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ISSN : 1225-4339(Print)
ISSN : 2287-4992(Online)
The Korean Journal of Food And Nutrition Vol.29 No.4 pp.474-479
DOI : https://doi.org/10.9799/ksfan.2016.29.4.474

Vitamin C Quantification of Korean Momordica charantia by Cultivar, Harvest Time, and Maturity

Yun Sook Jeong, Sang Hoon Lee, Jin Song, Kyung-A Hwang, Geon Min Noh, In Guk Hwang†
Dept. of Agrofood Resources, National Academy of Agricultural Science, Rural Development Administration, Wanju 565-851, Korea
Corresponding author : In Guk Hwang, Dept. of Agrofood Resources, National Academy of Agricultural Science, Rural Development Administration, Wanju 565-851, Korea. Tel: +82-63-238-3672, Fax: +82-63-238-3844ighwang79@korea.kr
June 29, 2016 July 28, 2016 August 9, 2016

Abstract

This study aimed to investigate the concentration of vitamin C in Momordica charantia (MC) by cultivar, harvest time, and maturity. The methods for determining vitamin C levels were validated by measuring their linearity, specificity, limit of detection (LOD), limit of quantification (LOQ), precision, and accuracy using HPLC. Results showed high linearity in the calibration curve, with a coefficient of correlation (R2) of 0.9994. The LOD and LOQ values for vitamin C were 0.05 and 0.16 μg/mL, respectively. The relative standard deviations (RSDs) for intra- and inter-day precision of vitamin C measurements were 2.34 and 1.34%, respectively. Depending on cultivar, the concentration of vitamin C in MC varied from 20.75~107.31 mg/100 g, fresh weight, with an average level 68.85±25.57 mg/100 g, FW. When MC was analyzed by harvest time, the 20150612 MC showed the highest amount of vitamin C (113.20±1.89 mg/100 g, FW). On the other hand, the highest vitamin C content by maturity was 48.59±0.87 mg/100 g, FW (15 day old MC). This information on the comparative vitamin C levels of MC might be useful to food scientists and should be explored for functional food development.


국내산 여주의 지역별, 수확시기별, 숙기별 Vitamin C 함량

정 윤숙, 이 상훈, 송 진, 황 경아, 노 건민, 황 인국†
농촌진흥청 국립농업과학원 농식품자원부

초록


    Rural Development Administration
    PJ01000304

    서 론

    Vitamin C는 인체 내에서 콜라겐 합성, 철분 흡수 촉진, 이 온 흡수 촉진, 항산화 작용, 면역 기능 향상 등 많은 생물학적 반응에 참여하지만, 체내에서 합성과 저장이 되지 않기 때문 에 반드시 식품으로 섭취해야 하는 필수 수용성 비타민이다 (Lee YE 2005; Kim & Choi 2006). 대표적인 vitamin C 급원식 품으로 딸기, 오렌지, 풋고추 등이 알려져 있는데, 이는 각 식 품 100 g 당 vitamin C의 함량이 56~71 mg, 43 mg, 72 mg으로 보고되었다(RDA 2011). 여주의 vitamin C 함량은 100 g 당 잎 이 77.3 mg, 줄기가 2.5 mg, 열매는 미성숙과가 92.2 mg, 성숙 과는 84.71 mg으로 보고되었는데, 줄기를 제외한 모든 부분 이 대표적인 vitamin C의 급원식품보다 높은 수치로 나타난 다(Park 등 2007).

    여주(Momordica charantia)는 박과에 속하는 한해살이 넝 쿨성 풀로서 콩팥모양의 원형의 큰 잎을 가지고 있으며, 전체 적으로 뭉뚝하고 혹 모양의 도드라진 돌기가 덮여있는 열매 를 맺는다(Park 등 2015). 여주의 열매는 아미노산, 무기질, 비타 민 및 식이섬유가 풍부하며, 주요 활성성분으로는 triterpenoids, polypeptides, saponins, alkaloids, flavonoids, phenolic acids, carotenoids 등으로 알려져 있다(Kim 등 2013; Moon & Choi 2014; Ahn 등 2015). 이러한 활성성분을 기반으로 여주는 항 산화 활성, 항당뇨 효과, 탄수화물 분해효소 저해 활성 및 항 염증 활성, 항균 및 항 발암 효과, 콜레스테롤 저하 등의 다양 한 생리활성이 보고되었으며(Bea SJ 2002; Jeong 등 2008, Boo 등 2009; Kim MW 2013; Nam & Kim 2015), 뛰어난 생리활성 으로 소비자들의 관심이 증가함에 따라 우리나라에서도 경 남 함양과 전북 정읍지역을 중심으로 여주가 재배되어 마트, 청과물 매장, 약재시장 등에서 생과나 건과, 환이나 차로 가 공하여 판매되고 있다(Lee 등 2012; Lee 등 2015).

