[논문]국내 재배 소과류 및 베리류의 안토시아닌 및 폴리페놀 분석

김수진; 김현일; 허윤영; 임동준; 이동훈; 박서준; 정성민; 정경호

doi:10.7732/kjpr.2019.32.5.407

국내 재배 소과류 및 베리류의 안토시아닌 및 폴리페놀 분석
Anthocyanin and Polyphenol Analysis and Antioxidant Activity of Small Fruit and Berries in Korea 원문보기

韓國資源植物學會誌 = Korean journal of plant resources, v.32 no.5, 2019년, pp.407 - 414

김수진 (국립원예특작과학원 과수과) , 김현일 (국립원예특작과학원 과수과) , 허윤영 (국립원예특작과학원 과수과) , 임동준 (국립원예특작과학원 과수과) , 이동훈 (국립원예특작과학원 과수과) , 박서준 (국립원예특작과학원 과수과) , 정성민 (국립원예특작과학원 기획조정과) , 정경호 (농촌진흥청 연구정책과)

초록
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국내에서 유망 소과류 및 베리류로 농가에 보급되고 있는 과종 및 품종들을 대상으로 각 과실들 간의 안토시아닌, 폴리페놀 함량, 각 구성성분 및 항산화활성을 분석하였다. 총 안토시아닌 및 폴리페놀 함량을 분석한 결과, 같은 과종에서도 품종에 따라 안토시아닌과 폴리페놀 함량의 차이가 나타났으며, 총 안토시아닌은 블랙 쵸크베리가 가장 많았으며($927.9{\sim}1,149.1mg{\cdot}100g^{-1}$, F.W.), 총 폴리페놀 함량도 블랙 쵸크베리($502.2{\sim}530.5mg{\cdot}100g^{-1}$, F.W.)에서 가장 많았다. DPPH 항산화활성에서도 블랙 쵸크베리가 가장 높은 것으로 나타나 안토시아닌, 페놀 함량과 항산화활성과 고도의 상관관계를 나타냈다. 주요 폴리페놀 구성 성분을 조사한 결과 모든 과종에서 quercetin, catechin, epicatechin 함량이 높게 나타났다. 블루베리와 블랙 커런트의 주요 안토시아닌은 delphinidin-3-glucoside로 사스카툰베리와 블랙 쵸크베리의 주요 안토시아닌은 cyanidin-3-galactoside였다.

Abstract ▼ AI-Helper

Anthocyanin, polyphenol contents, and antioxidant activities of introduced small fruits and berries varieties were investigated. The anthocyanin and polyphenol contents were different according to the varieties. The highest total anthocyanin was 927.9~1,149.1 mg, $100g^{-1}FW$, and the highest total polyphenol content was 502.2 to 530.5 mg, $100g^{-1}FW$ in black chokeberry. A linear correlation ($r^2$) was shown between DPPH free-radical scavenging activity and total anthocyanin ($r^2=0.7669^{**}$) and phenolic content ($r^2=0.8956^{***}$). The content of quercetin, catechin and epicatechin was higher among the all types of polyphenols in small fruits and berries varieties. The main anthocyanin of blueberry and black currant was delphinidin-3-glucoside, and the major anthocyanin of saskatoon berry and black chokeberry was cyanidin-3-galactoside.

주제어

표/그림 (7)

그림 Fig. 1. Flowers and fruits of small fruit and berries in orchard of National Institute of Horticultural & Herbal Science. A, blueberry;B, black chokeberry; C, saskatoonberry; D, black currant.
표 Table 1. Growth period of small fruit and berries in orchard of Nation Institute of Horticultural & Herbal Science
표 Table 2. Fruit characteristics of small fruit and berries in orchard of Nation Institute of Horticultural & Herbal Science
표 Table 3. Total anthocyanin and polyphenols contents and DPPH radical scavenging of small fruit and berries in orchard of Nation Institute of Horticultural & Herbal Science
표 Table 4. Correlation coefficients of DPPH antioxidant activity with total anthocyanin and polyphenol content of small fruits and berries
그림 Fig. 2. Anthocyanin components rate (%) of small fruit and berries in orchard of Nation Institute of Horticultural & Herbal Science.
표 Table 5. Polyphenol components of small fruit and berries in orchard of Nation Institute of Horticultural & Herbal Science

