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JKFN Journal of the Korean Society of Food Science and Nutrition



Online ISSN 2288-5978

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Journal of the Korean Society of Food Science and Nutrition 2022; 51(8): 789-796

Published online August 31, 2022 https://doi.org/10.3746/jkfn.2022.51.8.789

Copyright © The Korean Society of Food Science and Nutrition.

Comparison of Lipid-Related Compounds in Wheat Cultivars and Their Physiological Activities

Sojin Kim1 , Kyeong-Hoon Kim2, Kyeong-Min Kim2, You-Geun Oh1, Hong Sik Kim1, Yu-Young Lee1, Mihyang Kim1, Jin Young Lee1, Moon Seok Kang1, and Hyun-Joo Kim1

1Department of Central Area Crop Science and 2Wheat Research Team, National Institute of Crop Science, Rural Development Administration

Correspondence to:Hyun-Joo Kim, Department of Central Area Crop Science, National Institute of Crop Science, Rural Development Administration, 34, Seoho-ro, Gwonseon-gu, Suwon, Gyeonggi 16613, Korea, E-mail: tlrtod@korea.kr

Received: April 8, 2022; Revised: May 5, 2022; Accepted: May 9, 2022

This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License (https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.

We investigated the lipid components in ten wheat cultivars and their physiological activities. The crude lipid contents of wheat cultivars varied from 1.42 to 2.35%. The α-tocopherol content of ‘Ofri’ (9.15 μg/g) and the β-tocopherol content of ‘Baekchal’ (4.19 μg/g) were higher than that in other cultivars. γ-Tocopherol contents of ‘Baekchal’, ‘Saegeumgang’, and ‘Hwanggeumal’ were 0.23, 0.19, and 0.23 μg/g, respectively, but it was not detected in any other cultivar. α-Tocotrienol content was highest in ‘Baekkang’ (3.83 μg/g), and β-tocotrienol contents ranged from 12.42 to 17.24 μg/g and were also highest in ‘Baekkang’. β-Sitosterol and campesterol contents were higher in ‘Goso’ (2,527.18 and 284.72 ppm, respectively) than in other cultivars. DPPH radical scavenging activities ranged from 2.41 to 4.26 mg TE/g, and ‘Jokyoung’ had the highest level. ‘Baekchal’ had greatest tyrosinase inhibitory activity (50.62∼69.60%). The study provides basic information on the functional properties of wheat cultivar lipids and will aid the utilization of wheat as a raw material for cosmetic industries.

Keywords: wheat, cultivar, lipid, activity

최근 황사, 미세먼지 등과 같은 환경오염으로 인하여 소비자들의 건강에 대한 의식이 높아지고 신체적 건강에 관한 관심이 증가함과 동시에 피부 건강의 관심이 높아짐에 따라(Lee 등, 2020) 천연 유래 화장품의 수요가 증가하고 있다. 이에 따라 건강한 피부를 유지하기 위해서 천연 원료를 통한 항산화, 미백, 항염증 등의 효능을 갖는 천연물 소재 및 기능성 화장품을 개발하려는 노력이 지속해서 이루어지고 있다(Seo 등, 2018).

밀(Triticum aestivum L.)은 쌀과 옥수수와 더불어 3대 작물 중 하나이다. 우리나라의 국민 1인당 밀 소비량은 연간 34.2 kg으로 밀 소비량의 95% 이상을 수입에 의존하고 있으며, 자급률은 0.7%로 매우 낮은 수준이다(Jo 등, 2022). 현재 국내 연구진들은 밀 자급률 향상 및 소비 촉진을 위해 국내 밀에 대한 용도별(제빵, 제과, 제면 등) 품종 육성뿐만 아니라 재배환경, 품질 및 가공적성 개선 등 다양한 분야에서 꾸준히 노력하고 있다(You 등, 2021).

밀은 제분한 상태인 밀가루 또는 밀기울과 배아가 포함된 통밀가루 형태로 나뉘어 사용할 수 있다. 특히 통밀에는 비타민, 토코페롤, 플라보노이드 등 항산화 물질이 많고 식이섬유가 풍부하여 변비 예방에 효과가 좋은 것으로 알려졌으며, 혈당의 상승 속도를 느리게 하여 혈당 유지에 효과가 높아 기능성 소재로의 이용 가치가 높다고 할 수 있다(Jang 등, 2018). 또한 밀에 함유된 식물성스테롤의 주요 구성 성분은 campesterol, β-sitosterol, stigmasterol로 알려져 있으며 항산화 활성과 연관성이 있는 것으로 알려져 있다(Ziegler 등, 2016). 최근 밀 단백질의 가수분해물이 계면활성제로의 활용 가능성이 보고되면서 샴푸나 컨디셔너의 소재로 활용되고 있고(Jeong 등, 2002), 밀싹의 경우 항산화와 항염 등의 활성이 높아 화장품 소재로의 이용 가치가 높다고 보고된 바 있다(Moon과 You, 2016). 또한 해외에서는 밀에 함유된 세라마이드 성분이 보습 효과가 있어 화장품 소재로의 이용 가능성을 검토한 바 있으며 이를 이용한 보습 제품도 출시되고 있다(Guillou 등, 2011). 현재까지 발표된 국내산 밀을 이용한 기능성 소재로의 활용 가능성을 검토한 연구는 품종, 추출용매, 발아 등에 따라 폴리페놀 화합물에 초점을 맞춘 생리활성 탐색(Ham 등, 2015; Hong 등, 2019; Kim 등, 2019)에 집중되어 있으나, 지질 성분 및 생리활성을 검토한 연구는 미진한 실정이다.

따라서 본 연구에서는 국내산 밀의 소비 촉진 및 새로운 용도 개발을 위해 화장품 소재로의 이용 가능성을 검토하기 위한 기초자료를 확보하고자 품종에 따른 지질 성분 및 활성을 비교 분석하고자 진행하였다.

