표제지

제출문

보고서 초록

요약문

SUMMARY

CONTENTS

목차

제1장 연구개발과제의 개요 16

제1절 연구개발의 목적 16

제2절 연구개발의 필요성 16

제3절 연구개발의 범위 17

제2장 국내외 기술개발 현황 18

제1절 국내 기술개발현황 18

제2절 국외 기술개발현황 19

제3장 연구개발수행 내용 및 결과 20

제1절 바이오식품소재의 구조와 인체건강유지 기능과의 상관관계연구 20

제2절 바이오식품 소재의 분리·정제 및 구조 분석 연구 21

제3절 Flavonoid 유사체별 효능연구 및 구조 상관성 분석 21

제4절 기능성 펩타이드의 구조-기능간의 상관관계 및 소재 디자인 연구 22

제5절 Polyphenol류, isoflavonoid류, 카테킨류, 사포닌의 노화 및 기억력 장애등의 퇴행성 변화 예방 및 기전확인 23

제4장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 25

제5장 연구개발결과의 활용계획 27

제6장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 28

제7장 참고문헌 29

세부과제별 연구보고서 30

바이오식품소재의 구조와 인체건강유지 기능과의 상관관계연구 31

제출문 32

보고서 초록 33

요약문 34

SUMMARY 37

CONTENTS 39

목차 40

제1장 연구개발과제의 개요 41

제1절 연구개발의 목적 41

제2절 연구개발의 필요성 41

제3절 연구개발의 범위 42

제2장 국내외 기술개발 현황 43

제1절 국내 기술개발현황 43

제2절 국외 기술개발현황 44

제3장 연구개발수행 내용 및 결과 45

제1절 뇌신경보호 및 인지기능 개선 효능 45

제2절 골다공증 개선효능 54

제3절 고혈압 (혈관이완 효과) 83

제4절 천연물라이브러리로부터 MDR 효능을 갖는 물질연구 106

제5절 천연물 유효성분의 구조전환연구 109

제4장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 124

제5장 연구개발결과의 활용계획 126

제6장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 127

제7장 참고문헌 128

바이오식품 소재의 분리·정제및 구조 분석 연구 131

제출문 132

보고서 초록 133

요약문 134

SUMMARY 136

CONTENTS 138

목차 139

제1장 연구개발과제의 개요 140

제1절. 연구개발의 목적 140

제2절. 연구개발의 필요성 140

제3절. 연구개발의 범위 142

제2장 국내외 기술개발 현황 143

제1절 지금까지의 연구개발 실적 143

제2절 국내외 연구동향 144

제3장 연구개발수행 내용 및 결과 146

제1절 폴리페놀(Polyphenol) 146

제2절 파고지 추출물로부터 isoflavone 성분의 분리정제 147

제3절 포도줄기 껍질 추출물로부터 stilbene 성분의 분리정제 156

제4절 육두구 추출물로부터 lignan 성분의 분리정제 163

제5절 삼백초 추출물로부터 lignan 성분의 분리정제 175

제6절 Polyphenol 화합물을 지표로 한 녹차 표준분석방법 확립 186

제7절 Saponin 및 길경의 saponin 표준분석방법 확립 193

제8절 기능성식품 소재발굴을 위한 천연화합물은행의 구축사업 203

제4장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 210

제5장 연구개발결과의 활용계획 213

제6장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 214

제7장 참고문헌 215

Flavonoid 유사체별 효능연구 및 구조 상관성 분석 219

제출문 220

보고서 초록 221

요약문 222

SUMMARY 228

CONTENTS 232

목차 233

제1장 연구개발과제의 개요 234

제1절 연구개발의 목적 234

제2절 연구개발의 필요성 234

제3절 연구개발의 범위 236

제2장 국내외 기술개발 현황 237

제1절 플라보노이드의 구조 및 활성 관련 국내외 현황 237

제2절 플라보노이드의 phytoestrogen 효능 관련 국내외 현황 238

제3절 QSAR 및 분자 보델링 관련 국내외 현황 240

제3장 연구개발수행 내용 및 결과 242

제1절 연구 수행 및 방법 242

제2절 연구내용 248

제4장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 285

제5장 연구개발결과의 활용계획 288

제6장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 289

제7장 참고문헌 292

기능성 펩타이드의 구조-기능간의 상관관계 및 소재 디자인 연구 300

제출문 301

보고서 초록 302

요약문 303

SUMMARY 307

CONTENTS 309

목차 310

제1장 연구개발과제의 개요 311

제1절 연구의 필요성 311

제2절 연구의 목적 312

제2장 국내외 기술개발 현황 313

제1절 기능성 펩타이드 소재의 시장 동향 314

제2절 국내 생리활성 펩타이드 연구 동향 316

제3장 연구개발수행 내용 및 결과 317

제1절 연구 수행 방법 317

제2절 연구 결과 및 고찰 323

제4장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 337

제5장 연구개발결과의 활용 계획 339

제6장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 340

제7장 참고문헌 341

Polyphenol류, isoflavonoid류, 카테킨류, 사포닌의 노화 및 기억력 장애등의 퇴행성 변화 예방 및 기전확인 346

제출문 347

보고서 초록 348

요약문 349

SUMMARY 353

CONTENTS 354

목차 355

제1장 연구개발과제의 개요 356

제1절. 연구개발의 목적 및 필요성 356

제2절. 연구개발의 목표 360

제3절 연구수행의 범위 360

제2장 국내외 기술개발 현황 361

제1절. 국·내외 기술개발 현황 361

제2절. 연구결과가 국·내외 기술개발현황에서 차지하는 위치 361

제3장 연구개발수행 내용 및 결과 363

제1절 폴리페놀, 카테킨, 이소플라본류의 항노화 활성 검증 363

제2절 폴리페놀, 카테킨, 이소플라본류의 인지능력저해 억제 활성 검증 370

