<i>In Vitro</i> Antioxidant Activities and Bioactive Compound Profiles of Extracts from the Brown Alga <i>Ecklonia cava</i>

Kim, Woo Jin; Kim, Do Hyeong; Ahn, Jin Jung; Yang, Byung Wook; Woo Jin Kim; Do Hyeong Kim; Jin Jung Ahn; Byung Wook Yang

doi:10.20402/ajbc.2024.0043

Asian J Beauty Cosmetol > Volume 22(4); 2024 > Article

감태 추출물의 생리활성과 항산화 효과

Research Article

Asian J Beauty Cosmetol 2024; 22(4): 515-523.

Published online: December 16, 2024

DOI: https://doi.org/10.20402/ajbc.2024.0043

감태 추출물의 생리활성과 항산화 효과

김우진¹, 김도형², 안진정^3,^*, 양병욱^1,^*

¹세명대학교 바이오제약산업학부, 충청북도 제천시, 한국

²세명대학교 한방식품영양학과, 충청북도 제천시, 한국

³세명대학교 뷰티케어학과, 충청북도 제천시, 한국

In Vitro Antioxidant Activities and Bioactive Compound Profiles of Extracts from the Brown Alga Ecklonia cava

Woo Jin Kim¹, Do Hyeong Kim², Jin Jung Ahn^3,^*, Byung Wook Yang^1,^*

¹School of Industrial Bio-Pharmaceutical Science, Semyung University, Jecheon-si, Chungcheongbuk-do, Korea

²Department of Oriental Medical Food & Nutrition, Semyung University, Jecheon-si, Chungcheongbuk-do, Korea

³Department of Beauty Care, Semyung University, Jecheon-si, Chungcheongbuk-do, Korea

昆布提取物的生理活性和抗氧化作用

金宇辰¹, 金度亨², 安晉廷^3,^*, 梁秉旭^1,^*

¹世明大学生物医药产业学科，忠清北道堤川市，韩国

²世明大学韩方食品营养学科，忠清北道堤川市，韩国

³世明大学美容护理学科，忠清北道堤川市，韩国

^*Corresponding author: Byung Wook Yang, School of Industrial Bio-Pharmaceutical Science, Semyung University, 65 Semyungro, Jecheon-si, Chungcheongbuk-do 27136, Korea Tel.: +82 43 649 1416 Email: bwyang@semyung.ac.kr

^*Corresponding author: Jin Jung Ahn, Department of Beauty Care, Semyung University, 65 Semyung-ro, Jecheon-si, Chungcheongbuk-do 27136, Korea Tel.: +82 43 649 1637 Email: grace@semyung.ac.kr

Received June 6, 2024 Revised September 10, 2024 Accepted October 28, 2024

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요약

목적

본 연구는 기능성 원료인 감태의 항산화 및 생리활성을 분석하여 기능성 원료로서의 감태의 가능성을 밝히고 향후 연구방향을 제시하는데 목적이 있다.

방법

DPPH 및 ABTS 실험을 통해 라디칼 소거 활성을 분석하기 위해 in vitro 실험을 수행하였고, 감태 추출물의 총 폴리페놀 및 총 플라보노이드 함량을 분석하였다.

결과

DPPH와 ABTS는 라디칼 소거 활성이 증가한 것으로 나타났으며, 감태 100E는 가장 높은 항산화 효과를 나타냈다. 다음으로 감태 50E와 감태 D.W 시료는 농도 의존적으로 높은 항산화 활성을 나타냈으며, total polyphenol content 분석에서는 감태 100E에서 높은 항산화 함량을 보였으며, total flavonoid content 분석에서도 감태 100E가 높은 항산화 함량을 보였다.

결론

본 감태의 in vitro 실험을 통해 추출물의 강력한 항산화 효과 및 항산화 함량을 확인하였다. 이는 건강기능식품, 기능성화장품, 천연치료제 등 다양한 산업분야에서 중요한 역할을 할 수 있는 기능성 소재로서의 가능성을 확인하였다.

