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문제 정의
- 시설재배의 장점으로는 지역별 토지의 특성과 온도 차이로 인한 영향을 배제할 수가 있을 것으로 기대된다. 따라서 본 연구에서는 시설재배와 토경(매립)재배에서 생산된 복령의 성분을 비교하여 다양한 산업적 소재의 가능성을 확인하고자 하였다.
- 본 연구에서는 시설재배와 토경(매립) 복령의 성분 분석 및 생리활성 비교를 위해 연구하였다. 일반성분 분석 결과 산소가 45~46%로 가장 많이 포함하고 있었으며 다음 으로 39~41%의 탄소, 6.
제안 방법
- 9배 높았다. 50% 에탄올 복령 추출물의 DPPH와 ABTS radical 소거활성과 FRAP 방법을 실행하여 항산화 효과를 알아보았다. 복령 추출물 10 mg/ml의농도에서 시설 및 토경 재배 복령의 DPPH IC50 값은 1년산 시설 재배(8.
- FE-SEM을 이용하여 시설 및 토경재배 복령의 초미세 구조 비교하였다(Fig. 2). 시설과 토경재배 복령 입자는 모두 표면이 매끈하고 고구마와 비슷한 모양이지만 불규칙적이었다.
- 시설과 토경 재배 복령의 성분분석을 위하여 ICP-MS, ED-XRF(X-Ray Fluorescence Spectrometer), FT-NIR를 이용하여 원소 및 성분분석을 통하여 비교하였다. ICP 분석은 복령이 가지고 있는 극미량의 무기질 성분과 중금속 함유량을 측정하기 위해 경북대학교 공동실험실습관에서 유도 결합 플라즈마 질량 분석기(inductively coupled plasmamass spectrometry; ICP, optima 7300DV, PerkinElmer, USA)를 이용하여 각 원소별 농도 분석을 실시하였다. ICP 분석 조건은 아래 Table 2와 같다.
- 시설과 토경 재배 복령의 초미세구조 비교를 위해 경북대학교 공동실험실습관에서 전계방사형 주사전자현미경 Field Emission Scanning Electron Microscope(FE-SEM, SU8200, Hitachi, Japan)을 이용하여 분석하였다. 건조된 50 mesh 이하 샘플을 사용하여 재배 방법과 기간에 따른복령의 초미세구조 변화를 관찰하였다.
- 복령추출물의 ABTS radical cation 소거작용 측정은 7.4 mM ABTS(2,2'-azino-bis-3-ethylbenzothiazoline-6-sulphonic acid)와 2.4 mM potassiom persulfate를 3차 증류수에 용해하여 1:1로 혼합한 후 암실에서 실온으로 15시간 이상 동안 반응시켜 ABTS를 형성시켰다. 734 nm에서 추출액과 반응하기 전에 ABTS 용액의 흡광도는 0.
- 시설 및 토경 복령을 구성하는 화합물의 원소 C, H, N, O를 분석하기 위하여 경북대학교 공동실험실습관에서 일반 원소분석기 Elemental Analyzer (EA1110, CE Instruments, Italy)를 이용하여 정성 및 정량분석 하였다. 토경 복령의 생장에 가장 많이 미치는 요소는 토양이며 토양에 따라 시료를 판별하고자 금속성분의 차이를 확인 하였다.
- 시설과 토경 재배 복령의 성분분석을 위하여 ICP-MS, ED-XRF(X-Ray Fluorescence Spectrometer), FT-NIR를 이용하여 원소 및 성분분석을 통하여 비교하였다. ICP 분석은 복령이 가지고 있는 극미량의 무기질 성분과 중금속 함유량을 측정하기 위해 경북대학교 공동실험실습관에서 유도 결합 플라즈마 질량 분석기(inductively coupled plasmamass spectrometry; ICP, optima 7300DV, PerkinElmer, USA)를 이용하여 각 원소별 농도 분석을 실시하였다.
- 시설과 토경 재배 복령의 초미세구조 비교를 위해 경북대학교 공동실험실습관에서 전계방사형 주사전자현미경 Field Emission Scanning Electron Microscope(FE-SEM, SU8200, Hitachi, Japan)을 이용하여 분석하였다. 건조된 50 mesh 이하 샘플을 사용하여 재배 방법과 기간에 따른복령의 초미세구조 변화를 관찰하였다.
- 시설과 토경재배로 생산되는 각각의 복령의 성분과 항산화 활성을 비교하였다. 강원도에서 토경 재배된 1년산과 2년산 복령을 강원도산림자원개발원에서 제공받았다.