제3절 폴리페놀, 카테킨, 이소플라본류의 퇴행성 뇌질환 억제 활성 검증 372

제4장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 400

제1절. 연구개발목표 달성도 400

제2절. 관련분야의 기여도 402

제5장 연구개발결과의 활용계획 405

제1절 추가연구의 필요성 405

제2절 타연구에의 응용 405

제3절 연구개발결과에 대한 활용 가능성 405

제6장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 406

제7장 참고문헌 408

바이오식품소재의 구조와 인체건강유지 기능과의 상관관계 연구 31

【표 1】 46

【표 2/4】 47

【표 3/5】 49

【표 4/6】 49

【표 5/7】 50

【표 6/8】 53

【표 7/9】 53

【표 1】 목단피 추출물 및 그로부터 분리한 활성성분의 혈관이완 효과 105

Table 1. 13(이미지참조)C-NMR chemical shifts(δ) of 1~4 in CDCl₃. 112

바이오식품 소재의 분리·정제및 구조 분석 연구 131

【표 1】 154

【표 2】 155

Table I. Inhibition of tumor cell proliferation by components isolated from Myristicae Semen. 174

【표 1】 삼백초 추출물의 면역억제효과 181

【표 2】 LPS로 유도한 마우스비장세포 증식억제효과 181

【표 3】 Con A로 유도한 마우스비장세포 증식억제효과 182

【표 4】 183

Table.I. Calibration curves for the seven saponins of Platycodi Radix. 200

Table.II. Inter~ & intra-day variability of the retention time of saponins 200

Table.III. Contents of each saponins in Platycodi Radix. 200

Flavonoid 유사체별 효능연구 및 구조 상관성 분석 219

Table 1. Composition of experimental diets 245

Table 2. Molecular descriptors using Cerius² 248

Table 3. Binding affinity of various flavonoids for ERα and ERβ 250

Table 4. Molecular descriptors of selectec anaolgues 253

Table 5. Binding affinity of flavonoids derivatives for Erα and ERβ 254

Table 6. Composition of the active components in the ethanol extract and its solvent fractions from P. corylifolia L. 259

Table 7. Binding affinity for Erα and ERβ of various flavonoids isolated from natural plant sources 260

Table 8. Binding affinity for Erα and ERβ of various flavonoide isolated from natural plant sources 262

Table 9. Effect of PCE and bakuchiol treatments on the uterine weight of OVX rats fed the diets for 6 weeks 264

Table 10. Effect of PCE bakuchiol supplementation on total lipid, triglyceride, and total cholesterol levels in rat liver 266

Table 11. Effect of PCE and bakuchiol supplementation on antioxidant enzyme activities in rat liver 266

Table 12. Effect of Rheum extract supplement on organ weight of ovariectomized rats fed experimental diest for 6 weeks 269

Table 13. Effect of Rheum extract supplement on uterine weight of ovariectomized rats fed experimental diest for 6 weeks 269

Table 14. Effect of Rheum extract supplement on serum lipid profile of ovariectomized rats fed experimental diets for 6 weeks 270

Table 15. Effect of Rheum extract supplement on ALP, calcium and IP levels in serum of ovariectomized rats fed experimental diets for 6 weeks 271

Table 16. Effect of Rheum extract supplement on liver lipid, TG and TC of ovariectomized rats fed experimental diets for 6 weeks 272

Table 17. Effect of Rheum extract supplement on MDA, catalase, SOD and GPx levels of ovariectomized rats fed experimental diets for 6 weeks 272

Table 18. Calculated Oxygen-Oxygen distance of flavonoid derivatives 276

Table 19. Molecdular descriptors of flavonoid derivatives derived from Cerius² computational models 279

Table 20. Information about ERα and ERβ 281

Table 21. Docking scores of various compounds with ERα using ligandfitting method 283

Table 22. Docking scores of various compounds with ERβ using ligandfitting method 284