AI 본문요약
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문제 정의

새로운 과종이 도입될 때마다 안토시아닌 및 폴리페놀 함량과 항산화활성의 데이터가 제시되고 있지만 다른 실험에 의한 결과를 같이 비교하여 데이터의 신뢰도가 높지 않다. 따라서 본 연구는 국내 베리류의 과종별 품종별 과실 특성과 안토시아닌, 폴리페놀, 항산화활성을 같은 방법으로 실험 분석 비교하여 객관적인 비교를 한 것으로 의미가 있다고 판단된다.
이에 국내에서 유망 소과류 및 베리류로 농가에 보급되고 있는 품종들을 대상으로 각 과실들 간의 안토시아닌 및 폴리페놀 함량 및 구성성분의 차이를 알아보고 기능성 및 식품 개발의 기초 자료로 활용하고자 실험을 수행하였다.

제안 방법

적정산도(titratable acidity, TA)는 동일한 과즙을 자동산도분석계(Titroline easy, Schott, Germany)를 이용하여 측정한 후 블루베리 주요 산인 citric acid 함량으로 환산하여 표기하였다. 가용성고형물 함량과 산 함량은 총 4반복으로 측정하였다. 과실 경도는 1 ㎜ 직경의 probe를 장착한 물성측정기(LF Plus, Lloyd Instrument Ltd.
각 품종별 무작위로 추출한 과실 30개를 대상으로 과실의 길이, 너비, 과립중을 조사하였다. 가용성고형물(total soluble solids, TSS) 함량은 무작위로 10개의 과립을 선택하여 거즈 2겹을 이용하여 착즙한 20℃로 자동 보정되는 digital refractometer (RA-520N, Kyoto Electronic, Japan)를 사용하여 측정하였다. 적정산도(titratable acidity, TA)는 동일한 과즙을 자동산도분석계(Titroline easy, Schott, Germany)를 이용하여 측정한 후 블루베리 주요 산인 citric acid 함량으로 환산하여 표기하였다.
과실은 과실의 길이, 과실의 너비, 중량, 가용성고형물 함량, 산도, 경도, 안토시아닌 함량 등을 조사하였다. 각 품종별 무작위로 추출한 과실 30개를 대상으로 과실의 길이, 너비, 과립중을 조사하였다. 가용성고형물(total soluble solids, TSS) 함량은 무작위로 10개의 과립을 선택하여 거즈 2겹을 이용하여 착즙한 20℃로 자동 보정되는 digital refractometer (RA-520N, Kyoto Electronic, Japan)를 사용하여 측정하였다.
각각 5 μL씩 HPLC에 주입하여 나타난 크로마토그램상의 피크면적을 기준으로 검량선을 작성하였다.
가용성고형물 함량과 산 함량은 총 4반복으로 측정하였다. 과실 경도는 1 ㎜ 직경의 probe를 장착한 물성측정기(LF Plus, Lloyd Instrument Ltd., West Sussex, UK)를 이용하여 측정하였다.
과실 특성은 수확 후 바로 실시하였으며, 안토시아닌 및 폴리페놀 분석은 –25℃에서 분석 전까지 보관 후 사용하였다.
과실은 과실의 길이, 과실의 너비, 중량, 가용성고형물 함량, 산도, 경도, 안토시아닌 함량 등을 조사하였다. 각 품종별 무작위로 추출한 과실 30개를 대상으로 과실의 길이, 너비, 과립중을 조사하였다.
국내에서 유망 소과류 및 베리류로 농가에 보급되고 있는 과종 및 품종들을 대상으로 각 과실들 간의 안토시아닌, 폴리페놀 함량, 각 구성성분 및 항산화활성을 분석하였다. 총 안토시아닌 및 폴리페놀 함량을 분석한 결과, 같은 과종에서도 품종에 따라 안토시아닌과 폴리페놀 함량의 차이가 나타났으며, 총 안토시아닌은 블랙 쵸크베리가 가장 많았으며(927.
반응 후 다기능 흡광 분석기(Multiskan Go microplate, ThermoScientific, North Carolina, USA)를 사용하여 520 ㎚에서 흡광도를 측정하였다. 대조군은 Ascorbic acid를 사용하였으며, 시료의 DPPH radical 소거활성(RC₅₀)은 각 시료의 추출물을 5단계로 희석하여 각 희석농도별 DPPH radical 소거활성을 구한 다음 이를 선형회귀법을 이용하여 대조군(ascorbic acid)의 흡광도를 50% 감소시키는데 필요한 각 시료의 가용성 고형분의 농도(㎎･mL^-1)로 나타냈다.
