[논문]대사체분석 기술을 이용한 들깨 종자의 품질 특성 및 항산화 효과

구수연; 손예진; 박지영; 최성길; 이명희; 김현진

doi:10.9721/kjfst.2019.51.3.193

초록
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지방산과 이차대사물질들의 프로파일들을 종합적으로 비교한 결과 지방산의 함량이 높은 Okdong, Deulsaem, Daesil 품종의 총 페놀화합물과 항산화 활성은 낮았으나 Joim, Yeupsil, Danjo 품종은 지방산과 총 페놀화합물 함량이 상대적으로 높은 것으로 확인되었으며 Yeupsil 품종이 그 중에서 가장 우수한 것으로 확인되었다. 따라서 기름의 함량만으로는 Okdong과 Deulsaem 품종이 우수한 반면 기름 함량과 다양한 건강기능성을 갖고 있는 것으로 확인된 rosmarinyl glucoside와 rosmarinic acid을 비롯한 기능성 이차산물의 함량도 높은 것을 고려한다면 Yeupsil 품종이 우수한 것으로 확인되어 들기름 뿐만 아니라 들깨가루용으로도 적합할 것으로 사료된다. 반면에 지방산 함량과 이차대사물질의 함량이 낮은 것으로 확인된 Dasil, Daeyeop, Saeyeupsil 품종은 식품 가공용 들깨 품종으로는 적합하지 않는 것으로 사료된다.

Abstract ▼ AI-Helper

Perilla seed oil is considered to be a rich source of omega-3 fatty acids and phenolic compounds, which have various health benefits. To improve its oil content and nutritional quality, 29 varieties of perilla have been bred, but their nutritional qualities, including the fatty acid and phenolic com...

Perilla seed oil is considered to be a rich source of omega-3 fatty acids and phenolic compounds, which have various health benefits. To improve its oil content and nutritional quality, 29 varieties of perilla have been bred, but their nutritional qualities, including the fatty acid and phenolic compound contents, have not been investigated. Therefore, in this study, the seed metabolite profiles, including the fatty acids, of these 29 perilla varieties were analyzed. Palmitic acid, stearic acid, linoleic acid, linolenic acid, rosmarinyl glucoside, and rosmarinic acid were identified as the major metabolites of perilla. The fatty acid contents were higher in the Okdong, Deulsaem, Daesil, Joim, Yeupsil, Danjo, and Joongmo5103 varieties (in order). However, the total phenolic compounds and antioxidative activities of Okdong and Deulsaem were relatively low, whereas the fatty acid and total phenol contents of Joim, Yeupsil, and Danjo were relatively high. These results may be useful for comparing the nutritional quality of the 29 perilla varieties.

Keyword

표/그림 (7)

그림 Fig. 1. 29 varieties of perilla seed.
그림 Fig. 2. Representative chromatogram of fatty acids (A) and metabolite profiles (B) analyzed by GC-MS and by UPLC-Q-TOF MS, respectively.
그림 Fig. 3. PLS-DA (Partial Least Squares Discriminant Analysis) score plots of perilla seed fatty acids analyzed using gas chromatographymass spectrometry (A) and perilla seed metabolites analyzed using UPLC-Q-TOF MS (B).
표 Table 1. Identification of major metabolites contributing to the separation on the PLS-DA scores plot of the data nalyzed by GC-MS
표 Table 2. Identification of major metabolites contributing to the separation on the PLS-DA scores plot of the data analyzed by LC-MS
그림 Fig. 4 Heat maps of perilla seed fatty acids (A) and perilla seed metabolites (B) contributing to the separation among samples.
그림 Fig. 5 Total fatty acid relative abundance (A), total phenolic content (B), and antioxidant activity (C) of 29 varieties of perilla seed.

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 실험에서는 들기름의 생산량을 증대시키기 위한 목적으로 육종된 29품종 들깨의 품질 특성을 비교분석하기 위하여 GC-MS를 이용하여 종자의 지방산 조성을 비교분석하고, LC-MS를 이용하여 종자의 대사물질들을 분석하였다. 또한 이들 품종들의 항산화 효과 및 총 페놀화합물의 함량을 비교 분석함으로써 29 품종 들깨의 품질 특성에 대한 기초 자료를 제공하고자 한다.
따라서 본 실험에서는 들기름의 생산량을 증대시키기 위한 목적으로 육종된 29품종 들깨의 품질 특성을 비교분석하기 위하여 GC-MS를 이용하여 종자의 지방산 조성을 비교분석하고, LC-MS를 이용하여 종자의 대사물질들을 분석하였다. 또한 이들 품종들의 항산화 효과 및 총 페놀화합물의 함량을 비교 분석함으로써 29 품종 들깨의 품질 특성에 대한 기초 자료를 제공하고자 한다.

