidzein, glycitein, genistein과 비배당체를 기본 골력으로 glucose가 결합된 배당체(glycoside)에 acetyl, malonyl group이 결합된 malonyl-daidzin, malonyl-glycitin, malonyl-genistin, acetyl-daidzin, acetyl-glycitin, acetyl-genistin, daidzin, glycitin, genistin의 형태로 존재하는데(Kim 등, 2021; Yeo와 Kim, 2002), β-glucosidase에 의해 당 잔기가 가수분해되어 비배당체로 전환이 가능하다(Choi 등, 1999). 이러한 대두의 이소플라본은 비배당체 3종과 배당체 8종으로 총 12종의 이소플라본 물질이 규명되어 있는데(Kim 등, 2021), 항산화, 항암, 항염증과 같은 생리 활성을 가지고 있으며, 골다공증, 이상지질혈증, 심혈관 질환 등 다양한 질환에 대한 예방효과들이 많이 보고되고 있다(Rhim, 2020).

또한 대두 이소플라본은 UVB 광선에 의한 피부 손상 예방 및 피부의 콜라겐 증가와 콜라겐 분해 감소에 따른 항주름 효과를 나타낸다고 알려져 있는데, Chiang 등(2007)은 aglycone(daidzein, glycitein, genistein), glucoside(malonyl-daidzin, malonyl-glycitin, malonyl-genistin, acetyl-daidzin, acetyl-glycitin, acetyl-genistin, daidzin, glycitin, genistin) 이소플라본 추출물은 UVB에 의해 유발된 H2O2 생성 억제 효과를 나타내어 UVB에 대한 세포 보호 효과가 있다고 보고하였으며, Liu 등(2020)은 폐경기 여성의 경우 에스트로겐 부족 및 산화 스트레스에 의해 피부 콜라겐이 폐경 후 5년 동안 30% 정도 감소하여 피부가 얇아지고 탄력이 줄어들면서 주름이 늘어나게 되는데, 이소플라본은 자연적으로 발생하는 선택적 에스트로겐 수용체 조절제로서, 피부에서 피하 Vascular endothelial growth factor의 발현을 유도하여 transforming growth factor beta(TGF-β)를 증가시키고, activator protein 1 활성을 억제하여 matrix metalloproteinase-1(MMP-1) 유전자 전사를 줄여 피부의 콜라겐 두께를 증가시키고 MMP를 억제함으로써 콜라겐 분해를 감소시켜 주름을 개선할 수 있다고 보고하였다. Ban 등(2020)에 따르면 이소플라본 추출물은 섬유아세포 CCD-986Sk에서 콜라겐 합성 관련 유전자인 COL1A1과 COL3A1을 유도하여 콜라겐 합성 활성에 효과적이라고 보고하였다. Arindani 등(2024)에 따르면 이소플라본은 MMP-1 유전자 발현을 조절하는 신호 전달 경로의 핵심 단계인 mitogen-activated protein kinase(MAP kinase) 활성화를 억제함으로써 MMP-1 유전자 발현을 간접적으로 감소시킨다고 보고하였다.

비지는 두유와 두부 제조 공정 중 버려지는 부산물로 대두를 마쇄하고 끓이면서 대두 속의 가용성 단백질을 추출한 후 여과하여 얻은 액체가 두유이고, 두유의 단백질을 응고시키고 압착하여 제조하는 것이 두부인데, 두유를 제조할 때 여과하고 남은 찌꺼기를 비지라고 한다(Lee, 2015). 이러한 비지는 대두 1 kg을 두유 가공에서 습물중으로 약 1.2 kg 정도 발생하였다고 하며(Li 등, 2012), 이는 연간 160,000톤이 발생하여 일부만 가축 사료 등으로 사용되고 대부분 버려지고 있다(Ku, 2005). 비지의 일반성분은 건물량을 기준으로 단백질이 24~30%, 지방이 13~15%, 탄수화물이 50~60%, 회분이 4~5%로 구성되어 있으며(Kim 등, 1996), 습물량 기준으로는 비지의 수분 함량이 80% 이상으로 미생물이 쉽게 번식하고 지방의 산패가 쉽게 발생하기 때문에, 대부분 폐기물로써 소각 또는 매립되고 있으며, 일부만 사료나 퇴비로 재이용되고 있다(Gwak 등, 2009; Lee, 2013). 특히 비지는 단백질 식품에서 부족하기 쉬운 함황 아미노산과 라이신(lysine)이 풍부하며, 다량의 식이섬유소와 펙틴 다당류를 함유한 우수한 식품 자원으로 활용이 가능하고(Hackler 등, 1967), 이소플라본 등의 생리 활성 성분을 가지고 있으면서 가격이 저렴한데도(Moon 등, 2022) 연소 처분과 매립이 금지된 유기성 산업 폐기물로 지정되어 대부분 비싼 처리 비용을 내고 버려지고 있다(Joo 등, 2019; Kim 등, 1994). 그럼에도 두유 및 두부 가공 공정 중 부산물인 비지의 활용에 관한 연구는 아직도 미비한 실정이다. 따라서 버려지고 있는 비지의 재활용 공정 개발을 통해 경제학적, 영양학적 그리고 생리 활성적인 면에서 부가가치를 높일 수 있는 업사이클링 연구가 필요한 실정이다.

업사이클링이란 최근 국제적으로 식품 가격이 상승하고 식량 불안정이 커짐에 따라 식품의 손실과 낭비는 국제적인 문제로 대두되고 있는데, 식품 손실과 낭비에 맞서기 위해 나타난 새로운 개념으로 불필요한 자원 지출을 최소화하면서 폐기물 또는 사용한 재료를 새로운 방식으로 재생산함으로써 새로운 부가가치 또는 고품질의 지속 가능한 제품을 생산하는 것으로 알려져 있다(Aschemann-Witzel 등, 2023; Wegener, 2016). 따라서 본 연구에서는 먼저 다양한 이소플라본 중에서 항주름 효과를 나타내는 이소플라본을 선정한 다음 비지에서 항주름-이소플라본의 최적 추출 조건을 확립하고 추출물의 항주름 효과를 확인함으로써 두유 가공 공정에서 버려지고 있는 비지에서 항주름 효과에 대한 업사이클링 가능성을 제시하고자 하였다.

재료 및 시약

비지 제조를 위해 사용된 대두는 2022년에 경북 의성 지역에서 수확한 대원콩을 구매하여 사용하였으며, 이소플라본 함량 분석을 위한 표준물질인 daidzin, glycitin, genistin, daidzein, glycitiein, genistein은 Sigma-Aldrich, malonyl-daidzin, malonyl-glycitin, malonyl-genistin, acetyl-daidzin, acetyl-glycitin, acetyl-genistin은 FUJIFILM에서 구입하여 사용하였다. 그리고 분석 용매로 HPLC 등급의 water와 아세토니트릴(acetonitrile)은 Honeywell, 그리고 99.9% 에탄올은 OCI Company Ltd.에서 구입하여 사용하였다.

섬유아세포 CCD-986Sk 세포주는 ATCC에서 구매하였다. Dulbecco’s modified Eagle medium(DMEM), fetal bovine serum(FBS)과 pencillin streptomycin(P/S), TNF- α, TGF-β1은 Gibco에서 구매하였다. MMP-1 분석을 위한 Human MMP-1 ELISA kit, MTT, L-ascorbic acid 시약은 Sigma에서 구매하였다. Procollagen synthesis 분석을 위한 Procollagen Type I C-Peptide(PIP) EIA kit은 Takara에서 구매하였다.

대두로부터 두유와 비지 제조

두유와 비지의 제조는 Han 등(2020)의 두부 제조 방법을 변형하여 제조하였다. 먼저 1 kg의 대두에 10배수의 물을 가하여 실온(25°C)에서 12시간 동안 침지한 후 꺼내어 핸드타월로 물기를 제거하여 불린 대두를 제조하였다. 그리고 불린 대두를 두부 제조기(SD-1500, Daeryuk Food Machinery)에 넣고 10 L의 물을 가하면서 습식 마쇄와 동시에 여과하여 두유와 비지를 제조하였다. 제조된 두유와 비지는 동결건조기(LP20, ilShinBioBase Co.)로 -70°C에서 72시간 동결건조한 다음 진공포장하여 초저온 냉동고(Deep Freezer DF8514, ilshinBioBase Co.)에서 저장하면서 실험에 사용하였다.

추출용매에 따른 이소플라본 업사이클링을 위한 비지 추출물 제조

먼저 대두와 동결건조한 두유와 비지 분말 시료를 food mixer(VM0195D/A2300i, Vitamix)를 이용하여 3분간 균질화하고 40 mesh 체를 통과시켜 이소플라본 업사이클링을 위한 추출 시료로 사용하였다. 그리고 준비된 대두, 두유, 비지 시료를 70%, 80%, 100% 에탄올(25°C)과 distilled water(25°C와 50°C)를 이용하여 추출하였는데, 각각의 시료 2.00±0.05 g을 비커에 넣고 추출 용매별로 25 mL를 가하고 30분 동안 ultrasonic cleaner(WUC-D10H, Daihan Scientific Co.)로 초음파 추출을 한 후, 1,836×g로 10분 동안 원심분리(Varispin-12R, Cryste Separation Technology)하여 얻은 상등액을 회수하였다. 위 과정을 2회 반복하여 최종 50 mL가 되도록 추출용매와 같은 용매로 정용한 다음 0.2 µm syringe filter로 여과 후 업사이클링 이소플라본 분석을 위한 시료로 사용하였다.

UPLC를 이용한 비지 추출물의 업사이클링 이소플라본 함량 분석

비지 추출물에서 업사이클링 이소플라본 분석을 위해 ultra performance liquid chromatography(UPLC, Waters Acquity UPLC system)를 사용하였고, 분석 조건은 Kim 등(2021)의 방법을 변형하여 사용하였다. 분석 조건으로 검출파장은 254nm로 설정하였으며, 컬럼은 CORTECS® UPLC® C18(2.1×150 mm, 2.7 µm)을 사용하였으며, 0.1% formic acid가 첨가된 물(A)과 0.1% formic acid가 첨가된 아세토니트릴(B)을 이동상으로 하여 gradient를 Table 1과 같이 사용하였다. 그리고 유속은 0.3 mL/min이고, 컬럼 온도는 35°C, 주입량은 2 µL로 설정하였으며, detector는 Tunable UV(TUV) detector를 사용하여 이소플라본을 분석하였다. 대두와 비지의 이소플라본 함량은 이소플라본 중에서 배당체인 malonyl-daidzin, malonyl-glycitin, malonyl-genistin, acetyl-daidzin, acetyl-glycitin, acetyl-genistin, daidzin, glycitin, genistin과 비배당체인 daidzein, glycitein, genistein 함량을 분석했으며, 각각의 표준물질을 이용하여 표준정량곡선(standard calibration curve)으로부터 각각의 배당체와 비배당체 이소플라본 함량을 분석하였다.