두 개의 반응 시약에 추출물 20 μL에 각각 넣고 실온에서 10분 반응시킨 후, 기능 흡광분석기(Multiskan Go microplate, ThermoScientific, North Carolina,USA)를 사용하여 510 ㎚와 700 ㎚에서 흡광도를 측정하였다.
각각의 시료 추출물에 10 μL에 DPPH 반응시약 290μL를 첨가하여 실온에서 20분 반응시켰다. 반응 후 다기능 흡광 분석기(Multiskan Go microplate, ThermoScientific, North Carolina, USA)를 사용하여 520 ㎚에서 흡광도를 측정하였다. 대조군은 Ascorbic acid를 사용하였으며, 시료의 DPPH radical 소거활성(RC₅₀)은 각 시료의 추출물을 5단계로 희석하여 각 희석농도별 DPPH radical 소거활성을 구한 다음 이를 선형회귀법을 이용하여 대조군(ascorbic acid)의 흡광도를 50% 감소시키는데 필요한 각 시료의 가용성 고형분의 농도(㎎･mL^-1)로 나타냈다.
2 ㎛nylon syringe filter로 여과하였다. 분양받은 표준물질 1,000 ㎎L^-1의 stock solution을 증류수로 희석하여 혼합 표준용액을 만든 후, 0.1, 0.5, 1.0, 5.0, 10.0, 20.0 ㎎ L^-1의 working standard solution을 만들었다. 각각 5 μL씩 HPLC에 주입하여 나타난 크로마토그램상의 피크면적을 기준으로 검량선을 작성하였다.
가용성고형물(total soluble solids, TSS) 함량은 무작위로 10개의 과립을 선택하여 거즈 2겹을 이용하여 착즙한 20℃로 자동 보정되는 digital refractometer (RA-520N, Kyoto Electronic, Japan)를 사용하여 측정하였다. 적정산도(titratable acidity, TA)는 동일한 과즙을 자동산도분석계(Titroline easy, Schott, Germany)를 이용하여 측정한 후 블루베리 주요 산인 citric acid 함량으로 환산하여 표기하였다. 가용성고형물 함량과 산 함량은 총 4반복으로 측정하였다.
추출액 80 μL에 Folin-Ciocalteu reagent 시약 20 μL을 첨가하여 실온에서 5분간 반응시킨 후, 2% sodium carbonate 용액 100 μL를 추가로 첨가하여 10분간 반응시킨 후 다기능 흡광분석기(Multiskan Go microplate, ThermoScientific, North Carolina, USA)를 사용하여 750 ㎚에서 흡광도를 측정하였다.
두 개의 반응 시약에 추출물 20 μL에 각각 넣고 실온에서 10분 반응시킨 후, 기능 흡광분석기(Multiskan Go microplate, ThermoScientific, North Carolina,USA)를 사용하여 510 ㎚와 700 ㎚에서 흡광도를 측정하였다. 측정값 A는 A = (A₅₁₀-A₇₀₀)_pH1.0-(A₅₁₀-A₇₀₀)_pH4.5의 계산식에 대입하여 구하였으며, 표준물질 cyanidin-3-glucoside (Sigma Co., USA)를 사용하여 얻은 검량선으로 총 안토시아닌 함량을 계산하였다.
추출액 80 μL에 Folin-Ciocalteu reagent 시약 20 μL을 첨가하여 실온에서 5분간 반응시킨 후, 2% sodium carbonate 용액 100 μL를 추가로 첨가하여 10분간 반응시킨 후 다기능 흡광분석기(Multiskan Go microplate, ThermoScientific, North Carolina, USA)를 사용하여 750 ㎚에서 흡광도를 측정하였다. 표준물질 Gallic acid (Sigma Co., USA)를 사용하여 검량선을 작성하여 총 폴리페놀 함량을 계산하였다.

