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문제 정의
- 그러나 엉겅퀴 정유의 체계적인 화학적 조성연구는 미미한 실정이며, 수확시기에 따른 성분 연구는 전무한 실정이다. 이에 본 연구에서는 엉겅퀴 정유의 화학적 조성 및 수확시기에 따른 주요 화합물 함량 변화에 대해 살펴보았다. 식물의 화학적 성분은 주변 환경의 변화에 따라 민감하게 영향을 받는다.
제안 방법
- )을 이용한 RI를 구하였다. JEOL mass spectrometer에 연결된 Wiley library 및 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.
- 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 및 NIST Mass Spectral Search Program(ChemSW Inc.
- 건조한 엉겅퀴 300 g을 1 × 1 cm로 세절하여 2회로 나누어 4시간 동안 Clevenger-type 장치(Hanil Lab Tech Ltd., Seoul, Korea)를 사용하여 HDE 방법으로 수증기 증류한 후 정유부분을 분리하였다.
- 엉겅퀴의 정유성분 추출을 위해 HDE 방법으로 4시간 증류하였으며, 포집된 정유를 GC 및 GC-MS를 사용하여 성분을 분석하였다. 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 mmi. 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.
- Linear velocity는 22 cm/sec, split ratio는 50:1로 하였다. n-Heptanol 및 methyl myristate를 엉겅퀴 정유의 정량적 분석을 위한 내부표준물질로 사용하였다.
- japonicum var. ussurience Kitamura의 학명을 가진 엉겅퀴만을 기청산 식물원의 확인을 거쳐 실험에 사용하였다. 수확된 시료는 통풍이 잘되는 그늘에서 7일간 자연 건조시킨 후, 뿌리를 제외한 지상부를 실험에 사용하였다.
- 본 실험에 사용한 엉겅퀴(Cirsium japonicum var. ussurience Kitamura)는 경상북도 포항시에 위치한 기청산 식물원의 동일 장소에서 2012년 5월과 10월에 수확된 자생 식물을 식물학적 확인을 거친 후 사용하였다. 국내에는 가시엉겅퀴, 고려엉겅퀴 등 다양한 엉겅퀴 종이 있으므로, 본 실험에서는 C.
- 확인된 성분은 GC 분석에 사용된 DB-5 컬럼에서 용출되어 나오는 화합물의 순서로 Table 1에 제시하였다. 본 연구에 사용된 엉겅퀴는 수확시기에 따른 식물체의 화학적 성분 변이를 최소화하고자 경상북도 포항시에 위치한 기청산 식물원 내의 동일한 장소에서 자생한 것을 2012년 5월과 10월에 채취하여 사용하였다. 식물의 정유성분은 그 식물의 채취지역, 채취시기 및 기후변화 등에 매우 민감하게 변하므로, 이에 따른 정유의 성분변화에 관한 연구는 식품품질 관리 측면에서 매우 큰 의미를 지닌다(Heath HB 1986).
- ussurience Kitamura의 학명을 가진 엉겅퀴만을 기청산 식물원의 확인을 거쳐 실험에 사용하였다. 수확된 시료는 통풍이 잘되는 그늘에서 7일간 자연 건조시킨 후, 뿌리를 제외한 지상부를 실험에 사용하였다. Gas chromatography(GC) 및 mass spectrometry(MS)에 사용한 표준물질은 Aldrich Chemical Co.
이론/모형
- 본 연구에서는 정유 성분 추출 시에 유기용매에 의한 오염을 방지하기 위해 hydro distillation extraction(HDE) 방법을 사용하였다. 건조한 엉겅퀴 300 g을 1 × 1 cm로 세절하여 2회로 나누어 4시간 동안 Clevenger-type 장치(Hanil Lab Tech Ltd.
성능/효과
- 봄에 수확한 엉겅퀴에서보다 가을에 수확한 엉겅퀴에서 phytol이 함량이 3배 이상 증가한 것으로 조사되었으며, hexadecanoic acid는 가을에 수확하였을 때는 약 1/3로 감소하였다. Caryophyllene류의 세스퀴테르펜 화합물과 phthalide류의 함량도 가을에 수확한 시료에서 높아, 향기가 온화한 봄에 수확한 엉겅퀴는 식용자원으로, 향기 특성이 강하고 생리적 기능이 보고된 화합물의 함량이 높은 가을에 수확한 엉겅퀴는 약용자원으로 활용하는 것이 효과적일 것으로 보여졌다. 수확 시기에 따른 식물 테르펜 화합물의 정성 및 정량적 변화 연구를 지속적으로 수행됨으로써 국내 식물자원의 품질 지표확립에 기여할 것이다.