핵심용어: 감태, DPPH, ABTS, 폴리페놀, 플라보노이드

Abstract

Purpose

Ecklonia cava is an edible brown alga with documented antitumor, anti-inflammatory, and antioxidant activities. This study analyzed the free radical scavenging capacities and bioactive compound profiles of E. cava extracts to provide foundational evidence for potential uses as a functional raw material in various food, health, and beauty products.

Methods

The free radical scavenging activities of ethanol and distilled water extracts of E. cava were evaluated using 2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl (DPPH) and 2,2-azino-bis-3-ethylbenzothiazoline-6-sulphonic acid (ABTS) assays. The total phenolic content was determined quantitatively using the Folin-Ciocalteu reagent, with gallic acid as the standard. And also, the flavonoid content was determined using aluminum chloride assay, with quercetin as the standard.

Results

Extracts prepared using 100% ethanol (100 E), 50% ethanol (50 E), and distilled water (DW) all demonstrated substantial dose-dependent free radical scavenging activities, with the 100 E extract showing the highest scavenging capacity according to both DPPH and ABTS assays, followed by 50 E and DW extracts. Moreover, the 100 E extract exhibited scavenging activity roughly equivalent to the positive control ascorbic acid. The 100 E extract also possessed the highest total polyphenol and flavonoid contents.

Conclusion

Ecklonia cava holds promise as a functional material for health foods, cosmetics, and natural therapeutics.

Keywords: Eklonia cava, ABTS, DPPH, Polyphenol, Flavonoid

中文摘要

目的

分析昆布这种功能性原料的抗氧化和生理活性，揭示昆布作为功能性原料的潜力，并为未来的研究方向提出建议。

方法

通过DPPH和ABTS实验进行体外自由基清除活性分析，并对昆布提取物中总多酚和总黄酮含量进行分析。

结果

DPPH和ABTS显示出增加了自由基清除活性，并且昆布100E显示出最高的抗氧化效果。昆布50E和昆布D.W样品以浓度依赖性方式显示出高抗氧化活性，昆布100E在总多酚含量和总黄酮含量中显示出高抗氧化剂含量。

结论

通过体外实验证实了昆布提取物具有较强的抗氧化作用和抗氧化剂含量。这证实了其作为功能性原料的潜力，可以在保健功能食品、功能化妆品和自然疗法等各个工业领域发挥重要作用。

关键词: 昆布, DPPH, ABTS, 多酚, 类黄酮

Introduction

노령인구 증가와 건강한 삶에 대한 추구, ‘웰 에이징(well-aging)’ 라이프스타일의 변화는 건강기능식품, 화장품 등 여러 산업에서 ‘건강한 에이징’ 관련 산업의 발전을 가져오고 있다. ‘Well-aging’은 나이를 건강하고 긍정적으로 받아들이면서 잘 관리하는 것을 의미하며, ‘healthy aging’은 나이가 들어가면서도 건강을 유지하는 것을 강조하는 표현인데, 최근의 웰 에이징의 의미는 후자에 가까운 의미로 사용되고 있다. 이런 삶의 변화는 건강 관련 산업에 큰 발전을 가져왔고, 건강과 관련된 천연 유래 기능성 원료는 현대 식품 산업과 의약품, 화장품 개발에 중요한 역할을 하고 있다. 이러한 자연 친화적인 원료는 건강 증진, 질병 예방 및 치료에 기여할 수 있는 생리활성 물질을 함유하고 있으며, 다양한 연구를 통해 그 효능이 입증되고 있다.

건강과 웰에이징 산업에서 자연친화적 헬스케어 제품, 기능성 화장품, 식품 등에서 사용되는 원료와 재료는 합성 화합물보다 부작용이 적고 안전하다는 장점 이외에도 ‘지속가능성’의 사회적 가치와 윤리적 소비태도가 더해짐에 따라 더욱 각광을 받고 있다(Choi & Kim, 2024; Lim & Kwon, 2023).