- 시설재배 및 토경재배에서 생산된 1년과 2년산 복령추 출물의 항산화 활성을 비교하기 위하여 건조 분말 복령으로 만들었다. 시료에 10배량(W/V)의 50% 에탄올을 첨가한 후 3시간동안 환류열 추출기를 사용하여 추출하였다.
- 전자공여능을 측정은 DPPH radical activity(Electron donating abilities,EDA) 정법측으로 메탄올에 용해하여 추출액 10 µL에 0.2 mM의 1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl (DPPH, sigma-Aldrich, St. Louis, MO,USA) 100 µL을가하고 37ºC 인큐베이터 암실에서 30분 동안 반응한 후 517 nm 흡광도(VERSA max microplate reader, Molecular Dexices Corp., Sunnyvale, CA, USA)를 측정하였다. DPPH radical 소거 활성은 다음 식에 의해 계산하였고, IC50 (DPPH radical 형성을 50% 억제하는데 필요한 농도) 으로 나타내었다.
- 시설 및 토경 복령을 구성하는 화합물의 원소 C, H, N, O를 분석하기 위하여 경북대학교 공동실험실습관에서 일반 원소분석기 Elemental Analyzer (EA1110, CE Instruments, Italy)를 이용하여 정성 및 정량분석 하였다. 토경 복령의 생장에 가장 많이 미치는 요소는 토양이며 토양에 따라 시료를 판별하고자 금속성분의 차이를 확인 하였다. Elemental Analyzer의 분석 조건은 아래 Table 1 과 같다.
- 시설재배의 장점은 온도와 습도가 조절이 되는 만큼 적절한 시기에 복령의 수확을 조절할 수가 있으면 복령의 성장을 실시간으로 확인이 가능한 장점이 있다. 하지만 이러한 장점에도 불구하고 토경재배와 시설재배 복령의 성장 시기에 따른 복령의 구성성분과 항산화 활성에 대한 보고가 제한적이고 직접 시기별로 언급한 보고가 없어 본 연구에서 시설 재배 복령과 토경재배 복령의 1년산과 2년산을 중심으로 비교하였다.
대상 데이터
- FRAP(Feriic reducing antioxidant power)활성 측정은 0.2 M acetate buffer(pH3.6)와 40 mM HCl로 용해시킨 10 mM 2,4,6-tripyridyl-s-triazin(TPTZ)와 20 mM FeCl3 · H 2O를 10:1:1(v:v:v) 비율로 사용하였다. 메탄올에 용해한 각각의 복령추출물 20 µl에 FRAP용액 100 µl를 혼합한후 37ºC에서 30분간 반응시킨 후 593 nm에서 흡광도(VERSA max microplate reader, Molecular Dexices Corp.
- 시설과 토경재배로 생산되는 각각의 복령의 성분과 항산화 활성을 비교하였다. 강원도에서 토경 재배된 1년산과 2년산 복령을 강원도산림자원개발원에서 제공받았다. 시설 재배된 복령은 경상북도 안동시에서 재배되고 있는 류충현 버섯 농장에서 1년과 2년산 비매립 복령을 제공받았다(Fig.
- 강원도에서 토경 재배된 1년산과 2년산 복령을 강원도산림자원개발원에서 제공받았다. 시설 재배된 복령은 경상북도 안동시에서 재배되고 있는 류충현 버섯 농장에서 1년과 2년산 비매립 복령을 제공받았다(Fig. 1). 제공받은 모든 복령은 많은 미생물과 접촉이 되어있는 상태이므로 공기살균청정기(Clean Care, HAS-5001, EnpuTech)가 설치된 건조실에서 동일한 조건으로 오염 없이 건조하였다.
데이터처리
- 항산화 실험은 3회 반복으로 실시하여 얻은 결과로 통계 분석은 SAS package∧(Statistical Analysis Program, version 9.3)를 이용하여 각 측정 군의 평균과 표준 편차를 산출하고 처리간의 차이 유무를 ANOVA로 분석한 뒤 Duncan’s Multiple Range Test∧(DMRT)을 실시 (p<0.05)하여 유의성을 검정하였다.
이론/모형
- 항산화 활성 측정은 DPPH와 ABTS 법으로 실시하였다. DPPH 측정법은 비교적 안정한 free radical로서, 항산화 활성을 가지는 물질이 DPPH free radical에게 전자를 공여해줌으로써 짙은 자색이 탈색되는 원리를 이용하여 항산화 활성을 간단히 측정할 수 있다.
성능/효과
- 연구에 사용한 복령의 항산화 활성은 농도 의존적인 증가를 보였고 2년산 시설 재배 복령이 가장 높은 항산화 활성을 나타냈다. FE-SEM을 이용하여 복령 입자의 초미세구조를 관찰한 결과 샘플간의 뚜렷한 차이점은 발견되지 않았다.
