The Korean Society For Biotechnology And Bioengineering

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Korean Society for Biotechnology and Bioengineering Journal - Vol. 35 , No. 2

[ Research Paper ]
Korean Society for Biotechnology and Bioengineering Journal - Vol. 35, No. 2, pp.135-142
Abbreviation: KSBB J
ISSN: 1225-7117 (Print) 2288-8268 (Online)
Print publication date 30 Jun 2020
Received 20 Mar 2020 Revised 03 Apr 2020 Accepted 08 Apr 2020
DOI: https://doi.org/10.7841/ksbbj.2020.35.2.135

천연 해조류 추출물의 Lipase, Urease, Lipoxygenase 저해와 DPPH 라디칼소거 활성 및 고등어 (Scomber japonicas)의 저장성에 미치는 영향
정소미1 ; 류시형2 ; 이지은2 ; 강우신2 ; 쉬시아오통2 ; 안동현2, *
1부경대학교 수산과학연구소
2부경대학교 식품공학과/식품연구소

Effects of Seaweed Extracts on Lipase, Urease, and Lipoxygenase Inhibition, DPPH Radical Scavenging Activity and Shelf-Life of Scomber japonius during Storage
So-Mi Jeong1 ; Si-Hyeong Ryu2 ; Ji-Eun Lee2 ; Woo-Sin Kang2 ; Xiaotong Xu2 ; Dong-Hyun Ahn2, *
1Institute of Fisheries Sciences, Pukyong National University, Busan 46041, Korea
2Department of Food Science & Technology, Institute of Food Science, Pukyong National University, Busan 48513, Korea
Correspondence to : *Department of Food Science & Technology, Institute of Food Science, Pukyong National University, Busan 48513, Korea Tel: +82-51-629-5831, Fax: +82-51-629-5824 E-mail: dhahn@pknu.ac.kr


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Abstract

This study analyzed the effect of enzyme activity inhibition and antioxidant activity of seaweed extracts for lipase, lipoxygenase and urease which are known to be main enzymes inducing fishy smell. In addition, in mackerel registered storage, the fishy smell suppression efficacy of Ishige sinicola ethanol extract, which was found to have the enzyme activity suppression effect, was examined through the measurements of TMA, pH, and viable cell count. Sargassum muticum and Sargassum patens root and stem ethanol extracts showed about 94% DPPH radical scavenging activity in 1 mg/mL. In addition, Myagropsis myagroides and Sargassum muticum ethanol extracts had 48.11% and 53.94% lipase inhibition activity, respectively, in 5 mg/mL. Ishige sinicola and Sargassum patens root and stem ethanol extracts had high 54.99% and 58.58% lipoxygenase inhibition activity, respectively, in 5 mg/mL. Urease inhibition activity was the highest in brown algae. Ishige sinicola ethanol extract had 54.99% inhibition activity, and Sargassum patens root and stem ethanol extracts 58.58%. Mackerel meat was soaked with Ishige sinicola ethanol extract (10 mg/mL), and then its TMA content was measured for the 13 storage days. On the 13th day, a control group’s TMA area was 10285773, and that of Ishige sinicola extract group was 23357 which was about 440 times lower than the area of the control group. As a result, this study verified that natural seaweed extracts had antioxidant activity and suppressed the main enzymes triggering fishy smell, and had the possibility of being developed as a natural enzyme inhibitor and antioxidant.


Keywords: seaweed, lipase, lipoxygenase, urease, DPPH radical scavenging

1. INTRODUCTION

어류는 셀레늄과 같은 무기질, taurine과 betaine 등과 같은 질소 화합물 및 비타민이 풍부하고 DHA (docosahexanoic acid)와 EPA (eicosa pentaenoic acid) 등의 고도 불포화지방산 (PUFA) 조성이 우수한 주요 영양원으로써 그 수요가 증가하고 있다 [1]. 하지만 어류는 어획 이후 선도 저하에 의해 비린내가 유발되어 직접 섭취 및 가공식품으로의 개발 등 어류의 소비에 있어 큰 제한 요인이 되고 있다.

