Matcha (Powdered Green Tea) as a Functional Food Substance: Potential Health Benefits for Inflammation-induced Cognitive Dysfunction :

김종민

학위논문

저자정보: 김종민 (경상대학교, 경상국립대학교 대학원)

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녹차는 전 세계적으로 소비되는 천연 소재로서 다양한 카테킨, 탄닌 등과 같은 폴리페놀 화합물이 함유되어 있어 항균 활성 및 항암 효과 등의 생리활성 능력이 보고되고 있다. 또한, 체중감소 및 혈당 강하효과, 항당뇨 활성 등과 같은 대사증후군과 관련된 질병에 대한 예방 효과 역시 보고되었다. 그러나 생리활성이 우수하고 품질이 좋은 녹차의 채취 시기는 제한적이며, 생리활성 물질들의 산화가 빠르게 일어날 수 있으며, 높은 수분함량을 가지고 있어 저장 및 유통 과정 중에서 빠르게 산화되어 품질의 저하가 나타난다. 따라서 녹차는 잎 녹차 형태가 아닌 발효차, 우롱차, 말차 등과 같은 다양한 형태의 가공품으로 제조되어 시중에 유통되고 있다.
특히, 녹차를 이용한 가공품 중 하나인 말차(matcha green tea)는 잎 녹차에 비해 생리활성 물질 함량의 개선이 나타났음에도 불구하고 생리활성 연구는 녹차와 비교하였을 때 부족한 실정이다. 따라서 녹차의 가공품인 말차의 생리활성 연구를 진행함으로써 녹차의 부가가치를 높이고 건강기능식품으로서의 가치 향상에 도움을 주고자 한다.
본 연구에서 말차의 저장조건에 따른 품질 및 생리활성 물질의 변화를 확인하고자 저장 기간, 온도, 수분 활성도, 빛 노출, 산소 노출 등 다양한 조건에 따른 말차의 품질 변화를 평가하기 위해 수행되었다.
말차의 수분함량은 온도가 상승함에 따라 감소하는 경향이 있으며, 말차의 밝기와 녹색 값을 평가하기 위해 L* 및 G* 값의 변화를 측정한 결과 온도와 시간이 증가함에 따라 감소하였다. 총 페놀 함량과 총 플라보노이드 함량과 ABTS 및 DPPH 라디칼 소거 활동은 온도와 시간이 증가함에 따라 감소히였다. EC, EGC, ECG, EGCG와 같은 카테킨의 함량은 저장 온도와 시간에 따라 점차 감소하는 경향을 보였고, 말차의 카페인과 루틴 역시 저장 온도와 시간에 따라 크게 감소했다.
가루 녹차의 수분 활성도 및 빛 노출에 따른 저장조건을 확인한 결과 색도, 생리 활성 물질 함량, 항산화 활성이 11-43% 미만에서는 안정적으로 저장되었다. 53% 수분활성도의 조건에서는 모든 지표가 2주간 안정되었고, 69-81% 수분활성도 조건에서는 2주 이상 보관을 지속할 경우, 항산화 활성이 급격히 감소되는 것을 확인하였다. 따라서 수분 활성도에 따른 가루 녹차의 저장조건은 11-43%의 저장조건에서는 저장 기간의 영향을 받지 않지만, 53%의 저장조건을 유지하면 2주 이내로, 69-81%의 조건이 유지되면 1주일 이내에 보관하는 것이 바람직할 것으로 사료된다.
또한, 말차의 원물인 잎 녹차의 산소 노출에 따른 저장조건에 따른 품질 변화를 측정하였다. 일반적으로 상온에서 저장되는 조건인 23℃와 35℃에서 진행하였다. 총 페놀 함량과 총 플라보노이드 함량은 3개월 동안 지속적으로 감소하였고, 산소 노출 조건에서 진공 조건에 비해 유의적으로 감소하는 경향을 보였다. ABTS 및 DPPH 라디칼 소거 활성 결과 녹차 잎의 항산화 활성은 산소 노출 조건에 따라 감소하였다. 산소 유무에 따른 휘발성 화합물의 변화를 확인하기 위해 가스 크로마토그래피 (GC) 분석을 수행하였고, 2개월 동안 2-methyl butanal과 3-methyl butanal은 산소 노출 여부와 상관없이 감소했습니다. 반면 저장 기간이 지속됨에 따라 2-ethyl furan의 함량은 증가하였다.
