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ISSN : 1225-4339(Print)
ISSN : 2287-4992(Online)
The Korean Journal of Food And Nutrition Vol.31 No.2 pp.220-228
DOI : https://doi.org/10.9799/ksfan.2018.31.2.220

Analyses of the Volatile Flavor Composition of Burdock (Arctium lappa L.) Leaves according to Harvesting Season

Hyang-Sook Choi
Dept. of Food Nutrition, Kyungin Women’s University, Incheon 21041, Korea
Corresponding author: Hyang-Sook Choi, Dept. of Food Nutrition, Kyungin Women’s University, Incheon 21041, Korea. Tel: +82-32-540-0272, Fax: 82-2-540-0275, E-mail: hschoi@kiwu.ac.kr
02/01/2018 28/01/2018 03/02/2018

Abstract


This study investigated the chemical composition of burdock (Arctium lappa L.) leaves essential oil, and the quantitative changes of the major terpene compounds according to the specific harvesting season. The essential oils obtained by the hydrodistillation extraction (HDE) method from the aerial parts of the burdock leaves were analyzed by gas chromatography (GC) and GC-mass spectrometry (GC-MS). The essential oil composition of this plant was characterized by the higher content of phytol and 6,10,14-trimethyl-2-pentadecanone. Seventy seven (98.28%) volatile flavor compounds were identified in the essential oil from the burdock leaves harvested during the spring season of 2012, and phytol (33.47%) and 6,10,14-trimethyl-2-pentadecanone (32.47%) were the most abundant compounds. Eighty eight (99.08%) compounds were identified in the essential oil from the leaves harvested during the autumn season of 2012, and in this case, phytol (37.35%) and 6,10,14-trimethyl-2-pentadecanone (34.67%) were also the most abundant compounds. These two volatile components were confirmed as the major oil components of the burdock leaves during the time of any harvest. The ratio between the two components contained in the burdock essential oils did not differ significantly by harvesting season. But overall, the essential oil harvested during the spring season contained 65.94% of the two major components, while for the essential oil harvested during the autumn season, the total amount of these two major components was 72.02%. While the main ingredients of the essential oils were found to be unchanged from one harvest time to the next, it was found to differ in content. For the burdock leaves, the quality index of the volatile constituents according to the harvest time would be more useful for utilizing the total quantity other than the proportion between phytol and 6,10,4-trimethyl-2-pentadecone.



채취시기에 따른 우엉 잎의 휘발성 향기성분 분석

최 향 숙
경인여자대학교 식품영양과

초록


    서 론

    우엉(Arctium lappa L.)은 국화과(Compositae), 우엉속(Arctium) 에 속하는 여러해살이 식물이다. 우엉속은 세계적으로 몇 종이 알려져 있으며, 우리나라에는 1종이 있다. 우엉은 예 로부터 우방자라는 약 이름으로 불리던 우리나라의 대표적 인 약용식물이다. 우엉씨를 악실, 뿌리를 우방근, 우엉잎을 대부엽으로 부르는데, 전국 각지의 농가에서 식용 및 약용의 목적으로 재배하고 있다. 우엉은 세계적으로 아시아와 유럽 에 분포하며, 중국에서 오래전부터 심어왔다고 한다(Lee TB 2006: Kim TJ 2009). 우엉은 어린 잎과 뿌리를 식용으로 하 는데, 뿌리줄기는 굵고 길이 30~60 cm 정도로 곧으며, 줄기 는 많은 가지를 뻗고 거미줄 모양의 흰털이 덮여 있다. 뿌리 는 이뇨작용, 물질대사 촉진작용, 강심작용이 있으며, 뿌리에 함유되어 있는 알칼로이드 성분은 함암 활성이 있다. 또한, 뿌리는 위염, 위 및 십이지장 궤양, 소화장애 치료에 사용하 고, 당뇨병, 폐결핵, 폐염을 다스리는 데에도 사용한다. 열매 와 씨는 염증약 및 해독제로 사용하고, 피부병, 악성종양, 인 후종통 등의 치료에도 사용한다. 민간에서는 씨와 뿌리를 이 뇨제, 진통제 등으로 사용해 오고, 잎은 화상, 피부염증 등에 붙인다(Kim TJ 2009; Lee MS 2011; Kim 등 2014). 이밖에 뿌 리와 씨를 관절염, 중풍 등의 치료 약재로 사용하는데(Kim TJ 2009). Ferracane 등(2010)은 우엉이 이러한 질병뿐만 아니라, 간염 등의 염증성 질환에도 유익한 식품이라고 보고하였다.

