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문제 정의
- 국내에서는 옥수수 불검화 추출물(ZML)을 수입하여 치주질환 예방 및 치료를 목적으로 하는 건강기능식품 및 의약품을 제조하고 있으나, 아직도 해당 분야의 연구 기반은 비교적 낮은 실정이다. 따라서 본 연구에서는 국내에서 육성, 재배중인 주요 옥수수 품종의 종실과 속대에 함유된 phytosterol의 조성과 함량변이를 검토하여 고품질 신품종 육성 및 부가가치 제고를 위한 신소재 개발에 활용하고자 하였다.
- 옥수수 종실(kernel)과 속대(cob)의 불검화물(ZML) 중 phytosterol 의 조성과 함량의 변이를 구명하여 고품질 옥수수 신품종 육성 및 생리활성물질의 유용 소재화를 위한 기초자료로 활용하고자 본 연구를 실시하여 얻어진 결과를 요약하면 다음과 같다.
제안 방법
- 또한 불검화물 에 함유된 phytosterol의 조성 및 함량은 GC로 분석을 하였는데, Fig. 1에 나타낸 바와 같이 옥수수 종실 및 속대의 불검화물에 BSA[N,O-bis (trimethylsilyl)acetamide], pyridine, hexane을 순차적으로 가하여 TMS 유도체화(trimethylsilyl derivatization)하였고, HP-5ms capillary column (30 m × 0.25 ㎜, 0.25 ㎛, Agilent J&W, Wilmington, DE, USA)을 사용하여 injector의 온도 260℃, FID detector 310℃로 각각 설정하고, chamber의 온도를 150℃에서 320℃까지 분당 10℃씩 상승시키면서 불검화물에 함유된 phytosterol의 조성과 함량을 3반복으로 분석하였다.
- 옥수수 종실 및 속대에서 추출된 기름을 이용한 검화(saponification) 는 옥수수기름에 10% KOH를 용해시킨 MeOH 용액을 가하고 60℃에서 90분간 처리 후 탈지면으로 여과시킨 여액에 동일 비율의 증류수 및 hexane을 가하여 강하게 교반시켜 불검화물 (unsaponifiables)을 hexane 용액으로 이동시켜 상등액을 취하고 감압농축 후 TLC 및 GC 분석을 위한 시료로 준비 하였다.
- 옥수수 종실 및 속대의 지방함량은 Soxtherm Automatic System (Gerhardt Soxtherm 2000, Hoffmannstre, Germany)으로 분석을 하였는데, 곱게 분쇄된 종실 및 속대 분말에 n-hexane을 가하여 180℃에서 30분간 가열하여 시료의 조지방을 용출시키고, 추출용매를 제거시킨 후 조지방의 함량을 구하였다. 지방산 조성의 분석은 분쇄한 옥수수 종실 및 속대의 분말 0.
- 옥수수의 종실 및 속대 불검화물에 함유된 phytosterol의 동 정을 위한 TLC 분석은 Kieselgel 60F-254 TLC plate (0.25 ㎜, Merck, Darmstadt, Germany)를 사용하여 하였는데, 이때 시료의 전개에 사용된 용매는 n-hexane : diethyl ether : acetic acid (70 : 30 : 1, v/v/v) 이었고, 불검화물의 TLC 전개가 완료 된 후 발색은 10% H2SO4 용액을 분무시킨 후 110℃에서 20분 간 가열하여 phytosterol의 조성을 확인하였다. 또한 불검화물 에 함유된 phytosterol의 조성 및 함량은 GC로 분석을 하였는데, Fig.
- 지방산 조성의 분석은 분쇄한 옥수수 종실 및 속대의 분말 0.5 g에 methanol : heptane : benzene : 2,2-dimethoxypropane : H2SO4 (37 : 36 : 20 : 5 : 2, v/v)을 가하고 80℃로 1시간 가열 후 FAMEs (fatty acid methyl ester)을 취해 gas chromatography (6890 N series, Agilent Technologies Inc., Wilmington, DE, USA)에 HP-Innowax capillary column (30 m × 0.25 ㎜ × 0.25 ㎛, Agilent J&W, Wilmington, DE, USA)을 장착하여 지방산 조성을 3반복으로 분석 하였다.
대상 데이터
- TLC 및 GC로 분리된 phytosterol의 성분확인을 위해 사용된 표준시약 중 campesterol, stigmasterol, β-sitosterol 은 Wako (Tokyo, Japan), Δ5 -avenasterol, Δ7 -stigmastenol 및 Δ7 -avenasterol은 ChemFaces (Wuhan ChemFaces Biochemical Co., Ltd., Wuhan, China) 제품을 구입하여 사용하였다.
- 본 시험에 사용된 옥수수 7 품종의 백립중 및 종실과 속대의 지방함량은 Table 1에 나타낸 바와 같다.
- 본시험에 사용된 옥수수는 국내에서 육성된 일대 교잡종(F1 hybrid)인 광안옥, 다평옥, 신광옥, 안다옥, 청안옥, 평강옥, 평안옥 등 7품종으로 옥수수 이삭에서 종실(kernel)과 속대(cob)를 분리 후 시험용 분쇄기(Brabender, Duisburg Germany)로 분쇄하여 시험재료로 사용하였다.
