세계적으로 인구 고령화가 진행되면서 노년기의 건강과 삶의 질 개선에 대한 중요성이 대두되고 있다. 우리나라의 경우에도 급속한 인구 고령화로 인하여 2020년 기준 65세 이상 인구가 15.7%이며, 2025년에는 20.3%에 이르러 초고령사회로 진입할 것으로 예측되면서 사회･경제 등 다양한 분야에 영향을 미칠 것으로 예상된다(Statistics Korea, 2020). 더불어 최근 소비자는 질병의 치료에서 사전적 예방 및 관리에 대한 인식이 높아지면서 건강식품에 대한 관심과 수요가 증가하고 있다. 이에 국내 건강기능식품 시장도 지속해서 성장하는 추세이며 안전성이 확보된 천연물 유래의 새로운 기능성 식품 소재의 발굴과 개발에 대한 연구도 활발히 진행 중이다(Shin, 2019).

전 세계적으로 선인장과(Cactaceae)는 약 130속 1,850종이 존재하며, 이 중 Opuntia속 선인장은 Opuntioideae아과에 속하며 약 180~200종으로 구성되어 있다(Koh 등, 2018). 우리나라에 일반적으로 알려진 Opuntia속 선인장은 제주도에서 재배되는 Opuntia ficus-indica var. saboten(손바닥 선인장)과 내륙지역에서 재배되는 Opuntia humifusa(천년초 선인장)가 있다(Kim 등, 2016). 최근에는 Koh 등(2018)에 의해 Opuntia monacantha Haw. 선인장이 제주도 해안가에 자생하는 것으로 보고된 바 있다. Opuntia monacantha Haw. 선인장은 같은 Opuntia속 선인장과 달리 상부의 가지들이 밑으로 쳐지고 교목성으로 높이가 2~3배 정도이며, 기존의 선인장에 비해 식물체의 크기나 엽상경이 대형인 특징 등이 있어 왕선인장, 제국백년초로 신칭되기도 하였다(Koh 등, 2018; Kim, 2020). 예로부터 Opuntia속 선인장은 당뇨, 천식, 소화불량을 치료하는 약초로 사용되어 왔으며(Yang 등, 2008), 국내에서도 항산화(Chung, 2000; Han 등, 2007; Kim 등, 2011; Kim 등, 2018a), 항염증(Park 등, 1998; Kim 등, 2018a; Kim과 Lim, 2019), 항균(Chung, 2000; Kim 등, 2005), 항암(Yoon 등, 2009; Jung 등, 2012; Seo와 Shin, 2012) 등 기능성에 관한 연구와 분말을 첨가한 생면 제조(Lee 등, 1999), 쿠키 제조(Han 등, 2007), 식빵 제조(Kim 등, 2007), 케이크(Cho와 Kim, 2013), 홍삼 음료(You 등, 2010) 등과 같은 가공에 관한 연구가 보고된 바 있다. 이에 반해 최근 보고된 Opuntia monacantha Haw. 선인장의 생리활성 연구는 미미한 실정이다.

따라서 본 연구에서는 Opuntia monacantha Haw. 선인장 줄기와 열매의 카로티노이드, 클로로필, 총 폴리페놀과 플라보노이드 함량을 분석하였고, 생체 내 다양한 기능성 효과를 검토하기 위해 여러 효소 저해 활성 평가를 실시하여 천연 기능성 식품 소재로서의 가능성을 확인하고자 하였다.

실험 재료 및 시약

본 연구에 사용된 Opuntia monacantha Haw. 선인장은 제주특별자치도 서귀포시 소재 (주)농업회사법인 제국백년초에서 2020년 6월에 수확한 줄기와 열매를 구매하여 사용하였다. 시료는 세척 후 일정 크기로 세절하여 동결건조 한 다음 분말화하여 사용하였다. 분석에 사용한 증류수, 에탄올, acetonitrile 등은 analytical 및 HPLC 등급을 사용하였으며 실험에 사용한 모든 시약들은 Sigma(St. Louis, MO, USA)로부터 구매하여 사용하였다.