생리활성 평가를 진행하고자 녹차가 가지는 대사증후군 개선 평가를 진행하였다. 말차 추출물의 in vitro 간 보호 효과를 평가하기 위해 잎 녹차 대비 항산화 능력과 HepG2 세포의 항염 작용을 조사하였다. 말차의 물 추출물은 총 페놀 및 총 플라보노이드 함량, ABTS 및 DPPH 라디칼 소거 활성 및 지질 과산화 억제 효과의 평가를 통해 잎 녹차에 비해 유의저으로 우수한 카테킨 함량 및 항산화 능력을 보였다. 또한, α-glucosidase, α-amylase 및 최종당화산물 (AGEs)의 상당한 억제 효과를 나타냈다. 말차 추출물은 H2O2 및 고 포도당 유도 HepG2 세포에서 세포 생존력과 활성 산소 종 (ROS) 감소를 유의하게 보였으며, 올레산 유도 HepG2 세포에서 지방 축적을 억제하고 p-JNK, p-Akt, p-GSK-3β, caspase-3, COX-2, iNOS 및 TNF-α와 같은 염증 단백질 발현을 조절하였다. 본 연구를 통해 우수한 항산화 활성을 가지는 말차는 간 지방 축적 억제 활성과 간 염증을 개선하는 기능성 소재로써 사용될 수 있을 것이다.
대사증후군 개선 연구를 진행하고자 수컷 C57BL/6 마우스에서 고지방식이 (HFD)로 유도된 인지기능 장애에 대한 말차 추출물(EM)의 보호 효과를 평가하였다. EM은 HFD 유도 마우스에서 OGTT 및 IPGTT를 측정하여 내당능을 개선하는 것으로 나타났다. 또한, Y-maze, passive avoidance 및 Morris water maze 테스트에서 행동 및 기억 장애를 개선했다. EM의 섭취는 후복강지방, 부고환지방, 신장주변지방, 장간막 지방 조직의 지방 함량과 이상 지질 혈증을 감소시켰다. 또한 EM은 간 및 너 조직의 항산화 시스템을 개선히였다. EM은 ACh 함량과 AChE 및 ChAT의 발현을 조절하여 대뇌 콜린성 시스템을 개선하였다. 또한, EM은 간과 뇌 조직에서 미토콘드리아 기능을 회복했다. EM은 TNF-α, TNFR1, p-IRS-1, p-JNK, IL-1β, iNOS, COX-2, HMGCR, PPARγ 및 FAS의 단백질 발현을 조절함으로써 간 염증 효과, 지질 합성 및 콜레스테롤 대사를 억제하였다. 또한, EM은 p-JNK, p-Akt, p-tau, Aβ, BDNF, IDE, COX-2 및 IL-1β의 단백질 발현을 조절하여 전체 뇌, 해마 및 대뇌 피질의 인지기능과 신경 염증을 조절했다. 이러한 연구는 EM이 대사 장애와 관련된 인지기능 장애를 개선하는 기능성 식품의 잠재적 식품 소재가 될 수 있음을 시사한다.
본 연구에서는 예측할 수 없는 만성 경증 스트레스 (CUMS)로 유도된 C57BL/6 마우스에 대한 말차의 개선 효과를 평가하였다. 말차 추출물(EM)의 투여는 스트레스 개선 지표를 확인하는 자당 선호도, 강제 수영, 오픈 필드, 꼬리 서스펜션 테스트와 인지기능 개선 평가를 진행하는 Y-maze, passive avoidance 및 Morris water maze 테스트에서 우울증 유사한 행동과 인지기능 장애를 개선했다. 또한, EM의 섭취는 항산화 시스템과 콜린 시스템의 보호 효과를 보였으며, 뇌 미토콘드리아 기능 장애를 개선하였다. EM은 혈청과 시상 하부에서 스트레스 호르몬 대사 산물 생성을 억제하였다. EM은 스트레스 경로와 관련된 GR, CYP11B1, ACTH, CRF, COX-2 및 BDNF의 단백질 발현 및 인지기능과 관련된 BAX, caspase-1, caspase-3, APP, Aβ 및 p-tau를 조절하였다. 또한, EM은 occludin, claudin-1 및 ZO-1의 발현을 조절하여 BBB 기능을 보호했다. EM은 TNF-α, p-JNK, p-IκB, p-CREB, Nrf-2, HO-1 및 IL-1β를 조절하여 염증 효과를 억제했다. 이 연구는 말차의 우울증 유사 행동 장애와 인지 장애를 개선효과를 확인하였고, 호르몬 조절을 통해 다양한 스트레스성 기작을 조적하는 기능성 식품의 소재가 될 수 있을 것으로 판단된다.