기능성 펩타이드의 구조-기능간의 상관관계 및 소재 디자인 연구 300

Table 1. HMG-CoA reductase inhibition and pancreatic lipase inhibition activities of different Doenjang test solutions 324

Table 2. HMG-CoA reductase inhibition of each fraction by HPLC. 331

Table 3. Amino acid sequence of peptide analogues and its IC50(이미지참조) against HMG-CoA reductase 334

Table 4. Inhibitory activities and physical parameters of the synthetic peptides. 336

바이오식품소재의 구조와 인체건강유지 기능과의 상관관계 연구 31

Fig. 1. Vasorelaxation effect of the rhizonme extract of Alpinia officinarum 97

Fig. 2. Vasorelaxation effect of isolated components from the rhizome extract of Alpinia officinarum. 98

[그림 1] 109

Flavonoid 유사체별 효능연구 및 구조 상관성 분석 219

Figure 1. Comparison of estrogenic activity of flavonoid derivatives determined by YER. 249

Figure 2. Effects of flavonoid derivatives on the proliferation of MCF-7 cells. 249

Figure 3. Competitive binding assay of flavonoid derivatives for hERα. 250

Figure 4. Structure of flavonoid analogs or derivetives. 252

Figure 5. Comparison of estrogenic activities of flavonoid derivatives determined by YER assay. 254

Figure 6. Comparison of YER in different structural flavonoid derivatives. 256

Figure 7. Activity-guided fractionation and single compound isolation from methanol extract of Psoralea corylifolia L. 257

Figure 8. Solvent fractionation procedure to generate the ethanol extract from P. corylifolia L. 257

Figure 9. Phenolic contentsof each fraction separated by Sephadex LH-20 from P. corylifolia L. extract. 258

Figure 10. Estrogenic activities of the main fractions evaluated by in vitro yeast recombinant assay. 258

Figure 11. Estrogenic activities of the main fractions evaluated by in vitro yeast recombinant assay E-screen assay. 258

Figure 12. Identification of bakuchiol(retention time : 43 min.), estrogenic component from no. 40 fraction by HPLC. 258

Figure 13. Fractionation and identification of active compound Psoralea corylifolia L. 258

Figure 14. Screening for estrogenic activity of the ethanol extract and its solvent fractions from P. corylifolia L. in the yeast transcriptional assay... 259

Figure 15. Screening for estrogenic activity of active component from P. corylifolia L. in the yeast transcriptional assay... 260

Figure 16. Structure of bakuchiol derivatives. 261

Figure 17. estrogenic activities determined by ERα affinity. 261

Figure 18. Experimental design for estrogen activity of bakuchiol and methanol extract from Psoralea corylifolia L.(PCE). 263

Figure 19. Initial and final body weight of sham-operated rats group (Sham), ovariectomized rats group(OVX) and treatment rats groups of 17β-estradiol(E2), bakuchiol (BL, BH), and PCE(PL, PH).... 263

Figure 20. Effect of PCE and bakuchiol supplement on uterus weight of sham-operated or ovariectomized rats for 6 weeks. 264

Figure 21. Effect of PCE and bakuchoil supplementation on TG, TC, HDL-cholesterol, free cholesterol and free fatty acid levels in rat serum. 265

Figure 22. Effect of PCE and bakuchoil supplementation on concentration of estradiol and alkaline phosphatase levels in serum. 265

Figure 23. Effect of PCE and bakuchoil supplementation on calcium, inorganic phophate(IP) in serum and bone mineral density of femur. 267

Figure 24. Experimental design for the assessment of estrogen activity of methanol extract from R. undulatum L. 268

Figure 25. Initial and final body weight of sham-operated rats group(Sham), ovariectomized rats group (OVX) and treatment rats groups of 17β-estradiol and Rheum extract... 268

Figure 26. Effect of Rheum extract supplement on bone mineral density(BMD) level of rat femur. 271

Figure 27. Effect of Rheum extract supplement of concentration of serum estradiol.... 271

Figure 28. The relationship between the Cerius2 predicted Log RBA values and the measured Log RBA values in the Estrogen Receptor assay. 274

Figure 29. Oxygen-Oxygen distance of E2. 276

Figure 30. Principle component of analysis plot (three dimensional) from ERα(left) and ERβ(right) data for flovonoid derivatives through the following variables:... 277

Figure 31. Principle component of analysis plot(two dimensional) from ER data for flavonoid derivatives using selected important variables.... 278

Figure 32. Dendrogram of flavonoid derivatives for clustering based on estrogenicity. 278

Figure 33. The relationship between predicted Log RBA values using Cerius² and experimental Log RBA values using ER binding assay.... 280

Figure 34. The relationship between predicted Log RBA values using Cerius² and experimental Log RBA values using ER binding assay.... 280

Figure 35. Sprial structures of various flavonoids and Docking between setrogen receptors and bakuchiol. 281

기능성 펩타이드의 구조-기능간의 상관관계 및 소재 디자인 연구 300

Figure 1. Microphotographs of the hippocampus stained with cresyl violet on 4 days after ischemia/reperfusion.... 325

