국내 자생 구절초 및 마키노국화의 형태적 특성, 성분 분석 및 생리활성 연구 A Study on Morphological Characteristics, Quantitative Analysis of Substances and Biological Activities of Chrysanthemum zawadskii and Chrysanthemum makinoi in Korea원문보기
현대 산업의 발달, 생활 수준의 향상 및 고령 인구 증가로 외적인 멋의 추구뿐만 아니라 건강을 유지하고 증진시키고 싶은 요구로 인해 기능성 화장품 및 식품에 대한 관심이 꾸준히 상승하고 있다. 하지만 화장품을 비롯한 식품 첨가물에서 합성 첨가물에 대한 안전성 문제와 건강상의 부작용 문제가 대두되고 있다. 이러한 안전성 문제로 소비자들의 불안감이 고조됨에 따라 합성 첨가물을 최소화하고 이를 대체할 수 있는 미용, 식용가능 천연 물질에 대한 연구 및 개발이 늘어나고 있다. 특히 한방에서 쓰여지는 천연 물질의 미백, ...
현대 산업의 발달, 생활 수준의 향상 및 고령 인구 증가로 외적인 멋의 추구뿐만 아니라 건강을 유지하고 증진시키고 싶은 요구로 인해 기능성 화장품 및 식품에 대한 관심이 꾸준히 상승하고 있다. 하지만 화장품을 비롯한 식품 첨가물에서 합성 첨가물에 대한 안전성 문제와 건강상의 부작용 문제가 대두되고 있다. 이러한 안전성 문제로 소비자들의 불안감이 고조됨에 따라 합성 첨가물을 최소화하고 이를 대체할 수 있는 미용, 식용가능 천연 물질에 대한 연구 및 개발이 늘어나고 있다. 특히 한방에서 쓰여지는 천연 물질의 미백, 보습, 항균, 항산화 효과 등이 과학적으로 입증됨에 따라 이들에 대한 연구가 더욱 활발하게 진행되고 있다. 하지만 천연물은 자연조건에서 자라나는 원료이므로 성분이 분해되거나 변화가 일어날 가능성도 있고, 수입산 약재의 농약 및 중금속 오염, 경제적 이득을 위한 국내산으로 불법 표기 등의 문제가 발생할 수 있어 천연물 원료 표준화를 구축 및 체계적인 품질관리를 위한 연구가 필수적이다. 국화과(Compositae)는 전세계적으로 현화식물의 10%이상을 포함하는 거대한 과이며, 남극을 제외한 전 세계에 분포하는 것으로 알려져 있다 그 중 국화는 분류학상 국화과(Compositae) 국화족(Anthemideae) 국화속(Chrysanthemum)에 속한다. 국내 민속식물 1,095분류군 중에서 국화과가 137분류군으로 한반도에서 식용 및 약용으로 가장 많이 이용되었을 정도로 활용도가 높은 식물이다. 또한 구절초, 백리향 등의 자생허브가 로즈마리, 케모마일 등의 도입허브보다 항산화효과가 높다고 보고되어 국내 자생 허브들의 과학적인 연구를 통한 소재 개발이 필요하다. 따라서 국내에 자생하는 구절초(Chrysantehmum zawadskii) 및 마키노국화(Chrysanthemum makinoi)를 직접 수집하여 형태적 특성, HPLC를 이용한 기능성 성분 함량 분석 및 세포독성, 항산화, 미백, 항균 효과를 비교 분석하였다. 또한 소재의 효율성 및 경제성을 높이기 위해 구절초를 용매별로 분획하여 효과를 밝히고자 하였다. 첫번째로, 7년간 전국 30개 지역에서 구절초를 수집하였으며, 강원도 지역에서 마키노국화를 수집하였다. 구절초의 꽃은 지역과 무관하게 흰색 또는 분홍색 설상화를 가졌으나 잎의 형태에서 큰 차이를 보여 잎의 형태에 따라 3개의 그룹으로 분류하였다(그룹1: 구절초, 그룹2: 가는잎 구절초, 그룹3: 남구절초). 그룹1은 전국적으로 분포하고 있고, 그룹2는 백두산, 울릉도, 제주도 한라산과 같이 고지대 및 제한적인 지역에서 주로 서식하며, 구절초 무리 내에서도 가늘고 두터운 잎을 지니고 있다. 