본 연구는 말차가 PM2.5에 의해 유도된 세포 독성에 대해 비강, 폐, 피부 및 해마 세포에서 ROS 생성 억제활성과 세포 생존율을 증가시키는 것을 확인했다. EM은 비강 RPMI2650 세포에서 p-Akt, Bcl-2, cas-3, cas-1, HO-1, TLR2, TLR4 및 Nrf2의 조절을 통해 PM2.5 및 H2O2 유도 세포 사멸 및 염증의 발현을 조절하였다. EM은 폐 A549 세포에서 Bcl-2, cas-3, TLR4, TNF-α 및 COX-2의 조절을 통해 PM2.5 및 H2O2 유도 세포 사멸 및 염증의 발현을 조절하였다. EM은 cas-3, cas-1, p-JNK, p-AMPK의 조절을 통해 PM2.5 및 H2O2 유도 세포 사멸 및 염증의 발현을 조절하였다. Primary dermal fibroblast에서 p-NF-κB, COX-2 및 IL-1β. EM은 해마 세포에서 p-JNK, TLR4, p-NF-κB, IL-1β 및 ChAT의 조절을 통해 PM2.5 및 H2O2 유도 세포 사멸 및 염증의 발현을 조절하였다.
또한 EM은 Y-maze, passive avoidance 및 Morris water maze 테스트에서 행동 및 기억 장애를 개선하였고, ACh 함량과 AChE 활동을 조절하여 대뇌 콜린성 시스템을 개선히였다. 또한 EM은 대뇌, 폐 및 대장의 항산화 시스템을 개선하였고, 뇌와 폐 조직에서 미토콘드리아 기능을 회복하였다. EM은 폐 조직에서 TNF-α, p-JNK, p-IκB-α, p-NF-κB, BAX, Cas-1, COX-2 및 IL-1β와 같은 PM2.5 유도 염증의 발현을 조절하였고, 피부 조직에서 MITF, TYR, TRP-1, TNF-α, TLR4, TLR2, p-JNK, BAX 및 COX-2와 같은 PM2.5 유도 피부 건강 및 염증의 발현을 조절하였다. EM은 olfactory bulb 조직에서 p-JNK, p-IκB-α, Cas-1 및 COX-2와 같은 PM2.5 유도 염증 발현을 조절하였다. EM은 해마 조직에서 BAX, APP, Aβ 및 p-tau와 같은 PM2.5 유도 염증 발현을 조절했다. 이러한 결과는 EM이 PM2.5로 인한 전신 염증 효과와 인지 기능 장애를 개선하는 기능성 식품의 잠재적 공급원 일 수 있음을 시사합니다
본 논문의 결과들을 종합하여 볼 때, 다양한 스트레스에 의해 발생하는 염증반응으로 인한 인지기능 장애를 말차 추출물의 섭취로 인해 개선시킬 수 있는 것으로 판단되며, 이러한 연구들을 통해 건강기능성식품 소재로써 이용 가능성과 산업적 활용을 위한 홍보 및 기초자료로서 이용할 수 있을 것으로 사료된다.

#말차 #생리활성 #저장조건 #대사증후군 #스트레스 #미세먼지 #항염증 #인지기능

List of Tables X
List of Figures XI -XXIII
초록 XXIV-XXVII
CHAPTER Ⅰ. Literature review 1- 7
Ⅰ. Introduction 1- 2
Ⅱ. Green tea consumption 2- 3
Ⅲ. Green tea and health benefits 3- 4
Ⅳ. Conclusion 4
Ⅴ. References 5- 7
CHAPTER Ⅱ. Effect of storage condition on the antioxidant activity and catechins stability of matcha green tea 8- 73
Ⅰ. Introduction 8- 9
Ⅱ. Materials and methods 11- 16
1. Materials 11
1. Chemicals 11
1. Experimental design 12
1. Determination of color 12
1. Moisture content 12
1. Total phenolic and total flavonoid content 12- 13
1. ABTS and DPPH radical scavenging activity 13- 14
1. High performance liquid chromatography (HPLC) analysis 14- 15
1. Gas chromatogtaphy (GC) analysis 15
1. Statistical analysis 15
Ⅲ. Results and discussion 17- 64
1. Effect of storage temperature on the antioxidant activity and catechins stability of matcha green tea 17- 32
1) Effect of storage temperature on color 17- 21
2) Effect of storage temperature on moisture content 22- 23
3) Effect of storage temperature on TPC and TFC 24- 25
4) Effect of storage temperature on antioxidant activities 26- 37
5) Effect of storage temperature on physiologically active compounds
29- 32
2. Effect of water activity and periods on the antioxidant activity and catechins stability of matcha green tea 33- 41
1) Effect of water activity and periods on moisture contents 33- 35
2) Effect of water activity and periods on total phenolic contents and flavonoid contents 36- 37
3) Effect of water activity and periods on ABTS radical scavenging activity and DPPH radical scavenging activity 38- 39
4) Effect of water activity and periods on vitamin C 40- 41
3. Effect of storage temperature and light exposure on the antioxidant activity and catechins stability of matcha green tea 42- 56
1) Effect of storage temperature and light exposure on color change, total phenolic content and total flavonoid content of matcha green tea
42- 45
2) Effect of storage temperature and light exposure on ABTS and DPPH radical scavenging activity 46- 48
3) Effect of storage temperature and light exposure on vitamin c content
49- 50
4) Effect of storage temperature and light exposure on caffeine content
