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ISSN : 1225-5009(Print)
ISSN : 2287-772X(Online)
Flower Research Journal Vol.24 No.4 pp.282-289
DOI : https://doi.org/10.11623/frj.2016.24.4.06

Analysis of Volatile Floral Scents in Maxillaria Species and Cultivars
막실라리아의 휘발성 향기성분 분석

Yun Su Baek1, Su Yeoung Kim1,2, Pue Hee Park1, Hye Ryun An1, Pil Man Park1, Nam In Baek3, Oh Keun Kwon1*
1Floriculture Research Division, National Institute of Horticultural & Herbal Science, Wanju 55365, Korea
2Graduate School of Biotechnology and Department of Horticultural Science, Chungbuk National University, Cheongju 28644, Korea
3Graduate School of Agriculture, Life & Environment Sciences and Department of Oriental Medicine Biotechnology, Kyung Hee University, Yongin 17104, Korea

백 윤수1, 김 수영1,2, 박 부희1, 안 혜련1, 박 필만1, 백 남인3, 권 오근1*
1국립원예특작과학원 화훼과,
2충북대학교 농업생명환경대학 원예과학과,
3경희대학교 생명과학대학 한방재료공학과
Corresponding author: Oh Keun Kwon, +82-63-238-6840, kok5510@korea.go.kr
October 24, 2016 November 28, 2016 December 3, 2016

Abstract

To increase the availability of Maxillaria species and cultivars, we investigated the volatile floral scents in eight species and cultivars of M. tenuifolia, M. variabilis, M. variabilis 'Alba', M. variabilis 'NxO', M. variabilis 'Brown', M. variabilis 'Red', M. variabilis 'Nana', and M. sangnine. The volatile components were analyzed using headspace-solid phase microextraction-gas chromatography-mass spectrometry (HS-SPME-GC-MS). We identified 46 volatiles in eight species and cultivars of Maxillaria. α-pinene, eucalyptol, trans-β-ocimene, α-copaene, and β-caryophyllene were major flavor components in the eight Maxillaria species and cultivars. A principle component analysis (PCA) showed that M. tenuifolia, M. variabilis, M. variabilis 'NxO', M. variabilis 'Brown', M. variabilis 'Nana', and M. sangnine (major components: sesquiterpenes) were located closely together on the score plot. However, M. variabilis 'Alba' and M. variabilis 'Red' (major components: monoterpenes) were located closely on the score plot and not analyzed coconut flavor.


국내에서 재배되고 있는 막실라리아의 이용가능성을 높이 고자 MaxillariaM. tenuifolia, M. variabilis, M. variabilis ‘Alba’, M. variabilis ‘NxO’, M. variabilis ‘Brown’, M. variabilis ‘Red’, M. variabilis ‘Nana’ 및 M. sangnine 총 8종의 막실라리아의 휘발성 향기성분을 HS-SPME-GC-MS 이용하여 분석하였다. 막 실라리아 8종에서 총 46종의 화합물이 동정되었다. 8종의 막실 라리아에서 검출된 주요 휘발성 향기성분은 α-pinene, eucalyptol, trans-β-ocimene, α-copaene및 β-caryophyllene으로 분석되 었다. 주성분분석(Principle component analysis; PCA) 결과, sesquiterpene 화합물을 주성분으로 갖는 원종 및 품종(M. tenuifolia, M. variabilis, M. variabilis ‘NxO’, M. variabilis ‘Brown’ M. variabilis ‘Nana’ 및 M.sangnine)으로 군집을 형성 하였다. 반면에, monoterpene 화합물을 주성분으로 갖는 품 종(Maxillaria variabilis ‘Alba’와 Maxillaria variabilis ‘Red’)으 로 다른 군집을 형성하였고, 코코넛향이 아닌 다른 향을 내는 것으로 분석되었다.


