[논문]생강(Zingiber officinale Roscoe) 부위별 이화학적 특성 및 항산화 활성

이혜련; 이종헌; 박철성; 라경란; 하진숙; 차미현; 김세나; 최용민; 황진봉; 남진식

doi:10.3746/jkfn.2014.43.9.1369

생강(Zingiber officinale Roscoe) 부위별 이화학적 특성 및 항산화 활성
Physicochemical Properties and Antioxidant Capacities of Different Parts of Ginger (Zingiber officinale Roscoe) 원문보기

한국식품영양과학회지 = Journal of the Korean Society of Food Science and Nutrition, v.43 no.9, 2014년, pp.1369 - 1379

이혜련 (수원여자대학교 식품분석연구센터) , 이종헌 (수원여자대학교 식품분석연구센터) , 박철성 (수원여자대학교 식품분석연구센터) , 라경란 (수원여자대학교 식품분석연구센터) , 하진숙 (수원여자대학교 식품분석연구센터) , 차미현 (수원여자대학교 식품분석연구센터) , 김세나 (농촌진흥청 국립농업과학원 농식품자원부 기능성식품과) , 최용민 (농촌진흥청 국립농업과학원 농식품자원부 기능성식품과) , 황진봉 (한국식품연구원 식품분석센터) , 남진식 (수원여자대학교 식품분석연구센터)

초록
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생강을 기능성 소재로 이용하기 위하여 생강 부위별 각종 영양성분 분석 및 용매 추출을 달리하여 항산화능 비교 분석, 유효성분으로 gingerol류, shogaol류 및 catechin류를 분석하였다. 일반성분은 생강 잎, 줄기, 뿌리 모두 탄수화물과 회분이 주된 구성성분이었으며, 생강 뿌리에 비해 잎, 줄기에서 조섬유의 함량이 4~5배 유의적으로 높은 값을 보였다(P<0.05). 그리고 환원당 함량은 뿌리에 비해 줄기에서 약 3배 정도 높았다. 조사포닌 함량은 줄기<뿌리<잎 순으로 함량이 높았으며, 특히 뿌리보다 잎에서 1.7배 높았다(P<0.05). 무기질 조성 및 함량은 생강 부위에 따라 큰 차이를 나타내었다. 줄기의 Sr, Ca, K 함량은 뿌리보다 4배 이상 높은 값을 보였으며, 잎의 Ca 함량은 뿌리보다 5배 유의적으로 높은 값을 보였다(P<0.05). Gingerols, shogaols 및 capsaicin 함량은 생강 뿌리에서 7종 성분 모두 확인되었으며, 잎과 줄기에서도 6-gingerol, 10-gingerol, 8-shogaol을 확인할 수 있었다. 특히 8-shoaol은 뿌리보다 잎에서 5배 높은 함량을 나타내었다. 지방산 함량 및 조성분석에서는 지방산 중 capric acid는 생강 뿌리에서만 검출되었으며, arachidic acid는 잎, 뿌리에서만 검출되었다. 잎은 줄기, 뿌리에 비해 linoleic acid, linolenic acid의 필수지방산 함량이 높았고, 뿌리보다 약 5배 높은 함량을 보였다. 총 페놀함량 측정 결과, 메탄올 추출물은 뿌리<잎<줄기 순으로 함량이 높았으며, 분획에서 잎은 물층에서 43.9 g/kg, 줄기는 에틸아세테이트에서 65.5 g/kg, 뿌리는 헥산에서 187.2 g/kg으로 높은 함량을 나타내었다. 그리고 총 플라보노이드 함량은 잎, 줄기의 모든 분획물은 뿌리의 분획물 함량과 비슷하거나 높은 함량을 보였다. Catechin류 함량은 메탄올 추출물에서 뿌리<잎<줄기 순으로 높았으며, 특히 줄기는 뿌리에 비해 약 30배 높은 함량을 보였다. 항산화 활성은 생강의 잎, 줄기에서도 높은 폴리페놀 함량을 보인 분획물에서 높은 항산화 활성을 보였다. 이 결과로 보아 생강은 뿌리 단독보다는 뿌리와 잎, 줄기를 모두 활용하는 것이 바람직하나 잎의 경우 식용으로 인정되어 있지 않아 이를 활용하기 위한 허가 추진 및 제도 개선이 필요하다.

Abstract ▼ AI-Helper

The physicochemical characteristics and antioxidant activities of leaf, stem, and root of ginger (Zingiber officinale R.) were determined. Nutrient composition, reducing sugar, saponin, mineral, heavy metal, total phenolic and total flavonoid contents, and antioxidant activities based on DPPH radical scavenging and FRAP assay were measured. Catechins, gingerols, shogaols, and capsaicin compositions were also determined by HPLC. The contents of water, proteins, fats, carbohydrates, fiber, and ash from ginger root were 6.4, 6.8, 3.2, 65.4, 7.3, and 18.2%, respectively. Crude fiber contents of leaf and stem were 4~5 times higher than those of root (P<0.05), and reducing sugar content of stem was about 3 times higher than those of root. Crude saponin contents were in the order of stem

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

이에 본 연구에서는 생강 줄기와 잎의 이용을 활성화시키고 기능성 식품소재로의 가능성을 알아보기 위하여 생강의 잎, 줄기, 뿌리에 대해 일반성분, 사포닌, 무기질, 지방산 함량 등 각종 영양성분 분석 및 생리활성 물질을 탐색하기 위하여 용매 분획별 항산화 활성 비교 분석, 유용성 물질로 gingerols, shogaols, capsaicin 및 catechin류를 분석하여 생강 부산물의 기능성 식품소재 개발을 위한 기초자료를 제공하고자 한다.