카로티노이드 분석

카로티노이드 함량 분석을 위한 추출물 제조는 시료 0.50 ±0.05 g에 추출용매인 에탄올에 녹인 0.2% ascorbic acid 용액 10 mL를 가한 후 80°C의 water bath에서 15분간 추출하였다. 10분간 냉각한 다음 추출액에 80% KOH 용액 3 mL를 넣고 water bath에서 10분간 비누화 반응 후 10분간 냉각하였다. 반응이 정지된 cornical tube에 증류수 5 mL와 n-hexane 5 mL를 넣고 혼합하였다. 이후 3,000 rpm (175×10 g)에서 10분간(4°C) 원심분리(Union 55R, Hanil Science Industrial Co., Inchen, Korea)하여 n-hexane층을 micro-pipette으로 회수하였다. 위 과정을 2회 더 실시하여 약 15 mL의 n-hexane층을 회수한 후 진공농축기를 이용하여 용매를 완전 농축하였다. 메탄올(MeOH)과 MTBE(methyl tertiary butyl ether) 용매를 1:1로 혼합한 용액 2 mL를 넣어 완전히 녹인 후 0.20 μm syringe filter(PTFE, Whatman, Clifton, NJ, USA)로 여과 후 HPLC 분석용 시료로 사용하였다. HPLC system은 Waters e2685(Waters, Milford, MA, USA), 컬럼은 YMC carotenoid(4.6×250 mm, YMC, Tokyo, Japan)를 사용하였고, column oven 온도는 40°C로 유지하였다. 이동상은 A용매(MeOH:TBME:water:TEA(triethylamine)＝10:86:4:0.1)와 B용매(MeOH:TBME :water:TEA＝81:15:4:0.1)를 gradient 조건으로 흘려주었고, gradient 조건은 11분간 100% A용매로 유지한 다음 35분까지 0% A용매로 설정하였다. 유속은 1.0 mL/min, 시료 주입량은 5 µL, 검출기는 UV detector(450 nm)를 사용하여 분석하였다. 표준물질로는 capsanthin, lutein, zeaxanthin, β-cryptoxanthin, α-carotene, β-carotene을 사용하였다.

클로로필 분석

클로로필 분석은 Edelendos 등(2001)의 방법을 변형하여 측정하였다. 시료 0.5 g에 아세톤 12 mL를 혼합한 후 20분간 200 rpm으로 교반추출(SK-71, JEIOTECH, Daejeon, Korea) 하였다. 그 후 3,000 rpm(175×10 g)으로 10분간 원심분리(Union 55R, Hanil Science Industrial Co.)하고 상등액을 회수하였으며 위 과정을 2회 반복하여 얻은 상등액을 최종 25 mL로 정용하였다. 추출물을 0.20 μm syringe filter(PTFE, Whatman)로 여과하여 UPLC(ACQUITY^TM ultra performance liquid chromatography, Waters, Milford, MA, USA) 분석용 시료로 사용하였다. 컬럼으로 HALO® C30 column(3.0×150 mm, 2.7 μm, 160 Å, AMT, Wilmington, DE, USA)을 사용하였고, 온도는 30°C로 유지하였다. 이동상은 메탄올과 에탄올을 gradient 조건으로 설정하였고 5분간 80% 메탄올을 유지한 후 10분에 60% 메탄올로 변경하였다. 유속은 0.3 mL/min이었고 시료 5 μL를 주입하여 UV detector를 이용하여 662 nm에서 분석하였다. 표준물질로 chlorophyll a, b를 사용하였다.

추출물 조제

각각의 시료 10 g에 70% 에탄올 500 mL를 넣고 30분 동안 초음파 추출한 후 3,000 rpm(175×10 g)에서 10분간 원심분리(Union 55R, Hanil Science Industrial Co.)하여 상등액을 회수하였다. 위 과정을 2회 반복하여 회수한 상등액을 여과지(Whatman No. 2, Whatman, Tokyo, Japan)로 여과하였다. 그 후 감압농축 및 동결건조하여 실험에 사용하였으며 줄기와 열매 추출물의 추출 수율은 각각 15.59와 35.76%였다.