성능/효과
- 1. 옥수수 종실과 속대의 포화지방산은 phytosterol 함량과 부의 상관관계의 경향이었고, 불포화지방산 중 stearic 및 linoleic acid는 정상관 경향을 보였으나, linolenic acid는 종실에서 정상관(r = 0.652*), 속대는 부상관(r = -0.505*) 관계를 보였다.
- 2. 옥수수 종실의 불검화물을 TLC로 분리한 결과 band Ⅰ (campesterol, stigmasterol, β-sitosterol), band Ⅱ (Δ5-avenasterol), band Ⅲ (Δ7-stigmastenol), 및 band Ⅳ (Δ7- avenasterol)로 뚜렷하게 분리되었고, 속대는 band Ⅰ~Ⅳ 이외에도 3종 이상의 band가 추가적으로 분리되었다.
- 3. 옥수수 종실과 속대에 함유된 phytosterol의 GC 분리 패턴을 확인한 결과 campesterol, stigmasterol 및 β-sitosterol의 분리능이 좋았으나, Δ7-avenasterol (RT 22.846), Δ7-stigmastenol (RT 22.852) 및 Δ5-avenasterol (RT 22.862) 은 혼합물질 상태로는 분리가 되질 않았다.
- 4. 옥수수 종실의 평균 phytosterol 함량은 635.9 mg/100g, 속대는 273.0 mg/100 g으로 종실이 속대에 비해 약 2.4배 정도 phytosterol 함량이 높았다. 옥수수 종실의 phytosterol 조성은 β-sitosterol 80.
- 5. 본 연구 결과를 토대로 판단할 때 옥수수 종실에 함유된 β-sitosterol, campesterol 및 stigmasterol의 생합성 경로에서 전구물질이 되는 Δ7 -avenasterol, Δ7 -stigmastenol 및 Δ5 -avenasterol이 옥수수 속대에서 검출되는 것으로 보아 옥수수 종실의 phytosterol은 속대에서 합성되어 종실로 전이되는 물질인 것으로 추정되었다.
- 따라서 TLC 및 GC 분석결과를 비교 검토하여 볼 때 TLC plate에서는 옥수수의 phytosterol 중 주요 구성 성분인 campesterol, stigmasterol 및 β-sitosterol의 분리능은 매우 저조하지만(Kornfeldt & Croon 1981), Δ5-avenasterol, Δ7-stigmastenol 및 Δ7-avenasterol 뿐만 아니라 추가적인 성분의 분리가 가능하였다.
- 따라서 TLC에서는 campesterol, stigmasterol 및 β-sitosterol의 분리능이 매우 저조하여 하나의 spot으로 나타나지만, GC에서는 이들 성분의 분리능이 좋음을 알 수 있었다.
- 따라서 기존의 연구보고들과 본 연구에서 얻어진 결과로 판단할 때 옥수수 종실에 함유된 β-sitosterol, campesterol 및 stigmasterol은 생합성 경로(Force et al. 2015)에서 전구물질이 되는 Δ7-avenasterol, Δ7-stigmastenol, Δ5-avenasterol 뿐만 아니라 종실에서는 검출되지 않은 미지의 물질들이 속대에서 검출되는 것으로 보아 phytosterol은 속대에서 합성이 되어 종실로 전이가 이루어지거나, 또는 전구물질이 되는 성분들이 속대에서 합성된 후 종실로 전이되어 phytosteroldl 합성되는 것으로 추정할 수 있었다(Fig. 5).
- 6 mg/100 g으로 함량이 낮게 나타나 종실과는 다소 상이한 결과를 보였다. 따라서 옥수수 종실과 속대는 phytosterol의 조성 및 함량에 뚜렷한 차이가 있을 뿐만 아니라 품종 간에도 뚜렷한 변이가 있음을 알 수 있었다.
- 또한 TLC로 분리 된 band Ⅱ는 Δ5 -avenasterol, band Ⅲ는 Δ7-stigmastenol, band Ⅳ는 Δ7-avenasterol임을 각각 확인할 수 있었다.
- 또한 TLC로 분리된 각 밴드의 phytosterol 조성을 확인하기 위하여 TLC plate에서 분리된 밴드별를 scraping하여 분리물질을 hexane에 용출시킨 후 농축하여 GC에 주입한 결과 bandⅠ은 campesterol, stigmasterol, β-sitosterol로 이루어진 혼합물임을 알 수 있었다.
- 98% 임을 알 수 있었다. 또한 옥수수 품종별 속대의 phytosterol 함량은 303.2 ~ 214.6 mg/100 g의 범위에서 변이를 보였는데, 다평옥은 종실에서와 동일하게 303.2 mg/100 g으로서 함량이 가장 높았으나 청안옥은 214.6 mg/100 g으로 함량이 낮게 나타나 종실과는 다소 상이한 결과를 보였다. 따라서 옥수수 종실과 속대는 phytosterol의 조성 및 함량에 뚜렷한 차이가 있을 뿐만 아니라 품종 간에도 뚜렷한 변이가 있음을 알 수 있었다.