제안 방법

시료 100 μL와 메탄올에 100 μM의 농도로 녹인 DPPH 용액 900 μL를 넣고 혼합하여 실온에서 암실에 30분간 방치한 다음 multiplate spectrophotometer(Versa Max, Molecular devices)로 517 nm 흡광도를 측정하였으며 소거 활성은 Trolox equivalents(TE) μM로 나타내었다. FRAP(ferric reducing antioxidant power) 활성은 Benzie와 Strain(21)의 방법을 변용하였다. 반응용액을 acetate buffer(pH 3.
HPLC 분석은 Agilent 1200 series system을 이용하였고 ODS column(Luna C18 HST, 2.5 μm, 100×2.0 mm, Phenomenex, Sunnyvale, CA, USA)을 사용하였다.
용매 분획물의 카테킨, 에피카테킨 유도체 함량 분석 결과는 Table 6과 같다. HPLC로 (-)-epicatechin(EC), (-)- epicatechin gallate(ECG), (-)-epigallocatechin(EGC), (-)-epigallocatechin gallate(EGCG), (+)-catechin(C), (-)-gallocatehin(GC), (-)-gallocatechingallate(GCG)의 7종을 분석하였다. 생강의 부분별 추출물 및 분획물에 따라 유의적인 차이를 나타내었다(P<0.
92 L/min, dwelling time은 100 m/sec의 조건으로, 각 원소별 측정 값(masses)은 Be(9), Se(78), Rb(85), Cd(114), Pb(208), As(75) 질량값으로 분석하였다. 검량선은 다원소 표준용액을 5% 질산용액을 사용하여 여러 농도로 조제하여 시료와 동일한 방법으로 측정하였다. 그리고 수은 분석은 시료 50 mg을 직접 수은분석기(MA-2, Nippon Instrument Co.
그리고 수은 분석은 시료 50 mg을 직접 수은분석기(MA-2, Nippon Instrument Co., Tokyo, Japan)에 넣고 가열기화금아말감법을 적용하여 파장 253.7 nm에서 흡광도를 측정하였으며, 검량선은 수은 표준원액을 0.001% L-cysteine(98%, Nacalai Tesque Inc.)을 사용하여 0.5, 1.0, 2.0, 5.0, 10 및 20 μg/ kg의 농도로 조제한 후 시료와 동일한 방법으로 측정하였다.
926 nm)으로 분석하였다. 그리고 시험용액 중 Be, Se, Rb, Cd, Pb, As는 ICP-MS(Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometer, ELAN-e, Perkin Elmer Co.)를 이용하여 측정하였으며, refected power는 1.4 kW, lens voltage는 9.6 V, plasma flow는 18 L/min, auxiliary gas flow rate는 1.5 L/min, nebulizer gas flow rate는 0.92 L/min, dwelling time은 100 m/sec의 조건으로, 각 원소별 측정 값(masses)은 Be(9), Se(78), Rb(85), Cd(114), Pb(208), As(75) 질량값으로 분석하였다. 검량선은 다원소 표준용액을 5% 질산용액을 사용하여 여러 농도로 조제하여 시료와 동일한 방법으로 측정하였다.
메탄올 추출물에서 우수한 항산화 활성을 보여준 연구 결과(38)에 따라 생강 잎, 줄기, 뿌리로부터 80% 메탄올 추출물을 얻어 다시 헥산, 클로로포름, 에틸아세테이트 및 부탄올층과 최종 남은 물층을 농축하여 수율을 측정하였다(Table 5). 메탄올 추출물에서 잎과 줄기는 뿌리보다 약 3∼4배 높은 수율을 보였다.
생강을 기능성 소재로 이용하기 위하여 생강 부위별 각종 영양성분 분석 및 용매 추출을 달리하여 항산화능 비교 분석, 유효성분으로 gingerol류, shogaol류 및 catechin류를 분석하였다. 일반성분은 생강 잎, 줄기, 뿌리 모두 탄수화물과 회분이 주된 구성성분이었으며, 생강 뿌리에 비해 잎, 줄기에서 조섬유의 함량이 4∼5배 유의적으로 높은 값을 보였다(P<0.
생강의 유용성분으로 알려진 6-gingerol, 8-gingerol, 10-gingerol, 6-shogaol 및 capsaicin의 함량을 검토하기 위해 HPLC로 분석하였다. Fig.
시료 100 μL와 메탄올에 100 μM의 농도로 녹인 DPPH 용액 900 μL를 넣고 혼합하여 실온에서 암실에 30분간 방치한 다음 multiplate spectrophotometer(Versa Max, Molecular devices)로 517 nm 흡광도를 측정하였으며 소거 활성은 Trolox equivalents(TE) μM로 나타내었다.
시료 50 μL에 2 N Folin-Ciocalteau's 시약 25 μL를 가하여 발색시키고, 20% Na2CO3 150 μL를 가하여 15분 동안 실온에서 방치하여 725 nm에서 흡광도를 측정하였으며, 총 페놀 함량은 gallic acid equivalents(GAE)g/kg으로 나타내었다.
