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녹차나무 뿌리와 씨의 영양 성분 분석
1
차 월 석 ․
2조 미 자 ․
1정 길 록 ․ †
1신 현 재
1
조선대학교 생명화학공학과,
2원광대학교 차문화예다학과 (접수 : 2008. 6. 10., 게재승인 : 2008. 10. 10.)
Nutritional Component Analysis of Green Tea Tree's Root and Seed
Wol-Suk Cha
1, Mi-Ja Cho
2, Ji-Lu Ding
1, and Hyun-Jae Shin
1†
1
Dept. of Chemical & Biochemical Engineering, Chosun University, Gwangju 501-759, Korea
2
Wonkwang University, Iksan, 570-749, Korea (Received : 2008. 6. 10., Accepted : 2008. 10. 10.)
Green tea is popular plants in Asian countries and has become more widespread in western countries due to its taste characteristics and health benefits. Apart from green tea leafs, however, the use of root and seed of green tea tree has not intensively been investigated yet. In this study, the contents of mineral, vitamin, total amino acid, free amino acid, and total polyphenol (catechin, caffeic acid, and chlorogenic acid) of the root and seed of green tea tree were analyzed for the development of healthy foods. For minerals, potassium contents were 1,052 and 1,480 mg/100g-dry weight of root and seed, respectively. The order of mineral contents were as follows: K > P > Ca > Mg > Na > Fe > Mn > Zn > Cu in root and K >
P > Na > Ca > Mg > Mn > Fe > Cu > Zn in seed. For vitamins, vitamin C contents were 5.72 and 6.05 mg/100g-dry weight of root and seed, respectively. The presence of more various kinds of vitamins were observed in seed than in root.
For total amino acids, the contents were 1,651 and 4,335 mg/100g-dry weight of root and seed, respectively. The total amino acid contents of seed and root were higher than those in commercial green tea products. Especially the phenylalanine contents were 16 and 139 mg/100g-dry weight of root and seed, respectively whereas phenylalanine was not found in commercial green tea products. Concerning free amino acids, the bitter tasting amino acids such as arginine, valine and tryptophan were more abundant in root and the sweet tasting ones such as glutamic acid, alanine, aspartic acid, and serine were more abundant in seed. The total polyphenol contents were 237 and 81 mg/100g-dry weight of root and seed, respectively. The polyphenol contents in root were three times higher than that in seed so root may be a better source for antioxidant ingredients than seed. Among many polyphenols, catechin, caffeic acid, and chlorogenic acid were the top three major components.
Key Words : Green Tea Tree, Root, Seed, Mineral, Amino Acid, Vitamin, Polyphenol
서 론
1)
20세기에 이르러 천연물을 가공하여 식품이나 의약품 및 화장 품의 원료로 이용한 새로운 기능성 소재의 연구개발이 급속히 발전하게 되었다(1). 천연물 소재가운데 녹차 (green tea)는 인체 에 유익한 성분뿐만 아니라 향기, 맛 등으로 크게 각광을 받고 있다. 차 (Camellia sinensis O. Kuntze)는 동백과 (Theaeceae), 동백속 (Camellia)의 상록활엽수의 일종으로서 열대지방에서부터
†Corresponding Author : Dept. of Chemical & Biochemical Engineering, Chosun University, Gwangju 501-759, Korea Tel : +82-62-230-7518, Fax : +82-62-230-7226 E-mail : [email protected]
온대지방에 이르기까지 광범위하게 분포되어 있다(2). 우리나라 에서 차나무가 최초로 재배된 것은 홍덕왕 3년 (AD 828)에 당나라에서 가져온 차 종자를 경남 하동의 지리산에 파종하여 국내외 주요행사나 예식에 녹차를 사용한 것으로 전해지고 있다(3).