Figure 2. Relative analysis in the cell number of cresyl violet positive neurons in the control, vehicle-treated, Doenjang(Doenjng) test solution A and B treated groups compared to the control group 4 days after ischemia/reperfusion. 325

Figure 3. Doenjang crude extract suppresses M-CSF/TRANCE-induced osteoclast formation in primary bone marrow macrophage cells.... 327

Figure 4. Akaline phosphatase staining of MC3T3-E1 cells.... 329

Figure 5. The alkaline phosphatase activity of the MC3T3-E1 cells.... 329

Figure 6/8. HPLC chromatogram of Doenjang test solution.... 330

Figure 7/9. HMG-CoA reductase inhibition activity of F6 and F9 fraction 331

Figure 8/10. CD spectrum of each fraction. 332

Figure 9/8. HPLC chromatograms of peptide analogues chemically synthedized by SPPS method. 333

Figure 10/9. CD spectrum of peptide analogues under water and TFE solution. 334

Figure 11/10. Lineweaver-Burk plot of design peptide, GFPTGG against HMG-CoA 334

Figure 12/11. Modeling of an "active space" in the binding site of HMG-CoA reductase(HMGR) using the bioactive conformations of simvastatin and rosuvastatin extracted from the crystal structure of HMGR-statin complex. 335

Figure 13/12. Calculated proximity parameters(Pr) for each member of the peptide library.... 336

Polyphenol류, isoflavonoid류, 카테킨류, 사포닌의 노화 및 기억력장애등의 퇴행성 변화 예방 및 기전확인 346

Fig. 1. The number of replication in human fibroblast.... 365

Fig. 2. BrdU immunoreactivity in the mice dentate gyrus with vehicle (A and C) and jujube extract (B and D) trated group.... 366

Fig. 3. Relative number as % of BrdU immunoreactive neuron in the dentate gyrus of vehicle and jujube extract treated group.... 366

Fig. 4. BrdU immunoreactivity in the mice dentate gyrus with vehicle (A and C) and rebus extract (B and D) trated group.... 367

Fig. 5. Relative number as % of BrdU immunoreactive neuron in the dentate gyrus of vehicle and rebus exract treated group.... 368

Fig. 6/5. BrdU (A and B) and DCX (C and D) immunoreactivity in the mice dentate gyrus with vehicle (A and C) and platycodon extract (B and D) treated group.... 369

Fig. 7/6. The number of BrdU and DCX immunoreactive neuron in the dentate gyrus of vehicle and platycodon extract treated group.... 369

Fig. 8/7. Inhibitory effect of isoflavones, quinone, soypeptide and soypaste on Acetylcholinesterase 371

Fig. 9/8. Anti-amnesia effects of soypeptide and SA-019 in the middle-aged mice induced by scopolamine treatment. 371

Fig. 10/9. LDH release in PC12 cells after hypoxia.... 374

Fig. 11/10. LDH release in PC12 cells after hypoxia.... 375

Fig. 12/11. LDH release in PC12 cells after hypoxia.... 375

Fig. 13/12. LDH release in PC12 cells after hypoxia.... 376

Fig. 14/13. LDH release in PC12 cells after hypoxia.... 376

Fig. 15/14. LDH release in PC12 cells after hypoxia.... 377

Fig. 16/15. The LDH release in PC12 cells in normoxic (A) and hypoxic (B) conditions.... 378

Fig. 17/16. Cresyl violet staining of the hippocampus in control group (A and B), vehicle-treated ischemia group (C and D), 50 mg/kg onion extract-treated ischemia group (E and F) and 10 mg/kg quercetin-treated ischemia group 4 days after ischemia/reperfusion.... 379

Fig. 18/17. Relative numberic analysis of cresyl violet positive CA1 pyramidal neurons in vehicle-, 50 mg/kg onion extrace- and 10 mg/kg quercetin-treated group 4 days after ischemia/reperfusion... 380

Fig. 19/18. Hippocampus stained with cresyl violet in Alpinia officinarum-pre-treated (A and B), Alpinia oxyphylla-pre-treated (C and D) and Alpinia katsumadai-pre-treated (E and F) groups 4 days after ischemia/reperfusion.... 381

Fig. 20/19. Relative numberic analysis of cresyl violet positive neurons in vehicle-treated and in Alpinia officinarum-pre-treated, Alpinia oxyphylla-pre-treated and Alpinia katsumadai-pre-treated groups versus control group... 381

Fig. 21/20. Hippocampus stained with cresyl violet in control (A and B) and vehicle-treated groups (C and D) 4 days after ischemia/reperfusion.... 382

Fig. 22/21. Hippocampus stained with cresyl violet in 50 mg/kg (A and B) and 100 mg/kg Epimedium koreanum-treated group (C and D) 4 days after ischemia/reperfusion.... 383