이동상은 A 용액(2% acetic acid/water, v/v)과 B 용액(acetic acid : acetonitrile : water, 0.5:50:49.5, v/v/ v)을 이용하여 농도기울기 분석(B: 10%/15 min→12%/20 min→35%/35 min→50%/70 min→50%/75 min→10%/80 min)을 행하였다.
2)로 여과한 후 회전진공농축기(R210, Buchi, Flawil, Switzerland)를 사용하여 감압농축 하였다. 이를 다시 헥산, 클로로포름, 에틸아세테이트 및 물층으로 순차적으로 용매 분획한 후 감압농축 하여 -20℃에 보관하면서 실험에 사용하였다.
5 g에 산 혼합액(HNO₃/H₂O₂, 9:1) 10 mL를 teflon bottle에 담고 이를 전처리 시험용액으로 하였으며, 시료의 분해는 microwave digestion system(MARS 5 Version 194A01, CEM, Matthews, NC, USA)으로 1,200 W power에서 총 30분간 산 분해를 실시하였다. 전처리 과정을 거친 시료용액은 여과지(Whatman No. 5A, Whatman International Ltd., Maidstone, UK)로 여과하였으며, Ba, Co, Cr, Ni, Sr, V, Ca, Cu, Fe, Mg, Mn, Zn, K, Na은 ICP-OES(Inductively Coupled Plasma-Optical Emission Spectrometry, Optima 8300, Perkin Elmer Co., Shelton, CT, USA)로 측정하였으며, refected power는 1.4 kW, flow gas는 argon, plasma flow는 10 L/min, auxiliary gas flow rate는 0.2 L/min, nebulizer gas flow rate는 0.55 L/min의 조건으로, 각 원소별 측정파장은 Ba(233.527 nm), Co(238.892 nm), Cr(267.716 nm), Ni(221.648 nm), Sr(460.733 nm), V(310.230 nm), Cu(327.393 nm), Fe(238.204 nm), Mg(279.553 nm), Mn(257.610 nm), Zn(206.200 nm), K(766.490 nm), Na(589.592 nm), Ca(317.926 nm)으로 분석하였다. 그리고 시험용액 중 Be, Se, Rb, Cd, Pb, As는 ICP-MS(Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometer, ELAN-e, Perkin Elmer Co.
무기질 및 중금속 분석은 AOAC법(14)에 의하여 분석하였다. 즉 시료 0.5 g에 산 혼합액(HNO₃/H₂O₂, 9:1) 10 mL를 teflon bottle에 담고 이를 전처리 시험용액으로 하였으며, 시료의 분해는 microwave digestion system(MARS 5 Version 194A01, CEM, Matthews, NC, USA)으로 1,200 W power에서 총 30분간 산 분해를 실시하였다. 전처리 과정을 거친 시료용액은 여과지(Whatman No.
용액을 Na₂SO₄ anhydrous로 탈수하여 지방산 분석시료로 사용하였다. 지방산 조성은 gas chromatography (GC, Agilent 6890N/5975 MSD series, Avondale, PA, USA)를 사용하여 분석하였다. Column은 SPTM-2560 (100 m×0.
추출물은 0.45 μm membrane filter로 여과하였으며 HPLC는 Agilent 1200 series system에서 ODS column(C18 UG 120, i.d.; 5 μM, 250×4.6 mm)을 사용하였다.
추출조건 검색을 위한 시료 추출은 생강의 뿌리, 줄기, 잎 분말 100 g에 80% 메탄올 1 L를 가하여 상온에서 초음파 추출(Powersonic 520, Hwashin Tech, Seoul, Korea)을 하면서 3회 반복 추출하였다. 추출물은 여과지(Whatman No. 2)로 여과한 후 회전진공농축기(R210, Buchi, Flawil, Switzerland)를 사용하여 감압농축 하였다. 이를 다시 헥산, 클로로포름, 에틸아세테이트 및 물층으로 순차적으로 용매 분획한 후 감압농축 하여 -20℃에 보관하면서 실험에 사용하였다.
1은 생강 뿌리에 대해 7종의 화합물을 분석한 HPLC 크로마토그램이며, 생강 부위별 이들 함량은 Table 3에 나타내었다. 추출은 메탄올과 에테르로 추출하여 진한 갈색의 점조성의 생강 특유냄새를 가진 oleoresin을 얻었으며 이를 헥산을 이용하여 갈색 유상의 조추출물을 얻었다. 생강의 매운맛 성분 중 gingerol은 생강의 가장 강력한 매운맛 성분일 뿐만 아니라 다른 성분에 비하여 그 함량도 많기 때문에 생강의 저장, 유통 중의 품질지표물질로 많이 사용되고 있는 성분이다.
유용성분 측정을 위한 시료 추출

