서 언
재료 및 방법
식물재료
기상정보
추출물 제조
DPPH 라디칼소거능
ABTS 라디칼소거능
총 폴리페놀 함량
총 플라보노이드 함량
통계분석
결과 및 고찰
섬모시풀의 항산화 활성, 총 페놀함량, 총 플라보노이드 함량 비교
채집지에 따른 섬모시풀의 항산화 활성, 총 페놀함량, 총 플라보노이드 함량 비교
항산화 활성, 총 폴리페놀 함량, 총 플라보노이드 함량, 환경조건 간의 상관관계
적 요
서 언
쐐기풀과(Urticaceae)의 모시풀 속(Boehmeria)에는 약 10여 종이 자생하며, 이 중 모시풀(Boehmeria nivea (L.) Gaudich.)은 예로부터 섬유용, 식용, 약용으로 이용되어 왔다(Chung et al., 2016; Jung et al., 2020; Kim et al., 2006; Lee et al., 2016b; Lee et al., 2009). 섬모시풀(Boehmeria nivea var. tenacissima (Gaudich.) Miq.)은 모시풀이 기본종으로 모시풀은 줄기에 거친 털이 빽빽하게 나며 턱잎이 잎자루에 붙지 않고 잎 뒷면이 흰색 또는 회색을 띠지만 섬모시풀은 줄기에 부드러운 털이 있고 턱잎이 잎자루에 다소 붙고 잎 뒷면이 녹색을 띠므로 구분된다(NIBR, 2013). 섬모시풀 또한 모시풀과 마찬가지로 식용, 약용 및 섬유용으로 이용되고 있으나 모시풀과 비교하면 연구가 미미한 실정이다(Jung et al., 2020).
모시풀은 비타민, 미네랄, 플라보노이드, 카로티노이드, 루틴 등이 풍부하며, 동의보감에서 그 뿌리는 저마근(苧麻根)으로 불리며, 페놀류, tri-terpenoids, chlorogen 등이 함유되어 있어 다양한 생리활성을 보인다고 보고되어 있다(Lee et al., 2016b; Lee et al., 2018; Sancheti et al., 2010). 모시풀 잎에는 식이섬유, 아미노산, 비타민 C, Ca, K, Mg 등이 풍부하고 항산화 활성을 가지는 폴리페놀과 플라보노이드를 다량 함유하고 있다(Cho et al., 2017; Jang and Yoon, 2006; Kim, 2010). 이전 연구에서 모시풀의 항균 활성, 항산화 활성 및 암 세포주에 대한 세포독성, 지질 개선 및 항비만 효과, 변비 개선 효과 등의 생리활성이 밝혀졌다. (Kim et al., 2009; Lee et al., 2011; Oh, 2012; Son, 2007).
최근 고령화 및 서구화된 식습관때문에 당뇨, 암, 심혈관계 질환 등 만성질환이 증가하고 있으며, 이는 활성산소(ROS, reactive oxygen species)의 비정상적 증가가 원인 중 하나로 알려졌다(Kang et al., 2016; Tanaka et al., 2000; Wiseman, 1996). 이러한 활성산소로부터의 피해를 예방하기 위해 항산화제에 관한 관심이 높아지고 있으며, BHT (butylated hydroxytoluene)이나 BHA (butylated hydroxyanisole) 등 합성 항산화제가 주로 이용됐으나 이러한 성분들은 부작용을 유발할 우려가 있기 때문에 천연 항산화제에 대한 관심도가 높아지고 있다(Amarowicz and Raab, 1997; Fang et al., 2002; Gowri and Vasantha, 2010; Lee et al., 2021).
