[논문]3년근 도라지와 7년근 도라지의 이화학 특성 및 생리활성

채규서; 백미선; 류은혜; 김기덕; 권지웅

doi:10.9721/kjfst.2018.50.6.665

[국내논문] 3년근 도라지와 7년근 도라지의 이화학 특성 및 생리활성
Physicochemical properties and biological activity of three-year-old and seven-year-old Platycodon grandiflorum extracts 원문보기

한국식품과학회지 = Korean journal of food science and technology, v.50 no.6, 2018년, pp.665 - 670

채규서 (베리&바이오식품연구소) , 백미선 (베리&바이오식품연구소) , 류은혜 (베리&바이오식품연구소) , 김기덕 (고창군청 농업진흥과) , 권지웅 (베리&바이오식품연구소)

초록
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3년근 및 7년근 도라지의 이화학적 특성을 확인하고자 조사포닌, 유리 아미노산, 철분, 아연 및 칼슘을 비교 확인하였고, 산화 방지 활성 및 항균활성을 측정하기 위해 물 추출물을 제조하여 총 폴리페놀, 총 플라보노이드, DPPH 및 ABTS 라디칼 소거능 측정 및 호흡기 관련 항균활성을 측정하여 7년근 도라지의 상업적 이용가능성을 확인하고자 수행되었다. 3년근 및 7년근 도라지의 조사포닌을 측정한 결과 재배년수가 증가한 7년근 도라지가 낮은 함량을 보였고, 유리 아미노산은 3년근 및 7년근 도라지 모두 아르기닌, 글루탐산, 아스파트산, 세린, 트레오닌 순으로 높게 나타났으며, 시스테인은 없는 것으로 나타났다. 또한 철, 아연 및 칼슘을 분석한 결과에서는 칼슘만 7년근 도라지가 높게 나타났다. 3년근 및 7년근 도라지 물 추출물의 총 폴리페놀, 총 플라보노이드 함량을 측정한 결과, 재배년수가 높은 7년근 도라지가 총 폴리페놀 및 총 플라보노이드 모두 유의적으로 높게 나타났고, DPPH 및 ABTS 라디칼 소거능을 측정한 결과에서도 7년근 도라지가 높은 소거능을 보였다. 또한 호흡기 질환과 관련된 세균의 항균활성을 측정한 결과에서도 7년근 도라지가 높은 항균활성을 가지는 것으로 나타났다. 결과적으로 3년근 도라지보다 7년근 도라지가 산화방지 활성 및 호흡기 질환과 관련된 항균활성이 높은 것으로 나타나, 7년근 도라지를 기능성 식품 및 화장품 소재로써 이용할 경우 산화방지 활성 및 항균활성이 증가된 천연소재로의 이용 가능성이 높을 것으로 판단하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

This study was designed to evaluate the physicochemical properties and biological activities (antioxidant activity and antimicrobial activities) of three and seven-year-old Platycodon grandiflorum extracts. Three and seven-year-old Platycodon grandiflorum contained crude saponins, free amino acids and minerals. Water extracts of the three and seven-year-old plants were prepared using reflux extraction methods. The total polyphenol contents (TPC), total flavonoid contents (TFC), 2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl (DPPH) and 2,2'-azino-bis(3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid) diammonium salt (ABTS) radical scavenging activity and antimicrobial effects of the extracts were determined. The seven-year-old Platycodon grandiflorum extract had higher TPC ($5.08{\pm}0.07TAEmg/g$) and TFC ($3.80{\pm}0.07QUEmg/g$). DPPH radical scavenging activity ($IC_{50}$ value: $288{\pm}3.88{\mu}g/mL$) and ABTS radical scavenging activity ($IC_{50}$ value: $568{\pm}2.09{\mu}g/mL$). The three and seven-year-old Platycodon grandiflorum extracts exhibited a strong antimicrobial effect against three kinds of bronchus disease-inducing bacteria; the seven-year-old Platycodon grandiflorum extracts showed a stronger antimicrobial effect than the three-year-old Platycodon grandiflorum extracts.