차의 성분 중 polyphenol은 잎 건조중량의 20~35%를 차지
하고 있으며, 종류로는 flavonoid와 이의 유도물질인 flavanols,
flavanones, antocyanidins, flavones, flavonols 그리고 polyphenolic
acids 등이 있다(4). 특히, polyphenol의 90% 이상이 flavonoid
의 유도체 중 단량체인 flavan 3-ol로 가장 많은 양을 차지하며,
이 단량체 flavan 3-ol을 catechin류라고 명명한다(5). Catechin류
화합물은 강한 흡수력과 산화력을 가지고 있어 항암작용(6, 7, 8),
고혈압 및 동맥경화 억제작용(9), 돌연변이 억제작용(8), 항산화
및 충치균에 대한 항균작용(10), 노화억제효과(11, 12)가 있는
Vol. 23, No. 5, 387-391(2008)
것으로 밝혀지면서 녹차에 대한 인식이 새로워졌고 많은 사람 들에게 건강음료로 각광받게 되었다. 차의 성분은 차엽의 채엽 시기, 품종, 차나무가 자라는 토양, 기상 및 주위환경, 제다법 등에 따라 상당한 차이가 나는데 채엽시기가 빠를수록 총질소, caffein 및 아미노산 함량이 많고 늦게 딴 차 잎일수록 catechin 함량이 많은 것으로 알려져 있다(13). 그러나 녹차의 차엽 외의 다른 부위에 대한 기능성에 대해서는 관심이 부족한 상황이다.
본 연구는 활용가치를 인정받지 못하고 있는 녹차나무의 뿌리와 씨를 기능성 식품으로 활용코자 녹차 뿌리와 씨의 무기 성분, 비타민, 아미노산, 총 polyphenol 및 catechin, caffeinic acid, chlorogenic acid의 함량을 분석, 검토하여 기초자료로 사용하기 위하여 수행되었다.
재료 및 방법
재료
실험에 사용된 녹차 뿌리와 씨는 2006년 10월 전남 나주시 금천면 산에서 채집한 녹차나무에서 뿌리와 씨를 채취하여 증류수로 3회 세척한 후 dry oven (C-DF336, CHANG SHIN PRECISION MACHINE, Korea)에서 60℃, 24시간 동안 건조 하였으며 외피를 제거하지 않은 상태로 분쇄기 (51BL31(7011), Waring Products Division Torrington. C.T., U.S.A.)로 세분 하여 실험재료로 사용하였다.
무기성분 분석
무기성분 함량은 A.O.A.C.법(14)에 준하여 세분된 시료 1 g 을 550℃ 전기회화로에서 완전히 회화시킨 후 6N-HCl 8 ㎖를 넣어 가열시켜 회분을 녹인 후 방냉한 후 증류수 100 ㎖로 희석 한 다음 여과하여 ICP 분광분석기 (Inductively Coupled Plasma Spectrometer, Varian, Austria)를 사용하여 분석하였다. 분석조건 은 plasma 1.50 ℓ/min, Ar gas flow 75 psi, pump speed 25.0 rpm, nebulizer 150 kPa, integration time 3 sec 이었다.
아미노산 분석
녹차 뿌리와 씨에 함유된 총 아미노산 (total amino acid) 함량 을 분석하기 위하여 각 시료분말 1 g에 6 N-HCl 10 ㎖를 가한 후 N
2gas로 충전시켜 밀봉한 후 110±5℃에서 24시간 가수분 해하였다. Cysteine 분석을 위해서 peroxidation 시킨 후 HCl로 가수분해하였고 tryptophan 분석을 위해서는 methanesulfonic acid 로 가수분해하였다. 가수분해한 시료를 loading buffer (sodium citrate pH 2.2) 5 ㎖에 넣고 초음파추출을 30분간 시행한 후 0.45 ㎛ filter로 여과하고 10% 5-sulphosalicylic acid 1 ㎖과 위 시료 1 ㎖를 혼합한 후 4℃에서 1시간 동안 방치하여 침전 물을 제거한 후 여과하였다. 이 중 10 ㎎을 취하여 PICO-tag 방법(15)에 따라 PITC (phenylisothiocyanate)로 유도체화 시킨 후 30 ㎕을 취하여 HPLC로 분석하였다(Table 1).