Table 1 . Analysis condition of various isoflavones content in soybean, Biji, and soymilk by UPLC

Conditions
UPLC systemWaters ACQUITY UPLC system
ColumnCORTECS® UPLC® C18, 2.1×150 mm, 2.7 µm
Oven temperature35°C

Mobile phaseTime (min)Gradient condition

A: 0.1% formic acid in waterB: 0.1% formic acid in acetonitrile

0955
207525
255050
301090
321090
35955
40955

Flow rate0.3 mL/min
Injection volume2 µL
DetectorTUV (254 nm)


이소플라본과 비지 추출물의 세포 생존율 측정

CCD-986Sk 세포를 10% FBS, 1% P/S가 첨가된 DMEM 배지에서 37°C, 5% CO2의 조건으로 배양하였다. 96-Well plate에 well당 1.5×105 cells/mL의 농도로 분주하고, 37°C, 5% CO2 incubator에서 24시간 동안 배양하였다. 배양 후 FBS를 포함하지 않는 배지로 교체하고 이소플라본 표준품은 50~100 μM의 범위에서, 그리고 대두(Soybean), 두유(Soy milk), 비지(Biji) 추출물은 6.125~100 μg/mL의 범위에서 농도별로 처리하였다. 그 후 24시간 동안 MTT(3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyl tetrazolium bromide, Sigma) 시약을 well당 50 μL씩 처리하여 2시간 동안 반응시켰다. 반응 후 상층액을 제거하고 세포의 용해를 위해 DMSO를 100 μL 처리하여 microplate reader(Synergy HT, BioTek Inc.)를 이용하여 590 nm에서 흡광도를 측정하여 아래의 식 (1)에 의해 세포 생존율(cell viability)을 분석하였다.

(%)= ×100

이소플라본과 비지 추출물의 pro-collagen 생성능 및 MMP-1 저해능 측정

CCD-986Sk 세포를 96-well plate에 well당 1.5×105 cells/mL의 농도로 분주하고, 37°C, 5% CO2 incubator에서 24시간 동안 배양하였다. 배양 후 FBS를 포함하지 않는 배지로 교체하고 이소플라본 표준품 농도는 50 μM으로, 그리고 대두, 두유, 비지 추출물 농도는 50 μg/mL가 되도록 처리하였다. 그 후 24시간 동안 배양한 후 상등액을 사용하여 pro-collagen(PIP) 생합성은 procollagen type I C-Peptide EIA kit을, MMP-1 저해능은 Human MMP-1 ELISA kit을 사용하여 각각의 매뉴얼에 따라 진행하였으며, 최종 흡광도는 450 nm에서 측정하였다.

통계 처리

본 연구의 모든 데이터는 3회 반복 값에 대한 평균(mean)과 표준편차(standard deviation)로 산출하였고, SAS(Statistical Analysis System, Ver. 9.4, SAS Institute Inc.) 프로그램으로 통계 처리하였으며, 처리 간의 차이 유무를 one-way analysis of variation(ANOVA)으로 분석한 후 Duncan’s multiple range test로 유의성을 검정하였다(P<0.05).

다양한 이소플라본의 항주름 효과 비교

다양한 이소플라본(12종류)의 항주름 효과 비교를 위해 MTT assay 방법으로 세포 생존율을 측정하였다. 사전 연구에서 12종류의 이소플라본 100 μM로 처리 시 세포 독성을 나타냈으며(자료미제시) 50 μM의 농도로 CCD-986Sk 세포에 처리하였고, 12종의 이소플라본 모두 50 μM에서 세포 독성을 나타내지 않았다(Fig. 1A).

Fig. 1. (A) The cell viability of CCD-986Sk cells with isoflavone standard at 50 μM. ns: not significance. (B) Effects of isoflavone standard 50 μM on procollagen type I C-peptide (PIP) expression in CCD-986Sk cells. The results are means±SD, n=3, *P<0.05, **P<0.01, and ***P<0.001 compared with control. (C) Effects of isoflavone standard 50 μM on matrix metalloproteinase-1 (MMP-1) expression in CCD-986Sk cells. The results are means±SD, n=3, ###P<0.001 compared with control. ***P<0.001 compared with TNF-α.

이소플라본의 항주름 효과를 확인하기 위해 콜라겐 합성에 관계되는 PIP 생합성과 콜라겐 분해 억제에 관계되는 MMP-1 저해 활성을 확인하였다. PIP 생합성 정도를 분석한 결과 대조군 100% 대비 대부분의 이소플라본에서 증가가 나타났으며, 특히 genistin(140.3%)과 malonyl-glycitin(129.8%)이 높은 증가율을 나타내었다(Fig. 1B). 이는 배당체 구성 추출물이 인간 피부 섬유아세포에서 COL1A1과 COL3A1 유전자 발현을 유도하여 콜라겐 합성을 증가시킨다는 Ban 등(2020)의 결과를 미루어볼 때 malonyl-glycitin과 genistin 모두 유사한 경로로 COL1A1과 COL3A1 유전자 발현량 증가로 PIP 생합성량이 증가한 것으로 생각된다. 또한 MMP-1의 저해 활성 정도를 측정한 결과, 음성 대조군(TNF-α) 100% 대비 acetyl-daidzin은 16.9%의 저해율로 가장 높은 MMP-1 억제 활성을 나타내었다. Malonyl-daidzin은 18.8%, malonyl-glycitin은 19.9%의 저해율을 보여 malonyl 계열의 배당체가 높은 MMP-1 억제 활성을 나타내었으며, genistein은 22.5%의 저해율을 나타내었다(Fig. 1C). Lee와 Park(2013)은 genistein이 NF-κB 신호 전달 경로에 의해 발생하는 COX의 과도한 생성을 감소시키는 것으로 보고하였으며, Huang 등(2010)은 aglycone와 acetylglucoside가 포함된 이소플라본 추출물이 UVB로 유도된 산화 스트레스와 각질세포 사멸에 큰 보호 효과를 가졌다고 보고하였다. Arindani 등(2024)은 이소플라본이 MAPK 활성화를 억제함으로써 MMP-1 유전자 발현을 감소시킨다고 보고하였다. 본 연구의 결과로 acetyl-daidzin, malonyl-daidzin, malonyl-glycitin과 같은 배당체 이소플라본이 MAPK 활성화를 억제하여 MMP-1의 저해 활성을 향상시킨 것으로 보이며, 이는 배당체 이소플라본도 항주름 효과의 소재로서의 충분한 가치가 있을 것으로 사료된다.

추출용매에 따른 비지 추출물의 이소플라본 함량 비교

이소플라본의 특성에 맞게 추출하고 추출 효율을 높이기 위해 메탄올, 에탄올, 아세토니트릴 등과 같은 다양한 용매를 사용해 대두로부터 이소플라본의 추출을 연구하였으며(Murphy, 2002), 특허받은 제조 공정에서는 이소플라본과 메탄올 같은 추출 용매를 분리하는 방법이 제시되어 있다(Hilaly 등, 2009; Kelly 등, 2000). 하지만 산업적인 적용의 경우 에탄올과 물이 선호되고 있다(Jankowiak 등, 2014). 따라서 다양한 용매를 활용하여 대두, 두유와 비지에서 추출물을 제조한 다음 각각의 추출물에서 이소플라본 함량을 비교하였다(Table 2). 배당체 이소플라본 함량은 70% 에탄올에서 가장 높은 추출 함량을 나타내었으며, 반면 비배당체 이소플라본의 경우 25°C 물 추출에서 가장 높은 추출 함량을 나타내었다. 특히 이소플라본 표준품별 항주름 효과 분석에서 높은 효과를 나타낸 malonyl 계열의 배당체 이소플라본은 대두, 두유, 비지 추출물 모두 70% 에탄올에서 가장 높은 함량을 나타내어 비지의 업사이클링을 위한 추출 조건으로 70% 에탄올 추출이 가장 적합하다고 판단되었다. 그리고 대두, 두유, 비지의 70% 에탄올 추출물에서 항주름 효과를 나타내는 이소플라본 종류별로 함량을 비교한 결과 PIP 생합성과 MMP-1 저해 활성이 높은 malonyl-glycitin 함량은 비지> 두유> 대두 순으로 높은 함량을 나타내었고, MMP-1 저해 활성에 관련된 malonyl-daidzin 함량은 두유> 대두> 비지 순으로, 그리고 genistein 함량은 비지> 두유> 대두 순으로 높은 함량을 나타내었다. 이와 같은 이소플라본 함량은 대두에서 10 M HCl과 80% 에탄올 혼합 용매로 추출하여 이소플라본 함량을 분석한 Devi 등(2009)의 연구 결과(genistein 479±125 mg/kg)와 유사하였고, 대원콩을 메탄올로 추출하여 분석한 이소플라본(malonyl-daidzin 1,728.98±104.79 µg/g, malonyl-glycitin 181.66±10.76 µg/g, malonyl-genistin 1,377.53±97.33 µg/g) 함량(Kim 등, 2021)과 대원콩을 HCl로 가수분해 후 메탄올로 추출하여 분석한 이소플라본(daidzin 494 µg/g, glycitin 25 µg/g, genitin 547 µg/g) 함량(Hong 등, 2018)보다 높은 배당체 이소플라본 함량을 나타내었다. 또한 품종별로 두유의 이소플라본 함량을 분석한 Šertović 등(2012)의 연구 결과(daidzin 14.2 mg/100 g)보다 배당체 이소플라본의 경우 높은 함량을 나타내었다. 따라서 본 연구에서 선정한 70% 에탄올 초음파 추출 방법이 대두, 두유, 비지로부터 이소플라본을 업사이클링하기 위한 최적의 방법이라고 생각된다. 또한 Lim 등(2024)은 산양삼잎에서 효소적 업사이클링 추출을 통해 진세노사이드의 생물학적 활성을 증가시켰다고 보고하였고, 클로렐라 배양을 위한 음식물 쓰레기의 업사이클링 배지를 제조하였다는 연구 결과(Ramandani 등, 2024)를 통해 malonyl 계열의 배당체 이소플라본과 genistein이 많이 함유된 비지 추출물에서 항주름 효과가 높게 나타난다면 업사이클링 항주름 효과를 통해 버려지고 있는 비지의 부가가치 향상과 함께 비지를 활용한 가공 산업의 활성이 유도될 수 있을 것으로 생각된다.

Table 2 . Comparison of isoflavone contents among soybean, soymilk and biji extracts by UPL

Isoflavone (ug/g)SoybeanSoymilkBijiF-value



70% Ethanol80% Ethanol100% Ethanol25°C Distilled water50°C Distilled water70% Ethanol80% Ethanol100% Ethanol25°C Distilled water50°C Distilled water70% Ethanol80% Ethanol100% Ethanol25°C Distilled water50°C Distilled water
Malonyldaidzin8611.2±67.2a7745.4±1114.8b181.6±1.2g4058.3±42.9de6935.2±235.9c9855.4±122.4g9278.9±336.8g583.7±46.7g11507.4±117.2g10579.8±676.4g4661.0±163.2d4439.1±71.8d231.4±28.1g2180.9±539.7f3486.4±583.3de218.85***

Malonylglycitin1388.6±6.8a1175.0±125.1c138.4±1.4e1263.9±128.2c1356.6±5.1b1547.1±48.8e1497.1±48.3eND1)1890.0±15.5e2142.1±191.9e1821.0±51.5a1765.1±34.7a161.1±23.2e985.0±166.9c902.5±192.5d292.04***

Malonylgenistin11419.6±80.6b10543.8±1616.8b236.2±2.0h7685.1±271.3d8778.8±288.2c12277.6±188.9h11527.6±436.5h652.0±63.1h13630.6±96.2h12161.7±994.9h5913.9±215.0e5642.7±88.8e486.5±59.7h2911.8±393.0g4445.3±827.2f213.66***

Acetyldaidzin1151.1±35.0a1115.5±169.9aND81.8±0.7c681.7±19.3ab183.5±43.9c212.2±6.6c116.4±9.4c372.4±23.0c354.1±32.7c91.7±27.8c75.7±0.2c80.5±16.2c142.7±41.5bc151.7±81.0bc32.61*

