[국내논문]우산나물 정유의 테르펜 화합물 분석 및 수확 연도에 따른 Sesquiterpene 화합물 변화 조사 Analysis of the Terpenoids from Syneilesis palmata Essential Oil and the Variation of the Sesquiterpene Compounds by Harvest Year원문보기
This study was investigated the chemical composition from Syneilesis palmata essential oil and the tendency of variation of the sesquiterpene compounds according to the harvesting time. The essential oils obtained by hydro distillation from the aerial parts of Syneilesis palmata were analyzed by GC ...
This study was investigated the chemical composition from Syneilesis palmata essential oil and the tendency of variation of the sesquiterpene compounds according to the harvesting time. The essential oils obtained by hydro distillation from the aerial parts of Syneilesis palmata were analyzed by GC and GC-MS. Ninety-eight compounds consisting of 9 aliphatic hydrocarbons, 17 sesquiterpene hydrocarbons, 11 aliphatic aldehydes, 1 terpene aldehyde, 8 aliphatic alcohols, 4 monoterpene alcohols, 16 sesquiterpene alcohols, 3 diterpene alcohols, 6 ketones, 11 esters, 8 oxides and epoxides, 3 acids and 1 miscellaneous one were identified from the oil. Spathulenol (22.33%) was the most abundant compound, followed by ${\beta}$- caryophyllene (6.23%), germacrene D (5.57%), longipinane (4.10%), and epiglobulol (3.65%). The volatile composition of Syneilesis palmata was characterized by higher contents of sesquiterpene compounds, especially sesquiterpene alcohols. The total content of 13 sesquiterpene compounds was decreased significantly from 2010 to 2012. ${\alpha}$-Caryophyllene, ${\beta}$-bisabolene, elemol, germacrene D, ${\beta}$-zingiberene, longipinane, and ${\beta}$-caryophyllene alcohol contents decreased, while ${\beta}$-bisabolol content increased during 3 years. The ecological responses to recent climate change may be influenced in the chemical components of natural plant terpenoids.
This study was investigated the chemical composition from Syneilesis palmata essential oil and the tendency of variation of the sesquiterpene compounds according to the harvesting time. The essential oils obtained by hydro distillation from the aerial parts of Syneilesis palmata were analyzed by GC and GC-MS. Ninety-eight compounds consisting of 9 aliphatic hydrocarbons, 17 sesquiterpene hydrocarbons, 11 aliphatic aldehydes, 1 terpene aldehyde, 8 aliphatic alcohols, 4 monoterpene alcohols, 16 sesquiterpene alcohols, 3 diterpene alcohols, 6 ketones, 11 esters, 8 oxides and epoxides, 3 acids and 1 miscellaneous one were identified from the oil. Spathulenol (22.33%) was the most abundant compound, followed by ${\beta}$- caryophyllene (6.23%), germacrene D (5.57%), longipinane (4.10%), and epiglobulol (3.65%). The volatile composition of Syneilesis palmata was characterized by higher contents of sesquiterpene compounds, especially sesquiterpene alcohols. The total content of 13 sesquiterpene compounds was decreased significantly from 2010 to 2012. ${\alpha}$-Caryophyllene, ${\beta}$-bisabolene, elemol, germacrene D, ${\beta}$-zingiberene, longipinane, and ${\beta}$-caryophyllene alcohol contents decreased, while ${\beta}$-bisabolol content increased during 3 years. The ecological responses to recent climate change may be influenced in the chemical components of natural plant terpenoids.
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문제 정의
따라서 본 연구에서는 국화과 식물인 우산 나물의 정유를 추출한 후 그 화학적 조성을 동정함으로써 새로운 식품소재를 발굴하여 식품산업 부분에 활용시 품질 지표 자료를 제공하고자 한다.