대상 데이터

농촌진흥청 원예특작과학원 완주 과수 포장에서 재배되고 있는 블루베리 ‘Duke’, ‘Bluecrop’, ‘Elliott’ 3 품종, 블랙 쵸크베리(black chokeberry, aronia), ‘Nero’, ‘Viking’, Mackenzie 3품종, 사스카툰베리(saskatoonberry) ‘Northline’, ‘Smoky’ 2품종, 블랙커런트(black currant) ‘Titania’ 1 품종 등 총 4 과종 9 품종을 대상으로 적숙기에 수확한 과실을 대상으로 하였다.
, 2008). 시료 추출물은 5단계로 희석하여 사용하였다. 각각의 시료 추출물에 10 μL에 DPPH 반응시약 290μL를 첨가하여 실온에서 20분 반응시켰다.
안토시아닌 분석은 동결된 블루베리 시료를 액체질소를 이용하여 막자사말로 분쇄하여 균질화한 후 시료로 사용하였다. 시료 0.

데이터처리

모든 실험구는 완전임의배치법 3반복으로 하였고, 실험 결과의 통계 처리는 SAS 프로그램(SAS Institute, Cary, NC, USA)을 사용하여 분산분석(ANOVA)을 하였고, 처리간 유의차 검증은 Duncan’s multiple range test를 사용하여 0.05% 수준에서 검증하였다.

이론/모형

총 안토시아닌 함량은 두개의 반응 시약 pH 1.0 potassium chloride buffer (0.025M)와 pH 4.5 sodium acetate buffer(0.4M)의 pH 차에 의한 검정법으로 Benvenuti et al. (2004)의 분석 방법을 인용하여 수행하였다. 두 개의 반응 시약에 추출물 20 μL에 각각 넣고 실온에서 10분 반응시킨 후, 기능 흡광분석기(Multiskan Go microplate, ThermoScientific, North Carolina,USA)를 사용하여 510 ㎚와 700 ㎚에서 흡광도를 측정하였다.
폴리페놀 함량 분석 Folin-Ciocalteu 분석법을 인용하여 수행하였다(Mazza et al., 1999). 추출액 80 μL에 Folin-Ciocalteu reagent 시약 20 μL을 첨가하여 실온에서 5분간 반응시킨 후, 2% sodium carbonate 용액 100 μL를 추가로 첨가하여 10분간 반응시킨 후 다기능 흡광분석기(Multiskan Go microplate, ThermoScientific, North Carolina, USA)를 사용하여 750 ㎚에서 흡광도를 측정하였다.
항산화 활성은 DPPH (2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl)를 이용한 자유라디칼 소거능법에 의해 측정하였다(Hosu et al.,2014; Iacopini et al., 2008). 시료 추출물은 5단계로 희석하여 사용하였다.