Acetylglycitin450.8±15.6a334.4±18.9b77.6±0.1de40.4±1.3efg75.0±15.4cd203.2±38.8g173.6±48.8gND1266.9±22.5g1170.7±67.9g61.8±61.8fg106.2±20.7cND63.1±1.3def118.0±45.7de159.61***

Acetylgenistin89.2±0.9a69.8±11.7dND336.3±2.9a76.8±0.8c300.3±19.0f305.5±8.1fND322.3±1.7f292.6±17.3fNDNDNDND53.3±0.1e2065.83***

Daidzin1542.3±22.0b1038.9±170.4b49.2±3.2f911.5±51.7c578.9±136.8d3427.7±54.8f3358.2±107.1f369.6±40.8f3795.3±25.6f3471.3±126.4f295.8±53.2e236.5±6.8e55.7±8.2f351.6±82.7e309.1±76.0e143.25***

Glycitin361.4±4.2a221.9±20.4bcND117.1±53.2de142.1±19.5d345.9±486.8g873.7±29.7g41.7±36.3g470.9±334.9g650.5±12.3g260.3±59.6b202.3±1.7c58.8±6.2f148.5±31.5d93.9±2.0ef65.16***

Genistin3080.7±37.9a2362.7±282.7b87.5±1.9f97.0±28.3f864.7±151.9c4616.7±70.8f4528.3±147.5f542.3±57.2f4901.8±47.7f4367.4±18.5f565.9±12.0d584.1±7.5d107.2±12.8f328.7±106.6e479.7±180.2de252.57***

Daidzein261.6±2.4cd185.8±50.0cdND1853.3±347.0a934.1±79.1b365.5±6.9d363.5±9.5d109.2±4.6d340.8±3.8d308.5±36.4d1695.8±17.1a1708.9±24.2a497.4±48.1c1901.8±758.5a1621.3±1.8a39.07***

Glycitein60.3±1.2g58.7±1.4gND162.3±5.0f373.0±46.7d147.5±30.5h111.0±2.1hND114.1±4.3h116.2±5.0h695.0±9.2b698.8±9.5b197.1±18.4e677.9±86.9c652.3±222.9a649.88***

Genistein229.2±0.4e166.8±48.9e56.7±2.1f2036.0±0.9a1238.1±78.5c408.0±5.1f400.0±9.6f130.8±5.8f417.2±8.6f370.7±18.3f1926.6±14.5ab1953.7±29.5ab718.2±54.1d2009.0±36.6ab1911.0±214.2b616.71***

Total28645.8±274.1a25018.7±3631.0b827.2±11.8h18643.1±933.3d22034.9±1077.2c33678.4±849.0h32629.7±1139.5h2545.7±238.7h39029.7±349.8h35985.6±1636.1h17988.7±684.9d17413.1±295.5d2593.8±274.8g11701.1±2245.0f14224.6±2427.1e470.35***

1) ND : Not Detected

a-h Means represented by different superscripts in the same row are significantly different at P<0.05.

*** Significant at P<0.001 respectively.



비지로부터 업사이클링 이소플라본 추출물의 항주름 효과

비지 추출물에서 업사이클링 이소플라본에 의한 항주름 효과를 확인하기 위해 CCD-986Sk에서 PIP 생합성과 MMP-1 저해 활성을 확인하였다. CCD-986Sk에 추출물 3종(대두, 두유, 비지)의 세포 생존율을 측정한 결과 50 μg/mL의 농도에서 세포 독성이 없어 유효농도로 설정하였다(Fig. 2A). 먼저 PIP 생합성량을 확인한 결과, 대조군 100% 대비 두유 404%, 비지 381%, 대두 173% 순으로 PIP 생합성 증가율을 나타내었다(Fig. 2B). Kim(2010)에 의하면 이소플라본은 콜라겐 생합성 촉진으로 피부 주름 개선 효능이 있다고 밝혔으며, 국내외로 대두 추출물과 두유 추출물을 함유한 다양한 식물성 여성 호르몬 화장품 출시가 되고 있다고 하였기 때문에 3종(대두, 두유, 비지) 추출물에서도 풍부한 이소플라본 함유로 인하여 항주름 효과를 나타낸 것으로 생각된다. 그리고 Tokudome 등(2012)의 연구에서 대두펩타이드는 콜라겐 합성 유전자인 COL1A1의 발현을 통하여 콜라겐 합성이 촉진되었으며, Lee와 Han(2013)은 두유 발효물이 PIP 생합성 증가를 통해 주름 개선에 효능이 있다는 보고를 미루어볼 때, 3종(대두, 두유, 비지)의 추출물에서 COL1A1 유전자 발현량 증가로 PIP 합성량이 증가한 것으로 사료된다.

Fig. 2. (A) The cell viability of CCD-986Sk cells with ethanol extracts (soybean, soymilk, Biji). The results are means±SD, n=3, *P<0.05. ns: not significance. (B) Effects of ethanol extracts (soybean, soymilk, Biji) 50 μg/mL on procollagen type I C-peptide (PIP) expression in CCD-986Sk cells. The results are means±SD, n=3, **P<0.01, and ***P<0.001 compared with control. (C) Effects of ethanol extracts (soybean, soymilk, Biji) 50 μg/mL on MMP-1 expression in CCD-986Sk cells. The results are means±SD, n=3, ###P<0.001 compared with control. ***P<0.001 compared with TNF-α.

그리고 MMP-1 저해 활성은 음성 대조군(TNF-α) 100% 대비 두유 24%, 비지 33%, 대두 79%로 MMP-1 저해 활성이 나타내었으며(Fig. 2C), 두유와 비지는 통계적으로 유의적인 차이를 나타내지 않았다. 이는 콩의 생리활성 추출물이 MMP-1 mRNA와 MAP kinase인 ERK와 JNK를 억제함으로써 MMP-1의 발현을 억제하였다는 보고(Min 등, 2019)와 배당체 형태의 이소플라본이 염증과 DNA 복구에 각각 관여하는 COX-2와 Gadd45의 발현 수준을 감소시켜 외인성 노화(광노화)로 인한 항주름 효과를 나타내었다는 보고(Iovine 등, 2012)로 미루어볼 때, 두유와 비지 추출물에서도 동일한 경로로 MAP kinase를 억제하여 MMP-1의 발현을 억제하고 비지에서 glucoside 그룹 내 malonyl 계열의 성분이 많았기 때문에 비지 추출물에서 높은 항주름 효과를 나타내는 것으로 생각된다.

대두, 두유, 비지의 70% 에탄올 추출물에서 이소플라본 종류별로 함량을 비교한 결과 aglycon(daidzein, glycitein, genistein) group과 malonyl-glycitin에서 비지> 두유> 대두 순으로 높은 함량을 나타내었다. 따라서 aglycon이 항주름 효능이 있다는 기존 연구들(Izumi 등, 2007; Tang 등, 2022; Zhao 등, 2015)과 malonyl-glycitin의 항주름 효능 결과를 볼 때 aglycon(daidzein, glycitein, genistein) group과 malonyl-glycitin의 함량이 높은 두유와 비지 추출물에서 높은 항주름 효과를 나타내는 것으로 보인다.

결론적으로 본 연구에서는 비지로부터 70% 에탄올을 이용하여 업사이클링 비지 추출물에서 PIP 생합성 및 MMP-1 저해 활성과 같은 항주름 효과가 우수함을 확인할 수 있었으며, 이와 같은 결과를 통해 두유 가공 공정에서 버려지고 있는 비지를 활용하여 비지의 부가가치 향상과 콩 가공 산업의 발전을 위한 비지의 업사이클링 가능성을 제시하였다고 생각된다.

본 연구에서는 비지에서 항주름 효과 이소플라본을 선정하고 최적 추출 용매를 선정하고 추출물의 항주름 효과를 확인함으로써 두유 가공 공정에서 버려지고 있는 비지에서 항주름 효과에 대한 업사이클링 가능성을 제시하고자 하였다. 먼저 항주름 효과를 나타내는 이소플라본으로 malonyl-glycitin과 malonyl-daidzin 등, malonyl 계열의 배당체 이소플라본과 genistein 비배당체 이소플라본을 확인할 수 있었다. 그리고 대두를 활용하여 두유와 비지를 제조한 다음 대두, 두유, 비지의 업사이클링을 위해 다양한 용매를 이용하여 추출한 결과 70% 에탄올을 이용하여 추출물에서 항주름 효과를 나타내는 이소플라본이 가장 많이 추출되었으며, 대두, 두유, 비지 추출물 중에서 두유 추출물과 함께 비지 추출물의 PIP 생합성 및 MMP-1 저해 활성이 우수하여 비지 추출물이 항주름 효과를 나타냄을 확인할 수 있었다. 따라서 이와 같은 결과를 통해 비지의 항주름 효과를 활용하여 화장품 산업 및 대두 가공 산업에서 대부분 버려지고 있는 비지의 부가가치 향상을 위한 자료로써 활용될 수 있을 것으로 생각된다.

본 과제(결과물)는 2024년도 교육부의 재원으로 한국연구재단의 지원을 받아 수행된 지자체-대학 협력 기반 지역혁신 사업의 결과입니다(2021RIS-001).