추출조건 검색을 위한 시료 추출은 생강의 뿌리, 줄기, 잎 분말 100 g에 80% 메탄올 1 L를 가하여 상온에서 초음파 추출(Powersonic 520, Hwashin Tech, Seoul, Korea)을 하면서 3회 반복 추출하였다. 추출물은 여과지(Whatman No.

대상 데이터

(Tokyo, Japan)로부터, 6-gingerol, capsaicin, 8-gingerol, 6-shogaol, 10-gingerol, 8-shogaol, 10-shogaol은 Chromadex Inc.(Laguna Hills, CA, USA)로부터, 무기질 정량을 위한 표준시약은 AccuStandard(New Haven, CT, USA)로부터 구입하여 사용하였다. 그리고 그 외 시약과 용 매는 분석용 특급시약(Samchun Co.
Column은 SPTM-2560 (100 m×0.25 mm, i.d., 0.2 μm film thickness, Supelco Inc., Bellefonte, PA, USA)을 사용하였다.
, Bellefonte, PA, USA)을 사용하였다. 기기 분석조건은 injector 250℃, detector(FID, flame ionization detector) 250℃, oven(initial 130℃, 분당증가율은 175℃까지 4℃/min, 210℃까지 1℃/min, 245℃까지 30℃/min), carrier gas는 헬륨을 사용하였다. 한편 detector에서 분석된 데이터는 각 지방산의 메틸에스테르에 관한 결과이므로 해당 지방산으로 전환하기 위한 방법으로 FID 전환계수(FID conversion factor, Ri)를 이용하였다.
본 실험에 시료로 사용한 생강은 충남 서산에서 2012년 11월에 채취하였다. 시료는 불순물을 제거하기 위하여 수세한 후 잎, 줄기 및 뿌리로 각각 부위를 나누어 동결건조기(FD-5512, Ilshin Lab.
본 실험에 시료로 사용한 생강은 충남 서산에서 2012년 11월에 채취하였다. 시료는 불순물을 제거하기 위하여 수세한 후 잎, 줄기 및 뿌리로 각각 부위를 나누어 동결건조기(FD-5512, Ilshin Lab. Co. Ltd, Gyeonggi, Korea)를 이용하여 동결건조 한 후 분쇄하여 냉동보관(-20℃)하면서 시료로 사용하였다. 사용된 시약들은 2,2'-azobis(2-methylpropionamidine) dihydrochloride(AAPH), dinitrosalicylic acid(DNS), Folin–Ciocalteu's reagent, 1,1-diphenyl-2- picrylhydrazyl(DPPH), vanillin, 2,4,6-tris(2-pyridyl)- 1,3,5-triazine(TPTZ), gallic acid, glucose, 6-hydroxy2,5,7,8-tetramethlychroman-2-carboxylic acid(Trolox), 표준지방산 methyl ester, quercetin 및 catechin류 화합물 분석을 위한 표준물질은 Sigma Chemical Co.
5 N NaOH-methanol 2 mL를 가하여 알칼리염을 만든 후 14% BF₃-methanol 용액 2 mL를 첨가하고 가열하여 에스테르화시키고 생성된 지방산에스테르를 이소옥탄에 녹여 사용하였다. 용액을 Na₂SO₄ anhydrous로 탈수하여 지방산 분석시료로 사용하였다. 지방산 조성은 gas chromatography (GC, Agilent 6890N/5975 MSD series, Avondale, PA, USA)를 사용하여 분석하였다.
Column의 온도는 40℃로 설정하였고, 검액 20 μL를 주입하였다. 이동상은 water-acetonitrile(60:40, v/v)을 사용하였으며, 1 mL/min의 유속으로 280 nm의 검출파장에서 분석하였다.

데이터처리

1)Different superscripts in a column are significantly different at P<0.05 by Duncan's multiple range test.
1)Different superscripts in a row are significantly different at P<0.05 by Duncan's multiple range test.
2)Different superscripts in a column are significantly different at P<0.05 by Duncan's multiple range test.
한편 detector에서 분석된 데이터는 각 지방산의 메틸에스테르에 관한 결과이므로 해당 지방산으로 전환하기 위한 방법으로 FID 전환계수(FID conversion factor, Ri)를 이용하였다. 각 분석은 3반복씩 실행하였으며 평균값과 표준편차를 이용하여 데이터로 산출하였다.
모든 실험은 3회 반복 측정하고 결과를 평균±표준편차(n=3)로 나타내었으며, 유의성 검증은 version 10.0의 SPSS (Statistical Package for Social Sciences, SPSS Inc, Chicago, IL, USA) Software Package Program을 사용하여 통계처리 하였으며, P<0.05 수준에서 Duncan's multiple range test에 따라 분석하였다.

