재배조건 및 관수방법에 따른 병풀 (Centella asiatica L. Urban)의 생육과 성분 특성, 그리고 항산화 활성을 평가하기 위해 2018년 6월 충북 충주에서 수집한 병풀 재래종을 증식한 후, 국립원예특작과학원 인삼특작부 (충북 음성) 시험포장 (노지재배)과 비닐하우스 (시설재배)로 각각 나눠 식재하였다.

또한 비닐하우스 내 관수 방법에 따른 특성을 조사하기 위해 관수 방법을 스프링클러 관수와 저면 관수로 나눠 시행하였다. 관수 간격은 스프링클러의 경우, 7 일, 저면관수는 15 일 간격으로 지상부 전용 양액 (Daeyumulpre No.1, DAEYU Co., Ltd., Seoul, Korea)으로 관수 실시하였다. 각 시험처리구는 난괴법 3 반복으로 설계하여 수행하였다.

병풀 수집종의 재배조건 및 관수방법 별 지상부의 생육조사 항목으로는 엽장, 엽폭, 엽병장, 경장, 경수, 엽수, 생중 (잎, 엽병, 줄기)을 중심으로 조사하였다.

병풀 추출물의 지표성분인 asiaticoside 함량은 HPLC 1260 series (Agilent Technology)를 이용하였으며 HPLC 분석 조건은 Table 1과 같다.

각각의 재배 및 관수 조건에 따른 병풀의 asiaticoside 함량 분석은 잎, 엽병, 줄기로 구분하여 분석하였다. 정량 분석은 표준물질인 asiaticoside (Sigma-Aldrich Co., St. Louis, MO, USA)를 63,125,250,500,1, 000 ppm 농도로 분석하여 표준곡선 y = 1.4712x + 46.6 (r² = 0.99)을 통해 ㎎/g 으로 나타내었다.

총 폴리페놀 함량은 Folin과 Denis (1912)의 방법을 일부 변형하여 실시하였다.

0.1 ㎖의 각 시료에 증류수를 가하여 0.4 ㎖로 만들고 여기에 0.05 ㎖의 Folin-ciocalteu's phenol reagent를 가해주어 혼합한 뒤, 3 분간 실온에서 방치하였다. Na₂CO₃ 포화용액 0.1 ㎖를 넣어 혼합한 뒤, 증류수를 첨가하여 총 0.35 ㎖의 샘플을 실온에서 1 시간 방치하였다. 이후 3,000 rpm에 10 분간 원심분리한 뒤, 상등액을 취해 725 ㎚에서 UV-VIS spectrophotometer (MultiskanGO, Thermo Fisher Scientific Inc., Waltham, MA, USA)를 이용하여 흡광도를 측정한 후, 표준물질 catechin (Sigma-Aldrich Co., St. Louis, MO, USA)을 통해 작성한 표준곡선 y = 0.0051x + 0.0154 (r² = 0.9988)으로부터 총 폴리페놀 함량을 구하였다.

총 플라노보이드 함량은 Davis (1947) 방법을 변형시켜 0.1 ㎖의 에탄올 추출물에 90% diethylene glycol 1 ㎖를 첨가하고, 다시 1N NaOH을 0.1 ㎖을 넣고 37℃ 항온수조 (WCB30106, DAIHAN Scientific Co., Ltd., Wonju, Korea)에서 1 시간 반응시킨 후 420 ㎚에서 UV-VIS spectrophotometer (MultiskanGO, Thermo Fisher Scientific Inc., Waltham, MA, USA)를 이용하여 흡광도를 측정한 후, 표준물질 naringin (Sigma-Aldrich Co., St. Louis, MO, USA)을 이용하여 작성한 표준곡선 y = 0.0031x + 0.0225 (r² = 0.994)으로부터 총 플라보노이드 함량을 구하였다.

병풀의 2,2-diphenyl-1picryl hydrazyl (DPPH) radical 항산화 활성 측정은 Abe 등 (1998)의 방법을 변형하여 실시하였다. 0.2 mM DPPH 메탄올 용액을 제조하여 조제한 액을 여과지 (Whatman No. 4, Whatman plc, Kent, UK)에 여과하여 준비하였다.

추출물 40 ㎕에 DPPH solution 160 ㎕을 넣고 23℃의 암실에서 30 분간 반응시킨 후, UV-VIS spectrophotometer (MultiskanGO, Thermo Fisher Scientific Inc., Waltham, MA, USA)를 이용하여 517 ㎚에서 흡광도를 측정하였다. 대조구는 일반적으로 많이 알려진 L-ascorbic acid (JUNSEI chemical Inc., Tokyo, Japan)와 비교하여 시료구와 대조구 간 흡광도 차이를 mg ascorbic acid equivalents/g으로 나타냈다.

