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ISSN : 1225-4339(Print)
ISSN : 2287-4992(Online)
The Korean Journal of Food And Nutrition Vol.32 No.6 pp.717-729
DOI : https://doi.org/10.9799/ksfan.2019.32.6.717

Study on Phenolic Compounds in Lettuce Samples Cultivated from Korea Using UPLC-DAD-QToF/MS

Heon-Woong Kim, Seon-Hye Lee*, Gelila Asamenew*, Min-Ki Lee*, Suji Lee*, Jin Ju Park**, Youngmin Choi**, Sang Hoon Lee**
Post-doc Researcher, Dept. of Agro-Food Resources, NAS, RDA, Wanju 55365, Korea
*Researcher, Dept. of Agro-Food Resources, NAS, RDA, Wanju 55365, Korea
**Associate Researcher, Dept. of Agro-Food Resources, NAS, RDA, Wanju 55365, Korea
Corresponding author: Sang Hoon Lee, Associate Researcher, Dept. of Agro-Food Resources, National Institute of Agricultural Sciences, Rural Development Administration, Wanju 55365, Korea. Tel: +82-63-238-3562, Fax: +82-63-238-3841, E-mail: spprigan@korea.kr
13/11/2019 08/12/2019 12/12/2019

Abstract


The chemical informs about 70 individual phenolic compounds were constructed from various lettuce samples based on literature sources and analytical data. A total of 30 phenolic compounds including quercetin 3-O-glucuronide, quercetin 3-O-(6’’-O- malonyl) glucoside, cyanidin 3-O-(6’’-O-malonyl)glucoside, chlorogenic acid and chicoric acid as major components were identified in 6 lettuce samples from Korea using UPLC-DAD-QToF/MS on the basis of constructed library. Among these, quercetin 3,7-di-O-glucoside(m/z 627 [M+H]+), quercetin 3-O-(2’’-O-malonyl)glucoside(morkotin C, m/z 551 [M+H]+), quercetin 3-O-(6’’- O-malonyl)glucoside methyl ester(m/z 565 [M+H]+), 5-O-cis-p-coumaroylquinic acid(m/z 339 [M+H]+) and 5-O-caffeoylquinic acid methyl ester(m/z 369 [M+H]+) were newly confirmed from the lettuce samples. In total content of phenolic compounds, 4 red lettuce samples(2,947.7~7,535.6 mg/100 g, dry weight) showed higher than green lettuce(2,687.3 mg) and head lettuce(320.1 mg).



국내 재배 상추로부터 UPLC-DAD-QToF/MS를 이용한 페놀화합물 성분 비교 연구

김 헌웅, 이 선혜*, Gelila Asamenew*, 이 민기*, 이 수지*, 박 진주**, 최 용민**, 이 상훈**
국립농업과학원 농식품자원부 박사후연구원
*국립농업과학원 농식품자원부 연구원
**국립농업과학원 농식품자원부 농업연구사

초록


    서 론

    페놀화합물(phenolic compound)은 대부분의 식품에 다양 한 형태로 존재하며, 이들의 잠재적인 항산화 능력에 의해 인체 질병의 위험을 낮출 수 있기 때문에 건강 예방효과로서 상당한 관심을 받아왔을 뿐만 아니라, 식품 섭취에 있어서 매우 필수적인 성분으로 인식되고 있다(Ryu BH 1999;Shahidi & Ambigaipalan 2015). 채소는 페놀화합물의 주요 소 재로 보고되어 있으며, 특히 상추(Lactuca sativa L.)는 가장 많이 소비되는 대표적인 건강 쌈 채소로서 실제 다량의 페놀 화합물을 함유하고 있어(Kim 등 2016;Kim 등 2018) 영양․ 건강적인 측면에서 매우 중요한 소재이다.

    상추는 크게 반결구상추(crisphead lettuce, L. sativa L. var. capitata), 버터헤드상추(betterhead lettuce, L. sativa L. var. lores), 잎상추(leaf lettuce, L. sativa L. var. crispa) 및 로메인상 추(romaine lettuce, L. sativa L. var. longifolia)로 분류되는 데, 한국에서 소비되는 상추는 대부분 청치마, 적치마, 적꽃상추 등 잎상추에 속한다(Kim 등 2016). 상추 추출물은 풍부한 페 놀화합물에 근거하여 in vitroin vivo 연구에서 우수한 콜 레스테롤 감소(Lee 등 2009), 항당뇨(Cheng 등 2014), 항염 (Mulabagal 등 2010;Pepe 등 2015;Adesso 등 2016;Hwang-Bo 등 2016) 등의 효과를 나타내는 것으로 알려져 있다.