어류의 선도 저하는 크게 자가 효소와 미생물 및 산화에 의해 발생되며, 선도 저하에 따른 비린내 원인 물질은 TMA (trimethylamine), formaldehyde, hydrogen sulphide, methyl mercaptan, 암모니아 및 휘발성 염기태 질소 등이 있다 [2-4]. 특히 어류의 지질은 불포화지방산의 함량이 높아 산화 반응에 의해 쉽게 분해되어 비린내 원인 물질을 생성한다. 또한 lipase와 같은 가수분해 효소에 의해 어류의 지질 중 triacylglycerol이 유리지방산과 glycerol로 분해됨으로서 비린내를 발생시킨다 [5,6]. 어류의 껍질과 아가미에 다량 함유되어 있는 lipoxygenase는 cis, cis-1,4-pentadiene 구조를 갖는 불포화지방산에 관여하여 hydroperoxide의 생성을 촉진하며, hydroperoxides는 탄소-탄소 결합이 끊어져 hexanal, 4-heptanal 및 2,4-heptadienal의 전구체로 작용하게 된다 [6,7]. 가오리와 홍어 등과 같은 연골 어류에는 근육 중에 요소를 다량 함유하고 있는데, 미생물이 분비하는 urease에 의해 요소가 분해 되어 암모니아를 생성하게 되며, 사후 근육내의 urease가 pH를 상승시켜 알칼리로 변하면서 휘발성이 증가하여 냄새가 강하게 나게 된다 [6,8]. 따라서, 어패류의 비린내 원인 물질을 제어하기 위해서는 비린내 발생에 중요한 역할을 하는 효소 활성 억제와 산화 억제가 중요하다.

현재까지 알려진 어류의 비린내를 억제하기 위한 연구로는 유자액, 커피박, 양파, 생강즙, 초피, 감잎, 곽향, 로즈마리 및 세이지 추출물 등 여러 가지 천연물을 첨가하여 그 물질의 항산화 작용으로 비린내를 저감화 하는 방법이 주를 이루고 있으며 [9-12], 비린내 발생기작에서 중요하게 작용하는 효소의 활성을 저해하는 연구는 부족한 실정이다.

해조류는 다양한 비타민, 미네랄 및 다당류를 풍부하게 함유하고 있고, 특정 성분에서는 항염, 항암, 항균, 항산화, 항바이러스를 비롯하여 심근경색, 동맥경화, 협심증, 고혈압 및 뇌졸증 등의 성인병 예방에 효과적이라는 보고를 통해 해 조류를 이용한 많은 연구가 진행되고 있다 [13-16]. 또한 효소 저해제로서는 감태 에탄올 추출물과 지충이 에탄올 추출물의 lipase 저해 활성이 보고된 바 있으며 [17,18], 감태 효소 가수분해물의 처리 농도에 따른 간고등어에 대한 항산화 효과와 biogenic amine 함량에 대한 연구가 진행된 바 있다 [19]. 그 밖에 큰잎모자반, 꽈배기모자반 및 경단구슬모자반 등과 같이 모자반류에 속하는 해조류들을 위주로 하여 항산화 효과를 비롯한 다양한 생리활성이 보고되고 있다 [20-22]

이에 본 연구에서는 어류의 비린내를 유발하는 주요 효소로 알려진 lipase, lipoxygenase 및 urease에 대한 천연 해조류 추출물의 효소 활성 저해 및 항산화 활성 효과를 확인하였다. 또한 효소 활성 억제 효과가 확인된 넓패 에탄올 추출물의 고등어 냉장 저장 중 비린내 억제 효능을 검증하였다.


2. MATERIALS AND METHODS
2.1. 재료 및 시약

본 실험에 사용한 해조류는 홍조류 중 가락진두발 (Chondrus nipponicus Yendo), 대롱진두발 (Chondrus canaliculatus), 진두발 (Chondrus ocellatus Holmes), 서실 (Chondria crassicaulis Harvey), 몽우리서실 (Laurencia obtuse), 부챗살 (Ahnfeltiopsis flabelliformis), 참도박 (Grateloupia elliptica), 참까막살 (Carpopeltis affinis) 및 잎꼬시래기 (Gracilaria textorii)와 갈조류 중 외톨개모자반 (Myagropsis myagroides), 경단구슬모자반 (Sargassum muticum), 넓패 (Ishige sinicola) 및 쌍발이모자반 (Sargassum patens)의 뿌리와 줄기, 그리고 해양성 수생식물 중 잘피 (Zostera marina)이며, 2014년과 2016년에 부산 인근 해안에서 채집하여 실험 재료로 사용하였다. 채집한 각 해조류는 담수에 여러 번 수세하여 이물질을 제거하였고, 자연 건조와 동결 건조 후 분쇄하여 −20oC에서 보관하며 실험에 사용하였다. 실험에 사용한 시료는 각 해조류 분말에 95% 에탄올을 시료 중량의 10배를 가하여 실온에서 24시간 동안 교반하여 추출하였다. 추출 용액은 3000 rpm에서 10 분간 원심분리하여 상층액과 침전물을 분리하였고, 동일한 방법으로 3회 반복 추출하였다. 얻어진 여액은 여과 (Whatman No. 5) 및 감압 농축 (Rotary vaccum evaporatory)한 후 −20oC에서 보관하며 실험에 사용하였다.