    그러나 여주를 오랜 시간동안 약제로 사용해온 중국과 인 도, 기능성 채소로 식용해온 인도네시아 및 동남아시아와 달 리 우리나라는 주로 관상용으로 재배되어 왔기 때문에 우리 나라에서 재배되고 있는 여주에 대한 연구 자료가 미미한 실 정이다(Park 등 2007). 특히 영양지표인 vitamin C의 경우, 구 체적인 재배지역별, 숙기별, 수확시기에 따른 vitamin C 함량 변화에 대한 연구가 부족하다. 따라서 본 연구에서는 vitamin C 분석법 검증 과정을 통해 분석결과의 신뢰도를 확보하고, 국내산 여주의 재배지역별, 수확시기별, 숙기별에 따른 여주 의 vitamin C 함량을 비교 분석하여 식생활에서의 영양정보 제공을 위한 연구의 기초자료를 제시하고자 한다.

    재료 및 방법

    1.재료 및 시약

    본 연구에서 사용한 여주는 전국 20개의 지역에서 2015년 8월에 구입하였고, 수확시기별 및 숙기별 vitamin C 분석에 사 용한 여주는 경상남도 함양에서 구입하여 시료로 사용하였 다. 여주는 공급받은 즉시 일정크기로 잘라 동결건조 후 분쇄 한 다음 -70℃의 냉동고에 보관하면서 vitamin C 분석용 시 료로 사용하였다. Vitamin C, tris-2-carboxyethylphosphine(TCEP), meta-phosporic acid, ethylenediaminetetraacetic acid disodiumsalt (EDTA), 2-octanol trifluoroacetic acid(TFA) 표준품을 Sigma- Aldrich(St. Lousis, MO, USA)에서 구입하였고, 그 밖의 시약 은 analytical 및 HPLC 등급을 사용하였다.

    2.추출물의 조제

    Vitamin C 추출은 동결 건조된 시료 0.20±0.01 g을 50 mL centrifuge tube에 담아 100 mM EDTA와 5 mM TCEP가 포함 된 5% MPA 용액 40 mL를 가하고, 2,000 rpm에서 homogenizer (Polytron RT 2500 E, Kinematica AG, Luzern, Switzerland)로 1분간 균질화시켰다. 추출한 다음 3,000 rpm에서 10분간 원 심분리(Union 55R, Hanil Science industrial Co., Inchen, Korea) 하여 상등액을 최종 50 mL로 정용하였다. 추출물은 0.2 μm syringe filter로 여과하여 분석용 시료로 사용하였다.

    3.Vitamin C 분석

    Vitamin C 함량은 HPLC(Waters 2695, Milford, MA, USA) 로 분석하였다. Column으로 Mightysil RP-18 GP column(4.6× 250 mm, 5 μm, Kanto chemical, Tokyo, Japan)을 사용하였고, 온도는 20℃로 유지하였다. 이동상은 0.1% TFA를 0.6 mL/ min 속도로 흘려주었고, 시료 10 μL를 주입하여 UV detector 를 사용하여 254 nm에서 분석하였다.

    4.분석법 검증

    여주의 vitamin C 분석을 위하여 분석법에 대한 직선성 (linearity), 검출한계(limit of detection, LOD), 정량한계(limit of quantification, LOQ), 정밀성(precision) 및 정확성(accuracy)을 검증하였다. 직선성은 vitamin C 표준물질을 0.5, 1, 5, 10, 20, 40 μg/mL로 단계적으로 희석한 용액을 4회 반복 분석하여 표 준용액의 피크 면적과 농도를 변수로 검량선을 작성하고, 검량 선의 상관계수(R2) 값을 이용하여 확인하였다. 분석물의 vitamin C에 대한 검출 및 정량이 가능한 최저 농도를 확인하여 위한 검출한계는 3.3×δ/s(δ: 반응의 표준편차, s: 표준검량선의 기 울기), 정량한계는 10×δ/s 식을 이용하여 계산하였다. 정밀성 은 하나의 균질화된 시료(함양 여주)를 준비한 후 intra-day test와 inter-day test로 나누어 실험을 실시하였다. Intra-day test는 하루 동안 5회 반복 측정한 결과로, inter-day test는 5일 동안 하루에 3회 반복 측정한 결과의 상대표준편차(RSD)를 측정하여 평가하였다. 정확성은 함양 여주로 회수율(recovery) 시험을 통하여 확인하였고, vitamin C 표준용액은 0.5, 1, 2, 4 mg/mL 농도로 준비하여 사용하였다. 각각의 vitamin C의 추출 과정에 따라 추출한 뒤 HPLC 분석을 통하여 얻은 각각 의 농도의 비를 이용하여 아래의 공식에 의해서 회수율을 계 산하였다.