    상추는 종류, 품종, 수확시기, 기후 및 재배방법(온도, 시 비, CO2 농도), 저장방법, 가공 등 조건에 따라 페놀화합물 조성 및 함량 변화가 다르게 나타난다(DuPont 등 2000;Becker 등 2014;Marin 등 2015;Becker & Klaring 2016;Dannehl 등 2016;Luna 등 2016;Assefa 등 2019). 상추에는 하이드록시신 남산(hydroxycinnamic acid) 유도체 및 플라보놀(flavonol)이 주요 성분군으로 함유되어 있다. 하이드록시신남산 유도체에는 5-O-caffeoylquinic acid(chlorogenic acid), 3,5-di-O-caffeoylquinic acid(isochlorogenic acid A) 및 (2R,3R)-2,3-di-O-caffeoyltartaric acid(chicoric acid)가 주요 화합물로 확인되었으며(Romani 등 2002;Ribas-Agusti 등 2011;Materska 등 2019), 플라보놀의 경우 quercetin 3-O-(6''-O-malonyl)glucoside 및 quercetin 3-O-glucuronide 가 주요 화합물로 나타났다(Ferreres 등 1997;Romani 등 2002;Caldwell CR 2003).

    스페인 산지 Iceberg 양상추, 로메인상추, Oak 적색 잎상추 및 Lollo rosso 적색 잎상추는 15종의 페놀화합물 총량에 있 어 각각 18.2, 63.5, 322.1 및 571.2 mg/100 g(생체중)의 함량을 보였으며(Llorach 등 2008), 이탈리아 시칠리아 산지 로메인 상추, 양상추 및 버터헤드상추의 경우 6종의 페놀화합물에 대해서만 각각 19.5, 2.2 및 147.0 mg/100 g(생체중)으로 양상 추가 가장 낮은 함량을 나타냈다(Pernice 등 2007). 또한 건조 중량 100 g 기준으로 적색 잎상추(1,276 mg)가 청색 잎상추 (397 mg)보다 약 3배 이상 높은 함량을 나타내는 것으로 확 인되었다(Li 등 2010). 적색 상추에만 함유되어 있는 안토시 아닌의 중 cyanidin 3-O-(6''-O-malonyl)glucoside는 주요 성분으로 플라보놀 중 주요 성분인 quercetin 3-O-(6''-O-malonyl)glucoside 로부터 유래된 성분이다(Mulabagal 등 2010;Marin 등 2015).

    지금까지 질량분석에 의한 페놀산 및 플라보노이드 유도 체의 구조 동정에 있어 대부분 음이온 패턴 해석을 통해 확 인해 왔는데, 양이온 패턴에 대해서는 연구된 바가 거의 없 다. 그러나 최근 상추 페놀화합물 연구에서 ‘양이온 모드에 서 생성된 분자의 질량패턴(mass fragmentation) 해석’을 통해 보다 정밀한 구조 동정이 이루어진 사례가 있다(Viacava 등 2017;Viacava 등 2018). 이처럼 상추 페놀화합물에 대한 정보 파악을 위해 외국산 품종에 대한 연구는 충분히 이루어지고 있으나, 국내에서 재배․유통되는 상추 연구는 아직까지 부 족한 실정이다. 국내 상추의 생산․소비를 증대하고, 수출경 쟁력을 강화하고자 잠재적 우수성을 가진 상추 품종을 개발 하는 것이 매우 중요하며, 이를 위해서는 정밀한 분석을 거 쳐 상세하게 정보 구축을 하는 연구가 반드시 필요하다.

    따라서 본 연구는 기존 상추 종류별 국내외 연구로부터 페 놀화합물 정보 라이브러리를 직접 구축하였고, 이를 기반으 로 UPLC-DAD-QToF/MS 분석의 구조동정을 거쳐, 국내 재배 상추 6종에 대한 개별 페놀화합물 성분 조성 및 함량을 평가 하여 비교하였으며, 고기능성 상추 품종 육성을 위한 기초 자료로 활용하고자 하였다.