2.2. DPPH 라디칼 소거 활성 측정

각 해조류 추출 시료의 항산화 활성을 확인하는 방법으로 DPPH 라디칼 소거 활성을 측정하였다 [23]. DPPH radical 소거 활성은 각 해조류 추출 시료 0.5 mL에 0.2 mM DPPH 용액 0.5 mL를 넣고 진탕하여 실온에서 30 분간 방치시킨 후 517 nm에서 흡광도를 측정하였다. DPPH 라디칼 소거활성은 다음의 식에 의해 산출되었다.

DPPH radical scavenging activity (%) = (1 − absorbancesample / absorbancecontrol) × 100

2.3. Lipase 저해 활성 측정

각 해조류 추출 시료의 lipase 저해 활성은 p-nitrophenyl butyrate (p-NPB)를 기질로 이용한 Vorderwülbecke and Erdmann (1992)의 방법에 따라 측정하였다 [24]. 실험에 사용한 lipase 효소 용액은lipase (from porcine pancreas, type II; Sigma-Aldrich, St. Louis, USA) 9 mg에 10 mM MOPS buffer (1 mM EDTA, pH 6.8)를 혼합하여 제조하였다. 각 해조류 추출 시료 100 μL와 0.1 mM tris-buffer (5 mM CaCl2, pH 7) 850 μL 및 lipase 효소 용액 30 μL 넣은 다음, 37oC에서 15 분 간 반응시켰다. 이 후 기질로써 10 mM p-NPB를 20 μL 넣고 37oC에서 15분간 반응시켰다. 반응 후 얼음물에 2 분간 방치하고, 400 nm에서 흡광도를 측정하였다. 각 해조류 추출 시료에 대한 Lipase 저해 활성은 다음 식에 의해 산출하였다.

Lipase inhibition (%) =(1 − absorbancesample / absorbancecontrol)×100

2.4. Lipoxygenase 저해 활성 측정

각 해조류 추출 시료의 lipoxygenase 저해 활성은 Ha 등의 방법을 참고하여 측정하였다 [25]. 0.1 M sodium borate buffer (pH 9) 2.95 mL와 lipoxygenase (from soybean; Sigma-Aldrich, St. Louis, USA) 효소 용액 10 μL 및 각 해조류 추출 시료 5 μL를 넣고 25oC에서 10분간 반응시켰다. 이 후 기질로써 3 mM linoleic acid를 15 μL 첨가하여 잘 혼합해 준 뒤, 234 nm에서 5분동안 흡광도를 측정하였다. Lipoxygenase 저해 활성은 다음의 식에 의해 산출되었다.

Lipoxygenase inhibition (%) = (1 − absorbancesample / absorbancecontrol) × 100

2.5. Urease 저해 활성 측정

각 해조류 추출 시료의 urease 저해 활성을 측정하였다. Urease (form Jack bean; Sigma-Aldrich, St. Louis, USA) 효소 용액은 0.01 M K2HPO4·3H2O buffer (1 mM EDTA, 0.01 M LiCl, pH 8.2)를 사용하여 1 unit/ml의 농도로 제조하여 사용하였다. 96-well plate에 urease 효소 용액 25 μL와 각 해조류 추출 시료 5 μL 넣고 30oC에서 15 분간 반응시켰다. 이 후 100 mM urea를 55 μL 첨가하고 30oC에서 30분간 반응시켰다. phenol reagent 45 μL와 alkali reagent 70 μL를 넣고 30oC에서 50분간 반응 시킨 다음, 630 nm에서 흡광도를 측정하였다. Urease 저해 활성은 다음의 식에 의해 산출되었다.