    Recovery (%) = C s p i k e d s a m p l e C s a m p l e C a d d × 100

    • C spiked sample : Concentration of test sample added standard solution

    • C sample : Concentration of test sample

    • C add : Concentration of standard solution

    5.통계분석

    통계분석은 SPSS 통계프로그램(Statistical Package for the Social Science, Ver. 12.0, SPSS Inc., Chicago, IL, USA)을 이용 하여 각 측정군의 평균과 표준편차를 산출하고, 처리 간의 차 이 유무를 one-way ANOVA(analysis of variation)로 분석한 뒤 Duncan’s multiple rage test를 이용하여 p<0.05 수준에서 유의 성을 검정하였다.

    결과 및 고찰

    1.분석법 검증

    Vitamin C 표준물질을 0.1, 0.5, 1, 5, 10, 20, 40 μg/mL로 추 출용매로 희석한 후 HPLC로 분석하여 검량선을 작성하였다. 검량선의 회귀식은 y=39.676x+8.5385이며, 상관계수(R2)는 0.9994로 나타났다. 분석 물질의 검출이 가능한 최저 농도인 검출한계(LOD)와 정량이 가능한 최저 농도인 정량한계 (LOQ)는 반응의 표준편차와 검량선의 기울기에 근거하여 산 출한 결과, 각각 0.05 μg/mL 및 0.16 μg/mL로 나타났다(Table 1). 분석치 간의 일치 정도를 판단하기 위한 정밀성은 intra-day test와 inter-day test를 시행하여 상대표준편차를 산출하여 나 타냈다. Intra-day test와 Inter-day test 결과의 상대표준편차는 각각 2.34% 및 1.34%로 5% 이하의 우수한 정밀성을 나타내 었다(Table 2). 정확성은 회수율을 측정하여 확인하였다. Vitamin C의 회수율은 98.66~101.74% 범위로 나타났으며, 상대표준 편차는 1.68~3.66% 범위로 나타나 높은 정확성을 나타내었다 (Table 3).

    2.지역별 여주의 vitamin C 함량

    국내에서 판매되고 있는 여주 20곳에 대한 vitamin C 함량 을 분석한 결과는 Table 4와 같이 나타났다. 분석결과, vitamin C의 함량은 20.75~107.31 mg/100 g, FW의 범위로 함량 차이 가 많이 나타났으며, 평균 함량은 68.85±25.57 mg/100 g, FW 로 나타났다. 지역별 여주의 vitamin C 분석결과, 충청남도의 천안 1의 여주가 20.75±0.19 mg/100 g, FW로 가장 낮았고, 전 라남도의 나주 2의 여주가 107.31±2.94 mg/100 g, FW로 가장 높았다. 일조량, 기온, 접목, 재배방식, 작형 등의 지상부 재배 조건과 토양의 온도, 수분조건 등과 같은 지하부 재배 조건이 과채류의 품질에 영향을 준다는 연구에 근거하여 지역별 여 주에 함유된 vitamin C의 함량 차이는 품종, 재배법, 토양, 수 분공급, 일조량 등과 같은 재배환경의 차이로 비롯한 결과로 생각된다(Kim & Lee 2001). 추후 더 세분화된 재배환경에 따 른 여주의 vitamin C 함량 차이에 대한 연구가 수행되어야 할 것으로 생각된다.