천연 생리활성 물질인 파이토케미칼은 통곡물, 두류, 차, 초콜릿 등에 풍부하게 들어 있으며, 주로 폴리페놀, 플라보노이드 이소플라본, 사포닌 등이 이에 속한다(Lee et al., 2020b; Xiao, 2017; Xiao and Bai, 2019; Zhao et al., 2018). 이들은 항산화, 항암, 세포보호 등의 생리활성을 보이기 때문에 인간 건강에 중요한 역할을 하며 천연 항산화제로 관심이 높아지고 있다(Ajila and Rao, 2008; Makhaik et al., 2021). 파이토케미칼의 함량은 식물이 처해있는 환경 조건이나 생육 조건에 영향을 받아 달라지며 이렇게 달라진 파이토케미칼의 차이는 섭취를 했을 때 효과의 차이로 나타날 수 있다(Gololo, 2018). 식물에는 카로티노이드, 피토스테롤, 사포닌, 글루코시놀레이트, 폴리페놀, 플라보노이드 등 건강에 이익을 주는 다양한 파이토케미컬이 존재한다(Leitzmann, 2016; Makhaik et al., 2021). 이 중 폴리페놀과 플라보노이드는 항산화 활성이 우수하며 노화 및 미백 효과 등의 연구결과들이 보고되어 있다(Jung et al., 2020; Kim et al., 2019; Leitzmann, 2016; Makhaik et al., 2021).
항산화 활성은 자유라디칼에 의해 유발되는 심장질환, 신경계 질환, 당뇨, 암 등에 예방 효과가 있다(Lee et al., 2020a; Makhaik et al., 2021). 기존의 많은 연구에서 식물의 추출물의 항산화 활성을 측정하기 위하여 DPPH (2,2-diphenyl-1- picrylhydrazyl) 라디칼소거능, ABTS (2,2'-azinobis (3-ethylbenzothiazoline 6-sulfonate)) 라디칼소거능 등 다양한 방법을 이용하여 있으며, 또한 총 폴리페놀함량, 총 플라보노이드 등 파이토케미칼 함량을 측정하여 간접적으로 항산화 활성을 평가, 보고하였다(Jung et al., 2020; Lee et al., 2020b; Lee et al., 2017; Lee et al., 2018; Woo et al., 2012). 본 연구에서는 6개 지역에서 채집한 섬모시풀 192개체의 DPPH 라디칼소거능, ABTS 라디칼소거능, 총 폴리페놀함량, 총 플라보노이드 함량을 분석하였다. 이를 통하여 섬모시풀의 생육환경에 따른 항산화활성 및 생리활성물질 함량을 비교하고 이를 바탕으로 새로운 기능성 소재로 활용 가능성을 확인하고자 하였다.
재료 및 방법
식물재료
본 연구에서 사용된 섬모시풀 192개체는 2021년 7월에 고흥, 흑산도, 진도, 목포, 울릉도, 여수 등 6개 지역에서 새잎 부위를 채취하였다(Fig. 1). 채취한 시료는 동결건조를 한 후 시료분쇄기(Tisselyser II, Qiagen, Germany)를 이용하여 분쇄한 후 실험에 이용할 때까지 4℃에 보관하였다.
기상정보
6개 지역의 4월에서 7월까지의 평균온도, 최고온도, 최저온도, 일교차, 평균풍속, 평균습도는 기상청에서 제공하는 기상 자료 개방 포털 (https://data.kma.go.kr/)의 정보를 받아 분석하였다.
추출물 제조
분쇄한 섬모시풀 100 ㎎에 70% 에탄올 1 mL를 첨가한 후 진탕 배양기를 이용해 상온에서 1시간 동안 혼합한 후 원심분리기(R-5418R, eppendorf, Germany)를 이용하여 12,000 rpm으로 10분간 원심분리하였다. 그 후 상층액을 새 튜브에 옮긴 후 이를 항산화 활성 및 생리활성물질 함량 측정에 이용하였다.
DPPH 라디칼소거능
섬모시풀의 DPPH라디칼소거능은 Lee et al. (2016a)이 기술한 방법에 따라 진행하였다. 150 uM의 농도로 DPPH 시약을 100% 에탄올에 녹인 DPPH 반응 용액 150 μL에 섬모시풀 추출물 100 μL를 첨가한 후 암상태의 상온에서 30분간 반응시킨다. 이후 흡광도계(Epoch, Bio-Tec, Winooski, VT, USA)를 이용하여 517에서 흡광도를 측정하였다. 결과 값은 Ascorbic acid를 표준물질로 작성한 표준곡선으로 DPPH 라디칼소거능을 구한 후 시료 g당 ㎎ Ascorbic acid equivalent (AAE)로 표시하였다.
