서 언
재료 및 방법
공시재료 및 추출 방법
LC-ESI-MS 분석
HPLC-PDA 분석
통계처리
결과 및 고찰
LC-ESI-MS 분석
추출용매에 따른 폴리페놀 화합물의 함량 비교
부위에 따른 폴리페놀 화합물의 함량 비교
적 요
서 언
인구의 고령화와 삶의 질 향상으로 건강에 관한 관심이 높아짐에 따라 기능성 식품과 의약품의 수요가 증가하고 있으며, 그에 따라 바이오산업 분야의 자원식물 유래 천연물에 대한 수요와 활용 기술 개발이 증가하는 추세이다(Song et al., 2020). 산업 분야에 이용되는 식물 유래 천연물의 대부분을 차지하는 이차 대사산물은 항산화 효과와 다양한 기능성을 가지며(Twaji and Hasan, 2022), 이차 대사산물은 식물이 생물적, 비생물적 스트레스에 대응하는 기능을 수행하기도 한다(Yeshi et al., 2022). 식물의 대표적인 이차 대사산물인 폴리페놀 화합물은 페놀산류, 플라보노이드류, 스틸벤류, 쿠마린류, 탄닌류 등으로 나뉜다(Shahidi and Yeo, 2018). 폴리페놀 화합물은 항산화 효과가 우수하고 인공 화합물에 비해 적은 부작용을 가지며, 산업화의 지표 물질로 이용되고 있어(Tapsell et al., 2006), 식물에 함유된 폴리페놀 화합물의 구성과 함량을 분석하는 것이 필요하다(Tran et al., 2023).
덩굴모밀(Persicaria chinensis)은 마디풀과(Polygonaceae)에 속하는 여러해살이풀이다. 덩굴모밀은 동아시아, 인도, 북미지역에 분포하며 우리나라에서는 제주도 해안가에 제한적으로 자생하는 산림청 지정 희귀식물로 세계자연보전연맹(IUCN)에서는 멸종위기종(CR)으로 분류하였다(Korea National Arboretum, 2012). 덩굴모밀은 항박테리아, 항균, 항염 활성을 가져 자원화 가능성이 높은 식물이다(Hossen et al., 2015; Lai et al., 2012). 또한 희귀식물의 산업적인 이용은 경제적 이점 외에도 재배 면적 증가에 따른 자원 보존 등의 장점이 있다(Cao et al., 2020).
Persicaria속의 폴리페놀 화합물에 관한 연구는 P. maculosa, P. sagittata 등의 종을 대상으로 수행되었으며(Quesada-Romero et al., 2020; Sahidin et al., 2020), 최근 덩굴모밀을 소재로 LC-MS 분석을 이용한 폴리페놀 화합물 식별 연구가 수행되었으나(Chen et al., 2020; Yang et al., 2024), 폴리페놀 화합물의 함량 분석과 관련된 연구는 부족한 실정이며, 덩굴모밀의 이용을 위해 추출용매, 부위별 함량 분석 등 다양한 연구가 필요하다. 따라서 본 연구는 희귀식물인 덩굴모밀의 폴리페놀 프로파일링을 통해 폴리페놀 화합물을 확인하고 추출용매와 부위에 따른 유용성분의 함량을 비교하여 천연물 원료로서의 활용 가능성에 대한 정보를 제공하고자 하였다.
재료 및 방법
공시재료 및 추출 방법
본 연구에서 사용된 덩굴모밀은 국립세종수목원으로부터 식물체를 분양받았으며(관리번호 : SJNA2020-002103-001), 2024년 10월에 충북 옥천군 이원면 윤정리 생산단지에서 재배 중인 개체를 채취하여 사용하였다. 덩굴모밀 종 동정은 국립세종수목원 김혜원 연구원이 하였다. 채취한 시료는 수세하여 이물질을 제거하고 동결건조(FD5508, Ilshin BioBase, Yangju, Korea) 후 분쇄하여 실험에 이용할 때까지 –80℃에서 보관하였다.
추출용매에 따른 유용성분 함량 비교를 위해 덩굴모밀 전초를 1:50 (w/v) 비율로 70% 메탄올, 70% 에탄올, 증류수를 첨가하여 60℃에서 24시간 동안 항온수조를 이용하여 침지 추출(NB-301L, NBIOTEK, Bucheon, Korea)하였으며, 부위별 유용성분 함량 비교를 위해 덩굴모밀의 잎, 줄기, 뿌리를 각각 1:50 (w/v) 비율로 70% 에탄올을 첨가하여 60℃에서 24시간 동안 항온수조를 이용하여 침지 추출하였다. 추출물은 20분간 4,000 rpm으로 원심분리하여 상등액을 실험에 사용하였다.
