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ISSN : 1225-4339(Print)
ISSN : 2287-4992(Online)
The Korean Journal of Food And Nutrition Vol.31 No.6 pp.957-963
DOI : https://doi.org/10.9799/ksfan.2018.31.6.957

Quantitative Analysis of Tangshenoside Ⅰ and Lobetyolin from Korean Deoduk (Codonopsis lanceolata)

Byung Soon Hwang, Ji Yeong Kim, Mi Jang, Gi-Chang Kim*, Young-Hee Park**, In Guk Hwang*
Researcher, Dept. of Agrofood Resources, National Academy of Agricultural Science, Rural Development Administration, Wanju 55365, Korea
*Researcher, Dept. of Agrofood Resources, National Academy of Agricultural Science, Rural Development Administration, Wanju 55365, Korea
**Senior Researcher, Dept. of Agrofood Resources, National Academy of Agricultural Science, Rural Development Administration, Wanju 55365, Korea
Corresponding author: In Guk Hwang, Researcher, Dept. of Agrofood Resources, National Academy of Agricultural Science, Rural Development Administration, Wanju 55365, Korea. Tel: +82-63-238-3672, Fax: +82-63-238-3843, E-mail: ighwang79@korea.kr
29/10/2018 05/11/2018 27/11/2018

Abstract


Deoduk (Codonopsis lanceolata) has a complex chemical composition that includes polyphenols, saponins, amino acids, and other unidentified compounds. The contents of tangshenoside and lobetyolin are considered as standard of quality evaluation of Deoduk. In this study, an ultra-performance liquid chromatography (UPLC) method was developed for the quantitative determination of the two marker constituents, tangshenoside and lobetyolin. The methods for determining the standards of quality were validated by measuring their linearity, specificity, limit of detection (LOD), limit of quantification (LOQ), precision, and accuracy using UPLC. Reversed-phase UPLC analysis was conducted quantitatively to identify individual tangshenoside and lobetyolin in Deoduk extracted with 50% (v/v) aqueous ethanol. We used 21 samples to carry out quantitative analysis of tangshenoside and lobetyolin. Based on their dry weights, the levels of tangshenoside and lobetyolin were 0.36~3.54 mg/g, 0.24~1.29 mg/g, respectively. These results will be valuable as basic data for standardization of Korean Deoduk.



국내산 더덕의 TangshenosideⅠ과 Lobetyolin 정량분석

황 병순, 김 지영, 장 미, 김 기창*, 박 영희**, 황 인국*
농촌진흥청 국립농업과학원 농식품자원부 전문연구원
*농촌진흥청 국립농업과학원 농식품자원부 농업연구사
**농촌진흥청 국립농업과학원 농식품자원부 농업연구관

초록


    서 론

    더덕(Codonopsis lanceolata)은 초롱꽃과(Campanulaceae) 더 덕 속에 속하는 여러해살이 덩굴식물로 한국, 중국, 일본을 포함한 동아시아에 많이 자생 또는 재배되는 작물이다. 한방 에서는 사삼이라고도 하며, 폐 기운을 도와주어 가래를 없애 주고, 강장, 해열, 거담, 해독작용 등의 목적으로 사용되어 왔 다(Park 등 2009;Weon 등 2014). 또한, 칼슘, 인, 철분 같은 무기질이 풍부하고 단백질, 지방, 탄수화물, 비타민 B 등 영 양성분이 함유된 식품이다(Park 등 2009;Lee 등 2017).

    생리활성 연구로는 더덕 뿌리에 함유된 polyphenol과 사포 닌계 성분의 혈청지질 감소효과(Park 등 2012), 항산화(Li 등 2007;Kang YH 2009;Park 등 2009;Kim 등 2010), 항염증(Lee 등 2007;Li 등 2007;Xu 등 2008;Kim 등 2014), 면역세포증식 (Ryu HS 2008;Ryu HS 2009), 항암(Lee 등 2005;Wang 등 2011), 간기능 강화(Kim 등 2009;Cha 등 2012), 항 당뇨효과(Kim OK 2016), 인지능력 개선 효과(Jung 등 2012;Weon 등 2014) 등이 보고되고 있다(Hosen 등 2016).