실험재료

본 연구에서 사용한 밀은 고소, 금강, 백강, 백찰, 새금강, 아리흑, 오프리, 조경, 황금알, 호중으로 총 10품종을 사용하였다. 시험품종은 국립식량과학원 전주 시험포장에서 농촌진흥청 맥류표준재배법(NICS, 2010)을 이용하여 2021년 6월에 수확한 재료를 사용하였다. 품종별로 수확한 밀은 정선한 다음 10°C 저온 상태로 보관하였고, 분쇄기(HMF-3100S, Hanil, Wonju, Korea)로 분쇄한 다음 시료로 활용하였다.

조지방

밀 품종별 지방함량을 산출하기 위해 AOAC 방법(2000)에 따라 Soxtherm automatic system(Soxtherm® sox 416, C. Gerhardt GmbH & Co. KG, Königswinter, Germany)을 이용하여 조지방 함량을 정량하였다. 즉 분쇄 시료 3 g을 extraction thimble에 담아 탈지면으로 막고 boiling stone과 n-hexane 140 mL를 첨가하여 187°C에서 30분간 가열하고 1시간 동안 추출하였다. 지방 추출 후 수기를 105°C에서 1시간 동안 건조 후 방랭시킨 뒤 무게를 측정하여 함량을 구하였다.

Tocopherol 및 tocotrienol

밀 품종별 tocopherol 및 tocotrienol 함량은 Lee 등(2015)의 방법으로 분석하였다. 분쇄 시료 2 g을 extraction thimble에 담아 탈지면으로 막고 비등석, 0.01% butylated hydroxytoluene이 포함된 혼합용액(hexane:ethyl acetate =85:15, v/v) 140 mL를 첨가하여 Soxtherm automatic system(Soxtherm® sox416, C. Gerhardt GmbH & Co. KG)을 이용해 120°C에서 1시간 가열하여 추출하였다. 추출물은 10 mL 용량플라스크에 정용한 뒤 1 mL를 질소가스로 농축하여 1 mL의 HPLC 이동상으로 재용해시킨 후 HPLC로 분석하였다. HPLC(515 pump, 2475 Fluorescence Detector, 717 Auto sampler, Waters, Milford, MA, USA)는 같은 용매 조건으로 유속 1.5 mL/min으로 분석하였으며, 형광 검출기의 excitation wavelength는 290 nm, emission wavelength는 330 nm로 설정하였다. 이동상은 n-hexane:isopropanol(99:1, v/v), 컬럼은 Lichrospher® 100 Diol(4.6×250 mm, 5 μm, Hibar, Merck, Darmstadt, Germany)을 사용하였다. Tocopherol(α-, β-, γ-tocopherol) 및 tocotrienol(α-, β-, γ-tocotrienol) 정량분석을 위해 각각의 물질에 대해 표준곡선을 그려 환산한 다음 μg/g으로 제시하였다.

식물성스테롤

밀 품종별 식물성스테롤 조성을 분석하기 위해 Folch 등(1957)의 방법을 인용하여 지질을 추출하였다. 분쇄 시료 5 g에 chloroform:methanol(2:1, v/v)로 제조된 시약 45 mL를 혼합한 후 24시간 동안 교반하여 추출하였다. 추출 후 여과한 용액에 0.88% NaCl 용액 8 mL를 첨가하였고 층 분리가 되었을 때 상층액을 제거하고 하층액은 질소가스로 농축하여 실험에 사용하였다.

밀 품종별로 추출한 지질의 식물성스테롤 분석을 위해 식품의약품안전처에서 고시한 건강기능식품의 기준 및 규격 고시전문 시험법(MFDS, 2018)을 변형하여 분석하였다. 즉 품종별로 추출한 지질 0.1 g을 시험관에 담아 99.9% 에탄올 4 mL를 가한 후 0.1 N ethanolic KOH 1 mL를 넣었다. 시험관을 95°C에서 1시간 동안 가열한 후 상온에서 10분 동안 냉각시켰다. 포화된 NaCl 용액 5 mL를 가하여 교반한 후 n-hexane 10 mL를 넣었다. 상온에서 방치하여 층이 분리되면 상층액을 분석용 튜브에 옮긴 후 질소가스로 농축하였다. 농축물을 n-hexane 1 mL로 재용해한 후 PTFE filtering(0.2 μm, 13 mm) 하여 가스크로마토그래피로 분석하였고 분석조건은 Table 1에 제시하였다. 밀 지질에 함유한 식물성스테롤 정량을 위해 Sigma-Aldrich(St, Louis, MO, USA)에서 구입한 campesterol, β-sitosterol, stigmasterol로 표준곡선을 작성하여 산출한 다음 ppm으로 나타내었다.

Table 1 . Conditions for analysis of phytosterol contents by wheat cultivars

InstrumentGas chromatography (7890B GC system, Agilent, Santa Clara, CA, USA)
DetectorFlame ionization detector
ColumnHP-5MS Ultra Inert capillary (30 m×0.25 mm, 0.25 μm, Agilent)
Inlet temperature300°C
Oven temperature150°C, 3 min → 25°C/min → 275°C, 15 min → 25°C/min → 310°C, 10 min
Flow rateCarrier He, 1.2 mL/min
Injection volume1 μL (split, 10:1)
Detector temperature350°C


항산화 및 미백 활성

밀 품종별 지질 추출물의 항산화 및 미백 활성 검정을 위해 식물성스테롤 분석 시 사용한 지질을 이용하여 분석하였다. 밀 품종별로 추출한 지질은 dimethyl sulfoxide를 이용하여 10 mg/mL의 농도로 하여 분석하였다.

밀 품종별 항산화 활성 분석을 위해 1,1-diphenyl-2-picryl-hydrazyl(DPPH, Sigma-Aldrich) 라디칼 소거 활성을 측정하였다(Lee 등, 2017). DPPH 라디칼 소거 활성은 0.2 mM DPPH 용액(99.9% 메탄올에 용해) 200 μL에 시료 20 μL를 첨가한 후 520 nm에서 30분 후에 흡광도를 측정하였다. DPPH 라디칼 소거 활성은 시료첨가구와 비첨가구의 흡광도 차이를 mg Trolox equivalent(mg TE/g)로 표현하였다.