이론/모형

DPPH 라디칼 소거 활성은 Blois의 방법(20)에 의해 측정하였다. 시료 100 μL와 메탄올에 100 μM의 농도로 녹인 DPPH 용액 900 μL를 넣고 혼합하여 실온에서 암실에 30분간 방치한 다음 multiplate spectrophotometer(Versa Max, Molecular devices)로 517 nm 흡광도를 측정하였으며 소거 활성은 Trolox equivalents(TE) μM로 나타내었다.
무기질 및 중금속 분석은 AOAC법(14)에 의하여 분석하였다. 즉 시료 0.
생강 부분별 항산화 활성은 DPPH(20) 및 FRAP(21) assay로 측정하였다. 이들 방법에 의하여 측정한 생강 잎, 줄기, 뿌리의 항산화 활성을 Table 7에 나타내었다.
생강에 함유된 gingerols, shogaols 및 capsaicin 함량 분석은 Connell(4)의 방법을 이용하여 추출, 분석하였다. 시료 각 100 g을 메탄올 300 mL로 추출하여 여과(Whatman No.
생강으로부터 얻어진 각 추출물에 대해 catechins 함량은 Shao 등(19)의 방법에 의해 동시 분리･정량하였다. 추출물은 0.
수분 함량은 105℃ 건조기(OF-12, Jeio Tech, Daejeon, Korea) 를 이용한 상압가열건조법, 조단백질은 Kjeldahl 분해법으로 단백질추출장치(2300 Kjeltec Analyzer Unit, Foss Tecator AB, Höganäs, Sweden)를 이용하여 질소계수 6.25를 곱하여 퍼센트(%) 함량으로 표시하였다.
일반성분은 AOAC법(14)에 준하여 분석하였다. 수분 함량은 105℃ 건조기(OF-12, Jeio Tech, Daejeon, Korea) 를 이용한 상압가열건조법, 조단백질은 Kjeldahl 분해법으로 단백질추출장치(2300 Kjeltec Analyzer Unit, Foss Tecator AB, Höganäs, Sweden)를 이용하여 질소계수 6.
조사포닌 함량은 부탄올 추출 중량법(17)으로 분석하였다. 즉 생강 부위별 2 g에 물 60 mL를 넣고 에테르로 3회 처리하여 지용성 물질을 제거한 다음 다시 부탄올로 3회 추출한 후 부탄올 분획물을 감압농축 하였다.
25를 곱하여 퍼센트(%) 함량으로 표시하였다. 조지방은 Soxhlet 추출법(Soxtec 1043, Foss Tecator AB)을 사용하였고, 조섬유는 1.25% H₂SO₄ 및 NaOH 분해법, 조회분은 550℃ 회화로(MF31G, Jeio Tech)에서 직접회화법으로 측정하였으며, 탄수화물은 시료 전체를 100%로 하고, 수분, 단백질, 지방 및 회분 함량(%)을 감한 값으로 나타내었다. 환원당 함량의 분석은 DNS 비색법(15)으로 측정하였다.
지방산 조성 분석을 위한 지방추출 및 지방산 분석은 AOAC법(14)에 따라 분석하였다. 생강시료 10 g을 취하여 에테르로 추출하여 얻은 추출지방 약 25 mg에 0.
총 페놀의 함량은 Folin-Ciocalteau's 방법(18)에 의하여 측정하였다.
시료 50 μL에 2 N Folin-Ciocalteau's 시약 25 μL를 가하여 발색시키고, 20% Na₂CO₃ 150 μL를 가하여 15분 동안 실온에서 방치하여 725 nm에서 흡광도를 측정하였으며, 총 페놀 함량은 gallic acid equivalents(GAE)g/kg으로 나타내었다. 총 플라보노이드 함량은 Davis법을 변형한 방법(8)을 이용하였다. 시료 20 μL에 diethylene glycol을 200 μL 첨가하고 다시 1 N NaOH 20 μL를 넣어 잘 혼합시켜 37℃에서 1시간 반응시킨 후 420 nm에서 흡광도를 측정하였다.
총당은 phenol-H2SO4법(16)으로 시료액 50 μL에 5% phenol 50 μL와 H2SO4 150 μL를 넣고 10분간 반응시켜 실온에서 냉각한 후 환원당과 동일한 방법으로 정량하였다.
기기 분석조건은 injector 250℃, detector(FID, flame ionization detector) 250℃, oven(initial 130℃, 분당증가율은 175℃까지 4℃/min, 210℃까지 1℃/min, 245℃까지 30℃/min), carrier gas는 헬륨을 사용하였다. 한편 detector에서 분석된 데이터는 각 지방산의 메틸에스테르에 관한 결과이므로 해당 지방산으로 전환하기 위한 방법으로 FID 전환계수(FID conversion factor, Ri)를 이용하였다. 각 분석은 3반복씩 실행하였으며 평균값과 표준편차를 이용하여 데이터로 산출하였다.
25% H₂SO₄ 및 NaOH 분해법, 조회분은 550℃ 회화로(MF31G, Jeio Tech)에서 직접회화법으로 측정하였으며, 탄수화물은 시료 전체를 100%로 하고, 수분, 단백질, 지방 및 회분 함량(%)을 감한 값으로 나타내었다. 환원당 함량의 분석은 DNS 비색법(15)으로 측정하였다. 즉 시료 0.