초록


    Rural Development Administration
    PJ:01141501

    서 언

    난(Orchid)은 단자엽식물로서 전세계적으로 500여속에 25,000여 종이나 되는 것으로 알려져 있고, 열대지방에서 온 대지방에 걸쳐 넓게 분포하고 있다(Lee 2006). 국내에서 자생 하는 대표적인 난으로는 한란, 춘란, 풍란, 새우란 등이 있으 며, 산업적으로 중요하게 재배되고 있는 난으로는 호접란, 심 비디움 및 덴드로비움 등이 있다. 심비디움과 호접란은 전체 난 산업에서 큰 비중을 차지하고 있으나, 수출의존도가 높고, 내수시장의 포화상태로 농가소득을 증대시킬 수 있는 대안 마 련이 시급한 실정이다. 최근 소비자의 요구가 다양해지고 있 으며 특이한 난도 수요가 커지고 있다. 그 중 막실라리아는 강한 향기와 독특한 모양으로 소비자에게 흥미를 유발시킬 수 있는 작물이다.

    막실라리아(Maxillaria spp.)속은 열대성 난으로, 전세계적 으로 약 400여종이 보고되고 있다. 이 중 Maxillaria tenuifolia 는 진한 코코넛향 혹은 커피향이 난다고 하여 ‘Coconut orchid’라고도 불린다. 원산지는 멕시코를 비롯하여 콜럼비아, 볼리비아 및 코스타리카 등 중앙아메리카이며, 대부분 강한 향을 내는 식물로 알려져 있다(Davies et al. 2000; Flach et al. 2004). 1년에 한번 늦은 겨울과 초봄 사이에 꽃을 피우고 약 2달 정도 감상할 수 있으며, 꽃의 색깔은 노란색, 보라색 및 붉은색 등이 있다. 심비디움과 호접란과는 달리 특이한 점 은 둥근 모양의 pseudobulbs가 지상부 끝부분에 위치하여 독 특한 분위기를 나타낸다(Kim et al. 2016). 막실라리아 추출물 의 약리학적 활성연구로는 항암작용, 혈관 완화작용, 항진통 작용 및 항염증 활성 등이 보고되어 있다(Deciga-Campos et al. 2007; Rendon-Vallejo et al. 2012).

    다양한 화색과, 꽃과 잎의 모양과 더불어 중요한 형질이다. 대표적인 난초과 식물인 호접란과 심비디움은 지금까지는 새 로운 화색과 화형을 가진 신품종육성 연구(Kim et al. 2010; Yae et al. 2014)가 활발히 진행 되고 있다. 하지만, 국내에서 는 난초과 식물의 휘발성 향기 성분 연구는 시작단계에 있다. 최근 분석기술의 발달로 휘발성 향기성분 연구가 활발히 진행 되고 있고, 향기가 인간에게 주는 효과에 대한 연구(Kim et al. 2014; Lee et al. 2006)에서 알 수 있듯이 향기와 인간 뇌 파측정을 통해 새로운 연구결과가 발표되고 있으며, 향기성분 은 화장품, 식품 및 향수 제조 등 다양한 분야에서 활용되고 있다. 특히, 난초과 식물 중 막실라리아는 해외에서 도입하여 국내에서 여러 농가에서 재배가 되고 있고, 독특한 모양과 향 기 때문에 시중에서 인기가 많아, 공급이 증가하고 있으며, 이 중 막실라리아의 향기성분에 대한 관심 또한 커지고 있다. 하 지만, 국내에서는 막실라리아 휘발성 향기성분 연구는 거의 이루어지지 않아, 보다 체계적인 기초연구가 필요하다.