51- 52
5) Effect of storage temperature and light exposure on rutin content
53- 54
6) Effect of storage temperature and light exposure on catechin content
55- 56
4. Effect of storage temperature and oxygen exposure on the antioxidant activity and catechins stability of matcha green tea 57- 64
1) Effect of storage temperature and oxygen exposure on total phenolic content and total flavonoid content of matcha green tea 57- 59
2) Effect of storage temperature and oxygen exposure on ABTS and DPPH radical scavenging activity of matcha green tea 60- 62
3) Effect of storage temperature and oxygen exposure on volatile compounds of matcha green tea 63- 64
Ⅳ. Conclusions 65- 67
Ⅴ. References 68- 73
CHAPTER Ⅲ. Matcha green tea improves metabolic imbalance-induced cognitive dysfunction 74- 155
Ⅰ. Introduction 74- 76
Ⅱ. Materials and methods 77- 86
1. Chemicals 77
1. HPLC analysis 77- 78
1. Total phenolic and total flavonoid contents 78
1. ABTS and DPPH radical scavenging activity 79
1. Malondialdehyde (MDA) inhibitory effect 79
1. α-amylase, α-glucosidase and AGEs inhibitory effect 80
1. Cell Culture and Treatment 80
1. Intracellular reactive oxygen species (ROS) and cell viability 80- 81
1. Lipid accumulation (Oil red O staining) 81
1. Animals and in vivo experimental design 81- 82
1. Glucose tolerance test 82
1. Behavioral test 82- 83
1. Serum chemicals 83
1. Antioxidant system 84
1. Cerebral Cholinergic System 84- 85
1. Mitochondrial Extraction 85- 86
1. Western Blot 86
1. Statistical Analysis 86
Ⅲ. Results and discussion 87- 142
1. Protective effect of matcha green tea green tea extract on high glucose- and oleic acid-induced hepatic inflammatory effect 87- 105
1) Catechin contents 87- 88
2) Antioxidant activities 89- 91
3) Inhibitory effect of α-amylase, α-glucosidase and AGEs production
92- 95
4) Intracellular reactive oxygen species (ROS) and cell viability against oxidative stress and high glucose in HepG2 cells 96- 98
5) Protective effect of matcha green tea on lipid toxicity-induced non alcoholic fatty liver disease 99- 101
6) in vitro hepatic inflammation 102- 105
2. Matcha green tea improves metabolic imbalance-induced cognitive dysfunction 106- 142
1) Body weight gain and glucose tolerance test 106- 108
2) Y-maze test 109- 110
3) Passive avoidance test 109- 111
4) MWM test 112- 114
5) Organ weight change 115- 116
6) Serum biochemical 117- 119
7) Protein expression in white adipose tissue (WAT) 120- 121
8) Antioxidant system 123- 124
9) Cholinergic system 125- 128
10) Mitochondrial function 129- 131
11) Hepatic inflammation 132- 133
12) Hepatic protein expressions related to lipid synthesis and cholesterol metabolism 134- 135
13) Tau pathway 136- 137
14) Amyloid beta clearance pathway 138- 139
15) Neuroinflammation 140- 142
Ⅳ. Conclusions 143- 144
Ⅴ. References 145- 155
CHAPTER Ⅳ. Matcha green tea alleviates depressive-like behaviors and cognitive dysfunction in chronic unpredictable mild stress-induced C57BL/6 mice 156- 204
Ⅰ. Introduction 157- 158
Ⅱ. Materials and methods 159- 165
1. Chemicals 159
2. Animals and in vivo experimental design 159- 160
3. Sucrose preference test 160
4. Tail suspension test 160
5. Open field test 160
6. Forced swim test 160- 161
7. Y-maze test 161
8. Passive avoidance test 161
9. Morris water maze test 161
10. FRAP 162
11. Serum ammonia 162
12. Antioxidant system 162- 163
13. Cerebral cholinergic system 163
14. Mitochondrial extraction 164
15. Hormone test 164- 165
16. Western blot 165