- 으로 계산하여 Table 5에 요약하였다. IC50값은 1년산 시설재배와 토경재배 복령에서 8.6 mg/ml와 12.8 mg/ml, 2 년산 시설재배와 토경재배 복령에서는 1.23 mg/ml와 1.18 mg/ml로 나타나 2년산 복령이 1년산 복령보다 DPPH free radical 활성이 월등히 높은 것으로 나타났다. Choi 등(2016)의 결과에서 강원도 복령에서는 DPPH redical 소거활성(IC50)은 2.
- 모든 복령에서 11종의 중금속의 분석결과 S, Ca, Fe, Mg, Zn, P을 공통적으로 함유하고 있으며 그 외 As, Se, Cu, Pb, Cd 등 5종은 0.1 ppm 이하의 미세한 수준으로 검출되었다. 토경재배복령에서 S, Fe, Mg, Zn의 함유량은 토경재배 1년산, 2년산 모두 시설재배 복령보다 많이 함유하였으며 특히 Fe와 Zn의 함유량은 각각 약 3.
- 50% 에탄올 복령 추출물의 DPPH와 ABTS radical 소거활성과 FRAP 방법을 실행하여 항산화 효과를 알아보았다. 복령 추출물 10 mg/ml의농도에서 시설 및 토경 재배 복령의 DPPH IC50 값은 1년산 시설 재배(8.601 mg/mL), 1년산 토경 재배(12.85 mg/mL), 2년산 시설 재배(1.23 mg/mL), 2년산 토경 재배(1.18 mg/mL) 로 나타났으며 ABTS IC50 값은 1년산 시설 재배(15.85mg/mL), 1년산 토경 재배(14.59 mg/mL), 2년산 시설 재배(3.9 mg/mL), 2년산 토경 재배(14.92 mg/mL)로 계산되었다. 연구에 사용한 복령의 항산화 활성은 농도 의존적인 증가를 보였고 2년산 시설 재배 복령이 가장 높은 항산화 활성을 나타냈다.
- ABTS decolorization assay는 potassium persulfate와 ABTS의 산화에 의해 free radical을 형성시킨 후 각각의 시료에 대한 free radical 소거능을 측정함으로서 항산화 활성을 확인할 수 있는 방법으로 복령 추출물의 ABTS radical을 측정한 결과를 Table 5에 나타냈다. 복령 추출물의 IC50 값은 1년산 시설재배와 토경재배는 15.85 mg/ml와 14.59 mg/ml, 2년산 시설재배와 토경재배는 3.9 mg/ml와 14.92 mg/ml로 나타났다. 이중 2년산 시설재배 복령이 다른 실험군보다 약 3.
- Ghazali 등(2014)이 보고한 분석으로는 Ca는 자연산이 함량이 높게 나타났으며 재배일수가 길어지면 Fe과 Zn의 함량이 증가하지만 반면에 Ca과 Mg의함량은 감소하는 것으로 나타났다. 본 실험에서는 시설재배의 2년산 복령의 Ca 함량이 제일 높았고 재배일수가 경과함에 따라 시설재배 복령은 Ca, Fe, Mg 그리고 P은증가하였으며 토경재배 복령에서는 S와 Ca이 증가하였다. 이러한 결과는 재배지에 따른 토양 성분의 다양성에서 오는 것으로 판단되며 향후 이에 대한 추가적인 연구 및 분석이 필요한 것으로 생각된다.
- 재배의 방법과 생산 시기에 관계없이 복령의 일반 성분은 유의한 차이를 보이지 않았다. 본 연구에서 성분 함량은 산소 45~46%로 시설 및 토경재배에서 재배 방법에 따른 차이점을 보이지 않았다. 그 외 일반성분인 탄소, 수소, 질소에서도 유의미한 차이점을 보이지 않았다.
- 그리고 시험을 실시한 복령 모두에서 황 성분은 발견되지 않았다. 시설 및 토경 재배 복령을 ICP 분석법으로 11종의 무기질을 분석한 결과 S, Fe, Mg, Zn의 함유량은 1년차, 2년차 모두 토경 재배 복령이 시설 재배 복령보다 많았으며 특히 Fe와 Zn의 함유량은 각각 약 3.1~4.9배, 3.6~3.9배 높았다. 50% 에탄올 복령 추출물의 DPPH와 ABTS radical 소거활성과 FRAP 방법을 실행하여 항산화 효과를 알아보았다.
