고추냉이 잎의 함유성분 분석과 항산화 활성
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Abstract
The purpose of this study was to determine the possibility of using Wasabi japonica Matsum leaves as natural health food source. To accomplish this purpose, the contents of general and antioxidative nutrients of Wasabi japonica Matsum leaves were measured. The contents of carbohydrate, crude protein, crude lipid and ash are 53.41%, 25.00%, 7.95% and 13.64%. And the calories of Wasabi leaves was 385.23 Kcal. Total dietary fiber was 52.27%. The K was the largest mineral followed by Ca, P, Mg which means Wasabi leaves is alkali material. The contents of sinigrin and allyisothiocyanate in the wasabi leaves were 69.2 mg/g and 241.0 mg/g, respectively. Total phenol contents of the hot water extract and the 70% ethanolic extract were 19.44 ± 0.23 and 19.33 ± 1.17 mg GAE/g, respectively. The total flavonoids content of the hot water extract and the 70% ethanol extract were 7.69 ± 0.71 and 19.25 ± 1.41 mg QE/g, respectively. The general nutrients and other antioxidant bioactive materials in Wasabi japonica Matsum leaves were also potential materials for good health food.
Keywords:
Wasabi Leaves, Total Phenol Content, Total Flavonoids Content, Antioxidant Activity서 언
최근 경제적 수준 향상과 서구화된 식생활로 인한 육류 및 각종 패스트푸드의 섭취 증가는 비만을 비롯한 대사증후군을 유발하는 주요 원인이 되고 있다. 이들 대사증후군을 예방하고 자 하는 노력들이 지속되고 있으며, 천연항산화 식품에 대한 관 심도가 증가하고 있다. 체내에서 생성되는 활성산소종은 세포 내 항산화효소에 의해 조절되거나 식품으로부터 섭취되는 항산 화성분 (항산화비타민 및 폴리페놀성분)에 의해 소거되는 것으 로 알려져 있다 (Bashan et al., 2009). 과거에 주로 사용해오 던 tert-butylhydroxyanisol (BHA) 및 tert-butylhydroxytoluene (BHT)와 같은 합성 항산화제는 우수한 항산화효과 및 경제성 에도 불구하고 안전성의 문제로 사용이 제한되어 있으며 이들 합성 항산화제를 대체할 수 있는 천연 항산화제에 대한 개발 이 요구되어 지고 있다 (Bae et al., 2001; Halliwell, 1996; Morrissey and O’Brien, 1998). 만성질환의 경우 현재까지는 의학적인 방법이 질병의 주된 치료 방법으로 이용되어 왔지만 치료의 한계성 및 치료약의 부작용 등으로 많은 제약을 받고 있으며, 한편으로는 식품의 유효성분에 의한 건강증진 및 질 병예방 효과들이 여러 연구로부터 증명 • 보고되면서 (Han and Lim, 1998; Hong et al., 1998; Lee et al., 1997) 섭취하는 식품이나 음식의 조절을 통해 생활습관에 의한 만성질환의 예 방과 치료가 가능해지고 있다.
이에 따라 이의 예방 및 치료를 위해서는 약물 이외의 식생 활 변화가 절실히 요구되고 있다. 따라서 무엇을 어떻게 먹을 것인지에 대한 관심이 증대되면서 건강보조식품, 영양보충용 및 식사대용식품 등의 특수영양식품과 다양한 형태의 먹거리 가 소개되어 있으며 최근에는 건강기능식품의 개발에 많은 관 심이 집중되면서 (Park and Han, 2003), 특히 식물자원들의 성분과 기능에 관한 과학적인 연구가 활발히 진행되고 있다 (Choi et al., 2002; Cha et al., 2002; Kim et al., 2002). 그러나 식물자원을 이용한 건강기능식품의 제조사용이 늘어나 고 있는 만큼 고가의 비용과 효능에 대한 논란 및 형태의 제 한 등이 맹점으로 대두되면서 (Han et al., 2004), 국민의 건 강과 복지를 위해서는 또 다른 대안이 요구되고 있다. 따라서 식품의 3차 기능은 물론 영양 가치와 기호성이 동시에 충족될 수 있으며 과학적인 근거를 바탕으로 접근한 식품 또는 음식 이 대안 중의 하나가 될 수 있으며 이 분야의 연구가 필요하 리라 보여진다.