    3.수확시기별 여주의 vitamin C 함량

    국내의 여주 생산량이 가장 많은 경상남도 함양의 여주로 수확시기별 여주의 vitamin C 함량을 분석하였다. 우리나라 의 여주의 수확 시기는 5월 말부터 9월 중순으로 이에 따라 각 시기별로 숙기 15일차의 여주를 수확하여 vitamin C 함량 을 분석한 결과는 Table 5와 같이 나타냈다. Vitamin C의 함 량은 6월에 수확한 여주가 113.20±1.89 mg/100 g, FW로 가장 많았고, 9월에 수확한 여주가 33.91±2.51 mg/100 g, FW로 가 장 낮았다. 여주의 vitamin C 함량은 6월까지는 vitamin C의 함량이 증가하다가 7월부터 그에 절반 수준으로 급감하였고, 8월에 다시 소폭 증가하다가 다시 감소하는 것을 확인하였 다. 이러한 결과는 메탄올로 추출한 부추의 vitamin C 함량이 325.41±2.59 mg/100 mL에서 249.36±2.39 mg/100 mL로 수확 시기가 늦어질수록 감소한다는 연구결과와 비슷한 경향을 보였다(Moon 등 2003). Vitamin C는 생육 시, 광량과 생육온 도에 따라 함량에 많은 영향을 받는다. 광량은 일조시간이 길 수록, 광도가 높을수록 vitamin C가 합성되어 함량이 증가되 는 반면, 생육 온도는 온도가 낮을수록 ascorbic acid oxidation 이 감소되어 vitamin C의 함량이 높게 나타났다(Shewfelt RL 1990, Mozafar A 1994). 따라서 본 실험에서 5, 6월에 재배한 여주의 vitamin C 함량의 증가는 일조시간과 광도의 높은 영 향으로 광량이 증가함에 따라 vitamin C의 합성량이 증가하 여 함량이 증가한 것으로 보이며, 7월부터는 일조시간과 광도 가 증가했지만, 생육온도 또한 상승하여 ascorbic acid oxidation 의 증가에 따라 vitamin C의 함량이 감소한 것으로 해석할 수 있다. 즉, 7월에 수확한 여주는 광량보다 생육온도에 의한 효 과가 더 높게 나타난 것으로 사료된다. 8월의 경우, vitamin C 의 함량이 소폭 상승하여 나타났는데, 생육온도에 의한 vitamin C의 감소보다 일조시간과 광도가 최고조에 도달하여 vitamin C 합성이 더 많은 영향을 미친 것으로 보이며, 9월에는 광량 이 다시 감소하여 vitamin C의 함량이 감소한 것으로 생각된 다. 이러한 결과는 광량과 광질이 좋은 여름에 재배한 파슬 리가 겨울에 재배한 파슬리보다는 높지만, 가을에 재배한 파 슬리보다 vitamin C의 함량이 낮은 연구결과와 비슷한 경향 을 보인다(Yang 등 2007). 하지만 재배시기에 따라 광량과 생 육온도의 영향력이 다른 만큼 광량과 생육온도의 세부적인 여주의 vitamin C 함량 차이에 대한 연구가 수행되어야 할 것 으로 사료된다.

    4.숙기별 여주의 vitamin C 함량

    경상남도 함양에서 재배한 여주의 숙기별 vitamin C의 함 량을 분석한 결과는 Table 6과 같이 나타내었다. 숙기 5일차 와 10일차의 경우 각각 0.68±0.06, 0.53±0.10 mg/100 g, FW로 비슷한 수준의 아주 낮은 함량을 보였다. 하지만 숙기 15일차 의 여주에서 vitamin C의 함량이 급증하여 48.59±0.87 mg/100 g, FW로 가장 높았고, 이후 20일차 여주는 30.05±4.55 mg/100 g, FW, 25일차 여주는 26.25±0.23 mg/100 g, FW로 점차 감소 하였다. 이러한 결과는 함량 차이는 있지만 외래종인 ‘에라 부’가 개화 후 1주일 후에 5~10 cm 크기로 자란 여주는 vitamin C 함량이 낮지만, 개화 후 2주일 후에 11~15 cm로 자 란 여주에서 vitamin C의 함량이 급격하게 증가하다가 다시 개화 후 3~4주 후의 16 cm 이상으로 자란 여주에서 vitamin C 함량이 감소한 연구결과와 비슷한 양상을 보인다(Lee 등 2015). 또한 뜰보리수 과실이 미숙과실일 때 총 vitamin C의 함량이 87.32 mg/100 g, FW, 과숙과실일 때 46.77 mg/100 g, FW, 과수과실일 때 30.14 mg/100 g, FW로 성숙 중에 vitamin C 함량이 감소하는 경향을 나타내는 연구와 성장 초기인 5월 의 물추출한 감잎에는 1,487.12 mg/100 mL인 vitamin C의 함 량이 감잎의 성장에 따라 6월 20일경까지 계속적으로 증가 하다 7월 초에 1,012.45 mg/100 mL까지 감소하는 연구결과 와 비슷한 경향을 보였다(Kim & Lee 2002; Hong 등 2006). 일반적으로 여주는 껍질이 초록색인 상태의 미성숙한 상태 로 섭취하는데, 본 실험 결과 숙기 15일차의 미성숙한 상태 의 여주의 vitamin C의 함량이 가장 높아, 숙기 15일차의 여 주가 vitamin C를 효과적으로 섭취하는데 가장 적절한 시기 라고 판단된다.