대부분의 광합성 식물, 특히 해조류를 포함한 식물들은 빛과 높은 산소 농도의 조합에 노출되며, 이는 자유 라디칼과 기타 강력한 산화제의 형성을 초래하며, 심각한 광역학적 손상이 적다(Heo et al., 2003). 특히 해조류는 많은 유익한 특성을 가지고 있는 것으로 알려져 있지만, 화학적 가수분해에 수반되는 낮은 효율성과 높은 제조 비용, 채취의 어려움 등의 이유로 농산물과 비교해서 산업적 응용은 적게 활용되어 왔다.

‘해양생물도감’에 의하면 감태(Ecklonia cava)는 갈조류에 속하는 해조류로, 다시마목 미역과 감태 속으로 분류되고 있다. 주로 한국의 제주도와 일본, 중국 등지의 온대 해양 지역에서 자생한다. 서식지로는 주로 한국 제주도 주변의 맑은 해역에서 자생하며, 암반에 부착해 자라는 특성이 있다. 수심 1 m에서 30 m에 이르는 깊은 바다에서도 자라며, 강한 해류에도 견디는 강한 생명력을 가지고 있다. 구조적 특징으로는 굵고 튼튼한 줄기(stipe)와 넓은 잎(blade)을 가지고 있으며, 잎은 빛을 많이 받는 상부에서 넓고 얇게 자라며 그 줄기는 점차 확장되어 가는 모습으로 아래에서 위를 향해 둥근 기둥 모양으로 납작한 형태를 가지고 있으며, 옆면에는 주름이 없는 특징을 지닌다고 한다(Kang, 2013). 감태는 우리나라의 남해안과 제주도를 포함한 일본 지역에서 널리 관찰되며, 점심대(sublittoral zone)의 깊은 곳에서 서식하고 있으며, 전복과 소라 등의 먹이나 알긴산(alginic acid)의 원료로만 사용되고 잘 알려져 있지 않은 해조류이다(Wi et al., 2008, Lee et al., 2013).

본 연구는 해양 생물의 생태적, 형태적, 경제적 가치를 제고하고, 기능성 원료로서의 감태(Ecklonia cava)의 항산화와 생리활성을 분석하여, 감태의 기능성 원료가 가진 잠재력을 연구하였다. 감태가 가지고 있는 갈조류의 다당류 성분들은 방사선 보호, 항 당뇨, 항 에이즈, 피부보호, 항 알레르기 등의 기능을 가지고 있고, 항당뇨제, 항바이러스, 항응고제, 항산화제, 항염증제로도 활용되고 있다(Lee et al., 2012; Ryu et al., 2011; Wijesinghe et al., 2011; Kang et al., 2011, Sim, 2019).

감태는 영양분이 풍부하고 생리활성 물질의 함량이 높아 다양한 연구와 산업 분야에서 큰 주목을 받고 있지만, 최근 수요 증가로 감태의 생물자원은 점점 줄어들고 있는 추세이다. 우리나라에서는 해양수산부 감독하에 수산자원보호령 제9조에 따르면 5월부터 7월까지 감태의 채취 금지 기간을 설정하고 있으며, 그 기간 동안에는 해안에 떠내려온 감태만을 채집하여 사용할 수 있다(Wi et al., 2008).

본 연구에서는 감태 추출물의 기능성 화장품, 식품분야 등의 관련 산업분야에서 건강증진 또는 피부 개선의 소재로서의 가능성과 중요성을 확인하고자 각 용매별 추추물을 제조하여 항산화능 평가 및 폴리페놀 함량과 플라보노이드 함량을 연구하였다. 또한 본 연구를 통하여 향후 해양 생태계 식물에 대한 연구 및 산업적 활용에 대한 방향성을 제시하고, 산업의 활용 방안을 모색하는데 기여하고자 한다.