성능/효과

4과종 9개 품종의 만개기는 과종이나 품종에 상관없이 4월 중순으로 조사되었다(Table 1). 수확 개시기는 블루베리, 사스카툰베리는 6월 상순, 블랙 커런트는 6월 중순, 블랙 쵸크베리는 가장 늦은 7월 중순부터 수확이 시작되었다(Table 1, 또는 Fig.
4과종 9개 품종의 총 안토시아닌 및 폴리페놀 함량을 분석한 결과, 같은 과종에서도 품종에 따라 안토시아닌과 폴리페놀 함량의 차이가 나타났으며, 총 안토시아닌은 블랙 쵸크베리가 가장 많았으며(927.9~1,149.1 ㎎･100 g^-1, F.W.), 총 폴리페놀 함량도 블랙 쵸크베리(502.2~530.5 ㎎･100 g^-1, F.W.)에서 가장 많았다(Table 3). 블랙 쵸크베리의 경우 다른 과실과는 달리 과육까지 붉은 색으로 착색되어 있기 때문에 단위당 안토시아닌 함량이 높았으며, 페놀 화합물 함량도 높은 것으로 판단되었다.
DPPH 라디컬 소거능을 조사한 결과 블랙 쵸크베리에서 가장 높게 나타났으며, 블랙 커런트 > 사스카툰베리 = 블루베리 순으로 안토시아닌, 페놀 함량 경향과 비슷하게 조사되었다.
)에서 가장 많았다. DPPH 항산화활성에서도 블랙 쵸크베리가 가장 높은 것으로 나타나 안토시아닌, 페놀 함량과 항산화활성과 고도의 상관관계를 나타냈다. 주요 폴리페놀 구성 성분을 조사한 결과 모든 과종에서 quercetin, catechin, epicatechin 함량이 높게 나타났다.
L/D율로 보아 과실 형태는 블랙 커런트 > 쵸크베리 > 사스카툰베리 > 블루베리 순으로 원형에서 평원형에 가깝게 나타났다(Table 2, 또는 Fig. 1).
1). 블랙 쵸크베리는 다른 소과류인 사스카툰베리와는 달리 과육까지 붉은 색을 띄고 있었으며, 과실 경도가 다른 과종에 비해 2~3배 가까이 높은 것으로 조사되었으며 완숙 후에도 경도가 오랫동안 유지되었다. 블랙 커런트의 과실 경도가 가장 낮은 것으로 조사되었으며 사스카툰베리는 수확 후 경도가 급속히 저하되었다.
)에서 가장 많았다(Table 3). 블랙 쵸크베리의 경우 다른 과실과는 달리 과육까지 붉은 색으로 착색되어 있기 때문에 단위당 안토시아닌 함량이 높았으며, 페놀 화합물 함량도 높은 것으로 판단되었다. 일반적으로 항산화 활성이 증가함에 따라 총페놀 함량도 증가하는데 본 실험 결과에서도 과종별 품종별 안토시아닌 함량과 페놀 함량과는 비슷한 양상을 보였다(Table 3).
최근 국내에 과실의 특성이나 생식이 가능한 지 여부와 관련 없이 과종이 도입되는 등 도입에 철저한 검증이 이루어지지 않고 있는 실정이다. 실험에 사용한 주요 국내 재배 베리류인 블루베리, 블랙 쵸크베리, 사스카툰베리, 블랙 커런트 중에서 생식이 가능한 것은 블루베리와 사스카툰베리이며 블랙 커런트, 블랙 쵸크베리의 경우 재배 관리는 쉬운 편이나 과실 생과로 이용하기에는 과실 특유의 향과 떫은맛이 강하여 가공 제품에 기능성 증진 첨가물로 이용하는 것이 적합하다고 판단되었다. 국내에 소개되고 있는 소과류나 베리류는 기능성 과수로서 각광을 받고 있는 과종들이 대부분이다.
안토시아닌 함량은 사스카툰베리 ‘Smoky’가 가장 높게 나온 블랙 쵸크베리 ‘Mackenzie’에 비해 약 23% 수준의 안토시아닌 함량을 가진 것으로 조사되었으며 블루베리의 경우 품종에 따라 블랙 쵸크베리의 29~59% 수준의 안토시아닌 함량을 가진 것으로 조사되었다.
주요 안토시아닌 조성은 과종에 따라 차이를 보였는데 블루베리와 블랙 커런트의 주요 안토시아닌은 delphinidin-3-glucoside로 전체 안토시아닌 중 52~71%를 차지였으며, 사스카툰베리와 블랙 쵸크베리의 주요 안토시아닌은 cyanidin-3-galactoside로 75~80%를 함유하고 있었다(Fig. 2). 블랙 쵸크베리의 주종 안토시아닌은 다른 연구결과에서도 cyanidin-3-galactoside로 보고된 바 있다(Kim et al.
주요 폴리페놀 구성 성분을 조사한 결과 모든 과종에서 quercetin, catechin, epicatechin 함량이 높게 나타났다(Table 5). Quercetin과 catechin류는 혈중의 콜레스테롤저하(Suzuki et al.