    요 약

    본 연구에서는 vitamin C 분석법을 검증하고, 국내산 지역 별 여주와 재배 시기별, 숙기별 여주의 vitamin C 함량을 분석 하였다. Vitamin C 분석법을 검증하기 위해 직선성, 검출한 계, 정량한계, 정밀성 및 정확성을 확인하였고, 그 결과 직선 성의 상관계수 값은 0.9994, 검출한계는 0.05 μg/mL, 정량한 계는 0.16 μg/mL, 정밀성의 상대표준편차는 intra-day test에서 는 2.34 %, inter-day test에서는 1.34%이었고, 정확성인 회수 율은 98.66~101.74%로 95% 이상의 높은 회수율을 보였다. 여 주는 지역별로 vitamin C를 분석한 결과 20.75~107.31 mg/100 g, FW로 함량 차이가 높았으며, 평균 함량은 68.85±25.27 mg/ 100 g, FW로 나타났다. 평균 함량을 기준으로 구분하였을 때, 전라북도 지역에서 재배한 여주는 평균보다 낮은 함량을 보 였고, 전라남도 지역에서 재배한 여주는 영암을 제외하고 모 두 평균보다 높은 함량을 보였다. 수확시기별 여주의 vitamin C의 함량은 재배 초기 6월까지 vitamin C의 함량이 113.20±1.89 mg/100 g, FW로 증가하였다가 점차 감소하는 경향을 보였다. 또한 숙기별 vitamin C의 함량은 성장 초기에는 vitamin C의 함량이 0.53~0.68 mg/100 g, FW로 낮은 수준이었지만 숙기 15일차에서는 vitamin C의 함량이 48.59±0.87 mg/100 g, FW 까지 증가하였다가 점차 감소하는 것을 확인하였다. 이처럼 여주의 vitamin C 함량은 지역별 생육환경에 따라, 재배 시기 별, 숙기별에 따라 함량 차이가 나타났으며, 기능성 식품원료 의 개발과 추후 연구의 기초자료로 활용이 가능할 것으로 기 대된다.

    감사의 글

    본 연구는 농촌진흥청 공동연구사업(PJ01000304)의 지원 에 의해 이루어진 것임.

    Figure

    Table

    Regression equation, limits of detection (LOD) and limits of quantification (LOQ) of vitamin C (n=4)
    Intra- and inter-day precision for vitamin C analysis
    1)Mean±S.D. in quintuplicate (n=6).
    2)FW: Fresh weight
    3)RSD: relative standard deviation.
    Recoveries of vitamin C for the validation of analytical methods
    1)RSD: relative standard deviation.
    Vitamin C contents of various Momordica charantia cultivars culivated in Korea
    1)Mean±S.D. in quintuplicate (n=3).
    2)FW: Fresh weight
    3)RSD: relative standard deviation.
    4)Any means in the same column followed by the same letter are not significantly (p<0.05) different by Duncan's multiple range test.
    Vitamin C contents of Momordica charantia by harvest time
    1)Mean±S.D. in quintuplicate (n=3).
    2)FW: Fresh weight
    3)RSD: relative standard deviation.
    4)Any means in the same column followed by the same letter are not significantly (p<0.05) different by Duncan's multiple range test.
    Vitamin C contents of Momordica charantia by maturity
    1)Mean±S.D. in quintuplicate (n=3).
    2)FW: Fresh weight
    3)RSD: relative standard deviation.
    4)Any means in the same column followed by the same letter are not significantly (p<0.05) different by Duncan's multiple range test.

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