총 폴리페놀 및 플라보노이드 함량 분석

총 폴리페놀 분석은 Folin-Denis의 방법을 이용하여 측정하였다(Hwang 등, 2006). 시료 100 μL에 2% sodium carbonate 용액 2 mL를 첨가한 후 3분간 상온에서 반응시켰다. 그 후 50% Folin-Ciocalteu’s phenol reagent 100 μL를 혼합하고 30분간 반응시킨 후 UV spectrophotometer(SpectraMax M3 microplate reader, Molecular Devices LLC, San Jose, CA, USA)를 사용하여 750 nm에서 흡광도를 측정하였다. 표준물질로 gallic acid를 사용하여 표준 검량선을 작성한 후 폴리페놀 함량을 구하였으며 gallic acid equivalent(mg GAE/g)로 표시하였다.

총 플라보노이드 분석은 Hwang 등(2006)의 방법에 따라 측정하였으며 시료 250 μL에 5% sodium nitrite 용액 75 μL, 증류수 1 mL를 첨가하여 5분간 상온에서 반응시켰다. 그 후 10% aluminium chloride 150 μL를 혼합하고 6분간 반응시킨 후 1 M sodium hydroxide 500 μL를 첨가하였다. 11분 동안 상온에서 반응시킨 다음 UV spectrophotometer(SpectraMax M3 microplate reader, Molecular Devices LLC)를 사용하여 510 nm에서 흡광도를 측정하였다. 표준물질로 (+)-catechin을 사용하여 표준 검량선을 작성한 후 총 플라보노이드 함량을 구하였으며 mg (+)-catechin/g(mg CE/g)으로 표시하였다.

Elastase 저해 활성 측정

Human leukocytes elastase 저해 활성을 분석하기 위해 Kim 등(2018c)의 방법을 변형하여 측정했으며 시료는 dimethyl sulfoxide(DMSO)를 사용하여 농도별로 희석하여 사용하였다. 0.02 mM Tris-HCl buffer(pH 8.0) 130 μL에 추출물 10 μL와 기질인 1.5 mM methoxysuccinyl-Ala-Ala-Pro-Val-p-nitroanilide 40 μL를 넣고 마지막으로 elastase 20 μL를 혼합하였다. 5분 동안 405 nm에서 흡광도를 측정하여 결과를 확인하였다. L-Ascorbic acid를 양성대조구로 사용하였고 저해능(%)은 (1－sample absorbance/ control absorbance)×100 식에 의해 산출되었다.

Tyrosinase 저해 활성 측정

Mushroom tyrosinase 저해 활성을 분석하기 위해 Kim 등(2019)의 방법에 따라 측정하였다. 시료는 DMSO를 사용하여 농도별로 희석하여 사용했으며 475 nm에서 0.05 M phosphate buffer(pH 6.8) 165 μL에 추출물 5 μL와 기질인 1.8 mM L-tyrosine 20 μL를 넣은 후 tyrosinase(260 unit/mL) 10 μL를 혼합하였다. 15분 동안 30°C에서 반응시킨 후 흡광도를 측정하여 결과를 확인하였다. Tyrosinase 저해 활성 평가 시 kojic acid를 양성대조구로 사용하여 저해능(%)은 (1－sample absorbance/ control absorbance)×100 식에 의해 산출되었다.

α-Glucosidase 저해 활성 측정

α-Glucosidase(Saccharomyces cerevisiae) 저해 활성을 분석하기 위해 Song 등(2016)의 방법에 따라 측정하였으며 시료는 DMSO를 사용하여 농도별로 희석하여 사용하였다. 0.05 M phosphate buffer(pH 6.8) 130 μL에 추출물 10 μL와 기질인 1.2 mM p-nitrophenyl-α-D-glucopyranoside(pNPG) 40 μL를 넣고 마지막으로 α-glucosidase 20 μL를 혼합하였다. 15분 동안 37°C에서 반응시킨 후 405 nm 흡광도를 측정하여 결과를 확인하였다. Acarbose를 양성대조구로 사용하였고 저해능(%)은 (1－sample absorbance/ control absorbance)×100 식에 의해 산출되었다.