따라서 본 연구에서는 국화과 식물인 우산 나물의 정유를 추출한 후 그 화학적 조성을 동정함으로써 새로운 식품소재를 발굴하여 식품산업 부분에 활용시 품질 지표 자료를 제공하고자 한다. 나아가 유효성분의 대표적인 성분인 sesguiterpene 계열 화합물을 중심으로 최근 3년간의 정량적 변화 추이를 분석하는 것이 목적이다.
제안 방법
개개의 정유 성분 확인을 위해 우선 n-alkanes(C7-C29)을 이용한 RI를 구하였다. JEOL mass spectrometer에 연결된 Wiley library and NIST Mass Spectral Search Program(ChemSW Inc.
)을 이용한 RI를 구하였다. JEOL mass spectrometer에 연결된 Wiley library and NIST Mass Spectral Search Program(ChemSW Inc., NIST Database)의 데이터 시스템에 있는 기준물질과의 mass spectra를 비교하였고, 또한 표준물질과의 co-injection을 통한 물질 동정을 병행하였다. 기기분석은 3회 실시하였고, 내부 표준물질을 이용하여 weight percent(Choi 2005)를 구하여 평균값으로 결과를 제시하였다.
우산나물의 테르펜 화합물을 분석하기 위하여 HDE 방법으로 정유를 추출한 후 GC 및 GC-MS를 사용하여 성분을 분석하였다. 확인된 성분은 GC 분석에 사용된 DB-5 컬럼에서 용출되어 나오는 화합물의 순서로 Table 1에 제시하였다.
기상청에서 제시한 포항지역의 위도 및 경도를 비롯하여 날씨 측정 정보에 대한 기후인자는 Table 3에, 포항지역의 기온, 강수량, 일조시간, 상대습도 등의 기후요소는 Table 4에 나타내었다. 식물의 화학적 성분 변화는 기후 및 수확시기와 상당한 관련이 있는 것으로 알려져 있으므로 (Heath 1986; Ben-Yehoshua 등 1995), 실험에 시용한 우산나물을 채취한 시기인 2010년부터 2013년까지의 기상관측치를 제시하였고, 이외의 기후 동향을 파악하기 위하여 참고로 2009년 및 2013년의 관측치를 제시하였다(Table 4). 또한 가장 추운 달인 1월과 가장 더운 달인 8월의 평균기온 외에 우산나물을 수확한 달인 10월과 수확 전달인 9월의 평균기온을 참고로 제시하였다.
대상 데이터
Agilent 6890N gas chromatograph(GC), DB-5(30 m × 0.25 ㎜ i. d., film thickness 0.25 ㎛) fused-silica capillary column(J & W Scientific Inc., Folsom CA, USA) 및 flame ionization detector를 사용하였다.
) 은 경상북도 포항시에 위치한 기청산 식물원에서 제공된 2010~ 2103년 10월에 수확된 자생 식물로서, 식물학적 확인을 거친후 사용하였다. 수확된 시료는 통풍이 잘 되는 그늘에서 7일간 자연 건조시킨 후 사용하였다. 추출된 정유의 구성성분을 동정하기 위해 내부표준믈질로 1-heptanol 및 methyl myristate (Waco Pure Chemical Industries, Osaka, Japan)를 사용하였고, gas chromatography(GC) 및 mass spectrometry(MS)에 사용한 표준물질은 Aldrich Chemical Co.
, Ltd.(Osan, Korea) 및 French-Korean Aromatics(Youngin, Korea)의 제품을 사용하였다.
GC-MS 분석에 사용된 GC 종류 및 기기분석 조건은 위와 동일하였고, MS는 JMS-600W MS(JEOL Ltd. Tokyo, Japan)을 사용하였다.
Tokyo, Japan)을 사용하였다. 각 정유성분의 linear retention indices(RI)를 구하기 위해 n-alkanes(C7-C29)을 사용하였다.