    재료 및 방법

    1. 실험 재료 및 시약

    본 연구에 사용된 상추 6종은 청상추, 적상추, 적꽃상추, 적포기상추, 적로메인상추 및 양상추로서 국내에서 재배된 것을 동결건조한 후 분말화하여 분석시료로 사용하였다. 확 보할 수 있는 표준품에 한해 개별 페놀화합물 유도체를 확인하고, 내부표준정량법을 위해 사용된 caffeic acid, 3-O-caffeoylquinic acid(neochlorogenic acid), 5-O-caffeoylquinic acid(chlorogenic acid), 5-O-caffeoylquinic acid methyl ester(chlorogenic acid methyl ester), quercetin 3-O-glucoside(isoquercitrin), quercetin 3-O-glucuronide, luteolin 7-O-glucoside(cynaroside), cyanidin 3-O-glucoside (kuromanin) 및 cyanidin 3,5-di-O-glucoside(cyanin, 안토시아닌 내부표준 품)는 Extrasynthese(Genay Cedex, France)로부터 구입하였으 며, 1,5-di-O-caffeoylquinic acid(cynarin), 3,5-di-O-caffeoylquinic acid(isochlorogenic acid A), 3,4-di-O-caffeoylquinic acid(isochlorogenic acid B), 4,5-di-O-caffeoylquinic acid(isochlorogenic acid C), (2R,3R)-2,3-di-O-caffeoyltartaric acid(chicoric acid), 2,4,5-trimethoxycinnamic acid(페놀산 내부표준품) 및 galangin(플라보노이 드 내부표준품)은 Sigma-Aldrich Co.(St. Louis, MO, USA) 제 품을 사용하였다. 추출 및 이동상 용매로 사용된 acetonitrile, methanol, water는 Fisher Scientific(Fair Lawn, NJ, USA)에서, formic acid는 Junsei Chemical Co.(Tokyo, Japan)로부터 구입하 였다.

    2. 페놀산, 플라보노이드 및 안토시아닌 추출

    페놀산, 플라보노이드 및 안토시아닌 추출은 Kim 등 (2012)의 방법을 참고하였으며, 각각의 성분군에 대한 추출 효율성에 맞추어 추출 용매, Solid phase extraction(SPE) 칼럼 및 내부표준물질을 제외한 나머지 추출 과정은 동일하게 진 행되었다. 상추 건조분말 시료 0.5 g을 페놀산용(methanol: water:formic acid=80:15:5, v/v/v), 플라보노이드용(methanol:water: formic acid=50:45:5, v/v/v) 및 안토시아닌용(water:formic acid= 95:5, v/v) 혼합용매 10 mL와 함께 50 mL 용량 conical tube에 넣고 상온에서 30분 동안 진탕 추출하였다. 각각의 용도별 추출액을 원심분리(3,600 rpm, 10℃, 15 min)한 후 0.2 μm syringe filter(Whatman International, Maidstone, Kent, UK)로 여 과하였다. 불순물을 제거하고 페놀화합물을 효율적으로 분 리하기 위해 SPE 칼럼을 사용하였는데, 페놀산 및 플라보노 이드를 위한 HyperSep C18(Thermo Scientific, Bellefonte, PA, USA) 및 안토시아닌을 위한 HyperSep Retain-PEP가 선택되 었다. 해당 SPE 칼럼에 methanol 5 mL, water 5 mL 순으로 흘려주어 활성화 시킨 뒤 상기 여과액 1 mL와 내부표준물질 용액(2,4,5-trimethoxycinnamic acid 250 ppm, galangin 100 ppm, cyanin 100 ppm) 0.5 mL를 loading한 후 water 5 mL를 흘려 세척하였다. 그 다음 methanol 10 mL를 흘려 흡착된 페놀화 합물 성분을 최대한 용출한 후, 용출액을 질소가스로 완전히 농축하였다. 농축액을 0.5 mL의 각각의 해당 추출 용매로 재 용해하여 0.2 μm syringe filter로 여과한 후 UPLC-DAD-QToF/ MS로 분석하였다.

    3. 상추로부터 페놀화합물 구조동정용 라이브러리 제작

    개별 페놀화합물에 대한 효율적인 구조동정을 위해 상추 관련 광범위한 연구문헌을 포괄적으로 해석하고, 이로부터 알려진 70종의 페놀화합물 LC-MS 라이브러리(화합물명, 분 자량, 구조, 양․음이온 질량패턴, 이용부위, 인용문헌 등 포 함)를 직접 제작하여 사용하였다(Table 1).