- Caryophyllene(C15H24)은 향기 특성이 강한 세스퀴테르펜으로 우리나라에 자생하는 일반적인 식용 및 약용 식물에 널리 함유되어 있는데(Choi HS 2015), 최근 기능성 생리활성 물질로 규명되면서 병원성 세균에 대한 항균효과, 항염증 효과, 종양세포주 억제효과 등에 대한 연구가 활발하다(Kim & Shin 2009; Amiel 등 2012). Caryophyllene의 산화물인 caryophyllene oxide는 쑥을 포함한 국화과 식물에 함유되어 있는 성분(Choi HS 2015)으로 향기가 순한 봄철엉겅퀴에서는 확인되지 않았으나, 향기가 강한 가을에 수확한 시료에서는 4.15%가 확인되었다.
- 2). 가을에 수확한 엉겅퀴의 정유에서는 비교적 세스퀴테르펜의 함량이 풍부하였으며, 이 중의 하나인 caryophenne류의 함량도 가을에 수확한 시료에서 더 높았다. 일례로 가을에 수확한 엉겅퀴 정유에서는 α-caryophyllene이 0.
- 또한 dibutyl phthalate(5월: 1.31%, 10월: 2.51%)와 4,8,12,16-tetramethylheptdecan-4-olide(5월: 0%, 10월: 0.58%)의 경우도 가을에 수확한 시료에서 높게 확인되었다. 이 화합물들은 phthalide류로 여러 연구에서 식물체의 특징적인 향기와 관여되며, 또한 생리적 활성을 지니는 물질로 알려져 있다.
- 일반적으로 식물의 향기성분은 테르펜 화합물에 기인하며, 지방산 종류는 향기 기여도가 낮은 것으로 알려져 있다. 본 연구에서 봄에 수확한 엉겅퀴 정유의 약 50%를 차지하던 hexadecanoic acid는 가을에 수확하였을 때는 약 1/3 수준으로 감소함을 볼 수 있다. 즉, 가을에 수확한 엉겅퀴의 향기성분이 더 풍부하고 강한 것으로 나타났고, 봄에 수확한 엉겅퀴의 향기는 온후한 것으로 평가되었다.
- 이 화합물은 인체의 암세포 증식을 억제하며, 암세포의 DNA 합성 과정을 억제하는 항암 및 항돌연변이 효과(Lee 등 1999), 골격근의 비효소적 지질산화를 부분적으로 억제시키는 효과(Phoenix 등 1989)도 보고되었다. 본 연구에서 봄에 수확한 엉겅퀴에서보다 가을에 수확한 엉겅퀴에서 phytol이 함량이 3배 이상 증가한 것으로 조사되었으며, 이는 가을에 수확한 엉겅퀴가 건강에 이로운 소재로 활용하는데 더 유용함을 알 수 있다. 일반적으로 식물의 향기성분은 테르펜 화합물에 기인하며, 지방산 종류는 향기 기여도가 낮은 것으로 알려져 있다.
- 식물체에서 추출한 정유의 특징적인 향기성분은 주로 테르펜 화합물에 기인하는 것으로 알려져 있는데(Minth 등 2002), 봄에 수확한 엉겅퀴보다 가을에 수확한 시료에서 테르펜 함량이 높게 나타났다. 본 연구에서는 caryophyllen류 외에도 germacrene, farnesene, bisabolene, elemene, viridiflorol, spathulenol, cubenol 등 방향성 식물의 향기에 기여하는 테르펜 계열 화합물이 가을에 수확한 엉겅퀴에서 더욱 다양하고 높은 함량을 지닌 것으로 나타났다.
- 봄과 가을에 채취한 엉겅퀴에서 추출한 정유성분의 화학적 조성은 차이를 보이는데, 가장 두드러진 차이점은 봄(5월)에 채취한 엉겅퀴의 정유에서는 hexadecanoic acid가 49.31%를, 가을(10월)에 채취한 엉겅퀴에서는 phytol 함량이 40.56%로 상당량을 차지하였다(Fig. 1). Hexadecanoic acid(CH3(CH2)14 COOH)는 팔미트산(palmitic acid)으로 불리며, 식물 및 동물에 널리 존재하는 지방산이다.
- 엉겅퀴의 경우, 수확시기에 따라 hexadecanoic acid와 phytol 함량의 변화가 가장 두드러진 특징이라고 볼 수 있어, 이 화합물을 수확시기에 따른 엉겅퀴 화학적 성분 변화의 지표물질로 제시할 수 있다고 볼 수 있다. 봄에 수확한 엉겅퀴에서보다 가을에 수확한 엉겅퀴에서 phytol이 함량이 3배 이상 증가한 것으로 조사되었으며, hexadecanoic acid는 가을에 수확하였을 때는 약 1/3로 감소하였다. Caryophyllene류의 세스퀴테르펜 화합물과 phthalide류의 함량도 가을에 수확한 시료에서 높아, 향기가 온화한 봄에 수확한 엉겅퀴는 식용자원으로, 향기 특성이 강하고 생리적 기능이 보고된 화합물의 함량이 높은 가을에 수확한 엉겅퀴는 약용자원으로 활용하는 것이 효과적일 것으로 보여졌다.
