Mineral Composition and Physiological Activities of Methanol Extract from the Seeds of Persicaria tinctoria

쪽 종자의 영양성분과 메탄올 추출물의 생리활성 효과

Abstract

In order to improved use of Persicaria tinctoria seeds and to get basic information, general composition, fatty acid, mineral, amind acid analysis and physiological activity of methanol extract of Persicaria tinctoria seeds were investigated. Total calories of Persicaria tinctoria seeds were 348.00 kcal/100 g, general composition, carbohydrate, crude protein, crude fat and crude ash consisted of 7.85%, 67.90%, 10.10%, 4.00% and 10.15%, respectively. The amount of saturated and unsaturated fatty acids was showed 0.9048 g/100 g and 2,714 g/100 g, respectively. Minerals contained 100g of Persicaria tinctoria seeds were followed by K (549.5 ㎎), Mg (264.4 ㎎), Ca (216.2 ㎎), Fe (12.1 ㎎), Zn (3.0 ㎎). Total 15 kinds of amino acids were detected, these amino acids displayed higher value in the alanine (1,432.6 ㎎/100 g) and glutamic acid (1,088.8 ㎎/100 g). Total polyphenol and flavonoid contents were 11.08 ㎎/L and 3.56 ㎎/L, respectively. DPPH radical scavenging and ABTS radical scavenging activity in the methanol extract of 1,000 ㎎/L was showed 86.74% and 61.74%, respectively.

쪽 종자의 이용성 향상을 위한 기초 자료 확보 측면에서 쪽 종자의 일반성분, 지방산, 무기물, 아미노산 함량 분석과 쪽 종자의 메탄올 추출물을 이용하여 생리활성 효과를 조사하였다. 쪽 종자의 총 열량은 348.00 kcal/100 g이었으며, 일반성분은 수분 7.85%, 탄수화물 67.90%, 조단백 10.10%, 조지방 4.00%, 조회분 10.15%로 구성되어 있었다. 포화지방산의 총량은 0.905 g/100 g이었고, 불포화지방산의 총량은 2.717 g/100 g이었다. 쪽 종자 100 g에 함유된 무기질은 K (549.5 ㎎), Mg (264.4 ㎎), Ca(216.2 ㎎), Fe (12.1 ㎎), Zn (3.0 ㎎) 순으로 많았다. 구성아미노산은 총 15종이 검출되었으며, 이 중 alanine (1,432.6 ㎎/100 g)과 glutamic acid (1,088.8 ㎎/100 g)의 함량이 많았다. 총 폴리페놀 함량은 11.08 ㎎/L였고, 총 플라보노이드 함량은 3.56 ㎎/L였다. 쪽 종자 메탄올 추출물의 생리활성 중 radical scavenging activity는 1,000 ㎎/L일 때 DPPH radical 소거능 86.74%, ABTS radical 소거능 61.74%로 나타났다.

서 언

쪽(Polygonum tinctorium Lour.)은 마디풀과(Polygonaceae)의 1년생 초본식물로 중앙아시아 및 중국이 원산지이다(Kim et al., 2012a). 한국, 중국 및 일본에서는 1,000년 전부터 청색 염료 식물 및 약재로 이용되어 왔다(Heo et al., 2012). 동양의학에서 쪽잎은 진통제(anodyne), 해열제(anti-febrile), 해독제(detoxicant) 및 항염제로 널리 사용되어 왔으며, 쪽 종자는해열과 해독에 이용되어 왔다(Heo et al., 2011). 쪽에 대한 연구는 주로 인디고(indigo) 전구물질의 함량, 인디고 색소의 염색성 등 염색 측면에서 많이 이루어져 왔다(Kim et al., 2012). 최근에는 쪽에 함유된 인디루빈(indirubin), 트립탄트린(tryptanthrin), 캠페롤(kaempferol) 등의 기능성물질(Heo et al., 2011; Heo et al., 2013; Iwaki et al., 2011), 잎 추출물의 생리활성 효과(Kim et al., 2012), 쪽 잎 추출물의 암세포 증식 억제 효과(Jang et al., 2012b) 등에 대한 연구가 이루어졌다.

