여주의 부위별 품질 특성 및 항산화 활성
부하정1․김진아2․천지연1
1제주대학교 공과대학 식품공학과
2해올렛유통법인(주)
Quality Characteristics and Antioxidative Activity of Different Parts of Bitter Melon (Momordica charantia L.)
Ha Jeong Boo1, Jin-Ah Kim2, and Ji-Yeon Chun1
1Department of Food Bioengineering, Jeju National University
2Haeallet Distribution Corporation
ABSTRACT This study was conducted to determine the quality characteristics and antioxidative activities of bitter melon (Momordica charantia L.) fruit, leaves, and stems. The color of bitter melon differed depending on the part.
Additionally, each part of powdered bitter melon showed different physicochemical properties and antioxidative activity.
However, the total polyphenol contents did not differ significantly among parts (P>0.05). The fruit, leaves, and stems of bitter melon showed 191.30, 191.61, and 218.05 mg/g, respectively. Evaluation of the 1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl radical scavenging activity revealed that the leaves had the highest activity (34.09%), and that this was concentration dependent. 2,2’-Azino-bis(3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid) diammonium salt radical scavenging activity was also significantly higher in the bitter melon leaves than other parts (P<0.05). Overall, these results suggest that the leaves and fruit of bitter melon could be utilized in processed food.
Key words: bitter melon, powdered bitter melon, physicochemical properties, antioxidative activity
Received 11 February 2019; Accepted 19 March 2019 Corresponding author: Ji-Yeon Chun, Department of Food Bioen- gineering, Jeju National University, Jeju-si, Jeju Special Self-Govern- ing Province 63243, Korea
E-mail: [email protected], Phone: +82-64-754-3615 Author information: Ha Jeong Boo (Graduate student), Ji-Yeon Chun (Professor)
서 론
최근 경제성장으로 인한 국민들의 생활 수준이 향상되고 식생활도 서구화됨에 따라 비만인구 및 당뇨병 환자 수가 증가하고 있다. 2016년 국민건강영양조사에 따르면 2005 년에 조사된 30세 이상 성인 당뇨 유병률은 약 4% 증가한 13%이며, 65세 이상 노인의 유병률은 약 9% 증가한 27.3%
로 사회적 문제로 대두되고 있다(KOSIS, 2018). 현대의학 의 발달에도 불구하고 당뇨병 약의 장기복용은 저혈당, 젖산 뇨증 등의 부작용을 야기할 수 있기 때문에 최근에는 환자의 약 30%는 보조제나 대체의학을 이용하는 것으로 보고되었 으며, 천연물로부터 유래된 생리활성 물질이 함유된 다양한 건강 기능성 식품이 관심 받고 있다(Seo 등, 2013; Kim 등, 2013).
여주(Momordica charantia Linn)는 1년생 덩굴성 박과 식물로 특유의 쓴맛 때문에 쓴 오이(bitter melon, bitter
gourd, goya)로 불린다(Lee 등, 2015). 중국과 인도 등의 동남아시아와 같은 아열대 지역에서는 중요한 약재로 이용 되어 왔다(Park 등, 2007). 특히 대표적인 아열대 채소인 여주의 재배면적이 증가하는 추세로 전국적으로 약 16 ha가 재배되고 있고 중북부 지역은 주로 노지 및 비가림작형으로 재배하여 6~10월에 수확하며, 남부 및 제주지역에서는 시 설재배가 주로 이루어지고 5~11월까지 재배된다(Lee 등, 2015; Kim 등, 2016). 우리나라에서는 여주를 주로 관상용 으로 이용해왔으나(Park 등, 2007), 최근 혈당조절 등의 기 능성이 알려지면서 건강 기능성 소재로 여주에 대한 관심이 높아지고 있다(Kim, 2014).