    4. UPLC-DAD-QToF/MS 분석

    상추로부터 개별 페놀화합물을 동정 및 정량하기 위해 CORTECS UPLC T3(2.1 × 150 mm I.D., 1.6 μm; Waters, Wexford, Irelang) 칼럼 및 CORTECS UPLC T3 VanGuardTM (2.1×50 mm I.D., 1.6 μm; Waters) 보호 칼럼과 더불어 액체크 로마토그래피(ACQUITY UPLCTM system, Waters Co.)와 연결된 Q-ToF 질량분석기(Xevo G2-S QToF, Waters MS Technologies, Manchester, UK)를 이용하여 분석하였다. 검출 파장은 210~ 600 nm(대표파장: 페놀산 320 nm; 플라보노이드 350 nm; 안 토시아닌 515 nm)에서 수행되었으며, 컬럼 오븐온도는 30℃, 유속은 0.35 mL/min 이었다. 이동상으로는 페놀산 및 플라보 노이드 분석을 위해 용매 A(water:formic acid=99.5:0.5, v/v)와 용매 B(acetonitrile:formic acid=99.5:0.5, v/v)을 사용하였으며, 안토시아닌 분석을 위해서는 A(water:formic acid=95:5, v/v)와 용매 B(water:acetonitrile:formic acid=47.5:47.5:5, v/v/v)을 사용 하였다. 용매 구배조건에 있어 페놀산은 B를 2%로 시작하여 4분 동안 유지시켰고, 8분까지 4%, 20분까지 7%, 32분까지 11%, 55분까지 15%, 75분까지 25%로 증가시켰고 2분 동안 유지하였다. 이어서 85분까지 50%로 급격하게 증가시키고 2 분 동안 유지한 후 90분까지 90%로 증가시켜서 2분 동안 유 지하다가 95분까지 다시 2%로 감소시키고, 5분 동안 안정화 하였다(총 100분). 플라보노이드는 B를 5%로 시작하여 3분 동안 유지시켰고, 10분까지 20%, 25분까지 40%, 29분까지 90%로 증가시킨 다음 2분 동안 유지하다가 36분까지 5%로 다시 감소시키고, 40분까지 안정화하였다(총 40분). 안토시 아닌의 경우, B를 10%로 시작하여 40분까지 50%로 증가시 킨 다음 5분 동안 유지하다가 50분까지 5%로 다시 감소시키 고 60분까지 안정화하였다(총 60분). 특히 페놀화합물 개별 성분의 함량은 내부표준물질(2,4,5-trimethoxycinnamic acid, galangin, cyanin)의 면적과 각 성분의 면적을 1:1로 비교한 상 대적 값을 적용시켰으며, 이는 mg/100 g(건조중량)으로 표기 하였다. 또한 질량분석기를 이용한 페놀화합물 질량패턴분 석은 positive ion mode로 진행하였다. 질량분석조건으로, capillary 전압은 3,500 V, sampling cone 전압은 40 V, extraction cone 전압은 4.0 V로 각각 설정하였다. Ion source 및 desolvation 온도는 120℃ 및 500℃로 설정하였고, desolvation 및 cone 가스는 1,050 및 50 L/hr로 설정하였으며, 질량 스캔 범위는 m/z 100~1,200 으로 설정하였다. 페놀화합물 개별 성 분은 관련 문헌을 참고하여 제작된 상추 라이브러리를 이용, 각 성분의 질량단편이온 패턴 분석결과와 비교하여 구조동 정되었다.

    5. 통계처리

    통계분석은 SPSS 통계프로그램(Statistical Package for the Social Science, Ver. 20.0 SPSS Inc., Chicago, IL, USA)을 이용 하여 각 측정군의 평균과 표준편차를 산출하고, 처리간의 유 의적인 차이 유무를 One-way ANOVA로 분석한 후 유의수준 5%에서 Duncan’s multiple range test로 측정군 간의 차이를 분 석하였다(p=0.05).