주제어

표/그림 (5)

표 Table 1. Crude saponin and mineral contents of three-year-old and seven-year-old playcodon grandiflorum
표 Table 2. Free amino acid contents of three-year-old and seven-year-old playcodon grandiflorum (mg%)
표 Table 3. Extracts yield and total polyphenol and total flavonoid contents of water extracts from three-year-old and seven-year-old playcodon grandiflorum
표 Table 4. Comparison of IC₅₀ values of DPPH and ABTS radical scavenging activities of water extracts from three-year-old and seven-year-old playcodon grandiflorum
표 Table 5. Antimicrobial activity of water extracts from three-year-old and seven-year-old playcodon grandiflorum against bronchus diseases inducing bacteria (mm)

AI 본문요약
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문제 정의

3년근 및 7년근 도라지의 이화학적 특성을 확인하고자 조사포닌, 유리 아미노산, 철분, 아연 및 칼슘을 비교 확인하였고, 산화방지 활성 및 항균활성을 측정하기 위해 물 추출물을 제조하여 총 폴리페놀, 총 플라보노이드, DPPH 및 ABTS 라디칼 소거능 측정 및 호흡기 관련 항균활성을 측정하여 7년근 도라지의 상업적 이용가능성을 확인하고자 수행되었다.
따라서 본 연구에서는 일반적 재배기간인 3년근 도라지와 최근 재배량과 생산량이 증가된 7년근 도라지의 이화학적 특성을 비교하고, 도라지의 재배 기간이 산화방지 활성 및 항균 활성에 미치는 영향을 알아보고자 진행하였다.

가설 설정

1)Total polyphenol contents was expressed as mg tannin acid (TAE) per 100 gram.
2)Total flavonoid contents was expressed as mg quercetin (QUE) per 100 gram.

제안 방법

항균활성은 paper disk 주위로 미생물의 생장이 저해되는 inhibition zone의 크기(mm)로 측정하였으며, 3년근 및 7년근 도라지 추출물의 희석에 사용된 물을 대조군으로 사용하였다.
1.0, 2.5, 5.0, 7.5, 10 mg/mL 농도로 조제한 각각의 추출물 100μL에 에탄올 200μL를 가하고 2×10-4M DPPH용액 300 μL를 가한 후 교반하였고, 실온에서 30분간 반응시키고 ELISA (Synergy HT, Biotec, Washington DC, USA)를 사용하여 517 nm에서 흡광도를 측정하였으며 대조구는 시료 대신에 에탄올을 첨가하여 실험 하였다.
1.0, 2.5, 5.0, 7.5, 10 mg/mL 농도로 조제한 3년근 및 7년근 도라지 물 추출물 5 μL에 ABTS 라디칼 용액 195 μL를 첨가하여 7 분간 반응시킨 후 ELISA (Chimera Biotec GmbH, Dortmund, Germany)를 사용하여 734 nm에서 흡광도를 측정하였고, 대조구는 시료 대신에 에탄올을 첨가하였다.
3년근 및 7년근 도라지의 조사포닌 함량은 Park 등(2009)의 방법을 응용하여 측정하였다. 즉 각각의 시료 5 g에 메탄올 100mL을 가하여 70℃ 수조상에서 30분간 추출 하였다.
이러한 추출과정을 2회 반복 실시하여 추출액을 합하고 55℃에서 감압농축 하여 잔여물을 증류수 50 mL로 하였다. 그 후 분액깔대기에 옮기고 에테르 50 mL로 씻은 후 수포화부탄올 50 mL로 3번 추출하고, 수포화부탄올층을 미리 항량으로 한 농축플라스크에 회수하여 감압 농축한 후 105℃에서 20분간 건조한 것을 데시케이터에서 30분간 식힌 후 무게를 측정하여 조사포닌 함량을 구하였다.
시료 1g에 65% 질산(HNO3) 6 mL와 30% H2O2 1 mL를 테플론 병(teflon bottle)에 담은 후 이를 전처리 시험용액으로 하여 microwave digestion system(MARS6, CEM corporation, Stallings, NC, USA)을 이용하여 최고 600 W로 총 20분간 산 분해를 실시한 후 부피플라스크에 옮겨 증류수를 가하여 시험용액으로 한 것을 ICP-AES (iCAP7400 Duo, Thermo Scientific, Waltham, MA, USA)로 정량하였다.
연속 배양시킨 각 균주는 초기균수가 105-106 CFU/mL가 되도록 멸균수로 희석하여 NA 배지에 각각 도말한 후, 중앙에 멸균된 paper disk (diameter 8 mm, Advantec, Tokyo, Japan)를 배지 위에 놓고 추출시료를 농도별로 각각 50 μL씩 2회 점적하고 추출물이 충분히 흡수되도록 25℃에서 1시간 방치한 다음 37℃에서 24시간동안 배양하였다.
, Kyoto, Japan)를 사용하여 415 nm에서 흡광도를 측정 하였다. 이때 퀘세틴을 표준물질로 사용하여 검량곡선을 작성하고 이로부터 총 플라보노이드 함량을 구하였다.
5 mL, 35% 탄산소듐 1 mL를 가한 후 실온 암조건에서 1시간 동안 정치한 후, 760 nm에서 비색정량 하였다. 이때 타닌산을 표준물질로 사용하여 검량곡선을 작성하고 이로부터 총 폴리페놀 함량을 구하였다.
즉 도라지 추출물 100 mg을 정량하고 90% 에탄올 20 mL를 가하여 초음파추출기로 30분 동안 추출하고 여과하고, 잔사에 80% 에탄올 8 mL로 동일한 조건으로 3회 추출하였다.
즉 분쇄된 3년근 및 7년근 도라지 100 g을 정량 하여 10배의 물을 넣고 4시간 동안 100℃에서 추출한 것을 감압농축기(Buchi R210, Flawil, Switzerland)로 농축 후 동결건조 하였다.
지방이 있는 경우에는 에테르로 추출하여 제거하였고, 물층을 감압 농축하여 얻은 잔사를 0.2 N 구연산나트륨 완충액(pH 2.2) 또는 0.02 N 염산으로 용해한 것을 시험용액으로 사용하였고, 아미노산 자동 분석기(L-8900, Hitachi Ltd., Tokyo, Japan)로 분석하였다.