ABTS 라디칼소거능
섬모시풀의 ABTS라디칼소거능은 Lee et al. (2016a)이 기술한 방법에 따라 진행하였다. ABTS 반응 용액은 7 mM ABTS와 2.45 mM potassium persulfate를 혼합한 후 암상태의 상온에서 24시간 반응을 시킨 후 메탄올을 이용하여 735 ㎚에서 흡광도가 0.7 ± 0.02가 되도록 희석하여 제작한다. 제작한 ABTS 반응 용액 190 μL에 섬모시풀 추출물 10 μL를 첨가한 후 상온에서 6분간 반응시킨 후 517 ㎚에서 흡광도를 측정하였다. 결과 값은 ascorbic acid를 표준물질로 작성한 표준곡선으로 ABTS 라디칼소거능을 구한 후 시료 g당 ㎎ Ascorbic acid equivalent (AAE)로 표시하였다.
총 폴리페놀 함량
총 폴리페놀 함량은 Folin-Ciocalteu 시약이 폴리페놀 화합물에 의해 반응하여 몰리브덴 청색으로 발색 되는 원리를 이용한 방법으로 Lee et al. (2016a)이 기술한 방법에 따라 진행하였다. Folin-Ciocalteu 용액 100 μL에 섬모시풀 추출물 100 μL를 첨가한 후 상온에서 3분간 반응시킨다. 그 후 2% sodium carbonate 100 μL를 넣고 상온에서 다시 30분간 반응시킨다. 750 ㎚에서 흡광도를 측정한 후 gallic acid를 표준물질로 작성한 표준곡선으로 총 폴리페놀 함량을 구한 후 시료 g당 ㎎ Gallic acid equivalent (GAE)로 표시하였다.
총 플라보노이드 함량
섬모시풀의 총 플라보노이드 함량은 Lee et al. (2017)이 기술한 방법에 따라 진행하였다. 100 μL 섬모시풀 추출물에 메탄올에 2% 농도로 녹인aluminum chloride 용액 100 μL를 첨가한 후 10분간 상온에 반응시킨다. 그 후 430 ㎚에서 흡광도를 측정하고 quercetin을 표준물질로 작성한 표준곡선으로 총 플라보노이드 함량을 구한 후 시료 g 당 ㎎ quercetin equivalent (QE)로 표시하였다.
통계분석
본 연구 결과는 평균 ± 표준편차로 표현하였으며 R 프로그램(http://www.r-project.org)을 이용하여 통계처리 및 상관분석을 하였으며, ANOVA를 이용하여 Duncan’s multiple range test로 5% 수준에서 유의성을 검증하였다(p < 0.05).
결과 및 고찰
섬모시풀의 항산화 활성, 총 페놀함량, 총 플라보노이드 함량 비교
6개 지역에서 섬모시풀 192개체를 수집하여 항산화 활성 분석을 수행하였다(Appendix 1). DPPH 라디칼 소거능은 0.02 (R- 32)에서 1.35 (R-18) ㎎AAE/g로 평균 0.43 ± 0.01 ㎎AAE/g으로 나타났다(Table 1). ABTS 라디칼 소거능은 0.07 (R-36)에서 1.81 (R-142) ㎎AAE/g으로 평균 0.35 ± 0.01 ㎎AAE/g으로 나타났다. 기존의 많은 연구에서 모시풀의 잎 추출물의 항산화 활성을 DPPH 라디칼 소거능, ABTS 라디칼 소거능, NO 소거능, SOD 소거능, OH 소거능 등의 다양한 방법을 통하여 분석하였다(Chung et al., 2016; Jung et al., 2020; Kim et al., 2015; Lee et al., 2016b; Lee et al., 2009). Kim et al. (2015)은 70% 에탄올 모시풀잎 추출물 DPPH 라디칼 소거능(34.72 ㎍/mL)이 고구마잎 에탄올추출물(109~168 ㎍/mL, Li et al., 2012), 곤드레 잎 에탄올추출물(111.19 ㎍/mL, Lee et al., 2006)보다 우수한 전자공여 활성을 가진다고 보고하였으며, 비타민C와 DPPH라디칼 소거능(4.65 ㎍/mL)을 비교했을 때 활성이 낮지만 상당히 우수하다고 보고하였다. Jung et al. (2020)은 모시풀잎 70% 에탄올추출물에서 ABTS 라디칼 소거능(188.1 ㎍/mL)을 보인다고 하였다. 본 연구에서는 비록 기존 논문과의 직접적 비교는 어려우나 각각 섬모시풀 1g당 비타민C 0.43 ㎎ (DPPH라디칼 소거능), 0.35 ㎎ (ABTS라디칼 소거능) 수준의 항산화 활성을 확인하였다.