    결과 및 고찰

    1. 국내 재배 상추 내 페놀화합물 개별성분 분리 및 동정

    지금까지 보고된 종류별 상추(잎상추, 로메인상추, 반결구 상추, 버터헤드상추, 줄기상추, 가시상추, 유라시아 푸른상 추, 남아프리카 야생상추, 야생상추)에 관련된 42편의 페놀 화합물 연구 결과로부터 플라보놀 22종, 플라본 8종, 플라바 논 3종, 안토시아닌 8종, 하이드록시신남산 유도체 29종으로 구성된 총 70종의 페놀화합물 정보가 상세하게 구축되었다 (Table 1). 라이브러리 중 양이온 질량패턴에는 예측값 및 문 헌실측값이 제시되어 있으며, 음이온 질량패턴에는 문헌실 측값이 제시되어 있어 실제 연구자가 구조동정에 손쉽게 참 고할 수 있다. 이렇게 직접 제작된 페놀화합물 라이브러리를 바탕으로 표준품 일치, PDA 검출에 따른 UV spectrum, ToF-MS spectrum 등의 분석자료를 비교하여 확인한 결과, 잎 상추, 양상추, 로메인상추 등 국내 재배 상추 6종으로부터 quercetin 3-O-glucoside-7-O-glucuronide 등 플라보놀 10종, luteolin 7-O-glucoside(cynaroside) 등 플라본 3종, cyanidin 3-O-glucoside (kuromanin) 등 안토시아닌 3종 및 3-O-caffeoylquinic acid (neochlorogenic acid) 등 하이드록시신남산 유도체 14종의 총 30종 페놀화합물 성분이 분리 및 동정되었다(Table 2; Fig. 1, 2, 3). 본 연구에서 확인된 페놀화합물은 크게 플라보놀(UV 350 nm), 플라본(UV 350 nm), 안토시아닌(UV 515 nm) 및 하 이드록시신남산 유도체(UV 320 nm) 계열로 구분되며(Talbe 2), 플라보놀 및 플라본의 경우 kaempferol, quercetin, luteolin 아글리콘의 3-OH 또는 7-OH 위치에 glucose, glucuronic acid 같은 당 결합을 기본구조로 하고, 추가적으로 malonic acid가 결합하는 등 다양한 화합물 형태를 나타내고 있다(Ribas- Agusti 등 2011;Abu-Reidah 등 2013). 안토시아닌은 cyanidin 아글리콘 및 glucose 당 결합의 기본구조에 플라보놀과 마찬 가지로 malonic acid가 추가적으로 결합된 형태인 cyanidin 3-O-(6''-O-malonyl)glucoside을 주요 성분으로 하고 있으며, 미 량성분 이성체인 cyanidin 3-O-(3''-O-malonyl)glucoside 역시 적색상추에서 나타나고 있다(Wu & Prior 2005;Li 등 2010;Mulabagal 등 2010;Viacava 등 2017). 하이드록시신남산 계열 에서는 caffeic acid에 quinic acid 및 tartaric acid이 결합된 유 도체가 대다수였으며, p-coumaric acid에 quinic acid가 결합한 유도체도 일부 확인되었다(Romani 등 2002;Viacava 등 2017;Viacava 등 2018;Materska 등 2019).

    Table 2에서처럼 ESI source를 장착한 quadrupole ToF-MS 의 positive ionization mode 분석 시, 대부분의 페놀화합물은 기본적으로 모분자량의 H+(m/z 1)을 나타냈으며, 구조 특성 상 H+을 이미 가지고 있는 안토시아닌을 제외한 나머지 화합 물에서는 Na+(m/z 23) 및 K+(m/z 39) 양이온이 추가적으로 나 타났다. 추가적인 Na+ 및 K+ 양이온의 확인은 정확한 모분자 의 결정을 가능하게 하여 질량 해상도가 떨어지는 미량성분 의 구조동정에도 확실하게 큰 도움을 준다. 상세한 구조 해 석을 위해 세부 fragment 패턴을 살펴보면, 플라보놀 및 플라 본 배당체는 전체구조로부터 glucose(m/z 162), glucuronic acid(m/z 176), glucose + malonic acid(m/z 248)이 잘려나가는 패턴을 보유하고 있었다. 이들 중 2배당체 미량성분으로서 Fig. 1의 플라보노이드 크로마토그램 상 앞부분에서 용출되 는 quercetin 3-O-(6''-O-malonyl)glucoside-7-O-glucuronide(peak 3)는 quercetin 3-O-glucoside-7-O-glucuronide(peak 1)을 기본구조로 포함하고 있다. 이와 유사하게도 quercetin 3,7-di-O-glucoside (peak 2)는 665[M+K]+, 649[M+Na]+, 627[M+H]+, 465[M+Hglucose]+, 303[M+H-2glucose]+의 패턴을 나타내는 상추 최초 신규 화합물로서 뽕나무잎 및 와인에서 이미 보고된바 있으 며, quercetin 3-O-(6''-O-malonyl)glucoside-7-O-glucoside(peak 4)를 구성하는 기본구조이다(Thabti 등 2012;Kim 등 2018). Quercetin 3-O-(2''-O-malonyl)glucoside(morkotin C, peak 11) 역 시 주요 성분인 quercetin 3-O-(6''-O-malonyl)glucoside(peak 10)의 신규 이성체 화합물로서 589[M+K]+, 573[M+Na]+, 551[M+H]+, 303[M+H-glucose-malonic acid]+으로 실제 뽕나무 잎에서 동일한 용출시간 및 질량 패턴을 확인한 바 있다(Ju 등 2018). 적색 상추 시료를 상온에 1시간 정도 두면 주요 안 토시아닌 cyanidin 3-O-(6''-O-malonyl)glucoside의 methyl ester 화 합물이 발생하게 되는데, 603[M+K]+, 587[M+Na]+, 565[M+H]+, 303[M+H-glucose-malonic acid methyl ester]+의 패턴을 가진 quercetin 3-O-(6''-O-malonyl)glucoside methyl ester(peak 12) 신 규화합물도 이와 유사한 경로를 보이는 것으로 추정된다 (Mulabagal 등 2010).