    우엉은 주로 뿌리를 대상으로 생리활성에 관한 연구가 활발히 수행되어 왔는데, 우엉의 간 보호(Lin 등 1996), 항균 (Chow 등 1997), 항돌연변이(Ohara & Matsuhisa 2001), 항염증 (Lin 등 2002), 항산화(Lee MS 2011; Lee YR 2016), 항비만 (Kim 등 2015) 효과 등이 보고되었다. 최근 들어 천연 소재 기능성 함유 식물에 대한 관심이 증가되며, 우엉은 뿌리뿐만 아니라, 잎에 대해 관심과 소비가 증가하고 있다.

    우엉의 우수한 생리활성은 우엉 성분의 유리라디칼 소거 능과 관계가 있다고 하는데(Chen 등 2004), Yamaguchi 등 (2001)의 연구에서도 실험대상인 18가지 채소 중 우엉이 가 장 유리 라디칼 소거능이 높았고, 가열에 의해서 그 활성이 더욱 증가함을 볼 수 있다. 우엉의 이러한 활성은 caffeic acid 유도체, quercetin 등의 페놀화합물류에 기인한다고 한다(Chen 등 2004; Ferracane 등 2010). 우리나라에서 우엉에 대한 연구 보고는 매우 적어 우엉의 기능성 연구는 Ryu 등(1986)이 돌연 변이원성 억제효과와 Park 등(1992)이 돌연변이 억제 및 위암 세포의 성장 저해효과를 발표한 이후 거의 보고되지 않았고, 재래종 우엉의 생리특성에 관한 연구가 Lee 등(2003)에 의해 비교적 최근에야 이루어지고 있는 실정이다. 우엉은 뿌리에 대한 연구가 주를 이루고 있으며, 우엉 새싹채소의 기능성 연 구가 Lee 등(2009)에 의해 발표된 바는 있으나, 우엉 잎에 대 한 연구는 거의 없는 실정이다. 따라서 본 연구는 우리나라 고유 산채류의 효과적인 활용을 위한 기초자료를 제시하고자 봄과 가을에 수확한 우엉 잎을 대상으로 식품 구매 시 중요한 요인이 되는 휘발성 향기성분을 분석하였다. 우엉 잎의 식품 소재로서의 활용도를 촉진하고, 새로운 미각채소로서 이용하 기 위해서는 화학적 성분 등에 대한 체계화된 기초자료 조사 가 수반되어야 하므로, 본 연구는 새로운 식품소재 개발 및 국민 건강향상 측면에서 유용한 자료를 제공할 것이다.

    재료 및 방법

    1. 재료 및 시약

    본 실험에 사용한 우엉 잎(Arctium lappa L.)은 경상북도 포 항시에 위치한 기청산 식물원에서 2012년 5월과 10월에 수확 하였다. 식물학적 확인을 거친 다음, 우엉 잎을 통풍이 잘 되는 그늘에서 7일간 자연 건조시킨 후 사용하였다. 휘발성 향기 성분 분석을 위해 GC 및 GC-MS를 사용하였고, 표준물질은 Sigma-Aldrich Co.(St. Louis, USA), PolyScience Co.(IL, USA), AccuStandard Inc.(CT, USA), Theta Co.(PA, USA), Wako Pure Chemical Industries(Osaka, Japan), Bolak Co., Ltd.(Osan, Korea) 및 French-Korean Aromatics(Youngin, Korea)의 제품을 사용하 였다.