여주 특유의 쓴맛은 phytosterol 배당체들과 다양한 종류 의 아미노산, 갈락투론산, 펙틴 등의 성분에 의해 나타난다 고 알려져 있다. 이 성분들은 혈당 조절 효과가 있다고 알려 져 있으며, 지용성 물질인 카란틴(charantin)이라는 성분은 여주의 cucurbitane type triterpenoid 일종으로 췌장의 β 세포에 작용해 인슐린의 분비를 촉진하여 혈당을 낮춰주는 역할을 한다고 알려져 있다(Park 등, 2007). 이 외에도 여주 의 기능성분 중 하나인 모모르데신(momordicin)은 열매, 잎, 뿌리, 꽃에 함유된 알칼로이드 물질로 위를 튼튼하게 하 고 혈당을 조절하는 효과가 있다고 보고되어 있다(Seo 등, 2016). 또한 여주는 비타민 C, 비타민 E와 카로틴 등이 함유
되어 있어 천연 항산화 물질로서 작용을 한다. 특히 비타민 C는 여주 100 g 중 120 mg을 함유하고 있으며, 여주의 세포 벽이 단단하고 강하여 열을 가해도 비타민 C의 파괴가 잘 일어나지 않는다(Lee 등, 2010).
여주는 다양한 생리적, 약리적 효능을 가지고 있는 것으 로 알려져 있으나 현재 국내 연구로는 혈당 강하, 혈중 지질 조절(Park 등, 2015), 항균, 항암(Bae, 2002), 항산화 활성 (Park 등, 2007), 아질산염 소거능(Boo 등, 2009) 등으로 국외보다 기초적 연구가 미비한 실정이다. 또한 국내 여주의 주요 소비는 줄기와 잎이 섭취 부위임에도 불구하고 주로 약재용(볶음차)으로만 이용되면서 소비량이 크게 증가하지 못하고 있다(Ahn 등, 2011). 따라서 본 연구에서는 여주의 부위에 따른 품질 특성을 관찰하고 항산화 활성을 확인하여 여주의 부위별 활용방안 개선을 위한 기초 자료를 제시하고 자 하였다.
재료 및 방법
실험재료
본 실험에서 사용된 여주는 제주도 서귀포시 안덕면에서 2018년 8월에 수확된 것을 사용하였다. 여주는 흐르는 물에 세척한 후 껍질을 벗기지 않은 채 절단하였다. 씨가 제거된 여주는 Fig. 1과 같이 과육(fruit), 잎(leaf), 줄기(stem)로 분리하였다. 이때 과육 부분은 0.3~0.5 cm 사이의 두께로 균일하게 세절하였으며, 부위별로 분리된 여주는 열풍건조 기(520-M, Han Beak Science Co., Bucheon, Korea)로 45±1°C에서 건조물의 최종 수분 함량이 10% 이하까지 건 조하였다. 건조물은 분쇄기(CS-700, Timemore, Zhejiang, China)를 사용하여 분쇄 후 40 mesh의 표준망체로 체질하 였다. 최종 분말을 -20°C에서 보관하면서 여주의 특성분석 실험에 사용하였다.
여주의 총 폴리페놀 함량 및 항산화 활성을 측정하기 위해 여주 분말을 70% 에탄올 용매에 1:10(w:v)의 비율로 혼합 하여 상온에서 24시간 추출하였다. 추출물은 4°C, 4,000 rpm에서 20분 동안 원심분리 하여 상등액의 일정량을 0.45 μm syringe filter로 여과하여 분석시료로 사용하였다.
수분 함량, 고형분 함량, pH
수분 함량은 105°C 상압가열건조법(AOAC, 2000)으로 측정하였다. 고형분 함량과 pH를 측정하기 위하여 여주 분 말을 10배(w/v) 증류수에 혼합하여 초고속균질기(T25 dig- ital, IKA, Staufen, Germany)로 10,000 rpm에서 10분간 균질하였다. 균질된 용액은 상온에서 2시간 방치 후 4°C, 4,000 rpm으로 20분간 원심분리 하여 상등액만 실험에 사 용하였다. 고형분 함량은 전자 산도-당도계(PAL-BX ACID 181, ATAGO Co., Ltd., Tokyo, Japan)를 이용하여 측정하 였으며 °Brix로 나타내었다. pH는 pH meter(S470 Seven ExcellenceTM, Inti Inc., Schwerzenbach, Switzerland)를
이용하여 측정하였다.