Urease inhibition (%) = (1 − absorbancesample / absorbancecontrol) × 100

2.6. 넓패 에탄올 추출물 침지 고등어 제조

실험에 사용한 고등어는 몸 길이 30 cm, 무게 300 g 이상의 냉동고등어로 냉장고에서 해동하여 고등어의 좌, 우측면 육을 분리하여 사용하였다. 10 mg/mL의 농도로 제조된 넓패 에탄올 추출물에 고등어 육을 침지하고, 12시간 후 침지액을 제거하였다. 각 고등어 시료를 포장하여 13일간 4oC에서 저장하면서 TMA 함량, pH 및 생균수를 측정하였다. 대조구는 정수에 고등어육을 침지하여 동일한 방법으로 저장하면서 실험에 사용하였다.

2.7. TMA (Trimethylamine) 함량, pH, 생균수 측정

저장기간 동안 고등어 육의 TMA 함량은 GM-MS (2010 plus; Shimadzu, Kyoto, Japan)를 이용한 VOCs 분석을 통해 측정하였고, pH 변화는 pH meter (HM-30V; TOA, Tokyo, Japan)를 이용하여 측정하였다.

저장기간 동안 고등어 육의 생균수 변화를 확인하기 위하여 고등어 육을 무균적으로 취한 후, 멸균 PBS (Phosphate buffered saline, pH 7.40) 용액을 90 mL 가하여 균질기 (AM-7, Ace homogenizer; Nihonseiki, Nagoya, Japan)로 1,000 rpm에서 1 분간 균질화 하였다. 생균수의 측정은 PCA (plate count agar; BD Difco, San Diego, CA, USA)에 희석액을 분주하여 35oC에서 24시간 배양한 후 생성된 집락 수를 계수하였다.

2.8. 통계 처리

본 실험결과에 대한 통계 분석은 SAS program (Statistical analytical system V8.2; SAS Institute Inc., Cary, NC, USA)을 이용하여 분산분석을 하였으며 각 처리구 간의 유의성을 검증하기 위해 Duncan의 다중검정법을 사용하여 평균값 간의 유의차를 분석하였다 (p < 0.05).


3. RESULTS AND DISCUSSION
3.1. DPPH 라디칼 소거 활성

지질의 자동 산화는 라디칼 연쇄 반응에 의해 진행되는 것으로 알려져 있으며 [26], 어류의 선도 유지를 위해 지질의 산화에 대한 안정성이 매우 중요하다. 따라서 지질의 자동 산화 과정에서 생성되는 자유 라디칼을 제거할 수 있는 항산화제는 지질 산화를 억제하는 목적으로 사용된다. DPPH는 비교적 안정한 라디칼로 항산화제로부터 전자 또는 수소를 공여 받으면 비라디칼로 전환 되면서 고유의 청남색이 탈색되는 특징이 있다. 이를 이용한 DPPH법은 실제 항산화 활성과 연관성이 높은 방법으로 천연물의 항산화 활성 측정에서 널리 이용되고 있다 [27]. 따라서 본 연구에서도 각 해조류 추출물의 항산화능을 측정하기 위해 DPPH법으로 라디칼 소거능을 측정하였다. 그 결과 (Table 1), 홍조류에서는 참까막살 에탄올 추출물이 1 mg/mL 농도에서 41.36%의 DPPH 라디컬 소거능을 보여 홍조류 중 가장 활성이 높게 나타났고, 수생식물인 잘피 에탄올 추출물은 1 mg/mL에서 (92.01%) 대조구인 BHT (94.63%)와 유사한 활성을 보여 DPPH 라디칼 소거능이 높은 것으로 나타났다. 갈조류에서는 경단구슬모자반 에탄올 추출물과 쌍발이 모자반 뿌리 및 줄기 에탄올 추출물이 1 mg/mL에서 약 94%의 높은 라디컬 소거능을 보였다. 해조류의 항산화 활성 스크리닝 방법에 대한 연구에서는 모자반류 에탄올 추출물의 DPPH 라디칼 소거 활성이 매우 높은 수준으로 확인되었다고 보고한 바 있다 [28].