그룹3은 바닷가 인근에서 서식하며, 잎이 넓고 갈라짐이 적다. 그룹4인 마키노국화는 석회암 지대인 강원도 지역에서 발견되었으며, 잎의 형태가 다양하다. 자세한 비교를 위해 그룹별로 한가지 지역을 선정하였다 (그룹1: 황매산, 그룹2: 울릉도, 그룹3: 거제도, 그룹4: 정선). 그룹별로 형태적 특징을 비교해본 결과 화폭은 울릉국화가 60.35 mm로 가장 컸다. 또한 기저부의 잎의 길이와 폭은 구절초와 마키노국화가 가장 길었고, 엽록소 함량은 유의한 차이가 없었다. 상층부의 잎의 길이, 폭의 길이, 엽록소 함량은 각각 38.79 mm, 37.14 mm, 37.13 SPAD로 모두 남구절초가 가장 컸으나, 기저부에 비해 차이폭이 크지 않았다. 구절초는 2x, 4x, 6x, 8x, 10x의 배수체가 보고 되었고, 마키노국화는 2배체로 보고되었다. 본 연구 결과 구절초 및 남구절초는 6배체, 울릉국화는 4배체, 마키노국화는 2배체를 나타내었다. 두번째로, 같은 종이라고 하더라도 재배 환경에 따라 성분 함량 및 효능이 달라지기 때문에 형태적 특성을 비교한 4개의 야생국화 외에 농가에서 구매한 구절초를 추가하여 실험을 수행하였다. HPLC를 통해 12종의 기능성물질 함량을 비교해본 결과, 구절초의 대표적인 플라보노이드 성분인 리나린(linarin)은 울릉국화가 83.571mg/g으로 기존에 보고된 좁은잎엉겅퀴, 산국 등의 연구결과들보다 함량이 가장 높았다. 또한, 마키노국화보다 약 10배, 함해국 구절초보다 약 3.6배가 높아 활용도가 높을 것으로 판단된다. 뇌 신경보호 효과가 있는 루테올린(luteolin)은 구절초가 8.140mg/g으로 함량이 높다고 알려진 타임, 파슬리보다 함량이 높았다. 광범위한 약리학적 특성을 지닌 화합물인 3,5-di-O-caffeoylquninic acid(3,5-DCQA, isochlorogenic acid A)는 울릉국화가 29.386mg/g으로 마키노국화보다 약 3배 함량이 높았다. 당뇨 개선 효과가 있는 cosmosiin은 남구절초가 20.754mg/g으로 가장 높았다. HaCaT 세포의 경우 200μg/mL 이하 조건에서 모두 세포 생존율이 100% 이상으로 독성이 없었으며, B16F10 세포의 경우 25μg/mL 조건에서 80%이상의 세포 생존율을 나타내었다. 총 폴리페놀 함량은 황매산 구절초가 95.98mg/g, 울릉국화가 92.67mg/g으로 가장 높았고, 총 플라보노이드 함량은 울릉국화가 552.53mg/g으로 가장 높았다. 항산화 활성은 대조구인 ascorbic acid의 95.65%보다는 낮았으나, 100μg/mL 농도 조건에서 울릉국화 91.13%로 항산화능이 우수했다. Tyrosinase 저해 활성의 경우 마키노국화가 16.81%로 가장 높았으나, 대조구(58.51%)에 비해 미백 효과가 미미했다. B16F10 세포의 멜라닌 함량 측정결과 α-MSH 처리군에 비해 마키노국화가 32.79%가 감소하여 멜라닌 생성 억제가 가장 우수했다. Staphylococcus aureus에 대한 항균 활성은 함해국 구절초 및 울릉국화가 양성 대조구의 86.44%, 84.91%의 항균 효과를 나타냈다. Pseudomonas aeruginosa의 항균 활성은 함해국 구절초, 황매산 구절초, 남구절초가 대조구보다 높은 활성을 나타내었으며, Candida albicans의 경우 앞선 균보다 더 저농도에서 항균 활성이 나타났다. 