  1. Arindani NDP, Sumarawati T, Subchan P. Effect of soybean extract cream on matrix metalloproteinase-1 (MMP-1) and interleukin-6 (IL-6) levels (in vivo experimental study on UVB-induced Balb/c mice). IJMRA. 2024. 7:766-772.
  2. Aschemann-Witzel J, Asioli D, Banovic M, et al. Defining upcycled food: The dual role of upcycling in reducing food loss and waste. Trends Food Sci Technol. 2023. 132:132-137.
    CrossRef
  3. Ban YJ, Song YH, Kim JY, et al. Comparative investigation on metabolites changes in soybean leaves by ethylene and activation of collagen synthesis. Ind Crop Prod. 2020. 154:112743. https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2020.112743.
    CrossRef
  4. Chen LR, Chen KH. Utilization of isoflavones in soybeans for women with menopausal syndrome: An overview. Int J Mol Sci. 2021. 22:3212. https://doi.org/10.3390/ijms22063212.
    Pubmed KoreaMed CrossRef
  5. Chiang HS, Wu WB, Fang JY, et al. UVB-protective effects of isoflavone extracts from soybean cake in human keratinocytes. Int J Mol Sci. 2007. 8:651-661.
    KoreaMed CrossRef
  6. Choi YB, Woo JG, Noh WS. Hydrolysis of β-glycosidic bonds of isoflavone conjugates in the lactic acid fermentation of soy milk. Korean J Food Sci Technol. 1999. 31:189-195.
  7. Devi MKA, Gondi M, Sakthivelu G, et al. Functional attributes of soybean seeds and products, with reference to isoflavone content and antioxidant activity. Food Chem. 2009. 114:771-776.
    CrossRef
  8. Gwak KS, Choi IG, Ahn SH, et al. Evaluation of the potential of bio-ethanol production by okara. J Korea Soc Waste Manag. 2009. 26:11-20.
  9. Hackler LR, Stillings BR, Polimeni RJ Jr. RJ. Correlation of amino acid indexes with nutritional quality of several soybean fractions. Cereal Chem. 1967. 44:638-644.
  10. Han IB, Cha SH, Jung UH, et al. Quality and functional characteristics of tofu prepared with dehulled soybeans (Glycine max L. Merrill). J Korean Soc Food Sci Nutr. 2020. 49:1227-1235.
    CrossRef
  11. Hilaly AK, Sandage B, Soper J. Process for producing high purity isoflavones. US Patent 7,524,526. 2009.
  12. Hong SY, Kim SJ, Sohn HB, et al. Comparison of isoflavone content in 43 soybean varieties adapted to highland cultivation areas. Korean J Breed Sci. 2018. 50:442-452.
    CrossRef
  13. Huang CC, Hsu BY, Wu NL, et al. Anti-photoaging effects of soy isoflavone extract (aglycone and acetylglucoside form) from soybean cake. Int J Mol Sci. 2010. 11:4782-4795.
    Pubmed KoreaMed CrossRef
  14. Im SK, Yoo SM, Kim TY, et al. Quality characteristics of Bijijang in different fermentation conditions. Korean J Food Sci Technol. 2004. 36:448-455.
  15. Iovine B, Iannella ML, Gasparri F, et al. A comparative analysis of the photo-protective effects of soy isoflavones in their aglycone and glucoside forms. Int J Mol Sci. 2012. 13:16444-16456.
    Pubmed KoreaMed CrossRef
  16. Izumi T, Saito M, Obata A, et al. Oral intake of soy isoflavone aglycone improves the aged skin of adult women. J Nutr Sci Vitaminol. 2007. 53:57-62.
    Pubmed CrossRef
  17. Jankowiak L, Trifunovic O, Boom RM, et al. The potential of crude okara for isoflavone production. J Food Eng. 2014. 124:166-172.
    CrossRef
  18. Joo SY, Seo DW, Choi HY. Quality characteristics of pork patties added with soybean-curd residues. J Korean Soc Food Sci Nutr. 2019. 48:260-267.
    CrossRef
  19. Kelly GE, Huang JL, Deacon-Shaw MG, et al. Preparation of isoflavones from legumes. US Patent 06146668. 2000.
  20. Kim DS, Seol MH, Kim HD. Changes in quality of soybean curd residue as affected by different drying methods. J Korean Soc Food Nutr. 1996. 25:453-459.
  21. Kim EH. The effects of estrogen and isoflavone on the skin. Journal of Beauty Industry. 2010. 4(1):69-83.
  22. Kim JY, Kim JH, Kim JK, et al. Quality and sensory evaluation of whole soybean flour tofu prepared from various processing conditons. J Korean Soc Food Sci Nutr. 2001. 30:455-459.
  23. Kim JY, Kwon SH, Hwang BS, et al. Changes in isoflavone composition of soybean according to processing methods. J Korean Soc Food Sci Nutr. 2021. 50:403-409.
    CrossRef
  24. Kim KS, Park EH, Choi YB, et al. Solubilization of tofu-residue using multienzyme derived from Aspergillus niger CF-34. Korean J Food Sci Technol. 1994. 26:484-489.
  25. Ku KH. Preparation and diversity of environment attractive Chundubu (whole soybean curd). Food Industry and Nutrition. 2005. 10(1):17-27.
  26. Lee SH. Antioxidant capacity and nutritive components from biji sub-micron suspension by ultra-high pressure homogenization process. Korean J Food Preserv. 2015. 22:714-720.
    CrossRef
  27. Lee SH. Fermentation of soymilk using Lactobacillus paracasei MK1 and the anti-wrinkle effect of fermented products on skin care. Master's thesis. Gachon University. 2013.
  28. Lee SW, Han SH. Quality properties of gelling product prepared from soybean curd residue with addition of gums. Korean J Food Nutr. 2013. 26:428-437.
    CrossRef
  29. Lee YK, Park OJ. Soybean isoflavone genistein regulates apoptosis through NF-κB dependent and independent pathways. Exp Toxicol Pathol. 2013. 65:1-6.
    Pubmed CrossRef
  30. Li B, Qiao M, Lu F. Composition, nutrition, and utilization of Okara (soybean residue). Food Rev Int. 2012. 28:231-252.
    CrossRef
  31. Lim J, Kim H, Kim GHJ, et al. Enzymatic upcycling of wild-simulated ginseng leaves for enhancing biological activities and compound K. Appl Microbiol Biotechnol. 2024. 108:207. https://doi.org/10.1007/s00253-024-13028-2.
    Pubmed KoreaMed CrossRef
  32. Liu T, Li N, Yan YQ, et al. Recent advances in the anti-aging effects of phytoestrogens on collagen, water content, and oxidative stress. Phytother Res. 2020. 34:435-447.
    Pubmed KoreaMed CrossRef
  33. Min KN, Lee GH, Park SJ, et al. Physiological activity and efficacy of cosmetic products in bio-converted soybean embryo extract. Journal of the Korea Convergence Society. 2019. 10:211-220.
  34. Moon TH, Park SM, Yim SG, et al. Quality characteristics of Halal chicken sausages prepared with biji powder. Korean J Food Sci Technol. 2022. 54:334-342.
  35. Murphy PA, Barua K, Hauck CC. Solvent extraction selection in the determination of isoflavones in soy foods. J Chromatogr B. 2002. 777:129-138.
    Pubmed CrossRef
  36. Ramandani AA, Sun YM, Lan JCW, et al. Upcycling food waste as a low-cost cultivation medium for Chlorella sp. microalgae. J Sci Food Agric. Online ahead of print. https://doi.org/10.1002/jsfa.13910.
    Pubmed CrossRef
  37. Rhim TJ. Radical scavenging activities and anti-inflammatory effects of soybean extracts. Korean J Community Living Sci. 2020. 31:181-194.
    CrossRef
  38. Šertović E, Mujić I, Jokić S, et al. Effect of soybean cultivars on the content of isoflavones in soymilk. Rom Biotechnol Lett. 2012. 17:7151-7159.
  39. Tang SC, Hsiao YP, Ko JL. Genistein protects against ultraviolet B-induced wrinkling and photoinflammation in in vitro and in vivo models. Genes Nutr. 2022. 17:4. https://doi.org/10.1186/s12263-022-00706-x.
    Pubmed KoreaMed CrossRef
  40. Tokudome Y, Nakamura K, Kage M, et al. Effects of soybean peptide and collagen peptide on collagen synthesis in normal human dermal fibroblasts. Int J Food Sci Nutr. 2012. 63:689-695.
    Pubmed CrossRef
  41. Wegener C. Creativity-A new vocabulary. In:. 1st ed. Palgrave Studies in Creativity and Culture, Palgrave Macmillan. 2016. p 181-188.
    Pubmed CrossRef
  42. Yeo KE, Kim WJ. Effects of acid hydrolysis on isoflavone of defatted soybean flour. Korean J Food Sci Techool. 2002. 34:916-918.
  43. Zhao D, Shi Y, Dang Y, et al. Daidzein stimulates collagen synthesis by activating the TGF-β/smad signal pathway. Australas J Dermatol. 2015. 56:e7-e14.
    CrossRef

Article

Article

Journal of the Korean Society of Food Science and Nutrition 2025; 54(1): 76-83

Published online January 31, 2025 https://doi.org/10.3746/jkfn.2025.54.1.76

Copyright © The Korean Society of Food Science and Nutrition.

두유 가공 부산물인 비지에서 업사이클링 이소플라본 추출물의 항주름 효과

정솔미1․황수진1․정유성2․허희진2․한나윤2․이창현2․김선웅3․장금일1

1충북대학교 식품생명공학과
2한국화학융합시험연구원
3충북대학교 농업경제학과

Received: November 1, 2024; Revised: December 5, 2024; Accepted: December 6, 2024

Anti-Wrinkle Effect of Upcycling Isoflavone Extract from Biji as By-Product of Soymilk Processing

Solmi Jeong1 , Sujin Hwang1, Yuseong Chung2 , Huijin Heo2 , Nayoon Han2, Chang Hyun Lee2, Seon-woong Kim3, and Keum-Il Jang1

1Department of Food Science and Biotechnology and
3Department of Agricultural Economics, Chungbuk National University
2Chungbuk Center, Korea Testing and Research Institute

Correspondence to:Keum-Il Jang, Department of Food Science and Biotechnology, Chungbuk National University, Chungdae-ro 1, Seowon-gu, Cheongju, Chungbuk 28644, Korea, E-mail: jangki@chungbuk.ac.kr

Received: November 1, 2024; Revised: December 5, 2024; Accepted: December 6, 2024

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

We studied the upcycling potential of Biji, a by-product of soymilk processing that is typically discarded, by identifying isoflavones with anti-wrinkle activity, selecting the optimal extraction solvent, and verifying the anti-wrinkle effect of the extract. We identified several such isoflavones, including malonyl-glycitin, malonyl-daidzin, and genistein. We evaluated the performance of a variety of solvents in terms of extracting anti-wrinkle isoflavones. Of these, 70% ethanol was the most effective. Soymilk and Biji extracts promoted the biosynthesis of procollagen type I C-peptide and inhibited the activity of matrix metalloproteinase-1, confirming the anti-wrinkle effect of the Biji extract. These findings suggest that Biji can be upcycled and employed in anti-wrinkle products, making it useful the cosmetics and soybean-processing industries.

Keywords: anti-wrinkle, isoflavone, Biji, upcycling, extraction

서 론

대두(Glycine max Merr. L)는 우리나라를 비롯하여 중국, 일본, 인도네시아 등 동양에서 수천 년 동안 식물성 단백질 및 지방의 공급원으로 두부 및 장류 등의 원료로써 이용되었으며, 대표적인 대두 활용 가공 제품으로는 두유와 두부가 알려져 있다(Im 등, 2004; Kim 등, 1996). 또한 대두는 사포닌(saponin), 레시틴(lecithin), 토코페롤(tocopherol), 이소플라본(isoflvone) 등 다양한 생리활성 물질들을 풍부하게 함유하고 있어서(Chen과 Chen, 2021), 항암, 골다공증, 신부전, 심장질환 등과 같은 만성질환 예방에 효능이 있다고 알려져 있다(Kim 등, 2001).

특히 대두의 이소플라본은 3-phenylchroman의 4, 7번 위치의 수산기(OH) group이 결합한 비배당체(aglycone)인 daidzein, glycitein, genistein과 비배당체를 기본 골력으로 glucose가 결합된 배당체(glycoside)에 acetyl, malonyl group이 결합된 malonyl-daidzin, malonyl-glycitin, malonyl-genistin, acetyl-daidzin, acetyl-glycitin, acetyl-genistin, daidzin, glycitin, genistin의 형태로 존재하는데(Kim 등, 2021; Yeo와 Kim, 2002), β-glucosidase에 의해 당 잔기가 가수분해되어 비배당체로 전환이 가능하다(Choi 등, 1999). 이러한 대두의 이소플라본은 비배당체 3종과 배당체 8종으로 총 12종의 이소플라본 물질이 규명되어 있는데(Kim 등, 2021), 항산화, 항암, 항염증과 같은 생리 활성을 가지고 있으며, 골다공증, 이상지질혈증, 심혈관 질환 등 다양한 질환에 대한 예방효과들이 많이 보고되고 있다(Rhim, 2020).