식물의 정유성분은 그 식물의 채취 지역, 채취 시기 및 기후변화 등에 매우 민감하게 변하므로 환경변화에 따른 정유의 성분 변화에 관한 연구는 매우 큰 의미를 지니고 있다 (Heath 1986; Ben-Yehoshua 등 1995). 본 연구에 사용된 우산 나물은 재배지역에 따른 식물체의 화학적 성분 변이를 최소화하고자 경상북도 포항시에 위치한 기청산 식물원 내의 동일한 장소에서 자생한 것을 2010~2103년 10월 초순에 채취하여 사용하였다. 기상청에서 제시한 포항지역의 위도 및 경도를 비롯하여 날씨 측정 정보에 대한 기후인자는 Table 3에, 포항지역의 기온, 강수량, 일조시간, 상대습도 등의 기후요소는 Table 4에 나타내었다.
12%로 우세하였다. 우산나물 정유에서 확인된 주요 성분인 13종의 sesquiterpene 화합물을 대상으로 정량적 변화를 2010~2012년에 걸쳐 조사하였다. 13종의 sesquiterpene 화합물의 총 함량(w/w%)은 56.
데이터처리
통계분석은 SPSS를 이용하여 통계 처리하였으며, Duncan’s multiple range test로 시료간의 유의성을 검증하였다(p<0.05).
, NIST Database)의 데이터 시스템에 있는 기준물질과의 mass spectra를 비교하였고, 또한 표준물질과의 co-injection을 통한 물질 동정을 병행하였다. 기기분석은 3회 실시하였고, 내부 표준물질을 이용하여 weight percent(Choi 2005)를 구하여 평균값으로 결과를 제시하였다.
이론/모형
본 연구에서는 정유 성분 추출시에 유기용매에 의한 오염을 방지하기 위해 hydro distillation extraction(HDE) 방법을 사용하였다(Gomez & Witte 2001).
성능/효과
우산나물에서는 총 98종(96.46%)의 성분이 확인되었고, spathulenol 의 함량이 22.33%로 가장 높았으며, β-caryophyllene(6.23%), germacrene D(5.57%), longipinane(4.10%) 및 epiglobulol(3.65%) 순이었다.
정유에서 확인된 성분을 관능기 별로 분류한 결과는 Table 2에 제시하였다. 탄화수소류 26종(29.77% w/w), 알데히드류 12종(4.33%), 알코올류 31종(44.72%), 케톤류 6종 (7.01%), 에스테르류 11종(4.98%), 옥사이드류 및 에폭사이드류 8종(3.26%), 유기산류 3종(2.08%) 및 기타 1종(0.31%)이었다.
Germacrene D(C15H24)는 우산나물 정유에 5.57%(w/w) 함유된 것으로 확인되었다. 이 성분은 항균작용을 지니는 것으로 알려져 있으며, A, B, C, D 및 E가 보고되고 있는데, germacrene A와 D가 가장 많이 존재하는 것으로 알려져 있다.
31%)이었다. 우산나물 정유 성분 중 알코올류의 함량이 가장 많았으며, 이 중에서도 sesquiterpene 알코올류의 함량이 37.12%로 우세하였다. 우산나물 정유에서 확인된 주요 성분인 13종의 sesquiterpene 화합물을 대상으로 정량적 변화를 2010~2012년에 걸쳐 조사하였다.
주요 13종의 sesquiterpene 화합물의 총 함량(w/w%)은 56.06%에서 차차 감소하는 추세를 보였고, α-caryophyllene, β-bisabolene, elemol, germacrene D, β-zingiberene, longipinane, β-caryophyllene alcohol의 함량은 일관성 있는 감소 추세를 보였다.
정유는 식물체를 수증기 증류하여 추출한 지용성 물질로, 주성분은 isoprene(C5H8)의 중합체인 테르펜류와 그 유도체인 알코올, 에스테르, 알데히드 및 케톤 등으로 이루어져 있다. 본 연구에서 조사된 우산나물류의 정유는 주로 테르펜 화합물로 구성되어 있으며, 특히 sesquiterpene 화합물의 함량이 높은 것이 특징적이었다.