Acetylcholiensterase 저해 활성 측정

Human erythrocyte acetylcholinesterase 저해 활성을 분석하기 위해 Ryu 등(2012)의 방법에 따라 측정하였으며 시료는 DMSO를 사용하여 농도별로 희석하여 사용하였다. 100 mM sodium phosphate(pH 8.0) 108 μL에 추출물 20 μL와 기질인 1 mM iodide 20 μL를 넣고 acetylcholinesterase 2 μL를 혼합하였다. 마지막으로 5,5′-dithiobis(2- nitrobenzoic acid) 30 μL를 넣고 혼합한 후 10분 동안 412 nm 흡광도를 측정하여 결과를 확인하였다. Berberine을 양성대조구로 사용하였고 저해능(%)은 (1－sample absorbance/control absorbance)×100 식에 의해 산출되었다.

통계처리

모든 실험은 3회 반복 실시하였으며 통계분석은 SPSS 통계프로그램(Statistical Package for the Social Science, Ver. 12.0, SPSS Inc., Chicago, IL, USA)을 이용하였다. 각 측정군의 평균과 표준편차를 산출하고 처리 간의 차이 유무를 one-way ANOVA(analysis of variation)로 분석한 뒤 다중검정 범위(Duncan’s multiple range test)를 사용하여 P<0.05 수준에서 유의성을 검정하였다. 시료 간의 기능 성분 함량의 유의적 차이를 알아보기 위해 P<0.05 수준에서 독립표본 t-test로 검증하였으며, 성분과 생리활성 간의 상관관계 분석은 Pearson’s correlation을 실시하였다.

카로티노이드 분석

카로티노이드는 동식물에 널리 분포된 붉은빛, 노란빛 등의 색소를 의미하며 대표적인 예로는 카로틴류(α-carotene, β-carotene, lycopene 등)와 크산톤필류(lutein, capsanthin, zeaxanthin 등)이 있다. 위 성분들은 균형 잡힌 식단의 일환으로 인간의 질병을 예방하고 건강을 유지하는 데 중요한 역할을 한다(Cano 등, 2017). Opuntia monacantha Haw. 선인장 줄기와 열매 부위의 카로티노이드를 분석한 결과는 Table 1과 같다. Opuntia monacantha Haw. 선인장 줄기에서는 capsanthin, lutein, zeaxanthin, α-carotene과 β-carotene이, 열매에서는 lutein, α-carotene과 β-carotene이 각각 검출되었으며, 열매보다 줄기에서 카로티노이드 함량이 더 높게 나타났다. 줄기의 주요 카로티노이드는 β-carotene(299.66 μg/g DW), lutein(152.59 μg/g DW), α-carotene(87.69 μg/g DW)이었고, 열매는 β-carotene(26.35 μg/g DW)으로 확인되었다. Cano 등(2017)의 연구 결과에서도 Opuntia속 선인장 줄기 부위가 열매 부위보다 카로티노이드 함량이 높았으며 줄기의 주요 카로티노이드는 lutein, β-carotene인 것으로 보고하였다. Opuntia monacantha Haw. 선인장 줄기의 β-carotene 함량 수준을 β-carotene 고함유 농산물과 비교했을 때 단호박(223 μg/ g DW)과는 유사한 수준이었고, 당근(619 μg/g DW)의 1/2 수준, 빨간색 고추(156 μg/g DW)와 취나물(142 μg/g DW)보다는 약 2배 높은 수준이었다(Rural Development Administration, 2020). 현재 수많은 카로티노이드 성분들은 각각 다양한 효능이 보고되면서 기능성 식품 시장에서 다양하게 이용되고 있어(Seo와 Kim, 2017) Opuntia monacantha Haw. 선인장 또한 산업적인 이용 가치가 높을 것으로 판단된다.