밀 품종별 지질 추출물의 미백 활성을 검토하기 위해 분석한 tyrosinase 활성 저해 측정 방법은 tyrosinase의 작용 결과 생성되는 dopachrome을 비색법(Flurkey, 1991)으로 측정하였다. Mushroom tyrosinase(100 unit/mL, Sigma-Aldrich) 0.2 mL, 기질로 DOPA(Sigma-Aldrich) 0.4 mL, 0.1 M potassium phosphate buffer(pH 6.8) 0.2 mL의 혼합액에 시료 0.2 mL를 첨가한 후 25°C에서 15분간 반응시켜 475 nm에서 흡광도를 측정하고 dopachrome의 변화를 저해능으로 환산하였다.

통계분석

통계분석은 SPSS 통계프로그램(Statistical Package for the Social Science, Ver. 12.0, SPSS Inc., Chicago, IL, USA)을 이용하여 각 측정군의 평균과 표준편차를 산출하고 품종 간의 차이 유무를 one way ANOVA(analysis of variance)로 분석한 뒤 신뢰구간 P<0.05에서 Duncan’s multiple range test를 이용하여 유의성을 검정하였다. 밀 품종별 지질 성분 및 생리활성 검정 결과의 정규화 heatmap은 MetaboAnalyst 5.0(https://www.metaboanalyst.ca) 프로그램을 이용하여 작성하였다. 품종별 각 조사 항목의 평균과 표준편차를 이용하여 정규화한 후 Euclidean distance measurement 및 Ward clustering algorithm 방법으로 군집 분류하여 heatmap을 작성하였으며, 각 항목의 수치는 파란색(음수)과 빨간색(양수)의 척도로 나타내었다(Pang 등, 2021). 각 조사 항목 간의 상관관계는 MetaboAnalyst 5.0 프로그램을 이용하여 Pearson’s correlation coefficient test 방법으로 조사하였고, 상관계수(r) 및 유의확률(P)을 계산하여 모식화하였다(Pang 등, 2021).

조지방 함량

밀 품종에 따른 조지방 함량을 분석한 결과 백찰이 2.95%로 다른 품종에 비해 지방함량이 높았고 새금강이 1.83%로 가장 낮았다(Fig. 1). Choe와 Youn(2005)은 용도가 다른 밀 품종(알찬밀, 탑동밀, 올그루밀)별 지방함량을 측정한 결과 0.7~1.3%의 범위로 품종 간의 유의적인 차이를 보였다고 보고하였다(P<0.001). Jang 등(2018)의 연구에서 밀의 원료정보(품종, 산지 등)가 명확하지 않아 정확한 재배환경에 대해 알 수는 없으나, 미국산 밀의 조지방 함량은 1.82%, 국내산은 2.39%였다고 발표하였다. 본 연구에서 분석한 밀 품종별 조지방 함량과 기존 발표된 선행연구 결과와 값이 상이한 것은 품종, 생육 시기 및 재배지 등 환경적인 영향으로 보인다(You 등, 2021).

Fig. 1. Crude lipid contents of wheat by various cultivars. Crude lipid content with different letters differ significantly (P<0.05) among cultivars.

Tocopherol 및 tocotrienol 함량

밀 품종에 따른 tocopherol 및 tocotrienol 함량 분석 결과를 Table 2에 제시하였다. α-Tocopherol 함량은 오프리가 9.15 μg/g으로 가장 높았고 조경이 5.94 μg/g으로 가장 낮았다. β-Tocopherol 함량은 2.12~4.19 μg/g의 범위로 백찰이 다른 품종에 비해 높고 조경이 가장 낮았다. γ-Tocopherol 함량은 백찰, 새금강, 황금알이 각각 0.23, 0.19 및 0.23 μg/g이었고 다른 품종은 검출되지 않았다. α-Tocotrienol 함량 분석 결과 백강이 3.83 μg/g으로 다른 품종에 비해 높았고 금강이 2.34 μg/g으로 가장 낮았다. β-Tocotrienol은 12.42~17.24 μg/g의 범위로 tocopherol류 및 α-tocotrienol보다 비교적 높은 함량이었으며, 다른 품종에 비해 백강이 가장 높았다. γ-Tocotrienol은 모든 품종에서 검출되지 않았다(자료미제시). Tocopherol과 tocotrienol 함량을 토대로 비타민 E 함량을 산출한 결과 백강과 오프리가 각각 30.51, 30.48 μg/g으로 다른 품종에 비해 높은 함량을 보였다(Fig. 2). β-Tocotrienol은 밀에 함유된 비타민 E 중 가장 많은 비율을 차지하는 것으로 알려져 있으며, Lachman 등(2018)은 33~43 mg/kg DW 함유되었다고 보고하였다.

Table 2 . Comparison of tocopherol and tocotrienol contents of wheat by various cultivars (μg/g)

TocopherolTocotrienol
α-β-γ-α-β-
Ariheuk9.12±0.52a4.14±0.28ab2.77±0.16cd12.42±0.81d
Baekchal7.75±0.31bc4.19±0.17a0.23±0.09a2.93±0.11bc13.50±0.55bcd
Baekkang6.83±0.08d2.51±0.01deb3.83±0.04a17.24±0.10a
Geumgang7.23±0.08bcd3.29±0.01cb2.34±0.03e15.02±0.23b
Goso7.33±0.34bcd3.60±0.25bcb2.39±0.21e12.47±0.57d
Hojoong8.10±0.69b3.93±0.40abb2.84±0.21bcd14.49±1.32bc
Hwanggeumal6.62±0.04de2.71±0.02d0.23±0.04a2.73±0.01cd14.65±0.08bc
Jokyoung5.94±0.42e2.12±0.16eb3.14±0.23b12.76±0.88d
Ofri9.15±0.03a3.62±0.13bcb2.52±0.03de15.08±0.52b
Saegeumgang6.98±0.42cd3.58±0.19bc0.19±0.06a2.35±0.13e13.22±0.81cd

Values are mean±SD of three replicates. Different small letters in the same item indicate a significant difference (P<0.05) among different cultivars.