고추냉이 (Wasabia japonica Matsum)는 일본이 원산지이며 십자화과에 속하는 다년생 초본식물이다 (Lee, 1996). 국내에 서는 와사비로 알려져 있으며, 주로 근경을 이용하여 신선 어 류 등에서 풍미를 살리는 고급향신료로 사용되고 있다. 고추 냉이는 근경과 식물체 전체에 독특한 매운 성분을 함유하고 있어 향신료로서 사용될 뿐 만 아니라 비타민 C의 산화억제 작용, 베타아밀라아제의 활성촉진, 식욕증진, 비타민 B1 합성 증강, 항균성 등의 효과가 있어 건강식품으로도 각광을 받고 있으며, 국내에서도 생선 요리의 섭취에 따른 소비가 급증하 고 있다 (Park et al., 1996). 고추냉이에 대한 국내연구는 식 물체 재분화 및 대량증식 (Lee et al., 1994, 2005; Eun et al., 1998; Park et al., 2007), 기능성 성분 및 활성 (Seo et al., 2010), 고추냉이 가공품 품질 특성 (Seo and Chung, 2012), 배합사료에 첨가한 효과 (Seo et al., 2010) 등에 대한 연구가 수행되었으나 대부분이 근경에 관한 연구로서 잎, 줄 기에 대한 연구는 미흡하였다. 그러므로 본 실험에서는 고추 냉이 잎에 대하여 기능성 검토와 이용개발을 위하여 일반성분 분석을 통하여 영양적 가치를 평가하고 생리활성 효과를 검토 하기 위하여 항산화 활성을 규명함으로써 고추냉이 잎을 이용 한 기능성 식품을 개발하기 위한 기초 자료를 얻고자 하였다.
재료 및 방법
1. 고추냉이 잎 추출물의 준비
본 실험에 사용한 고추냉이 잎은 강원도 태백에서 구입하여 물로 잘 씻어 흙이나 먼지 등의 이물질을 제거하고 5 cm 크 기로 절편을 만들어 동결건조한 후, 분쇄기 (IKA M20, IKA, Staufen, Germany)를 이용하여 20 ~ 30 mesh로 분쇄하여 시료 로 사용하였다. 분말상태인 고추냉이 잎에 시료 중량의 10배 인 70% 에탄올을 가한 뒤 상온에서 24시간 교반하면서 (150 rpm, HY-HS11, Hanyang Science, Seoul, Korea) 유용 성분들을 추출하였고, Whatman No. 2 (Whatman Ltd, Maidstone, Kent, UK) 여과지를 이용하여 여과한 후, 회전진 공농축기 (EYELA N-100, EYELA, Tokyo, Japan)를 사용하 여 40°C에서 감압 농축하였다. 농축된 추출물은 동결건조기 (Modulyod-115, Thermo Electron Co., Waltham, MA, USA) 를 이용하여 건조된 분말을 제조하였다. 또한, 열수 추출물은 분쇄된 고추냉이 잎에 10배 (w/w)의 증류수를 가한 후, 100°C 수욕상에서 3시간동안 환류냉각 (GLHMP-F200, Global Lab, Seoul, Korea)하면서 추출하여 조여과 (Whatman No. 2)한 후, 40°C에서 감압 농축하여 동결건조 하였다. 건조된 고추냉이 잎 추출물은 무게를 측정하여 추출물 수율을 측정한 후, –20°C 냉동고에서 보관하면서 실험에 사용하였다.
2. 고추냉이 잎의 일반성분 분석
고추냉이 잎의 일반성분은 AOAC 법 (1990a)과 식품공전의 분석방법 (2002)에 따라 3회 분석하여 평균값으로 하였다. 즉, 수분 함량은 상압가열건조법, 회분 함량은 550°C 회화법 을 이용하여 분석하였다. 조단백질 함량은 단백질 자동분석기 (Kjeltec protein analyzer, Tecator, Sweden)로, 조지방 함량 은 Soxhlet 법 (Hawthorne et al., 2000)으로 분석하였다. 탄수화물 함량은 위의 결과치를 합한 값을 100에서 뺀 값으 로 하였다.
3. 식이섬유 함량 분석
총 식이섬유 (total dietary fiber, TDF) 함량 측정은 AOAC법 (1995a)과 Shin 등 (2014)의 방법에 따라 효소중량 법 (enzymatic-gravimetric method)에 따라 분석하였다. 먼저 α-amylase를 사용하여 액화시킨 건조 된 시료에 효소 protease 및 amyloglucosidase를 반응하여 단백질과 전분을 가수분해하 였다. 다음 용액 중에 포함 된 수용성 식이섬유를 에탄올을 사 용해 침전시키고, 항량을 구한 crucible에 용액을 감압 여과하 였다. 마지막으로 잔사를 에탄올과 아세톤을 사용해 세척하고 건조한 뒤 건조 된 잔사의 단백질 및 회분의 양을 제외시킨 건조 전, 후 무게차를 통해 총 식이섬유의 함량을 구하였다.