    상추에서 검출된 하이드록시신남산 화합물에는 caffeic acid 유도체가 대다수를 차지하고 있으며, 이들의 전체구조 로부터 분리된 caffeic acid(Caf)는 공통적으로 181[Caf+H]+, 163[Caf+H-H2O]+, 145[Caf+H-2H2O]+, 135[Caf+H-H2O-CO]+, 117[Caf+H-2H2O-CO]+의 상세한 양이온 질량 패턴을 나타내 고 있다(Viacava 등 2017;Viacava 등 2018)(Table 2). Fig. 3의 하이드록시신남산 크로마토그램에서 알 수 있듯이 대표 성 분이라 할 수 있는 (2R,3R)-2,3-di-O-caffeoyltartaric acid(chicoric acid, peak 25)는 이성체 meso-chicoric acid(peak 26)와 더불어 특이적으로 H+ 및 K+ 이온이 나타나지 않는 대신에 Na+와 함 께 모분자를 알려주는 457[M+H-H2O]+의 양이온 질량 패턴을 제시하였다. 하이드록시신남산 유도체 중 미량성분인 5-O-cis-p-coumaroylquinic acid 및 5-O-caffeoylquinic acid methyl ester (chlorogenic acid methyl ester)는 각각 377[M+K]+, 361[M+Na]+, 339[M+H]+, 165[cis-coum+H]+, 147[cis-coum+H-H2O]+, 119[cis-coum+ H-H2O-CO]+ 및 407[M+K]+, 391[M+Na]+, 369[M+H]+, 163[Caf+H-H2O]+, 145[Caf+H-2H2O]+, 135[Caf+H-H2O-CO]+의 질량 패턴을 나타 내고 표준품 일치여부 확인을 통해 결정되었으며, 이들은 체 리, 매실 등 벚나무속 열매에서 보고된 바 있다(Jin 등 2012;Martini 등 2019).

    2. 국내 재배 상추 내 30종 페놀화합물의 조성 및 함량 비교

    Table 3은 국내 재배 상추 6종에서 분리된 페놀화합물 30 종의 조성 및 함량을 나타낸 것이다. 시료 내 정량을 위해 전처리시 비교적 안정적이고 시료 peak과 겹침 현상이 적은 내부표준물질 galangin, cyanin, 2,4,5-trimethoxycinnamic acid 를 이용하여 수행하였으며, relative response factor(RRF)를 고 려하지 않은 상태로 적용하였다(Ju 등 2018). 뿐만 아니라 질 량 분석 시 방해요인으로 작용하는 불순물을 제거하기 위해 시료 추출 단계에서 SPE(solid phase extraction) 과정을 수행 하였다.