Methods

1. Extraction assay

국내 제주산 원물을 채취하여 세척 후 건조시킨 감태 함량 100%를 ‘조은약초(Korea)’에서 구매한 후 세절하여 사용하였다(Figure 1). 각 용매별100% ethanol, 50% ethanol, distilled water를 각각 가하여 60℃에서 2시간씩 3회 반복 추출하였다. 이후 실온에서 방냉하여 여과한 후 감압 농축시켜(Rotary Evaporator N-1300; Eyela, Japan), -70℃ 냉동고에서 냉동시킨 후 동결건조(FDU-1110; Eyela, Japan) 하여 시료로 사용하였다.

2. Statistical processing

모든 실험은 3회 측정을 통해 얻은 평균값과 편차로 나타내었으며, 데이터를 분석하는데 사용된 통계적 방법은 MS-Excel 소프트웨어 프로그램을 사용하였으며, Student’s t-test를 통해 p<0.05일 경우 실험값에 대한 통계적 유의성 있는 결과로 판단하였다.

3. In vitro

1) DPPH assay

DPPH radical을 이용한 항산화 활성 측정은 DPPH 용액을 이용하여 소거 효과를 측정하는 방법을 변형하여 측정하였으며(Blois, 1958), 또한 Im (2024)의 DPPH radical 측정방법도 참고하였다. 감태 추출물은 0.125, 0.25, 0.5, 0.75, 1 mg/mL의 농도가 되도록 용해하여 사용하였다. 0.2 mM DPPH 용액(Alfa Aesar, USA)과 농도별 감태 추출물을 1:3 농도로 취하여 혼합하고 15 min 동안 암실 처리한 후 잔존된 라디칼 농도를 Synergy HTX Multi-Mode Microplate Reader (BioTek, USA)를 이용하여 517 nm에서 측정하였다. 시료 환원력의 크기는 라디칼 소거 활성(radical scavenging)으로 표시하며, 대표적인 항산화 물질인 L-ascorbic acid (Sigma-Aldrich, USA)를 대조군으로 비교하였다. 시료 첨가구와 무첨가구의 흡광도를 측정하여 환원된 백분율로 표시하였다.

DPPH radical scavenging activity (%)=(Abs_blank-Abs_sample)/(Abs_blank)×100

2) ABTS assay

ABTS 용액과 potassium persulfate (Sigma-Aldrich)를 혼합하여 일정시간 암실에 보관하면 ABTS 라디칼이 생성되는데 이 라디칼이 추출물의 항산화 물질과 반응하여 양이온이 소거됨으로써 특유의 청록색이 탈색된다. ABTS 라디칼 소거능은 2,2'-azino-bis(3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid) (ABTS)라는 화합물이 강한 산화작용 할 때 파란색 또는 녹색의 색의 강도를 흡광도 측정하여, 흡광도 감소 정도로 항산화 활성 능력을 평가하는 방법이다. 증류수에 7 mM ABTS (Tokyo Chemical Industr, Japan)와 2.45 mM potassium persulfate (Sigma-Aldrich)을 넣고 상온에서 암실에서 16 h 동안 반응시켜 ABTS 양이온을 생성시킨 후 734 nm에서 흡광도 값을 0.8 이하로 희석하여 시험 용액을 조제하였다. 그 후 ABTS 용액 900 μL 감태 추출물을 0.125, 0.25, 0.5, 0.75, 1 mg/mL의 농도별로 100 μL씩 첨가하고 6 min 후 Synergy HTX Multi-Mode Microplate Reader (BioTek, USA)를 이용하여 흡광도를 측정하였다. ABTS radical 소거 활성 능력은 항산화 물질로 잘 알려진 L-ascorbic acid (Sigma-Aldrich)를 대조군으로 설정하여 비교하였다.