4. 고추냉이 잎의 무기질 조성 분석
무기질 (Ca, P, Mg, K, Na, Fe, Zn, Cu, Mn) 함량은 AOAC법 (1984a)과 Shin 등 (2014)의 방법에 의하여 분석하 였다. 즉, 시료를 칭량하여 550°C에서 회화시킨 후, 5ml의 HNO3용액을 가한 후 25ml 메스플라스크에 넣고 증류수로 정 용한 후 Inductively Coupled Spectrometer (ICP, Lactam 8440, Plasma Lab., Australia)를 이용하여 분석하였으며, 분석 조건은 Table 1과 같다.
5. 고추냉이 잎의 sinigrin 및 isothiocyanate 함량 분석
잎의 sinigrin 및 allyl isothiocyanate 분석을 위해 시료를 –60°C에서 동결 건조시킨 후 막자사발에 넣고 액체 질소를 넣 어가면서 분쇄하였다. 분말시료 1 g에 deionized water 100ml를 가하여 진탕배양기에서 350 rpm으로 2분간 마쇄한 후 Toyo No. 2 filter paper를 이용하여 여과한 후 0.45 μm membrane filter로 다시 여과하였다. 분석방법은 sinigrin 및 allyl isothiocyanate 분 석은 추출액 3ml와 10mM tetraheptylammonium bromide를 함유한 acetonitrile/120mM phosphate buffer (pH 6.5) 80/20 (v/v) 혼합액을 동량 혼합한 후 0.45 μm membrane filter에 통과 시켜 HPLC로 분석하였으며 (Park et al., 2006), HPLC 조건 은 Table 2와 같았다.
6. 총페놀 및 총플라보노이드 함량 분석
총 페놀 함량은 Folin-Denis법 (Gutfinger, 1981)과 Shin 등 (2014)의 방법에 따라 추출물 1ml에 Folin- Ciocalteau 시 약 및 10% Na2CO3용액을 각 1ml씩 차례로 가한 다음 실온 에서 1시간 정치한 후 spectrophotometer (UV 1600 PC, Shimadzu, Tokyo, Japan)를 이용하여 700nm에서 흡광도를 측 정하였다. Caffeic acid (Sigma-aldrich, St. Louis, MO, USA) 를 0 ~ 100μg/ml의 농도로 제조하여 시료와 동일한 방법으로 분석하여 얻은 표준 검량선으로부터 시료 추출물의 총 페놀 함량을 산출하였다.
총 플라보노이드는 Moreno 등 (2000)의 방법과 Shin 등 (2014)의 방법에 따라 추출물 0.5ml에 10% aluminum nitrate 0.1ml 및 1M potassium acetate 0.1ml, ethanol 4.3ml를 차 례로 가하여 혼합하고 실온에서 40분간 정치한 다음 415nm에 서 흡광도를 측정하였다. Quercetin (Sigma-aldrich, St. Louis, MO, USA)를 표준물질로 하여 0 ~ 100μg/ml의 농도 범위에서 얻어진 표준 검량선으로부터 추출물의 총 플라보노이드 함량 을 계산하였다.
7. DPPH radical 소거작용
2, 2-Diphenyl-1-picrylhydrazyl radical (DPPH)는 free radical 에 대한 시료의 항산화 효능을 확인하기 위하여 사용한다. 전 자공여능 측정은 Kim 등 (2002)의 방법과 Shin 등 (2014)의 방법을 변형하여 측정하였다. Ethanol에 용해시킨 0.4 mM DPPH 용액 0.8ml에 시료 0.2ml을 첨가하여 vortex mixer로 5초간 진탕하고, 암소에서 10분 동안 방치 후 517nm에서 흡 광도를 측정하였다. 전자공여능은 다음 식에 의하여 DPPH free radical 소거능을 나타내었다.
8. 환원력 측정 (Reducing power)
고추냉이 잎 추출물의 환원력은 Oyaizu (1986)의 방법을 변 형하여 측정하였다. 시료 1ml에 pH 6.6의 200 mM 인산 완 충액 및 1%의 potassium ferricyanide를 각 1ml씩 차례로 가하여 교반한 후 50°C의 수욕상에서 20분간 반응시켰다. 여 기에 10% TCA 용액을 1ml 가하여 13,500 × g에서 15분간 원심분리하여 상등액 1ml에 증류수 및 ferric chloride를 각 1ml씩 혼합하여 700nm에서 흡광도를 측정하였다. 환원력은 시료 첨가군과 대조군의 흡광도 비를 %값으로 환산하였다.