Table 1.
Min | Max | Mean | SD. | Median | Skewness | Kurtosis | CV (%) | F-value | |
DPPH (㎎AAE/g) | 0.02 | 1.35 | 0.43 | 0.01 | 0.34 | 0.873 | -0.085 | 75.1 | 220.7***z |
ABTS (㎎AAE/g) | 0.07 | 1.81 | 0.35 | 0.01 | 0.31 | 3.294 | 24.336 | 51.7 | 96.95*** |
TPC (ugGAE/g) | 18.6 | 234.8 | 74.5 | 1.5 | 67.5 | 1.388 | 3.813 | 46.9 | 185.7*** |
TFC (㎎QE/g) | 0.10 | 1.22 | 0.33 | 0.01 | 0.3 | 2.350 | 12.309 | 49.1 | 25.05*** |
6개 지역에서 수집한 섬모시풀 192개체의 총 폴리페놀 함량은 18.6 (R-24) 에서 234.8 (R-142) ㎍GAE/g으로 평균 74.5 ± 1.5 ㎍GAE/g을 보였으며, 총 페놀함량은 0.10 (R-110)에서 1.22 (R-142) ㎎QE/g으로 평균 0.33 ± 0.01 ㎎QE/g으로 나타났다. Jung et al. (2020)에 따르면 섬모시풀은 모시풀, 왕모시풀, 개모시풀과 비슷한 함량의 총 폴리페놀 함량을 보인다고 하였으며, 총 폴리페놀이 높을수록 항산화 효능도 우수하다고 보고하였다.
채집지에 따른 섬모시풀의 항산화 활성, 총 페놀함량, 총 플라보노이드 함량 비교
섬모시풀을 채집한 6지역의 DPPH 라디칼 소거능과 ABTS 라디칼 소거능은 Table 2와 같다. DPPH라디칼 소거능은 고흥과 울릉도에서 채집한 섬모시풀이 각각 0.53 ± 0.37, 0.52 ± 0.28 ㎎AAE/g으로 가장 높은 항산화 활성을 보였으며, 진도에서 채집한 섬모시풀이 0.27 ± 0.20 ㎎AAE/g으로 가장 낮은 활성을 보였다. ABTS라디칼 소거능에서는 울릉도에서 채집한 섬모시풀이 0.47 ± 0.36 ㎎AAE/g으로 가장 높은 항산화 활성을 보인 반면 여수(0.29 ± 0.08 ㎎AAE/g)와 흑산도(0.28 ± 0.13 ㎎AAE/g)에서 채집한 섬모시풀들이 가장 낮은 활성을 보였다.
총 폴리페놀함량은 목포(93.4±34.7 ㎍GAE/g)와 진도(90.4 ± 24.5 ㎍GAE/g)에서 채집한 섬모시풀이 가장 높은 함량을 보였으며, 여수(63.4 ± 14.6 ㎍GAE/g)와 흑산도(58.1 ± 26.3 ㎍GAE/g)에서 채집한 섬모시풀이 가장 낮은 함량을 보였다. 총 플라보노이드 함량은 울릉도가 0.49 ± 0.31 ㎎QE/g으로 가장 높았으며, 여수(0.29 ± 0.10 ㎎QE/g)와 흑산도(0.28 ± 0.14 ㎎QE/g)에서 채집한 섬모시풀이 가장 낮았다. 많은 식물에서 파이토케미칼과 항산화 활성은 생육환경에 따라 차이를 보인다고 보고되어 있다(Choe et al., 2017; Kumar et al., 2017a; Kumar et al., 2017b; Woo et al., 2012). 본 연구에서도 채집지에 따라 섬모시풀의 항산화활성과 총 페놀함량, 총 플라보노이드 함량의 차이를 보인 것은 채집지별 환경조건이 다르기 때문일 것이다. 실제, 기상청에서 받은 각 채집지별 4월에서 8월까지 환경조건을 보면, 평균 온도, 최고 온도, 최저 온도, 일교차, 평균 풍속, 평균 습도 모두 유의적 차이를 보인 것을 알 수 있다(Table 3).