ABTS radical scavenging activity (%)=(Abs_blank-Abs_sample)/(Abs_blank)×100

3) 총 polyphenol 함량 측정

폴리페놀의 함량은 Folin & Ciocalteau’s phenol reagent (Sigma-Aldrich)을 사용하여 측정하였다(Lee et al., 2011). 메탄올에 녹인 1 mg/mL의 검색 시료 100 μL와 Folin & Ciocalteau’s phenol reagent 50 μL를 혼합하여 5 min간 반응시켰다. 20% (w/v) sodium carbonate (Sigma-Aldrich) 300 μL를 혼합하여 15 min 후에 증류수 1 mL를 첨가한 다음 725 nm에서 흡광도를 측정하였다. 총 폴리페놀 함량은 gallic acid (Sigma-Aldrich)를 이용하여 작성한 표준검량선으로 계산하였다.

4) 총 flavonoid 함량 측정

총 플라보노이드 함량 측정은 Kim et al. (2021)의 방법을 일부 수정하여 측정하였다. 시료 원액 100 μL와 5% sodium nitrite (Daejung, Korea) 30 μL, 증류수 200 μL를 진탕한 후 5 min간 실온에서 반응시키고 10% aluminum chloride (Samchun, Korea) 30 μL를 대체해 혼합하여 6 min간 실온에서 반응시킨 뒤 1 M sodium hydroxide (Duksan, Korea) 200 μL와 증류수 240 μL를 혼합하여 Synergy HTX Multi-Mode Microplate Reader (BioTek, USA)를 이용해 420 nm에서 흡광도를 측정하였으며 퀘르세틴(quercetin, Sigma-Aldrich)을 이용하여 표준곡선으로부터 총 플라보노이드 함량을 산출하였다.

Results and Discussion

1. Extraction results by solvent

제주산 감태 100%를 기준으로 각 용매 별 100% ethanol, 50% ethanol, distilled water를 60℃에서 2시간씩 3회 반복 추출한 후, 실온에서 방냉하여 여과한 후 감압 농축시켜 -70℃ 냉동고에서 냉동시킨 후 동결건조 하여 시료로 사용하였다(Figure 2).

감태 분말 10 g를 기준으로 3회 반복하여 얻은 추출 수율은 Ecklonia cava distilled water (E. cava D.W.) (25.39%)에서 가장 높았고, Ecklonia cava 50% ethanol 추출물(E. cava 50E) (23.57%), Ecklonia cava 100% ethanol 추출물(E. cava 100E) (6.23%) 순이었다(Table 1).

2. DPPH radical scavenging activity

감태 추출물의 항산화 활성을 위해 1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl (DPPH) 라디칼 소거 능력을 측정하였으며, positive control로 항산화 기준 물질 L-ascorbic acid (A.A; Sigma-Aldrich)를 사용하였다. E. cava 100 E에서 0.125 mg/mL에서 약 30%, 0.25 mg/mL에서 40%, 0.5 mg/mL에서 60%, 0.75 mg/mL에서 65%, 1 mg/mL에서 70%의 활성이 나타났다. E. cava 50 E에서 0.125 mg/mL에서 약 20%, 0.25 mg/mL에서 30%, 0.5 mg/mL에서 50%, 0.75 mg/mL에서 60%, 1 mg/mL에서 65%의 활성이 나타났다. E. cava D.W.에서는 0.125 mg/mL에서 약 20%, 0.25 mg/mL에서 30%, 0.5 mg/mL에서 50%, 0.75 mg/mL에서 55%, 1 mg/mL에서 60%의 활성이 나타났다. DPPH 실험결과, 각 용매 별 모든 시료에서 라디칼 소거 활성이 증가하여 E. cava 100% 에탄올 추출물, E. cava 50E, E. cava D.W. 순으로 높은 항산화 활성을 보였으며, 모든 시료가 농도 의존적으로 항산화 활성이 증가함을 확인하였다(Figure 3). 이는 앞서 Heo et al. (2003) 연구에서 감태 효소 추출물 4 mg/mL의 농도에서 약 73%의 소거 활성을 보인 결과와 유사하였다. 또한 Yoo et al. (2015) 연구에서 감태의 50% 에탄올 추출 분획물에서 강력한 항산화제인 A.A. 보다 낮은 수치지만 높은 항상화 효과를 나타낸 결과와 일치하였다.