LC-ESI-MS 분석
분자량 분포에 따른 폴리페놀 화합물 탐색을 위해 덩굴모밀 70% 메탄올 추출물을 0.45 ㎛ syringe filter (HENKE-JECT, Tuttlingen, Germany)로 여과하여 분석에 사용하였다. 정성분석은 Triple TOF 5600+ (AB Sciex company, Concord, ON, Canada)와 Waters Cortex C18 column (150 × 2.1 ㎜, 1.6 ㎛, Waters Corp., Milford, MA, USA)이 장착된 Thermo Ultimate 3000 (Thermo Scientific, MA, USA)을 사용하였다. 컬럼온도는 45℃, 유속은 0.25 mL/min, 시료 주입량은 10 μL로 하여 검출파장 280 ㎚에서 분석하였으며, 분석조건은 Table 1과 같다(Kang et al., 2024).
Table 1.
MS information for P. Chinensis ESI-MS analysis.
HPLC-PDA 분석
추출용매와 부위에 따른 폴리페놀 화합물의 함량을 측정하기 위해 덩굴모밀 추출물과 메탄올에 용해한 표준물질을 0.45 ㎛ syringe filter로 여과하여 분석에 사용하였다. Thermo Ultimate 3000 (Thermo scientific, MA, USA)과 Hypersil GOLD C18 (250 × 4.6 ㎜, 5 ㎛, Thermo scientific, MA, USA)을 이용하여 컬럼온도 45℃, 유속은 0.5 mL/min, 시료 주입량은 10 μL로 하여 검출파장 280 ㎚에서 분석하였으며, 분석조건은 Table 2와 같다. 모든 용매는 사용 전 탈기 및 여과하였다. 시료의 검출시간(retention time, RT)을 표준물질의 스펙트럼과 비교하여 정성 평가를 수행하였으며, 덩굴모밀 추출물의 피크 면적을 기준으로 표준물질의 검량선을 이용하여 정량 분석하였다.
Table 2.
HPLC condition for polyphenol compound.
통계처리
모든 실험은 3회 이상 반복 실험하여 수집된 데이터를 평균과 표준편차로 나타냈다. 통계처리는 R program (Ver 4.2.2)을 이용하여 평균 간 유의차를 95% 수준에서 일원분산분석(One-way ANOVA)을 실시하고, Duncan’s multiple range test로 유의적 차이를 검정하였다.
결과 및 고찰
LC-ESI-MS 분석
LC-ESI-MS 분석을 통해 덩굴모밀 추출물의 폴리페놀을 프로파일링하여 gallic acid (m/z 170.0), neochlorogenic acid (m/z 354.1), corilagin (m/z 634.1), ellagic acid (m/z 302.0), miquelianin (m/z 478.1) 등 12종의 폴리페놀 화합물을 확인하였다(Fig. 1, Table 3). 프로파일링 결과 확인된 폴리페놀 화합물 중 기능성이 보고된 8종(gallic acid, neochlorogenic acid, corilagin, geraniin, ellagic acid, rutin, miquelianin, hirsutrin)의 폴리페놀 화합물에 대해 HPLC 분석을 하였으나 rutin과 hirstrin은 확인되지 않았다(Fig. 2). 덩굴모밀 추출물에서 확인된 6종(Gallic acid, neochlorogenic acid, corilagin, geraniin, ellagic acid, miquelianin)의 ESI-MS 데이터는 Fig. 3과 같다. Gallic acid는 높은 항산화, 항염증 활성에서 기인한 다양한 약리적 특성을 가지며(Kahkeshani et al., 2019), neochlorogenic acid는 항암 예방 및 치료에 효과가 있다고 보고되었다(Thurow, 2012). 또한 corilagin과 geraniin은 간 보호, 항암 등 여러 약리활성을 가진다고 보고되었다(Li et al., 2018; Perera et al., 2015). 덩굴모밀 추출물에는 항염증과 신경 보호 효능을 가진 ellagic acid와 항알레르기 효과를 가진 miquelianin 등(Choi et al., 2021; Ríos et al., 2018) 여러 폴리페놀 화합물이 함유되어 산업 소재로 이용될 가능성이 매우 높다. 선행연구에서 확인된 gallic acid, ellagic acid, geraniin, corilagin은 본 연구에서도 동일하게 확인되었으나 hyperoside, quercitrin, avicularin, quercetin, chenulagic acid, enyssoside 등의 물질들은 본 연구에서 확인되지 않았다(Chen et al., 2020; Yang et al., 2024). 이는 분석 장비의 종류와 방법에 따라 검출되는 화합물이 달라진 것으로 사료된다.