색도 및 외관
여주의 색도는 분말을 페트리디쉬에 빈 공간 없이 담아 색차계(TCR200, PCE Americas Inc., Jupiter, FL, USA) 를 이용하여 측정하였으며, 밝기를 나타내는 L*(lightness), 적색도를 나타내는 a*(redness), 황색도를 나타내는 b*(yel- lowness)를 측정하였다. 이때의 표준색은 L* 값 93.90, a*
값 3.97, b* 값 -9.49인 백색 표준판을 사용하였다.
환원당 함량
환원당 함량 측정을 위해 여주 분말을 50배(w/v) 증류수 에 혼합 후 ultrasonic bath에서 30분간 열수 추출하였다.
추출물은 4°C, 4,000 rpm에서 20분 동안 원심분리 하여 상등액을 0.45 μm syringe filter로 여과하여 분석시료로 사용하였다. 환원당 함량은 시험관에 3 mL의 시료와 3 mL 의 dinitrosalicylic acid 시약을 넣고 혼합한 후 끓는 물에서 10분 동안 중탕시킨다. 반응액에 40% potassium sodium tartrate 용액 1 mL를 넣어 상온에서 충분히 냉각시킨 후 microplate reader(EpochTM, BioTek Instruments, Inc., Winooski, VT, USA)를 사용하여 575 nm에서 흡광도를 측정하였다. 이때 환원당 함량은 glucose를 표준물질로 하 여 작성한 검량선을 이용하여 환산하였으며 mg/100 g(dry basis)으로 나타내었다.
총 폴리페놀 함량
총 폴리페놀 함량은 Singleton과 Rossi(1965)의 Folin- Ciocalteu 방법을 본 실험에 맞게 일부 수정하여 측정하였 다. 각 시료 0.2 mL와 증류수 0.9 mL를 혼합한 후 2 M Folin-Ciocalteu’s phenol reagent 0.1 mL를 가하여 상온 의 암소에서 5분간 반응시킨다. 그 후 2% Na2CO3 0.3 mL를 혼합하여 증류수로 2 mL가 되도록 정용하여 상온의 암소에 서 1시간 반응시켜 microplate reader(EpochTM, BioTek Instruments, Inc.)를 사용하여 760 nm에서 흡광도를 측정 하였다. 표준곡선은 gallic acid 용액으로 작성하였으며, 시 료의 총 폴리페놀 함량은 mg gallic acid equivalents(GAE)/
g으로 나타내었다.
항산화 활성
항산화 활성을 관찰하기 위해 DPPH assay와 ABTS as- say를 수행하였다. DPPH assay는 Mensor 등(2001)의 방 법을 본 실험에 맞게 일부 수정하여 측정하였다. 1,1-Diphen- yl-2-picrylhydrazyl(DPPH) 시약을 사용하여 0.3 mM DPPH solution(in ethanol)을 제조하였다. 시료 2 mL에 0.3 mM DPPH solution 0.8 mL를 가한 후 혼합하여 암소에 서 30분간 반응시킨 다음 microplate reader(EpochTM, BioTek Instruments, Inc.)를 사용하여 517 nm의 파장에 서 흡광도를 측정해 아래의 식으로 환산한 후 DPPH 라디칼
Table 1. Color value of powdered bitter melon according to different parts
Part L* a* b*
Fruit Leaf Stem
64.73±2.00b1) 51.36±0.31c 68.76±0.13a
−4.08±0.04a
−10.53±0.18c −5.88±0.16b
10.97±0.10a 10.13±0.36b 10.49±0.49ab
1)All values are mean±SD. Different letters in the same column represent significantly different values at P<0.05.
L*, lightness (white +100 ↔ 0 black); a*, redness (red +100 ↔
−80 green); b*, yellowness (yellow +70 ↔ 0 ↔ −80 blue).
Table 2. Physicochemical properties of powdered bitter melon according to different parts
Part Water content (%) °Brix pH (%) Reducing sugar (mg/100 g-dry basis) Fruit
Leaf Stem
16.77±0.02a1) 6.83±1.36b 7.25±0.04b
4.87±0.05a 4.07±0.06b 2.70±0.00c
4.77±0.01c 8.02±0.00a 5.72±0.00b
210.91±0.96c 346.04±3.34b 467.49±1.95a
1)All values are mean±SD. Different letters in the same column represent significantly different values at P<0.05.