    막실라리아 중 가장 널리 알려져 있는 원종으로는 막실라리 아 테누이폴리아(M. tenuifolia)이고, 휘발성 향기성분 및 정유 성분으로는 주성분인 β-caryophyllene, α-copaene을 비롯하 여 코코넛향을 나타낸다고 알려진 물질인 δ-decalactone, 그 리고 1,8-cineole, limonene, β-myrcene, α-pinene, β-pinene 및 sabinene 등이 알려져 있다(Gerlach and Schill 1991; Perraudin et al. 2006). 하지만, 막실라리아 테누이폴 리아를 제외한 다른 막실라리아 원종 및 품종에 대해서는 HS-SPME-GC-MS를 이용한 휘발성 향기성분 연구는 거의 없 는 실정이다.

    현재 휘발성 향기성분을 분석하는 대표적 방법으로 headspace-solid phase microextraction-gas chromatographymass spectrometry(HS-SPME-GC-MS)와 전자코(electronic nose) 분석이 있다. 전자코(electronic nose) 분석은 향기 패턴 분석 에 이용되고 있다(Been 2010; Park et al. 2011; Park et al. 2014). 하지만, 다양한 휘발성 향기성분의 동정과 분석은 HS-SPME-GC-MS를 이용하여 분석해야 한다. Solid phase microextraction(SPME)은 유기용매를 사용하지 않고 solid fiber가 휘발성물질을 흡착하여 gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS)에 주입, 탈착하여 분석하는 방법이다. 휘발성 성분을 연구를 하는데 있어 solid phase microextraction(SPME) 는 간 편하고, 빠르고, 편리하여 많이 사용되고 있다(Schossman 2009; Zhu et al. 2013).

    본 연구는 국내에 재배되고 있는 막실라리아 원종 및 품종을 수집하여 휘발성 향기성분을 비교하여, 코코넛향의 실체를 파악 해보고, 정확한 향기성분 종류를 구명하고자, HS-SPME-GC-MS 를 이용하여 휘발성 향기성분을 분석 및 동정을 하였고, 주성 분분석(Principle component analysis: PCA)을 통해 원종 및 품종간의 차이점을 구명하여 난 소비 촉진을 위한 홍보 및 상 품개발의 기초자료를 얻고자 수행하였다.

    재료 및 방법

    식물재료

    본 연구에서 사용한 재료는 경기도 김포시 월곳면 이원난농 원에서 구입하여 농촌진흥청 국립원예특작과학원 난 재배온 실에서 재배한 막실라리아 8종의 만개한 꽃을 이용하였다. 실 험에 사용한 막실라리아 8종은 M. tenuifolia, M. variabilis, M. variabilis ‘Alba’, M. variabilis ‘NxO’, M. variabilis ‘Brown’, M. variabilis ‘Red’, M. variabilis ‘Nana’ 및 M. sangnine이었 으며 이들은 향기가 강한 품종이었다(Fig. 1).

    분석기기

    Divinylbenzene-carboxen-polydimethylsiloxane(DVB-CARPDMS) fibers를 사용하여 막실라리아 품종별로 향기성분을 30 분간 50°C로 흡착하였고, 흡착한 후 SPME manual holder가 장 착된 GC-MS 주입구(injector)로 주입하였다. HS-SPME-GC-MS 는 Agilent 7000C GC-MS system (Agilent Technologies, Wilmington, DE, USA)을 사용하였다. GC-MS분석을 위한 모 세관 컬럼은 DB-5MS column (30 m × 0.25 mm I.D. × 0.25 μm, Agilent Technologies, Wilmington, DE, USA)을 사용하 였다. 오븐 온도는 처음 60°C 에서 5분간 둔 후 1분당 3°C씩 올려 250°C까지 올렸으며, 시료 주입구(injector)와 검출기 (detector)의 온도는 250°C로 하였다. 시료 주입 방법은 스플 릿리스(splitless) 방법으로 주입하였다. 운반기체는 헬륨(He, 99.999%)을 사용하였고, 유속은 1.0mL/min이었다. 이온화 에 너지는 70eV이었으며 생성된 이온들을 m/z 30부터 500까지 full-scan 방법을 사용하여 분석하였다(Yeh et al. 2014). SPME fiber에 흡착된 분석대상물질은 GC injector에서 탈착되 어 GC Capillary 컬럼 내로 주입되어 분석조건에 따라 분석하 였다(Table 1). HS-SPME-GC-MS를 이용한 휘발성 향기성분 분석결과는 NIST 14 (National Institute of Standards and Technology, Gaithersburg, MD, USA) mass spectral library, n-alkane과 Kovat index를 통한 retention indices(RI)값 등을 비교하여 동정하였다.