제안 방법

총 페놀화합물 함량은 Folin-Ciocalteu의 방법(Singleton 등, 1999)을 일부 변형하여 UV/Visible spectrophotometers (Libra S32 PC, Biochrom, Chambridge, UK)로 측정하였다. 80% methanol로 추출한 시료 50 μL에 증류수 450 μL와 2 N Folin-Ciocalteu reagent 250 μL, 20% Na₂CO₃ 1.
29품종 들깨 종자의 지방산과 대사물질을 GC-MS와 LC-MS를 이용하여 분석하였다(Fig. 2).

대상 데이터

본 실험에 사용한 29 품종(Yeupsil, Yujin, Chungsan, Kwangim, Joongmo5101, Danjo, Hyangim, Whahong, Anyu, Joongmo5103, Baeckkwang, Joim, Daeyu, Daesil, Baekjin, Dayu, Baegsang, Daeyeop, Deulhyang, Yangsan, Youngho, Joongmo5102, Deulsaem, Dami, Saeyeupsil, Sodam, Areum, Dasil, Okdong)의 들깨 종자는 국립식량과학원으로부터 제공받아 실험에 사용하였다.
들깨 종자에 들어 있는 대사물질들은 80% methanol로 추출하였으며 zidovudine (Sigma-Aldrich)를 내부표준물질로 사용하였다. 추출한 들깨 종자 추출물은 BEH C18 column (100×2.

데이터처리

들깨 종자의 지방산 분석 및 대사체 분석 데이터들은 SIMCAP+ version (Umetrics, Umeå, Sweden)을 이용하여 다변량통계분석을 진행하였으며 Partial Least Squares-Discriminant Analysis(PLS-DA)를 이용하여 들깨 종자 29품종의 차이를 시각화 하였다. PLS-DA 분석을 위한 data input은 centring 모드를 이용하였다.
PLS-DA 분석을 위한 data input은 centring 모드를 이용하였다. 사용된 PLS-DA 모델은 R2X, R2Y, Q2, p-value로 평가하였으며 permutation test로 교차 검증하였다. 총 페놀화합물 함량, 항산화 활성, 지방산을 포함한 대사물질들의 함량은 SPSS (SPSS Inc.
사용된 PLS-DA 모델은 R2X, R2Y, Q2, p-value로 평가하였으며 permutation test로 교차 검증하였다. 총 페놀화합물 함량, 항산화 활성, 지방산을 포함한 대사물질들의 함량은 SPSS (SPSS Inc., Chicago, IL, USA)를 이용한 Duncan test (p<0.05)로 통계 분석하였다.
a p-Values were analyzed by ANOVA with Duncan’s test.

이론/모형

2분 retention time window 조건에서 alignment되었으며 모든 데이터는 내부표준물질을 이용하여 normalization하였다. 물질 동정은 ChemSpider (www.chemspider.com), human metabolome databases (www.hmdb.ca), METLIN database (metlin.scripps.edu), 논문들 (Chua 등, 2014; Gonzalo 등, 2016; Lee 등, 2013; Lee 등, 2017) 및 표준물질들을 이용하여 진행하였다.