1℃로 2010년도에 비해 약간 감소하였으나 전반적으로 증가하는 추세로 보여졌고, 최저기온은 점차 감소 추세를 보이고 있다. 따라서 해가 지날수록 최고기온과 최저기온의 차이가 점차 커지는 것으로 분석되었다. 즉, 2009년도에는 연중 최고기온과 최저기온의 차이가 42.
우리나라에서 가장 추운달인 1월의 평균기온과 가장 더운달인 8월의 평균기온은 일관성 있는 변화는 보이지 않았다. 가장 두드러진 기상변화는 해가 지날수록 최고기온과 최저기온의 차이가 커지고 있다는 점과 강수량이 현저히 증가하고 있다는 점이다. 이상에서 언급한 기상 변화가 식물의 생장 및 화학적 성분 변화에 영향을 미칠 것으로 생각되며, 차후의 지속적인 연구를 통해 기후 변화와 식물의 테르펜 화합물 생성 메카니즘 규명 연구가 수행된다면 국내 자생식물의 품질 관리 및 식물의 화학성분 변화를 예측하기 위한 데이터베이스 구축에 기여할 것으로 생각된다.
우산나물 정유의 테르펜 함량을 정량 및 정성적으로 분석하기 위해 HDE 방법으로 정유성분을 추출하여 GC 및 GC-MS로 분석한 결과, 98종의 휘발성 향기성분이 확인되었다. 우산나물 정유에는 spathulenol의 함량이 22.
우산나물 정유에는 spathulenol의 함량이 22.33%로 가장 높았으며, β-caryophyllene(6.23%), germacrene D(5.57%), longipinane(4.10%) 및 epiglobulol(3.65%) 순이었다.
반면, β-bisabolol의 함량은 3년에 걸쳐 증가하는 경향을 보였고, epiglobulol 함량은 2011년도에 가장 높게, phytol은 2011년도 시료에서 함량이 가장 낮게 나타났다.
13종의 sesquiterpene 화합물의 총 함량(w/w%)은 56.06%에서 차차 감소하는 추세를 보였고, α-caryophyllene, β-bisabolene, elemol, germacrene D, β-zingiberene, longipinane, β-caryophyllene alcohol에서 일관성 있는 감소 추세를 보였다.
65%) 순이었다. 관능기 별로 살펴보면 탄화 수소류 26종(29.77% w/w), 알데히드류 12종(4.33%), 알코올류 31종(44.72%), 케톤류 6종(7.01%), 에스테르류 11종(4.98%), 옥사이드류 및 에폭사이드류 8종(3.26%), 유기산류 3종(2.08%) 및 기타 1종(0.31%)이었다. 우산나물 정유 성분 중 알코올류의 함량이 가장 많았으며, 이 중에서도 sesquiterpene 알코올류의 함량이 37.
06%에서 차차 감소하는 추세를 보였고, α-caryophyllene, β-bisabolene, elemol, germacrene D, β-zingiberene, longipinane, β-caryophyllene alcohol에서 일관성 있는 감소 추세를 보였다. 우산나물의 정유의 주요 성분인 spathulenol의 함량도 일관적인 양상을 보이진 않았으나, 전반적으로 감소 경향을 보였다. 반면, β-bisabolol의 함량은 3년에 걸쳐 증가하는 경향을 보였고, epiglobulol 함량은 2011년도에 가장 높게, phytol은 2011년도 시료에서 함량이 가장 낮게 나타났다.
반면, β-bisabolol의 함량은 3년에 걸쳐 증가하는 경향을 보였고, epiglobulol 함량은 2011년도에 가장 높게, phytol은 2011년도 시료에서 함량이 가장 낮게 나타났다. 전체적으로 생리활성을 보이는 것으로 알려진 sesquiterpene의 함량은 감소하는 경향을 보이는 것으로 조사되었다. 기후변화로 인한 식물 테르펜 화합물의 정성 및 정량적 변화 연구가 지속적으로 수행됨으로써 국내 식물자원의 품질 지표 확립에 기여할 것이다.
