[논문]UPLC-DAD-ESI(+)-QToF/MS를 이용한 국내산 두릅나무 및 음나무 순 내 페놀산 특성 비교

김영진; 김헌웅; 이민기; 이선혜; 게릴라 아사메누; 이수지; 이상훈; 차연수; 김정봉

doi:10.5338/kjea.2018.37.4.37

[국내논문] UPLC-DAD-ESI(+)-QToF/MS를 이용한 국내산 두릅나무 및 음나무 순 내 페놀산 특성 비교
Comparison of Phenolic Acid from Shoots of Aralia elata and Kalopanax pictus Cultivated in Korea Using UPLC-DAD-ESI(+)-QToF/MS 원문보기

한국환경농학회지 = Korean journal of environmental agriculture, v.37 no.4, 2018년, pp.260 - 267

초록
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UPLC-DAD-ESI(+)-QToF/MS를 사용하여 국내산 두릅나무 및 음나무 순의 페놀산을 분석한 결과 두릅나무 순에서 총 13종, 음나무 순에서 총 8종의 페놀산 성분을 동정하였으며, 내부표준물질을 이용하여 이들 개별 성분을 정량하였다. 개별 페놀산 성분 구조 동정 시 모분자에 $Na^+$ 또는 $K^+$가 결합되는 특징적인 단편이온들이 관찰되어 모분자의 분자량을 쉽게 판단할 수 있었다. 전반적인 구조 동정은 선행연구 및 표준품의 UV, MS 분석 결과를 참고하여 비교하였으며, 특히 이성질체의 효율적인 동정을 위해 SIM mode 방법을 적용하였다. 따라서 두릅나무 및 음나무 순에서 10종(3,4-dihydroxybenzoic acid, 3-O-caffeoylquinic acid, caffeic acid, 4-O-caffeoylquinic acid, 5-O-p-coumaroylquinic acid, 5-O-feruloylquinic acid, 5-O-caffeoylquinic acid methyl ester, 4,5-di-O-caffeoylquinic acid, 3-O-feruloyl-5-O-caffeoylquinic acid, 3-O-caffeoyl-5-O-feruloylquinic acid)의 페놀산이 처음으로 확인되었다. 총 페놀산 함량은 두릅나무 순, 음나무 순이 각각 754.8, 845.3 mg/100g으로 확인하였다. 주요 성분인 5-O-caffeoylquinic acid, 3,5-di-O-caffeoylquinic acid는 두릅나무 순에서 각각 총 페놀산 함량 중 49, 44%로 서로 비슷한 함량을 보인 것이 비해 음나무 순에서는 각각 91, 3%로 확인되었다. 따라서 음나무 순에 비해 두릅나무 순에서 dicaffeoylquinic acid류의 생합성이 활발하게 이루어졌다는 것을 짐작할 수 있었으며, 본 연구 결과는 이들의 생합성에 관여하는 효소, 유전 인자 등을 규명하는데 중요한 기초 자료로 활용될 것으로 사료된다.

Abstract ▼ AI-Helper

BACKGROUND: In this study, shoots of Aralia elata and Kalopanax pictus which belong to the Araliaceae family were analyzed using UPLC-DAD-ESI(+)-QToF/MS to characterize of individual phenolic acids. METHODS AND RESULTS: Total thirteen phenolic acids were identified, and nine hydroxycinnamic acid derivatives have been identified for the first time in shoots of Aralia elata and Kalopanax pictus. For total phenolic acid content (mg/100g dry weight), shoots of Aralia elata and Kalopanax pictus showed 754.8 and 845.3 mg/100g, respectively. 5-O-Caffeoylquinic acid (49%) and 3,5-di-O-caffeoylquinic acid (44%) were found as major phenolic acids in Aralia elata, while 5-O-caffeoylquinic acid (91%) was a major component in Kalopanax pictus. CONCLUSION: On comparing the two plants, it was considered that the biosynthesis of 3,5-di-O-caffeoylquinic acid can be affected by 5-O-caffeoylquinic acid in Aralia elata.