    현재 연구된 바에 의하면 더덕에 함유된 화합물로는 triterpene 계열 codonopoilate A, B, C, codonoposide I, II, lancemaside maside A, B, C, D, E, polyacetylene 계열 lobetyol, lobetyolin, lobetyolinin, alkaloid 계열 norharman, carbomethyl carboline, tryptophan, phenylpropanoid 계열 tangshenoside I, II, III, IV, VIII 그 밖의 성분으로 organic acid 계열 shikimic acid 등이 보고된 바 있다(Ren 등 2013;Zhao 등 2013; Hosen 등 2016; Gao 등 2018). 이 중 tangshenoside와 lobetyolin은 Codonopsis속 식물 의 주요 화합물(Fig. 1)로 알려져 있고 Ichikawa 등(2009)과 Xia 등(2017)은 Codonopsis속의 지표성분으로 선정한바 있다.

    더덕은 강원도(평창군, 홍천군)와 제주도(서귀포)에서 주 로 생산되고 있으며, 전국적으로 연간 8,260톤이 재배되고 있 다(Korea Forest Service 2018). 인삼보다 가격이 저렴하여 그 소비가 증가되고, 다양한 형태의 기호식품으로 개발되어 시판 되고 있다. 더덕의 품질관리가 필요한 실정이지만, 산지별로 비교된 연구가 많이 이루어지지 않고 있다. 본 연구는 주생산 지인 강원도를 포함하여 21개 지역별 더덕의 tangshenoside와 lobetyolin의 대한 정보를 제공할 수 있고, 재현성이 증진된 최적의 UPLC 분석 조건을 검토하여 국내에서 재배되는 더덕 의 품질 평가 및 이용성 증진 연구의 기초 자료를 제공하고자 하였다.

    재료 및 방법

    1. 실험재료 및 시약

    본 연구에서는 경기도(GG), 강원도(GW), 전라북도(JB), 전 라남도(JN), 충청남도(CN), 경상북도(GB)가 원산지인 21개 지역의 더덕을 구매하였고, 각각의 시료를 건조 분쇄(SMX- 6500JS, Shinil Co. Ltd., Seoul, Korea) 및 30 mesh체를 통과시 킨 후 균질화 하여, -4℃에서 저장하여 사용하였다. 실험에 사용된 주요 성분 lobetyolin은 Chemface로부터 구입하였으 며, tangshenosideⅠ은 대구한방산업진흥원에서 구입하여 사 용하였다. 분석에 사용한 시약들은 acetonitrile, ethanol, water 및 그 밖의 시약은 analytical 및 HPLC 등급을 사용하였다.

    2. 시료 제조

    실험에 사용한 더덕은 최적의 추출조건을 탐색한 결과, 50% 에탄올로 추출하였을 때 주요 성분 함량이 가장 높았다. 각각의 시료 1 g을 칭량한 후 50% 에탄올 25 mL를 넣고 실온 에서 2회 반복 진탕기로 1시간 추출하였다. 추출액을 원심분 리 및 여과하여 50 mL로 정용하고, 0.20 μm Syringe filter로 여과한 후 UPLC 분석용 시료로 사용하였다.

    3. UPLC 분석

    더덕 추출물에 함유되어 있는 tangshenosideⅠ과 lobetyolin 표준품을 UPLC로 분석한 retention time과 시료를 표준품과 동일한 조건으로 분석한 결과와 비교하여 동정하였고, 시료 용액에 일정량의 표준품을 첨가하여 동시에 UPLC에서 분석 하여 검출된 peak의 모양과 검출시간을 측정하여 확인하였 다. 실험은 3번 반복 측정하였고, 표준시료의 peak 면적에 의 해 산출된 값을 기준으로 평균과 표준편차로 나타내었다. 분 석조건은 UPLC(Waters ACQUITY UPLC system, Milford, MA, USA)를 이용하였으며, Kinetex XB-C18(2.1×150 mm, 1.7 μm) column을 사용하였다. 이동상 용매는 0.1% acetic acid(용매 A), acetonitrile(용매 B)를 사용하여 gradient를 주어 tangshenosideⅠ 과 lobetyolin을 동시에 분석하였다. 이동상 농도 구배 조건은 용매 B를 5%로 시작하여 3분 동안 유지하였고, 17분 까지 95%로 증가시킨 다음 3분 동안 유지하다가, 22분까지 5%로 감소시키고 25분까지 유지하였다. 용출 속도는 0.3 mL/ min, column의 온도는 40℃로 유지하였고, 검출기는 PDA (Photo-diode array detector), 검출 파장은 267 nm에서 측정하 였다.