후속연구
가장 두드러진 기상변화는 해가 지날수록 최고기온과 최저기온의 차이가 커지고 있다는 점과 강수량이 현저히 증가하고 있다는 점이다. 이상에서 언급한 기상 변화가 식물의 생장 및 화학적 성분 변화에 영향을 미칠 것으로 생각되며, 차후의 지속적인 연구를 통해 기후 변화와 식물의 테르펜 화합물 생성 메카니즘 규명 연구가 수행된다면 국내 자생식물의 품질 관리 및 식물의 화학성분 변화를 예측하기 위한 데이터베이스 구축에 기여할 것으로 생각된다.
전체적으로 생리활성을 보이는 것으로 알려진 sesquiterpene의 함량은 감소하는 경향을 보이는 것으로 조사되었다. 기후변화로 인한 식물 테르펜 화합물의 정성 및 정량적 변화 연구가 지속적으로 수행됨으로써 국내 식물자원의 품질 지표 확립에 기여할 것이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
국화과 식물의 용도는?
국화과 식물은 우리 식생활에서 중요한 비중을 차지하는데, 식용 외에 꽃의 색이 아름답고 오랜 기간 꽃이 피므로 관상용으로도 많이 이용되어 왔다. 취나물, 씀바귀, 쑥, 쑥갓 등 다양한 국화과 식물들은 식용으로 사용되어 오고 있고, 감국, 구절초, 쑥, 씀바귀 등 다수의 국화과 식물들은 한방 및 민간에서 약용으로 이용되고 있다.
식용으로 쓰이는 국화과 식물에는 어떤 것들이 있는가?
국화과 식물은 우리 식생활에서 중요한 비중을 차지하는데, 식용 외에 꽃의 색이 아름답고 오랜 기간 꽃이 피므로 관상용으로도 많이 이용되어 왔다. 취나물, 씀바귀, 쑥, 쑥갓 등 다양한 국화과 식물들은 식용으로 사용되어 오고 있고, 감국, 구절초, 쑥, 씀바귀 등 다수의 국화과 식물들은 한방 및 민간에서 약용으로 이용되고 있다. 최근에는 국민의 건강에 대한 관심이 많아져 노화와 질병 예방 효과가 있는 기능성 천연 식물의 수요가 확산되고 있다.
재배종 및 야생 국화과 식물을 소재로 한 음료를 개발하는 사례가 늘어나게 된 사회적 배경은?
취나물, 씀바귀, 쑥, 쑥갓 등 다양한 국화과 식물들은 식용으로 사용되어 오고 있고, 감국, 구절초, 쑥, 씀바귀 등 다수의 국화과 식물들은 한방 및 민간에서 약용으로 이용되고 있다. 최근에는 국민의 건강에 대한 관심이 많아져 노화와 질병 예방 효과가 있는 기능성 천연 식물의 수요가 확산되고 있다. 따라서 예로부터 약용 소재로 이용되던 재배종 및 야생 국화과 식물을 소재로 한 차, 음료 등을 개발하여 음용하는 사례가 늘어나고 있다.