3. ABTS radical scavenging activity

ABTS 항산화 실험 결과, 양성대조군 A.A. 라디칼 소거활성은 통계적 유의성은 p<0.001으로 약 90%의 활성을 나타냈다. 대조군과 비교하여 감태 추출물 E. cava 100 E 1 mg/mL에서 통계적 유의수준(p<0.001)으로, 약 90%의 항산화 효과를 보였다. E. cava 50 E (mg/mL) 1 mg/mL에서 통계적 유의성(p<0.001) 약 85% 활성효과를 나타났으며, E. cava D.W.는 E. cava 100 보다는 낮은 항산화 수치지만, 1 mg/mL기준 약 65%에 가까운 항산화 효과와 통계적 유의미함(p<0.001)을 확인하였다. 용매 별 항산화 효과는 E. cava 100 E, E. cava 50 E, E. cava D.W 순이었으며, 모든 시료에서 농도의존적으로 ABTS 라디칼 소거 활성이 증가함을 확인하였다(Figure 4). 특히 100 E에서 양성대조군인 L-ascorbic acid (A.A)와 거의 같은 수준의 강력한 항산화 효과가 있음을 확인하였다.

이 결과는 Son et al. (2016) 연구에서 trolox를 대조물질로 20종의 해조류 추출물 ABTS radical 소거능을 비교한 연구에서 검둥감태와 감태 추출물의 IC₅₀ 값(항산화제 라디칼을 50% 소거하는데 필요한 농도)이 각각 0.07±0.00 mg/mL, 0.08±0.00 mg/mL로 대조물질인 trolox (IC₅₀ 0.12 mg/mL)보다 높은 ABTS radical 소거 활성을 보인 연구결과와 같은 맥락으로 이해된다.

4. Total polyphenol content

폴리페놀은 다수의 페놀 구조를 가진 화합물의 집합체로 자유 라디칼을 중화시켜 강력한 항산화 물질로 세포 손상을 방지하는 데 중요한 역할을 한다. 감태 시료의 폴리페놀 분석 결과, E. cava 100E (78.278mg GAE/g)에서 가장 높은 함량을 보였으며, 다음으로 E. cava 50E (61.92mg GAE/g), E. cava D.W (57.99mg GAE/g) 순으로 나타났다(Figure 5). Yu & Han (2018)의 논문에서 감태 첨가군의 총 페놀 함량은 76.07-93.30 mg/GAE g의 범위로 추정되었던 연구 결과와 일치하였다.

5. Total flavonoid content

플라보노이드는 항산화 작용 외에도 항염증 작용에 중요한 역할을 하는 지표 물질이며 세포의 산화적 스트레스를 줄이고 암세포의 성장을 억제하는 중요한 생리활성물질로 알려져 있다.

감태 시료의 총 플라보노이드 분석 결과는 E. cava 100 E (11.98mg QE/g)에서 가장 높은 함량을 보였으며, E. cava 50 E (8.79mg QE/g), E. cava D.W (7.65mg QE/g) 순으로 나타났다(Figure 6).