9. 통계처리
모든 측정값은 평균값 ±표준편차 (mean ± SD)로 표시하였 고 통계처리는 SAS program (Statistical Analysis System, version 8.1, SAS Institute Inc., Cary, NC, USA)을 사용하 였으며, 유의성 검정은 분산분석 (ANOVA)을 한 후 p < 0.05 수준에서 Duncan 다중검정법 (Duncan’s Multiple Range Test)으로 분석하였다.
결과 및 고찰
1. 일반성분 및 식이섬유소 함량
본 연구에서 분석된 고추냉이 잎의 일반성분과 식이섬유소 함량을 Table 3에 정리하였다. 고추냉이 잎 100 g (wet weight basis)중에는 수분 91.2%, 탄수화물 4.7%, 조단백 2.2%, 조지방 0.7%, 조회분 1.2%가 함유되어 있으며, 총 식 이섬유소 함량은 4.6%이었다. 또한 고추냉이 잎 100 g의 총 열량은 385.23 kcal로 분석되었다. 한편 영양소의 함량을 평가 하는데는 실제적인 고형물의 함량이 중시되므로 wet weight basis보다는 dry weight basis가 효과적일 것으로 판단하여 고 추냉이 잎의 일반성분과 식이섬유소 함량을 건량기준으로 환 산하여 Table 3의 괄호 안에 표시하였다. 그 결과 탄수화물 53.41%, 조단백질 25.00%, 조회분 13.64% 및 조지방 7.95% 로 나타났다. 따라서 고추냉이 잎의 주된 성분은 대부분의 식 물체의 구성성분인 탄수화물과 단백질로 구성되어 있었으며, 일반성분 중에서 조지방 함량이 가장 낮은 것으로 나타났다.
2. 무기질 함량
Table 4는 고추냉이 잎 100 g (dry weight basis)중 무기질 함량을 분석한 결과이다. 칼륨이 약 5.96 g으로 가장 함량이 높았고 그 다음이 칼슘 (1.79 g), 인 (772.05mg), 마그네슘 (614.89mg) 순이었다. 미량영양소인 아연, 망간, 철분, 및 구리 함량도 각각 3.52mg, 5.00mg, 17.72mg, 및 0.23mg 함유되어 있는 것으로 분석되었다. 식품성분표 (농촌진흥청 2011)의 분 석결과보다 함량이 높게 나타났으며 이는 고추냉이의 재배방 법 및 시기에 따른 결과로 보여진다.
3. 고추냉이 잎의 sinigrin 및 isothiocyanate 함량
고추냉이의 sinigrin과 allylisothiocyanate의 함량을 검정 한 결과 Table 5에 나타내었으며, sinigrin은 69.2mg/g, allyl isothiocyanate은 241.0mg/g함량을 나타내었다. 이러한 것은 추 출과 분석과정에서 sinigrin이 myrosinase에 의해 가수분해 되 어 allyl isothocyanate가 생성되기 때문이며 고추냉이에서의 향미성분의 분석은 sinigrin의 함량과 함께 allyl isothiocyanate 의 함량을 검정하는 것이 애초 고추냉이에 포함되어진 sinigrin 의 함량을 예측할 수 있는 방법이 될 것으로 생각된다.