Table 2.
Collection area | DPPH (㎎AAE/g) | ABTS (㎎AAE/g) | TPC (ugGAE/g) | TFC (㎎QE/g) |
Goheung (G) | 0.53 ± 0.37az | 0.35 ± 0.16b | 76.5 ± 38.2b | 0.33 ± 0.15bc |
Mokpo (M) | 0.40 ± 0.28b | 0.39 ± 0.15b | 93.4 ± 34.7a | 0.33 ± 0.10bc |
Yeosu (Y) | 0.38 ± 0.20b | 0.29 ± 0.08c | 63.4 ± 14.6c | 0.29 ± 0.10c |
Ulleungdo (U) | 0.52 ± 0.28a | 0.47 ± 0.36a | 76.9 ± 48.5b | 0.49 ± 0.31a |
Jindo (J) | 0.27 ± 0.20c | 0.39 ± 0.10b | 90.4 ± 24.5a | 0.36 ± 0.07b |
Heuksando (H) | 0.39 ± 0.35b | 0.28 ± 0.13c | 58.1 ± 26.3c | 0.28 ± 0.14c |
Table 3.
Collection Area | ATz (℃) | HT (℃) | LT (℃) | DT (℃) | AW (m/s) | AH (%) |
Goheung | 20.8 ± 5.2ax | 25.8 ± 4.8a | 16.2 ± 6.4c | 9.6 ± 3.7a | 1.3 ± 0.6e | 75.3 ± 13.2c |
Mokpo | 21.5 ± 5.5a | 25.3 ± 5.4ab | 18.4 ± 6.0a | 6.9 ± 2.3c | 3.1 ± 1.0c | 74.6 ± 13.0c |
Yeosu | 21.7 ± 5.1a | 24.9 ± 4.7ab | 19.1 ± 5.7a | 5.8 ± 2.2d | 3.6 ± 1.4b | 73.5 ± 15.9c |
Ulleungdo | 19.3 ± 5.4b | 22.5 ± 5.3c | 16.6 ± 5.9bc | 5.9 ± 2.1d | 3.3 ± 1.7bc | 80.2 ± 12.9b |
Jindo | 20.9 ± 5.4a | 25.3 ± 5.1ab | 16.6 ± 6.4bc | 8.7 ± 3.3b | 2.1 ± 0.8d | 78.4 ± 11.0b |
Heuksando | 20.4 ± 5.4ab | 24.2 ± 5.3b | 17.8 ± 5.7ab | 6.4 ± 1.7cd | 4.4 ± 2.1a | 85.2 ± 10.7a |
항산화 활성, 총 폴리페놀 함량, 총 플라보노이드 함량, 환경조건 간의 상관관계
섬모시풀의 항산화 활성, 총 폴리페놀 함량, 총 플라보노이드 함량, 기상 조간 간의 상관관계는 Fig. 2와 같다. 항산화 활성과 총 폴리페놀함량, 총 플라보노이드 함량은 모두 정의 상관관계를 보였다. DPPH 라디칼 소거능과 ABTS 라디칼 소거능(r = 0.64, p < 0.0001), 총 폴리페놀 함량(r = 0.685, p < 0.0001), 총 플라보노이드 함량(r = 0.42, p < 0.0001)과 정의 상관관계를 보였다. ABTS 라디칼 소거능은 총 폴리페놀함량(r = 0.85, p < 0.0001), 총 플라보노이드 함량(r = 0.71, p < 0.0001)과 정의 상관관계를 보였다. 총 폴리페놀 함량과 총 플라보노이드 함량도 정의 상관관계(r = 0.58, p < 0.0001)을 보였다.