-: Not detected.



Fig. 2. Vitamin E contents of wheat by various cultivars. Vitamin E content with different letters differ significantly (P<0.05) among cultivars.

비타민 E 이성체는 생체활성 및 항산화 효과 등에서 차이를 보이는 것으로 알려져 있으며(Lee와 Lee, 2003), tocotrienol의 경우 tocopherol보다 40~60배 높은 항산화 효과가 있고 α-tocotrienol은 높은 신경 보호 효과가 있는 것으로 보고되고 있다(Aggarwal 등, 2010). Tocopherol은 옥수수, 밀, 콩 및 땅콩과 같은 곡류 및 두류 유지 작물에 함유되어있고, tocotrienol은 야자과 식물, 쌀겨, 귀리와 보리 등에 주로 함유되어있다고 알려져 있다(Lee와 Lee, 2003). 본 연구 결과에서 tocopherol보다 tocotrienol 함량이 높은 경향을 보였는데, 이는 tocopherol 및 tocotrienol 함량이 종자의 품종, 성숙도, 재배지, 기후 등에 따라 영향을 받은 것으로 판단되었다(Lee와 Lee, 2003). 밀에 함유된 비타민 E 성분을 이용한 기능성 소재 검토 시 활용 목적에 따라 품종 등 시료 특성을 이해하고 전처리를 통해 추출 수율 증가 등의 검토를 선행하는 것이 필요하다고 판단된다.

식물성스테롤 함량

식물성스테롤은 구조에 따라 campesterol, stigmasterol, β-sitosterol, ergosterol 등이 있으며, 그중에 sitosterol, campesterol이 각각 65%, 30%를 차지한다(Koo와 Lee, 2004; Wie 등, 2009). 특히 식물성스테롤 중 β-sitosterol 및 그 유도체는 콜레스테롤보다 소수성 친화도가 높아 인체 내 콜레스테롤 흡수를 저해하는 것으로 알려져(Cho 등, 2021), 이를 활용한 기능성 소재 개발 또한 다양하게 시도되고 있다.

밀 품종별 식물성스테롤 함량 분석 결과를 Table 3에 제시하였다. 분석 결과 10품종 모두 β-sitosterol 함량이 가장 많이 검출되었고 백강이 1,017.30 ppm으로 가장 낮았으며, 고소가 2,527.18 ppm으로 다른 품종보다 높은 함량을 보였다. 또한 고소는 campesterol 함량도 284.72 ppm으로 10품종에서 가장 높았다. Nurmi 등(2012)은 독일산 밀에 함유된 식물성스테롤 조성을 분석한 결과 sitosterol> campesterol> sitostanol> campestanol> stigmasterol 순으로 sitosterol이 51%로 가장 높은 함량이었다고 보고하였으며, 이는 본 연구 결과와 유사하였다. 식물성스테롤이 피부 상처치유 및 탄력개선에 효과가 있다는 사실을 구명하여 이 성분을 첨가한 영양 발효크림을 개발 및 출시한 사례가 있으며, 식물성스테롤과 곡물에서 유래한 세라마이드를 혼합해서 만든 원료가 피부 보습 지속력을 높여준다는 연구 결과가 발표된 바 있다(Koo와 Lee, 2004; Ministry of Health and Welfare, 2015). 따라서 campesterol, β-sitosterol, stigmasterol 모두 함유된 백강, 백찰, 오프리, 조경 품종은 화장품 소재로 이용 가능성이 있다고 판단된다. 하지만 현재까지 국내에서 육성된 밀의 품종별 식물성스테롤 함량을 탐색한 연구는 미진한 상태로 밀을 이용한 지질 소재 개발을 위해 품종별 밀의 식물성스테롤 함량에 대한 연차 간 변이 등 기초자료 확보가 더 필요하다고 판단된다.

Table 3 . Phytosterol contents of wheat by various cultivars (ppm)

Campesterolβ-SitosterolStigmasterol
Ariheuke1,798.81±49.94d91.69±0.40c
Baekchal175.91±10.02c1,219.99±9.47g102.47±4.35b
Baekkang134.16±12.85d1,017.30±22.83h103.79±6.46ab
Geumgange1,426.28±85.63f102.88±3.92ab
Goso284.72±6.68a2,527.18±49.84ad
Hojoonge1,088.21±51.62h90.40±0.04c
Hwanggeumale1,480.28±74.98ef104.35±1.45ab
Jokyoung189.84±9.72c1,579.33±20.12e91.30±0.84c
Ofri227.19±13.51b2,172.04±59.69b102.75±0.14ab
Saegeumgange1,936.24±32.37c109.70±2.24a

Values are mean±SD of three replicates. Different small letters in the same item indicate a significant difference (P<0.05) among different cultivars.

-: Not detected.



DPPH 라디칼 소거능 및 tyrosinase 저해 활성

현재까지 발표된 밀의 생리활성에 관한 연구로는 원료 특성(품종, 재배환경 등) 및 전처리 방법(발아 등)에 따라 용매별로 추출하여 파이토케미컬과 함께 검토한 연구가 대다수였다(Adom 등, 2005; Esfandiari 등, 2007; Ham 등, 2015; Yang 등, 2021). 하지만 밀에 함유된 지질 성분을 이용하여 생리활성을 검토한 사례는 거의 없었다.