- (2013)이 보고한 옥수수 25품종의 지방산 조성과 일치를 하였다. 또한, 옥수수 종실과 속대의 포화지방산인 pamitic acid와 stearic acid는 phytosterol 함량과 부(-)상관을 보였고, 불포화지방산 중 oleic acid와 linoleic acid는 정상관의 경향이었는데, linolenic acid의 경우에는 종실과는 정상관(r = 0.652*), 속대는 부상관 (r= -0.505*) 관계가 있는 것으로 나타났다(Table 2).
- 본 시험에 사용된 옥수수 7품종의 종실 및 속대에 함유된 phytosterol은 campesterol, β-sitosterol 및 stigmasterol이 주요 성분임을 알 수 있었는데, 종실의 평균 phytosterol 함량은 635.9 mg/100g이었으나, 속대는 273.0 mg/100g으로서 종실 이 속대에 비해 함량이 약 2.4배 높은 것으로 나타났다.
- (2015)은 해바라기를 대상으로 지방산조성과 phytosterol 함량과의 관계를 검토하였는데, tocopherol 함량과 oleic acid는 phytosterol 함량과 정(+)상관 관계가 있다고 하였다. 본 연구의 결과 시험품종 7종의 지방산 조성은 Rebecca et al. (2013)이 보고한 옥수수 25품종의 지방산 조성과 일치를 하였다. 또한, 옥수수 종실과 속대의 포화지방산인 pamitic acid와 stearic acid는 phytosterol 함량과 부(-)상관을 보였고, 불포화지방산 중 oleic acid와 linoleic acid는 정상관의 경향이었는데, linolenic acid의 경우에는 종실과는 정상관(r = 0.
- 46% 순의 조성을 보였다. 식물성 유지에서 지방산의 조성 및 포화지방산과 불포화 지방산의 비율은 유지의 고유특성과 용도를 좌우하는 주요 요인이 되는데, 종실은 불포화 지방산의 비율이 83.48%였으나, 속대는 포화지방산의 비율이 54.52%로 높아 종실과 속대는 지방산 조성에 뚜렷한 차이가 있음을 알 수 있었다.
- 옥수수 속대의 경우에는 β-sitosterol 158.9 > stigmasterol 84.8 > campesterol 29.4 mg/100 g 순으로 함량이 높았으며, 이들 각각의 조성비는 β-sitosterol 59.43%, stigmasterol 31.72%, campesterol 10.98% 임을 알 수 있었다.
- 옥수수 종실의 phytosterol 조성은 β-sitosterol 80.05% > campesterol 10.5% > stigmasterol 9.46% 순이었으나, 속대는 β-sitosterol 59.43% > stigmasterol 31.72% > campesterol 10.98%으로 종실과 속대의 phytosterol 조성비는 다소 상이하였다.
- 옥수수의 불검화물을 Kieselgel 60 F-254 TLC plate에서 전개한 결과 종실에서는 4종의 밴드(I, II, III, IV)가 뚜렷하게 분리가 되었으며, 속대에서는 band Ⅰ~Ⅳ 이외에도 약 3종의 band가 추가적으로 분리가 되어 종실과 속대의 phytosterol의 분리 패턴이 다소 상이함을 알 수 있었다. 또한 TLC로 분리된 각 밴드의 phytosterol 조성을 확인하기 위하여 TLC plate에서 분리된 밴드별를 scraping하여 분리물질을 hexane에 용출시킨 후 농축하여 GC에 주입한 결과 bandⅠ은 campesterol, stigmasterol, β-sitosterol로 이루어진 혼합물임을 알 수 있었다.
- 17g으로 낮았다. 옥수수의 조지방 함량은 종실의 경우 4.51% ~ 3.60%의 분포를 보였으며 평균 조지방 함량은 4.02%였고, 속대는 0.34% ~ 0.28%의 분포를 보였는데, 이들의 평균 조지방 함량은 0.31%로서 종실과 속대에서 뚜렷한 조지방 함량의 차이를 나타내었다.
- 옥수수의 종실은 linoleic 51.66% > oleic 29.52% > palmitic 14.33% > linolenic 2.30% > stearic acic 2.18% 순의 지방산 조성을 보였고, 속대는 palmitic 37.43% > linoleic 25.02% > oleic 18.0% > stearic 17.09% > linolenic 2.46% 순의 조성을 보였다.
후속연구
- Hartmann et al. (2002)은 phytosterol이 식물체의 원형질막 (plasma membrane)에 주로 함유되어 있지만, 이들은 소포체 (endoplasmic reticulum)에서 합성되어 전이된다고 보고한바 있기 때문에, 앞으로 phytosterol의 생합성 기작에 있어 옥수수 속대의 기능과 역할에 대하여 보다 구체적인 연구와 검토가 이루어진다면 고품질 신품종 육성에 활용이 가능할 뿐만 아니라 수확후 부산물로 얻어지는 속대를 이용한 기능성 식의 약 소재로서 활용과 가치제고에도 매우 유용한 기초자료가 될 수 있을 것으로 판단되었다.
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