Table 1 . Chlorophyll and carotenoid contents of Opuntia monacantha Haw..

	Carotenoid (μg/g dry weight)					Chlorophyll (μg/g dry weight)
	α-Carotene	β-Carotene	Lutein	Capsanthin	Zeaxanthin	Chlorophyll a	Chlorophyll b
Stem	87.69±4.17	299.66±13.26	152.59±6.87	0.58±0.05	6.71±0.31	408.81±20.59	156.97±4.92
Fruit	1.47±0.15**1)	26.35±1.94***	11.59±0.87***	ND2)	ND	22.64±1.97**	9.98±0.70***

¹⁾Statistical analyses were performed by Student’s t-test using SPSS. Values are the mean±SD of three replication (n=3)..

^**P<0.01, ^***P<0.001..

²⁾ND: not detection..

클로로필 분석

클로로필은 녹색 식물에 주로 존재하며 헤모글로빈과 유사한 분자구조로 인해 푸른 혈액, 만병통치로 불리며 대표적으로 chlorophyll a와 b가 알려져 있다(Kim 등, 2014). Opuntia monacantha Haw. 선인장 줄기와 열매 부위의 클로로필을 분석한 결과는 Table 1과 같다. 선인장 줄기와 열매에서 각각 클로로필 a와 b가 모두 검출되었으며, 줄기와 열매 추출물의 클로로필 a 함량은 각각 408.81, 22.64 μg/g이었고 푸른색을 띠는 줄기의 클로로필 함량이 더 높음을 확인하였다. 클로로필 b의 함량 분석 결과 마찬가지로 줄기 추출물의 색소 함량이 더 높았으며 줄기와 열매 추출물은 각각 156.97, 9.98 μg/g이 있음을 확인하였다. Cano 등(2017)은 Opuntia ficus-indica 선인장의 LC/MS 분석을 통해 클로로필 a와 b가 있음을 밝혔으나 극미량을 원인으로 함량 분석은 진행하지 않았다고 보고하였다. Yoon 등(2014)은 남해 마늘종추출물의 클로로필 a, b 함량을 각각 101.58, 38.06 μg/g으로 보고하였으며, Oh 등(2013)은 온돌김과 파래김의 클로로필 a가 각각 500, 1,140 μg/g으로 보고한 바 있다. 녹조류인 파래김에 비해 낮은 클로로필 함량이었으나 클로로필 성분은 우수한 항산화 효과가 보고되어 있어(Yoon 등, 2014) Opuntia monacantha Haw. 선인장은 체내에 흡수되었을 때 다양한 생리활성이 있을 것으로 기대된다.

총 폴리페놀 및 플라보노이드 함량 분석

폴리페놀과 플라보노이드는 식품 속에 함유된 대표적인 생리활성 성분으로(Kim 등, 2019) 본 실험에서 줄기와 열매의 총 폴리페놀 함량은 각각 8.00, 9.46 mg GAE/g이었고, 총 플라보노이드 함량은 각각 0.18, 0.27 mg CE/g이 있음을 확인하였다(Fig. 1). Jeong 등(2017)에서는 Opuntia ficus-indica var. saboten 선인장 줄기 추출물의 총 폴리페놀 함량이 재배지역에 따라 1.49~1.81 mg GAE/g이었고, Kim 등(2012)에서 Opuntia humifusa 선인장의 총 폴리페놀 함량은 6.64 mg GAE/g으로 보고된 바 있다. 또한 Opuntia ficus-indica 선인장의 경우 줄기에서 1.86 mg/g, 열매에서 4.9 mg/g, 씨앗에서 1.47 mg/g의 총 폴리페놀 함량을 밝혔다(Lee 등, 1997). Jeong 등(2016)은 Opuntia ficus-indica var. saboten 선인장 줄기 추출물이 재배지역에 따라 0.55~0.65 mg CE/g으로 보고하였고, Opuntia ficus-indica 선인장의 경우 줄기에서 1.29 mg/g, 열매에서 1.59 mg/g, 씨앗에서 0.24 mg/g의 총 플라보노이드 함량을 밝혔다(Lee 등, 1997). 이를 통해 Opuntia 속 선인장의 총 폴리페놀과 총 플라보노이드 함량의 차이가 일정 수준 있는 것으로 보이며, 선인장의 품종, 재배 환경, 수확시기, 추출 용매 등에 따라 함량차이가 나는 것으로 생각된다.