DPPH 항산화활성에서도 블랙 쵸크베리가 가장 높은 것으로 나타나 안토시아닌, 페놀 함량과 항산화활성과 고도의 상관관계를 나타냈다. 주요 폴리페놀 구성 성분을 조사한 결과 모든 과종에서 quercetin, catechin, epicatechin 함량이 높게 나타났다. 블루베리와 블랙 커런트의 주요 안토시아닌은 delphinidin-3-glucoside로 사스카툰베리와 블랙 쵸크베리의 주요 안토시아닌은 cyanidin-3-galactoside였다.
국내에서 유망 소과류 및 베리류로 농가에 보급되고 있는 과종 및 품종들을 대상으로 각 과실들 간의 안토시아닌, 폴리페놀 함량, 각 구성성분 및 항산화활성을 분석하였다. 총 안토시아닌 및 폴리페놀 함량을 분석한 결과, 같은 과종에서도 품종에 따라 안토시아닌과 폴리페놀 함량의 차이가 나타났으며, 총 안토시아닌은 블랙 쵸크베리가 가장 많았으며(927.9~1,149.1 ㎎･100g^-1, F.W.), 총 폴리페놀 함량도 블랙 쵸크베리(502.2~530.5㎎･100 g^-1, F.W.)에서 가장 많았다. DPPH 항산화활성에서도 블랙 쵸크베리가 가장 높은 것으로 나타나 안토시아닌, 페놀 함량과 항산화활성과 고도의 상관관계를 나타냈다.
총 안토시아닌, 폴리페놀과 DPPH 항산화 활성간에는 유의한 상관관계가 있었다(Table 4). 특히 DPPH과 총 안토시아닌간에는 고도로 유의한 상관관계(r=0.
총 안토시아닌, 폴리페놀과 DPPH 항산화 활성간에는 유의한 상관관계가 있었다(Table 4). 특히 DPPH과 총 안토시아닌간에는 고도로 유의한 상관관계(r=0.7669**)가 있었으며, 총 폴리페놀과는 고도로 고도로 유의한 상관관계(r=0.8956***)가 있었다. 이는 일반적으로 안토시아닌과 항산화활성과 강한 상관관계가 있다는 연구(Awika et al.
, 2012) 등에 효과가 있는 것으로 보고되고 있다(Oh and Koh, 2005). 폴리페놀 물질은 모든 과종에서 다양하게 골고루 분포하고 있었으며, quercetin, catechin은 블루베리와 사스카툰베리에서 epicatechin은 사스카툰베리에서 가장 많이 함유되어 있었으며, 블랙 쵸크베리, 블랙 커런트에서는 비슷한 함량을 보였다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	총 안토시아닌 및 폴리페놀 함량이 블랙 쵸크베리에서 가낭 높게 나타난 이유는?	)에서 가장 많았다(Table 3). 블랙 쵸크베리의 경우 다른 과실과는 달리 과육까지 붉은 색으로 착색되어 있기 때문에 단위당 안토시아닌 함량이 높았으며, 페놀 화합물 함량도 높은 것으로 판단되었다. 일반적으로 항산화 활성이 증가함에 따라 총페놀 함량도 증가하는데 본 실험 결과에서도 과종별 품종별 안토시아닌 함량과 페놀 함량과는 비슷한 양상을 보였다(Table 3).
	국내 재배가 꾸준히 증가하는 블루베리의 특징은 무엇인가?	블루베리는 기능성과 이용성, 가공성이 뛰어나(Kim et al., 2017b) 국내 재배도 꾸준히 증가하여 2018년 기준 3,576.
	국내 재배 베리류의 종류 및 특징은 무엇인가?	최근 국내에 과실의 특성이나 생식이 가능한 지 여부와 관련 없이 과종이 도입되는 등 도입에 철저한 검증이 이루어지지 않고 있는 실정이다. 실험에 사용한 주요 국내 재배 베리류인 블루베리, 블랙 쵸크베리, 사스카툰베리, 블랙 커런트 중에서 생식이 가능한 것은 블루베리와 사스카툰베리이며 블랙 커런트, 블랙 쵸크베리의 경우 재배 관리는 쉬운 편이나 과실 생과로 이용하기에는 과실 특유의 향과 떫은맛이 강하여 가공 제품에 기능성 증진 첨가물로 이용하는 것이 적합하다고 판단되었다. 국내에 소개되고 있는 소과류나 베리류는 기능성 과수로서 각광을 받고 있는 과종들이 대부분이다.

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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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