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문제 정의
- 최근 기능성 물질향상은 당뇨병에 효과 있는 당조고추, 라이코핀 함량증진 토마토 품종 등 주로 품종개량을 통하여 시도되고 있으나 작물생리를 통한 시도는 거의 전무한 상태이다. 본 연구는 고추의 항산화 물질향상을 위한 유기농자재 즉, 적정 액비를 구명하고자 수행하였다.
제안 방법
- 그 다음 5분 정도 지하수로 관수하여 중화시키는 동시에 액비 찌꺼기가 점적호스를 막히지 않게 하였다(Table 1). 농자재 처리에 따른 영양성분 분석은 9월 상순에 적색고추를 수확하여 농업기술실용화 재단에서 분석하였다. 무기성분은 K, Ca, Mg, P2O5, C/N율을 분석하였고, 항산화물질은 베타카로틴, 플라보노이드, 폴리페놀, 비타민C, 캡사이신 등 5종을 분석하였다.
- 농자재 처리에 따른 영양성분 분석은 9월 상순에 적색고추를 수확하여 농업기술실용화 재단에서 분석하였다. 무기성분은 K, Ca, Mg, P2O5, C/N율을 분석하였고, 항산화물질은 베타카로틴, 플라보노이드, 폴리페놀, 비타민C, 캡사이신 등 5종을 분석하였다.
- 비타민 C 분석은 시료 중 존재하는 비타민 C를 메타인산용액으로 추출한 환원형 비타민 C (ascorbic acid, AA)를 2,6-dichlorophenol-indophenol (DCP)로 산화시켜 산화형 (dehydroascorbic acid, DHAA)으로 만든 다음 2,4-DNPH (dinitrophenyl hydrazine)를 가해 적색의 오사 존(osazone)을 형성시킨 후 황산(H2SO4)을 가해 탈수시키면 등적색의 무수물 bis-2,4-dintrophenylhydrazine으로 전환되어 안정된 정색반응을 나타내는데, 이를 파장 510-540 nm에서 표준용액과의 흡광도를 측정하여 정량한다. 시료의 일정량을 정밀히 단 후 정확히 같은 양의 메타인산-초산용액을 잘 혼합해서 균등한 죽 상태로 한다.
- 시료의 흡광도와 공시험 흡광도의 차를 이용하여 정량한다. 비타민 C가 총 폴리페놀 함량에 간섭하는 양을 보정하기 위해 시료 중 비타민 C의 함량을 ｢건강기능식품의 기준 및 규격｣ 비타민 C에 따라 미리 분석한다. 비타민 C 간섭보정계수 설정은 시료 중 비타민 C가 총 폴리페놀 함량에 간섭하는 양을 보정하기 위해 순수한 비타민 C를 일정량(mg)(5.
- P12는 고추액비+산야초(4종)+약초(3종)+해 초(4종)+스테비아 등 5그룹으로 되어있다. 산야초, 약초, 해초, 스테비아도 각각 다른 통에 제조한 후, 액비로 사용할 경우 물과 각각 1:1의 비율로 혼합한 후, 액비혼입기를 이용하여 25배(4%)로 희석하여 최종 50배로 희석하여 관수하였다(Table 1). 그 다음 5분 정도 지하수로 관수하여 중화시키는 동시에 액비 찌꺼기가 점적호스를 막히지 않게 하였다(Table 1).
- 표준물질의 농도별 흡광도와 각 농도별 공시험의 흡광도의 차를 이용하여 표준물질의 검량선을 작성한다. 시료의 흡광도와 시료의 공시험 흡광도의 차를 검량선에 적용시켜 시료 중 총 플라보노이드의 함량을 구한다.
- P3~P15 모두 내용물만 다르고 조제 방법은 P2와 같다. 액비제조 방법은 고추액비+산야초(4종)+약초(3종)+해초(4종)으로 되어있고, 시비요령은 총 혼합액비(5%), 6회 관수하였다. P12는 고추액비+산야초(4종)+약초(3종)+해 초(4종)+스테비아 등 5그룹으로 되어있다.
- 액비처리는 ① 대조, ② 고추, ③ 산야초, ④ 고추+산야초, ⑤ 약초, ⑥ 해초, ⑦ 혼합액비 (5%, 2.5%) 등 15처리하였다(Table 1). 시험재료는 고추‘슈퍼마니따’품종을 이용하여 완주지방에서 3월 25일 파종하였고 6월 15일에 P1-13 처리구는 비가림하우스에, P14, P15처리는 노지에 각각 정식하였다.