Table 3.
LC-ESI-MS profiling of P. chinensis in positive and negative ionization modes.
| Retention time (min) | Molecular weight | Proposed structure |
| 3.05 | 170.0 | Gallic acidy |
| 6.65 | 356.1 | Coumaroyl + C6H9O8y |
| 7.47 | 354.1 | Neochlorogenic acidy |
| 8.09 | 356.1 | Coumaroyl + C6H9O8y |
| 9.66 | 338.1 | 3-p-Coumaroylquinic acidy |
| 13.90 | 634.1 | Corilaginy |
| 14.54 | 952.1 | Geraniiny |
| 19.15 | 302.0 | Ellagic acidzy |
| 19.45 | 610.2 | Rutinz |
| 19.60 | 478.1 | Miquelianinzy |
| 19.80 | 464.1 | Hirsutrinzy |
| 22.57 | 506.1 | Quercetin-3-O-glucose-6''-acetatezy |
추출용매에 따른 폴리페놀 화합물의 함량 비교
덩굴모밀 전초를 이용하여 추출하여 확인된 폴리페놀 화합물의 추출용매에 따른 함량을 비교한 결과는 Table 4와 같다. Gallic acid는 열수 추출물에서 1.92±0.05 ㎎/g으로 함량이 가장 높았으며, 70% 에탄올 추출물에서 0.62±0.11 ㎎/g으로 함량이 가장 낮았다. Corilagin의 함량은 70% 메탄올 추출물에서 2.38±0.08 ㎎/g으로 가장 높아 선행 연구 결과와 유사하였으며(Prasad et al., 2009), geraniin, ellagic acid, miquelianin의 함량은 70% 메탄올 추출물에서 가장 높았고 열수 추출물에서 가장 낮았다. 본 연구 결과는 일반적으로 이차 대사산물의 함량이 열수 추출보다 유기용매 추출 시 높다는 보고와 유사한 결과를 보였다(Choi et al., 2024). 덩굴모밀 70% 에탄올 추출물의 폴리페놀 화합물 함량은 70% 메탄올 추출물에 비해 낮았으나 유사한 값을 가지고, 메탄올 용매는 독성으로 인해 추출 및 정제에 어려움이 있어(Tephly and McMartin, 2020) 이차 대사산물 추출에 주로 사용되는 에탄올이 덩굴모밀의 자원화를 위한 추출용매로 적합할 것으로 사료된다(Roopashree and Naik, 2019). 또한 추출용매의 농도는 추출되는 물질의 함량에 영향을 주어(Prasad et al., 2009), 덩굴모밀의 이용을 위해 폴리페놀 화합물 추출용매의 최적 농도에 대한 추가 실험이 필요할 것으로 판단된다.
Table 4.
Polyphenol contents of whole plant parts of P. chinensis depending on the extraction solvents.
| Compound | Contents (㎎/g) | ||
| 70% MeOH | 70% EtOH | Water | |
| Gallic acid | 1.17±0.09bz | 0.62±0.11c | 1.92±0.05a |
| Neochlorogenic acid | 4.70±0.19a | 3.48±0.39b | 3.84±0.13b |
| Corilagin | 2.38±0.08a | 2.16±0.19b | 1.91±0.04c |
| Geraniin | 7.81±0.34a | 5.03±0.23b | 2.18±0.28c |
| Ellagic acid | 1.91±0.12a | 1.67±0.22a | 0.28±0.12b |
| Miquelianin | 1.23±0.15a | 0.88±0.06b | 0.66±0.03c |
부위에 따른 폴리페놀 화합물의 함량 비교
70% 에탄올을 용매로 추출한 덩굴모밀 부위별 추출물의 폴리페놀 화합물 함량을 비교한 결과는 Table 5와 같다. 덩굴모밀 잎에서 6종의 폴리페놀 화합물이 모두 확인되었으나 줄기에서는 miquelianin이 검출되지 않았고, 뿌리에서는 gallic acid만 검출되었다. 덩굴모밀 뿌리의 gallic acid 함량은 0.78±0.05 ㎎/g으로 가장 높았으며, 줄기의 함량은 0.65±0.07 ㎎/g, 잎의 함량은 0.40±0.05 ㎎/g이었다. 동일 속인 P. hydropiper 메탄올 추출물의 gallic acid 함량이 0.2 ㎎/g으로 덩굴모밀의 gallic acid 함량보다 낮았다(Mahnashi et al., 2022). 또한 식물의 이차 대사산물은 부위에 따라 함량이 다를 수 있으며(Azmir et al., 2013), gallic acid를 제외한 다른 폴리페놀 화합물은 부위 중 잎에서 가장 높은 함량을 가졌다.