    4. 분석법 검증

    더덕의 주요 성분 분석을 위해 분석법에 대한 직선성(linearity), 검출한계(Limit of Detection: LOD), 정량한계(Limit of Quantification: LOQ), 정밀성(precision) 및 정확성(accuracy)을 검증하였다. 직선성은 표준물질을 400, 200, 100, 50, 25, 12.5, 6.25 및 3.125 μg/mL로 희석한 후, UPLC로 6회 반복 분석하 여 표준용액의 peak 면적과 농도를 변수로 작성한 검량선의 상관계수(R2) 값을 이용하여 직선성을 확인하였다. 각 성분에 대한 검출한계와 정량한계는 표준용액의 크로마토그램을 사 용하였고, 검출한계 3.3×σ/s(σ: 반응의 표준편차, s: 표준검량 선의 기울기), 정량한계 10×σ/s(σ: 반응의 표준편차, s: 표준 검량선의 기울기) 식을 이용하여 계산하였다. 정밀성은 하나 의 균질화된 시료(경상북도, GB)를 준비한 후 intra-day test와 inter-day test로 나누어 실험을 실시하였다. Intra-day test는 하 루 동안 6회 반복 측정한 결과로 inter-day test는 6일 동안 하 루에 3회 반복 측정한 결과의 상대표준편차(RSD)를 측정하 여 평가하였다. 정확성은 회수율(recovery) 시험을 통하여 확인하였고, tangshenoside Ⅰ 0.75, 1.5, 3.0 mg/mL, lobetyolin 0.25, 0.5, 1.0 mg/mL의 농도로 준비하여 사용하였다. 각각의 표준용액 1 mL를 추출 전 시료에 첨가하고, 더덕 추출 과정 에 따라 추출한 뒤 UPLC 분석을 통하여 얻은 각각의 농도의 비를 이용하여 아래의 공식으로 회수율을 계산하였다.

    R e c o v e r y ( % ) = 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

    • Cspiked sample : Concentration of test sample added

    • Csample : Concentration of test sample

    • Cadd : Concentration of standard solution

    5. 통계처리

    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, 재배지역별 간의 차이 유무를 one-way ANOVA(analysis of variance)로 분 석한 뒤 신뢰구간 p<0.05에서 Duncan’s multiple range test를 실시하였다.

    결과 및 고찰

    1. 최적 추출조건 설정

    최적 추출조건 설정을 위한 더덕시료는 GB1 시료를 사용 하였다. 추출용매 조건을 선정하기 위해 진탕추출 1시간씩 2 회 반복으로 고정하여 0, 25, 50, 75 및 95% EtOH 추출용매에 따른 UPLC 분석결과, 50% > 75% > 25% > 95% > 0% EtOH 순으로 tangshenosideⅠ과 lobetyolin의 함량이 높았다(Fig. 2). 50% 에탄올 용매로 고정하여 25℃, 40℃, 60℃, 95℃의 조건 에서 각각 추출하였다. 추출온도별에 따른 분석결과, 60℃에 서 주요 성분의 합이 가장 높았다(Fig. 2). 추출시간이 추출 효율에 대한 영향을 알아보기 위하여 용매 50% EtOH, 온도 60℃에서 진탕기로 각기 다른 시간(1시간, 2시간, 3시간)을 설 정하여 2회 반복 추출하였다. 그 결과, 추출시간이 1시간에서 가장 높은 함량을 나타내었고, 추출시간이 증가하여도 함량 차이는 없는 것으로 확인하였다. 이러한 결과를 토대로 용매 50% EtOH, 온도 60℃, 진탕추출 1시간 추출방법으로 선정하 여 지역별 21개 시료를 전처리 하였다.