A B C D E F
Fig. 1. Appearance of raw and powdered bitter melon according to different parts. (A) fruit section without seeds, (B) leaf, (C) stem, (D) powdered fruit section without seeds, (E) powdered leaf, (F) powdered stem.
소거능을 나타내었다. 이때 증류수를 negative control로 하여 10 µg/mL ascorbic acid와 비교하였다.
DPPH radical scavenging activity (%)＝
absorbance of control－absorbance of sample absorbance of control ×100
ABTS assay는 Re 등(1999)의 방법으로 측정하였다.
7.4 mM 2,2’-azino-bis(3-ethylbenzothiazoline-6-sul- fonic acid) diammonium salt(ABTS)와 2.6 mM potas- sium persulfate를 제조한 후 1:1로 혼합하여 실온의 암소 에서 24시간 반응시켜 라디칼을 형성시켰으며, 실험 직전에 732 nm에서 흡광도가 0.700±0.030이 되도록 phosphate buffer saline(pH 7.4)으로 희석하여 사용하였다. 희석된 용 액 0.95 mL에 추출물 0.5 mL를 가하여 암소에서 10분간 반응시킨 후 732 nm에서 흡광도를 측정해 아래의 식으로 환산하여 활성을 산출하였다.
ABTS radical scavenging activity (%)＝
absorbance of control－absorbance of sample absorbance of control ×100
통계처리
본 실험은 3회 이상 반복 실험하여 평균값을 구하였고 각 실험별로 유의성 검증을 확인하였다. 통계분석은 Minitab ver. 17(Minitab Inc., State College, PA, USA)을 이용하 여 평균±표준편차로 나타내었으며, 유의성 검정(P<0.05) 은 Tukey’s multiple range test를 통하여 실시하였다.
결과 및 고찰
외관 및 색도
여주의 외관 및 색도는 Fig. 1과 Table 1에 나타냈다. 여 주의 외부는 짙은 녹색의 긴 타원형으로 표면에 혹 같은 돌
기가 있다. 여주를 절단하여 내부(Fig. 1A)를 살펴보면 가장 가장자리에 짙은 녹색의 껍질이며 그 안쪽에는 옅은 녹색의 과육 부분이다. 가장 안쪽에는 씨앗을 포함하고 있다. 잎 (Fig. 1B)은 손바닥 모양으로 5~7갈래로 갈라져 있고, 줄기 (Fig. 1C)는 덩굴성 한해살이풀로 다른 물체를 감고 올라간 다. 색도는 부위별 여주 분말을 이용하여 관찰하였으며, 그 결과 명도를 나타내는 L값은 줄기에서 유의적으로 가장 높 은 값을 보였고 과육, 잎 순으로 나타났다(P<0.05). 적색도 를 나타내는 a값은 잎이 가장 낮았으며 황색도를 나타내는 b값은 과육이 가장 높았다(P<0.05). 이를 통해 여주 분말의 부위별로 색도 차이가 있음을 알 수 있었다.
이화학적 특성
여주 분말의 부위에 따른 이화학적 특성을 나타낸 결과는 Table 2와 같다. 과육 부분은 잎과 줄기와 비교했을 때 유의 적인 차이를 보였다. 즉 수분 함량 및 °Brix는 잎과 줄기에 비해서 유의적으로 높았으며, pH는 유의적으로 낮은 값을 나타냈다(P<0.05). 잎과 줄기는 수분 함량에서 유의적 차이 는 없었으나(P>0.05), 잎이 고형분 함량과 pH가 유의적으 로 높았다(P<0.05). Park(2018)에 의하면 열풍건조 한 여 주의 고형분 함량이 1.12°Brix, 산도는 3.07%라 보고하였 다. 또한 Iqbal(2016)은 pH와 산도는 여주의 길이, 직경과
0 50 100 150 200 250
Fruit Leaf Stem
Total polyphenol contnet (mg GAE/g) .
Fig. 2. Total polyphenol content of powdered bitter melon ac- cording to different parts (P>0.05).
b a
b
0 5 10 15 20 25 30
Fruit Leaf Stem
ABTS radical scavengling (%) .