따라서 구절초의 동속근연종 및 마키노국화는 꽃의 형태는 매우 흡사하나 잎의 형태, 기능성 물질 함량, 효능에서 차이가 났음을 확인하였으며, 특히 울릉국화의 효과가 고르게 우수하여 대량 재배화를 통한 산업 소재 활용이 필요할 것으로 판단된다. 마지막으로, 산업 소재 효율성 및 경제성을 높이기 위해 구절초를 분획하여 기능성 물질 함량 및 효능 평가를 수행하였다. Linarin의 경우 부탄올(Bu) 분획과 에틸아세테이트(EtOAc) 분획에서 각각 77.360mg/g, 70.603mg/g으로 메탄올 추출보다 약 3.4배 함량이 높아졌다. Luteolin은 EtOAc 분획에서 52.135mg/g으로 메탄올보다 6.4배 높아졌으며, 3,5-DCQA도 EtOAc 분획에서 184.704mg/g으로 메탄올보다 9.7배 높았다. HaCaT 세포의 경우 헥산(He), 클로로포름(Ch) 분획을 제외하고 200μg/mL 이하 농도에서, B16F10 세포에서는 25μg/mL 조건에서 세포생존율이 80% 이상으로 독성이 없었다. 총 폴리페놀 함량 측정 결과 EtOAc 분획이 370.50mg/g, 총 플라보노이드 함량은 947.47mg/g으로 다른 분획층보다 큰 차이로 높았다. 그 결과, 항산화 활성은 저농도인 25μg/mL에서 EtOAc 분획이 92.47%로 대조구와 유사한 활성을 나타내었으며, 100μg/mL에서는 He 및 Bu 분획 또한 90% 이상의 항산화 활성을 나타내었다. Tyrosinase 저해 활성의 경우 EtOAc 분획이 33.33%로 가장 미백 효과가 높았으며, 멜라닌 함량은 α-MSH 처리군에 비해 37.12%의 멜라닌 형성을 억제하였다. Staphylococcus aureus에 대한 항균 활성은 He, Ch, EtOA 100mg/mL 농도에서 양성대조구보다 높았으며, Pseudomonas aeruginosa의 항균 활성은 모든 분획(100mg/mL)에서 양성대조구보다 높은 활성을 나타내었다. Candida albicans의 경우 Ch 분획에서 가장 효과가 높았다. 종합적으로 EtOAc 분획이 고기능, 고함량이면서 안전하게 활용이 가능해 산업 소재화 가능성이 높을 것이라고 판단된다. 특히 야생국화 중 가장 우수했던 울릉국화를 분획한다면, EtOAc 분획이 화장품, 건강기능식품, 더 나아가 약학적으로 소재 활용도가 높을 것으로 기대된다.
현대 산업의 발달, 생활 수준의 향상 및 고령 인구 증가로 외적인 멋의 추구뿐만 아니라 건강을 유지하고 증진시키고 싶은 요구로 인해 기능성 화장품 및 식품에 대한 관심이 꾸준히 상승하고 있다. 하지만 화장품을 비롯한 식품 첨가물에서 합성 첨가물에 대한 안전성 문제와 건강상의 부작용 문제가 대두되고 있다. 이러한 안전성 문제로 소비자들의 불안감이 고조됨에 따라 합성 첨가물을 최소화하고 이를 대체할 수 있는 미용, 식용가능 천연 물질에 대한 연구 및 개발이 늘어나고 있다. 특히 한방에서 쓰여지는 천연 물질의 미백, 보습, 항균, 항산화 효과 등이 과학적으로 입증됨에 따라 이들에 대한 연구가 더욱 활발하게 진행되고 있다. 하지만 천연물은 자연조건에서 자라나는 원료이므로 성분이 분해되거나 변화가 일어날 가능성도 있고, 수입산 약재의 농약 및 중금속 오염, 경제적 이득을 위한 국내산으로 불법 표기 등의 문제가 발생할 수 있어 천연물 원료 표준화를 구축 및 체계적인 품질관리를 위한 연구가 필수적이다. 국화과(Compositae)는 전세계적으로 현화식물의 10%이상을 포함하는 거대한 과이며, 남극을 제외한 전 세계에 분포하는 것으로 알려져 있다 그 중 국화는 분류학상 국화과(Compositae) 국화족(Anthemideae) 국화속(Chrysanthemum)에 속한다. 