또한 대두 이소플라본은 UVB 광선에 의한 피부 손상 예방 및 피부의 콜라겐 증가와 콜라겐 분해 감소에 따른 항주름 효과를 나타낸다고 알려져 있는데, Chiang 등(2007)은 aglycone(daidzein, glycitein, genistein), glucoside(malonyl-daidzin, malonyl-glycitin, malonyl-genistin, acetyl-daidzin, acetyl-glycitin, acetyl-genistin, daidzin, glycitin, genistin) 이소플라본 추출물은 UVB에 의해 유발된 H2O2 생성 억제 효과를 나타내어 UVB에 대한 세포 보호 효과가 있다고 보고하였으며, Liu 등(2020)은 폐경기 여성의 경우 에스트로겐 부족 및 산화 스트레스에 의해 피부 콜라겐이 폐경 후 5년 동안 30% 정도 감소하여 피부가 얇아지고 탄력이 줄어들면서 주름이 늘어나게 되는데, 이소플라본은 자연적으로 발생하는 선택적 에스트로겐 수용체 조절제로서, 피부에서 피하 Vascular endothelial growth factor의 발현을 유도하여 transforming growth factor beta(TGF-β)를 증가시키고, activator protein 1 활성을 억제하여 matrix metalloproteinase-1(MMP-1) 유전자 전사를 줄여 피부의 콜라겐 두께를 증가시키고 MMP를 억제함으로써 콜라겐 분해를 감소시켜 주름을 개선할 수 있다고 보고하였다. Ban 등(2020)에 따르면 이소플라본 추출물은 섬유아세포 CCD-986Sk에서 콜라겐 합성 관련 유전자인 COL1A1과 COL3A1을 유도하여 콜라겐 합성 활성에 효과적이라고 보고하였다. Arindani 등(2024)에 따르면 이소플라본은 MMP-1 유전자 발현을 조절하는 신호 전달 경로의 핵심 단계인 mitogen-activated protein kinase(MAP kinase) 활성화를 억제함으로써 MMP-1 유전자 발현을 간접적으로 감소시킨다고 보고하였다.

비지는 두유와 두부 제조 공정 중 버려지는 부산물로 대두를 마쇄하고 끓이면서 대두 속의 가용성 단백질을 추출한 후 여과하여 얻은 액체가 두유이고, 두유의 단백질을 응고시키고 압착하여 제조하는 것이 두부인데, 두유를 제조할 때 여과하고 남은 찌꺼기를 비지라고 한다(Lee, 2015). 이러한 비지는 대두 1 kg을 두유 가공에서 습물중으로 약 1.2 kg 정도 발생하였다고 하며(Li 등, 2012), 이는 연간 160,000톤이 발생하여 일부만 가축 사료 등으로 사용되고 대부분 버려지고 있다(Ku, 2005). 비지의 일반성분은 건물량을 기준으로 단백질이 24~30%, 지방이 13~15%, 탄수화물이 50~60%, 회분이 4~5%로 구성되어 있으며(Kim 등, 1996), 습물량 기준으로는 비지의 수분 함량이 80% 이상으로 미생물이 쉽게 번식하고 지방의 산패가 쉽게 발생하기 때문에, 대부분 폐기물로써 소각 또는 매립되고 있으며, 일부만 사료나 퇴비로 재이용되고 있다(Gwak 등, 2009; Lee, 2013). 특히 비지는 단백질 식품에서 부족하기 쉬운 함황 아미노산과 라이신(lysine)이 풍부하며, 다량의 식이섬유소와 펙틴 다당류를 함유한 우수한 식품 자원으로 활용이 가능하고(Hackler 등, 1967), 이소플라본 등의 생리 활성 성분을 가지고 있으면서 가격이 저렴한데도(Moon 등, 2022) 연소 처분과 매립이 금지된 유기성 산업 폐기물로 지정되어 대부분 비싼 처리 비용을 내고 버려지고 있다(Joo 등, 2019; Kim 등, 1994). 그럼에도 두유 및 두부 가공 공정 중 부산물인 비지의 활용에 관한 연구는 아직도 미비한 실정이다. 따라서 버려지고 있는 비지의 재활용 공정 개발을 통해 경제학적, 영양학적 그리고 생리 활성적인 면에서 부가가치를 높일 수 있는 업사이클링 연구가 필요한 실정이다.

업사이클링이란 최근 국제적으로 식품 가격이 상승하고 식량 불안정이 커짐에 따라 식품의 손실과 낭비는 국제적인 문제로 대두되고 있는데, 식품 손실과 낭비에 맞서기 위해 나타난 새로운 개념으로 불필요한 자원 지출을 최소화하면서 폐기물 또는 사용한 재료를 새로운 방식으로 재생산함으로써 새로운 부가가치 또는 고품질의 지속 가능한 제품을 생산하는 것으로 알려져 있다(Aschemann-Witzel 등, 2023; Wegener, 2016). 따라서 본 연구에서는 먼저 다양한 이소플라본 중에서 항주름 효과를 나타내는 이소플라본을 선정한 다음 비지에서 항주름-이소플라본의 최적 추출 조건을 확립하고 추출물의 항주름 효과를 확인함으로써 두유 가공 공정에서 버려지고 있는 비지에서 항주름 효과에 대한 업사이클링 가능성을 제시하고자 하였다.

재료 및 방법

재료 및 시약

비지 제조를 위해 사용된 대두는 2022년에 경북 의성 지역에서 수확한 대원콩을 구매하여 사용하였으며, 이소플라본 함량 분석을 위한 표준물질인 daidzin, glycitin, genistin, daidzein, glycitiein, genistein은 Sigma-Aldrich, malonyl-daidzin, malonyl-glycitin, malonyl-genistin, acetyl-daidzin, acetyl-glycitin, acetyl-genistin은 FUJIFILM에서 구입하여 사용하였다. 그리고 분석 용매로 HPLC 등급의 water와 아세토니트릴(acetonitrile)은 Honeywell, 그리고 99.9% 에탄올은 OCI Company Ltd.에서 구입하여 사용하였다.

섬유아세포 CCD-986Sk 세포주는 ATCC에서 구매하였다. Dulbecco’s modified Eagle medium(DMEM), fetal bovine serum(FBS)과 pencillin streptomycin(P/S), TNF- α, TGF-β1은 Gibco에서 구매하였다. MMP-1 분석을 위한 Human MMP-1 ELISA kit, MTT, L-ascorbic acid 시약은 Sigma에서 구매하였다. Procollagen synthesis 분석을 위한 Procollagen Type I C-Peptide(PIP) EIA kit은 Takara에서 구매하였다.

대두로부터 두유와 비지 제조

두유와 비지의 제조는 Han 등(2020)의 두부 제조 방법을 변형하여 제조하였다. 먼저 1 kg의 대두에 10배수의 물을 가하여 실온(25°C)에서 12시간 동안 침지한 후 꺼내어 핸드타월로 물기를 제거하여 불린 대두를 제조하였다. 그리고 불린 대두를 두부 제조기(SD-1500, Daeryuk Food Machinery)에 넣고 10 L의 물을 가하면서 습식 마쇄와 동시에 여과하여 두유와 비지를 제조하였다. 제조된 두유와 비지는 동결건조기(LP20, ilShinBioBase Co.)로 -70°C에서 72시간 동결건조한 다음 진공포장하여 초저온 냉동고(Deep Freezer DF8514, ilshinBioBase Co.)에서 저장하면서 실험에 사용하였다.

추출용매에 따른 이소플라본 업사이클링을 위한 비지 추출물 제조

먼저 대두와 동결건조한 두유와 비지 분말 시료를 food mixer(VM0195D/A2300i, Vitamix)를 이용하여 3분간 균질화하고 40 mesh 체를 통과시켜 이소플라본 업사이클링을 위한 추출 시료로 사용하였다. 그리고 준비된 대두, 두유, 비지 시료를 70%, 80%, 100% 에탄올(25°C)과 distilled water(25°C와 50°C)를 이용하여 추출하였는데, 각각의 시료 2.00±0.05 g을 비커에 넣고 추출 용매별로 25 mL를 가하고 30분 동안 ultrasonic cleaner(WUC-D10H, Daihan Scientific Co.)로 초음파 추출을 한 후, 1,836×g로 10분 동안 원심분리(Varispin-12R, Cryste Separation Technology)하여 얻은 상등액을 회수하였다. 위 과정을 2회 반복하여 최종 50 mL가 되도록 추출용매와 같은 용매로 정용한 다음 0.2 µm syringe filter로 여과 후 업사이클링 이소플라본 분석을 위한 시료로 사용하였다.

UPLC를 이용한 비지 추출물의 업사이클링 이소플라본 함량 분석

비지 추출물에서 업사이클링 이소플라본 분석을 위해 ultra performance liquid chromatography(UPLC, Waters Acquity UPLC system)를 사용하였고, 분석 조건은 Kim 등(2021)의 방법을 변형하여 사용하였다. 분석 조건으로 검출파장은 254nm로 설정하였으며, 컬럼은 CORTECS® UPLC® C18(2.1×150 mm, 2.7 µm)을 사용하였으며, 0.1% formic acid가 첨가된 물(A)과 0.1% formic acid가 첨가된 아세토니트릴(B)을 이동상으로 하여 gradient를 Table 1과 같이 사용하였다. 그리고 유속은 0.3 mL/min이고, 컬럼 온도는 35°C, 주입량은 2 µL로 설정하였으며, detector는 Tunable UV(TUV) detector를 사용하여 이소플라본을 분석하였다. 대두와 비지의 이소플라본 함량은 이소플라본 중에서 배당체인 malonyl-daidzin, malonyl-glycitin, malonyl-genistin, acetyl-daidzin, acetyl-glycitin, acetyl-genistin, daidzin, glycitin, genistin과 비배당체인 daidzein, glycitein, genistein 함량을 분석했으며, 각각의 표준물질을 이용하여 표준정량곡선(standard calibration curve)으로부터 각각의 배당체와 비배당체 이소플라본 함량을 분석하였다.

Table 1 . Analysis condition of various isoflavones content in soybean, Biji, and soymilk by UPLC.

Conditions
UPLC systemWaters ACQUITY UPLC system
ColumnCORTECS® UPLC® C18, 2.1×150 mm, 2.7 µm
Oven temperature35°C

Mobile phaseTime (min)Gradient condition

A: 0.1% formic acid in waterB: 0.1% formic acid in acetonitrile

0955
207525
255050
301090
321090
35955
40955

Flow rate0.3 mL/min
Injection volume2 µL
DetectorTUV (254 nm)


이소플라본과 비지 추출물의 세포 생존율 측정

CCD-986Sk 세포를 10% FBS, 1% P/S가 첨가된 DMEM 배지에서 37°C, 5% CO2의 조건으로 배양하였다. 96-Well plate에 well당 1.5×105 cells/mL의 농도로 분주하고, 37°C, 5% CO2 incubator에서 24시간 동안 배양하였다. 배양 후 FBS를 포함하지 않는 배지로 교체하고 이소플라본 표준품은 50~100 μM의 범위에서, 그리고 대두(Soybean), 두유(Soy milk), 비지(Biji) 추출물은 6.125~100 μg/mL의 범위에서 농도별로 처리하였다. 그 후 24시간 동안 MTT(3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyl tetrazolium bromide, Sigma) 시약을 well당 50 μL씩 처리하여 2시간 동안 반응시켰다. 반응 후 상층액을 제거하고 세포의 용해를 위해 DMSO를 100 μL 처리하여 microplate reader(Synergy HT, BioTek Inc.)를 이용하여 590 nm에서 흡광도를 측정하여 아래의 식 (1)에 의해 세포 생존율(cell viability)을 분석하였다.

(%)= ×100

이소플라본과 비지 추출물의 pro-collagen 생성능 및 MMP-1 저해능 측정

CCD-986Sk 세포를 96-well plate에 well당 1.5×105 cells/mL의 농도로 분주하고, 37°C, 5% CO2 incubator에서 24시간 동안 배양하였다. 배양 후 FBS를 포함하지 않는 배지로 교체하고 이소플라본 표준품 농도는 50 μM으로, 그리고 대두, 두유, 비지 추출물 농도는 50 μg/mL가 되도록 처리하였다. 그 후 24시간 동안 배양한 후 상등액을 사용하여 pro-collagen(PIP) 생합성은 procollagen type I C-Peptide EIA kit을, MMP-1 저해능은 Human MMP-1 ELISA kit을 사용하여 각각의 매뉴얼에 따라 진행하였으며, 최종 흡광도는 450 nm에서 측정하였다.