대상 데이터

미생물 배양은 nutreint broth (NB, Difco Laboratories, Detroit, MI, USA)와 nutrient agar (NA, Difco)를 사용하여 37oC 배양기에서 24시간 배양하여 항균력 실험에 사용하였다.
본 실험에서 사용한 3년근 및 7년근 도라지는 전라북도 고창군 상하면에서 재배된 것으로, 세척 후 55℃에서 4시간 열풍 건조한 것을 분쇄기로 분쇄하여 시료로 사용하였다.
실험에 사용된 미생물은 기관지 질환자의 객담에서 주로 분리되는 것(Lee 등, 2000)으로 Staphylococcus aureus KCTC 1928, Corynebacterium diphtheriae KCTC 3075, Klebsiella pneumoniae KCTC 2245를 한국생명공학연구원 미생물자원센터(Daejeon, Korea)에서 분양받았다.
실험에 사용된 폴린시오칼토 페놀시약(folin-ciocalteu’s phenol reagent), 탄산소듐(sodium carbonate), 타닌산(tannic acid), 퀘세틴(quercetin), 2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl (DPPH)와 2,2'-azinobis(3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid) diammonium salt(ABTS), 아세트산암모늄(potassium acetate), 질산알루미늄(aluminum nitrate)은 Sigma-Aldrich Chemical Co. (St. Louis, MO, USA)에서 구입하였고, 에탄올(ethanol)과 메탄올(methanol)은 J.T. Baker(Boston, MA, USA)에서 구입하였으며, 기타 시약은 특급시약을 사용하였다.

데이터처리

각 시험군 간의 통계적 유의성 검증은 Student’s t-test와 one-way ANOVA로 실시하였으며, 유의성은 p<0.05 수준에서 검증하였다.
본 연구의 각 시험항목별 실험 결과는 3회 반복 분석하여, SPSS program 23.0 (Statistical Package for Social Sciences, SPSS Inc., Chicago, IL, USA)을 이용하여 통계처리 후 평균 및 표준편차로 나타내었다.