성능/효과

Gingerols, shogaols 및 capsaicin 함량은 생강 뿌리에서 7종 성분 모두 확인되었으며, 잎과 줄기에서도 6-gingerol, 10-gingerol, 8-shogaol을 확인할 수 있었다.
생강잎, 줄기, 뿌리의 구성 지방산 함량을 분석한 결과는 Table 4와 같다. 40종의 표준지방산 분석 결과는 생강 잎, 줄기, 뿌리에서 포화지방산 6종, 단일불포화지방산 2종, 다가불포지방산 3종, 총 11종이 모두 검출되었다. 그리고 지방산 중 capric acid는 생강 뿌리에서만 검출되어 저급 지방산(C4:0∼C10:0) 함량이 26.
Catechin류 함량은 메탄올 추출물에서 뿌리< 잎< 줄기 순으로 높았으며, 특히 줄기는 뿌리에 비해 약 30배 높은 함량을 보였다.
Table 3과 같이 생강 뿌리는 gingerol, shogaol 및 capsaicin 7종 성분 모두 확인되었으며, 주성분은 6-gingerol(15.80 g/kg), 10-gingerol(12.99 g/kg)이었으며, 나머지 성분들도 1.58∼4.10 g/kg 정도로 함유하고 있는 것으로 나타났다.
그리고 arachidic acid는 잎, 뿌리에서만 검출되었으며, 잎과 줄기에서는 지방산 성분 중 palmitic acid 성분이 가장 많은 함량을 보였고 잎은 뿌리에 비해 유의적으로 약 2.5배 높은 함량을 보였다(P<0.05).
3 g/kg으로 나타났으며, 대체적으로 에틸아세테이트층에서 높은 함량을 보였다. 그리고 뿌리의 메탄올 추출물은 9.4 g/kg으로 잎과 줄기에 비해 낮은 함량을 보였지만 헥산층에서 187.2 g/kg으로 가장 높은 폴리페놀 함량을 보였으며, 부탄올층에 비해 12배 높은 함량을 보였다. 이는 Lee 등(8)도 생강 뿌리 헥산층에서 228.
그리고 생강 잎, 줄기 및 뿌리 모두 주된 성분은 대부분의 식물체의 구성성분인 탄수화물과 회분으로 구성되어 있었으며, 생강 뿌리에 비해 잎, 줄기에서 조섬유의 함량이 4∼5배 유의적으로 높은 값을 보였다(P<0.05).
그리고 생강 줄기에서 Rb, Sr, Ba, Zn, Ca, K는 뿌리보다 높은 함량을 나타냈으며, 특히 Sr, Ca, K는 뿌리에 4배 이상 유의적으로 높은 값을 보였다(P<0.05).
그리고 잎과 줄기에서도 6-gingerol, 10-gingerol, 8-shogaol을 확인할 수 있었으며, 특히 8-shogaol은 뿌리보다 잎에서 5배 유의적으로 높은 함량을 보였다(P<0.05).
5배 높은 경향을 나타냈다. 그리고 줄기의 에틸아세테이트층에서는 양파와 파의 함량과 비슷한 수치를 나타내었으며 메탄올 추출물에서의 플라보노이드 함량은 잎과 줄기가 뿌리보다 높은 함량을 보였고, 잎은 뿌리에 비해 3배 정도 높은 함량을 나타내었다. 또한 잎, 줄기의 모든 분획물은 뿌리의 분획물 함량과 비슷하거나 높은 함량을 보였다.
용매 분획물에 따라 카테킨류의 함량은 다르게 나타났지만 줄기에서 헥산층을 제외하고 모든 부분에서 EGC가 가장 높은 함량을 나타냈다. 그리고 총 카테킨류 함량은 잎은 부탄올층(176.32 mg/kg), 줄기는 메탄올 추출물(714.82 mg/kg), 뿌리는 에틸아세테이트층(2,267.26 mg/kg)에서 높은 함량을 나타내었다. Chung와 Yoon(43)은 의하면 용매 분획물의 카테킨류 함량은 헥산, 클로로포름층에는 거의 없었고, 에틸아세테이트와 부탄올 분획물에 높은 함량을 가진다고 보고하여 본 연구 결과 경향과 일치하였다.
2 g/kg으로 높은 함량을 나타내었다. 그리고 총 플라보노이드 함량은 잎, 줄기의 모든 분획물은 뿌리의 분획물 함량과 비슷하거나 높은 함량을 보였다. Catechin류 함량은 메탄올 추출물에서 뿌리< 잎< 줄기 순으로 높았으며, 특히 줄기는 뿌리에 비해 약 30배 높은 함량을 보였다.
그리고 줄기의 에틸아세테이트층에서는 양파와 파의 함량과 비슷한 수치를 나타내었으며 메탄올 추출물에서의 플라보노이드 함량은 잎과 줄기가 뿌리보다 높은 함량을 보였고, 잎은 뿌리에 비해 3배 정도 높은 함량을 나타내었다. 또한 잎, 줄기의 모든 분획물은 뿌리의 분획물 함량과 비슷하거나 높은 함량을 보였다. 분획물 중에서는 잎과 뿌리는 헥산에서, 줄기는 클로로포름층에서 가장 높은 플라보노이드 함량을 보였다.
메탄올 추출물에서의 카테킨류 함량은 뿌리< 잎< 줄기 순으로 높았으며, 특히 줄기는 뿌리에 비해 약 30배 유의적으로 높은 값을 보였다(P<0.05).
본 연구 결과에서 조사포닌 함량은 줄기< 뿌리< 잎 순으로 함량이 높았으며, 특히 뿌리보다 잎에서 약 1.7배 유의적으로 높은 값을 보였다(P<0.05).
또한 잎, 줄기의 모든 분획물은 뿌리의 분획물 함량과 비슷하거나 높은 함량을 보였다. 분획물 중에서는 잎과 뿌리는 헥산에서, 줄기는 클로로포름층에서 가장 높은 플라보노이드 함량을 보였다. 총 페놀 함량과 총 플라보노이드 함량 간에는 상관성은 없어 보였다.
뿌리의 헥산층은 메탄올 추출물보다 약 35배 높은 항산화 활성을 보였으며 생강의 잎과 줄기의 부탄올층, 에틸아세테이트층은 뿌리에서 이들 분획물보다 2∼3배 높은 항산화 활성을 보였다.
생강 부위별 DPPH 라디칼 소거능은 229.0∼899.8 μM의 범위를 나타냈으며, 잎은 에틸아세테이트층, 줄기는 클로로포름층, 뿌리는 헥산, 클로로포름, 에틸아세테이트층에서 높은 라디칼 소거 활성을 보였다(P< 0.05).
생강 줄기에서 총당 및 환원당 함량이 높게 나타났으며, 줄기의 환원당 함량은 뿌리에 비해 유의적으로 약 3배 정도 높았다(P<0.05).