따라서 밀 품종별로 추출한 지질의 항산화 및 미백 활성을 검토하기 위해 DPPH 라디칼 소거능 및 tyrosinase 저해 활성을 분석하여 Table 4에 제시하였다. DPPH 라디칼 소거능 분석 결과 2.41~4.26 mg TE/g의 범위로 조경이 다른 품종에 비해 높은 경향을 보였다. 밀 품종별 지질 추출물의 DPPH 라디칼 소거능과 지질 관련 성분과의 상관관계를 분석한 결과 조지방 함량과 양의 상관관계를 보였다(r=0.519, P<0.01)(Fig. 3). Tyrosinase 저해 활성의 경우 50.62~69.60%의 범위로 백찰이 가장 높은 활성을 보였다. 밀 품종별 지질 추출물의 tyrosinase 저해 활성과 지질 관련 성분과의 상관관계를 분석한 결과 campesterol 함량과의 상관계수(r)가 0.644로 양의 상관성(P<0.001)을 보여, 밀 품종별 지질 추출물의 tyrosinase 저해 활성은 campesterol 함량에 기인한 것으로 판단된다(Fig. 3). 밀에 함유된 지질 성분과 활성과의 연관성을 알아보기 위해 heatmap을 이용하여 군집분석을 진행하였다(Fig. 4). 분석 결과 백강 및 조경 품종이 조지방 및 campesterol 함량과 DPPH 라디칼 소거능 및 tyrosinase 저해 활성으로 특징적인 군집 분류가 보였음을 확인하였다. 그리고 백찰은 조지방, campesterol 외에 tocopherol 화합물이 DPPH 라디칼 소거능 및 tyrosinase 저해 활성과 특정 군집 분류를 나타냈다. 밀 품종에 따른 tocopherol 및 tocotrienol 함량 분석 결과 tocopherol이 tocotrienol보다 함량이 적게 나타났으나, 백찰 품종의 경우 β-tocopherol과 DPPH 라디칼 소거능 및 tyrosinase 저해 활성과의 연관성을 heatmap 결과를 통해 확인할 수 있었다. 이는 밀 배아에 있는 지질 성분이 항산화 활성과 연관성이 있다는 Ghafoor 등(2017)의 보고를 뒷받침하였다.

Table 4 . DPPH radical scavenging and tyrosinase inhibition activities of wheat by various cultivars

DPPH radical scavenging activity (mg TE/g)Tyrosinase inhibition activity (%)
Ariheuk2.41±0.24d58.68±1.94de
Baekchal3.31±0.33bc69.60±0.98a
Baekkang3.19±0.41bc63.54±1.43bc
Geumgang3.74±0.20ab55.18±1.97f
Goso3.10±0.45bc57.40±1.18ef
Hojoong3.12±0.29bc50.62±2.11g
Hwanggeumal3.01±0.29cd57.93±0.85e
Jokyoung4.26±0.28a68.68±1.24a
Ofri2.89±0.47cd64.18±1.09b
Saegeumgang3.44±0.35bc60.97±1.76cd

Values are mean±SD of three replicates. Different small letters in the same item indicate a significant difference (P<0.05) among different cultivars.



Fig. 3. Pearson’s correlation coefficient (r) matrices from lipid-related compounds and physiological activity from various cultivars of wheat. Blue and red colors indicate negative and positive correlations between individual parameters. Asterisks (*, **, and ***) indicate statistically significant correlations at P<0.05, 0.01, and 0.001, respectively.

Fig. 4. Normalized response of lipid-related compounds and physiological activity from various cultivars of wheat. The level of individual parameters corresponds to the color scale. A color gradient from blue to red represents a low to high level of the normalized response.

이상의 결과를 종합했을 때, 국내에서 육성된 밀 품종 중 백찰, 백강, 조경은 지질 관련 기능 성분 또는 활성이 높은 경향을 보여 화장품 소재로 개발하기 위한 기초자료로 활용이 가능할 것으로 판단된다. 향후 품종별 연차간 변이분석을 통한 추가 기초자료 확보가 필요하다고 판단되며 각 품종에 대한 지질 관련 기능 성분과 메커니즘 구명에 관한 연구가 지속해서 필요할 것으로 생각된다.

본 연구에서는 국내산 밀의 이용 다양화를 위한 기초자료를 확보하고자 밀 품종별 지방 관련 성분을 분석하고 비교하였다. 밀의 조지방 함량은 백찰이 2.35%로 가장 높았고 오프리가 1.42%로 가장 낮았다. α-Tocopherol 함량은 오프리가 9.15 μg/g으로 가장 높았고, β-tocopherol 함량은 2.12~4.19 μg/g의 범위로 백찰이 다른 품종에 비해 높았다. γ-Tocopherol 함량은 백찰, 새금강, 황금알이 각각 0.23, 0.19 및 0.23 μg/g이었고 다른 품종은 검출되지 않았다. α-Tocotrienol 함량 분석 결과 백강이 3.83 μg/g으로 다른 품종에 비해 높았으며, β-tocotrienol 함량은 12.42~17.24 μg/g의 범위로 백강이 가장 높았다. 식물성스테롤의 조성은 β-sitosterol, campesterol, stigmasterol로 그중 β-sitosterol이 가장 많이 검출되었으며, 고소가 2,527.18 ppm으로 다른 품종보다 높은 함량을 보였다. Campesterol 함량도 고소가 284.72 ppm으로 10품종에서 가장 높았다. DPPH 라디칼 소거능 분석 결과 2.41~4.26 mg TE/g의 범위로 조경이 다른 품종에 비해 높은 경향을 보였다. Tyrosinase 저해 활성의 경우 50.62~69.60%로 백찰이 가장 높은 활성을 보였다. 이상의 결과를 종합해볼 때 밀 품종에 따라 지질 관련 성분과 함량에 차이가 있음을 확인하였고, 이러한 결과는 밀을 화장품 소재로 활용하기 위한 기초자료가 될 것으로 판단되며 추후 국내산 밀의 품종별 기초자료 확보가 추가로 요구된다.

본 논문은 농촌진흥청 어젠다 연구사업(과제번호:PJ01608601)의 지원에 의해 이루어진 것임.

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Article

Article

Journal of the Korean Society of Food Science and Nutrition 2022; 51(8): 789-796

Published online August 31, 2022 https://doi.org/10.3746/jkfn.2022.51.8.789

Copyright © The Korean Society of Food Science and Nutrition.