통계 처리

본 연구의 모든 데이터는 3회 반복 값에 대한 평균(mean)과 표준편차(standard deviation)로 산출하였고, SAS(Statistical Analysis System, Ver. 9.4, SAS Institute Inc.) 프로그램으로 통계 처리하였으며, 처리 간의 차이 유무를 one-way analysis of variation(ANOVA)으로 분석한 후 Duncan’s multiple range test로 유의성을 검정하였다(P<0.05).

결과 및 고찰

다양한 이소플라본의 항주름 효과 비교

다양한 이소플라본(12종류)의 항주름 효과 비교를 위해 MTT assay 방법으로 세포 생존율을 측정하였다. 사전 연구에서 12종류의 이소플라본 100 μM로 처리 시 세포 독성을 나타냈으며(자료미제시) 50 μM의 농도로 CCD-986Sk 세포에 처리하였고, 12종의 이소플라본 모두 50 μM에서 세포 독성을 나타내지 않았다(Fig. 1A).

Fig 1. (A) The cell viability of CCD-986Sk cells with isoflavone standard at 50 μM. ns: not significance. (B) Effects of isoflavone standard 50 μM on procollagen type I C-peptide (PIP) expression in CCD-986Sk cells. The results are means±SD, n=3, *P<0.05, **P<0.01, and ***P<0.001 compared with control. (C) Effects of isoflavone standard 50 μM on matrix metalloproteinase-1 (MMP-1) expression in CCD-986Sk cells. The results are means±SD, n=3, ###P<0.001 compared with control. ***P<0.001 compared with TNF-α.

이소플라본의 항주름 효과를 확인하기 위해 콜라겐 합성에 관계되는 PIP 생합성과 콜라겐 분해 억제에 관계되는 MMP-1 저해 활성을 확인하였다. PIP 생합성 정도를 분석한 결과 대조군 100% 대비 대부분의 이소플라본에서 증가가 나타났으며, 특히 genistin(140.3%)과 malonyl-glycitin(129.8%)이 높은 증가율을 나타내었다(Fig. 1B). 이는 배당체 구성 추출물이 인간 피부 섬유아세포에서 COL1A1과 COL3A1 유전자 발현을 유도하여 콜라겐 합성을 증가시킨다는 Ban 등(2020)의 결과를 미루어볼 때 malonyl-glycitin과 genistin 모두 유사한 경로로 COL1A1과 COL3A1 유전자 발현량 증가로 PIP 생합성량이 증가한 것으로 생각된다. 또한 MMP-1의 저해 활성 정도를 측정한 결과, 음성 대조군(TNF-α) 100% 대비 acetyl-daidzin은 16.9%의 저해율로 가장 높은 MMP-1 억제 활성을 나타내었다. Malonyl-daidzin은 18.8%, malonyl-glycitin은 19.9%의 저해율을 보여 malonyl 계열의 배당체가 높은 MMP-1 억제 활성을 나타내었으며, genistein은 22.5%의 저해율을 나타내었다(Fig. 1C). Lee와 Park(2013)은 genistein이 NF-κB 신호 전달 경로에 의해 발생하는 COX의 과도한 생성을 감소시키는 것으로 보고하였으며, Huang 등(2010)은 aglycone와 acetylglucoside가 포함된 이소플라본 추출물이 UVB로 유도된 산화 스트레스와 각질세포 사멸에 큰 보호 효과를 가졌다고 보고하였다. Arindani 등(2024)은 이소플라본이 MAPK 활성화를 억제함으로써 MMP-1 유전자 발현을 감소시킨다고 보고하였다. 본 연구의 결과로 acetyl-daidzin, malonyl-daidzin, malonyl-glycitin과 같은 배당체 이소플라본이 MAPK 활성화를 억제하여 MMP-1의 저해 활성을 향상시킨 것으로 보이며, 이는 배당체 이소플라본도 항주름 효과의 소재로서의 충분한 가치가 있을 것으로 사료된다.

추출용매에 따른 비지 추출물의 이소플라본 함량 비교

이소플라본의 특성에 맞게 추출하고 추출 효율을 높이기 위해 메탄올, 에탄올, 아세토니트릴 등과 같은 다양한 용매를 사용해 대두로부터 이소플라본의 추출을 연구하였으며(Murphy, 2002), 특허받은 제조 공정에서는 이소플라본과 메탄올 같은 추출 용매를 분리하는 방법이 제시되어 있다(Hilaly 등, 2009; Kelly 등, 2000). 하지만 산업적인 적용의 경우 에탄올과 물이 선호되고 있다(Jankowiak 등, 2014). 따라서 다양한 용매를 활용하여 대두, 두유와 비지에서 추출물을 제조한 다음 각각의 추출물에서 이소플라본 함량을 비교하였다(Table 2). 배당체 이소플라본 함량은 70% 에탄올에서 가장 높은 추출 함량을 나타내었으며, 반면 비배당체 이소플라본의 경우 25°C 물 추출에서 가장 높은 추출 함량을 나타내었다. 특히 이소플라본 표준품별 항주름 효과 분석에서 높은 효과를 나타낸 malonyl 계열의 배당체 이소플라본은 대두, 두유, 비지 추출물 모두 70% 에탄올에서 가장 높은 함량을 나타내어 비지의 업사이클링을 위한 추출 조건으로 70% 에탄올 추출이 가장 적합하다고 판단되었다. 그리고 대두, 두유, 비지의 70% 에탄올 추출물에서 항주름 효과를 나타내는 이소플라본 종류별로 함량을 비교한 결과 PIP 생합성과 MMP-1 저해 활성이 높은 malonyl-glycitin 함량은 비지> 두유> 대두 순으로 높은 함량을 나타내었고, MMP-1 저해 활성에 관련된 malonyl-daidzin 함량은 두유> 대두> 비지 순으로, 그리고 genistein 함량은 비지> 두유> 대두 순으로 높은 함량을 나타내었다. 이와 같은 이소플라본 함량은 대두에서 10 M HCl과 80% 에탄올 혼합 용매로 추출하여 이소플라본 함량을 분석한 Devi 등(2009)의 연구 결과(genistein 479±125 mg/kg)와 유사하였고, 대원콩을 메탄올로 추출하여 분석한 이소플라본(malonyl-daidzin 1,728.98±104.79 µg/g, malonyl-glycitin 181.66±10.76 µg/g, malonyl-genistin 1,377.53±97.33 µg/g) 함량(Kim 등, 2021)과 대원콩을 HCl로 가수분해 후 메탄올로 추출하여 분석한 이소플라본(daidzin 494 µg/g, glycitin 25 µg/g, genitin 547 µg/g) 함량(Hong 등, 2018)보다 높은 배당체 이소플라본 함량을 나타내었다. 또한 품종별로 두유의 이소플라본 함량을 분석한 Šertović 등(2012)의 연구 결과(daidzin 14.2 mg/100 g)보다 배당체 이소플라본의 경우 높은 함량을 나타내었다. 따라서 본 연구에서 선정한 70% 에탄올 초음파 추출 방법이 대두, 두유, 비지로부터 이소플라본을 업사이클링하기 위한 최적의 방법이라고 생각된다. 또한 Lim 등(2024)은 산양삼잎에서 효소적 업사이클링 추출을 통해 진세노사이드의 생물학적 활성을 증가시켰다고 보고하였고, 클로렐라 배양을 위한 음식물 쓰레기의 업사이클링 배지를 제조하였다는 연구 결과(Ramandani 등, 2024)를 통해 malonyl 계열의 배당체 이소플라본과 genistein이 많이 함유된 비지 추출물에서 항주름 효과가 높게 나타난다면 업사이클링 항주름 효과를 통해 버려지고 있는 비지의 부가가치 향상과 함께 비지를 활용한 가공 산업의 활성이 유도될 수 있을 것으로 생각된다.

Table 2 . Comparison of isoflavone contents among soybean, soymilk and biji extracts by UPL.

Isoflavone (ug/g)SoybeanSoymilkBijiF-value



70% Ethanol80% Ethanol100% Ethanol25°C Distilled water50°C Distilled water70% Ethanol80% Ethanol100% Ethanol25°C Distilled water50°C Distilled water70% Ethanol80% Ethanol100% Ethanol25°C Distilled water50°C Distilled water
Malonyldaidzin8611.2±67.2a7745.4±1114.8b181.6±1.2g4058.3±42.9de6935.2±235.9c9855.4±122.4g9278.9±336.8g583.7±46.7g11507.4±117.2g10579.8±676.4g4661.0±163.2d4439.1±71.8d231.4±28.1g2180.9±539.7f3486.4±583.3de218.85***

Malonylglycitin1388.6±6.8a1175.0±125.1c138.4±1.4e1263.9±128.2c1356.6±5.1b1547.1±48.8e1497.1±48.3eND1)1890.0±15.5e2142.1±191.9e1821.0±51.5a1765.1±34.7a161.1±23.2e985.0±166.9c902.5±192.5d292.04***

Malonylgenistin11419.6±80.6b10543.8±1616.8b236.2±2.0h7685.1±271.3d8778.8±288.2c12277.6±188.9h11527.6±436.5h652.0±63.1h13630.6±96.2h12161.7±994.9h5913.9±215.0e5642.7±88.8e486.5±59.7h2911.8±393.0g4445.3±827.2f213.66***

Acetyldaidzin1151.1±35.0a1115.5±169.9aND81.8±0.7c681.7±19.3ab183.5±43.9c212.2±6.6c116.4±9.4c372.4±23.0c354.1±32.7c91.7±27.8c75.7±0.2c80.5±16.2c142.7±41.5bc151.7±81.0bc32.61*

Acetylglycitin450.8±15.6a334.4±18.9b77.6±0.1de40.4±1.3efg75.0±15.4cd203.2±38.8g173.6±48.8gND1266.9±22.5g1170.7±67.9g61.8±61.8fg106.2±20.7cND63.1±1.3def118.0±45.7de159.61***

Acetylgenistin89.2±0.9a69.8±11.7dND336.3±2.9a76.8±0.8c300.3±19.0f305.5±8.1fND322.3±1.7f292.6±17.3fNDNDNDND53.3±0.1e2065.83***

Daidzin1542.3±22.0b1038.9±170.4b49.2±3.2f911.5±51.7c578.9±136.8d3427.7±54.8f3358.2±107.1f369.6±40.8f3795.3±25.6f3471.3±126.4f295.8±53.2e236.5±6.8e55.7±8.2f351.6±82.7e309.1±76.0e143.25***

Glycitin361.4±4.2a221.9±20.4bcND117.1±53.2de142.1±19.5d345.9±486.8g873.7±29.7g41.7±36.3g470.9±334.9g650.5±12.3g260.3±59.6b202.3±1.7c58.8±6.2f148.5±31.5d93.9±2.0ef65.16***

Genistin3080.7±37.9a2362.7±282.7b87.5±1.9f97.0±28.3f864.7±151.9c4616.7±70.8f4528.3±147.5f542.3±57.2f4901.8±47.7f4367.4±18.5f565.9±12.0d584.1±7.5d107.2±12.8f328.7±106.6e479.7±180.2de252.57***

Daidzein261.6±2.4cd185.8±50.0cdND1853.3±347.0a934.1±79.1b365.5±6.9d363.5±9.5d109.2±4.6d340.8±3.8d308.5±36.4d1695.8±17.1a1708.9±24.2a497.4±48.1c1901.8±758.5a1621.3±1.8a39.07***

Glycitein60.3±1.2g58.7±1.4gND162.3±5.0f373.0±46.7d147.5±30.5h111.0±2.1hND114.1±4.3h116.2±5.0h695.0±9.2b698.8±9.5b197.1±18.4e677.9±86.9c652.3±222.9a649.88***

Genistein229.2±0.4e166.8±48.9e56.7±2.1f2036.0±0.9a1238.1±78.5c408.0±5.1f400.0±9.6f130.8±5.8f417.2±8.6f370.7±18.3f1926.6±14.5ab1953.7±29.5ab718.2±54.1d2009.0±36.6ab1911.0±214.2b616.71***

Total28645.8±274.1a25018.7±3631.0b827.2±11.8h18643.1±933.3d22034.9±1077.2c33678.4±849.0h32629.7±1139.5h2545.7±238.7h39029.7±349.8h35985.6±1636.1h17988.7±684.9d17413.1±295.5d2593.8±274.8g11701.1±2245.0f14224.6±2427.1e470.35***

1) ND : Not Detected.

a-h Means represented by different superscripts in the same row are significantly different at P<0.05..