국내 민속식물 1,095분류군 중에서 국화과가 137분류군으로 한반도에서 식용 및 약용으로 가장 많이 이용되었을 정도로 활용도가 높은 식물이다. 또한 구절초, 백리향 등의 자생허브가 로즈마리, 케모마일 등의 도입허브보다 항산화효과가 높다고 보고되어 국내 자생 허브들의 과학적인 연구를 통한 소재 개발이 필요하다. 따라서 국내에 자생하는 구절초(Chrysantehmum zawadskii) 및 마키노국화(Chrysanthemum makinoi)를 직접 수집하여 형태적 특성, HPLC를 이용한 기능성 성분 함량 분석 및 세포독성, 항산화, 미백, 항균 효과를 비교 분석하였다. 또한 소재의 효율성 및 경제성을 높이기 위해 구절초를 용매별로 분획하여 효과를 밝히고자 하였다. 첫번째로, 7년간 전국 30개 지역에서 구절초를 수집하였으며, 강원도 지역에서 마키노국화를 수집하였다. 구절초의 꽃은 지역과 무관하게 흰색 또는 분홍색 설상화를 가졌으나 잎의 형태에서 큰 차이를 보여 잎의 형태에 따라 3개의 그룹으로 분류하였다(그룹1: 구절초, 그룹2: 가는잎 구절초, 그룹3: 남구절초). 그룹1은 전국적으로 분포하고 있고, 그룹2는 백두산, 울릉도, 제주도 한라산과 같이 고지대 및 제한적인 지역에서 주로 서식하며, 구절초 무리 내에서도 가늘고 두터운 잎을 지니고 있다. 그룹3은 바닷가 인근에서 서식하며, 잎이 넓고 갈라짐이 적다. 그룹4인 마키노국화는 석회암 지대인 강원도 지역에서 발견되었으며, 잎의 형태가 다양하다. 자세한 비교를 위해 그룹별로 한가지 지역을 선정하였다 (그룹1: 황매산, 그룹2: 울릉도, 그룹3: 거제도, 그룹4: 정선). 그룹별로 형태적 특징을 비교해본 결과 화폭은 울릉국화가 60.35 mm로 가장 컸다. 또한 기저부의 잎의 길이와 폭은 구절초와 마키노국화가 가장 길었고, 엽록소 함량은 유의한 차이가 없었다. 상층부의 잎의 길이, 폭의 길이, 엽록소 함량은 각각 38.79 mm, 37.14 mm, 37.13 SPAD로 모두 남구절초가 가장 컸으나, 기저부에 비해 차이폭이 크지 않았다. 구절초는 2x, 4x, 6x, 8x, 10x의 배수체가 보고 되었고, 마키노국화는 2배체로 보고되었다. 본 연구 결과 구절초 및 남구절초는 6배체, 울릉국화는 4배체, 마키노국화는 2배체를 나타내었다. 두번째로, 같은 종이라고 하더라도 재배 환경에 따라 성분 함량 및 효능이 달라지기 때문에 형태적 특성을 비교한 4개의 야생국화 외에 농가에서 구매한 구절초를 추가하여 실험을 수행하였다. HPLC를 통해 12종의 기능성물질 함량을 비교해본 결과, 구절초의 대표적인 플라보노이드 성분인 리나린(linarin)은 울릉국화가 83.571mg/g으로 기존에 보고된 좁은잎엉겅퀴, 산국 등의 연구결과들보다 함량이 가장 높았다. 또한, 마키노국화보다 약 10배, 함해국 구절초보다 약 3.6배가 높아 활용도가 높을 것으로 판단된다. 뇌 신경보호 효과가 있는 루테올린(luteolin)은 구절초가 8.140mg/g으로 함량이 높다고 알려진 타임, 파슬리보다 함량이 높았다. 광범위한 약리학적 특성을 지닌 화합물인 3,5-di-O-caffeoylquninic acid(3,5-DCQA, isochlorogenic acid A)는 울릉국화가 29.386mg/g으로 마키노국화보다 약 3배 함량이 높았다. 당뇨 개선 효과가 있는 cosmosiin은 남구절초가 20.754mg/g으로 가장 높았다. HaCaT 세포의 경우 200μg/mL 이하 조건에서 모두 세포 생존율이 100% 이상으로 독성이 없었으며, B16F10 세포의 경우 25μg/mL 조건에서 80%이상의 세포 생존율을 나타내었다. 