국내산 밀 품종의 지질 관련 성분 및 생리활성 비교

김소진1․김경훈2․김경민2․오유근1․김홍식1․이유영1․김미향1․이진영1․강문석1․김현주1

1국립식량과학원 중부작물부 수확후이용과
2국립식량과학원 밀연구팀

Received: April 8, 2022; Revised: May 5, 2022; Accepted: May 9, 2022

Comparison of Lipid-Related Compounds in Wheat Cultivars and Their Physiological Activities

Sojin Kim1 , Kyeong-Hoon Kim2, Kyeong-Min Kim2, You-Geun Oh1, Hong Sik Kim1, Yu-Young Lee1, Mihyang Kim1, Jin Young Lee1, Moon Seok Kang1, and Hyun-Joo Kim1

1Department of Central Area Crop Science and 2Wheat Research Team, National Institute of Crop Science, Rural Development Administration

Correspondence to:Hyun-Joo Kim, Department of Central Area Crop Science, National Institute of Crop Science, Rural Development Administration, 34, Seoho-ro, Gwonseon-gu, Suwon, Gyeonggi 16613, Korea, E-mail: tlrtod@korea.kr

Received: April 8, 2022; Revised: May 5, 2022; Accepted: May 9, 2022

This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License (https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.

Abstract

We investigated the lipid components in ten wheat cultivars and their physiological activities. The crude lipid contents of wheat cultivars varied from 1.42 to 2.35%. The α-tocopherol content of ‘Ofri’ (9.15 μg/g) and the β-tocopherol content of ‘Baekchal’ (4.19 μg/g) were higher than that in other cultivars. γ-Tocopherol contents of ‘Baekchal’, ‘Saegeumgang’, and ‘Hwanggeumal’ were 0.23, 0.19, and 0.23 μg/g, respectively, but it was not detected in any other cultivar. α-Tocotrienol content was highest in ‘Baekkang’ (3.83 μg/g), and β-tocotrienol contents ranged from 12.42 to 17.24 μg/g and were also highest in ‘Baekkang’. β-Sitosterol and campesterol contents were higher in ‘Goso’ (2,527.18 and 284.72 ppm, respectively) than in other cultivars. DPPH radical scavenging activities ranged from 2.41 to 4.26 mg TE/g, and ‘Jokyoung’ had the highest level. ‘Baekchal’ had greatest tyrosinase inhibitory activity (50.62∼69.60%). The study provides basic information on the functional properties of wheat cultivar lipids and will aid the utilization of wheat as a raw material for cosmetic industries.

Keywords: wheat, cultivar, lipid, activity

서 론

최근 황사, 미세먼지 등과 같은 환경오염으로 인하여 소비자들의 건강에 대한 의식이 높아지고 신체적 건강에 관한 관심이 증가함과 동시에 피부 건강의 관심이 높아짐에 따라(Lee 등, 2020) 천연 유래 화장품의 수요가 증가하고 있다. 이에 따라 건강한 피부를 유지하기 위해서 천연 원료를 통한 항산화, 미백, 항염증 등의 효능을 갖는 천연물 소재 및 기능성 화장품을 개발하려는 노력이 지속해서 이루어지고 있다(Seo 등, 2018).

밀(Triticum aestivum L.)은 쌀과 옥수수와 더불어 3대 작물 중 하나이다. 우리나라의 국민 1인당 밀 소비량은 연간 34.2 kg으로 밀 소비량의 95% 이상을 수입에 의존하고 있으며, 자급률은 0.7%로 매우 낮은 수준이다(Jo 등, 2022). 현재 국내 연구진들은 밀 자급률 향상 및 소비 촉진을 위해 국내 밀에 대한 용도별(제빵, 제과, 제면 등) 품종 육성뿐만 아니라 재배환경, 품질 및 가공적성 개선 등 다양한 분야에서 꾸준히 노력하고 있다(You 등, 2021).

밀은 제분한 상태인 밀가루 또는 밀기울과 배아가 포함된 통밀가루 형태로 나뉘어 사용할 수 있다. 특히 통밀에는 비타민, 토코페롤, 플라보노이드 등 항산화 물질이 많고 식이섬유가 풍부하여 변비 예방에 효과가 좋은 것으로 알려졌으며, 혈당의 상승 속도를 느리게 하여 혈당 유지에 효과가 높아 기능성 소재로의 이용 가치가 높다고 할 수 있다(Jang 등, 2018). 또한 밀에 함유된 식물성스테롤의 주요 구성 성분은 campesterol, β-sitosterol, stigmasterol로 알려져 있으며 항산화 활성과 연관성이 있는 것으로 알려져 있다(Ziegler 등, 2016). 최근 밀 단백질의 가수분해물이 계면활성제로의 활용 가능성이 보고되면서 샴푸나 컨디셔너의 소재로 활용되고 있고(Jeong 등, 2002), 밀싹의 경우 항산화와 항염 등의 활성이 높아 화장품 소재로의 이용 가치가 높다고 보고된 바 있다(Moon과 You, 2016). 또한 해외에서는 밀에 함유된 세라마이드 성분이 보습 효과가 있어 화장품 소재로의 이용 가능성을 검토한 바 있으며 이를 이용한 보습 제품도 출시되고 있다(Guillou 등, 2011). 현재까지 발표된 국내산 밀을 이용한 기능성 소재로의 활용 가능성을 검토한 연구는 품종, 추출용매, 발아 등에 따라 폴리페놀 화합물에 초점을 맞춘 생리활성 탐색(Ham 등, 2015; Hong 등, 2019; Kim 등, 2019)에 집중되어 있으나, 지질 성분 및 생리활성을 검토한 연구는 미진한 실정이다.

따라서 본 연구에서는 국내산 밀의 소비 촉진 및 새로운 용도 개발을 위해 화장품 소재로의 이용 가능성을 검토하기 위한 기초자료를 확보하고자 품종에 따른 지질 성분 및 활성을 비교 분석하고자 진행하였다.

