Effects of Coffee Extracts with Different Roasting Degrees on Antioxidant and Anti-inflammatory System in Mice

Abstract

Coffee roasting is an important process for taste, color and aroma of coffee. Maillard reaction, a major reaction during the roasting process, produces melanoidin, which affects the overall antioxidant capacity and anti-inflammatory effect of coffee. In this study, coffee roasting was done by four degrees; Light, Medium, City, and French. To examine the antioxidant and anti-inflammatory effect of coffee extracts with different roasting degrees in vivo, we used 10-week-old male C57BL/ 6 mice. Mice were pre-treated with coffee extracts for 10 days by oral gavage (300 mg/ Kg.BW/ day). After the last pre-treatment, lipopolysaccharide (LPS, 15 mg/ Kg.BW/ day) was intraperitoneally injected for immune stimulation. Histopathological analysis showed that hepatic portal vein invasion and liver necrosis have severely occurred in LPS treated group, however these phenomena were widely ameliorated when pre-treated with Light or Medium roasted coffee extracts. Hepatic GSH concentrations in coffee-only-treated groups were significantly decreased with an increasing degree of coffee roasting. When treated with LPS, mRNA expression level of tumor necrosis factor-alpha (TNF-α) was increased whereas it was significantly reduced in Light and Medium group. The coffee extracts treatments had decreased the mRNA expression level of interleukin 6 (IL-6) in mice stimulated by LPS in all roasting degrees, and these effects reduced with increasing the roasting degree. Using luciferase reporter assay, we figured out that these effects of coffee extracts were transcriptionally regulated by NF-κB pathway. From these results, we could conclude that roasting degree affects antioxidant and anti-inflammatory effects of coffee extracts.;커피 콩의 로스팅은 커피의 맛과 색, 향에 영향을 미친다. 커피 콩이 로스팅되는 과정에서 발생하는 Maillard 반응은 커피의 전반적인 항산화 및 항염증 효과에 영향을 미치는 Mellanoidin을 생성한다. AML-12 세포와 RAW 264.7 세포를 이용한 이전의 in vitro 연구에서 로스팅 정도에 따른 커피 추출물의 항산화 및 항염증 효과성이 보고되었지만, in vivo 상에서의 생물학적 효과를 확인하는 연구는 아직까지 진행되지 않았다. 본 연구에서는 커피 콩의 로스팅 정도를 Light와 Medium, City, French의 4가지로 분류하였으며, 10주 령의 C57BL/ 6 마우스 모델을 이용하여 로스팅 정도에 따른 커피 추출물의 항산화 및 항염증 효과성을 연구하였다. 각각의 마우스에게 체중당 300 mg/Kg의 커피 추출물을 10일간 경구위 관영양 법으로 1일 1회 투여하였고, 마지막 커피 추출물을 투여한 뒤 면역 자극을 유도하기 위해 체중당 15 mg/Kg의 Lipopolysaccharide (LPS)를 복강 내에 주입하였다. 대조군, Light, French, LPS, L+LPS, M+LPS, C+LPS, F+LPS로 총 8개 그룹으로 나누어 진행하였으며 그룹당 6마리의 마우스가 사용되었다. 간의 조직병리학적 분석 결과, LPS를 처리한 그룹에서 간 문맥의 침해 및 괴사가 나타났지만 이러한 현상은 Light와 Medium 그룹에서 유의하게 완화되었다. 간의 Glutathione (GSH) 수치는 LPS 그룹에서 감소하였지만, French 그룹에서는 증가하였다. LPS를 마우스에게 주입했을 때, TNF-α의 mRNA 발현이 증가되었으나 Light와 Medium 그룹에서는 유의하게 감소되었다. 반면, LPS에 의해 증가된 IL-6의 mRNA 발현 수준은 커피 콩의 로스팅 정도와는 상관없이 감소하였으며, 이러한 효과는 커피 콩의 로스팅 정도가 증가할수록 감소하였다. 커피 추출물이 NF-κB 신호 전달 시스템의 활성화를 통해 염증 반응을 조절하는 것인지 추가적으로 확인하기 위해 RAW 264.7 세포를 이용하여 Luciferase 시험을 진행하였다. RAW 264.7 세포에 LPS만을 처리했을 때 NF-κB의 Luciferase 활성이 크게 증가하였으나, 이는 커피 추출물에 의해 유의하게 감소하였고 특히 Light와 Medium 그룹에서 가장 낮은 수치를 보였다. 이러한 결과들을 분석해보면, 커피 콩의 로스팅 정도가 커피 추출물의 항산화 및 항염증 효과성에 영향을 미치는 것으로 생각되며, 본 연구를 통해 기능성 식품으로서 커피의 새로운 가능성을 기대할 수 있을 것이라 사료된다.