Lee et al. (2023) 연구에서 감태와 용암 해수를 이용한 교반 추출물에서 total flavonoids content (mg QE/g)가 343.76±2.40로 조사되었다. 본 연구 E. cava 100 E와 Lee et al. (2023)의 수율은 각각 25.39±1.75와 35.83±1.74이며, total flavonoids content 함량은 Lee et al. (2023)의 결과에서 해수의 경도에 따라 근소한 차이가 있지만 함량 가능 범위가 373.90±2.40, 본 연구 E. cava 100 E에서는 11.98 mg QE로 나타났다. 이러한 결과의 차이는 플라보노이드 함량에 사용된 증류수와 해수 사용의 차이로 생각되며, 특히 해수에 포함된 NaCl 및 미네랄 성분이 감태 추출 반응에 있어서 촉매 역할을 하여 물 추출물보다 용암 해수를 이용한 감태 추출물의 플라보노이드 함량이 높아질 수 있음을 의미한다.

Conclusion

본 연구에서는 감태(Ecklonia cava)의 항산화 활성과 생리활성 효과를 위해 각 용매 별 추출물의 DPPH와 ABTS를 실시하고 polyphenol과 flavonoid 함량을 분석하였다.

실험결과, 모든 추출물에서 DPPH와 ABTS 모두 라디칼 소거 활성이 증가하였으며 그 중에서 E.cave 100 E에서 가장 높은 항산화 효과가 나타났다. 그 다음으로 E. cava 50 E, E. cava D.W 시료의 순으로 높은 항산화 활성을 보였으며, 감태의 모든 추출물이 농도 의존적으로 항산화 활성이 증가함을 확인하였다. 총 폴리페놀 함량과 총 플라보노이드 함량은 항산화 연구에서 매우 중요한 지표로 항염, 항암, 항바이러스, 항균 등의 다양한 생리활성을 가지고 있다. 폴리페놀과 플라보노이드 두 가지 모두 식물에서 발견되는 중요한 화합물로써 플라보노이드는 폴리페놀의 하위 그룹으로 자연에서 유래한 천연 식물 화합물이라고 볼 수 있다.

감태 추출물의 폴리페놀 분석 결과, E. cava 100 E (78.278mg GAE/g)에서 가장 높은 함량을 보였으며, 그 다음으로 E. cava 50 E (61.92mg GAE/g), E. cava D.W. (57.99 mg GAE/g) 순으로 나타났다. 총 플라보노이드 분석 결과는 E. cava 100 E (11.98mg QE/g)에서 가장 높은 함량을 보였으며, 그 다음으로 E. cava 50 E (8.79mg QE/g), E. cava D.W. (7.65 mg QE/g) 순으로 나타났다. 연구결과, 총 폴리페놀과 총 플라보노이드 함량에서 모두 E. cava 100E 추출물에서 가장 높은 항산화 효과를 보였고, 감태 추출물은 E. cava 100E에서 강력한 생리활성을 보인다는 것을 알 수 있었다. 감태 추출물에서 총 폴리페놀과 플라보노이드는 유사한 패턴으로 항산화 효과를 보이고 있어 폴리페놀과 플라보노이드 함량이 밀접한 관련이 있는 것으로 판단된다.

본 연구는 감태추출물이 강력한 항산화 물질임을 확인하였으나 세포수준에서의 항산화 활성 검증을 하지 못한 점이 한계점으로 판단된다. 향후 후속 연구에서 고성능 액체 크로마토그래피(HPLC), 질량분석(mass spectrometry)를 통해 각 지표 물질의 성분을 분석하고 주요 성분의 기여도 평가, 세포 수준의 항산화 활성을 연구하고자 한다.

본 연구를 통해 해양 생물인 감태가 높은 생리활성을 기대할 수 있는 항산화 효과를 확인하였으며, 건강 기능성 식품, 기능성 화장품, 천연 치료제 등 여러 산업분야에서 중요한 역할을 할 수 있는 기능성 소재로서의 가능성을 제시하였다.

Acknowledgements

This research was conducted with support from the Korea Institute for Advancement of Technology (KIAT)-Next Generation Natural Products Tissue Culture Cell Line Bank Construction Project (P0018148) funded by the government (Ministry of Trade, Industry and Energy) in 2024.