유리아미노산의 함량을 분석하기 위하여 시료분말 1 g에 증류수 20 ㎖를 가하여 80℃에서 2시간 중탕하고 실온에서 냉각한 후 3,000 rpm에서 15분간 원심분리하여 상층액을 회수 하였다. 이를 동량의 chloroform으로 washing 하고 다시 원심분리 하여 상층액을 시료로 사용하였다. 이 시료를 상기 PICO-tag
방법(15)에 따라 유도체화 시킨 후 20 ㎕을 취하여 HPLC로 총 아미노산 분석과 같은 조건으로 분석하였다.
Table 1. Amino acid analysis conditions by HPLC HPLC Pump HP 1100 Series, Binary Pump HPLC injector HP 1100 Series, Autosampler
Column Waters Nova-Pak C
18(3.9×300 ㎜, 4㎛) Column oven temp. 46℃
Variable wavelength
detector HP 1100 Series, 254 ㎚
Solvent
A) 1.4 mM NaHAc 0.1% TEA 6% CH
3CN pH 6.1 B) 60% CH
3CN
Elution Linear gradient of solvent B (0~100%)
Flow rate 1.0 ㎖/min
Run time 50 min
Eguilibr. time 10 min
비타민 분석
비타민 함량은 시료 1 g을 식품공전의 미량 영양성분 시험법(16) 에 따라 처리하여 이 중 20 ㎕을 취하여 HPLC (Waters 510)로 분석하였다. HPLC column은 μ-Bondapak C
18(3.9×300 ㎜, 10 ㎛), detector는 Waters 996 photodiode array detector (254 ㎚) 를 사용하였고 유속은 solvent 30 ㎖/hr, ninhydrin 20 ㎖/hr이고, 압력은 solvent 55 bar, ninhydrin 12 bar이었다.
총 polyphenol함량 분석
시료용액은 soxhlet extractor를 이용하여 methanol과 증류수를 50：50으로 혼합하여 500 ㎖ 둥근바닥 플라스크에 300 ㎖ 넣고 8~9시간동안 추출하였고, 시료 중량은 뿌리와 씨를 각각 12.0 g 과 19.0 g을 사용하였다. 총 polyphenol 함량은 Folin-Denis 법(17)에 준하여 정량하였다. 즉, 추출시료 1 ㎖에 증류수 3 ㎖, Folin-Cipcalteu's phenol 시약 1 ㎖를 가하여 혼합하고 5분 후에 20% Na
2CO
3용액 1 ㎖를 가하여 혼합한 후 실온에서 1시간 방치한 다음 640 ㎚에서 흡광도를 측정하였고 caffeic acid를 표준물질로 하여 검량곡선을 작성하여 총 polyphenol 함량을 계산하였다.
Catechin, caffeic acid, chlorogenic acid 함량 분석
녹차 뿌리와 씨에 함유된 catechin, caffeic acid 및 chlorogenic
acid의 정량은 Sugiura분석법(18)에 의하였다. 녹차 뿌리와 씨의
시료 각각 2.11 g과 3.27 g에 0.1% phosphoric acid 30 ㎖를
가하고 100℃ 항온조에서 중탕으로 2시간동안 추출한 후 filter
paper (No. 2, 90 ㎜ ∅, Whatman)로 1차 거르고 2차로 원심분리
하여 얻은 상등액을 syringe filter (MFS-25, 0.20 ㎛, MFS)로
3차 걸러서 이 중 20 ㎕를 HPLC (9600 System, Younglin, Korea)
주입시료로 사용하였다. HPLC는 Prontosil 120-5-C
18column
(4.6×250 ㎜, 5.0 ㎛, Prontosil, Germany)과 M720 detector
(Younglin, Korea)를 사용하였고 이동상은 0.1% phosphoric acid와
acetonitrile (80：20), 유속은 1.0 ㎖/min, column 온도는 35℃였다.