Fig. 23/22. Relative numberic analysis of cresyl violet positive neurons in vehicle-treated and Epimedium koreanum-treated groups versus control group.... 383

Fig. 24/23. Hippocampus stained with cresyl violet in normal, vehicle-treated and 50 mg/kg Ziziphus jujuba MILL,. var spinosus-treated group (C and D) 4 days after ischemia/reperfusion.... 384

Fig. 25/24. Relative numberic analysis of cresyl violet positive neurons in vehicle-treated and in Ziziphus jujuba MILL.... 385

Fig. 26/25. Hippocampus stained with cresyl violet in SA-162-pre-treated (A and B) and SA-182-pre-treated (C and D) groups 4 days after ischemia/reperfusion.... 386

Fig. 27/26. Hippocampus stained with cresyl violet SA-69-pre-treated (A and B), SA-114-pre-treated (C and D) and SA-258-pre-treated (E and F) groups 4 days after ischemia/reperfusion.... 386

Fig. 28/27. Relative numberic analysis of cresyl violet positive neurons in vehicle-treated and in SA series-treated groups versus control group.... 387

Fig. 29/28. Hippocampus stained with cresyl violet in SA-073-pre-treated (A and B) and SA-130-pre-treated (C and D) groups 4 days after ischemia/reperfusion.... 388

Fig. 30/29. Hippocampus stained with crysyl violet in SA-139-pre-treated (A and B), SA-137-pre-treated and SA-279-pre-treated (E and F) groups 4 days after ischemia/reperfusion.... 388

Fig. 31/30. Relative numberic analysis of cresyl violet positive neurons in vehicle-treated and in SA series-treated groups versus control group.... 389

Fig. 32/31. Immunohistochemistry for GFAP and iba-1 in the CA1 region of sham-operated group (A and D), vehicle-treated ischemiagroup (B and E) and onion extract-treated ischemia group (C and F) 4 days after ischemia/reperfusion.... 390

Fig. 33/32. HNE levels in the hippocampus derived from vehicle-, onion extract- and quercetin-treated ischemia groups at various time points after ischemia/reperfusion.... 391

Fig. 34/33. F-J B staining of the Ca1 in vehicle- (A and B), Alpinia katsumadai-treated group (C and D) 0 or 4 days after ischemia/reperfusion.... 392

Fig. 35/34. Immunohistochemistry for GFAP and iba-1 in the CA1 region of sham-operated group (A and B), vehicle-treated (C and D) and Alpinia katsumadai-treated group (E and F) 4 days after ischemia/reperfusion.... 393

Fig. 36/35. Immunohistochemistry for HNE in the CA1 region in the vehicle treated (A, C, E and G) and Ziziphus jujuba MILL.... 394

Fig. 37/36. Relative optical density (ROD) as % values of HNE immunoreactivity in the CA1 region after ischemia/reperfusion in vehicle and Ziziphus jujuba MILL. var spinosus treated groups.... 395

Fig. 38/37. The BE inhibitory effects of PGE₂ production in 10 nM TPA-treated PC12 cells.... 396

Fig. 39/38. Immunohistochemical staining for COX-2 in the hippocampal CA1 region in vehicle-treated (A, C, E and G) and BE-treated (B, D, G and H) groups.... 397

Fig. 40/39. The ROD as % values of COX-2 immunoreactivity in the CA1 region after ischemia in vehicle-treated and BE-treated groups.... 398

Fig. 41/40. Typical HPLC chromatograms at 270 nm of quercetin (A) and onion extract (B) with internal standard (IS).... 398

Fig. 42/41. Hippocampus stained with cresyl violet in MC fraction (A and B), EA fraction (C and D) and BuOH fraction (E and F) 4 days after ischemia/reperfusion.... 399

바이오식품소재의 구조와 인체건강유지 기능과의 상관관계 연구 31

【도 1a】 62

【도 1b】 62

【도 2】 62

【도 3】 63

【도 4a】 63

【도 4b】 63

【도 5a】 64

【도 5b】 64

【도 6】 64

【도 7a】 65

【도 7b】 65

【도 8】 65

【도 1】 75

【도 2】 76

【도 3】 76

【도 4】 77

【도 5】 77

【도 6】 78

【도 7】 78

【도 8】 79

【도 9】 79

【도 10】 79

【도 11】 80

【도 12】 80

【도 13】 80

【도 14】 81

【도 15】 82

【도 16】 82

【도 1】 유백피의 에탄올 추출물의 DPPH 반응을 통한 활성 라디칼 소거능을 측정한 결과 85

【도 2a】 유백피의 에탄올 추출물의 LDH 효소 활성 분석 결과 87

【도 2b】 유백피의 에탄올 추출물의 MTT 비색분석 결과 87

【도 3】 유백피의 에탄올 추출물의 DNA 보호효과 측정 결과 88

【도 4a】 유백피의 에탄올 추출물의 내피 제거된 혈관 및 산화질소합성효소 저해제인 L-NAME을 전처리한 혈관에서의 혈관 평활근 이완 효과 90