재료 및 방법

실험재료

본 연구에서 사용한 밀은 고소, 금강, 백강, 백찰, 새금강, 아리흑, 오프리, 조경, 황금알, 호중으로 총 10품종을 사용하였다. 시험품종은 국립식량과학원 전주 시험포장에서 농촌진흥청 맥류표준재배법(NICS, 2010)을 이용하여 2021년 6월에 수확한 재료를 사용하였다. 품종별로 수확한 밀은 정선한 다음 10°C 저온 상태로 보관하였고, 분쇄기(HMF-3100S, Hanil, Wonju, Korea)로 분쇄한 다음 시료로 활용하였다.

조지방

밀 품종별 지방함량을 산출하기 위해 AOAC 방법(2000)에 따라 Soxtherm automatic system(Soxtherm® sox 416, C. Gerhardt GmbH & Co. KG, Königswinter, Germany)을 이용하여 조지방 함량을 정량하였다. 즉 분쇄 시료 3 g을 extraction thimble에 담아 탈지면으로 막고 boiling stone과 n-hexane 140 mL를 첨가하여 187°C에서 30분간 가열하고 1시간 동안 추출하였다. 지방 추출 후 수기를 105°C에서 1시간 동안 건조 후 방랭시킨 뒤 무게를 측정하여 함량을 구하였다.

Tocopherol 및 tocotrienol

밀 품종별 tocopherol 및 tocotrienol 함량은 Lee 등(2015)의 방법으로 분석하였다. 분쇄 시료 2 g을 extraction thimble에 담아 탈지면으로 막고 비등석, 0.01% butylated hydroxytoluene이 포함된 혼합용액(hexane:ethyl acetate =85:15, v/v) 140 mL를 첨가하여 Soxtherm automatic system(Soxtherm® sox416, C. Gerhardt GmbH & Co. KG)을 이용해 120°C에서 1시간 가열하여 추출하였다. 추출물은 10 mL 용량플라스크에 정용한 뒤 1 mL를 질소가스로 농축하여 1 mL의 HPLC 이동상으로 재용해시킨 후 HPLC로 분석하였다. HPLC(515 pump, 2475 Fluorescence Detector, 717 Auto sampler, Waters, Milford, MA, USA)는 같은 용매 조건으로 유속 1.5 mL/min으로 분석하였으며, 형광 검출기의 excitation wavelength는 290 nm, emission wavelength는 330 nm로 설정하였다. 이동상은 n-hexane:isopropanol(99:1, v/v), 컬럼은 Lichrospher® 100 Diol(4.6×250 mm, 5 μm, Hibar, Merck, Darmstadt, Germany)을 사용하였다. Tocopherol(α-, β-, γ-tocopherol) 및 tocotrienol(α-, β-, γ-tocotrienol) 정량분석을 위해 각각의 물질에 대해 표준곡선을 그려 환산한 다음 μg/g으로 제시하였다.

식물성스테롤

밀 품종별 식물성스테롤 조성을 분석하기 위해 Folch 등(1957)의 방법을 인용하여 지질을 추출하였다. 분쇄 시료 5 g에 chloroform:methanol(2:1, v/v)로 제조된 시약 45 mL를 혼합한 후 24시간 동안 교반하여 추출하였다. 추출 후 여과한 용액에 0.88% NaCl 용액 8 mL를 첨가하였고 층 분리가 되었을 때 상층액을 제거하고 하층액은 질소가스로 농축하여 실험에 사용하였다.

밀 품종별로 추출한 지질의 식물성스테롤 분석을 위해 식품의약품안전처에서 고시한 건강기능식품의 기준 및 규격 고시전문 시험법(MFDS, 2018)을 변형하여 분석하였다. 즉 품종별로 추출한 지질 0.1 g을 시험관에 담아 99.9% 에탄올 4 mL를 가한 후 0.1 N ethanolic KOH 1 mL를 넣었다. 시험관을 95°C에서 1시간 동안 가열한 후 상온에서 10분 동안 냉각시켰다. 포화된 NaCl 용액 5 mL를 가하여 교반한 후 n-hexane 10 mL를 넣었다. 상온에서 방치하여 층이 분리되면 상층액을 분석용 튜브에 옮긴 후 질소가스로 농축하였다. 농축물을 n-hexane 1 mL로 재용해한 후 PTFE filtering(0.2 μm, 13 mm) 하여 가스크로마토그래피로 분석하였고 분석조건은 Table 1에 제시하였다. 밀 지질에 함유한 식물성스테롤 정량을 위해 Sigma-Aldrich(St, Louis, MO, USA)에서 구입한 campesterol, β-sitosterol, stigmasterol로 표준곡선을 작성하여 산출한 다음 ppm으로 나타내었다.

Table 1 . Conditions for analysis of phytosterol contents by wheat cultivars.

InstrumentGas chromatography (7890B GC system, Agilent, Santa Clara, CA, USA)
DetectorFlame ionization detector
ColumnHP-5MS Ultra Inert capillary (30 m×0.25 mm, 0.25 μm, Agilent)
Inlet temperature300°C
Oven temperature150°C, 3 min → 25°C/min → 275°C, 15 min → 25°C/min → 310°C, 10 min
Flow rateCarrier He, 1.2 mL/min
Injection volume1 μL (split, 10:1)
Detector temperature350°C


항산화 및 미백 활성

밀 품종별 지질 추출물의 항산화 및 미백 활성 검정을 위해 식물성스테롤 분석 시 사용한 지질을 이용하여 분석하였다. 밀 품종별로 추출한 지질은 dimethyl sulfoxide를 이용하여 10 mg/mL의 농도로 하여 분석하였다.

밀 품종별 항산화 활성 분석을 위해 1,1-diphenyl-2-picryl-hydrazyl(DPPH, Sigma-Aldrich) 라디칼 소거 활성을 측정하였다(Lee 등, 2017). DPPH 라디칼 소거 활성은 0.2 mM DPPH 용액(99.9% 메탄올에 용해) 200 μL에 시료 20 μL를 첨가한 후 520 nm에서 30분 후에 흡광도를 측정하였다. DPPH 라디칼 소거 활성은 시료첨가구와 비첨가구의 흡광도 차이를 mg Trolox equivalent(mg TE/g)로 표현하였다.

