[논문]수확 연도에 따른 쑥 정유의 주요 화합물 함량 변화

최향숙

doi:10.9799/ksfan.2015.28.4.533

수확 연도에 따른 쑥 정유의 주요 화합물 함량 변화
The Variation of the Major Compounds of Artemisia princeps var. orientalis (Pampan) Hara Essential Oil by Harvest Year 원문보기

한국식품영양학회지 = The Korean journal of food and nutrition, v.28 no.4, 2015년, pp.533 - 543

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This study investigated the chemical composition of Artemisia princeps var. orientalis (Pampan) Hara (ssuk in Korea) essential oil and the quantitative changes of major terpene compounds according to the time of harvest. The essential oils obtained by hydrodistillation extraction from the aerial parts of ssuk were analyzed by GC and GC-MS. The essential oil composition of ssuk was characterized by higher contents of mono- and sesqui- terpene compounds. Ninety-nine volatile flavor compounds were identified in the essential oil from ssuk harvested in 2010, with camphor (11.9%), ${\beta}-caryophyllene$ (9.11%), dehydrocarveol (8.51%), and borneol (7.72%) being the most abundant compounds. Eighty-three compounds were identified in the essential oil from the plant harvested in 2011, with borneol (12.36%), caryophyllene oxide (12.29%), ${\beta}-caryophyllene$ (10.24%), camphor (9.13%), and thujone (8.4%) being the most abundant compounds. Eighty-four compounds were identified in the essential oil from the plant harvested in 2012, with ${\beta}-caryophyllene$ (20.25%), caryophyllene oxide (14.63%), and thujone (11.55%) being the major compounds. Eighty-nine compounds were identified in the essential oil from the plant harvested in 2013, with thujone (23.11%), alloaromadendrene oxide (12.3%), and ${\beta}-caryophyllene$ (11.48%) being the most abundant compounds. Thujone and aromadendrene oxide contents increased significantly from 2010 to 2013, while camphor and dehydrocarveol contents decreased significantly during those 4 years. The quantitative changes in these 4 compounds according to the time of harvest can served as a quality index for ssuk essential oil. The ecological responses to recent climate changes may be reflected in the chemical components of natural plant essential oils.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

지구의 기후 변화로 인하여 각 나라의 고유한 식물자원은 수년이 지나면 자생하는 분포지역이나 그 식물의 고유한 화학조성 및 생리활성을 부여하는 테르페노이드의 함량 및 조성에 변화를 맞게 될 것이기에 국가 차원의 생물자원 확보 및 지속적인 활용을 위해 화학적 성분 변화에 대한 데이터베이스의 구축이 필요하다. 따라서 본 연구는 우리나라 고유 산채류의 효과적인 활용을 위한 기초자료를 제시하고자 국내에서 식용 및 약용으로 다양하게 활용되는 쑥을 대상으로 정유성분을 분석하고, 최근 4년간 주요 정유성분들의 정량적 변화 추이를 비교하였다.

가설 설정

H: Height of observation field above mean sea level.
Hb: Height of barometer above mean sea level.
Ht: Height of thermometer above the ground.

제안 방법

)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 HS 2005)를 구하여 평균값으로 결과를 제시하였다.
Tokyo, Japan)을 사용하였다. 각 정유성분의 linear retention indices(RI)를 구하기 위해 n-alkanes(C₇~C₂₉)을 사용하였다.
개개의 정유성분 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.
Table 4에는 실험에 시용한 쑥을 수확한 시기인 2010년부터 2013년까지의 기상관측치 외에 전반적인 기후 동향을 파악하기 위하여 참고로 2009 및 2014년도의 관측치도 함께 제시하였다. 또한 가장 추운 달인 1월과 가장 더운 달인 8월의 평균기온 외에 쑥을 수확한 달인 10월과 수확전달인 9월의 평균기온을 참고로 제시하였다.
본 연구에 사용된 쑥은 재배 지역에 따른 식물체의 화학적 성분 변이를 최소화하고자 경상북도 포항시에 위치한 기청산 식물원내의 동일한 장소에서 자생한 것을 2010~2103년 10월 초순에 채취하여 사용하였다. 쑥의 정유 성분 추출을 위해 HDE 방법으로 4시간 증류하였으며, 포집된 정유를 GC 및 GC-MS를 사용하여 성분 분석을 수행하였다. 확인된 성분은 GC 분석에 사용된 DB-5 컬럼에서 용출되어 나오는 화합물의 순서로 Table 1에 제시하였다.