    상추 함유 총 플라보노이드 함량(mg/100 g, 건조중)은 54.7~3646.9의 분포를 나타냈으며, 적상추(2671.6) 및 적로메 인상추(3646.9)가 높은 함량을 보이는 반면 양상추는 54.7로 가장 낮은 함량을 나타내었다(Pernice 등 2007). 이들 함량은 스페인 산지 Iceberg 양상추, 청로메인상추, Oak 적상추 및 Lollo rosso 적상추가 수분함량이 약 90% 이상인 것을 고려하 여 mg/100 g(생체중)을 기준으로 각각 11.0, 18.9, 150.2 및 312.6의 함량을 나타낸 것보다 약간 높게 나타났다(Llorach 등 2008). 주요 성분 quercetin 3-O-glucuronide 및 quercetin 3-O-(6''-O-malonyl)glucoside는 플라보노이드 내 53~86%를 차 지하는데(Ferreres 등 1997;Romani 등 2002;Caldwell CR 2003), 적로메인상추의 경우 특이적으로 플라본인 luteolin 7-O-glucuronide(1064.5)가 높게 함유되어 있었다(Table 3).

    적상추, 적꽃상추, 적포기상추 및 적로메인상추는 44.4~ 283.7 mg/100 g(건조중)의 안토시아닌 함량 분포를 나타냈으 며, 한국인이 흔히 섭취하는 적상추에서 가장 높은 함량이 확인되었다. 독일에서 재배된 Oak 적상추 또한 101 mg/100 g(건조중량)의 함량을 나타내어 본 연구결과 범위에 속함을 알 수 있었다(Becker 등 2013). 주요 성분은 cyanidin 3-O-(6''- O-malonyl)glucoside로 미국산 적색 잎상추에서 보고된 안토 시아닌 결과와 유사하게 93~95%의 매우 높은 비중을 나타내 고 있다(Wu & Prior 2005;Mulabagal 등 2010)(Table 3).

    하이드록시신남산 유도체에 해당하는 페놀산은 265.4~4,580.3 (mg/100 g, 건조중)의 함량 분포를 보였으며, 대체적으로 높 은 함량을 나타내는 적색 상추에 비해 양상추 및 청상추는 265.4 및 1,300.1로 낮은 함량을 나타내었다. Ribas-Agusti 등 (2011)Materska 등(2019)이 제시한 연구결과와 마찬가지 로 국내 재배 상추에서 확인된 페놀산 중 chlorogenic acid 및 chicoric acid가 58~89%의 높은 비중을 나타내었다. 페놀화합 물 총량(320.1~7,535.6 mg/100 g, 건조중) 대비 계열별 비중을 보면 청상추 및 적로메인상추를 제외하고 페놀산 비중이 좀 더 높은 것을 알 수 있다. 또한 건조중량 100 g 기준으로 적색 잎상추(1,276 mg)가 청색 잎상추(397 mg)보다 약 3배 이상 높 은 함량을 나타냈다는 결과(Li 등 2010)와 유사하게 본 연구 의 적색상추 4종은 청상추보다 약 1.5~3배 가까이 높은 함량 을 나타내었다(Table 3).

    식물성 식품을 통해서 섭취된 페놀화합물은 과거 수년 동 안 건강기능성과 관련하여 사람들로부터 많은 관심을 받아 왔는데 강력한 항산화성을 근거로 항균, 항바이러스, 항염, 항암 및 혈관확장에 이르기까지 그 기능성 검증이 확대되고 있다. 그러나 페놀화합물의 이러한 중요성에도 불구하고 역 학적으로나 임상학적으로 아직까지 부족한 부분이 많으며, 식품에서 천연 상태로 매일 먹는 건강기능성을 규명하기 위 해서는 이들의 구체적인 함량정보 제공이 더욱 중요하다고 할 수 있다. 이러한 관점에서 상추는 일상에서 자주 소비되 는 쌈채소로서 30종에 이르는 광범위한 페놀화합물을 다량 함유하고 있어 영양․기능성면에서 매우 중요한 식품소재라 할 수 있다. 추후 지표성분으로 확인된 quercetin 3-O-glucuronide, quercetin 3-O-(6''-O-malonyl)glucoside, cyanidin 3-O-(6''-O-malonyl) glucoside, chlorogenic acid 및 chicoric acid 5종을 중심으로 품 종, 수확시기, 재배방법, 저장․유통 등의 조건에 따른 변화 를 평가하는 연구가 추가적으로 필요하며, 궁극적으로 국내 육성중이거나 보급 중인 상추 유전자원을 대상으로 페놀화 합물 고함유 자원을 선발하고 외국산 우수품종과 비교하는 연구가 반드시 수행되어야할 것으로 판단된다.