- 92 mg/mL)로 계산되었다. 연구에 사용한 복령의 항산화 활성은 농도 의존적인 증가를 보였고 2년산 시설 재배 복령이 가장 높은 항산화 활성을 나타냈다. FE-SEM을 이용하여 복령 입자의 초미세구조를 관찰한 결과 샘플간의 뚜렷한 차이점은 발견되지 않았다.
- 78 mg/ml)와 비슷한 활성을 나타냈다. 이를 trolox equivalent capacity로 변환하였을 때 각각 1년산 시설 재배 복령은 159.63 µmol TE/g, 토경재배 복령은 173.42 µmol TE/g, 2년산 시설재배 복령은 648.77 µmol TE/g, 토경재배 복령은 169.58 µmol TE/g으로 2년산 시설재배 복령이 가장 높은 free radical 소거활성을 보여주었다. 이러한 결과는 Choi 등(2016)이 보고한 복령의 ABTS radical 소거활성(IC50, 1.
- 92 mg/ml로 나타났다. 이중 2년산 시설재배 복령이 다른 실험군보다 약 3.8배 높은 ABTS radical 소거활성을 보였고 양성대조구인 trolox (2.78 mg/ml)와 비슷한 활성을 나타냈다. 이를 trolox equivalent capacity로 변환하였을 때 각각 1년산 시설 재배 복령은 159.
- 본 연구에서는 시설재배와 토경(매립) 복령의 성분 분석 및 생리활성 비교를 위해 연구하였다. 일반성분 분석 결과 산소가 45~46%로 가장 많이 포함하고 있었으며 다음 으로 39~41%의 탄소, 6.06~6.1% 수소, 0.21~0.22% 질소로 나타났다. 그리고 시험을 실시한 복령 모두에서 황 성분은 발견되지 않았다.
- 재배의 방법과 생산 시기에 관계없이 복령의 일반 성분은 유의한 차이를 보이지 않았다. 본 연구에서 성분 함량은 산소 45~46%로 시설 및 토경재배에서 재배 방법에 따른 차이점을 보이지 않았다.
- 1 ppm 이하의 미세한 수준으로 검출되었다. 토경재배복령에서 S, Fe, Mg, Zn의 함유량은 토경재배 1년산, 2년산 모두 시설재배 복령보다 많이 함유하였으며 특히 Fe와 Zn의 함유량은 각각 약 3.1~4.9배, 3.6~3.9배 높았다. Choi 등(2016)이 보고한 결과와 비교할때 측정한 모든 무기질의 함량은 높게 나타났다.
후속연구
- 본 실험에서 사용한 복령은 외피에 있던 토양의 무기질이 보존되어 분석된 것으로 생각되었다. 보완 연구로 추후에는 토양의 시료와 복령의 무기질 성분을 비교 분석하는 실험이 진행되어야 할것으로 생각된다. Ghazali 등(2014)이 보고한 분석으로는 Ca는 자연산이 함량이 높게 나타났으며 재배일수가 길어지면 Fe과 Zn의 함량이 증가하지만 반면에 Ca과 Mg의함량은 감소하는 것으로 나타났다.
- 인위적으로 끊어진 듯 보이는 흔적을 쉽게 관찰할 수 있었는데 이것은 분쇄 과정으로 인한 결과라 사료된다. 시설재배 복령보다 토경재배 복령에서 입자 간의 간격이 좁고 치밀했는데 이는 복령을 재배하는 환경의 차이에서 기인한 것으로 판단되나 향후 추가 연구가 필요하다
- 이러한 차이를 제거할 수 있는 시설 재배가 최근에 많이 확산되고 있다. 시설재배의 장점으로는 지역별 토지의 특성과 온도 차이로 인한 영향을 배제할 수가 있을 것으로 기대된다. 따라서 본 연구에서는 시설재배와 토경(매립)재배에서 생산된 복령의 성분을 비교하여 다양한 산업적 소재의 가능성을 확인하고자 하였다.
- 본 실험에서는 시설재배의 2년산 복령의 Ca 함량이 제일 높았고 재배일수가 경과함에 따라 시설재배 복령은 Ca, Fe, Mg 그리고 P은증가하였으며 토경재배 복령에서는 S와 Ca이 증가하였다. 이러한 결과는 재배지에 따른 토양 성분의 다양성에서 오는 것으로 판단되며 향후 이에 대한 추가적인 연구 및 분석이 필요한 것으로 생각된다.
- 이러한 결과는 본 실험의 2년산 토경재배 복령의 그것과 비슷한 결과를 보여주었다. 전보에서 나타난 결과와 본 실험의 결과로 항산화 활성을 근거로 상용화를 위해서는 2년산 이상의 복령을 사용해야 좋은 효과를 기대할 수 있을 것으로 판단되었다.
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