대상 데이터

, Ltd.(Osan, Korea) 및 French-Korean Aromatics(Youngin, Korea)의 제품을 사용하였다.
Agilent 6890N gas chromatograph(GC), DB-5(30 m × 0.25 mm i. d., film thickness 0.25 μm) fused-silica capillary column(J & W Scientific Inc., Folsom CA, USA) 및 flame ionization detector를 사용하였다.
GC-MS 분석에 사용된 GC 종류 및 기기분석 조건은 위와 동일하였고, MS는 JMS-600W MS(JEOL Ltd. Tokyo, Japan)을 사용하였다. 각 정유성분의 linear retention indices(RI)를 구하기 위해 n-alkanes(C₇~C₂₉)을 사용하였다.
정유 성분 또한 그 식물의 채취지역, 채취시기 및 기후변화 등에 매우 민감하게 변하는 것으로 보고되었다(Choi HS 2014). 본 연구에 사용된 쑥은 재배 지역에 따른 식물체의 화학적 성분 변이를 최소화하고자 경상북도 포항시에 위치한 기청산 식물원내의 동일한 장소에서 자생한 것을 2010~2103년 10월 초순에 채취하여 사용하였다. 쑥의 정유 성분 추출을 위해 HDE 방법으로 4시간 증류하였으며, 포집된 정유를 GC 및 GC-MS를 사용하여 성분 분석을 수행하였다.
orientalis (Pampan)Hara)은 경상북도 포항시에 위치한 기청산 식물원에서 2010~ 2103년 10월에 수확된 자생 식물이며, 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.
정유 성분 또한 그 식물의 채취지역, 채취시기 및 기후변화 등에 매우 민감하게 변하는 것으로 보고되었다(Choi HS 2014). 본 연구에 사용된 쑥은 재배 지역에 따른 식물체의 화학적 성분 변이를 최소화하고자 경상북도 포항시에 위치한 기청산 식물원내의 동일한 장소에서 자생한 것을 2010~2103년 10월 초순에 채취하여 사용하였다. 쑥의 정유 성분 추출을 위해 HDE 방법으로 4시간 증류하였으며, 포집된 정유를 GC 및 GC-MS를 사용하여 성분 분석을 수행하였다.

데이터처리

Means with the same letter in a row are not significantly different by Duncan's multiple range test.
, 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 HS 2005)를 구하여 평균값으로 결과를 제시하였다.
통계분석은 SPSS를 이용하여 통계 처리하였으며, Duncan’s multiple range test로 시료 간의 유의성을 검증하였다(p<0.05).

이론/모형

본 연구에서는 정유 성분 추출 시에 유기용매에 의한 오염을 방지하기 위해 hydrodistillation extraction(HDE) 방법을 사용하였다(Gomez & Witte 2001).

성능/효과

Fig. 1에서 보이는 바와 같이 쑥 정유의 주요 성분인 β-caryophyllene의 함량은 수확시기에 따라 유의적인 변화를 보였으며, 2012년도에 수확된 시료에서 유의적으로 높은 함량을 보였다.
Table 2에서 보이는 바와 같이, 쑥에서 추출한 정유의 절반 정도를 4개의 monoterpene류와 4개의 sesquiterpene류가 차지하고 있고, 총 함량(w/w%)은 2010~2014년까지 각각 44.96%, 58.03%, 58.35%, 51.76%를 나타내었다. 이 중 camphor, dehydro- carveol의 함량은 일관성 있는 감소 추세를, thujone, aroma- dendrene oxide의 함량은 일관성 있는 증가 추세를 보였다.
우리나라에서 가장 추운 달인 1월의 평균기온과 가장 더운 달인 8월의 평균기온은 일관성 있는 변화는 보이지 않았다. 가장 두드러진 기상변화는 해가 지날수록 최고기온과 최저기온의 차이가 커지고 있다는 점과 2013년도의 강수량이 감소하기는 하였으나 전반적으로 강수량이 현저히 증가하고 있다는 점이다. 이상에서 언급한 기상 변화가 식물의 생장 및 화학적 성분변화에 영향을 미칠 것으로 생각되며, 차후의 지속적인 연구를 통해 기후변화와 식물의 테르펜 화합물 생성 메카니즘 규명 연구가 수행된다면 국내 자생식물의 품질 관리 및 식물의 화학성분 변화를 예측하기 위한 데이터 베이스 구축에 기여할 것으로 생각된다.
일반적으로 테르펜 탄화수소류는 그 자체가 어느 정도 신선한 향기를 부여하여 향기산업에서 중요하기는 하지만, 일반적으로는 산화된 형태로서가 더 활용도가 크며, 알데히드, 알콜, 케톤, 에스테르 및 옥사이드 형태가 더욱 풍부한 향기 특성을 발휘하는 것으로 알려져 있다(Oh & Whang 2003). 본 연구에서 쑥의 정유 성분으로 aromadendrene oxide 및 caryophyllene oxide가 상당량 함유된 것으로 확인되었다.
80%) 순이었다. 쑥 정유성분의 주요 화합물에 대한 정량적 조사 결과, 해가 지날수록 thujone, aromadendrene oxide 함량의 현저히 증가한 반면, camphor, dehydrocarveol 함량이 유의적으로 감소한 것이 가장 두드러진 특징이라고 볼 수 있어 수확시기에 따른 쑥의 화학적 성분 변화에 대한 지표물질로 제시할 수있다고 생각된다. 수확 년도에 따른 식물 테르펜 화합물의 정성 및 정량적 변화 연구를 지속적으로 수행됨으로써 기후변화로 인한 국내 식물자원의 품질 지표확립에 기여할 것이다.
쑥 정유의 테르펜 함량을 분석하고, 수확 년도에 따른 주요 정유화합물의 변화 추이를 조사하기 위해 HDE 방법으로 정유성분을 추출하여 GC 및 GC-MS로 분석한 결과, 2010년도에 체취한 시료에서는 99종(95.68%), 2011년, 2012년, 2013년도에 수확한 시료에서는 각각 83종(80.01%), 84종(97.28%), 89종(99.36%)의 화합물이 확인되었다. 쑥 정유에는 monoterpene 및 sesquiterpene 화합물의 함량이 상당히 높았는데, 이는 주로 camphor, borneol, thujone, dehydrocarveol, α-caryophyllene, β- caryophyllene, aromadendrene oxide, caryophyllene oxide이었다.
76%를 나타내었다. 이 중 camphor, dehydro- carveol의 함량은 일관성 있는 감소 추세를, thujone, aroma- dendrene oxide의 함량은 일관성 있는 증가 추세를 보였다. Fig.

