서 언

서구화된 식습관으로 인해 성인병과 암 발생이 점차 증가하 는 가운데 성인병을 줄이기 위한 식이요법에 대한 관심이 최 근 높아지고 있다. 특히 현대인들은 암, 성인병, 조기노화와 같은 질병은 유해산소와 밀접한 관계가 있으며, 항산화물질이 풍부한 super food를 통해 몸 속 유해산소를 제거할 수 있다 는 보고와 함께 식품 속 항산화 물질에 대해 관심이 증가되었 다(Pratt and Kathy 2004).

항산화물질(antioxdants)이란 각종 질병의 원인으로 알려진 활성산소를 제거하는 항산화 기능을 갖춘 소재를 말하며, 천 연 항산화제 대부분은 식물의 페놀 화합물이다(Kim et al. 2014). 식물은 생화학적 방어기작으로 항산화물질을 증가시키 는데, 최근 환경문제로 오존층이 파괴되면서 지표까지 도달하 는 자외선 B(280 - 320nm)가 증가하고 있으며(Song and Lee 2012) 식물에게 자외선 B를 조사하여, 항산화물질을 증가시켰 다는 보고가 있다(Kim and Cho 2001). 최근 식용화 화훼작물 의 항산화물질 성분이 과채류와 엽채류와 비교해서 적지 않고 오히려 높다고 알려지면서 새로운 기능성 식품으로 부각되고 있다(Pratt and Kathy 2004). 식용화란 먹을 수 있는 안전한 꽃을 의미하므로 안전한 생산환경이 요구되며 유통 및 소비 저장 기간이 짧기 때문에 다른 채소류보다 시장가격이 높다 (Jegal and Son 2011).

식용화 팬지는 생육 적온이 10 - 15°C으로 내한성이 강한 편으로 중부지방에서는 무가온 하우스 내에서 월동이 가능하 고 과거에는 심장치료제나 피부병 치료제로 사용한 약용식물 로서 플라보노이드와 페놀을 다량 함유하고 있어 천연 항산화 제로서의 많은 잠재력을 지니고 있다(Vukics et al. 2008). 따 라서 본 연구는 식용화 팬지를 대상으로 실내 생산에서 항산 화물질 증진을 위한 자외선의 효과를 알아보고자 수행되었다.

재료 및 방법

식물 재료 및 자외선 처리

실험 재료는 팬지 3품종(Viola × wittrockiana ‘Rose’ and ‘Yellow’, Viola cornuta ‘Purple’)을 사용하였다. 본 실험은 4월 부터 1개월간 실내에서 UV-B와 LED를 함께 실시하였다. 실내 환경은 평균 온도는 22.3 ± 0.1°C 평균 습도는 48.2 ± 0.5%, 광 량은 백색 LED를 이용하여 100μmol·m^-2·s^-1(photosynthetically active radiation, PAR)로 하루 14시간 조사하였다. 자외선 처 리는 동일한 선량의 UV-B(상대자외선량 4.49W·m^-2)를 이용 하여 무처리(Control), 10분(UVB-10), 20분(UVB-20), 30분 (UVB-30)을 매일 조사하였고, 하루 중 14시간의 LED 보광 중 간(보광 7시간 때)에 실시하였다.

항산화물질 함량

총 플라보노이드 함량은 Lister et al.(1994)의 분석방법에 따라 분석하였다. 개화한 꽃잎에 75% methanol을 가하여 암 실에서 30분 동안 추출한 후 diethylene glycol과 혼합하였다 (Chon and Kang 2013). 이 혼합물에 NaOH 가한 뒤 water bath 온도를 37°C로 설정하여 1시간 동안 반응시킨 후 분광광 도계(UV 2450, Shimadzu, Co., Japan)로 420nm에 흡광도를 측정하였다. 총 플라보노이드 검량곡선은 naringin(Sigma Co., USA) 을 사용하였다. 안토시아닌과 카로티노이드 함량은 꽃 잎을 99.5% 아세톤 용액과 혼합하여 암실에서 24시간 추출한 다음 추출용액을 분광광도계(UV 2450, Shimadzu, Co., Japan) 를 이용하여 안토시아닌은 530nm와 653nm 파장으로, 카로티 노이드는 663, 645, 470nm의 파장으로 흡광도를 측정하였다. 총 페놀 함량은 건조시료를 80% 메탄올과 혼합하여 암실에서 1시간동안 추출한 다음, 여과지(Whatman No. 2)로 여과한 후 80% 메탄올을 추가하여 10mL 정용하였다. 이 용액을 1/10로 희석하여 3분간 1mL 0.2N Folin-Ciocalten’s solution (Sigma Co., USA) 용액과 반응시켰다. 이후 40% sodium carbonate 을 첨가하여 1시간 동안 반응시킨 후 분광광도계(UV 2450, Shimadzu, Co., Japan)를 이용하여 725nm의 흡광도를 측정하 였다. 총 페놀 검량곡선은 gallic acid(Sigma Co., USA)를 사 용하였다.

DPPH radical에 대한 전자공여능

꽃잎을 동결 건조하여 마쇄하고, 100% methanol 10mL을 가한 뒤 암실에서 30분 추출하여 여과지(Whatman No. 2)로 추출용액을 여과하였다. 여과한 용액 1mL와 0.6mM DPPH 1mL와 100% 메탄올 1mL sample, empty 혼합액을 만들었다. DPPH 1mL와 100% 메탄올 1mL를 혼합하여 Control을 만들어 세 혼합액을 30분간 암소에 반응시켰다. 분광광도계(UV 2450, Shimadzu, Co., Japan)로 517nm의 흡광도를 측정하였다.