한편, 쪽은 마디풀과 식물로 8월 하순경부터 개화하여 10월 중하순에 종자 채취가 가능하며, 종자의 수확량은 재배와 결실 조건이 많으면 400-500 ㎏/ha를 생산할 수 있다(Heo et al., 2011). 종자 추출물은 암세포 증식을 억제하는 효과가 있는 것으로 보고되었으며(Heo et al., 2014), 일본에서는 쪽 종자 추출물을 이용한 보습제가 상품화되어 있는 실정이다(Heo et al., 2011). 쪽 종자는 이처럼 단위면적당 수확량이 많고, 추출물을 이용한 제품이 유통되고 있으나 쪽 종자의 영양성분과 생리활성에 대한 연구는 미비한 실정이다.

이와 같은 배경에서 본 연구는 쪽 종자의 이용성 향상을 위한 기초 자료 확보 측면에서 쪽 종자의 일반성분, 지방산, 무기물, 아미노산 함량 분석과 메탄올 추출물의 생리활성 효과를 조사하기 위해 수행하였다.

 

재료 및 방법

쪽 종자

전남 나주에서 재배한 쪽(Polygonum tinctorium) 종자를 11월 초순에 채취하여 실내에서 3개월간 보관 후 사용하였다.

시료의 추출

시료를 grinder로 분쇄한 후 20 g을 취하여 메탄올(Burdick & Jackson, USA) 500 ㎖에 넣어 18시간 동안 침지하였다. 이후 homogenizer를 이용하여 추출한 후 뷰크너 깔대기에 여과지(Whatman NO. 2)로 감압여과, 추출 여액을 얻었다. 추출여액은 회전식 진공 농축기(EYELA, Tokyo, Japan)로 농축한 후 최종 메탄올 추출물(1.2392 g, yield 6.19 %)을 얻어 –20.0℃의 온도에서 보관하면서 쪽 종실 메탄올 추출물의 생리활성 실험에 사용하였다.

일반성분 분석

쪽 종실의 일반성분은 식품공전의 분석방법(KFDA, 2002)에 따라 3회 분석하여 평균값으로 하였다. 수분함량은 105℃ 상압건조법, 회분 함량은 550℃에서 직접회화법을 이용하여 분석하였으며, 조단백질 함량은 micro-Kjeldahl법을 이용한 단백질 자동분석기(Büchi Kjeldahl System, Büchi, Switzerland)로, 조지방 함량은 Soxhlet법을 이용하여 분석하였다. 탄수화물은 100-(수분+조회분+조단백질+조지방)의 식으로 계산하여 그 값을 표시하였고, 에너지(Calory)는 탄수화물(g) × 4 kcal, 지방(g) × 9 kcal, 단백질(g) × 4 kcal의 식으로 산출하였다.

지방산 분석

시료 25 ㎎을 취한 후 내부표준물질(undecanoic acid methyl ester, Sigma-Aldrich, Bellefonte, PA, USA) 1 ㎖ 가하고 0.0.5 N NaOH/ methanol를 1.5 ㎖ 첨가한 후 N2 가스를 충진하였다. 이것을 100℃에서 5분간 가수분해 후 냉각하여 14% BF3/methanol 2 ㎖를 첨가 및 N2 가스 충진 후 밀봉하여 100℃에서 30분간 가온한 후 30-40℃로 냉각하였다. 여기에 1 ㎖ 이소옥탄을 넣고 N2 가스를 충진한 다음 30초간 격렬히 진탕한 다음 5 ㎖포화식염수를 넣고 다시 질소 충진한 다음 30초간 진탕 반응시켰다. 이후에 이소옥탄층을 분리하고 무수황산나트륨으로 탈수한 후 질소 충진하여 시험용액으로 하였으며, 불꽃이온화 검출기(FID)가 장착된 gas chromatography (GC-2010Plus, Shimadzu, Japan)를 이용하여 분석하였다. 칼럼은 SP-2560 capillary column (100 m × 0.25 ㎜ × 0.2 ㎛), 검출기 온도는 260℃였다. 주입기 온도는 260℃, 오븐의 온도는 140℃/5 min-4℃/min-250℃/15 min, Carrier gas로는 N2 가스를 사용하였다. 표준 FAME mix (C14-C24)는 Supeico (Bellefonte, PA, USA)사 제품을 사용하였다.