이론/모형

3년근 및 7년근 도라지 물 추출물의 산화방지 활성을 측정하기 위하여 자유라디칼인 DPPH를 사용한 산화방지 활성 측정법(Choi 등, 1993)을 응용하였다. 1.
3년근 및 7년근 도라지의 산화방지활성 및 항균활성 실험을 위한 추출물 제조는 Kwon 등(2011)의 방법을 응용하였다. 즉 분쇄된 3년근 및 7년근 도라지 100 g을 정량 하여 10배의 물을 넣고 4시간 동안 100℃에서 추출한 것을 감압농축기(Buchi R210, Flawil, Switzerland)로 농축 후 동결건조 하였다.
3년근 및 7년근 도라지의 철, 아연, 칼슘은 습식분해법(Wet Digestion Method)으로 분석하였다. 시료 1g에 65% 질산(HNO₃) 6 mL와 30% H₂O₂ 1 mL를 테플론 병(teflon bottle)에 담은 후 이를 전처리 시험용액으로 하여 microwave digestion system(MARS6, CEM corporation, Stallings, NC, USA)을 이용하여 최고 600 W로 총 20분간 산 분해를 실시한 후 부피플라스크에 옮겨 증류수를 가하여 시험용액으로 한 것을 ICP-AES (iCAP7400 Duo, Thermo Scientific, Waltham, MA, USA)로 정량하였다.
총 폴리페놀 함량은 건강기능식품공전 방법(2012a)을 응용하여 측정하였다.
총 플라보노이드 함량 또한 건강기능식품공전 방법(2012b)을 이용하여 측정하였다.
호흡기 질환을 유발하는 세균에 대한 항균 효과는 paper disk diffusion 방법으로 실시하였다(Lim 등, 2001).