- 2 µm 주사기 filter를 이용하여 여과 하여 분석에 이용하였다. 정량된 검사액을 UPLC의 조건을 column 온도 30℃, 유속 0.4 ml/ min, 샘플온돈 20℃ 하에서 분석하였다.
- 표준용액의 조제는 식약청 기능성식품기준 시험법에 따랐다. 표준물질의 농도별 흡광도와 각 농도별 공시험의 흡광도의 차를 이용하여 표준물질의 검량선을 작성한다. 시료의 흡광도와 시료의 공시험 흡광도의 차를 검량선에 적용시켜 시료 중 총 플라보노이드의 함량을 구한다.
- 암소에서 30분 방치한 후 760 nm에서 흡광도를 측정한다. 표준물질의 농도별 흡광도와 공시험 흡광도의 차를 이용하여 표준물질의 검량선을 작성한다. 시료의 흡광도와 공시험 흡광도의 차를 이용하여 정량한다.
대상 데이터
- P12 처리구는 액비의 기본인 고추를 비롯하여 산야초, 약초, 해초와 스테비아를 추가한 액비로서 베타카로틴, 플라보노이드, 폴리페놀, 캡사이신 등에서 물질함량이 상대적으로 높게 나타났으며 종합적인 면에서 항산화물질의 함량이 가장 높았다. 따라서 P12 처리구 액비를 항산화물질의 증진액비로서 적정액비로 선발하였다. 다만, 앞으로 P12 처리구는 비타민 C 등의 성분을 높이는 연구가 필요하다고 생각되었다.
- 시험재료는 고추‘슈퍼마니따’품종을 이용하여 완주지방에서 3월 25일 파종하였고 6월 15일에 P1-13 처리구는 비가림하우스에, P14, P15처리는 노지에 각각 정식하였다.
이론/모형
- 0 mL/분) 을 맞춘 후 준비한 시험용액을 20 µL를 주입하여 검출한다. HPLC (NANOSPACE SI-2, SHISEIDO, Japan)와 PDA Detector를 사용하여 다음의 계산식에 따랐다.
- 전 추출액을 합하여 80% 에탄올을 사용하여 전량을 50 mL로 한다. 표준용액의 조제는 식약청 기능성식품기준 시험법에 따랐다. 표준물질의 농도별 흡광도와 각 농도별 공시험의 흡광도의 차를 이용하여 표준물질의 검량선을 작성한다.
성능/효과
- 7를 제외한 모든 처리구에서 약 7 정도로서 큰 차이가 없었으며 모두 적정범위에 있는 것을 나타났다. EC는 대조구, P2, P8, P9, P10, P11, P13, P15 처리구에서 낮아졌고, P3, P5, P5, P6, P12 처리구에서는 일반적인 EC의 적정 범위보다 높아졌으나 정확한 이유는 알 수 없었다. K와, Ca는 산야 초액비가 포함된 P3, P11 처리구에서 높아졌고, 다른 처리구는 큰 차이가 없는 것으로 나타났다.
- EC는 대조구, P2, P8, P9, P10, P11, P13, P15 처리구에서 낮아졌고, P3, P5, P5, P6, P12 처리구에서는 일반적인 EC의 적정 범위보다 높아졌으나 정확한 이유는 알 수 없었다. K와, Ca는 산야 초액비가 포함된 P3, P11 처리구에서 높아졌고, 다른 처리구는 큰 차이가 없는 것으로 나타났다. 고추과실의 무기성분은 시험전후 토양성분(Table 2, 3), 자료를 나타내지 못한 처리별 액비성분, 과실의 무기성분(Table 8, 3), 고추 성장과정의 무기물 흡수량과의 관계를 구명할 수 있는 보다 정밀한 연구가 필요한 것으로 생각되었다.
- 고추과실의 무기성분은 시험전후 토양성분(Table 2, 3), 자료를 나타내지 못한 처리별 액비성분, 과실의 무기성분(Table 8, 3), 고추 성장과정의 무기물 흡수량과의 관계를 구명할 수 있는 보다 정밀한 연구가 필요한 것으로 생각되었다. Mg는 대부분의 처리구에서 대체로 낮아졌으나 P11에서는 약간 높아졌고, P2O5는 P11에서 높아졌고 다른 처리구에서는 낮아졌고, NH4-N와 NO3-N는 P11 처리구에서 높아졌고 다른 처리구는 대부분 낮아진 것을 나타났다. 이것은 Mg, P2O5가 다량 함유된 P7의 해초, P11의 감태가 포함되어 나타난 것으로 생각되었다.