아미노산 분석

구성 아미노산 분석은 검체 0.5 g에 6 N HCl 10 ㎖을 가하여 105℃ Dry oven에서 24시간 반응 후 분해된 시료를 회전진공 농축기로 감압 건고하여 0.02 N HCl 10 ㎖로 녹여 정용 후 0.45 ㎛ membrane filter로 여과한 것을 분석용 시료로 사용하였다. 위의 분석용 시료는 아미노산 전용분석기(Hitachi L-8900, Japan)를 이용하여 분석하였고, 분석에 이용된 column은 ion exchange column #2622SC PH (11 ± 2 ㎛)이었다. Flow rate는 25 ㎖/hr이었고, 이동상은 Na-citrate buffer (pH 3.2-pH 6.45)였다. Column과 reaction chamber의 온도는 각각 47-88℃와 135℃로 하였다.

무기질 분석

쪽 종자의 무기질 함량 분석은 습식분해법에 의해 시료 1 g에 질산 8 ㎖를 넣고 마이크로웨이브(Multiwave 3000, Antor Paar, Austria)에서 유기물을 분해한 후, 원자흡광분광광도계(Atomic Absorption Spectrophotometer: AA, AAnalyst 400, Perkin Elmer, MA, USA)를 이용하여 분석하였다. 각 무기질 검출파장은 Ca 422.67 ㎚, Mg 285.21 ㎚, K 766.49 ㎚, Fe 248.33 ㎚, Zn 213.86 ㎚에서 측정하였다. 각각의 표준용액 농도는 Ca은 0, 1.25, 2.5, 5.0 ppm의 농도로, Fe은 0, 0.5, 1.0, 2.0 ppm의 농도로, K과 Mg, Zn은 0, 0.25, 0.5, 1.0 ppm의 농도로 조제하여 검량곡선을 작성 시료의 함량을 측정하였다.

총 페놀 및 총 플라보노이드 함량 분석

총 페놀 함량은 Folin-Denis법(Gutfinger, 1981)에 따라 시료(5 ㎎/L) 25 ㎕와 Folin-Ciocalteau’s phenol regent (Sigma-Aldrich, USA) 50 ㎕ 혼합한 후 3분간 정치한 뒤 2% sodium carbonate 1 ㎖ 혼합하여 실온에서 1시간 방치시키고, 분광광도계(UV-Visible spectrophotometer, VARIAN, USA) 750 ㎚에서 흡광도를 측정하였다. 총 페놀 함량을 정량분석하기 위해 표준물질인 chlorogenic acid (Sigma-Aldrich, MA, USA)를 증류수에 녹여 일정한 농도별로 조제하고 시료와 동일한 방법으로 실험하여 검량선을 작성, 정량분석에 사용하였다.

총 플라보노이드 함량은 시료를 5 ㎎/L로 희석한 후 48 well에 시료 25 ㎕를 넣고 diethylene glycol 500 ㎕와 1N NaOH 50 ㎕를 37℃ 1시간 방치 후 분광광도계(UV-Visible spectrophotometer, VARIAN, USA) 420 ㎚에서 측정하였다. 표준물질은 Quercetin (Sigma-Aldrich, USA) 10, 25, 50, 100 ㎎/L를 사용하였다.

DPPH radical 소거능

Blois (1958)의 방법에 따라 DPPH [di (phenyl)-(2,4,6-trinitrophenyl) iminoazanium, Sigma-Aldrich, USA] solution (180 μM) 1,800 ㎕에 시료를 농도별로 200 ㎕ 처리한 후 실온에서 30분간 방치한 다음 분광광도계(UV-Visible spectrophotometer, VARIAN, USA) 517 ㎚에서 흡광도를 측정하였다.

ABTS radical 소거능

쪽 종자에 대한 ABTS radical 소거활성은 Van den Berg et al., (1999)의 방법을 변형하여 측정하였다. ABTS+ [2,2'-azinobis(3-ethylbenzthiazoline-6-sulphonic acid), Sigma-Aldrich, USA] 7 mM에 potassium persulfate 2.45 mM을 동량 넣고 12-16 hr 동안 암소에 방치하여 734 ㎚에서 흡광도 값이 0.7이 되도록 17배 희석한 후 ABTS+ solution 500 ㎕에 시료 10 ㎕를 처리한 후 분광광도계(UV-Visible spectrophotometer, VARIAN, USA)로 흡광도를 측정하였다.