【도 4b】 유백피의 에탄올 추출물의 45 mM 포타슘 농도로 수축시킨 혈관에서의 혈관 평활근 이완 효과 90

【도 4c】 유백피의 에탄올 추출물의 칼슘 활성화된 칼륨 채널(Kca) 차단제인 TEA를 전처리한 혈관에서의 혈관 평활근 이완 효과 90

【도 5a】 유백피의 에탄올 추출물의 항고혈압 효과 93

【도 5b】 유백피의 에탄올 추출물의 심박동수 측정 결과 93

【도 6a】 유백피의 에탄올 추출물의 혈관 이완 효과 94

【도 6b】유백피의 에탄올 추출물의 혈관 이완 효과 94

【도 7】 유백피의 에탄올 추출물의 지질 과산화 정도 측정 결과 95

【도 1】 101

【도 2/도 1】 104

【도 3/도 2】 105

바이오식품 소재의 분리·정제및 구조 분석 연구 131

【도 1】 LPS로 유도한 마우스비장세포 증식억제효과 184

【도 2】 184

【도 3】 185

I. 제목

구조기반 기능성 소재개발 연구

II. 연구개발의 목적 및 필요성

기능성식품은 식품 소재로부터 유해인자를 제거하여 유용한 기능을 가지게 함으로써 질병의 위해를 감소시킬 수 있는 식품과학의 첨단분야로서 질병의 치료를 주목적으로 하는 의약품과는 명료하게 선을 긋는 것이다.

더욱이 21세기 식품산업은 식품의 제 3 차적 기능인 생리조절활성이 강조된 기능성 식품(functional food) 또는 약용식품(Pharmafood, nutraceutical food)이 식품 시장을 주도할 것으로 예견되며, 2010년에는 약 20조원의 시장 형성과 더불어 의약품과의 구별이 불명확한 상황으로 전개되어 향후에는 성인병을 치료보다는 이들 약용식품을 활용한 예방차원에서 관리될 것으로 추론된다.

신기능성물질은 건강의 증진으로 삶의 질 향상 및 인류 보건에 기여할 수 있어 이의 개발은 고부가가치 약용식품, 영양의학식품 또는 의약품개발을 통한 수익창출을 가져올 수 있을 뿐만 아니라 국가 경제 및 사회, 문화적 측면에서 삶의 질 향상의 전환점을 마련할 수 있다.

우리나라에는 동의보감 등 많은 문헌에 천연물들이 인체건강유지 및 질병예방, 질환치료에 효과가 있다는 많은 자료가 있다. 또한 최근에는 전통식품을 포함한 식품에서도 여러 가지 기능성이 있다는 결과가 많이 발표되고 있다.

그러나 대부분의 연구결과는 동물시험 결과 아니면 고문헌의 결과에 많이 의존하고 있으며, 동물실험의 경우 과학적인 뒷받침이 없이 효과가 있었다, 좋았다, 등의 결과로 어떤 물질이 어떻게 작용하여 어디에 구체적으로 좋았다는 과학적인 결과는 부족하다. 따라서 전통식품들의 세계화를 위해서는 전통식품들이 가지고 있는 생리활성성분들을 찾아내고 이들에 대한 인체건강기능과의 상관관계를 연구하여야한다.

따라서 수출 가능성이 가장 높은 우리의 전통식품류에 생명공학기법의 도입을 통한 신기능성 또는 약용식품 개발은 전통식품류의 고부가가치화에 따른 수출촉진을 도모함과 동시에 세계화를 실현하게 되는 계기를 마련할 수 있다.

본 연구에서는 보다 적극적으로 기능성 식품을 개발하기 위하여 전통식품에 존재하는 기능성 물질의 분리ㆍ정제 및 구조의 확인을 하고 이 화합물들에 대한 다양한 생리활성 연구 및 표준분석방법을 확립하여 최적의 기능성 식품을 창제할 수 있는 기반 기술을 구축하고자하였다.

III. 연구개발의 내용 및 범위

○ 전통식품소재로부터 천연유래 물질들 가운데 미량 존재하거나 또는 그들의 생합성 과정 중에 생성되거나 생성될 가능성이 있는 유사체들을 합성하고, 본 연구팀에서 이미 확보된 천연물 및 천연소재 라이브러리를 이용하여 다양한 bioassay(뇌신경보호 및 인지기능 개선 효능, 골다공증 개선효능, 항 고혈압효능 및 다약제내성 효능)를 통하여 구조와 인체건강유지기능과의 상관관계를 정립하여 새로운 바이오식품소재를 창출하고자 하였다.