생강 뿌리와 잎, 줄기에 대한 무기질의 성분 및 함량을 비교하였으며, 결과는 Table 2에 나타내었다. 생강의 부위별에 관계없이 무기질 함량은 K가 가장 높았 으며, 다음으로 Fe, Ca, Mg가 많은 함량을 차지하였다. 이들 무기질은 식품을 통해 체내로 공급해 주어야 하는 필수 영양소로 특히 K는 근육에서 에너지를 만드는 역할을 하고 결핍 시 뇌졸중, 신부전증, 변비, 손발 저림, 경련 등을 일으키며, Mg, Fe은 아미노산의 활성화와 ATP의 합성, 단백질 합성에 중요한 역할을 한다고 보고하였다(28).
Table 7에서 뿌리의 헥산층은 가장 높은 폴리페놀 함량을 나타내었는데, Lee 등(8)도 생강 뿌리 헥산층에서 높은 gingerol과 shogaol 함량을 확인하였다. 생강의 잎, 줄기에서도 높은 항산화 활성을 보인 분획에서 마찬가지로 높은 폴리페놀 함량을 보였다. 이로부터 생강의 높은 항산화 활성은 페놀성 화합물과 서로 밀접한 관계가 있는 것으로 여겨지며 높은 항산화 활성은 6-gingerol 등의 gingerol류 화합물, shogaol류 및 페놀성 화합물이 관여할 가능성을 시사하고 있다.
이들 카테킨류는 최근 많은 건강 식품소재로 관심을 받고 있는 물질로 항암 및 항산화 효과, 면역체계 강화, 항혈전 효과, 심장병 예방, 콜레스테롤 예방 등의 효과(41-43)를 가지고 있으며, 버려지는 생강 잎, 줄기를 활용한 기능성 신소재 개발에 이용할 수 있을 것으로 사료된다. 용매 분획물에 따라 카테킨류의 함량은 다르게 나타났지만 줄기에서 헥산층을 제외하고 모든 부분에서 EGC가 가장 높은 함량을 나타냈다. 그리고 총 카테킨류 함량은 잎은 부탄올층(176.
메탄올 추출물에서 잎과 줄기는 뿌리보다 약 3∼4배 높은 수율을 보였다. 용매별 추출 수율은 줄기의 물층에서 가장 높은 수율을 보였으며, 전반적으로 잎, 줄기의 추출 수율은 뿌리 부위에 비하여 높았다. 그리고 추출 수율은 10% 이하의 낮은 수율을 보였으며, 이는 황 함유 채소류들은 대부분 수분 함량이 80∼90% 이상이며, 생강은 섬유질과 전분 함량이 높기 때문에 낮은 수율을 보인다고 보고하였다(40).
Kim 등(13)의 보고에서도 인삼의 사포닌 성분인 총 ginsenoside 함량이 잎에서 뿌리보다 높은 함량을 보였으며, 같은 재배조건에서 잎의 Rd 함량이 줄기와 뿌리에서보다 25∼83배 정도 더 높게 분포하고 있었다고 보고하였다. 이 결과로 보아 생강 뿌리 단독보다는 뿌리와 잎, 줄기를 모두 활용하는 것이 영양적 가치가 높을 것으로 생각된다. 사포닌은 항통증, 항암, 항당뇨, 간기능, 항진 작용, 항혈전, 항염증 등 다양한 생리활성을 가지고 있다고 알려져 있다(22-25).
05). 이러한 결과는 극성보다는 비극성 분획물에서 높은 항산화 활성을 보이는 것으로 나타났다. 그리고 FRAP value는 140.
일반성분은 생강 잎, 줄기, 뿌리 모두 탄수화물과 회분이 주된 구성성분이었으며, 생강 뿌리에 비해 잎, 줄기에서 조섬유의 함량이 4∼5배 유의적으로 높은 값을 보였다(P<0.05).
05). 잎과 줄기의 폴리페놀 함량은 메탄올 추출물이 각각 26.6, 11.3 g/kg으로 나타났으며, 대체적으로 에틸아세테이트층에서 높은 함량을 보였다. 그리고 뿌리의 메탄올 추출물은 9.
지방산 함량 및 조성분석에서는 지방산 중 capric acid는 생강 뿌리에서만 검출되었으며, arachidic acid는 잎, 뿌리에서만 검출되었다. 잎은 줄기, 뿌리에 비해 linoleic acid, linolenic acid의 필수지방산 함량이 높았고, 뿌리보다 약 5배 높은 함량을 보였다. 총 페놀함량 측정 결과, 메탄올 추출물은 뿌리< 잎< 줄기 순으로 함량이 높았으며, 분획에서 잎은 물층에서 43.
조사포닌 함량은 줄기< 뿌리< 잎 순으로 함량이 높았으며, 특히 뿌리보다 잎에서 1.7배 높았다(P<0.05).
줄기의 Sr, Ca, K 함량은 뿌리보다 4배 이상 높은 값을 보였으며, 잎의 Ca 함량은 뿌리보다 5배 유의적으로 높은 값을 보였다(P<0.05).
특히 8-shoaol은 뿌리보다 잎에서 5배 높은 함량을 나타내었다. 지방산 함량 및 조성분석에서는 지방산 중 capric acid는 생강 뿌리에서만 검출되었으며, arachidic acid는 잎, 뿌리에서만 검출되었다. 잎은 줄기, 뿌리에 비해 linoleic acid, linolenic acid의 필수지방산 함량이 높았고, 뿌리보다 약 5배 높은 함량을 보였다.
분획물 중에서는 잎과 뿌리는 헥산에서, 줄기는 클로로포름층에서 가장 높은 플라보노이드 함량을 보였다. 총 페놀 함량과 총 플라보노이드 함량 간에는 상관성은 없어 보였다.
총 페놀함량 측정 결과, 메탄올 추출물은 뿌리< 잎< 줄기 순으로 함량이 높았으며, 분획에서 잎은 물층에서 43.9 g/kg, 줄기는 에틸아세테이트에서 65.5 g/kg, 뿌리는 헥산에서 187.2 g/kg으로 높은 함량을 나타내었다.
특히 잎에서 줄기, 뿌리에 비해 linoleic acid, linolenic acid의 필수지방산의 함량이 높았고, 뿌리보다 유의적으로 약 5배 높은 함량을 보였다(P<0.05).
Catechin류 함량은 메탄올 추출물에서 뿌리< 잎< 줄기 순으로 높았으며, 특히 줄기는 뿌리에 비해 약 30배 높은 함량을 보였다. 항산화 활성은 생강의 잎, 줄기에서도 높은 폴리페놀 함량을 보인 분획물에서 높은 항산화 활성을 보였다. 이 결과로 보아 생강은 뿌리 단독보다는 뿌리와 잎, 줄기를 모두 활용하는 것이 바람직하나 잎의 경우 식용으로 인정되어 있지 않아 이를 활용하기 위한 허가 추진 및 제도 개선이 필요하다.