NOTES

Author's contribution

BWY and AJJ designed this study together. WJK and DHK performed experiments, analyzed data, created figures and AJJ and WJK wrote the manuscript. All authors read and confirmed together the definitive version of manuscript.

Author details

Woo Jin Kim (Student), School of Industrial Bio-Pharmaceutical Science, Semyung University, Jecheon-si, Chungcheongbuk-do 27136, Korea; Do Hyeong Kim (Ph.D. Student), School of Industrial Bio-Pharmaceutical Science, Semyung University, Jecheon-si, Chungcheongbuk-do 27136, Korea; Jin Jung Ahn (Professor), Department of Beauty Care, Semyung University, Jecheon-si, Chungcheongbuk-do 27136, Korea; Byung Wook Yang (Professor), School of Industrial Bio-Pharmaceutical Science, Semyung University, Jecheon-si, Chungcheongbuk-do 27136, Korea.

Figure 1.

Preperation of Ecklonia cava.

The raw material of Ecklonia cava was dried (A), powdered (B) homogeneously, and used as a sample.

Figure 2.

Extraction process from Ecklonia cava.

200 mL of 100% EtOH, 50% EtOH, and distilled water were added to 10 g of powdered Ecklonia cava, and extraction was performed three times for 2 h each. Each sample was concentrated under reduced pressure at a temperature of 60℃ or lower and freeze-dried to produce an Ecklonia cava extract and used as a sample.

Figure 3.

Dose-dependent DPPH radical scavenging activities of Ecklonia cava extracts.

Ecklonia cava extracts prepared in 100% ethanol (100 E), 50% ethanol (50 E), and distilled water (DW) were compared for radical scavenging using the DPPH assay. The 100 E extract demonstrated the highest activity at all doses and DW extract the lowest. L-ascorbic acid (AA, 1 mg/mL) was used as a positive control and demonstrated approximately 80% radical scavenging activity, while Ecklonia cava 100 E extract exhibited over 70% activity, and both 50 E and DW extracts about 60% at the highest doses tested. Results are presented as the mean±S.D. of three independent measurements. ^**p<0.01 and ^***p<0.001 vs. untreated controls by Student’s t-test.

Figure 4.

Dose-dependent ABTS radical scavenging activities of Ecklonia cava extracts.

ABTS radical scavenging activity reached its peak at approximately 95% for both the positive control L-ascorbic acid (AA, 1 mg/mL) and 100 E. Free radical scavenging capacity was highest for E 100 extract, followed by E 50 and DW extracts, consistent with DPPH assays. Results are presented as mean±S.D. of three independent measurements. ^**p<0.01 and ^***p<0.001 versus untreated controls by Student’s t-test.

Figure 5.

Total polyphenol contents of Ecklonia cava extracts.

The polyphenol content was highest in 100 E extract, followed by 50 E and D.W extracts, consistent with the free radical scavenging capacities. Results are presented as mean±S.D. of three independent measurements. ^***p<0.001 versus the corresponding cell-free extraction solution by Student’s t-test.

Figure 6.

Total flavonoid contents of Ecklonia cava extracts.

Among the Ecklonia cava extracts, 100 E exhibited the highest flavonoid content, followed by 50 E and DW. Results are presented as the mean±S.D. of three independent measurements. ^**p<0.01 and ^***p<0.001 versus the corresponding cell-free extract solution by Student’s t-test.

Table 1.

Extraction yields from Ecklonia cava using the indicated solvent ratios of ethanol (E) and distilled water (DW)

Extraction yield (w/w%)	100% E	50% E	100% DW
Extraction yield (w/w%)	6.23±0.72	23.57±1.80	25.39±1.75

*All results are mean±S.D of triplicates determinations.

**Extraction yield (w/w%; weight/weight percent) is expressed as 100× g of solid in extract/g of raw materials (dry weight) used in extract preparation.

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