    2. 분석 조건 설정

    TangshenosideⅠ과 lobetyolin의 동시분석법을 확립하고자 다양한 용매조성 및 파장에 대하여 분석조건을 검토한 결과, 새로운 분석조건을 확립하였다. 총 분석시간은 25분이며, 표 준품을 분석하였을 때 peak의 머무름 시간은 tangshenosideⅠ 6.72분, lobetyolin 8.08분이었다. 본 연구의 분석조건에서 표 준물질의 분리 상태는 양호하였으며, 전처리한 더덕의 크로 마토그램을 비교하여 각각의 tangshenosideⅠ과 lobetyolin의 peak가 분리되는지를 확인한 결과, Fig. 3과 같이 각 성분들이 다른 peak와 간섭 없이 분리되었으며, 표준용액의 peak 유지 시간과 더덕의 peak 유지시간이 일치하는 것을 확인하였고,기존의 HPLC 분석방법에 비해 빠른 분석시간과 높은 감도를 확인할 수 있었다.

    3. 분석법 검증

    시험법의 유효성 검증을 위해서 tangshenosideⅠ과 lobetyolin 의 직선성, LOD, LOQ, 회수율(%) 실험을 하였다. 직선성을 평가하기 위하여 6단계 농도의 표준품을 분석하였고, 얻어진 크로마토그램에서의 피크 면적과 농도간의 상관관계를 회귀 분석을 통해 결정하였다. 그 결과, R2값이 0.9999~1.0로 높은 직선성을 나타내었다. 직선성을 나타내는 범위 내에서 주요 성분들의 LOD 값은 1.57, 2.28 μg/mL이며, LOQ 값은 4.76, 6.91 μg/mL이었다(Table 1). 검출한계와 정량한계를 계산하는 데 이용되는 신호대잡음비는 baseline에 대한 noise와 peak의 상대비로 그 값이 낮을수록 해당 표준물질이 주어진 조건에 서 잘 검출된다는 의미를 나타낸다(He 등 2015). UPLC를 이 용한 분석법의 검증 결과, 주요 성분들의 일내 RSD값 3.99, 4.77%, 일간 RSD값 3.45, 3.87%였고, 회수율을 구해본 결과, 93.94~109.98%이었다(Table 2). 이러한 연구결과, 본 연구에서 사용한 분석방법은 정량분석이 가능한 재현성(reproducibility) 을 가지고 있고, 유효성검증을 통하여 동시 분석할 수 있는 충분한 감도와 직선성 및 정밀도와 정확도를 갖고 있음을 확 인할 수 있었다. 본 연구에서 개발된 UPLC 분석방법은 HPLC 분석방법에 비해 빠른 분석시간과 높은 감도를 가지며, 유효 성 검증을 통하여 지역별 더덕 중 tangshenosideⅠ과 lobetyolin 을 동시 분석하였다.

    4. UPLC 분석

    재배 지역별 더덕에 따른 tangshenosideⅠ과 lobetyolin을 확 인하기 위하여 UPLC 분석을 하여 각각의 함량을 Table 3에 제시하였다. 분석결과는 각 성분의 peak를 적분하여 넓이를 측정하였고, 넓이는 calibration curve의 식을 이용하여 농도로 환산하였으며, mg/g의 단위로 나타내었다.