○ 전통 기능성식품 소재의 추출물로부터 생리활성성분 혹은 기능성 물질로 주목받고 있는 isoflavonoid (flavonoid 화합물 포함), polyphenol (catechin, stilbenes, lignan 포함), saponin 계 화합물들을 대량 분리정제하고 화학구조를 동정한다. 즉 전문가의 감별을 거친 기능성 식품소재를 추출하고 추출물은 일상적 방법에 따라 dichloromethane, ethylacetate, n-butanol 등의 유기용매로 단계적으로 용매분획을 실시한다. 각 용매분획물은 따로따로 silica gel, RP-18, diaion HP-20, MCI gel 등 각종 chromatography용 담체를 사용하여 liquid chromatography를 반복적으로 실행하므로서 생리환성물질의 분리를 시도한다. 분리된 활성성분들은 최종적으로 각각 mp, MS, IR, UV, CD 및 NMR (H-NMR, C-NMR, 2-D H-NMR, HMQC, HMBC)등 각종 spectral data를 종합하여 화학구조를 동정한다. 분리된 각종 기능성화합물들은 구조와 인체 건강유지 기능과의 상관관계 연구팀 및 새로운 기능성발굴 연구팀에게 신속히 제공하여 새로운 기능성의 발굴 및 구조활성 상관관계의 연구에 활용될 수 있도록 한다.

○ 플라보노이드 유사체 대상 유효 소재 탐색 및 선별을 위하여 다종의 플라보노이드 및 변형 유사체 1,2 세부과제를 통하여 분양받아 in vitro assay방법에 의한 소재별 에스트로겐 활성 평가와 에스트로겐 수용체 결합 선택성을 비교한다. 또한 천연물 유래 플라보노이드 급원의 에스트로겐 활성 평가를 위해서 in vitro assay법에 의한 유효 활성평가 및 핵심 성분 도출을 하여 in vivo 동물실험모델 활용 선발 소재 추출물의 갱년기 개선 효능 평가 한다. 마지막으로 플라보노이드류 및 유사체와 에스트로겐 활성간의 구조 상관성 연구를 위해 유효 플라보노이드의 구조와 활성간 상관성(QSAR) 분석 및 변형 유사체 포함한 모델식 도출하여 목적 활성에 핵심적인 structural requirement 도출 및 모델링한다.

○ 전통식품, 특히 전통 된장에서 생리활성을 보유하는 펩타이드를 탐색하기 위해 전통 된장이 보유한 생리활성을 평가하고, 유용 펩타이드를 분리, 정제하여 다양한 생리활성 평가 시스템 즉: HMG-CoA reductase 억제, Pancreatic lipase 억제, 조골세포 분화 촉진등에 관하여 연구를 수행하고 가장 대표적인 활성을 나타내는 펩타이드를 분리하여 펩타이드를 동정하고, 구조를 분석하여 활성부위를 탐색한다. 이를 이용하여 펩타이드 analogue를 합성하고 구조-기능과의 상관관계를 연구하여, 증가된 활성을 가지는 펩타이드를 디자인한다.

○ 전통소재로부터 항노화, 기억력 개선 물질 탐색을 탐색하기 위하여 in vitro에서 노화세포의 항노화 기능 확인, acetylcholine-esterase 및 acetylcholine 활성 확인한다. in vitro 연구를 통해 1차 검증 확인된 소재에 대해서는 사료화 및 인지능력확인(행동학적검사 및 조직화학적검사), 인지능력개선의 행동학적 검사를 통해서 인지능력 향상의 기전 및 항노화 기전 확인하고 기능성식품으로 개발 가능성을 검토한다.

IV. 연구개발결과

○ 천연소재라이브러리로부터 뇌신경보호 및 인지기능개선, 골다공증개선, 항고혈압 및 천연물 라이브러리로부터 다약제내성등에 효능을 갖는 기능성식품소재의 개발에 관한 연구를 수행하여 뇌신경보호 및 인지기능개선용 기능성 식품소재로는 포도나무 수피를 비롯해 다양한 폴리페놀화합물(살비아놀릭에시드, 바쿠치올, 입실론-비니페린, 라폰티게닌, 피세아탄놀, 루테올린 및 미르세틴 )들에 인지기능개선 효능이 있음을 확인하였다. 골다공증효능을 갖는 기능성 식품 소재로는 육두구와 황금을 찾아내었다.

육두구는 조골세포의 생성에 도움을 주어 골다공증을 예방하며, 황금은 파골세포의 생성을 억제함으로서 골다공증을 억제하는 것으로 밝혀졌다. 항 고혈압 효능을 갖는 소재로는 목단피, 대황, 유백피 및 고량강등을 찾아내었다. 이들 기능성소재들은 혈관이완활성을 통해 항고혈압효능을 나타내는 것으로 밝혀져 향후 기능성식품으로 개발 가능성 높은 것으로 사료된다. 천연물 유효성분의 구조전환 연구로는 에스트로겐 활성이 있는 bakuchiol의 구조활성 연구를 위하여 유사체를 합성하여 제 3세부과제와 공동으로 연구를 수행하였고, 다약제내성에 관한 연구를 위하여 미량으로 존재하는 samarcandin유사체들을 합성하여 연구에 이용하였다.