Keyword

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문제 정의

이에 본 연구는 UPLC-DAD-ESI(+)-QToF/MS 분석을 통해 국내산 두릅나무 및 음나무 순에 함유된 페놀산을 분리·동정하여 각 식물간의 페놀산 특성을 비교하고, 이들의 건강 보조 식품 원료로써 이용 가능성을 평가하고자 하였다.

제안 방법

2 mL로 재용해 하였다. 0.2 μm syringe 필터(Whatman)를 사용하여 재용해액을 여과한 다음, LC-vial에 담아 UPLC-DAD-ESI(+)-QToF/MS를 이용하여 분석하였다.
페놀산의 분리 및 동정을 위해 UPLC(Waters, ACQUITY UPLC^TM system, Waters Co., Milford, MA, USA)와diode array detector(DAD)가 연결된 QToF 질량분석기(Xevo G2 QToF, Waters MS Technologies, Manchester, UK)를 사용하였다. 분석 시 검출 파장 범위는 210-400 nm이었으며, hydroxybenzoic acid류, hydroxycinnamicacid류의 대표파장은 각각 280, 320 nm로 설정하였다.

대상 데이터

본 실험에 사용한 두릅나무 및 음나무 순은 2016년도에 국내 재배된 것을 시중에서 구입하여 시료로 사용하였다. 각 시료를 흐르는 물에 세척 한 후 물기를 닦은 다음 1-3 cm 길이로 세절하여 –20℃ 냉동고에 보관한 후 동결 건조 하였다.

데이터처리

개별 페놀산 성분 구조 동정 시 모분자에 Na⁺ 또는 K⁺가 결합되는 특징적인 단편이온들이 관찰되어 모분자의 분자량을 쉽게 판단할 수 있었다. 전반적인 구조 동정은 선행연구 및 표준품의 UV,MS 분석 결과를 참고하여 비교하였으며, 특히 이성질체의 효율적인 동정을 위해 SIM mode 방법을 적용하였다. 따라서 두릅나무 및 음나무 순에서 10종(3,4-dihydroxybenzoic acid,3-O-caffeoylquinic acid, caffeic acid, 4-O-caffeoylquinic acid, 5-O-p-coumaroylquinic acid, 5-O-feruloylquinic acid,5-O-caffeoylquinic acid methyl ester, 4,5-di-O-caffeoylquinic acid, 3-O-feruloyl-5-O-caffeoylquinic acid, 3-O-caffeoyl-5-O-feruloylquinic acid)의 페놀산이 처음으로 확인되었다.

성능/효과

Caffeic acid는 식물체에서 가장 흔하게 발견되는 페놀산 중 하나이지만 두릅나무 및 음나무 순에서 모두 처음으로 확인되었으며, 음나무 순(5.3 mg/100g)이 두릅나무 순(2.4mg/100g)에 비해 약 2.2배 높은 함량을 나타내었다.
3배 높은 함량을 나타내었다. 오직 두릅나무 순에서만 확인된 3-O-feruloyl5-O-caffeoylquinic acid, 3-O-caffeoyl-5-O-feruloylquinic acid 및 dicaffeoylquinic acid methyl ester isomer의 함량은 각각 2.6, 3.3 및 0.9 mg/100g로, 총 페놀산 함량 중 0.01-0.04% 범위로 관찰되어 비교적 낮은 함량을 나타내었다.
UPLC-DAD-ESI(+)-QToF/MS를 사용하여 국내산 두릅나무 및 음나무 순의 페놀산을 분석한 결과 두릅나무 순에서 총 13종, 음나무 순에서 총 8종의 페놀산 성분을 동정하였으며, 내부표준물질을 이용하여 이들 개별 성분을 정량하였다. 개별 페놀산 성분 구조 동정 시 모분자에 Na⁺ 또는 K⁺가 결합되는 특징적인 단편이온들이 관찰되어 모분자의 분자량을 쉽게 판단할 수 있었다.
전반적인 구조 동정은 선행연구 및 표준품의 UV,MS 분석 결과를 참고하여 비교하였으며, 특히 이성질체의 효율적인 동정을 위해 SIM mode 방법을 적용하였다. 따라서 두릅나무 및 음나무 순에서 10종(3,4-dihydroxybenzoic acid,3-O-caffeoylquinic acid, caffeic acid, 4-O-caffeoylquinic acid, 5-O-p-coumaroylquinic acid, 5-O-feruloylquinic acid,5-O-caffeoylquinic acid methyl ester, 4,5-di-O-caffeoylquinic acid, 3-O-feruloyl-5-O-caffeoylquinic acid, 3-O-caffeoyl-5-O-feruloylquinic acid)의 페놀산이 처음으로 확인되었다. 총 페놀산 함량은 두릅나무 순, 음나무 순이 각각 754.