후속연구

쑥 정유성분의 주요 화합물에 대한 정량적 조사 결과, 해가 지날수록 thujone, aromadendrene oxide 함량의 현저히 증가한 반면, camphor, dehydrocarveol 함량이 유의적으로 감소한 것이 가장 두드러진 특징이라고 볼 수 있어 수확시기에 따른 쑥의 화학적 성분 변화에 대한 지표물질로 제시할 수있다고 생각된다. 수확 년도에 따른 식물 테르펜 화합물의 정성 및 정량적 변화 연구를 지속적으로 수행됨으로써 기후변화로 인한 국내 식물자원의 품질 지표확립에 기여할 것이다.
35%에 비해 약 57배정도 감소하였다. 이 결과에 기초한다면 쑥의 정유에서 thujone 과 aromadendrene oxide 두 화합물의 함량은 증가할 것으로 예측된다. 즉, thujone 및 aromadendrene oxide 함량의 증가와 camphor 및 dehydrocarveol 함량의 감소가 두드러진 특징으로 분석되며, 이 화합물들을 수확년도에 따른 쑥 정유의 화학적 성분 변화의 지표물질로 제시할 수 있다고 생각된다.
가장 두드러진 기상변화는 해가 지날수록 최고기온과 최저기온의 차이가 커지고 있다는 점과 2013년도의 강수량이 감소하기는 하였으나 전반적으로 강수량이 현저히 증가하고 있다는 점이다. 이상에서 언급한 기상 변화가 식물의 생장 및 화학적 성분변화에 영향을 미칠 것으로 생각되며, 차후의 지속적인 연구를 통해 기후변화와 식물의 테르펜 화합물 생성 메카니즘 규명 연구가 수행된다면 국내 자생식물의 품질 관리 및 식물의 화학성분 변화를 예측하기 위한 데이터 베이스 구축에 기여할 것으로 생각된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	전통 식물자원으로서 쑥은 역사적으로 동서양에서 각각 어떻게 사용되고 있는가?	쑥 속(Artemisia) 은 국화과에서 종 다양성이 풍부한 속에 해당되어, 남반구와 북반구 전지역에서 관찰되는 분류군으로 우리나라에서는 약 29분류군이 기재되어 있다(Lee TB 2006). 동서양을 막론하고 쑥은 인류에게 약용이나 식용으로 이용된 역사가 아주 오래며, 한국, 중국 등에서는 식용 외에 중요한 약용자원으로, 서양에서는 독특한 향을 이용하기 위해 허브자원으로 사용되고 있다. 쑥은 여러해살이로 어린잎은 식용하고, 줄기와 잎자루는 약용한다.
	쑥은 우리나라에서 어떻게 사용되어온 자원인가?	특히 쑥(Artemisia princeps var. orientalis (Pampan) Hara)은 우리 민족이 오래 전부터 식용 및 약용으로 사용해온 전통 식물자원이다. 쑥 속(Artemisia) 은 국화과에서 종 다양성이 풍부한 속에 해당되어, 남반구와 북반구 전지역에서 관찰되는 분류군으로 우리나라에서는 약 29분류군이 기재되어 있다(Lee TB 2006).
	국화과에는 어떤 식물들이 포함되는가?	국화과(Compositae)에는 씀바귀, 참취, 곰취, 엉경퀴 등, 우리 식생활과 친숙한 식물이 포함된다. 특히 쑥(Artemisia princeps var.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

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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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