Table 1. 
DPPH radical scavenging effects of seaweeds and seagrass ethanol extracts (Unit: %)
Samples Concentration (mg/mL)
1 0.5 0.1
Red seaweeds
Chondrus nipponicus Yendo 22.87 ± 0.94 14.47 ± 1.27 = 1)
Chondrus canaliculatus 17.26 ± 1.05 9.56 ± 1.77 - 2)
Chondrus ocellatus Holmes 11.49 ± 0.62 12.01 ± 2.72 =
Chondria crassicaulis Harvey 20.92 ± 2.08 11.91 ± 0.20 -
Laurencia obtusa 21.22 ± 0.49 10.71 ± 2.21 =
Ahnfeltiopsis flabelliformis 25.05 ± 0.78 16.69 ± 0.94 6.51 ± 1.74
Gracilaria textorii 7.81 ± 2.21 - =
Carpopeltis affinis 41.36 ± 1.41 21.09 ± 2.11 -
Seagrass
Zostera marina 92.01 ± 0.43 91.66 ± 0.06 =
Brown seaweeds
Myagropsis myagroides 58.45 ± 1.05 45.78 ± 1.05 = 1)
Sargassum muticum 94.37 ± 0.26 80.79 ± 1.04 22.32 ± 0.59
Ishige sinicola 52.06 ± 0.26 35.30 ± 1.08 12.30 ± 0.95
Root and stem of Sargassum patens 94.02 ± 0.00 90.56 ± 0.20 =
BHT 94.63 ± 0.15 94.40 ± 0.13 76.61 ± 0.71
1) Not done.
2) Less than 5%.

3.2. Lipase 저해 활성

Lipases는 oil-water 계면에서 long chain triglycerides의 가수분해를 촉매하여 유리 지방산과 glycerol를 생성하는 효소로 알려져 있으며, 해산물의 취급, 냉장 및 냉동 보관 중 사후 품질 저하에 관여하여 해산물의 선도를 유지하는데 중요한 요소이다 [5].

본 연구에서는 해조류 추출물의 lipase 저해 활성을 확인한 결과 (Table 2), 해조류 추출물 중 홍조류에서는 진두발과 참까막살 에탄올 추출물이 5 mg/mL 농도에서 각각 48.71%와 49.98%의 lipase 억제 활성을 보였다. 갈조류에서는 외톨개모자반과 경단구슬모자반 에탄올 추출물이 5 mg/mL 농도에서 각각 48.11%와 53.94%의 lipase 저해 활성을 보였다. Kim 등 [18]은 5 mg/mL 지충이 에탄올 추출물의 lipase 저해 활성이 37.37%라고 보고하였는데, 본 연구의 경단구슬모자반 에탄올 추출물은 같은 농도의 지충이 에탄올 추출물 보다 lipase 저해 활성이 약 1.4배 높은 것으로 확인되었다. 또한 Jung 등 [17]은 5 mg/mL 감태 에탄올 추출물의 lipase 저해 활성이 59.12%라고 보고한 바 있다. 해조류는 육상식물과는 다른 구조를 가지고 있고 저산소, 저온, 고압의 특별한 환경 조건에서 생육하며, 특히 갈조류는 생리활성의 주요성분인 phlorotannin 계열의 폴리페놀 화합물을 다량 함유하고 있다 [29]. 폴리페놀 화합물은 단백질과 친화력이 뛰어나 소수성 및 수소 결합을 함으로써 효소와 강한 복합체를 형성하여 효소작용을 저해한다고 알려져 있다 [30,31]. 따라서 본 연구에서 추출된 해조류의 lipase 저해 활성 성분은 폴리페놀 화합물 또는 에탄올에 용출되는 소수성 물질인 것으로 사료된다.

Table 2. 
Lipase inhibitory activity of seaweeds and seagrass ethanol extracts
Samples Concentration (mg/mL) Lipase inhibition (%)
Red seaweeds
Chondrus nipponicus Yendo 5.0
2.5
17.55 ± 0.17
13.67 ± 0.55
Chondrus canaliculatus 5.0
2.5
16.62 ± 0.11
11.31 ± 1.15
Chondrus ocellatus Holmes 5.0
2.5
48.71 ± 1.20
21.90 ± 1.02
Chondria crassicaulis Harvey 5.0
2.5
25.14 ± 0.29
11.91 ± 0.20
Laurencia obtusa 5.0
2.5
33.78 ± 0.00
16.69 ± 2.93
Ahnfeltiopsis flabelliformis 5.0
2.5
22.34 ± 1.70
12.14 ± 1.26
Grateloupia elliptica 5.0
2.5
23.48 ± 0.92
16.69 ± 0.29
Gracilaria textorii 5.0
2.5
13.87 ± 0.47
8.35 ± 0.54
Carpopeltis affinis 5.0
2.5
49.98 ± 1.02
23.42 ± 0.84
Seagrass
Zostera marina 5.0
2.5
22.62 ± 2.00
10.18 ± 4.12
Brown seaweeds
Myagropsis myagroides 5.0
2.5
48.11 ± 1.80
27.31 ± 0.06
Sargassum muticum 5.0
2.5
53.94 ± 1.81
24.40 ± 0.58
Ishige sinicola 5.0
2.5
38.35 ± 5.72
24.40 ± 0.00
Root and stem of Sargassum patens 5.0
2.5
31.55 ± 1.91
15.67 ± 2.85