성능/효과

본 실험에 사용된 들깨 29품종의 종자색을 비교한 결과(Fig. 1) 품종에 따라 색의 차이가 뚜렷하며 특히 Daeyu, Baegsang, Deulhyang 품종이 가장 연한 노란색을 보인 반면 Yujin, Daesil, Deulsaem, Dami 품종 등이 검정색에 가까운 색을 보이는 것으로 확인되었으며 나머지 품종들은 표준 품종인 Saeyeupsil 품종과 비슷한 갈색 계열의 다양한 진하기로 존재하는 것을 확인하였다.
특히 Okdong과 Deulsaem 품종은 총 지방산 하위 품종들에 비해 약 2배 이상의 높은 함량을 나타냈다. 따라서 총 지방산 함량과 linolenic acid 함량이 가장 높은 Okdong과 Deulsaem이 들기름용 품종으로 가장 우수하며 그 다음으로 Daesil>Joim>Yeupsil>Danjo>Joongmo5103 품종 순인 것으로 확인되었다. 이는 10개 들깨품종의 지방산 함량을 비교한 이전의 결과와 유사한 결과를 보였다(Lee 등, 2016).
지방산 함량의 차이에 비해 들깨 종자에 들어 있는 대사물질들의 함량은 Dasil 품종을 제외한 모든 품종들에서 차이가 크지 않은 것으로 확인되었다(Fig. 4B).
지방산과 이차대사물질들의 프로파일들을 종합적으로 비교한 결과 지방산의 함량이 높은 Okdong, Deulsaem, Daesil 품종의 총 페놀화합물과 항산화 활성은 낮았으나 Joim, Yeupsil, Danjo 품종은 지방산과 총 페놀화합물 함량이 상대적으로 높은 것으로 확인되었으며 Yeupsil 품종이 그 중에서 가장 우수한 것으로 확인되었다. 따라서 기름의 함량만으로는 Okdong과 Deulsaem 품종이 우수한 반면 기름 함량과 다양한 건강기능성을 갖고 있는 것으로 확인된 rosmarinyl glucoside와 rosmarinic acid을 비롯한 기능성 이차산물의 함량도 높은 것을 고려한다면 Yeupsil 품종이 우수한 것으로 확인되어 들기름 뿐만 아니라 들깨가루용으로도 적합할 것으로 사료된다.
GC-MS 분석에 의하여 palmitic acid, linoleic acid, linolenic acid, stearic acid등이 검출되었으며, LCMS로 들깨 종자에 들어 있는 이차대사산물들을 분석한 결과rosmarinic acid, rosmarinyl glucoside, viscumneoside VI가 주요 물질인 것으로 동정 되었으며 이외에도 다양한 phenolic compounds가 존재하는 것을 확인하였다. GC-MS로 분석된 지방산들을 PLS-DA로 분석한 결과, Okdong, Deulsaem, Daesil 품종이 다른 품종들과 PLS-DA score plot 상에서 분리되어 있는 것을 확인하였다. Okdong과 Deulsaem 품종은 서로 유사한 경향을 보인 반면 Daesil 품종은 다른 품종들과 확연하게 분리되는 것으로 확인되었다(Fig.
개별 지방산 및 대사물질들의 relative abundance를 heatmap으로 비교한 결과(Fig. 4), Okdong과 Deulsaem 품종은 다른 품종들에 비해 전체적으로 높은 지방산 함량을 보여 다른 품종들과 뚜렷하게 분리되는 것을 확인하였다. 반면 Daesil과 Daeyu 품종에서 palmitic acid, stearic acid과 linolenic acid, methyl ester가 각각 다른 품종들에 비해 가장 높은 함량을 보였으나 들깨의 주요지방산인 linolenic acid와 linoleic acid의 함량이 다른 품종들과 유사하여 뚜렷하게 구분되지 않는 것으로 관찰되었다.
지방산과 이차대사물질들의 프로파일들을 종합적으로 비교한 결과 지방산의 함량이 높은 Okdong, Deulsaem, Daesil 품종의 총 페놀화합물과 항산화 활성은 낮았으나 Joim, Yeupsil, Danjo 품종은 지방산과 총 페놀화합물 함량이 상대적으로 높은 것으로 확인되었으며 Yeupsil 품종이 그 중에서 가장 우수한 것으로 확인되었다. 따라서 기름의 함량만으로는 Okdong과 Deulsaem 품종이 우수한 반면 기름 함량과 다양한 건강기능성을 갖고 있는 것으로 확인된 rosmarinyl glucoside와 rosmarinic acid을 비롯한 기능성 이차산물의 함량도 높은 것을 고려한다면 Yeupsil 품종이 우수한 것으로 확인되어 들기름 뿐만 아니라 들깨가루용으로도 적합할 것으로 사료된다. 반면에 지방산 함량과 이차대사물질의 함량이 낮은 것으로 확인된 Dasil, Daeyeop, Saeyeupsil 품종은 식품 가공용 들깨 품종으로는 적합하지 않는 것으로 사료된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	들깨는 무엇인가?	들깨는 꿀풀과에 속하며 한국, 중국, 일본 등 아시아 지역에서 주로 재배되는 유료작물 중 하나로써 생육기간이 짧고 토양과 재 배지역에 대한 적응성이 높고, 파종기의 이동범위가 넓어 타작물과의 혼작이나 윤작이 가능하여 작부 체계상 중요한 작물로 평가되어 왔다(Choung, 2005). 이러한 들깨는 쓰임새가 다양하여 종자는 기름이나 조미용으로 이용되며, 잎은 신선 잎채소용으로 이용된다(Wang과 Choe, 2012).
	들깨의 효능은 무엇인가?	이러한 들깨는 쓰임새가 다양하여 종자는 기름이나 조미용으로 이용되며, 잎은 신선 잎채소용으로 이용된다(Wang과 Choe, 2012). 들깨의 종자에는 기름 함량이 40-50%이며, 들기름의 지방산 조성 중 60% 이상을 차지하고 있는 linolenic acid는 ω-3계 불포화지방산으로 알레르기 치료, 심장질환, 성인병, 암 예방 등의 효과가 보고되었다(Li 등, 2017). 또한 들깨에 함유된 성분으로 rosmarinic acid는 페놀화합물로서 항산화, 항돌연변이, 항알러지 등의 효과가 보고 되었으며(Kim 등, 2015), 생체내에서 여러가지 생리활성을 나타내는 tocopherol, phytosterol, policosanol 등의 성분들을 함유하고 있어 건강에 유용한 종자로 알려져 있다(Kim 등, 2012).
	들깨 품종 구분은 어떻게 하는가?	현재 국내에서 들깨는 기름을 이용하기 위한 종실 생산을 목적으로 재배되는 종실용 들깨종과 쌈용 신선 채소로 이용하기 위한 채엽 생산을 목적으로 재배되는 채엽용 들깨종으로 나눌 수있는데 그 재배면적과 생산량이 꾸준히 증가하고 있다. 특히 최근에는 들깨 종실의 수확량을 늘리고 종실에 들어있는 기름의 함량을 증가시키기 위해 다양한 들깨 품종들이 육종되고 있다.

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