성능/효과

3년근 및 7년근 도라지의 조사포닌 함량을 측정한 결과는 Table 1과 같다. 3년근 도라지의 조사포닌은 4.70 mg%로 나타났고 7년근 도라지는 2.81 mg%로 나타나 재배기간이 늘어난 7년근 도라지의 함량이 3년근 도라지에 비해 더 낮은 것으로 나타났다. 이는 Lee 등(1999)이 도라지의 재배년수가 증가할수록 조사포닌 함량은 감소하였다는 연구결과와 같은 경향을 보였다.
3년근 및 7년근 도라지의 유리 아미노산 함량을 분석한 결과는 Table 2와 같다. 3년근 및 7년근 도라지 모두 아르기닌 함량이 가장 높았고, 그 다음으로 글루탐산, 아스파트산, 세린, 트레오닌 순으로 나타났으며, 시스테인만 검출되지 않았다. 이는 Chung등(1997)의 3년근 도라지와 24년근 도라지의 유리아미노산을 분석한 결과 시스테인이 검출되지 않았다는 보고와 일치하였다.
3년근 및 7년근 도라지 물 추출물의 총 폴리페놀, 총 플라보노이드 함량을 측정한 결과, 재배년수가 높은 7년근 도라지가 총 폴리페놀 및 총 플라보노이드 모두 유의적으로 높게 나타났고, DPPH 및 ABTS 라디칼 소거능을 측정한 결과에서도 7년근 도라지가 높은 소거능을 보였다. 또한 호흡기 질환과 관련된 세균의 항균활성을 측정한 결과에서도 7년근 도라지가 높은 항균활성을 가지는 것으로 나타났다.
3년근 및 7년근 도라지의 조사포닌을 측정한 결과 재배년수가 증가한 7년근 도라지가 낮은 함량을 보였고, 유리 아미노산은 3년근 및 7년근 도라지 모두 아르기닌, 글루탐산, 아스파트산, 세린, 트레오닌 순으로 높게 나타났으며, 시스테인은 없는 것으로 나타났다. 또한 철, 아연 및 칼슘을 분석한 결과에서는 칼슘만 7년근 도라지가 높게 나타났다.
3년근 및 7년근 도라지의 추출물 수율을 측정한 결과(Table 3) 3년근 도라지의 경우 21.20±3.54%를 보였고, 7년근 도라지가 26.10±1.08%의 수율을 보였으나 유의적인 차이를 보이지 않았다.
aureus KCTC 1928에 대한 항균효과는 200, 300 mg/mL 농도에서 7년근 도라지가 3년근 도라지보다 높은 항균활성을 나타내었으나, 400 mg/mL 농도에서는 유의적 차이가 없는 것으로 나타났다. C. diphtheriae KCTC 3075의 경우, 200 mg/mL 농도에서는 7년근 도라지의 항균효과가 3년근 도라지에 비해 항균활성이 더 강한 것으로 나타났으나, 300 mg/mL와 400 mg/mL 농도에서는 유의적 차이가 없는 것으로 나타났다. K.
DPPH 및 ABTS 라디칼 소거능의 IC50 값은 3년근 도라지 물 추출물이 각각 13.14±0.45, 7.02±0.66 μg/mL로 나타났고, 7년근 도라지 물 추출물은 각각 9.65±0.21, 6.13±0.10 μg/mL로 7년근 도라지의 DPPH 및 ABTS 라디칼 소거능이 높은 것으로 확인되었다.
100 mg/mL의 추출물 농도에서는 모든 균에서 clear zone을 확인할 수 없었다. S. aureus KCTC 1928에 대한 항균효과는 200, 300 mg/mL 농도에서 7년근 도라지가 3년근 도라지보다 높은 항균활성을 나타내었으나, 400 mg/mL 농도에서는 유의적 차이가 없는 것으로 나타났다. C.
결과적으로 3년근 도라지보다 7년근 도라지가 산화방지 활성 및 호흡기 질환과 관련된 항균활성이 높은 것으로 나타나, 7년근 도라지를 기능성 식품 및 화장품 소재로써 이용할 경우 산화방지 활성 및 항균활성이 증가된 천연소재로의 이용 가능성이 높을 것으로 판단하였다.
결과적으로 3년근 도라지보다 7년근 도라지의 총 폴리페놀 및 총 플라보노이드 함량이 높은 것으로 나타나 도라지의 경우 산화방지 성분으로 알려진 총 폴리페놀 및 총플라보노이드 함량은 재배년수가 증가할수록 높아지는 것으로 판단된다.
결과적으로 도라지의 재배기간이 증가함에 따라 철의 함량은 감소하는 경향을 보였고, 아연은 유의적인 차이를 보이지 않았으며, 칼슘은 재배기간이 증가함에 따라 증가하는 것으로 나타났다.
또한 300 mg/mL 농도에서는 7년근 도라지의 항균활성이 13.05 mm의 clear zone을 나타내어 3년근 도라지의 9.91 mm의 clear zone보다 높은 항균활성을 나타내었으나, 400 mg/mL 농도에서는 3년근과 7년근의 항균활성은 유의적 차이가 없는 것으로 나타났다.
또한 3년근 및 7년근 도라지의 무기물인 철, 아연 및 칼슘 함량을 측정한 결과(Table 1) 3년근 및 7년근 도라지 모두 철분의 함량이 각각 153.34±9.42, 91.25±3.17 mg/100 g으로 가장 높게 나타났고, 3년근 도라지가 7년근 도라지 보다 약 1.6배 이상 높게 나타났다.