3.3. Lipoxygenase 저해 활성

해조류 추출물의 lipoxygenase 저해 활성을 확인한 결과 (Table 3), 해조류 추출물 중 가락진두발, 서실, 넓패, 쌍발이 모자반 뿌리 및 줄기 에탄올 추출물이 5 mg/mL 농도에서 45% 이상의 억제 활성을 나타내었다. 특히, 갈조류인 넓패와 쌍발이모자반 뿌리 및 줄기 에탄올 추출물 5 mg/mL 농도에서 lipoxygenase 저해 활성이 각각 54.99%와 58.58%로 높게 나타났다. 그 외에 홍조류에서는 몽우리서실, 참도박 에탄올 추출물이 5 mg/mL 농도에서 각각 36.35%, 37.62% 억제 활성을 나타내었다. 82종의 해조류 추출물의 12-lipoxygenase 억제 활성을 조사한 Ninomiya 등 (1998)의 연구에서는 갈조류의 메탄올 추출물이 12-lipoxygenase 억제 활성이 높았으며, 이는 갈조류에 다량 함유되어 있는 폴리페놀에 의한 것이라고 보고하였다 [32]. 또한 Banerjee (2006)의 연구에 의하면 녹차 플라보노이드는 효소 활성 부위 이외의 부위에 결합하는 비경쟁적 메커니즘을 통해 고등어 육의 lipoxygenase를 억제하는 것으로 밝힌바 있다 [33]. Lipoxygenase는 고도불포화지방산을 산화하여 과산화수소로 전환시키는 dioxygenase이다. Peroxyl radical 화합물은 lipoxygenase의 촉매 사이클 동안 존재하는 것으로, 자유 라디칼의 공급원으로서 작용할 수 있다고 보고되었다 [34]. 따라서 자유 라디칼 소광제로 작용하는 폴리페놀, 플라보노이드와 같은 항산화제는 lipoxygenase 억제제로 작용할 수 있다 [35]. 본 연구에서 넓패와 쌍발이모자반 뿌리 및 줄기 에탄올 추출물의 높은 lipoxygenase 억제활성은 이들 추출물에 포함된 폴리페놀 화합물과 같은 항산화물질에 의한 것으로 추측된다. 현재까지 갈조류 등 해조류 추출물을 이용한 항산화제는 개발된 바 없지만, 이들 해조류의 lipoxygenase 억제 및 라디칼 소거 활성의 연구 결과로부터, 갈조류 중에서 효과적인 항산화제를 발견하는 것이 가능할 수 있을 것으로 사료된다.

Table 3. 
Lipoxygenase inhibitory activity of seaweeds and seagrass ethanol extracts
Samples Concentration (mg/mL) Lipoxygenase inhibition (%)
Red seaweeds
Chondrus nipponicus Yendo 5.0
2.5
50.50 ± 4.05
21.25 ± 5.33
Chondrus canaliculatus 5.0 10.20 ± 1.40
Chondrus ocellatus Holmes 5.0 35.31 ± 0.33
Chondria crassicaulis Harvey 5.0
2.5
48.91 ± 3.38
41.61 ± 3.76
Laurencia obtusa 5.0 36.35 ±0.86
Ahnfeltiopsis flabelliformis 5.0 24.26 ±2.62
Grateloupia elliptica 5.0 37.62 ±2.48
Gracilaria textorii 5.0 9.87 ± 0.66
Carpopeltis affinis 5.0 24.36 ± 3.85
Seagrass
Zostera marina 5.0 26.27 ± 2.11
Brown seaweeds
Myagropsis myagroides 5.0 39.17 ± 1.84
Sargassum muticum 5.0 31.36 ± 4.48
Ishige sinicola 5.0
2.5
1.0
54.99 ± 2.08
47.03 ± 4.05
41.95 ± 1.42
Root and stem of Sargassum patens 5.0
2.5
58.58 ± 3.48
43.64 ± 2.49