결과 및 고찰
무기성분 함량
녹차 뿌리와 씨에 함유된 무기성분의 함량을 분석한 결과, 두 부위에서 K의 함량이 각각 1,052 ㎎/100 g과 1,480 ㎎/100 g 으로 가장 높았다. K은 근육에서 에너지를 만드는 역할을 하며 여러 식품에 폭넓게 함유되어 있으나 부족하면 뇌졸중, 신부전증, 변비, 손발 저림, 경련 등이 일어난다(19). 다음으로 뿌리에서 P (358 ㎎/100 g), Ca (189 ㎎/100 g), Mg (130 ㎎/100 g), Na (66 ㎎/100 g), Fe (20 ㎎/100 g), Mn (10 ㎎/100 g), Zn (4 ㎎/100 g), Cu (2 ㎎/100 g)의 순으로 함량이 많았고, 열매 에서는 P (141 ㎎/100 g), Na (108 ㎎/100 g), Ca (80 ㎎/100 g), Mg (76 ㎎/100 g), Mn (17 ㎎/100 g), Fe (2 ㎎/100 g), Cu (1 ㎎/100 g), Zn (1 ㎎/100 g)의 순으로 함량이 많았다. 이러한 결과는 Rhee 등(20)의 녹차의 채엽 시기별 Fe, Mn, Mg, Cu의 함량을 분석한 결과와 비교할 때 Fe, Mg의 함량은 비슷하지만 Mn, Cu의 함량은 많은 차이를 보였다. 한편 관련 연구로서 Teranishi 등(19)이 채엽시기가 늦어질수록 Fe의 함량이 증가 한다는 보고를 하기도 하였다.
아미노산 함량
녹차 뿌리와 씨의 총 아미노산 함량을 분석한 결과는 Table 2 와 같다. 뿌리의 총 아미노산 함량은 1,651 ㎎/100 g이었고 씨에 서의 함량은 4,335 ㎎/100 g로 뿌리보다 2.5배 이상 높았다. 이는 국산녹차의 총 아미노산 함량이 1,465 ㎎/100 g~3,152 ㎎/100 g 범위라는 결과와 유사한 결과를 나타내고 있다(21). 또한 뿌리와 씨 모두에서 다른 지역 녹차에서 발견되지 않는 phenylalanine 의 함량이 각각 16 ㎎/100g와 139 ㎎/100 g으로 나타났는데 이는 지역적인 특성에서 기인한 것으로 판단된다(22).
Table 2. Total amino acid contents of root and seed of green tea tree
Amino acid Content (㎎/100 g)
Root Seed
CYA
*19 257
ASX
**47 331
GLX
**434 1,148
Serine 30 205
Glycine 26 218
Histidine 14 77
Arginine 283 316
Threonine 22 142
Alanine 62 282
Proline 26 165
Tyrosine N.D.
*N.D.
Valine 20 140
Methionine N.D. 53
Isoleucine 14 126
Leucine 28 301
Phenylalanine 16 139
Tryptophan 517 105
Lysine 22 189
Theanine 70 142
Total 1,650 4,336
CYA
*means the sum of cysteine and cystine; ASX
**, GLX
**means the sum of asparagine and aspartic acid and glutamine and glutamic acid, respectively; N.D.
*means not detected.
유리아미노산 함량은 Table 3에 나타낸 바와 같다. 특히 뿌리 에서 theanine이 359 ㎎/100 g으로 전체 유리아미노산 함량의 48%를 차지하였다. Theanine은 녹차의 감칠맛의 주성분으로 서 차 품질을 결정하는 중요한 성분이며 그 함량이 높을수록 고급녹차에 속한다고 할 수 있다. 또한 쓴맛을 내는 arginine이 268 ㎎/100 g, valine이 57 ㎎/100 g, tryptophan이 12 ㎎/100 g, 단맛과 감칠맛을 내는 alanine이 28 ㎎/100 g과 glutamine이 19 ㎎/100 g, cystein이 19 ㎎/100 g으로 대체로 쓴맛을 내는 성분의 함량이 많음을 알 수 있다. 씨에는 쓴맛을 내는 arginine 이 150 ㎎/100 g으로 가장 많았고, 신맛과 감칠맛을 내는 glutamic acid가 83 ㎎/100 g, 단맛과 감칠맛을 내는 alanine 과 theanine이 각각 45 ㎎/100 g과 43 ㎎/100 g, asparagine이 33 ㎎/100 g, aspartic acid가 14 ㎎/100 g, 단맛을 내는 serine이 12 ㎎/100 g으로 많이 함유되었다.