통계처리

통계분석용 프로그램인 SAS package(statistical analysis system, version 9.1, SAS Institute Inc. Cary, NC)를 사용하여 ANOVA(analysis of variance) 분석하였으며, DMRT(Duncan's new multiple range test)을 통하여 각 처리간의 유의성을 5% 수준에서 실시하였다.

결과 및 고찰

UV-B에 대한 식용화 팬지의 생장은 품종과 처리 수준에 따라 유의적인 차이를 보였다(Table 1). ‘Yellow’ 품종에서는 생체중, 건물중, 수확량에서 유의적인 차이가 나타나지 않았 지만, ‘Purple’, ‘Rose’ 품종에서는 건물중과 생체중의 경우 UVB-30 처리에서 크게 감소하였고, 대조구와 비교하였을 때 UVB-30처리에서 급격히 감소하였다(Table 1). 특히 ‘Rose’ 품 종은 UVB-30처리에서 개화되지 않는 등 생육이 크게 억제되 었다(Fig. 1A). 자외선 조사(UVB-30)에 따른 식물 생체적 반 응으로 처리 4 - 5일 경과하여 잎에 검정색 반점이 나타났고 시간이 흐를수록 반점이 커지면서 잎 전체적으로 퍼졌으며, 말리고 작아지는 등 피해양상으로 보이는 형태적 변화가 나 타났다(Fig. 1B). Jayalakshmi et al.(2011)는 식용화 Malva sylvestris L.에 UV-B를 처리했을 때 생체중이 감소하고 꽃과 잎이 작아지고 말리는 증상을 보고하였고, Jansen et al.(1998) 은 UV-B조사로 엽록소 함량은 늘어나지만 엽면적은 감소하고 잎이 말리는 형태적인 변화를 보고하였다.

한편 잎의 최대 광화학적 효율인 Fv/Fm은 세 품종 모두 UV-B 처리로 감소하였고 상대적인 스트레스지수 NPQ값은 반대의 결과를 나타냈으며, UV-B노출이 길어질수록 이러한 반응양상은 뚜렷하였다(Fig. 2). 광합성에 대한 UV-B영향은 매우 다양하지만, 특히 광계II가 UV-B장해에 취약하며 잎에 서의 photoinhibition 유발로 광합성률 저하가 나타난다(Tevini and Iwanzik 1983). 이러한 이유로 UV-B처리에 따른 식용화 팬지의 생장 억제 현상은 광화학적 피해 및 억제에 따른 것으 로 판단된다.

UV-B 조사로 꽃잎의 항산물질 축적이 증가하였다. 플라보 노이드 화합물은 천연 항산화제로서(Elzaawely et al. 2007) 식용화 팬지의 주요한 색소이다. 플라보노이드 함량은 세 품 종 모두 대조구보다 UV-B 처리에서 증가하였고, ‘Purple’와 ‘Rose’ 두 품종 모두 UV-B 노출 시간이 증가됨에 따라 그 함 량도 증가하였다(Fig. 3A). 카로티노이드 함량은 ‘Yellow’ 품 종에서만 UV-B처리시간에 따라 증가하였고(Fig. 3D), 안토시 아닌 함량은 ‘Rose’ 품종에서 UV-B처리했을 때 증가하였다 (Fig. 3B). DPPH 라디컬 소거 능력과 총 페놀의 함량은 품종 및 UV-B 처리 수준에 따른 유의적 차이는 인정되지 않았다 (Fig. 3E, 3F). 식물계 페놀성 물질은 단백질과 결합한 phenolic hydroxyl이 항산화기능을 갖고(Dugan 1980), UV-B는 플라보 노이드와 관련된 식물의 2차 대사물질 생성에 영향을 준다 (Beggs et al. 1986; Li et al. 2000). 이로 인해 자외선에 의한 피해를 막기 위해 식물들은 엽육세포를 두껍게 하거나 자외선 을 흡수할 수 있는 색소 축적을 늘린다. 하지만 본 실험에서 는 총 페놀함량의 차이를 보이지 않았는데 이것은 안토시아닌 과 카로티노이드 이외의 다양한 항산화물질들에 분석이 필요 함을 시사해주는 것으로 판단된다(Fig. 3). ‘Yellow’ 품종은 최 대 광화학적 효율인 Fv/Fm이 대조구보다 감소했고, 스트레스 지수인 NPQ가 증가하여 UV-B처리로 광합성 효율은 떨어졌 지만 생장량은 유의적 차이를 보이지 않았으며, 식용부위인 꽃잎의 항산화물질 함량 역시 대조구보다 증가했다. 따라서 생장량 차이를 보이지 않은 ‘Yellow’ 품종의 경우 UVB-30까지 도 식용화 팬지에 이용가능 하지만, ‘Rose’, ‘Purple’ 품종의 경 우 UV-B노출시간이 늘어날수록 항산화물질이 증가하였지만, 오히려 생장은 저조하였으며 특히 UVB-30에서는 크게 위축되 어 UVB-20이하가 적정한 것으로 확인되었다.