Fig 1. (A) Total polyphenol and (B) flavonoid contents of Opuntia monacantha Haw.. Statistical analyses were performed by Student’s t-test using SPSS. Values are the mean±SD of three replication (n=3). ^*P<0.05, ^***P<0.001.

α-Glucosidase 저해 활성 측정

Opuntia monacantha Haw. 선인장 줄기와 열매 추출물의 α-glucosidase 저해 효과를 평가한 결과는 Fig. 2A와 같이 처리 농도(0.25~1.00 mg/mL)에 따라 의존적으로 저해 효과가 높아졌으며 각각 27.58~32.93 및 20.74~47.34% 저해하는 것으로 나타났다. 양성대조구인 acarbose는 1 mg/mL 농도에서 83%의 저해 효과를 나타냈다. α-Glucosidase는 소화와 흡수작용에 관여하며 α-glucosidase 저해제는 포도당의 흡수를 지연시켜 식후 혈당 농도를 조절하는 혈당 강하제 역할을 한다(Park 등, 2013; Lee 등, 2014). Lee 등(2014)에 따르면 1 mg/mL의 Opuntia humifusa 선인장 75% 에탄올 추출물이 23%의 α-glucosidase 저해 효과를 보였으며, Park 등(2013)은 Opuntia humifusa 선인장과 달리 Opuntia ficus-indica 선인장 추출물은 α-glucosidase 저해능이 없다고 밝혔다. 또한 Lee 등(2016)은 1 mg/mL의 Opuntia ficus-indica var. saboten 선인장 추출물이 재배지역에 따라 30~46% 저해 효과를 보였다고 밝혔다. 같은 Opuntia속 선인장들과 비교했을 때 Opuntia monacantha Haw. 선인장 줄기와 열매 추출물의 활성은 유사한 것으로 생각된다.

Fig 2. Inhibitory activity of (A) α-glucosidase, (B) acetylcholinesterase, (C) elastase, (D) tyrosinase from Opuntia monacantha Haw.. Statistical analyses were performed by Duncan’s multiple range test after one-way ANOVA and using SPSS software. Different letters (a-e) above the bars indicate a significant difference (P<0.05).

Acetylcholinesterase(AChE) 저해 활성 측정

Opuntia monacantha Haw. 선인장 줄기와 열매 추출물의 AChE 저해 효과를 평가한 결과는 Fig. 2B와 같이 처리 농도(0.25~1.00 mg/mL)에 따라 의존적으로 저해 효과가 높아졌으며 각각 10.00~42.56 및 22.76~54.15% 범위의 저해 효과를 나타냈다. 양성대조구인 barberine은 1 mg/mL 농도에서 81%의 저해 효과를 보였다. AChE는 학습과 기억을 담당하는 아세틸콜린을 저해하기 때문에 위 저해제 개발은 알츠하이머형 치매 환자를 위한 연구로써 시행되고 있다(Jeong 등, 2017). Choi 등(2002)에 의하면 2.5 mg/mL의 오가피 추출물이 14%의 AChE 저해율을 보였으며 천궁 추출물 2.5 mg/mL의 경우 41%의 저해율을 보였다. Jeong 등(2017)은 2.5 mg/mL의 Opuntia ficus-indica var. saboten 선인장에서 약 42%의 AChE 저해율을 확인하였다. 흔히 쓰이는 한약재와 Opuntia속 선인장의 AChE 저해율을 비교했을 때 Opuntia monacantha Haw. 선인장은 항 알츠하이머 효과가 있음을 확인할 수 있었다.