*** Significant at P<0.001 respectively..



비지로부터 업사이클링 이소플라본 추출물의 항주름 효과

비지 추출물에서 업사이클링 이소플라본에 의한 항주름 효과를 확인하기 위해 CCD-986Sk에서 PIP 생합성과 MMP-1 저해 활성을 확인하였다. CCD-986Sk에 추출물 3종(대두, 두유, 비지)의 세포 생존율을 측정한 결과 50 μg/mL의 농도에서 세포 독성이 없어 유효농도로 설정하였다(Fig. 2A). 먼저 PIP 생합성량을 확인한 결과, 대조군 100% 대비 두유 404%, 비지 381%, 대두 173% 순으로 PIP 생합성 증가율을 나타내었다(Fig. 2B). Kim(2010)에 의하면 이소플라본은 콜라겐 생합성 촉진으로 피부 주름 개선 효능이 있다고 밝혔으며, 국내외로 대두 추출물과 두유 추출물을 함유한 다양한 식물성 여성 호르몬 화장품 출시가 되고 있다고 하였기 때문에 3종(대두, 두유, 비지) 추출물에서도 풍부한 이소플라본 함유로 인하여 항주름 효과를 나타낸 것으로 생각된다. 그리고 Tokudome 등(2012)의 연구에서 대두펩타이드는 콜라겐 합성 유전자인 COL1A1의 발현을 통하여 콜라겐 합성이 촉진되었으며, Lee와 Han(2013)은 두유 발효물이 PIP 생합성 증가를 통해 주름 개선에 효능이 있다는 보고를 미루어볼 때, 3종(대두, 두유, 비지)의 추출물에서 COL1A1 유전자 발현량 증가로 PIP 합성량이 증가한 것으로 사료된다.

Fig 2. (A) The cell viability of CCD-986Sk cells with ethanol extracts (soybean, soymilk, Biji). The results are means±SD, n=3, *P<0.05. ns: not significance. (B) Effects of ethanol extracts (soybean, soymilk, Biji) 50 μg/mL on procollagen type I C-peptide (PIP) expression in CCD-986Sk cells. The results are means±SD, n=3, **P<0.01, and ***P<0.001 compared with control. (C) Effects of ethanol extracts (soybean, soymilk, Biji) 50 μg/mL on MMP-1 expression in CCD-986Sk cells. The results are means±SD, n=3, ###P<0.001 compared with control. ***P<0.001 compared with TNF-α.

그리고 MMP-1 저해 활성은 음성 대조군(TNF-α) 100% 대비 두유 24%, 비지 33%, 대두 79%로 MMP-1 저해 활성이 나타내었으며(Fig. 2C), 두유와 비지는 통계적으로 유의적인 차이를 나타내지 않았다. 이는 콩의 생리활성 추출물이 MMP-1 mRNA와 MAP kinase인 ERK와 JNK를 억제함으로써 MMP-1의 발현을 억제하였다는 보고(Min 등, 2019)와 배당체 형태의 이소플라본이 염증과 DNA 복구에 각각 관여하는 COX-2와 Gadd45의 발현 수준을 감소시켜 외인성 노화(광노화)로 인한 항주름 효과를 나타내었다는 보고(Iovine 등, 2012)로 미루어볼 때, 두유와 비지 추출물에서도 동일한 경로로 MAP kinase를 억제하여 MMP-1의 발현을 억제하고 비지에서 glucoside 그룹 내 malonyl 계열의 성분이 많았기 때문에 비지 추출물에서 높은 항주름 효과를 나타내는 것으로 생각된다.

대두, 두유, 비지의 70% 에탄올 추출물에서 이소플라본 종류별로 함량을 비교한 결과 aglycon(daidzein, glycitein, genistein) group과 malonyl-glycitin에서 비지> 두유> 대두 순으로 높은 함량을 나타내었다. 따라서 aglycon이 항주름 효능이 있다는 기존 연구들(Izumi 등, 2007; Tang 등, 2022; Zhao 등, 2015)과 malonyl-glycitin의 항주름 효능 결과를 볼 때 aglycon(daidzein, glycitein, genistein) group과 malonyl-glycitin의 함량이 높은 두유와 비지 추출물에서 높은 항주름 효과를 나타내는 것으로 보인다.

결론적으로 본 연구에서는 비지로부터 70% 에탄올을 이용하여 업사이클링 비지 추출물에서 PIP 생합성 및 MMP-1 저해 활성과 같은 항주름 효과가 우수함을 확인할 수 있었으며, 이와 같은 결과를 통해 두유 가공 공정에서 버려지고 있는 비지를 활용하여 비지의 부가가치 향상과 콩 가공 산업의 발전을 위한 비지의 업사이클링 가능성을 제시하였다고 생각된다.

요 약

본 연구에서는 비지에서 항주름 효과 이소플라본을 선정하고 최적 추출 용매를 선정하고 추출물의 항주름 효과를 확인함으로써 두유 가공 공정에서 버려지고 있는 비지에서 항주름 효과에 대한 업사이클링 가능성을 제시하고자 하였다. 먼저 항주름 효과를 나타내는 이소플라본으로 malonyl-glycitin과 malonyl-daidzin 등, malonyl 계열의 배당체 이소플라본과 genistein 비배당체 이소플라본을 확인할 수 있었다. 그리고 대두를 활용하여 두유와 비지를 제조한 다음 대두, 두유, 비지의 업사이클링을 위해 다양한 용매를 이용하여 추출한 결과 70% 에탄올을 이용하여 추출물에서 항주름 효과를 나타내는 이소플라본이 가장 많이 추출되었으며, 대두, 두유, 비지 추출물 중에서 두유 추출물과 함께 비지 추출물의 PIP 생합성 및 MMP-1 저해 활성이 우수하여 비지 추출물이 항주름 효과를 나타냄을 확인할 수 있었다. 따라서 이와 같은 결과를 통해 비지의 항주름 효과를 활용하여 화장품 산업 및 대두 가공 산업에서 대부분 버려지고 있는 비지의 부가가치 향상을 위한 자료로써 활용될 수 있을 것으로 생각된다.

감사의 글

본 과제(결과물)는 2024년도 교육부의 재원으로 한국연구재단의 지원을 받아 수행된 지자체-대학 협력 기반 지역혁신 사업의 결과입니다(2021RIS-001).

Fig 1.

Fig 1.(A) The cell viability of CCD-986Sk cells with isoflavone standard at 50 μM. ns: not significance. (B) Effects of isoflavone standard 50 μM on procollagen type I C-peptide (PIP) expression in CCD-986Sk cells. The results are means±SD, n=3, *P<0.05, **P<0.01, and ***P<0.001 compared with control. (C) Effects of isoflavone standard 50 μM on matrix metalloproteinase-1 (MMP-1) expression in CCD-986Sk cells. The results are means±SD, n=3, ###P<0.001 compared with control. ***P<0.001 compared with TNF-α.
Journal of the Korean Society of Food Science and Nutrition 2025; 54: 76-83https://doi.org/10.3746/jkfn.2025.54.1.76

Fig 2.

Fig 2.(A) The cell viability of CCD-986Sk cells with ethanol extracts (soybean, soymilk, Biji). The results are means±SD, n=3, *P<0.05. ns: not significance. (B) Effects of ethanol extracts (soybean, soymilk, Biji) 50 μg/mL on procollagen type I C-peptide (PIP) expression in CCD-986Sk cells. The results are means±SD, n=3, **P<0.01, and ***P<0.001 compared with control. (C) Effects of ethanol extracts (soybean, soymilk, Biji) 50 μg/mL on MMP-1 expression in CCD-986Sk cells. The results are means±SD, n=3, ###P<0.001 compared with control. ***P<0.001 compared with TNF-α.
Journal of the Korean Society of Food Science and Nutrition 2025; 54: 76-83https://doi.org/10.3746/jkfn.2025.54.1.76

Table 1 . Analysis condition of various isoflavones content in soybean, Biji, and soymilk by UPLC.

Conditions
UPLC systemWaters ACQUITY UPLC system
ColumnCORTECS® UPLC® C18, 2.1×150 mm, 2.7 µm
Oven temperature35°C

Mobile phaseTime (min)Gradient condition

A: 0.1% formic acid in waterB: 0.1% formic acid in acetonitrile

0955
207525
255050
301090
321090
35955
40955

Flow rate0.3 mL/min
Injection volume2 µL
DetectorTUV (254 nm)

Table 2 . Comparison of isoflavone contents among soybean, soymilk and biji extracts by UPL.

Isoflavone (ug/g)SoybeanSoymilkBijiF-value



70% Ethanol80% Ethanol100% Ethanol25°C Distilled water50°C Distilled water70% Ethanol80% Ethanol100% Ethanol25°C Distilled water50°C Distilled water70% Ethanol80% Ethanol100% Ethanol25°C Distilled water50°C Distilled water
Malonyldaidzin8611.2±67.2a7745.4±1114.8b181.6±1.2g4058.3±42.9de6935.2±235.9c9855.4±122.4g9278.9±336.8g583.7±46.7g11507.4±117.2g10579.8±676.4g4661.0±163.2d4439.1±71.8d231.4±28.1g2180.9±539.7f3486.4±583.3de218.85***

Malonylglycitin1388.6±6.8a1175.0±125.1c138.4±1.4e1263.9±128.2c1356.6±5.1b1547.1±48.8e1497.1±48.3eND1)1890.0±15.5e2142.1±191.9e1821.0±51.5a1765.1±34.7a161.1±23.2e985.0±166.9c902.5±192.5d292.04***

Malonylgenistin11419.6±80.6b10543.8±1616.8b236.2±2.0h7685.1±271.3d8778.8±288.2c12277.6±188.9h11527.6±436.5h652.0±63.1h13630.6±96.2h12161.7±994.9h5913.9±215.0e5642.7±88.8e486.5±59.7h2911.8±393.0g4445.3±827.2f213.66***

Acetyldaidzin1151.1±35.0a1115.5±169.9aND81.8±0.7c681.7±19.3ab183.5±43.9c212.2±6.6c116.4±9.4c372.4±23.0c354.1±32.7c91.7±27.8c75.7±0.2c80.5±16.2c142.7±41.5bc151.7±81.0bc32.61*

Acetylglycitin450.8±15.6a334.4±18.9b77.6±0.1de40.4±1.3efg75.0±15.4cd203.2±38.8g173.6±48.8gND1266.9±22.5g1170.7±67.9g61.8±61.8fg106.2±20.7cND63.1±1.3def118.0±45.7de159.61***