    2. 정유 성분 추출

    자연건조한 우엉 잎을 4시간 동안 Clevenger-type apparatus (Hanil Lab Tech Ltd., Seoul, Korea)를 사용하여 HDE 방법으 로 정유 성분을 추출하였다. 이 후 기름 층만을 분리하여 24 시간 동안 무수황산나트륨을 이용하여 탈수시켰다. 분리한 정유를 GC 및 MS 분석시까지 -25℃에 보관하였다.

    3. GC 및 GC-MS

    Agilent 6890N GC를 사용하여 정유성분을 분석하였다. 불 꽃 이온화 검출기 및 DB-5 컬럼(30 m × 0.25 mm i. d., film thickness 0.25 μm) fused-silica capillary column(J & W Scientific Inc., Folsom CA, USA)을 사용하였다. 주입구 및 검 출기의 온도는 250℃로 하였고, 컬럼온도는 70℃에서 2분간 유지한 후 230℃까지 분당 2℃씩 승온한 후 230℃에서 20분 유지하였다. 질소를 분당 1 mL의 유속을 유지하며, carrier gas 로 사용하였고, linear velocity는 22 cm/sec로 하였다. 정유는 1 μL를 주입하였고, split ratio는 50 : 1로 하였다.

    GC-MS 분석에 사용된 GC 및 분석 조건은 위와 동일하였 다. MS는 JMS-600W MS(JEOL Ltd. Tokyo, Japan)을 사용하였 고, 각 정유성분의 linear retention indices(RI)를 구하기 위해 n-alkanes(C7~C29)을 사용하였다.

    4. 정유 성분 동정

    정유 성분을 확인하기 위해 JEOL mass spectrometer에 연 결된 Wiley library 및 NIST Mass Spectral Search Program (ChemSW Inc., NIST Database)의 데이터 시스템에 있는 기준 물질과의 mass spectra를 비교하였고, n-alkanes(C7~C29)을 이용 한 RI값을 구하였다. α-Cubebene, eicosane, elemene, (E)-farnesol heptacosane, hexacosane, hexadecanal, hexadecane, n-hexadecanoic acid, nerol, nonanal, octadecane, pentacosane, pentadecanal, γ- terpinene, tetracosane, undecanol은 표준물질과의 co-injection 을 통한 물질 동정을 병행하였다.

    결과 및 고찰

    1. 우엉 잎의 정유 성분 분석

    식물의 정유 성분은 그 식물의 채취지역, 채취시기 및 기 후변화 등에 매우 민감하게 변하므로(Heath HB 1986), 재배 지역에 따른 식물체의 화학적 성분 변이를 최소화하고자 경 상북도 포항시에 위치한 기청산 식물원 내의 동일한 장소 에서 자생한 우엉의 잎을 봄(5월)과 가을(10월)에 수확하여 시료로 사용하였다, 시료로부터 정유 성분을 추출하기 위 해 HDE 방법으로 4시간 증류하였다. 포집된 정유를 GC 및 GC-MS를 사용하여 성분을 분석하였고, DB-5 컬럼에서 용출 되어 나오는 순서로 Table 1에 제시하였다.