녹차의 맛을 결정하는 아미노산 중, threonine은 단맛을, glutamic acid는 신맛과 감칠맛을, 그리고 aspartic acid는 신 맛을 내는 것으로 알려져 있는데 고급 녹차일수록 theanine과 glutamic acid 함량이 많으며 채엽시기가 늦어질수록 이들 아미 노산의 함량이 감소하는 것으로 보고되고 있다(17, 22).
Table 3. Free amino acid contents of root and seed of green tea tree
Amino acid Content (㎎/100 g)
Root Seed
Cystein 19 3
Aspartic acid 5 14
Glutamic acid 4 83
Asparagine 5 33
Serine 3 12
Glutamine 19 6
Glycine 1 4
Histidine 2 3
Arginine 268 150
Threonine 2 6
Alanine 28 45
Proline 4 4
Tyrosine 1 4
Valine 57 10
Methionine N.D.
*8
Isoleucine 1 6
Leucine 1 8
Phenylalanine 1 10
Tryptophan 12 9
Lysine 2 8
Theanine 359 43
Total 794 469
N.D.
*means not detected.
비타민 함량
비타민 함량을 분석한 결과, 뿌리에서 vitamin C의 함량이
5.72 ㎎/100 g으로 가장 많이 함유되어 있었고 vitamin E, niacin,
vitamin B
1, B
2, D가 그 뒤를 이었다(Table 4). 녹차 씨에서는
pantothenic acid가 45.08 ㎎/100 g으로 가장 많았으며 그다음으로
vitamin B
6, C, E, biotin, niacin, vitamin B
1, B
2, A, K
1등이었
다. 전체적으로 녹차 뿌리보다 씨에 더욱 많은 종류의 비타민이
함유되어 있었고 그 함량도 뿌리에 비해 다소 높은 경향이었다.
Rhee 등(20)은 시중에 유통되는 녹차, 우롱차 및 홍차 잎의 vitamin C를 분석한 결과 녹차에 9.65 ㎎ /100 g, 우롱차에 3.36 ㎎/100 g, 홍차에 3.15 ㎎/100 g 함유되어 있다고 보고하 였는데, 이를 통해 녹차의 항산화 작용이 다른 종류의 차에 비해 훨씬 높은 이유가 vitamin C에서 기인함을 알 수 있었다.
Table 4. Vitamin contents of root and seed of green tea tree
Vitamin Content (㎎/100 g)
Root Seed
A N.D.
*0.11
E 1.55 4.13
D 0.02 N.D.
K
1N.D. 0.07
B
10.29 0.33
B
20.29 0.15
B
6N.D. 6.20
B
12N.D. N.D.
C 5.72 6.05
Pantothenic acid N.D. 45.08
Folic acid N.D. N.D.
Biotin N.D. 2.00
Niacin 0.98 1.01
N.D.
*means not detected.
총 polyphenol 함량
녹차 뿌리와 씨의 총 polyphenol 함량을 분석한 결과 Fig. 1 과 같다. 뿌리에서의 총 polyphenol 함량은 237 ㎎/100 g이었고 씨에서의 함량은 81 ㎎/100 g으로 뿌리의 함량이 씨보다 3배 가량 높았다. Liu(23)의 보고에 의하면 녹차에서의 polyphenol 함량은 잎 건조중량기준으로 10~24% 정도이며, 홍차에서는 6% 정도이다.