환경조건과의 상관관계를 보면 DPPH 라디칼 소거능과 ABTS 라디칼 소거능은 평균온도, 최고온도, 최저온도, 일교차, 평균 풍속, 평균 습도 모두와 유의적 상관관계를 보이지 않았다. 총 폴리페놀 함량의 경우 일교차와 정의 상관관계(r = 0.15, p < 0.05)를 보였으며, 평균 풍속(r = -0.20, p < 0.01), 평균 습도(r = -0.20, p < 0.01)와 부의 상관관계를 보였다. 총 플라보노이드 함량은 평균 온도(r = -0.22, p < 0.01), 최고 온도(r = -0.17, p < 0.05), 최저 온도(r = -0.17, p < 0.05)와 부의 상관관계를 보였다. 기존의 많은 연구에서 환경과 파이토케미칼과의 상관 관계에 대해 설명한 바 있다(Choe et al., 2017; Jung et al., 2020; Kumar et al., 2017a; Kumar et al., 2017b; Šamec et al., 2022; Wang and Zheng, 2001). Wang and Zheng (2001)은 딸기 생육 시 일교차가 클수록 페놀산 및 플라보노이드 등 총 폴리페놀의 함량이 증가한다고 보고를 하였다. 유칼립투스 어린 모에서 바람의 조건에 따라 페놀함량이 변화한다고 보고 하였으며, 그 밖에 탄소 함량, 효소, 리그닌 함량 등의 변화에 영향을 준다고 보고되어 있다(Cipollini and Redman, 1999; Cipollini Jr, 1997; McArthur et al., 2010; Niesenbaum et al., 2006). Cipollini and Redman (1999)은 양파에서 풍속과 습도가 총 페놀함량과 부의 상관관계를 보인다고 보고 하였다. 상추와 케일 어린 모 시기에는 낮은 온도에 의해 높은 총 플라보노이드 함량을 보인다고 보고하였으며, 이는 낮은 온도가 PPO (polyphenol oxidase), PAL (Phenylalanine ammonia-lyase) 등의 플라보노이드 생합성 유전자에 영향을 미쳐 함량이 증가한다고 하였다(Boo et al., 2011; Šamec et al., 2022).
적 요
본 연구에서는 섬모시풀의 항산화 활성과 유용성분을 채집지역별로 측정하였다. 6개 지역에서 채집한 섬모시풀 192개체의 DPPH라디칼 소거능은 0.02 ~ 1.35 ㎎AAE/g으로 나타났으며, 고흥(0.53 ± 0.37)과 울릉도(0.52 ± 0.28)에서 채집한 섬모시풀이 가장 높은 활성을 보였다. ABTS라디칼 소거능은 0.07 ~ 1.81 ㎎AAE/g으로 울릉도(0.47 ± 0.36)에서 채집한 시료들이 가장 높은 활성을 보였다. 총 폴리페놀의 함량은 18.6 ~ 234.8 ㎍GAE/g으로 목포(93.4 ± 34.7)와 진도(90.4 ± 24.5)에서 채집한 섬모시풀이 가장 높은 함량을 보였으며, 총 플라보노이드 함량은 0.10 ~ 1.22 ㎎QE/g으로 울릉도(0.49 ± 0.31)에서 채집한 섬모시풀이 가장 높은 함량을 보였다. 상관관계 분석에서 환경조건과 항산화 활성은 유의적 관계를 보이지 않았으며 총 폴리페놀 함량은 일교차와 정의 상관을 보였고, 평균풍속, 평균 습도와는 부의 상관을 보였다. 총 플라보노이드의 경우 평균온도, 최고온도, 최저온도와 모두 부의 상관관계를 보였다. 본 연구 결과 채집지역 환경에 따라 섬모시풀의 생리활성물질 함량차이를 확인할 수 있었으며 환경요인과 상관관계가 없었던 항산화 활성의 지역적 차이는 생리활성물질의 차이에서 기인한 것으로 사료한다. 추후 채집지역별 섬모시풀의 유전적, 연차간 차이에 관한 추가적 연구가 필요하지만 본 결과는 기능성 원료로 섬모시풀의 가능성과 유용성 증대 섬모시풀 재배조건 확립을 위한 기초자료로 활용될 수 있을 것이다.