3년근 및 7년근 도라지 물 추출물의 총 폴리페놀, 총 플라보노이드 함량을 측정한 결과, 재배년수가 높은 7년근 도라지가 총 폴리페놀 및 총 플라보노이드 모두 유의적으로 높게 나타났고, DPPH 및 ABTS 라디칼 소거능을 측정한 결과에서도 7년근 도라지가 높은 소거능을 보였다. 또한 호흡기 질환과 관련된 세균의 항균활성을 측정한 결과에서도 7년근 도라지가 높은 항균활성을 가지는 것으로 나타났다.
아연의 경우는 재배기간이 함량에 영향을 주지 않는 것으로 나타났으며, 칼슘은 3년근 도라지가 36.97±2.01 mg/100 g, 7년근 도라지는 71.60±5.43 mg/100 g으로 재배기간이 증가된 도라지의 칼슘 함량이 약 1.9배 이상 높게 나타났다.
이상의 결과에서 호흡기 질환 유발 세균에 대한 3년근 도라지물 추출물과 7년근 도라지 물 추출물의 항균효과는 200 및 300 mg/mL의 농도에서 7년근이 3년근에 비해 높은 항균활성을 나타내어 재배기간이 증가함에 따라 항균활성도 증가하는 것으로 나타났다. 이러한 항균효과는 7년근 도라지의 높은 폴리페놀 함량에 의한 것으로 판단된다(Lee 등, 2013).
이는 Chung등(1997)의 3년근 도라지와 24년근 도라지의 유리아미노산을 분석한 결과 시스테인이 검출되지 않았다는 보고와 일치하였다. 총 유리아미노산의 함량은 3년근 도라지(497.72 mg%) 보다 7년근 도라지(624.77 mg%)가 약 1.2배 높게 나타났다. 3년근 도라지의 가장 많이 함유되어 있는 아미노산은 아르기닌(310.
총 폴리페놀 함량의 경우 3년근 도라지 물 추출물이 3.91±0.02 TAE mg/g으로 나타났고, 7년근 도라지 추출물은 5.08±0.07 TAE mg/g으로 3년근 도라지보다 약 1.2배 이상 높은 것으로 나타났는데, 이는 Lee 등(2015)의 4년근 도라지의 총 폴리페놀 함량이 2.70-3.30 mg/g이었다는 결과와 본 실험에서 진행한 3년근 도라지 물 추출물의 총 폴리페놀 함량이 유사하게 나타났다.
총 플라보노이드 함량은 3년근 도라지 물 추출물이 2.22±0.02 QUE mg/g으로 나타났고, 7년근 도라지 물 추출물은 3.80±0.07 QUE mg/g으로 3년근 도라지 물 추출물 보다 약 1.7배 이상 높은 총 플라보노이드 함량을 보였다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	도라지의 기능 중 생리활성 효과에 대해 이비 밝혀진 연구에는 어떤 것이 있는가?	Johnson 등(1969) 및 Akiyama 등(1972)은 사포닌의 구조를 밝혔는데 이들은 전부 트라이테페노이드(triterpenoid)계 사포닌으로 밝혀졌으며, 베텔린(betulin)과 알파스피나스테롤(α-spinasterol)의 존재도 보고된 바 있다. 도라지의 생리활성 연구결과로는 고지방식이를 한 흰쥐 간의 중성지방 저하 효과(Noh와 Kim, 1984)와 혈청과 간의 지방질 개선 효과(Byun과 Seo, 2001; Kim 등, 1993), 도라지 발효물의 항비만 효과(Kang 등, 2015), 도라지 추출물의 안전성 및 항암 효과(Kim과 Chung, 2015) 등의 다양한 생리활성이 보고되고 있다.
	도라지란 무엇인가?	도라지(Platycodon grandiflorum A. DC)는 초롱꽃과에 속하는 다년생초로(Lim, 1971) 한국, 일본 및 중국의 산간지방에 널리 자생하며, 우리나라에서는 식용뿐만 아니라 껍질을 벗겨서 물에 담갔다가 말려서 약재로 널리 이용되고 있다(Lee 등, 2014). 약용도라지는 3년근 이상 도라지를 이용하고 있는데(Kim 등, 2007), 특히 3년근 도라지가 약용도라지 시장에서 차지하는 비중이 가장 높다.
	질병 치료 관점에서 도라지의 뿌리인 길경의 효과는?	그러나 최근 재배기술의 발달 및 보급화로 인해 6년근 이상 도라지를 재배하는 농가가 늘어나고 있는 추세이다. 도라지의 뿌리인 길경(桔梗)은 거담, 진해약, 편도성염, 감기, 기침, 천식, 폐결핵, 거담제로서의 효과가 있다고 알려져 있다(Kim 등, 2005). 도라지의 기능성분으로는 Tian 등(2006)이 1940년 처음으로 사포닌의 아글리콘인 플라티코디게닌(platycodigenin)을 분리하였다.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

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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