Elastase 저해 활성 측정

Opuntia monacantha Haw. 선인장 줄기와 열매 추출물의 elastase 저해 효과를 평가한 결과는 Fig. 2C와 같이 처리 농도(0.25~1.00 mg/mL)에 따라 의존적으로 저해 효과가 높아졌으며 각각 25.06~45.55 및 34.71~58.53% 범위의 저해 효과를 나타냈다. 양성대조구인 L-ascorbic acid는 1 mg/mL 농도에서 87%의 저해율을 보였다.

Kim 등(2018b)은 1 mg/mL의 괭이밥 추출물이 41% 저해 효과가 있음을 보고하였고, Kim 등(2013)은 1 mg/mL의 녹두 추출물이 29%, 감초 추출물은 55%의 저해율을 보였다고 밝혔다. 이와 비교했을 때 Opuntia monacantha Haw. 선인장은 elastase를 효과적으로 저해하여 피부 항노화 소재로서 가능할 것으로 판단된다. Opuntia속 선인장에 대한 elastase 저해 효과에 관한 연구 보고는 매우 부족한 실정으로 추후 elastase 저해 효과를 나타내는 기능 성분에 대한 분석과 동정 연구 등이 필요할 것으로 보인다.

Tyrosinase 저해 활성 측정

Opuntia monacantha Haw. 선인장 줄기와 열매 추출물의 tyrosinase 저해 효과를 평가한 결과는 Fig. 2D와 같이 처리 농도(0.25~1.00 mg/mL)에 따라 의존적으로 저해 효과가 높아졌으며 각각 24.11~40.74 및 37.94~48.91% 범위의 저해 효과를 나타냈다. 양성대조구인 kojic acid는 1 mg/mL 농도에서 85%의 저해율을 보였다.

Park 등(2013)은 Opuntia ficus-indica 선인장의 경우 0.1 mg/mL에서 약 30%의 저해력을 보였고, Opuntia humifusa 선인장의 경우 0.1 mg/mL에서 10% 미만의 저해율을 보였음을 밝혔다. 또한 Opuntia humifusa 선인장을 다당류만 모이도록 분획하였을 때 저해율이 40%까지 높아졌다고 밝혔다. 본 시료도 최적 추출 조건을 선정하거나 용매 분획 등의 단순 정제과정을 거치면 더 높은 tyrosinase 저해력을 보일 것으로 추정된다. Tyrosinase 저해 효과의 평가는 피부미백 개발에 있어서 유용한 평가 방법으로 활용되고 있어(Kim 등, 2019) 향후 추가적인 연구를 통해 Opuntia monacantha Haw. 선인장을 활용한 미백 기능성 소재화 연구가 필요할 것으로 생각된다.

상관관계 분석

Opuntia monacantha Haw. 선인장 줄기의 생리활성 물질과 생리활성 간의 상관관계 분석 결과는 Table 2와 같다. α-Glucosidase 저해 활성은 총 플라보노이드 및 카로티노이드(α-carotene, β-carotene, lutein)와 양의 상관관계가 있으나 유의하지 않았다. Elastase 저해 활성의 경우 β-carotene과 lutein에서 각각 0.999, 0.997로 유의적인(P<0.05) 양의 상관관계를 보였고, tyrosinase 저해 활성의 경우 β-carotene과 lutein에서 각각 0.999, 0.998로 유의한(P<0.05) 음의 상관관계를 보였다. 선인장 열매의 상관관계 분석 결과를 Table 3에 제시하였으며 α-glucosidase 저해 활성은 클로로필 a와 0.999로 유의한(P<0.05) 양의 상관관계를 보였다. 줄기 추출물과 유사하게 AChE 저해 활성은 클로로필 a에서 양의 상관관계를, elastase 저해 활성은 β-carotene과 lutein에서 양의 상관관계를 보였다. 카로티노이드의 경우 줄기와 열매 추출물의 함량 차이가 높기 때문에 α-glucosidase와의 상관관계가 반대 양상으로 분석된 것으로 보이며, 각각의 효소마다 저해 메커니즘에 작용 및 결합하는 물질 구조가 다르기 때문에 이와 같은 상관관계 분석이 나온 것으로 생각된다

Table 2 . Correlation analysis of TPC, TFC, carotenoid, chlorophyll, and enzyme inhibitory activities from stem of Opuntia monacantha Haw..