    통계처리

    측정된 휘발성 향기성분의 결과는 평균값±표준편차로 표시 하였고, HS-SPME-GC-MS를 이용한 휘발성 향기성분 분포결과 분석은 SPSS program(SPSS lnc., Chicago, IL, USA)을 이용하 여 실시하였다. 동정된 휘발성 향기성분을 기준으로 주성분분 석(Principle component analysis; PCA) 실시하여 막실라리아 원종 및 품종별 향기성분을 도표로 나타내어 구별하였다.

    결과 및 고찰

    대표적으로 강한 향기를 보유한 난으로 알려진 막실라리아 8종을 휘발성 향기성분을 분석한 결과 휘발성 향기성분은 총 46종이 동정되었다. 이 중 주요 휘발성 향기성분은 Table 2와 같았다. 막실라리아 원종 및 품종별로 화학구조가 확인된 휘 발성 향기성분은 M. tenuifolia 97.58%, M. variabilis 94.87%, M. variabilis ‘Alba’ 92.51%, M. variabilis ‘NxO’ 95.88%, M. variabilis ‘Brown’ 94.08%, M. variabilis ‘Red’ 91.21%, M. variabilis ‘Nana’ 90.22%, M. sangnine 92.27%가 동정되었다. 또한, 동정된 화합물을 화학구조별로 분류하면 모노터펜 (monoterpene) 화합물은 15종, 알리파틱(aliphatic) 화합물은 3종 및 세스퀴터펜(sesquiterpene) 화합물은 28종이 검출되었 다(Fig. 2).

    막실라리아 원종 및 품종별로 살펴보면, M. tenuifolia는 monoterpene 화합물 3종과 sesquiterpene 화합물 15종, 총 18종의 휘발성 향기성분이 동정되었고, 그 중 β-caryophyllene (57.17 ± 2.45%), α-copaene(25.14 ± 2.42%) 및 δ-decalactone (3.69 ± 0.64%) 등이 비교적 함량이 많은 향기성분으로 나타 났다. M. variabilis는 monoterpene 화합물 2종과 sesquiterpene 화합물 11종, 총 13종의 휘발성 향기성분이 동정되었고, 그 중 β-caryophyllene(39.60 ± 4.68%), α-copaene(26.55 ± 0.84%) 및 trans-β-ocimene(3.69 ± 1.21%) 등이 비교적 함량이 많은 향기성분으로 나타났다. M. variabilis ‘Alba’는 monoterpene 화합물 5종, aliphatic 화합물 2종 및 s esquiterpene 화합 물 2종, 총 9종의 휘발성 향기성분이 동정되었고, 그 중 eucalyptol(5.73 ± 3.59%), α-pinene(22.50 ± 2.01%) 및 epoxylinalool(9.55 ± 3.05%) 등이 비교적 함량이 많은 향기 성분으로 나타났다. M. variabilis ‘NxO’는 monoterpene 화합 물 화합물 9종과 sesquiterpene 화합물 5종, 총 14종의 휘발성 향기성분이 동정되었고, 그 중 β-caryophyllene(34.51 ± 4.42%), trans-β-ocimene(25.56 ± 2.30%) 및 α-copaene (19.00 ± 1.09%) 등이 비교적 함량이 많은 향기성분으로 나타 났다. M. variabilis ‘Brown’은 monoterpene 화합물 화합물 5 종, aliphatic 화합물 3종 및 s esquiterpene 화합물 3종, 총 11 종의 휘발성 향기성분이 동정되었고, 그 중 eucalyptol(33.01 ± 1.65%), β-caryophyllene(24.60 ± 2.31%) 및 α-pinene (11.31 ± 1.76%) 등이 비교적 함량이 많은 향기성분으로 나타 났다. M. variabilis ‘Red’는 monoterpene 화합물 화합물 5종, aliphatic 화합물 1종 및 s esquiterpene 화합물 2종, 총 7종의 휘발성 향기성분이 동정되었고, 그 중 α-pinene(39.94 ± 2.47%), eucalyptol(36.86 ± 2.88%) 및 β-myrcene(6.21 ± 0.11%) 등이 비교적 함량이 많은 향기성분으로 나타났다. M. variabilis ‘Nana’는 monoterpene 화합물 화합물 4종과 sesquiterpene 화합물 8종, 총 12종의 휘발성 향기성분이 동정 되었고, 그 중 β-caryophyllene(29.71 ± 1.81%), cis-β-ocimene (26.09 ± 3.46%) 및 α-copaene(21.45 ± 1.51%) 등이 비교적 함 량이 많은 향기성분으로 나타났다. M. sangnine은 monoterpene 화합물 화합물 7종, aliphatic 화합물 1종 및 sesquiterpene 화 합물 9종, 총 17종의 휘발성 향기성분이 동정되었고, 그 중 α -copaene(48.91 ± 1.56%), trans-β-ocimene(16.40 ± 1.54%) 및 4,8,8-trimethyl-2-methylene-4-vinylbicyclo [5.2.0]nonane (8.42 ± 0.06%) 등이 비교적 함량이 많은 향기성분으로 나타 났다(Table 2).