참고문헌 (27)
Alvarez-Castellamos PP, Bishop CD, Pascual-Villalobos MJ. 2000. Antifungal activity of the essential oils of flowerheads of garland chrysanthemum (Chrysanthemum coronarium). Phytochemistry 57:99-102
Amiel E, Ofir R, Dudai N, Soloway E, Rabinsky T, Rachmilevitch S. 2012. $\beta$ -Caryophyllene, a compound isolated from the biblical balm of gilead (Commiphora gileadensis), is a selective apoptosis inducer for tumor cell lines. Evidence-Based Complementary and Alternative Medicine 2012:1-8
Arctander S. 1969. Perfume and Flavor Chemicals. Published by Author. NJ, USA
Ben-Yehoshua S, Rodov V, Fang DQ, Kim JJ. 1995. Preformed antifungal compounds of citrus fruit: effect of postharvest treatments with heat and growth regilators. J Agric Food Chem 43:1062-1066
Bulow N, Konig WA. 2000. The role of germacrene D as a precursor in sesquiterpene biosynthesis: investigations of acid catalyzed, photochemically and thermally induced rearrangements. Phytochemistry 55:141-168
Ghannadi A, Rabbani M, Ghaemmaghami L, Malekian N. 2012. Phytochemical screening and essential oil analysis of one of the Persian sedges; Cyperus rotundus L. Int J Pharm Sci Res 3:424-427
Gomez Ne, Witte L. 2001. A simple method to extract essential oils from tissue samples by using microwave radiation. J Chem Ecol 27:2351-2359
Heath HB. 1986. Flavor Chemistry and Technology. pp. 2-157. Macmillan Publishers Ltd. London, England
Jang HW, Lee HJ, Lee KG. 2005. Analysis and antioxidant activity of volatile extracts from plants commonly used in Korean foods. Korea J Food Sci Technol 37:723-729
Kim TJ. 2009. Wilds Flowers and Resources Plants in Korea. p. 59. Seoul National University Publisher. Seoul, Korea
Kwon CS, Kwon YS, Kim YS, Kwom GS. 2004. Inhibitory activities of edible and medicinal herbs against human thrombin. J Life Sci 14:509-513
Lee KH, Choi SU, Lee KR. 2005. Sesquiterpenes from Syneilesis palata and their cytotoxicity against human cancer cell lines in vitro. Arch Pharm Res 28:280-284
Lee KI, Rhee LS, Park KY. 1999. Anticancer activity of phytol and eicosatrienoic acid identified from perilla leaves. J Korean Soc Food Sci Nutr 28:1107-1112
Lee KS, Kim GH, Kim HH, Kim ES, Park HM, Oh MJ. 2008. Quality characteristics of tea thermally processed from Ixeris dentata root. Korean J Food Preserv 15:524-531
Lee YS, Ahn DS, Joo EY, Kim NW. 2009a. Antioxidant activities of Syneilesis palata extracts. J Korean Soc Food Sci Nutr 38:1471-1477
Lee YS, Seo SJ, Kim NW. 2009b. Analysis of general components of Syneilesis palata Maxim. Korean J Food Preserv 16:412-418
Mendes S, Nunes DS, Marques MB, Tardivo RC, Fillho VC, Simionatto EL, Wisniewski A. 2008. Essential oil of Baccharis semiserrata, a source of spathulenol. Ci Agr Eng 14:241-245
Park MH, Kim MJ, Cho WI, Chang PS, Lee JH. 2009. Effects of treatments on the distribution of volatiles in Artemisia princeps Pampan. Korea J Food Sci Technol 41:587-591
Phoenix J, Edwards RH, Jackson MJ. 1989. Inhibition of $Ca^{2+}$ -induced cytosolic enzyme efflux from skeletal muscle by vitamin E and related compounds. Biochem J 257:207-213
Raja RR, Ramalakshmi S, Muthuchekuan K. 2011. GC-MS analysis of bioactive components from ethanolic leaf extract of Canthium dicoccum (Gaertn.) Teijsm & Binn. J Chem Pharm Res 3:792-798
Sakai K, Nagao T, Okabe T. 1999. Triterpenoid saponins from the ground part of Aster ageratoides var. ovatus. Phytochemistry 51:309-318
Shunying Z, Yang Y, Huaidong Y, Yue Y, Guolin. 2005. Chemical composition and antimicrobial activity of the essential oils of Chrysanthemum indicum. J Ethnopharm 96:151-158
Toshihiro A, Yumiko K, Kazuo K, Takaaki T, Ken Y, Koichi A, Yasuhiro S, Tamotsu N, Astertarone A. 1998. A triterpenoid ketone isolated from the roots of Aster tataricus L. Chemical Bulletin 46:1824-1826
Ziaei A, Ramezani M, Wright L, Paetz C, Schneider B, Amirghofran Z. 2011. Identification of spathulenol in Salvia mirzayanii and the immunomodulatory effects. Phytotherapy Res 25:557-562
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