Fig. 4. ABTS radical scavenging activity of powdered bitter mel- on according to parts. Means with different letters (a,b) above the bars are significantly different (P<0.05).
Bb Aa Ba
Bb Aa ABa
Ab Aa
Aa
0 10 20 30 40 50
Fruit Leaf Stem
DPPH radical scavenging activity (%) .
0.6 mg/mL 0.8 mg/mL 1.0 mg/mL
Fig. 3. DPPH radical scavenging activity of powdered bitter mel- on according to parts. Means with different capital letters (A,B) above the bars are significantly different in concentration and different small letters (a,b) above the bars are significantly dif- ferent in parts (P<0.05).
무게에 따라 영향을 받는다고 보고하였다. 줄기(467.49±
1.95 mg/100 g)의 환원당 함량이 유의적으로 가장 높고 잎 (346.04±3.34 mg/100 g), 과육(210.91±0.96 mg/100 g) 순으로 나타났다(P<0.05). Park(2018)의 연구에서 열풍건 조 한 여주의 환원당 함량이 220.33 mg/100 g으로 본 연구 의 과육의 환원당 함량인 210.91±0.96 mg/100 g과 유사한 값을 보였다. 또한 Kim 등(2014)에 의하면 열처리 온도가 증가함에 따라 환원당 함량과 갈변도가 증가하였다고 보고 하였다. 이는 가수분해에 의해 생성된 유리당과 유리아미노 산이 열에 의해 비효소적 갈변반응인 메일라드 반응을 하기 때문에 갈색 물질인 멜라노이딘을 형성했기 때문이라고 사 료된다(Lee와 Moon, 2003).
총 폴리페놀 함량
총 폴리페놀 함량을 관찰한 결과는 Fig. 2와 같다. 본 연구 에서 여주 부위에 따른 총 폴리페놀 함량은 191~218 mg GAE/g으로 유의적인 차이는 보이지 않았으나 줄기(218.05
±15.80 mg GAE/g)에서 가장 높은 값을 보였다. Kubola와 Siriamornpun(2008)의 연구에서는 동결건조 된 여주를 부 위별로 열수 추출하였으며, 열수 추출물의 부위별 총 폴리페 놀 함량은 잎(474±0.71 mg GAE/g dry sample), 열매(324
±1.63 mg GAE/g dry sample), 줄기(259±1.2 mg GAE/g dry sample) 순으로 유의적인 차이가 있었다. Hwang(2018) 에 의하면 동결건조 된 여주를 부위별로 80% 에탄올로 추출 한 결과, 잎(45.55±0.34 mg GAE/g)의 총 폴리페놀 함량이 열매(16.15±0.31 mg GAE/g)보다 약 2.8배 높다고 발표하 였다. 즉 위의 연구와 달리 본 연구에서 여주의 부위에 따른 총 폴리페놀 함량이 유의적으로 차이가 없는 이유는 시료의 품종 및 수확시기에 따른 품질 특성과 다양한 건조방법 및 추출조건은 여주의 생리활성 물질에 영향을 줄 수 있는 것으 로 판단된다.
DPPH 라디칼 소거능
여주 에탄올 추출물의 부위별 및 농도별 DPPH 라디칼 소거능을 측정한 결과(Fig. 3), 각 1.0 mg/mL의 줄기(15.50
±1.56%)보다 과육(27.69±1.37%)과 잎(34.09±1.63%)의 라디칼 소거능이 유의적으로 높은 것으로 보아 부위에 따른 차이를 확인하였다(P<0.05). 같은 부위에서 농도에 따른 DPPH 라디칼 소거능은 잎과 줄기에서 농도가 증가할수록 유의적으로 증가하는 경향을 확인하였다(P<0.05). 1.0 mg/
mL의 잎의 라디칼 소거능이 10 µg/mL ascorbic acid가 나 타낸 DPPH 라디칼 소거능(40.1%)에 가장 근접한 활성을 보였다. Park 등(2016)은 동결건조 한 미성숙 여주를 100%
메탄올로 추출한 시료 1.0 mg/mL에서의 DPPH 라디칼 소 거능은 9.50±3.05%를 나타내었으며, 본 연구와 같은 농도 의 추출물에서 활성이 다르게 측정된 것은 사용한 여주의 수확시기, 건조방법, 추출방법에 따른 것으로 사료된다.