후속연구

생강은 뿌리 외에도 잎, 줄기 부위에 따라 약리적 효능이 다를 것으로 판단되지만 부위별 분획 용매별로 항산화 활성 비교 분석이 진행된 연구는 미비하다. 생강 뿌리뿐만 아니라 잎, 줄기를 포함한 전초를 함께 섭취할 수 있으면 아주 훌륭한 기능성 소재 원료가 될 수 있을 것이다.
한편 Park 등(23)은 인삼에서 N, P, K의 무기영양성분이 사포닌 함량에 크게 영향을 준다고 보고하였으며, 인삼 및 홍삼의 경우에 발효(24), 압출성형(25) 등의 가공을 통한 사포닌 함량 강화 제품개발 연구도 활발히 진행 중이다. 생강도 마찬가지로 건강기능적 측면에서 품질을 향상시킬 수 있는 방안을 모색하여 국내 농산물의 경쟁력 제고에 기여할 수 있을 것이다. 그리고 Liu 등(26)은 HPLC에 의한 생강의 diosgenin 함량을 15.
항산화 활성은 생강의 잎, 줄기에서도 높은 폴리페놀 함량을 보인 분획물에서 높은 항산화 활성을 보였다. 이 결과로 보아 생강은 뿌리 단독보다는 뿌리와 잎, 줄기를 모두 활용하는 것이 바람직하나 잎의 경우 식용으로 인정되어 있지 않아 이를 활용하기 위한 허가 추진 및 제도 개선이 필요하다.
Ghasemzadeh 등(41)도 생강의 뿌리보다는 잎에서 C와 EC가 높은 함량을 나타내어 본 연구 결과와 일치하였다. 이들 카테킨류는 최근 많은 건강 식품소재로 관심을 받고 있는 물질로 항암 및 항산화 효과, 면역체계 강화, 항혈전 효과, 심장병 예방, 콜레스테롤 예방 등의 효과(41-43)를 가지고 있으며, 버려지는 생강 잎, 줄기를 활용한 기능성 신소재 개발에 이용할 수 있을 것으로 사료된다. 용매 분획물에 따라 카테킨류의 함량은 다르게 나타났지만 줄기에서 헥산층을 제외하고 모든 부분에서 EGC가 가장 높은 함량을 나타냈다.
이상의 이화학적 특성과 생리활성물질 분석 결과로 보아 생강은 뿌리 단독보다는 뿌리와 잎, 줄기를 모두 활용하는 것이 바람직하나, 잎의 경우 식용으로 인정되어 있지 않아 이를 활용하기 위해 식용으로의 허가 추진 및 제도 개선 등이 필요하다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	생강의 원산지는?	생강(Zingiber officinale Roscoe)은 열대 아시아가 원산지인 생강과에 속하는 다년생 작물로 근경 부위의 독특한 향기와 매운맛으로 세계적으로 널리 애용되고 있는 기호성이 좋은 향신료이다(1). 국내에서는 김치, 젓갈, 과자류 등에 향신료로 첨가되는 등 용도가 다양하며, 한방에서는 위를 튼튼하게 하는 건위약(健胃藥)으로 사용되어 왔고 소화불량, 구토, 진통에 효과가 있다고 알려져 있다(2,3).
	생강은 한방에서 어떤 약으로 사용되어 왔는가?	생강(Zingiber officinale Roscoe)은 열대 아시아가 원산지인 생강과에 속하는 다년생 작물로 근경 부위의 독특한 향기와 매운맛으로 세계적으로 널리 애용되고 있는 기호성이 좋은 향신료이다(1). 국내에서는 김치, 젓갈, 과자류 등에 향신료로 첨가되는 등 용도가 다양하며, 한방에서는 위를 튼튼하게 하는 건위약(健胃藥)으로 사용되어 왔고 소화불량, 구토, 진통에 효과가 있다고 알려져 있다(2,3). 생강에는 zingiberene, γ-cardinen 등의 휘발성 향기성분과 zingiberol, zingiberene 등의 정유성분이 함유되어 있다(4).
	생강의 매운맛 성분 중 gingerol은 어떤 특징을 갖는 성분인가?	추출은 메탄올과 에테르로 추출하여 진한 갈색의 점조성의 생강 특유냄새를 가진 oleoresin을 얻었으며 이를 헥산을 이용하여 갈색 유상의 조추출물을 얻었다. 생강의 매운맛 성분 중 gingerol은 생강의 가장 강력한 매운맛 성분일 뿐만 아니라 다른 성분에 비하여 그 함량도 많기 때문에 생강의 저장, 유통 중의 품질지표물질로 많이 사용되고 있는 성분이다. 그리고 gingerol은 aldehyde unit 길이에 따라 매운맛 정도 및 효능도 다소 차이가 있는 것으로 알려져 있다(4).

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용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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