○ 기능성 식품소재인 녹차의 잎 추출물로부터 catechin 계 flavonoid 화합물, 황금, 하고초, 고량강 등 flavonoid 함유 식물 추출물로 부터 20여종의 flavonoid 화합물, 포도줄기 및 대황으로로부터 총 14종의 표준 stilbene 및 oligomer stilbene 화합물, 肉荳구 및 삼백초로부터 machilin A등 20여종의 lignan 및 oligolignans 표준품의 확보 및 분리정제방법을 수립하였다.

아울러 초대형추출장치 및 high performance evaporator, MPLC, prep-HPLC 장치를 연속적으로 병렬, 연결하여 기능성물질들을 해당 소재추출물로부터 신속하게 분리, 정제할 수 있는 효율적인 system을 구축하였다. 녹차추출물로부터 catechin 계 flavonoid를 지표성분으로 활용하여 녹차 및 녹차제품의 품질평가에 용이하게 활용할 수 있는 간편하고 신속한 HPLC 분석법을 확립하였으며 도라지 추출물로부터 platycodon D 등 7종의 saponin 성분들을 지표성분으로 한 HPLC 분석법을 개발하였다.

○ 한국화학연구원으로부터 분양받은 200여종의 플라보노이드류와 이의 유사체를 효모재조합검색시험법, 유방암세포인 MCF-7세포의 증식 평가법(E-screen), 에스트로겐 수용체결합시험법(ER binding affinity)으로 에스트로겐 활성을 분석한 결과 다종의 플라보노이드화합물들이 높은 활성을 갖고 있음을 확인 하였다. 또한 파고지 추출물 및 bakuchiol이 난소절제 동물 모델을 이용한 동물실험에서 높은 활성을 보여주었다.

QSAR 분석은 in vitro assay에서 분석된 ERα와 ERβ의 RBA 값과 각 화합물의 구조식으로부터 산출된 분자표현자와의 상관성 분석에 의해 모델식을 유도하여 ERα 모델식의 r² = 0.79, q² = 0.66, ERβ 모델식은 r² = 0.80, q² = 0.69의 높은 상관성을 보였고, 화합물이 ER에 결합하는 형태를 구현하기 위해 Accelrys DS Visualizer를 활용하여 3D-Docking을 실시하였고 이때 사용된 ERα와 ERβ는 Ligandfitting방법에 의해 플라보노이드류를 Docking시켜 이미지로 구현하였다.

○ 된장으로부터 HMG-CoA reductase 억제활성을 나타내는 펩타이드를 분리하기 위하여 HPLC를 이용하여 6개의 분획으로 나눠 가장 좋은 활성을 나타낸 분획들에 대하여 분리, 정제하고 구조를 분석한 결과 12개의 아미노산으로 구성된 분자량 1,270의 펩타이드와 분자량이 1,078인 펩타이드임을 밝혀내었다.

또한 콩에서 분리한 HMG-CoA reductase (HMCR) 활성을 가진 펩타이드(IAVP)의 구조-기능과의 상관관계를 분석하기 위하여 8개의 펩타이드를 디자인하여, HMG-CoA reductase의 억제활성이 가장 높은 YVAE합성을 통해 찾아내었다.

○ 한국화학연구원으로부터 분양받은 시료 650여개와 자체분리한 50여개의 화합물에 대해서 in vitro 항노화 활성 검증, acetylcholine 검증을 통해서 효능이 있는 화합물 40여종을 찾아내었고 이들에 대하여 단기간 급여시 항노화 활성 검증 및 passive avoidance test를 통해 효능이 확인된 소재 10여종을 다시 선별하였다. 이들 소재에 대하여는 24개월령 이상 급여군에서 인지능력 향상, 항노화 기전 확인 및 인지능력 향상 기전 확인하는 연구를 수행하여 수종의 소재를 발굴하였다.

V. 연구개발결과의 활용계획

○ 현재, 이들 연구결과는 대부분 특허출원을 통하여 지적재산권을 확보하고 있으며 이들 지적재산권을 산업화와 연결시키기 위하여 한국기술거래소 (KTTC), 한국산업기술진흥협회 등 다양한 marketing channel을 통하여 기술홍보를 활발히 진행중이며 아울러 CJ, 농심 등 국내기업과의 직접적인 접촉도 꾸준히 진행하고 있다.

○ 향후 기업체와 연계하여 세계시장에 진출할 수 있는 새로운 건강기능성 식품으로 개발시켜 나가고 이를 통해 국내 기능성식품산업의 발전, 생산성 증대, 기술력 향상에 기여할 것이다. 연구과정에서 확립, 확보된 연구기술과 확보된 기능성 화합물들은 본 연구실에서 운영하고 있는 순수천연물은행 (Pure natural product library)를 통하여 관련 기초연구분야의 연구자에게 제공하여 보다 다양한 기능성 확보 연구에 소중한 자료로 활용할 계획이다.