통계처리

분석결과는 SPSS program (SPSS version 14.0K, SPSS Inc., Chicago, IL, USA)을 통해 3회 반복하여 측정한 평균값과 표준편차로 나타냈으며, 시료 간의 결과는 분산분석(ANOVA test)을 실시, Duncan의 다중범위 검정(Duncan’s multiple range test)하여 유의성(p < 0.05) 검사를 실행하였다.

 

결과 및 고찰

일반성분

쪽 종자 100 g의 총 열량은 348.00 kcal였으며, 일반성분은 수분 7.85%, 탄수화물 67.90%, 조단백 10.10%, 조지방 4.00%, 조회분 10.15%로 구성되었다(Table 1). 영양분의 함량을 평가할 때에는 실제적인 고형물 함량이 중시 된다는 점을 감안하여 본 연구 결과에서 나타난신선한 종자의 일반성분을 건조 종자로 환산해 보면 탄수화물은 73.68%, 조단백 10.97%, 조회분 11.01% 및 조지방 4.34%로 나타났다. 따라서 쪽 종자의 주된 성분은 식물체의 구성성분인 탄수화물과 단백질로 구성되어 있었고 일반성분 중 조지방의 함량은 가장 낮았다. 이러한 결과는 메밀 종자의 영양성분은 수분 13.5%, 탄수화물 69.6%, 조단백 12.0%, 조지방 3.1%, 회분 1.8%으로 구성되었다는 보고(Lee et al., 1994)와 비교해 볼 때 쪽 종자에는 조회분 함량이 월등하게 많았으며, 탄수화물, 조단백, 조지방의 함량은 다소 유사한 수준이었다.

Table 1.zAll values are expressed as mean ± SD of triplicate determinations. yCarbohydrate=100-(moisture + crude protein+crude fat + crude ash).

지방산

쪽 종자에 함유된 포화지방산의 총량은 0.905 g/100 g (fresh weight basis)이었고, 불포화지방산의 총량은 2.717 g/100 g으로 포화지방산의 3배 정도의 높은 수치를 나타냈다(Table 2). 포화지방산 중에는 palmitic acid이 75.4%인 0.655 g/100 g으로 가장 많은 양이 함유되어 있었다. 단순불포화지방산 (Monounsaturated fatty acids: MUFAs)의 총량은 0.941 g으로 포화지방산과 비슷한 양이었으며, oleic acid (0.765 g/100 g, 81.3%)이 주요 성분이었다. 다가불포화지방산(Polyunsaturated fatty acids: PUFAs)의 총량은 1.776 g/100 g이었으며, linoleic acid (1.725 g/100 g)와 linolenic acid (0.042 g/100 g)이 다가불포화지방산 함량의 99.5%, 전체 지방산 함량의 65.1%를 차지하였다. 한편, 쪽 종실의 불포화지방산의 총량은 2.717 g/100 g으로 포화지방산의 0.905 g/100 g과 비교해 약 3배 정도 높은 수치를 나타냈다.

Table 2.zAll values are expressed as mean ± SD of triplicate determinations.

무기질

쪽 종자 100 g에 함유된 무기질은 K (549.5 ㎎), Mg (264.4 ㎎), Ca (216.2 ㎎), Fe (12.1 ㎎), Zn (3.0 ㎎) 순으로 많았다(Table 3). K는 쪽 종자의 무기질 함량 중 52.57%를 차지하고 있었는데, 인체에서 에너지 대사, 세포막 내외의 전위차 유지, Na과 상호작용, 혈압의 유지 등과 더불어 고혈압 개선에 효과적이며, 이뇨작용에 도움을 주는 역할을 한다고 알려져 있다(Lim et al., 2013). 그러므로 쪽 종자에 함유된 무기질은 K의 활용 측면에서 의의가 있을 것으로 생각된다.

Table 3.zAll values are expressed as mean ± SD of triplicate determinations.

아미노산 조성

쪽 종자에서는 15종의 구성아미노산이 검출되었으며, alanine (1,432.6 ㎎/100 g)과 glutamic acid (1,088.8 ㎎/100 g)의 함량이 많았다(Table 4). 필수아미노산 함량은 3,206 ㎎/100 g (fresh weight basis), 비필수아미노산 함량은 약 5,188 ㎎/100 g (fresh weight basis)으로, 비필수아미노산 대비 필수아미노산 함유량 비율은 약 61.8%였다.