Kubola와 Siriamornpun(2008)에 의하면 IC50은 잎(9.72±
0.25), 미성숙과(11.0±0.76), 줄기(17.8±0.66) 순으로 나 타났으며, Hwang(2018)의 연구에서도 여주 추출물의 농도 가 400 µg/mL에서 DPPH 라디칼 소거능이 열매(10.63±
0.87%)보다 잎(60.63±0.75%)에서 더 높다는 것을 확인할 수 있었다. 본 연구를 포함한 여러 연구의 결과를 종합해볼 때 연구마다 활성의 차이는 보이지만 여주의 부위별로 DPPH
라디칼 소거능은 다르며, 잎과 열매의 활성이 줄기보다 유의 적으로 높은 것으로 확인되었다.
ABTS 라디칼 소거능
ABTS 라디칼 소거능도 DPPH 라디칼 소거능 측정과 마 찬가지로 1.0 mg/mL 농도에서 잎(19.78±1.50%)이 과육 (6.71±0.64%)과 줄기(8.41±0.75%)보다 항산화능이 유의 적으로 높아 부위에 따른 차이를 확인하였다(P<0.05)(Fig.
4). 열풍건조 한 여주 추출물의 ABTS 소거능은 14.74%로 Park(2018)의 연구와 비슷한 활성을 보였으며, Nam과 Kim(2017)에 의하면 건조된 미숙과 여주의 ABTS 라디칼 소거능이 대조군인 비타민 C와 BHA보다 낮은 활성을 보였 으나, 농도 의존적으로 증가하며 1 mg/assay 농도에서 여 주 에탄올 추출물의 ABTS 라디칼 소거능이 70% 이상으로 높은 항산화 활성을 나타내었다.
DPPH 라디칼 소거능과 ABTS 라디칼 소거능 측정을 통 해 잎의 항산화 활성이 유의적으로 높은 것을 확인하였다.
본 연구에서 항산화 활성과 총 폴리페놀 함량 간의 연관성을 확인하지 못하였으나 항산화 활성은 총 폴리페놀 함량과 높 은 상관관계를 가진다고 알려져 있으며, 또한 총 플라보노이 드 및 비타민 C의 함량도 항산화 활성과 연관이 있는 것으로 보고하였다(Nam과 Kim, 2017).
요 약
본 연구에서는 국내에서 재배된 미숙과 여주(Momordica charantia L.)를 과육, 잎, 줄기 부위별로 건조하여 분쇄한 분말로 품질 특성을 관찰하고 70% 에탄올로 추출한 후 항산 화 활성을 측정하였다. 분석한 결과 여주는 부위별로 이화학 적 특성이 다르게 관찰되었는데, 특히 과육 부분이 잎이나 줄기보다 수분 함량, 고형분 함량이 높고 pH가 유의적으로 낮은 것으로 측정되었다. 여주의 부위별 총 폴리페놀 함량은 191~218 mg GAE/g의 범위로 측정되었으며 부위별로 유 의적인 차이가 나타나지 않았다. 여주 잎의 DPPH, ABTS 라디칼 소거능은 1 mg/mL 농도에서 각각 34.09±1.63%와 19.78±1.50%로 과육(27.69±1.37%, 6.71±0.64%)과 줄 기(15.50±1.56%, 8.41±0.75%)에 비해 높은 항산화 활성 을 확인하였다. 본 연구를 통해 여주의 부위에 따른 품질 특성과 항산화 활성을 비교하였고, 특히 잎이 높은 항산화 활성을 나타내는 것을 확인할 수 있었으며, 향후 열매뿐 아 니라 잎의 활용대안 모색이 필요할 것으로 사료된다.
감사의 글
이 논문은 2018년도 정부재원(과학기술정보통신부 여대학 (원)생 공학연구팀제 지원사업)으로 과학기술정보통신부, 한국연구재단과 한국여성과학기술인지원센터의 지원을 받 아 연구되었습니다.
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