- P3, 4 처리구에서는 베타카로틴 물질은 가장 높게 나타났으나 플라보노이드를 비롯한 나머지 처리구에서는 낮게 나타났다. P12 처리구는 액비의 기본인 고추를 비롯하여 산야초, 약초, 해초와 스테비아를 추가한 액비로서 베타카로틴, 플라보노이드, 폴리페놀, 캡사이신 등에서 물질함량이 상대적으로 높게 나타났으며 종합적인 면에서 항산화물질의 함량이 가장 높았다. 따라서 P12 처리구 액비를 항산화물질의 증진액비로서 적정액비로 선발하였다.
- 고추 유기농자재 처리별 기능성물질 분석결과 베타카로틴은 산야초가 포함된 P3, 4 처리구에서 가장 높았고, 비타민 C는 P14 처리구에서 가장 높았고, 플라보노이드, 폴리페놀은 P12 처리구에서 가장 높게 나타났으며, 캡사이신은 P15 처리구에서 가장 높게 나타났다 (Table 10). P3, 4 처리구에서는 베타카로틴 물질은 가장 높게 나타났으나 플라보노이드를 비롯한 나머지 처리구에서는 낮게 나타났다. P12 처리구는 액비의 기본인 고추를 비롯하여 산야초, 약초, 해초와 스테비아를 추가한 액비로서 베타카로틴, 플라보노이드, 폴리페놀, 캡사이신 등에서 물질함량이 상대적으로 높게 나타났으며 종합적인 면에서 항산화물질의 함량이 가장 높았다.
- 고추 유기농자재 처리별 기능성물질 분석결과 베타카로틴은 산야초가 포함된 P3, 4 처리구에서 가장 높았고, 비타민 C는 P14 처리구에서 가장 높았고, 플라보노이드, 폴리페놀은 P12 처리구에서 가장 높게 나타났으며, 캡사이신은 P15 처리구에서 가장 높게 나타났다 (Table 10). P3, 4 처리구에서는 베타카로틴 물질은 가장 높게 나타났으나 플라보노이드를 비롯한 나머지 처리구에서는 낮게 나타났다.
- 일반적으로 우리나라의 지역 간의 환경차이는 온도, 광량, 토양환경 등이다. 따라서 본 연구의 비료처리에 따른 기능성 물질향상 효과, 지역 간의 기능성 물질 차이가 있는 것으로 보아 환경에 따라 기능성 물질함량의 차이가 있음을 확인하였다.
- , 2010)고 하였다. 따라서 품종간의 기능성 물질의 차이는 유의하였으나 노지, 비가림의 재배방식 간의 차이는 유의성이 없었다고 하였으나 본 연구에서의 액비처리구에 따라 기능성 물질차이를 나타났다. 따라서 재배방식(노지, 비가림과 액비처리)의 내용에 따라 물질향상 효과가 다를 것으로 판단되었고 비료효과는 광합성, 수분 등 더 종합적인 연구가 필요하다고 생각되었다.
- , 2014)고 보고하였다. 또한, 노지 재배한 11개 품종의 capsaicin, dihydrocapsaicin, polyphenolics 및 vitamin C 함량은 각각 0.0-268.3 mg/100g, 0-55.1 mg/100g, 635-878 mg/100g 및 4.1-8.2 mg/g으로 품종 간 차이를 보였으나 재배방식 간의 유의적인 차이는 보이지 않았다. 기능성 성분 결과와 비슷하게, 품종에 따른 활성의 차이는 있었으나 재배 방식 간 활성에 대한 유의적인 차이는 보이지 않았다(Yoon et.
- , 1994). 본 연구의 polyphenol 함량은 대조구 247 mg에 비하여 P12 처리구는 315 mg으로 27% 정도 높게 나타나 유의성을 보였다. 선행연구의 sweet pepper는 본 연구의 결과보다 높게 나타났고, 다른 작물은 상당히 낮게 나타나 고추의 높은 항산화물질이 확인하였다(Table 10).
- 본 연구의 캡사이신은 처리별로 12-27 mg에 분포하여 액비에 따라 매운맛이 영향을 준는 것으로 나타나(Table 10) 선행연구와 직접 비교하기에는 조건의 차이가 있었다. 일반적으로 우리나라의 지역 간의 환경차이는 온도, 광량, 토양환경 등이다.