    2012년 5월에 채취한 우엉 잎의 정유에서는 총 77종(98.28%) 의 성분이 확인되었고, phytol의 함량이 33.47%로 가장 높았 으며, 6,10,14-trimethyl-2-pentadecanone의 함량도 32.47%로 상 당히 높게 나타났다. (Z,Z,Z)-9,12,15-octadecartrien-1-ol의 함량 은 6.46%, dehydro carveol의 함량은 6.36%로 그 뒤를 이었다. Phytol(C20H40O)은 3,7,11,15-tetramethyl-2-hexadecen-1-ol로서, 디테르펜 알코올이다. Phytol은 합성 비타민 E와 K를 제조할 때 사용되는데, 1909년에 식물 조직이 파괴될 때 가수분해됨 으로써 생성됨이 규명되었고, 식물체에서 녹색 색소를 지니 는 클로로필의 구성성분으로 알려져 있다(Christian 등 1989). 그 후 생체 내에서 다양한 생리적 기능을 지님이 보고되었 는데, Phoenix 등(1989)에 의해 골격근의 비효소적 지질산화 를 부분적으로 억제시키는 효과가 보고되었고, Lee 등(1999) 에 의해 암세포의 DNA 합성 과정을 억제하는 항암 및 항돌 연변이 효과가 밝혀짐으로써, 인체 내의 암세포 증식 억제 작용에 대해 연구가 집중되기 시작하였다. 6,10,14-Trimethyl-2- pentadecanone(C18H36O)은 6,10,14-trimethylpentadecan-2-one, hexahydrofarnesyl acetone, perhydrofarnesyl acetone 또는 phytone 으로 불리는데 우엉 잎에서 phytol과 함께 상당히 다량 함유 된 성분으로 밝혀졌다.

    10월에 채취한 우엉 잎의 정유에서는 총 88종(99.08%) 의 성분이 확인되었고, 5월에 채취한 우엉 잎의 정유와 마찬 가지로 phytol의 함량이 37.35%로 가장 높았으며, 6,10,14- trimethyl-2-pentadecanone의 함량이 34.67%로 그 뒤를 이었다. n-Hexadecanoic acid의 함량도 6.94%로 비교적 높게 나타났다. Hexadecanoic acid(CH3(CH2)14COOH)는 식품가공 산업에서는 보편적으로 사용되는데, 주로 팔미트산(palmitic acid)으로 불 린다. 또한, 세제 및 화장품 산업에서도 광범위하게 이용되는 성분으로 저렴한 가격으로 조직감을 향상시키는 역할을 하 므로 여러 산업 부분에서 활용도 높은 물질이다. 이 물질은 식물과 동물에 널리 존재하는 지방산으로, 식물에서는 팜오 일에 많이 함유되어 있고, 동물성 식품에서는 육류, 우유 및 유가공품에 함유되어 있다(Frémy E 1842; Jensen 등 1978).

    2. 수확연도에따른우엉잎정유의주요화합물함량변화

    우엉의 잎은 뿌리 및 종자와 더불어 빈혈, 변비, 당뇨, 생리 통, 신장병 등의 증상에 효능이 있는 것으로 알려져 있다(Han & Koo 1993; Ferracane 등 2010). 예로부터 우엉은 주로 뿌리 를 식용 및 약용으로 이용해 왔으나, 본 연구에서는 우엉 잎 의 소비 증가 추세에 맞추어 우엉 잎의 향기성분을 규명하였 다. 향기 성분은 식품의 구매 시 주요한 요인으로 작용하며, 식물체의 정유 속에 함유된 성분으로 성장조건 및 수확시기 등에 민감하게 영향을 받는다(Heath HB 1986). 이에 Table 2 에는 봄과 가을에 수확한 우엉정유에서 확인된 주요 화합물 의 정량적 변화를 나타내었다.