Persicaria속의 식물을 대상으로 한 neochlorogenic acid, corilagin, geraniin, miquelianin의 함량 분석은 본 연구에서 처음 수행되었으며, 덩굴모밀의 ellagic acid 함량은 주로 ellagic acid 생산에 이용되는 블랙베리(1.5 ㎎/g), 라즈베리(1.5 ㎎/g)에 비해 높은 값을 가져 덩굴모밀의 이용 가능성을 확인하였으나(Muthukumaran et al., 2017) Punica ganatum (12.8 ㎎/g) 등의 종보다 낮은 값을 가져(Aguilera-Carbo et al., 2008) 함량 증진 연구가 필요할 것으로 판단된다.
덩굴모밀 잎의 폴리페놀 화합물 함량은 줄기, 뿌리보다 높은 값을 가지며, 덩굴모밀 전초 70% 에탄올 추출물의 함량과 유사하여 덩굴모밀 전초의 폴리페놀 함량 양상은 잎에서 기인하는 것으로 판단되어 덩굴모밀 부위 중 잎이 자원화 소재로 적합한 것으로 사료된다. 이러한 결과를 종합하여 볼 때 덩굴모밀의 기능성 소재로의 활용 가능성이 높은 것으로 보이며, 자원화 개발을 위해 세포 및 동물 실험 등 추가적인 검증이 필요할 것으로 판단된다.
Table 5.
Polyphenol contents of P. chinensis extracted with 70% EtOH depending on the plant part.
| Compound | Contents (㎎/g) | ||
| Leaf | Stem | Root | |
| Gallic acid | 0.40±0.04cz | 0.65±0.07b | 0.78±0.05a |
| Neochlorogenic acid | 3.63±0.17a | 0.52±0.09b | ND |
| Corilagin | 2.26±0.12a | 1.58±0.12b | ND |
| Geraniin | 5.06±0.38a | 3.71±0.40b | ND |
| Ellagic acid | 1.79±0.16a | 0.83±0.08b | ND |
| Miquelianin | 0.77±0.03 | NDy | ND |
적 요
본 연구는 희귀식물인 덩굴모밀의 자원식물 개발을 위한 정보를 제공하고자 수행되었다. 덩굴모밀 추출물의 폴리페놀 프로파일링을 통해 유용성분을 선발하고, 추출용매와 부위 따른 유용성분 함량을 비교하였다. 폴리페놀 프로파일링을 통해 덩굴모밀 추출물에서 12개의 폴리페놀 화합물을 확인하였으며, HPLC 분석으로 확인된 6종(gallic acid, neochlorogenic acid, corilagin, geraniin, ellagic acid, miquelianin)의 추출용매 별 함량을 비교한 결과, gallic acid는 열수 추출물에서 1.92±0.05 ㎎/g로 가장 높은 함량을 보였으며 다른 물질들은 70% 메탄올 추출물에서 높은 값을 보였다. 식물 부위에 따른 폴리페놀 화합물의 함량은 gallic acid는 뿌리에서 0.78±0.05 ㎎/g로 함량이 가장 높았으며, neochlorogenic acid, corilagin, geraniin, ellagic acid, miquelianin은 잎 부위에서 함량이 가장 높았다. 덩굴모밀의 잎은 많은 함량의 폴리페놀 화합물을 함유하고 있어 건강기능식품 등 바이오산업 소재로의 이용 가치가 있음을 확인하였으며, 향후 유용성분의 함량 증진과 재배 기술 개발 등의 연구가 필요할 것으로 판단된다.