후속연구

, 2010) 본 연구에서도 이와 유사한 경향을 확인하였다. 선행 연구 결과의 검출순서를 토대로 peak 6은 최종적으로 5-O-p-coumaroylquinic acid로 추정되었으며, 국내산 음나무 순에서 3-O-p-coumaroylquinic acid가 보고된 바 있으나(Nugroho et al., 2011) 정확한 구조 동정을 위한 추가 연구가 요구된다.
, 2008), 실제 커피 및 고구마 시료 분석을 통해 확인된 이들 isomer의 UV, MS 데이터에 근거하여 peak 11, 12는 각각 3-O-feruloyl-5-O-caffeoylquinic acid, 3-O-caffeoyl-5-O-feruloylquinic acid로 최초 추정되었다. Peak 13은 UV와 단편이온 패턴을 토대로 dicaffeoylquinic acid methyl ester로 추정되었으며, 음나무 잎에서 3,5-di-O-caffeoylquinic acid methyl ester가 보고된 바 있으나(Hu et al., 2012), 정확한 구조 확인을 위해서는 추가적인 연구가 필요할 것으로 생각된다.
, 2005)등의 다양한 생리활성 효과를갖는 것으로 알려져 있다. 따라서 본 연구 결과를 토대로 식용으로만 사용되어 왔던 두릅나무 및 음나무 순이 건강 보조식품 개발 원료로써 활용 가치가 높아질 것으로 사료된다.
주요 성분인 5-O-caffeoylquinicacid, 3,5-di-O-caffeoylquinic acid는 두릅나무 순에서 각각 총 페놀산 함량 중 49, 44%로 서로 비슷한 함량을 보인 것이 비해 음나무 순에서는 각각 91, 3%로 확인되었다. 따라서 음나무 순에 비해 두릅나무 순에서 dicaffeoylquinic acid류의 생합성이 활발하게 이루어졌다는 것을 짐작할 수 있었으며, 본 연구 결과는 이들의 생합성에 관여하는 효소, 유전 인자 등을 규명하는데 중요한 기초 자료로 활용될 것으로 사료된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	페놀화합물의 특징은 무엇인가?	페놀화합물은 식물성 이차대사물질 중 가장 큰 범주에 속하며, 여러 과일 및 채소류에서 8,000개 이상의 서로 다른 화합물이 존재한다고 보고되었다(Crozier et al., 2009). 페놀산은 구조에 따라 hydroxycinnamic acid류(C6-C3)와 hydroxybenzoicacid류(C6-C1)로 구분되며, 이 중 hydroxycinnamic acid류가 더 큰 비중을 차지한다(Mattila et al.
	페놀산은 구조에 따라 어떻게 분류 가능한가?	, 2009). 페놀산은 구조에 따라 hydroxycinnamic acid류(C6-C3)와 hydroxybenzoicacid류(C6-C1)로 구분되며, 이 중 hydroxycinnamic acid류가 더 큰 비중을 차지한다(Mattila et al., 2007).
	페놀화합물 중 식물체에서 가장 흔하게 발견되는 페놀산은 무엇인가?	, 1997). 식물체에서 가장 흔하게 발견되는 페놀산은 caffeic acid와 ferulic acid이며, caffeic acid는 주로 quinic acid와 ester 결합된 형태의 hydroxycinnamic acid 유도체로 존재한다(Crozier et al., 2009; Heleno et al.

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