    요약 및 결론

    본 연구에서는 국내 재배 상추로부터 페놀화합물 구조동 정을 위해 지금까지 보고된 다양한 상추 연구 결과로부터 플 라보놀 22종, 플라본 8종, 플라바논 3종, 안토시아닌 8종, 하 이드록시신남산 유도체 29종으로 구성된 총 70종의 페놀화 합물 정보를 상세하게 구축하였다. UPLC-DAD-QToF/MS 분 석자료 및 구축된 라이브러리를 비교하여 확인한 결과, 잎상 추, 양상추, 로메인상추 등 국내 재배 상추 6종으로부터 플라 보놀 10종, 플라본 3종, 안토시아닌 3종, 하이드록시신남산 유도체 14종 등 총 30종의 페놀화합물 성분이 분리 및 동정 되었다. 54.7~3,646.9 mg/100 g(건조중)의 함량 분포를 나타낸 플라보노이드(플라보놀 및 플라본) 중 quercetin 3-O-(6''-Omalonyl) glucoside 및 quercetin 3-O-glucuronide가 주요 성분이 었으며, quercetin 3,7-di-O-glucoside, quercetin 3-O-(2''-O-malonyl) glucoside(morkotin C) 및 quercetin 3-O-(6''-O-malonyl)glucoside methyl ester는 신규 성분으로 확인되었다. 적색상추 4종에서 만 확인되는 안토시아닌(44.4~283.7 mg/100 g)의 경우 적상추가 가장 높은 함량을 나타냈으며, cyanidin 3-O-(6''-O-malonyl) glucoside가 주요 성분으로서 93~95%의 매우 높은 비중을 차 지하였다. Chlorogenic acid 및 chicoric acid를 주요 성분으로 하는 하이드록시신남산 유도체(265.4~4580.3 mg/100 g)에서는 미량의 5-O-cis-p-coumaroylquinic acid 및 5-O-caffeoylquinic acid methyl ester(chlorogenic acid methyl ester)가 상추 최초 화 합물로 확인되었다. 페놀화합물 총량(320.1~7,535.6 mg/100 g) 에 있어 대체적으로 하이드록시신남산 유도체 비중이 크게 나타났으며, 적색상추 4종이 청상추보다 약 1.5~3배 가까이 높은 함량을 나타내었다. 따라서 상추는 페놀화합물 고함유 소재인 것으로 판단되며, 이들 화합물에 대한 구체적인 정보 제공은 앞으로 우수 자원 선발 및 품종개발에 매우 중요한 기초 자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다. 또한 본 연구 에서 직접 제작된 페놀화합물 라이브러리를 기반으로 연구 자들이 직접 다양한 상추 시료에 대해 신속․정확하게 구조 동정 및 평가할 수 있을 것으로 사료된다.

    감사의 글

    본 연구는 농촌진흥청 국립농업과학원 농업과학개발기술 연구사업(과제번호: PJ01417601)과 2019년도 농촌진흥청 국 립농업과학원 박사후 전문연구원 과정 지원사업에 의해 이 루어진 것임.

    Figure

    KSFAN-32-6-717_F1.gif
    UPLC chromatogram of 2 flavones and 11 flavonols (wavelength at 350 nm) from green(A), red(B), red romaine(C) and head(D) lettuce samples(L. sativa L.).

    Compound names are presented according to peak number in Table 2. IS (internal standard): galangin 100 ppm.

    KSFAN-32-6-717_F2.gif
    UPLC chromatogram of 3 anthocyanins(wavelength at 515 nm) from red(A), red(flower shape) (B), red(Chinese cabbage shape)(C) and red romaine(D) lettuce samples(L. sativa L.).

    Compound names are presented according to peak number in Table 2. IS(internal standard): cyanin 100 ppm.

    KSFAN-32-6-717_F3.gif
    UPLC chromatogram of 14 hydroxycinnamoyl derivatives(wavelength at 320 nm) from green(A), red(B), red romaine(C) and head(D) lettuce samples(L. sativa L.).

    Compound names are presented according to peak number in Table 2. IS(internal standard): 2,4,5-trimethoxycinnamic acid 250 ppm.

    Table

    LC-MS library of 70 phenolic compounds from Lactuca sativa, L. dregeana, L. quercina, L. serriola, L. tatarica and L. virosa based on literature sources
    Characterization of isolated 30 phenolic compounds from lettuce samples(Latuca sativa L.) cultivated in Korea
    Contents of individual phenolic compounds from lettuce samples(Latuca sativa L.) cultivated in Korea

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