Table 4.*Essential amino acid. zAll values are expressed as mean ± SD of triplicate determinations. yTotal EAA: Total essential amino acid. xTotal NEAA: Total nonessential amino acid.

총 폴리페놀 및 플라보노이드 함량

쪽 종자 메탄올 추출물의 총 폴리페놀 함량은 11.08 ㎎/L였으며, 총 플라보노이드 함량은 3.56 ㎎/L였다(Table 5). 식물계에 널리 분포되어 있는 페놀성 물질은 다양한 구조와 분자량을 가지며, 이것들의 phenolic hydroxyl이 단백질처럼 거대분자와 결합하여 항균, 항암, 혈압강화작용, 간 보호 작용, 진경작용, 항산화작용 등 여러 가지 생리기능을 갖는 것으로 알려져 있다(Chon et al., 2008; Jang et al., 2015; Lee et al., 2006). 플라보노이드는 현재까지 4,000종 이상이 알려져 있는데(Cha and Cho, 2001), 항산화 작용, 순환기계 질환의 예방, 항염증, 항알레르기, 항균, 항바이러스, 지질저하 작용, 면역증강 작용, 모세혈관 강화작용 등에 효과가 있는 것으로 알려져 있다(Kawaguchi et al., 1997). 그러므로 함량이 많을수록 좋다고 할 수 있는데, 쪽잎의 초고압과 열풍건조 처리 후 메탄올 추출물의 폴리페놀함량은 0.08–0.12 ㎎/L였으며, 총 플라보노이드 함량은 2.29–3.22 ㎎/L였다(Park et al., 2014)의 연구 결과와 비교해 볼 때 쪽 종자 중의 총 폴리페놀 함량은 잎에 비해 90배나 높아 매우 의미가 있었다. 총 플라보노이드 함량은 쪽 잎과 비슷한 수준을 나타냈다.

Table 5.zAll values are expressed as mean ± SD of triplicate determinations.

DPPH 및 ABTS+ radical 소거능

쪽 종자의 추출물이 1000 ㎎/L일 때 DPPH radical 소거능은 70.7%였으며, ABTS radical 소거능은 34.80%를 나타냈다(Table 6). 인체에서 활성산소는 산소라디칼에 의하여 산화적 손상을 초래함으로서 독성을 나타내며(Kappus, 1986), 활성산소의 산화적 손상은 glutamate 수용체의 과 활성 및 흥분성 아미노산의 분비를 유도하여 세포독성을 나타내는데(Mattson et al., 1993), 전자공여능의 작용은 자유라디칼에 전자를 공여하여 식품의 지방산화를 억제하고 인체 내에서는 자유라디칼에 의한 노화를 억제시키는 작용으로 주로 이용되어 진다(Lee et al., 2006; Park et al., 2015). 이러한 배경에서 다양한 식물을 대상으로 DPPH와 ABTS radical 소거능에 대한 연구가 이루어지고 있는데(Heo et al., 2007, 2008), Park et al. (2014)은 쪽 잎을 초고압과 열풍건조 처리 후 메탄올 용매로 추출한 추출물 1,000 ㎎/L의 DPPH radical 소거능은 66.54–80.25%였으며, ABTS radical 소거능은 64.45-90.14%였다고 하였다. 따라서 본 연구에서 조사된 쪽 종자 메탄올 추출물의 DPPH radical 소거능은 잎 추출물 보다 높게 나타났다. 반면에 ABTS radical 소거능은 잎 추출물 보다 다소 낮은 활성을 나타냈다. 쪽 종자 추출물의 IC50 값은 DPPH radical 소거능의 경우270.60 ㎎/L였으며, ABTS radical 소거능은 782.32 ㎎/L를 나타냈다.

Table 6.zIC50 (concentration required for 50% inhibition) values for DPPH and ABTS+ radical scavenging activities of methanol extract of Persicaria tinctoria seeds in comparison with the standard antioxidants ascorbic acid and α-tocopherol. a-dValues within different superscripts are different within the same column at p < 0.05 by Duncan’s multiple range test. All values are mean ± SD.