    8종의 막실라리아에서 검출된 주요 휘발성 향기성분은 sesquiterpene 화합물 계열의 α-copaene과 β-caryophyllene 으로 분석되었다. β-caryophyllene과 α-copaene은 M. tenuifolia 에서 주성분으로 보고되었고(Perraudin et al. 2006), β-caryophyllene은 항염증(Gertsch et al. 2008), 항진통 (Katsuyama et al. 2012), 신경보호작용(Guimaraes-Santos et al. 2012), 항우울작용(Bahi et al. 2014) 및 항알코올작용 (Bahi et al. 2014)에 효과를 나타내고 있으며, Cannabis sativa(Gertsch et al. 2008), 로즈마리(Ormeno et al. 2008) 및 홉(Wang et al. 2008) 등 허브식물에서 주로 주성분으로 검출 된다. α-copaene은 tricyclic sesquiterpene 계열의 화합물로서, Ceratitis capitate, Annona reticulate 및 Xylopia Laevigata 등 의 에센셜 오일(Turkez et al. 2014a)에서 주성분으로 존재하 며, 약리학적 활성으로는 항산화(Turkez et al. 2014a) 항염증 (Veiga Junior et al. 2007) 및 H2O2-induced neurotoxicity 차 단 효과(Turkez et al. 2014b)를 갖는 것으로 보고되어 있다.