총 폴리페놀 함량은 황매산 구절초가 95.98mg/g, 울릉국화가 92.67mg/g으로 가장 높았고, 총 플라보노이드 함량은 울릉국화가 552.53mg/g으로 가장 높았다. 항산화 활성은 대조구인 ascorbic acid의 95.65%보다는 낮았으나, 100μg/mL 농도 조건에서 울릉국화 91.13%로 항산화능이 우수했다. Tyrosinase 저해 활성의 경우 마키노국화가 16.81%로 가장 높았으나, 대조구(58.51%)에 비해 미백 효과가 미미했다. B16F10 세포의 멜라닌 함량 측정결과 α-MSH 처리군에 비해 마키노국화가 32.79%가 감소하여 멜라닌 생성 억제가 가장 우수했다. Staphylococcus aureus에 대한 항균 활성은 함해국 구절초 및 울릉국화가 양성 대조구의 86.44%, 84.91%의 항균 효과를 나타냈다. Pseudomonas aeruginosa의 항균 활성은 함해국 구절초, 황매산 구절초, 남구절초가 대조구보다 높은 활성을 나타내었으며, Candida albicans의 경우 앞선 균보다 더 저농도에서 항균 활성이 나타났다. 따라서 구절초의 동속근연종 및 마키노국화는 꽃의 형태는 매우 흡사하나 잎의 형태, 기능성 물질 함량, 효능에서 차이가 났음을 확인하였으며, 특히 울릉국화의 효과가 고르게 우수하여 대량 재배화를 통한 산업 소재 활용이 필요할 것으로 판단된다. 마지막으로, 산업 소재 효율성 및 경제성을 높이기 위해 구절초를 분획하여 기능성 물질 함량 및 효능 평가를 수행하였다. Linarin의 경우 부탄올(Bu) 분획과 에틸아세테이트(EtOAc) 분획에서 각각 77.360mg/g, 70.603mg/g으로 메탄올 추출보다 약 3.4배 함량이 높아졌다. Luteolin은 EtOAc 분획에서 52.135mg/g으로 메탄올보다 6.4배 높아졌으며, 3,5-DCQA도 EtOAc 분획에서 184.704mg/g으로 메탄올보다 9.7배 높았다. HaCaT 세포의 경우 헥산(He), 클로로포름(Ch) 분획을 제외하고 200μg/mL 이하 농도에서, B16F10 세포에서는 25μg/mL 조건에서 세포생존율이 80% 이상으로 독성이 없었다. 총 폴리페놀 함량 측정 결과 EtOAc 분획이 370.50mg/g, 총 플라보노이드 함량은 947.47mg/g으로 다른 분획층보다 큰 차이로 높았다. 그 결과, 항산화 활성은 저농도인 25μg/mL에서 EtOAc 분획이 92.47%로 대조구와 유사한 활성을 나타내었으며, 100μg/mL에서는 He 및 Bu 분획 또한 90% 이상의 항산화 활성을 나타내었다. Tyrosinase 저해 활성의 경우 EtOAc 분획이 33.33%로 가장 미백 효과가 높았으며, 멜라닌 함량은 α-MSH 처리군에 비해 37.12%의 멜라닌 형성을 억제하였다. Staphylococcus aureus에 대한 항균 활성은 He, Ch, EtOA 100mg/mL 농도에서 양성대조구보다 높았으며, Pseudomonas aeruginosa의 항균 활성은 모든 분획(100mg/mL)에서 양성대조구보다 높은 활성을 나타내었다. Candida albicans의 경우 Ch 분획에서 가장 효과가 높았다. 종합적으로 EtOAc 분획이 고기능, 고함량이면서 안전하게 활용이 가능해 산업 소재화 가능성이 높을 것이라고 판단된다. 특히 야생국화 중 가장 우수했던 울릉국화를 분획한다면, EtOAc 분획이 화장품, 건강기능식품, 더 나아가 약학적으로 소재 활용도가 높을 것으로 기대된다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.