- 시험기간 중 비가림 하우스 내 기온은 상당히 고온성으로 나타났고 맑은 날이 지속되어 8월 고온현상이 지속되었으며 1일 기온, 지온, 광환경 변화를 보면, 기온은 14시에 가장 높았고, 지온은 14시에 가장 높았으며 PPFD는 10~12시 사이에서 가장 높게 분포하였다(Table 5). 자료에는 나타내지 않았지만, 고온 때문에 온실가루이, 진딧물, 담배나방은 모든 처리구에서 나타났으나 주로 유기농자재인 유황, 오일제제(Cho, 2012)로 모두 방제하였다.
- 시험전후 토양 성분의 차이는 pH는 P11 처리구 6.4, P15 처리구 6.7를 제외한 모든 처리구에서 약 7 정도로서 큰 차이가 없었으며 모두 적정범위에 있는 것을 나타났다. EC는 대조구, P2, P8, P9, P10, P11, P13, P15 처리구에서 낮아졌고, P3, P5, P5, P6, P12 처리구에서는 일반적인 EC의 적정 범위보다 높아졌으나 정확한 이유는 알 수 없었다.
- 다만, 앞으로 P12 처리구는 비타민 C 등의 성분을 높이는 연구가 필요하다고 생각되었다. 액비처리에 대한 무기성분은 C/N율을 제외하고 처리 간 차이가 없었으나, 항산화 물질은 액비 처리 간 차이가 상당히 민감하게 나타나는 것으로 나타났다(Table 9, 10). 선행 연구에서 신품종 고추 품종 간 항산화물질의 함량차이는 카로티노이드는 최대 191%, 폴리페놀은 79%, 플라보노이드는 2배 이상 차이를 보였다.
- 유기농자재 처리별 고추 생육특성은 초장, 엽장, 엽폭, 마디수 모두 대체로 차이가 없었으나 초장, 마디수에서 P14, P15 처리구에서 생육량이 적게 나타난 것은 노지 처녀재배지로서 비료성분이 거의 없었기 때문에 나타난 것으로 판단되었다(Table 6). 유기농자재 처리 별 고추 과실특성은 청과는 과장, 과폭, 중량이 차이가 없었고 홍과도 과장, 과폭은 차이는 없었으나 중량은 차이가 있는 것으로 나타났으나 고추과실의 중량은 같은 크기라도 숙기가 다르기 때문에 나타난 것으로 별 차이가 없는 것으로 해석해야 할 것으로 생각되었다(Table 7). 유기농자재 처리별 고추 수량은 청과는 P2 처리구에서 가장 많았고 홍과는 P5 처리구에서 가장 많은 것으로 나타났다.
- 유기농자재 처리별 고추 생육특성은 초장, 엽장, 엽폭, 마디수 모두 대체로 차이가 없었으나 초장, 마디수에서 P14, P15 처리구에서 생육량이 적게 나타난 것은 노지 처녀재배지로서 비료성분이 거의 없었기 때문에 나타난 것으로 판단되었다(Table 6). 유기농자재 처리 별 고추 과실특성은 청과는 과장, 과폭, 중량이 차이가 없었고 홍과도 과장, 과폭은 차이는 없었으나 중량은 차이가 있는 것으로 나타났으나 고추과실의 중량은 같은 크기라도 숙기가 다르기 때문에 나타난 것으로 별 차이가 없는 것으로 해석해야 할 것으로 생각되었다(Table 7).
- 유기농자재 처리 별 고추 과실특성은 청과는 과장, 과폭, 중량이 차이가 없었고 홍과도 과장, 과폭은 차이는 없었으나 중량은 차이가 있는 것으로 나타났으나 고추과실의 중량은 같은 크기라도 숙기가 다르기 때문에 나타난 것으로 별 차이가 없는 것으로 해석해야 할 것으로 생각되었다(Table 7). 유기농자재 처리별 고추 수량은 청과는 P2 처리구에서 가장 많았고 홍과는 P5 처리구에서 가장 많은 것으로 나타났다. 이것은 자료에는 나타나지 않았지만, 일반적으로 칼슘결핍에 의한 생리장해가 많은 것으로 수량차이는 생리장해 피해의 차이로 생각되었다(Table 8).