본 실험결과의 통계분석은 SAS program (ver. 9.2; SAS Institute Inc., Cary, NC, USA)를 이용하여 실시하였으며, 재배조건 (시설재배, 노지재배) 및 관수방법 (스프링클러, 저면)에 따른 각각의 두 그룹 간 유의적 차이는 t-test를 통해 5% (p < 0.05) 유의수준에서 검정하였다.

재배조건에 따른 병풀 (Centella asiatica L. Urban)의 생육특성을 조사한 결과, 시설에서 재배된 병풀의 생육 특성이 노지재배보다 높은 것으로 나타났다 (Table 2).

생육 조사에서는 잎, 엽병, 줄기에서 시설재배가 노지재배보다 평균 3 배 이상 높았으며 통계적으로 고도로 유의한 결과를 보였다. 특히, 엽병의 경우, 시설재배가 481 g/㎡, 노지재배가 66.1 g/㎡로, 모든 조사 항목 중 가장 높은 생육 차이를 나타냈다. 경장은 시설재배가 55.8 ㎝, 노지재배가 32.8 ㎝ 였으며 경수는 시설재배가 107.3 개/㎡, 노지재배가 72.3 개/㎡로, 시설재배에서의 생육 특성이 노지재배보다 높은 것으로 확인되었다. 특히, 시설재배는 노지재배에 비해 온도, 습도, 광, 탄산가스 등의 다양한 환경요소들이 집약적으로 작용되고 비교적 작물의 안정적인 생산성을 가져올 수 있는 것으로 알려져 있어, 병풀의 수량성면에 있어 시설재배 방법이 고려될 수 있을 것으로 판단된다 (Son et al., 2002; Nam et al., 2014; Lee et al., 2015; Kim et al., 2016).

한편, 관수방법에 따른 병풀의 생육 특성 결과에서는 저면 관수가 모든 조사 항목에서 스프링클러관수보다 높은 것으로 나타났다 (Table 3). 특히 엽장, 엽폭, 엽병장, 엽중에서 관수방법 간의 유의적인 차이를 확인할 수 있었다. 반면, 경장, 엽수, 경수, 엽병중, 경중에서는 저면관수가 스프링클러관수보다 높은 것으로 나타났지만, 두 관수 방법 간 유의적인 차이는 없는 것으로 확인되었다.

저면관수는 분화류에서 고품질, 대량생산을 위한 관수방법 중 하나로 알려져 있다 (Jung and Son, 2000). 이 관수방법은 식물체에 물리적 자극을 주지 않고 균일한 관수를 통한 수분 이용효율이 높일 수 있고 비료 유실이 적어 비료와 물 사용량을 절감할 수 있는 등 두상관수에 비해 장점을 가지고 있는 것으로 보고되고 있다 (Son et al., 2002; Kang et al., 2003).

이와 같은 결과를 통해, 잎을 주로 이용하는 병풀의 다수성을 고려한 자원 선발 및 재배 시, 기초 자료로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

병풀의 지표성분인 asiaticoside에 대해, 재배조건에 따른 병풀 부위 별 함량을 비교해 본 결과, 병풀의 잎, 엽병, 줄기 모든 부위에서 각각 53.45 ㎎/g, 11.82 ㎎/g, 15.46 ㎎/g으로, 노지재배가 시설재배보다 높은 asiaticoside 함량을 나타냈으며 잎과 줄기에서는 두 재배방법 간 유의적 차이를 보였다.

관수방법에 따른 병풀 부위 별 asiaticoside 함량은 잎에서 저면관수 (34.38 ㎎/g)가 스프링클러관수 (18.82 ㎎/g)보다 높은 asiaticoside 함량을 보였으며 유의적인 차이를 나타냈다. 그러나 엽병에서의 asiaticoside 함량은 시설재배와 두 관수방법에서는 검출되지 않았고 줄기에서는 스프링클러에서 0.95 ㎎/g 였던 반면에 저면관수에서는 검출되지 않았다 (Table 4).

초본 Centella는 tritepene ester 배당체인 asiaticoside의 함량이 2% 미만이어서는 안된다고 세계보건기구는 보고하고 있는데 (World Health Organization; WHO, 1999) 본 연구결과에서는 특히 병풀 잎에서 노지재배 (5.4%) 및 저면관수 (3.4%) 처리가 2% 기준을 충족하는 것으로 나타났다.

Asiaticoside는 항박테리아 및 항균활성을 통해 상처치유와 피부질환 치료에 효과를 나타내며 피부 진피에서 콜라겐 합성 촉진하는 것으로 알려져 있는데 (Chang et al., 2007; Kim et al., 2019), 이러한 약리적 기능을 통해 국내에서는 지금까지 다양한 상처 치료 연고제의 원료로써 활용되어왔다. 최근에는 창상치유 촉진을 목적으로 한 피복재 (드레싱재) 제조 연구에서도 asiaticoside의 높은 활용 가능성을 나타내 (Kim et al., 2018), 향후에도 기능성 의료용 소재에도 다양한 형태로 asiaticoside가 접목될 수 있을 것으로 보여진다.