    우엉 잎의 정유에서 확인된 주요 성분은 γ-muurolene, citronellyl isobutyrate, 1,2,3,4,4a,5,8,9,12,12a-decahydro-1,4-methanobenzocyclodecene, dehydro carveol, (Z,Z,Z)-9,12,15-octadecartrien- 1-ol, 6,10,14-trimethyl-2-pentadecanone, dibutyl phthalate, nhexadecanoic acid, phytol, hexadecamethyl heptasiloxane으로 이 10종의 총 함량은 봄에 수확한 우엉 잎의 정유에서는 87.23%, 가을에 수확한 우엉 잎의 정유에서는 83.86%로 나타 났다. 우엉 잎에서 추출한 정유의 화학적 성분 중 주요 성분 인 6,10,14-trimethyl-2-pentadecanone과 phytol의 함량은 수확 시기에 크게 영향을 받지 않는 것으로 나타났다. 그러나 γ- muurolene, citronellyl isobutyrate, 1,2,3,4,4a,5,8,9,12,12a-decahydro- 1,4-methanobenzocyclodecene, dehydro carveol은 봄에 수확한 시료에서만 확인되었다.

    γ-Muurolene(C15H24)은 1,2,3,4,4a,5,6,8a-octahydronaphthalene 이며, 향기 특성은 ‘herbal’, ‘woody’ 또는 ‘spicy’로 표현되는 중간정도의 향기강도를 지닌 방향성 세스퀴테르펜 화합물이 다. γ-Muurolene은 인삼의 향기성분에서 주요한 성분으로 알 려져 있는데, Sohn 등(1997)은 한국산 홍삼과 백삼의 주요 헤 드스페이스(headspace) 성분으로 β-panasinsene과 γ-muurolene 을 규명하였고, 이 두 성분의 조성비가 한국인삼과 중국인삼 을 구별하는 지표로 활용될 수 있음을 보고한 바 있다. 본 연 구에서는 봄에 수확한 우엉 잎의 정유에서만 2.45% 확인되었 다. Citronellyl isobutyrate(C15H26O2)는 강한 단내음과 과일향 을 내는 물질로 신선한 citrus향을 낼 때 사용된다. 이 물질은 장미, 제라리움, 아카시아, 라일락, 베르가못 등의 향을 낼 때 향료산업에서 사용되며 식품업계에서는 포도, 래즈베리, 딸 기 등의 향기를 합성할 때 사용된다. 이 성분은 천연에서는 citronellol로부터 얻어지는데(Arctander S 1969), 봄에 수확한 우엉의 잎 정유에서만 1.64% 확인되었다. Dehydro carveol (C10H18O)은 8-menthen-2-ol로도 불리며, 모노테르펜알코올의 하나이다. 이 성분 역시 봄에 수확한 우엉 잎의 정유에서만 6.36% 함유된 것으로 나타났다. 테르페노이드류는 이소프렌 (C5H8) 단위로 이루어진 탄화수소와 이들로부터 유도된 알코 올, 알데히드, 케톤 등의 화합물을 말한다. 이들은 대부분 식 물체의 정유 속에 함유되어 있으며, 모노테르펜 및 세스퀴 테르펜류는 식물에서 주요한 방향성분으로 존재하는데, 리 모넨, 멘톨, 시트랄 등이 있다(Kim 등 2008). (Z,Z,Z)-9,12,15- Octadecartrien-1-ol(C18H32O)은 linolenic alcohol인데, 봄에 수 확한 시료에서 가을에 수확한 시료보다 2.5배 높게 함유된 것 으로 나타났다. 또한, hexadecamethyl heptasiloxane의 함량도 봄에 수확한 시료에서 3배 이상 높은 것으로 확인되었다. 반 면, dibutyl phthalate는 가을에 수확한 시료에서 4.5배 더 높게 함유된 것으로 나타났다. 특히 hexadecanoic acid의 함량은 가 을에 수확한 우엉 잎의 정유 속에 40배 이상 높게 함유된 것 으로 나타났다.