- 홍고추 당도는 대체로 10~13 Brix %로서 대조구와 P4 처리구에서 가장 높게 나타났다 (Table 8). 유기농자재 처리별 적색 과실의 무기성분은 K, Ca, Mg, P2O5는 대체로 처리 간 성분차이가 크게 나타나지 않았고 C/N율은 대조구를 포함하여 대체로 2.25%로서 큰 차이를 보이지 않았다(Table 9).
- 질소는 암모늄질소와 질산태질소에 따라 다르게 나타났지만, 평균적으로 해초에서도 가장 많게 나타났다. 종합적으로 K, Ca, Mg, Na, Fe, Mn, NH4-N성분은 해초식물에서 높았고 P2O5성분은 산야초에서 높았고 Zn은 해초식물 중에서 감태에서 월등히 많게 나타났다(Table 4).
- 주요 액비처리의 무기성분은 K성분은 고추, 산야초, 해초, 감태 액비에서 높았고, Ca, Mg 성분은 해초에서 특이하게 많았고 P2O5성분은 산야초에서 가장 많았고 Na성분은 해초, 함초에서 월등하게 많았고, Fe성분은 해초, 인삼에서 많았고, Mn성분은 해초, Zn성분은 감태에서 가장 많게 나타났다. 질소는 암모늄질소와 질산태질소에 따라 다르게 나타났지만, 평균적으로 해초에서도 가장 많게 나타났다.
- , 2013). 즉, 선행연구에서도 유기농업과 관행농업의 환경의 차이에 따라 기능성 물질이 차이가 있다는 것을 반증하는 것으로 판단되었다. 그 동안 선행연구의 환경차이는 대부분 광환경이고 본 연구의 비료효과는 토양환경에 따라서도 기능성 물질의 효과가 있음이 밝혀진 것으로 생각되었다.
- 이것은 자료에는 나타나지 않았지만, 일반적으로 칼슘결핍에 의한 생리장해가 많은 것으로 수량차이는 생리장해 피해의 차이로 생각되었다(Table 8). 홍고추 당도는 대체로 10~13 Brix %로서 대조구와 P4 처리구에서 가장 높게 나타났다 (Table 8). 유기농자재 처리별 적색 과실의 무기성분은 K, Ca, Mg, P2O5는 대체로 처리 간 성분차이가 크게 나타나지 않았고 C/N율은 대조구를 포함하여 대체로 2.
후속연구
- K와, Ca는 산야 초액비가 포함된 P3, P11 처리구에서 높아졌고, 다른 처리구는 큰 차이가 없는 것으로 나타났다. 고추과실의 무기성분은 시험전후 토양성분(Table 2, 3), 자료를 나타내지 못한 처리별 액비성분, 과실의 무기성분(Table 8, 3), 고추 성장과정의 무기물 흡수량과의 관계를 구명할 수 있는 보다 정밀한 연구가 필요한 것으로 생각되었다. Mg는 대부분의 처리구에서 대체로 낮아졌으나 P11에서는 약간 높아졌고, P2O5는 P11에서 높아졌고 다른 처리구에서는 낮아졌고, NH4-N와 NO3-N는 P11 처리구에서 높아졌고 다른 처리구는 대부분 낮아진 것을 나타났다.
- 따라서 품종간의 기능성 물질의 차이는 유의하였으나 노지, 비가림의 재배방식 간의 차이는 유의성이 없었다고 하였으나 본 연구에서의 액비처리구에 따라 기능성 물질차이를 나타났다. 따라서 재배방식(노지, 비가림과 액비처리)의 내용에 따라 물질향상 효과가 다를 것으로 판단되었고 비료효과는 광합성, 수분 등 더 종합적인 연구가 필요하다고 생각되었다. 청양고추를 13개 지역에서 노지재배된 것을 채취 하여 재배지역별 품질 특성을 비교 분석한 선행연구에서, 무기성분 함량은 지역별 차이를 보였지만 주요 무기성분은 K이었다.
- 선행연구와 같이 유기농 항산화물질은 식물의 2차 대사산물로서 기상적인 환경, 토양환경, 품종에 따라 다르게 반응하는 것 으로 판단되었다. 즉, 기상환경은 온도, 습도에 따라 다르고, 토양환경은 토성, 비료성분에 따라 상당히 민감하게 작용하는 것으로서, 종합적 환경조건에 대하여 앞으로 보다 정밀한 연구가 필요하다고 생각되었다.
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