    재배 지역별 더덕의 tangshenosideⅠ 함량은 GW2 3.54 mg/g, GW7 3.21 mg/g, GW1 2.61 mg/g GW8 2.59 mg/g 순으로 양이 존재하였고, 평균함량은 1.71 mg/g의 함량을 보였다(Table 3). Lobetyolin 함량은 각각 JB2 1.29 mg/g, JB4 1.07 mg/g, GW7 0.97 mg/g 순으로 양이 존재하였고, 평균 0.70 mg/g 정도의 함량 을 보였다. TangshenosideⅠ와 lobetyolin의 함량의 합은 GW2 4.34 mg/g, JB3 3.80 mg/g, GW8 3.42 mg/g, GW1 3.39 mg/g, GW3 3.26 mg/g 지역 순으로 함량이 가장 높았고, JN1 0.60 mg/g, JB1 1.14 mg/g, GG2 1.16 mg/g, CN1 1.38 mg/g, JN3 1.49 mg/g 지역의 함량이 낮았다. 이러한 지역 간의 성분 차이는 중국의 지역별 더덕 lobetyolin을 비교한 결과와 비슷한 양상 을 보인다(Xia 등 2017). 녹차의 채엽시기, 산지, 품종, 재배 조건 등에 의해 주요 성분들이 영향을 받는다는 연구결과가 있다(Wang & Helliwell 2000;Lee 등 2015). 더덕의 주요 성분 또한 일조량이나 토양의 조건 등에 영향을 받을 것을 고려하 여 본 연구 결과를 확인하였을 때, tangshenosideⅠ와 lobetyolin 의 함량의 합이 높은 지역은 강원지역과 전북 진안 지역으로 두 지역의 공통점은 해발고도가 높은 산간지역으로 확인하였 다(Table 3, Fig. 4). 강원도 횡성군은 해발고도가 낮은 횡성읍 의 해발고도 110 m이고, 둔내면은 평야지가 해발고도 500 m 의 고지대로 되어 있어 동고서저의 지형적 특색(Ko 등 2009) 을 나타내어 주요 성분의 합이 높은 곳과 낮은 곳이 공존하는 것으로 생각된다. 추후 품종별, 계절별, 재배조건 등 환경에 따른 더덕의 주요 성분 함량에 대한 연구가 필요할 것으로 생각된다.

    본 연구는 지역별 더덕의 tangshenosideⅠ과 lobetyolin 성분 을 동시에 분석할 수 있고, 재현성 및 검출감도가 증진된 최 적의 UPLC 분석법을 확립하였다. 더덕의 품질 관리를 위한 객관적이고 과학적인 근거를 제시하여 국내에서 재배되는 더덕의 품질 평가에 대한 하나의 기준이 될 것으로 기대된다.

    요약 및 결론

    더덕은 폴리페놀, 알칼로이드, 아미노산 및 기타 화합물로 구성되어 있고, tangshenosideⅠ과 lobetyolin의 함량은 더덕의 주요 화합물로 알려져 있다. 본 연구에서는 UPLC를 이용하 여 주요 성분 tangshenosideⅠ과 lobetyolin을 동시 분석하였 다. 최적 추출조건으로는 50% 에탄올을 이용하여 온도 60℃, 1시간 추출하였고, UPLC를 이용한 빠르고 간편한 분석조건 을 확립하고, 정확성, 정밀성, 직선성, 특이성 등 분석법의 유 효성을 검증하였다. 지역별로 더덕을 추출하여 UPLC로 주요 성분 함량을 분석한 결과, tangshenosideⅠ과 lobetyolin의 함 량은 0.36~3.54 mg/g, 0.24~1.29 mg/g으로 나타났다. 지역별 생육환경에 따라 함량 차이가 나타났으며, 지역별 품질 관리 를 위한 객관적이고 과학적인 근거를 제시하여 국내에서 재 배되는 더덕의 품질 평가에 대한 하나의 기준이 될 것으로 기대된다.

    감사의 글

    본 연구는 2018년도 농촌진흥청 연구사업(과제번호: PJ012641012018) 및 국립농업과학원 전문연구원 과정 지원 사업(과제번호: PJ012641012018)에 의해 이루어진 것임.

    Figure

    KSFAN-31-957_F1.gif
    Chemical structures of compounds.
    KSFAN-31-957_F2.gif
    TangshenosideⅠand lobetyolin content of Deoduk by extract condition.

    1) Any means in the same column followed by the same letter are not significantly (p<0.05) different by Duncan’s multiple range test (tangshenosideⅠ: small letter, lobetyolin: capital letter).

    KSFAN-31-957_F3.gif
    UPLC chromatogram of standard solution (A) and Deoduk (Codonopsis lanceolata) extract (B).
    KSFAN-31-957_F4.gif
    Dendrogram for the cluster analysis graph of 21 samples.

    Table

    Validation parameters of the developed UPLC
    Recovery rates of compounds for the validation of analytical method
    Contents of standards in Deoduk

    Reference

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