    일반적으로 수확시기에 따라 식물체의 정유 성분은 정량 및 정성적으로 상당한 영향을 받는 것으로 알려져 있다(Choi HS 2016). 엉겅퀴의 경우, 봄에 수확한 시료의 정유에서는 hexadecanoic acid가 49.31%로 높게 보여졌으나, 가을에 수확 한 엉겅퀴의 정유에서는 이 성분이 1/3 수준으로 떨어지고, phytol의 함량이 40.56%로 높게 나타났다. 또한, 가을에 수확 한 엉겅퀴의 정유에서는 세스퀴테르펜의 함량이 높게 나타 났으며, 특히 caryophyllene류의 함량이 높게 나타났다. 본 연 구에서도 수확시기에 따라 우엉 잎에서 추출한 정유의 성 분은 특징적인 차이점을 보였다. 엉겅퀴를 대상으로 한 연 구의 결과에 따르면 수확시기에 따라 주요 성분의 함량에 큰 차이를 보인 반면, 우엉 잎의 경우에는 주요 정유성분인 6,10,14-trimethyl-2-pentadecanone과 phytol은 수확시기에 관계 없이 주요 정유성분으로 확인되었다. 또한, 각 수확시기별로 정유 속에 함유된 두 성분 간의 비율도 유의적인 차이를 보이 지 않았다. 다만 전반적으로 봄에 수확한 우엉 잎의 정유 속 에는 주요 향기성분인 이 두 성분이 총 65.94% 함유된 반면, 가을에 수확한 우엉 잎의 정유에서는 72.02% 함유되어 있어, 우엉 잎의 경우에는 수확시기에 따른 정유의 주요 성분에는 변화가 없는 반면에, 주요 성분의 총 함량면에서 차이를 보이 는 것으로 나타났다. 즉, 이 두 주요 성분의 총 함량은 가을에 수확한 우엉 잎에서 월등히 높게 나타났다. 우엉 잎의 경우, 수확시기에 따른 향기성분의 품질지료는 6,10,14-trimethyl- 2-pentadecanone과 phytol의 비율이 아닌 총량을 활용하는 것 이 유용할 것으로 보인다. 수확 년도에 따른 식물 테르펜 화 합물의 정성 및 정량적 변화에 관한 지속적 연구가 국내 식물 자원의 품질 지표확립에 주요하게 기여할 것으로 보인다.

    요약 및 결론

    봄과 가을에 수확한 우엉 잎의 휘발성 향기성분을 분석하 기 위해 HDE 방법으로 정유성분을 추출하여 GC 및 GC-MS 로 분석하였다. 2012년 5월에 채취한 우엉 잎의 정유에서는 총 77종(98.28%)의 성분이 확인되었고, phytol의 함량이 33.47% 로 가장 높았으며, 6,10,14-trimethyl-2-pentadecanone의 함량도 32.47%로 상당히 높게 나나났다. 10월에 채취한 우엉 잎의 정유에서는 총 88종(99.08%)의 성분이 확인되었고, 5월에 채 취한 우엉 잎의 정유와 마찬가지로 phytol의 함량이 37.35% 로 가장 높았으며, 6,10,14-trimethyl-2-pentadecanone의 함량은 34.67%이었다. 이 두 성분은 수확시기에 관계없이 주요 정유 성분으로 확인되었다. 각 수확시기별로 정유 속에 함유된 두 성분 간의 비율은 유의적인 차이를 보이지 않았으나, 봄에 수 확한 우엉 잎의 정유 속에는 이 두 성분이 총 65.94% 함유된 반면, 가을에 수확한 우엉 잎의 정유에서는 72.02% 로 상당 한 차이를 보였다. 우엉 잎의 경우에는 수확시기에 따른 향기 성분의 품질지표는 6,10,14-trimethyl-2-pentadecanone과 phytol 의 비율이 아닌 총량을 활용하는 것이 유용할 것으로 보인다.

    감사의 글

    이 논문은 2010년도 교육과학기술부의 재원으로 한국연구 재단의 지원을 받아 수행된 기초연구사업(2010-0021285)이 며, 이에 감사드립니다.

    Figure

    Table

    Essential oil composition of Arctium lappa L.
    Quantitative changes of major compounds from Arctium lappa L. essential oil by harvesting season

    Reference

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