Acetylgenistin89.2±0.9a69.8±11.7dND336.3±2.9a76.8±0.8c300.3±19.0f305.5±8.1fND322.3±1.7f292.6±17.3fNDNDNDND53.3±0.1e2065.83***

Daidzin1542.3±22.0b1038.9±170.4b49.2±3.2f911.5±51.7c578.9±136.8d3427.7±54.8f3358.2±107.1f369.6±40.8f3795.3±25.6f3471.3±126.4f295.8±53.2e236.5±6.8e55.7±8.2f351.6±82.7e309.1±76.0e143.25***

Glycitin361.4±4.2a221.9±20.4bcND117.1±53.2de142.1±19.5d345.9±486.8g873.7±29.7g41.7±36.3g470.9±334.9g650.5±12.3g260.3±59.6b202.3±1.7c58.8±6.2f148.5±31.5d93.9±2.0ef65.16***

Genistin3080.7±37.9a2362.7±282.7b87.5±1.9f97.0±28.3f864.7±151.9c4616.7±70.8f4528.3±147.5f542.3±57.2f4901.8±47.7f4367.4±18.5f565.9±12.0d584.1±7.5d107.2±12.8f328.7±106.6e479.7±180.2de252.57***

Daidzein261.6±2.4cd185.8±50.0cdND1853.3±347.0a934.1±79.1b365.5±6.9d363.5±9.5d109.2±4.6d340.8±3.8d308.5±36.4d1695.8±17.1a1708.9±24.2a497.4±48.1c1901.8±758.5a1621.3±1.8a39.07***

Glycitein60.3±1.2g58.7±1.4gND162.3±5.0f373.0±46.7d147.5±30.5h111.0±2.1hND114.1±4.3h116.2±5.0h695.0±9.2b698.8±9.5b197.1±18.4e677.9±86.9c652.3±222.9a649.88***

Genistein229.2±0.4e166.8±48.9e56.7±2.1f2036.0±0.9a1238.1±78.5c408.0±5.1f400.0±9.6f130.8±5.8f417.2±8.6f370.7±18.3f1926.6±14.5ab1953.7±29.5ab718.2±54.1d2009.0±36.6ab1911.0±214.2b616.71***

Total28645.8±274.1a25018.7±3631.0b827.2±11.8h18643.1±933.3d22034.9±1077.2c33678.4±849.0h32629.7±1139.5h2545.7±238.7h39029.7±349.8h35985.6±1636.1h17988.7±684.9d17413.1±295.5d2593.8±274.8g11701.1±2245.0f14224.6±2427.1e470.35***

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References

  1. Arindani NDP, Sumarawati T, Subchan P. Effect of soybean extract cream on matrix metalloproteinase-1 (MMP-1) and interleukin-6 (IL-6) levels (in vivo experimental study on UVB-induced Balb/c mice). IJMRA. 2024. 7:766-772.
  2. Aschemann-Witzel J, Asioli D, Banovic M, et al. Defining upcycled food: The dual role of upcycling in reducing food loss and waste. Trends Food Sci Technol. 2023. 132:132-137.
    CrossRef
  3. Ban YJ, Song YH, Kim JY, et al. Comparative investigation on metabolites changes in soybean leaves by ethylene and activation of collagen synthesis. Ind Crop Prod. 2020. 154:112743. https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2020.112743.
    CrossRef
  4. Chen LR, Chen KH. Utilization of isoflavones in soybeans for women with menopausal syndrome: An overview. Int J Mol Sci. 2021. 22:3212. https://doi.org/10.3390/ijms22063212.
    Pubmed KoreaMed CrossRef
  5. Chiang HS, Wu WB, Fang JY, et al. UVB-protective effects of isoflavone extracts from soybean cake in human keratinocytes. Int J Mol Sci. 2007. 8:651-661.
    KoreaMed CrossRef
  6. Choi YB, Woo JG, Noh WS. Hydrolysis of β-glycosidic bonds of isoflavone conjugates in the lactic acid fermentation of soy milk. Korean J Food Sci Technol. 1999. 31:189-195.
  7. Devi MKA, Gondi M, Sakthivelu G, et al. Functional attributes of soybean seeds and products, with reference to isoflavone content and antioxidant activity. Food Chem. 2009. 114:771-776.
    CrossRef
  8. Gwak KS, Choi IG, Ahn SH, et al. Evaluation of the potential of bio-ethanol production by okara. J Korea Soc Waste Manag. 2009. 26:11-20.
  9. Hackler LR, Stillings BR, Polimeni RJ Jr. RJ. Correlation of amino acid indexes with nutritional quality of several soybean fractions. Cereal Chem. 1967. 44:638-644.
  10. Han IB, Cha SH, Jung UH, et al. Quality and functional characteristics of tofu prepared with dehulled soybeans (Glycine max L. Merrill). J Korean Soc Food Sci Nutr. 2020. 49:1227-1235.
    CrossRef
  11. Hilaly AK, Sandage B, Soper J. Process for producing high purity isoflavones. US Patent 7,524,526. 2009.
  12. Hong SY, Kim SJ, Sohn HB, et al. Comparison of isoflavone content in 43 soybean varieties adapted to highland cultivation areas. Korean J Breed Sci. 2018. 50:442-452.
    CrossRef
  13. Huang CC, Hsu BY, Wu NL, et al. Anti-photoaging effects of soy isoflavone extract (aglycone and acetylglucoside form) from soybean cake. Int J Mol Sci. 2010. 11:4782-4795.
    Pubmed KoreaMed CrossRef
  14. Im SK, Yoo SM, Kim TY, et al. Quality characteristics of Bijijang in different fermentation conditions. Korean J Food Sci Technol. 2004. 36:448-455.
  15. Iovine B, Iannella ML, Gasparri F, et al. A comparative analysis of the photo-protective effects of soy isoflavones in their aglycone and glucoside forms. Int J Mol Sci. 2012. 13:16444-16456.
    Pubmed KoreaMed CrossRef
  16. Izumi T, Saito M, Obata A, et al. Oral intake of soy isoflavone aglycone improves the aged skin of adult women. J Nutr Sci Vitaminol. 2007. 53:57-62.
    Pubmed CrossRef
  17. Jankowiak L, Trifunovic O, Boom RM, et al. The potential of crude okara for isoflavone production. J Food Eng. 2014. 124:166-172.
    CrossRef
  18. Joo SY, Seo DW, Choi HY. Quality characteristics of pork patties added with soybean-curd residues. J Korean Soc Food Sci Nutr. 2019. 48:260-267.
    CrossRef
  19. Kelly GE, Huang JL, Deacon-Shaw MG, et al. Preparation of isoflavones from legumes. US Patent 06146668. 2000.
  20. Kim DS, Seol MH, Kim HD. Changes in quality of soybean curd residue as affected by different drying methods. J Korean Soc Food Nutr. 1996. 25:453-459.
  21. Kim EH. The effects of estrogen and isoflavone on the skin. Journal of Beauty Industry. 2010. 4(1):69-83.
  22. Kim JY, Kim JH, Kim JK, et al. Quality and sensory evaluation of whole soybean flour tofu prepared from various processing conditons. J Korean Soc Food Sci Nutr. 2001. 30:455-459.
  23. Kim JY, Kwon SH, Hwang BS, et al. Changes in isoflavone composition of soybean according to processing methods. J Korean Soc Food Sci Nutr. 2021. 50:403-409.
    CrossRef
  24. Kim KS, Park EH, Choi YB, et al. Solubilization of tofu-residue using multienzyme derived from Aspergillus niger CF-34. Korean J Food Sci Technol. 1994. 26:484-489.
  25. Ku KH. Preparation and diversity of environment attractive Chundubu (whole soybean curd). Food Industry and Nutrition. 2005. 10(1):17-27.
  26. Lee SH. Antioxidant capacity and nutritive components from biji sub-micron suspension by ultra-high pressure homogenization process. Korean J Food Preserv. 2015. 22:714-720.
    CrossRef
  27. Lee SH. Fermentation of soymilk using Lactobacillus paracasei MK1 and the anti-wrinkle effect of fermented products on skin care. Master's thesis. Gachon University. 2013.
  28. Lee SW, Han SH. Quality properties of gelling product prepared from soybean curd residue with addition of gums. Korean J Food Nutr. 2013. 26:428-437.
    CrossRef
  29. Lee YK, Park OJ. Soybean isoflavone genistein regulates apoptosis through NF-κB dependent and independent pathways. Exp Toxicol Pathol. 2013. 65:1-6.
    Pubmed CrossRef
  30. Li B, Qiao M, Lu F. Composition, nutrition, and utilization of Okara (soybean residue). Food Rev Int. 2012. 28:231-252.
    CrossRef
  31. Lim J, Kim H, Kim GHJ, et al. Enzymatic upcycling of wild-simulated ginseng leaves for enhancing biological activities and compound K. Appl Microbiol Biotechnol. 2024. 108:207. https://doi.org/10.1007/s00253-024-13028-2.
    Pubmed KoreaMed CrossRef
  32. Liu T, Li N, Yan YQ, et al. Recent advances in the anti-aging effects of phytoestrogens on collagen, water content, and oxidative stress. Phytother Res. 2020. 34:435-447.
    Pubmed KoreaMed CrossRef
  33. Min KN, Lee GH, Park SJ, et al. Physiological activity and efficacy of cosmetic products in bio-converted soybean embryo extract. Journal of the Korea Convergence Society. 2019. 10:211-220.
  34. Moon TH, Park SM, Yim SG, et al. Quality characteristics of Halal chicken sausages prepared with biji powder. Korean J Food Sci Technol. 2022. 54:334-342.
  35. Murphy PA, Barua K, Hauck CC. Solvent extraction selection in the determination of isoflavones in soy foods. J Chromatogr B. 2002. 777:129-138.
    Pubmed CrossRef
  36. Ramandani AA, Sun YM, Lan JCW, et al. Upcycling food waste as a low-cost cultivation medium for Chlorella sp. microalgae. J Sci Food Agric. Online ahead of print. https://doi.org/10.1002/jsfa.13910.
    Pubmed CrossRef
  37. Rhim TJ. Radical scavenging activities and anti-inflammatory effects of soybean extracts. Korean J Community Living Sci. 2020. 31:181-194.
    CrossRef
  38. Šertović E, Mujić I, Jokić S, et al. Effect of soybean cultivars on the content of isoflavones in soymilk. Rom Biotechnol Lett. 2012. 17:7151-7159.
  39. Tang SC, Hsiao YP, Ko JL. Genistein protects against ultraviolet B-induced wrinkling and photoinflammation in in vitro and in vivo models. Genes Nutr. 2022. 17:4. https://doi.org/10.1186/s12263-022-00706-x.
    Pubmed KoreaMed CrossRef
  40. Tokudome Y, Nakamura K, Kage M, et al. Effects of soybean peptide and collagen peptide on collagen synthesis in normal human dermal fibroblasts. Int J Food Sci Nutr. 2012. 63:689-695.
    Pubmed CrossRef
  41. Wegener C. Creativity-A new vocabulary. In:. 1st ed. Palgrave Studies in Creativity and Culture, Palgrave Macmillan. 2016. p 181-188.
    Pubmed CrossRef
  42. Yeo KE, Kim WJ. Effects of acid hydrolysis on isoflavone of defatted soybean flour. Korean J Food Sci Techool. 2002. 34:916-918.
  43. Zhao D, Shi Y, Dang Y, et al. Daidzein stimulates collagen synthesis by activating the TGF-β/smad signal pathway. Australas J Dermatol. 2015. 56:e7-e14.
    CrossRef