4. 고추냉이 잎 추출물의 추출 수율 및 항산화 성분
본 연구에서 사용한 추출 용매는 식품으로 사용가능한 에탄 올과 물을 사용하였다. 추출용매별 고추냉이 잎 추출물의 추 출수율은 70% 에탄올 추출물에서 21.33%로 열수 추출물의 15.37%에 비해 높은 수율을 나타내었다. 천연물에 존재하는 폴리페놀계 화합물들은 분자 내 phenolic hydroxyl기가 효소 단백질과 같은 거대분자들과 결합하는 성질을 가지고 있기 때 문에 항산화, 항심혈관질환, 항암, 항골다공증 및 항당뇨와 같 은 생리활성을 나타내는 것으로 알려져 있다 (Scalbert et al., 2005; Sakihama et al., 2002). Fig. 1에서 보는바와 같이, 고 추냉이 잎 열수추출물 및 70% 에탄올 추출물에 함유된 총페 놀 함량은 각각 19.44 ± 0.23 및 19.33 ± 1.17mg GAE/g로 나타났으며, 플라보노이드 함량은 각각 7.69 ± 0.71 및 19.25 ± 1.41mg QE/g를 나타내었다. 식물 기원의 시료에서 페 놀 화합물은 그 함량은 많을수록 항산화 활성이 높으며 (Duval and Shetty, 2001), 식물시료의 변색에 주된 영향을 미 치는 인자로 알려져 있다 (Choi and Lee, 1999). 플라보노이 드류는 polyphenolic substance로서 화학구조에 따라 flavonols, flavones, catechins, isoflavones 등으로 분류되며, 물과 에탄올 에 대한 용해도가 다르고 이들의 구조적 차이에 따라 과산화 지질 생성 억제 등의 생화학적 활성에 영향을 준다 (Middleton and Kandaswami, 1994). Kim 등 (2004)은 20여종의 약용식물 류의 총 페놀과 플라보노이드 함량과 항산화 활성의 상관관계 에서 폴리페놀의 함량이 플라보노이드보다 많을수록 항산화 활 성이 높다고 보고한 결과와는 유사한 결과를 나타내었다.
5. 항산화 활성
DPPH radical 소거능을 이용한 고추냉이 잎 추출물들의 항 산화 활성은 Fig. 2와 같이 70% 에탄올 추출물의 각각의 농 도에서 19.74 ~ 36.90%를 나타내었으며, 동일한 농도의 열수 추출물에서는 19.54 ~ 37.86%의 DPPH 라디칼 소거능을 보여 70% 에탄올 추출물과 열수 추출물이 비슷한 결과를 나타내었 으며, 항산화제로 잘 알려져 있는 BHT와 α-tocopherol보다 낮은 항산화 활성을 보여 주어 Park 등 (2001)의 연구결과와 유사한 결과를 나타내었다. Kang 등 (1995)은 전자공여능이 phenolic acid와 flavonoids 및 기타 phenol 성 물질에 대한 항산화작용의 지표라 하였으며, 이러한 물질은 환원력이 클수 록 전자공여능이 높다고 하였다. 또한, 70% 에탄올과 열수 추 출물의 농도별 환원력을 측정한 결과 Fig.3과 같이 1,000μg/ml의 농도에서 70% 에탄올 추출물과 열수 추출물의 환원력이 각각 0.12 (A700), 0.12 (A700)로 나타나 70% 에 탄올 추출물과 열수 추출물이 차이가 없음을 나타내었다. 이 상의 결과에로 비추어 볼 때, 추출 용매별 고추냉이 잎 추출 물들에 함유된 총페놀 및 총 플라보노이드의 조성 및 함량의 차이가 이들 추출물의 항산화 활성에 주요한 영향을 미치는 것으로 판단된다.
고추냉이 잎의 일반성분 및 아미노산, 무기질 항산화 효과 에 대해서 조사하였다. 식품영양학적 접근에서의 고추냉이 잎 일반성분은 건량기준으로 당질 53.41%, 조단백질 25.00%, 조지방 7.95% 및 조회분 13.64%이었고 고추냉이 잎 100g의 함유 열량은 385.23 kcal로 분석되었으며, 총 식이섬유소 함량 은 건량기준으로 52.27%이었다. 또한, 무기질 중 칼륨의 함유 량이 가장 높았고 그 다음이 칼슘, 인, 마그네슘 순으로 나타나 알칼리성 재료임을 알 수 있었다. Sinigrin과 allyisothiocyanate 함량은 69.2mg/g 및 241.0mg을 나타내었다. 총 페놀 함량은 고추냉이 잎 열수 추출물 및 70% 에탄올 추출물에서 각각 19.44 ± 0.23 및 19.33 ± 1.17mg GAE/g로, 총 플라보노이드 함 량은 고추냉이 잎 열수 추출물 및 70% 에탄올 추출물에서 각 각 7.69 ± 0.71 및 19.25 ± 1.41mg QE/g로 나타났다. DPPH 라디칼 소거능 및 환원력과 같은 항산화 활성은 70% 에탄올 추출물과 열수 추출물의 차이가 없었으며, 항산화효과는 항산 화에 대해 연구 된 바 있는 다른 천연물에 비해 그 효능이 비슷하거나 떨어져 항산화에 대한 효과는 있으나 높지 않을 것으로 보인다. 이들의 결과로 비추어 볼 때, 고추냉이 잎 추 출물들에 함유된 총페놀 및 총 플라보노이드의 조성 및 함량 의 차이가 이들 추출물의 항산화 활성에 주요한 영향을 미치 는 것으로 판단된다.
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