1 2 3 4
Concentration (mg/100g)
0 100 200 300
1 2 3 4
237
66
0.78 3.7
81
1 0 6.6
Root Seed
Figure 1. Polyphenol contents in root and seed of green tea tree. 1:
Total, 2: catechin, 3: caffeic acid, 4: chlorogenic acid.
Catechin, caffeci acid 및 chlorogenic acid 함량 녹차 뿌리와 씨에 존재하는 polyphenol 중 catechin, caffeic acid 및 chlorogenic acid의 함량을 분석한 결과, polyphenol의 일종인 catechin 함량은 뿌리에 66 ㎎/100 g, 씨에 1 ㎎/100 g으로 씨보다 뿌리에서의 함량이 훨씬 높았다. Catechin은 항암작용, 고혈압 및 동맥경화 억제작용, 돌연변이 억제작용, 항산화 및
충치균에 대한 항균작용, 노화억제효과가 있는 것으로 널리 알려 져 있다. 한편, 발암억제제로 작용하고 다른 항산화제에 비해서 우수한 효과를 가지고 있는 caffeic acid의 함량은 뿌리에서 0.78 ㎎/100 g으로 나타났지만 씨에서는 그 함량이 검출되지 않았다. 커피콩 특유의 착색 원인물질이며 생체 내에서 과산화 지질의 생성 억제효과, 콜레스테롤 생합성 억제효과 및 항산화 작용과 항암작용이 있는 chlorogenic acid는 뿌리에서 3.70 ㎎/100 g 가 검출된 반면, 씨에서는 6.60 ㎎/100 g으로 뿌리보다 2배가 량 더 많이 함유되어 있음을 알 수 있다(Fig. 1).
요 약
본 연구에서는 건조된 녹차 뿌리와 씨에 함유된 성분중에서 무기성분, 비타민, 총 아미노산과 유리 아미노산, 총 폴리페놀 및 그 구성 성분들의 함량을 분석하였다. 뿌리와 씨의 무기성분 중에서는 K의 함량이 각각 1,052 ㎎/100 g과 1,480 ㎎/100 g 으로 가장 많았고, 뿌리에서 P, Ca, Mg, Na, Fe, Mn, Zn, Cu의 순으로, 씨에서는 P, Na, Ca, Mg, Mn, Fe, Cu, Zn의 순으로 함량이 많았다. 뿌리에서 vitamin C의 함량은 5.72 ㎎/100 g으로 가장 많았고 씨에서는 6.05 ㎎/100 g으로 나타났다. 비타민의 함량 을 살펴 본 결과 녹차 뿌리보다 씨에 더욱 많은 종류의 vitamin 이 함유되어 있었고 그 함량도 뿌리에 비해 다소 높은 경향이었 다. 총 아미노산은 뿌리에 1,651 ㎎/100 g, 씨에 4,335 ㎎/100 g 함유되어 있어 각국 시판 녹차에 비해 그 함량이 높았고, 녹차 에서 존재하지 않는 아미노산인 phenylalanine도 16.00 ㎎/100 g 와 139.00 ㎎/100 g 존재하는 것으로 나타났다. 유리 아미노산의 경우, 뿌리에서 녹차의 품질을 평가하는 theanine이 전체 유리 아미노산 함량의 48%를 차지하였고 쓴맛을 내는 arginine, valine 및 tryptophan 등의 함량이 높았으며, 열매에서는 단맛과 감칠맛 을 내는 glutamic acid, alanine, theanine, aspartic acid 및 serine 등의 함량이 많았다. 총 polyphenol은 뿌리에 237 ㎎/100 g으로 씨에서의 함량 81 ㎎/100 g보다 3배가량 높았다. Polyphenol 중 catechin의 함량은 뿌리에서 66 ㎎/100 g, 씨에서 1 ㎎/100 g으로 나타났고 caffeic acid는 뿌리에서 0.78 ㎎/100 g으로 나타났지만 씨에서는 검출되지 않았다. 또한 chlorogenic acid는 뿌리와 씨에 서 각각 3.7 ㎎/100 g과 6.6 ㎎/100 g 검출되었다.
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