	α-Glucosidase3)	AChE3)	Elastase3)	Tyrosinase3)
TPC1)	−0.294	−0.331	−0.005	−0.009
TFC2)	0.806	−0.297	−6.00	−0.589
α-Carotene	0.862	−0.394	−0.679	−0.669
β-Carotene	0.967	−0.929	0.999*	−0.999*
Lutein	0.934	−0.964	0.997*	−0.998*
Chlorophyll a	−0.993	0.732	−0.918	0.912
Chlorophyll b	−0.951	0.583	−0.821	0.813

¹⁾TPC: total polyphenol content (mg/g FW)..

²⁾TFC: total flavonoid content (mg/g FW)..

³⁾Inhibitory activity (%) when treated with 1 mg/mL sample..

^*Significance was determined using SPSS by Pearson’s correlation coefficient at P<0.05..

Table 3 . Correlation analysis of TPC, TFC, carotenoid, chlorophyll, and enzyme inhibitory activities from fruit of Opuntia monacantha Haw..

	α-Glucosidase3)	AChE3)	Elastase3)	Tyrosinase3)
TPC1)	0.578	0.62	−0.976	0.936
TFC2)	−0.912	−0.932	0.952	−0.985
α-carotene	−0.164	−0.215	0.783	0.69
β-carotene	−0.246	−0.296	0.832	−0.748
Lutein	0.016	−0.037	0.659	−0.549
Chlorophyll a	0.999*	0.994	−0.705	0.796
Chlorophyll b	−0.644	−0.683	0.991	−0.962

¹⁾TPC: total polyphenol content..

²⁾TFC: total flavonoid content..

³⁾Inhibitory activity when treated with 1 mg/mL sample..

^*Significance was determined using SPSS by Pearson’s correlation coefficient at P<0.05.

제주 지역에서 자생하며 왕선인장, 제국백년초로 신칭되는 Opuntia monacantha Haw. 선인장이 건강기능식품 소재로서 새롭게 조명될 수 있도록 효소 저해 활성(α-glucosidase, acetylcholinesterase, elastase, tyrosinase)을 실시하였고, 기능성에 기여하는 성분으로 폴리페놀, 플라보노이드, 카로티노이드와 클로로필 함량을 분석하였다. 총 폴리페놀 함량을 분석한 결과 줄기와 열매 추출물에서 각각 8.00, 9.46 mg GAE/g FW였고 플라보노이드 함량 분석 결과 0.18, 0.27 mg CE/g FW가 있음을 확인하였다. 카로티노이드 성분 분석을 통해 줄기에는 β-carotene(299.66 μg/g DW), lutein(152.59 μg/g DW), α-carotene(87.69 μg/g DW), 열매는 β-carotene(26.35 μg/g DW)이 주성분으로 함유되어 있었으며, 줄기와 열매 추출물의 클로로필 a 함량은 각각 408.81, 22.64 μg/g였고 클로로필 b의 함량은 줄기와 열매 추출물 각각 156.97, 9.98 μg/g로 확인돼 푸른색을 띠는 줄기에서 높은 함량이 있음을 알 수 있었다. 그 밖의 미백 기능성을 확인하기 위해 tyrosinase, 주름개선 기능성을 확인하기 위해 elastase, 항당뇨 활성을 확인하기 위해 α-glucosidase, 항 알츠하이머 활성을 확인하기 위해 acetylcholinesterase 활성을 분석하였다. 이를 통해 Opuntia monacantha Haw. 선인장이 여러 생리활성 효과가 훌륭하게 나타났음을 확인하였고 건강 기능성 소재로서 높은 가치가 있을 것으로 사료된다.

본 연구는 2021년도 농촌진흥청 연구사업(과제번호: PJ01511501) 및 국립농업과학원 전문연구원 과정 지원 사업(과제번호: PJ01514402)에 의해 이루어진 것임.