이에 따라, 앞으로 asiaticoside 함량이 우수한 병풀 자원 확보 및 국내 생산 확대를 위한 일안으로 노지재배 및 저면관수 적용이 고려될 수 있을 것으로 판단된다.

재배조건 및 관수방법 별 항산화 성분을 비교하기 위해 총 폴리페놀과 총 플라보노이드 함량을 측정하였다. 먼저 재배조건 별 병풀 각 부위의 총 폴리페놀 함량은 노지재배에서 잎 (41.14 ㎎/g) > 엽병 (23.13 ㎎/g) > 줄기 (21.57 ㎎/g) 순으로, 잎에서 총 폴리페놀 함량이 높게 나타났으며 시설재배보다 월등히 높았으며 통계적으로도 매우 유의한 차이를 나타냈다. 또한, 관수방법에 따른 총 폴리페놀 함량은 저면관수에서 잎 (25.73 ㎎/g) > 줄기 (11.37 ㎎/g) > 엽병 (4.01 ㎎/g) 순서로 역시 잎에서 가장 높았으며, 스프링클러관수보다 높게 나타나, 관수방법 간에도 유의한 차이를 보였다 (Table 5).

재배조건 별 병풀 각 부위의 총 플라보노이드 함량은 노지 재배에서 잎 (27.26㎎/g) >엽병 (13.97㎎/g) >줄기 (10.21 ㎎/g) 순으로 나타났으며, 관수방법 별로는 저면관수에서 잎 (23.72 ㎎/g) > 줄기 (3.24㎎/g) > 엽병 (6.07㎎/g) 순으로 나타나 총 폴리페놀 함량 조사와 유사한 경향을 보였다 (Table 6).

식물은 온도와 자외선 스트레스의 영향으로 2 차 대사 물질을 증가시키는 경향이 있는데 (Kakani et al., 2003) 강한 자외선과 높은 광환경에서 폴리페놀 및 항산화 활성을 나타내는 페놀계 화합물이 더욱 축적된다고 보고되었다 (Grisebach, 1982; Kim et al., 2015; Lee et al., 2015). 또한, 노지재배에서의 블루베리 및 오디 과실의 총 페놀 함량과 항산화 활성도가 후숙 단계 이전까지 높은 것으로 보고되기도 하였다 (Kim et al., 2011; Lee et al., 2015).

결과적으로, 노지재배 및 저면관수 처리에서 병풀의 총 폴리페놀과 총 플라보노이드 함량이 높은 것으로 조사되었으나, 스프링클러 관수에 비해 저면관수가 작물의 항산화 성분 및 활성에 대한 작용에 관해서는 아직까지 연구된 사례가 없어 이에 대한 추가적인 연구가 필요할 것으로 사료된다.

재배조건 및 관수방법에 따른 DPPH 라디컬 소거능을 비교한 결과는 Table 7과 같다. 재배조건 별로는 노지재배에서 잎 (85.97 ㎎/g) > 엽병 (50.23 ㎎/g) > 줄기 (48.28 ㎎/g) 순이였으며, 관수방법에 따라서는 노지재배에서 잎 (54.83 ㎎/g) > 줄기 (29.46 ㎎/g) > 엽병 (14.32 ㎎/g) 순으로 나타나, 잎에서 가장 높은 항산화 활성을 보였다. 특히, 총 폴리페놀과 총 플라보노이드 함량조사 결과와 비교했을 때, 노지재배와 저면관수에서 항산화 성분과 항산화 활성이 모두 높은 결과를 나타낸 것을 알 수 있었다. 이러한 결과는 노지재배와 저면관수 적용이 항산화 성분 축적 및 항산화 활성 증가 가능성을 시사한다고 볼 수 있다.

DPPH는 항산화활성 물질의 환원력에 의해 항산화 활성이 측정되므로 식물추출물의 페놀성 화합물 함량에 영향을 받는 것으로 알려져 있다 (Kil et al., 2018). 이러한 이유로 본 연구결과가 항산화 성분인 총 폴리페놀과 총 플라보노이드 함량이 많을 때, 항산화 활성에도 영향을 줄 수 있다는 보고와도 일치하는 결과라고 볼 수 있다 (Han et al., 2019; Lee et al., 2019).

이상의 결과를 종합해 볼 때, 병풀의 생육적 특성은 시설 유무에 따라 분명한 차이를 나타냈으나, 시설 재배에서의 높은 수량성이 asiaticoside, 항산화 성분 및 활성을 반드시 수반하지는 않는다고 볼 수 있다. 따라서 수량성, 지표성분, 항산화 성분 및 활성 등 각각의 목적에 맞도록 재배적 요건이 충분히 고려되어야 할 것으로 판단된다. 또한, 저면관수와 항산화 물질 및 활성과의 작용 기작과 시설에 따른 토양, 수분, 광, 온·습도 등 다양한 재배환경 조건을 통해, 항산화 물질 및 활성 영향에 대한 추가적인 연구가 향후 보완하여야 될 것으로 사료된다.