    막실라리아 8종을 휘발성 향기성분 함량을 기준으로 주성 분분석을 mapping하였을 때, monoterpene 화합물을 주성분 으로 갖는 2개 품종(M. variabilis ‘Alba’와 M. variabilis ‘Red’) 과 sesquiterpene 화합물을 주성분으로 갖는 6개 원종 및 품 종(M. tenuifolia, M. variabilis, M. variabilis ‘NxO’, M. variabilis ‘Brown’, M. variabilis ‘Nana’ 및 M. sangnine)으로 2개의 군집을 형성하였다(Fig. 3). 국내에 대표적으로 알려져 있는 막실라리아 테누이폴리아(M. tenuifolia)는 sesquiterpene 계 화합물인 β-caryophyllene, α-copaene 및 δ-decalactone이 주성분으로 보고되어 있으며, 코코넛향을 갖는다고 알려져 있 다(Perraudin et al. 2006). 본 연구에서 막실라리아 8종을 HS-SPME-GC-MS로 휘발성 향기성분을 분석한 결과 M. tenuifolia를 포함하여 5종(M. variabilis, M. variabilis ‘NxO’, M. variabilis ‘Brown’, M. variabilis ‘Nana’ 및 M. sangnine)이 같은 군집을 이루는 것으로 분석되었다. 또한, monoterpene 계 화합물인 eucalyptol, α-pinene 및 trans-β-ocimene 을 주 성분으로 갖는 2개 품 종 (M. variabilis ‘Alba’와 M. variabilis ‘Red’) 코코넛향이 아닌 다른 향을 내는 것으로 확인되었다. monoterpene계 화합물인 eucalyptol, α-pinene 및trans-β-ocimene 은 상쾌하고 달콤한 향(Acree and Arn 1984)을 나타내는 것으 로 알려져 있다.

    본 연구는 막실라리아 원종 및 품종 8종의 휘발성 향기성분 을 HS-SPME-GC-MS로 분석하고, PCA 분석을 통해 휘발성 향 기성분의 객관적 차이를 알아보았다. 막실라리아 6종은 일반 적으로 알려져 있는 향기인 코코넛향을 나타내는 것으로 분석 되었고, 나머지 2종은 다른 향을 내는 것으로 분석되었다. 꽃 의 휘발성 향기성분은 다양한 성분의 혼합으로 각 품종들의 독특한 향을 나타내는 것으로 사료되며, 본 연구결과를 기반 으로, 추후 추가적으로 막실라리아 원종 및 품종을 수집하여 분석하고, 막실라리아 꽃과 벌브의 추출물의 약리학적 활성을 연구한다면, 새로운 난류육종과 향수 및 화장품 제조에 응용 할 수 있는 기초자료로 활용할 수 있다고 판단된다.

    사 사

    본 논문은 2016년도 농촌진흥청 연구사업(PJ: 01141501)의 지원과 농촌진흥청 국립원예특작과학원 박사후연수과정 지원 사업에 의해 이루어진 것임.

    Figure

    FRJ-24-4-282_F1.gif

    Flower chatacteristic of Maxillaria cultivars and species : A: M. tenuifolia; B: M. variabilis; C: M. variabilis ‘Alba’; D: M. variabilis ‘NxO’; E: M. variabilis ‘Brown’; F: M. variabilis ‘Red’; G: M. variabilis ‘Nana’; H: M.sanguine.

    FRJ-24-4-282_F2.gif

    Representative total ion chromatograms for species and cultivars Maxillaria (A: M. tenuifolia; B: M. variabilis; C: M. variabilis ‘Alba’; D: M. variabilis ‘NxO’; E : M. variabilis ‘Brown’; F: M. variabilis ‘Red’; G: M. variabilis ‘Nana’; H: M. sanguine).

    FRJ-24-4-282_F3.gif

    Cluster of Principle component analysis (PCA) plot of fragrance in species and cultivars Maxillaria using HS-SPME-GC-MS.

    Table

    Analytical conditions with the HS-SPME-GC-MS system.

    Percentage of volatile compounds identified in species and cultivars Maxillaria using HS-SPME-GC-MS.

    zRetention indices calculated against n-alkanes (C9 - C17).
    yRelative contents (%) = (area under peak / total peak area) × 100.
    xAll data are presented as mean ± standard deviation (n = 3).

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    2. Journal Abbreviation : 'Flower Res. J.'
      Frequency : Quarterly
      Doi Prefix : 10.11623/frj.
      ISSN : 1225-5009 (Print) / 2287-772X (Online)
      Year of Launching : 1991
      Publisher : The Korean Society for Floricultural Science
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