17. Statistical analysis 165
Ⅲ. Results and discussion 166- 199
1. Body weight 166- 167
2. Sucrose preference test 166- 168
3. Forced swim test 169- 170
4. Open field test 169- 171
5. Tail suspension test 172- 173
6. Y-maze test 174- 175
7. Passive avoidance test 174- 176
8. MWM Test 177- 178
9. FRAP 179- 180
10. Serum ammonia contents 179- 181
11. Antioxidant system 182- 183
12. Cholinergic system 184- 185
13. Mitochondrial function 186- 187
14. Serum hormone change 188- 189
15. Hypothalamic hormone change 188- 190
16. Stress-related pathway 191- 192
17. Apoptotic pathway 191- 193
18. Aβ/Tau Pathway 191- 194
19. BBB function 195- 197
20. BDNF pathway 195- 198
21. Inflammation pathway 195- 199
Ⅳ. Conclusions 200
Ⅴ. References 201- 204
CHAPTER Ⅴ. Anti-amnesic effect of matcha green tea via the regulation of systemic inflammation in PM2.5-induced BALB/c mice 205- 272
Ⅰ. Introduction 206- 207
Ⅱ. Materials and methods 208- 213
1. Chemicals 208
2. Cell culture and treatment 208
3. Intracellular reactive oxygen species (ROS) and cell viability 208- 209
4. Animals and in vivo experimental design 209
5. Y-maze test 210
6. Passive avoidance test 210
7. Morris water maze test 210
8. Cerebral cholinergic system 210- 211
9. Antioxidant system 211
10. Mitochondrial extraction 211- 212
11. Western blot 213
12. Statistical analysis 213
Ⅲ. Results and discussion 214- 264
1. Protective effect of matcha green tea on PM2.5-induced nasal, pulmonary, hippocampal and dermal cells 214- 238
1) Intracellular reactive oxygen species (ROS) and cell viability against PM2.5-induced oxidative stress in RPMI2650 cells 214- 215
2) Intracellular reactive oxygen species (ROS) and cell viability against PM2.5-induced oxidative stress in A549 cells 216- 217
3) Intracellular reactive oxygen species (ROS) and cell viability against PM2.5-induced oxidative stress in HT22 cells 218- 219
4) Intracellular reactive oxygen species (ROS) and cell viability against PM2.5-induced oxidative stress in primary dermal fibroblast cells 220- 222
5) in vitro PM2.5-induced nasal toxicity 223- 224
6) in vitro H2O2-induced nasal toxicity 225- 226
7) in vitro PM2.5-induced pulmonary toxicity 227- 228
8) in vitro H2O2-induced pulmonary toxicity 229- 230
9) in vitro PM2.5-induced dermal toxicity 231- 232
10) in vitro H2O2-induced dermal toxicity 233- 234
11) in vitro PM2.5-induced hippocampal toxicity 235- 236
12) in vitro H2O2-induced hippocampal toxicity 237- 238
2. Anti-amnesic effect of matcha green tea via the regulation of systemic inflammation in PM2.5-Induced BALB/c mice 239- 264
1) Y-maze test 239- 240
2) Passive avoidance test 241- 242
3) MWM test 243- 244
4) Cholinergic system 245- 246
5) Antioxidant system 247- 248
6) Mitochondrial function 249- 252
7) Melanogenesis pathway 253- 254
8) Inflammatory pathway in dermal tissue 255- 256
9) Inflammatory pathway in pulmonary tissue 257- 258
10) Inflammatory pathway in olfactory bulb tissue 259- 261
11) Aβ/tau pathway in hippocampal tissue 262- 264
Ⅳ. Conclusions 265
Ⅴ. References 266- 272

구분	그룹	데이터 항목
AI 학습용 데이터	원문	원문 PDF 파일
AI 학습용 데이터	원문 + 메타 (기본/상세)	원문 PDF 파일 및 서지정보 CSV
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	간행물 메타	부제목, 간행물 유형, ISSN, ISBN, 최초발행연도, 폐간연도, 간행빈도, 발행주기, 등재사항, 이용수, 피인용수, 권호수, 논문수, 표지이미지
	논문 메타	작성 언어, 부제목, 대등제목, 목차, 키워드, 초록, 이미지, 참고문헌, 이용수, 피인용수, 논문활용도, DBpia통합주제분류, KDC분류, DDC분류, 한국연구재단분류, UCI, DOI
	저자 메타	소속기관, 소속부서, 직급, 연구분야, 연구키워드, 이용수, 피인용수, 저자 논문활용도

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