3.4. Urease 저해 활성

해조류 추출물의 urease 저해 활성을 확인한 결과는 Table 4와 같다. 홍조류에서는 참도박 에탄올 추출물이 5 mg/mL 농도에서 50.53% 억제 활성을 나타내었으며, 잎꼬시래기 에탄올 추출물은 31.58%의 억제 활성을 보였고, 해양성 수생식물인 잘피의 경우 33.32%의 억제 활성을 보였다. Urease 저해 활성은 갈조류에서 가장 높게 나타났는데, 넓패 에탄올 추출물은 54.99%, 쌍발이모자반 뿌리 및 줄기 에탄올 추출물이 58.58%의 억제 활성을 보였다. 그 외에도 외톨개모자반과 경단구슬모자반 에탄올 추출물이 약 36% 정도의 활성을 나타내었다. Limuro 등에 의하면 갈조류인 큰실말 후코이단 (Cladosiphonfucoidan)이 요소 분해 효소인 urease 억제 활성이 있다고 보고된 바 있고 [36], Yang 등의 연구에서는 해 조류 38종의 urease 저해 활성을 검색하였고, 녹조류, 홍조류 및 갈조류 등 해조류 군별에 따른 저해 활성 차이는 없다고 보고한 바 있다 [37].

Table 4. 
Urease inhibitory activity of seaweeds and seagrass ethanol extracts
Samples Concentration (mg/mL) Urease inhibition (%)
Red seaweeds
Chondrus nipponicus Yendo 5.0
2.5
15.88 ± 2.18
7.76 ± 0.32
Chondrus ocellatus Holmes 5.0
2.5
26.96 ± 0.04
17.07 ± 0.63
Chondria crassicaulis Harvey 5.0
2.5
24.27 ± 0.13
16.36 ± 0.13
Laurencia obtusa 5.0
2.5
24.24 ± 1.30
14.41 ± 3.84
Ahnfeltiopsis flabelliformis 5.0
2.5
25.70 ± 1.14
20.61 ± 1.40
Grateloupia elliptica 5.0
2.5
50.53 ± 2.43
35.59 ± 1.20
Gracilaria textorii 5.0
2.5
31.58 ± 0.38
20.43 ± 0.47
Carpopeltis affinis 5.0
2.5
20.13 ± 3.52
18.00 ± 1.95
Seagrass
Zostera marina 5.0
2.5
33.32 ± 1.75
24.18 ± 0.26
Brown seaweeds
Myagropsis myagroides 5.0
2.5
35.55 ± 0.74
23.74 ± 0.65
Sargassum muticum 5.0
2.5
35.65 ± 0.36
26.86 ± 0.36
Ishige sinicola 5.0
2.5
54.99 ± 2.08
47.03 ± 4.05
Root and stem of Sargassum patens 5.0
2.5
58.58 ± 3.48
43.64 ± 2.49

3.5. TMA (Trimethylamine) 함량, pH 및 생균수 변화

본 연구에서는 비린내 유발 관련 효소 중 urease와 lipoxigenase 저해 활성이 비교적 높고, 비슷한 수준의 활성을 갖는 다른 시료에 비해 추출 수율이 높은 넓패 에탄올 추출물의 고등어 냉장 저장 중 비린내 억제 효능을 검증하였다. 넓패 에탄올 추출물 (10 mg/mL)에 고등어 육을 침지하고, 4oC에서 13일간 저장하면서 TMA 함량, pH 및 생균수 변화를 측정하였다.

수산물의 비린내 성분과 관련 있는 인자인 TMA는 수산물의 신선도 판정에 중요한 지표 인자이다. 따라서 TMA 측정을 통해 넓패 에탄올 추출물의 고등어 저장성에 대한 효과를 검증하였다. 그 결과, 0-7일차에는 대조구와 넓패 추출물 처리구 모두 TMA가 검출되지 않았으며 (Fig. 1), 13일차 대조구에서는 TMA의 면적이 10285773이였으며 (Fig. 2(a)), 넓패 추출물 처리구의 TMA 면적은 23357 (Fig. 2(b))로 대조구에 비해 약 440배 감소됨을 확인할 수 있었다. TMA는 어류의 자극적인 비린내의 주요 원인 중 하나로, TMAO (Trimethylamine N-oxide)가 어류의 사후에 선도 저하와 함께 발생하는 TMAO reductase의 환원작용으로 TMA를 만들어 냄으로써 비린내가 발생하게 된다 [38]. TMAO는 요소의 유해한 영향을 막아주는 역할을 하는 것으로 알려져 있다. TMAO가 접힌 단백질을 안정화시키고 요소를 불안정화시키는 정확한 메커니즘은 문헌에서 계속 논의되고있다 [39]. 이에 따라 넓패 에탄올 추출물이 TMAO의 환원을 억제하여 TMA 및 요소의 축적을 억제하는 것으로 사료된다. 이러한 결과를 근거로 향후 GC-MS 분석을 통해 다른 비린내 유발 물질의 억제 작용에 대한 연구가 계속 진행되어야 할 것으로 여겨진다.