- 엉겅퀴 정유의 화학적 성분을 분석하고, 수확시기에 따른 주요 화합물의 변화 추이를 조시하기 위해 HDE 방법으로 정유 성분을 추출하여 GC 및 GC-MS로 분석한 결과, 2012년 5월에 채취한 엉겅퀴 정유에서는 총 64종(95.08%)의 성분이 확인되었고, hexadecanoic acid의 함량이 49.31%로 가장 높았으며, 6,10,14-trimethyl-2-pentadecanone(13.72%), phytol(13.40%), 9-hexadecenoic acid(4.16%) 순이었다. 2012년 10월에 동일 장소에서 채취한 엉겅퀴의 정유에서는 총 83종(99.
- 일례로 가을에 수확한 엉겅퀴 정유에서는 α-caryophyllene이 0.85%, β-caryophyllene이 0.25%, caryophyllene oxide가 4.15% 함유되어 있었으나, 봄에 수확한 엉겅퀴 정유에서는 α-caryophyllene이 0.06%, β-caryophyllene이 0.06% 함유되어 있었고, caryophyllene oxide는 확인되지 않았다.
- 일반적으로 테르펜류는 알데히드, 알코올, 케톤 및 에스테르기가 부가된 형태가 향기 특징이 뚜렷하고 강하여 향료 산업 등에서 유용하게 사용되는데(Oh & Whang 2003), 엉겅퀴의 경우 봄에 수확한 시료보다 가을에 수확한 시료에서 이러한 향기 화합물 함량이 더 높게 확인되었으므로 봄철에 수확한 엉겅퀴는 향기가 순하여 식용으로, 가을에 수확하는 것은 향기 특성이 강하고, 생리적 기능을 지니는 화합물의 함량이 높으므로 약용자원으로 활용하는 것이 효과적일 것으로 보여졌다.
- 본 연구에서 봄에 수확한 엉겅퀴 정유의 약 50%를 차지하던 hexadecanoic acid는 가을에 수확하였을 때는 약 1/3 수준으로 감소함을 볼 수 있다. 즉, 가을에 수확한 엉겅퀴의 향기성분이 더 풍부하고 강한 것으로 나타났고, 봄에 수확한 엉겅퀴의 향기는 온후한 것으로 평가되었다.
후속연구
- 식물의 화학적 성분은 주변 환경의 변화에 따라 민감하게 영향을 받는다. 국화과 식물은 우리 국민의 식생활에 주요 부분을 차지하는 미각채소로서, 이에 대한 화학적 성분에 대한 체계화된 연구는 새로운 식품소재 개발 및 국민 건강 향상 측면에서 유용한 자료를 제공할 것이다.
- 엉겅퀴는 수확시기에 따라 사용 용도에 차이를 보이는데, 봄에 새순이 올라올 때 채취한 것은 식용으로 사용하고, 가을 이후에 채취하는 것은 약용으로 사용해 오고 있다. 따라서 수확시기에 따른 엉겅퀴의 성분 조사는 일반인에게 올바른 영양정보를 제공하고, 식품가공산업에 활용 시 품질관리 측면에서 유용한 정보가 될 것이다.
- 이들 성분은 향기특성이 강한 것으로 알려져 있으며, butyl hexahydrophthalide, butyl phthalide, cis- 및 trans-neocnidilide 등이 샐러리의 특징적인 향기에 기여한다고 보고된 바 있다(Wassenhove 등 1990). 본 연구에서 규명된 phthalide류는 엉겅퀴의 특징적인 향기와 약용식물로서의 효능에 일부 기여한다고 추정되며, 이것으로 가을에 수확한 엉겅퀴가 봄철에 수확한 시료보다 약용으로서 용도가 더 높을 것으로 기대된다. 일반적으로 테르펜류는 알데히드, 알코올, 케톤 및 에스테르기가 부가된 형태가 향기 특징이 뚜렷하고 강하여 향료 산업 등에서 유용하게 사용되는데(Oh & Whang 2003), 엉겅퀴의 경우 봄에 수확한 시료보다 가을에 수확한 시료에서 이러한 향기 화합물 함량이 더 높게 확인되었으므로 봄철에 수확한 엉겅퀴는 향기가 순하여 식용으로, 가을에 수확하는 것은 향기 특성이 강하고, 생리적 기능을 지니는 화합물의 함량이 높으므로 약용자원으로 활용하는 것이 효과적일 것으로 보여졌다.
- Caryophyllene류의 세스퀴테르펜 화합물과 phthalide류의 함량도 가을에 수확한 시료에서 높아, 향기가 온화한 봄에 수확한 엉겅퀴는 식용자원으로, 향기 특성이 강하고 생리적 기능이 보고된 화합물의 함량이 높은 가을에 수확한 엉겅퀴는 약용자원으로 활용하는 것이 효과적일 것으로 보여졌다. 수확 시기에 따른 식물 테르펜 화합물의 정성 및 정량적 변화 연구를 지속적으로 수행됨으로써 국내 식물자원의 품질 지표확립에 기여할 것이다.
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