Fig. 1. 
Major volatile compounds of mackerel after treated with Ishige sinicola ethanol extract during storage at 4oC at 1 day. TMA was not detected.


Fig. 2. 
Trimethylamine values among major volatile compounds of mackerel after treated with Ishige sinicola ethanol extract during storage at 4oC at 13 days. A control group’s TMA area was 10285773 (a), and that of Ishige sinicola extract processed group was 23357 (b).

pH는 경시적으로 대조구와 넓패 추출물 모두 약간 알칼리 쪽으로 증가하는 추세를 보였으며, 두 실험군간에 큰 차이는 없었다 (Table 5). 일반적으로 어류의 경우, 어획 후 선도가 저하되면서 염기성 물질의 축적으로 근육의 pH가 상승하게 되는 것으로 알려져 있다 [40]. 생균수는 저장기간 동안 증가하였으며 13일차에는 대조구와 넓패 추출물 처리구의 생균수가 6.35 Log CFU/mL 로 확인되었다 (Table 6).

Table 5. 
Change in pH of mackerel treated with Ishige sinicola ethanol extract during storage at 4oC
Days pH
Control Treated with I. sinicola
0 6.31 ± 0.01a1) 6.27 ± 0.06a
13 7.46 ± 0.13b 7.28 ± 0.03b
1)p < 0.05 against the same column.

Table 6. 
Change in viable cell contents of mackerel treated with Ishige sinicola ethanol extract during storage at 4oC (Unit: Log CFU/mL)
Days Viable cell contents
Control Treated with I. sinicola
0 2.85 ± 0.14b1) 3.39 ± 0.24b
13 6.35 ± 0.07a 6.35 ± 0.30a
1)p < 0.05 against the same column.


4. CONCLUSION

본 연구에서는 어류의 비린내를 유발하는 주요 효소로 알려진 lipase, lipoxygenase 및 urease에 대한 천연 해조류 추출물의 효소 활성 저해 및 항산화 활성 효과를 확인하였다. 또한 효소 활성 억제 효과가 확인된 넓패 에탄올 추출물의 고등어 냉장 저장 중 비린내 억제 효능을 TMA와 pH 및 생균수 측정을 통하여 검증하였다. 갈조류의 경단구슬모자반 에탄올 추출물과 쌍발이모자반 뿌리 및 줄기 에탄올 추출물이 1 mg/mL에서 약 94%의 높은 DPPH 라디컬 소거능을 보였다 (Table 1). 또한 외톨개모자반과 경단구슬모자반 에탄올 추출물이 5 mg/mL 농도에서 각각 48.11%와 53.94%의 lipase 저해 활성을 나타내었고 (Table 2), 넓패와 쌍발이모자반 뿌리 및 줄기 에탄올 추출물 5 mg/mL 농도에서 lipoxygenase 저해 활성이 각각 54.99%와 58.58%로 높게 나타났다 (Table 3). Urease 저해 활성은 갈조류에서 가장 높게 나타났는데, 넓패 에탄올 추출물은 54.99%, 쌍발이모자반 뿌리 및 줄기 에탄올 추출물이 58.58%의 억제 활성을 보였다 (Table 4). 넓패 에탄올 추출물 (10 mg/mL)에 고등어육을 침지하고 13일간 저장하면서 TMA 함량를 측정한 결과, 13일차 대조구에서는 TMA의 면적이 10285773이였으며 (Fig. 2(a)), 넓패 에탄올 추출물 처리구의 TMA 면적은 23357 (Fig. 2(b))로, 대조구에 비해 약 440배 감소됨을 확인할 수 있었다. 따라서 본 연구를 통해 우리는 천연 해조류 추출물이 항산화 작용과 어류의 비린내를 유발하는 주요 효소를 제어함으로서 천연 enzyme inhibitor와 항산화제로 개발 가능성이 있음을 확인하였다.


Acknowledgments

이 논문은 한국연구재단에서 시행한 이공학 개인기초연구 지원사업(2016R1D1A1B04935025)의 지원에 의해 수행되었으며, 이에 감사드립니다.


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