밀 품종별 지질 추출물의 미백 활성을 검토하기 위해 분석한 tyrosinase 활성 저해 측정 방법은 tyrosinase의 작용 결과 생성되는 dopachrome을 비색법(Flurkey, 1991)으로 측정하였다. Mushroom tyrosinase(100 unit/mL, Sigma-Aldrich) 0.2 mL, 기질로 DOPA(Sigma-Aldrich) 0.4 mL, 0.1 M potassium phosphate buffer(pH 6.8) 0.2 mL의 혼합액에 시료 0.2 mL를 첨가한 후 25°C에서 15분간 반응시켜 475 nm에서 흡광도를 측정하고 dopachrome의 변화를 저해능으로 환산하였다.

통계분석

통계분석은 SPSS 통계프로그램(Statistical Package for the Social Science, Ver. 12.0, SPSS Inc., Chicago, IL, USA)을 이용하여 각 측정군의 평균과 표준편차를 산출하고 품종 간의 차이 유무를 one way ANOVA(analysis of variance)로 분석한 뒤 신뢰구간 P<0.05에서 Duncan’s multiple range test를 이용하여 유의성을 검정하였다. 밀 품종별 지질 성분 및 생리활성 검정 결과의 정규화 heatmap은 MetaboAnalyst 5.0(https://www.metaboanalyst.ca) 프로그램을 이용하여 작성하였다. 품종별 각 조사 항목의 평균과 표준편차를 이용하여 정규화한 후 Euclidean distance measurement 및 Ward clustering algorithm 방법으로 군집 분류하여 heatmap을 작성하였으며, 각 항목의 수치는 파란색(음수)과 빨간색(양수)의 척도로 나타내었다(Pang 등, 2021). 각 조사 항목 간의 상관관계는 MetaboAnalyst 5.0 프로그램을 이용하여 Pearson’s correlation coefficient test 방법으로 조사하였고, 상관계수(r) 및 유의확률(P)을 계산하여 모식화하였다(Pang 등, 2021).

결과 및 고찰

조지방 함량

밀 품종에 따른 조지방 함량을 분석한 결과 백찰이 2.95%로 다른 품종에 비해 지방함량이 높았고 새금강이 1.83%로 가장 낮았다(Fig. 1). Choe와 Youn(2005)은 용도가 다른 밀 품종(알찬밀, 탑동밀, 올그루밀)별 지방함량을 측정한 결과 0.7~1.3%의 범위로 품종 간의 유의적인 차이를 보였다고 보고하였다(P<0.001). Jang 등(2018)의 연구에서 밀의 원료정보(품종, 산지 등)가 명확하지 않아 정확한 재배환경에 대해 알 수는 없으나, 미국산 밀의 조지방 함량은 1.82%, 국내산은 2.39%였다고 발표하였다. 본 연구에서 분석한 밀 품종별 조지방 함량과 기존 발표된 선행연구 결과와 값이 상이한 것은 품종, 생육 시기 및 재배지 등 환경적인 영향으로 보인다(You 등, 2021).

Fig 1. Crude lipid contents of wheat by various cultivars. Crude lipid content with different letters differ significantly (P<0.05) among cultivars.

Tocopherol 및 tocotrienol 함량

밀 품종에 따른 tocopherol 및 tocotrienol 함량 분석 결과를 Table 2에 제시하였다. α-Tocopherol 함량은 오프리가 9.15 μg/g으로 가장 높았고 조경이 5.94 μg/g으로 가장 낮았다. β-Tocopherol 함량은 2.12~4.19 μg/g의 범위로 백찰이 다른 품종에 비해 높고 조경이 가장 낮았다. γ-Tocopherol 함량은 백찰, 새금강, 황금알이 각각 0.23, 0.19 및 0.23 μg/g이었고 다른 품종은 검출되지 않았다. α-Tocotrienol 함량 분석 결과 백강이 3.83 μg/g으로 다른 품종에 비해 높았고 금강이 2.34 μg/g으로 가장 낮았다. β-Tocotrienol은 12.42~17.24 μg/g의 범위로 tocopherol류 및 α-tocotrienol보다 비교적 높은 함량이었으며, 다른 품종에 비해 백강이 가장 높았다. γ-Tocotrienol은 모든 품종에서 검출되지 않았다(자료미제시). Tocopherol과 tocotrienol 함량을 토대로 비타민 E 함량을 산출한 결과 백강과 오프리가 각각 30.51, 30.48 μg/g으로 다른 품종에 비해 높은 함량을 보였다(Fig. 2). β-Tocotrienol은 밀에 함유된 비타민 E 중 가장 많은 비율을 차지하는 것으로 알려져 있으며, Lachman 등(2018)은 33~43 mg/kg DW 함유되었다고 보고하였다.

Table 2 . Comparison of tocopherol and tocotrienol contents of wheat by various cultivars (μg/g).

TocopherolTocotrienol
α-β-γ-α-β-
Ariheuk9.12±0.52a4.14±0.28ab2.77±0.16cd12.42±0.81d
Baekchal7.75±0.31bc4.19±0.17a0.23±0.09a2.93±0.11bc13.50±0.55bcd
Baekkang6.83±0.08d2.51±0.01deb3.83±0.04a17.24±0.10a
Geumgang7.23±0.08bcd3.29±0.01cb2.34±0.03e15.02±0.23b
Goso7.33±0.34bcd3.60±0.25bcb2.39±0.21e12.47±0.57d
Hojoong8.10±0.69b3.93±0.40abb2.84±0.21bcd14.49±1.32bc
Hwanggeumal6.62±0.04de2.71±0.02d0.23±0.04a2.73±0.01cd14.65±0.08bc
Jokyoung5.94±0.42e2.12±0.16eb3.14±0.23b12.76±0.88d
Ofri9.15±0.03a3.62±0.13bcb2.52±0.03de15.08±0.52b
Saegeumgang6.98±0.42cd3.58±0.19bc0.19±0.06a2.35±0.13e13.22±0.81cd

Values are mean±SD of three replicates. Different small letters in the same item indicate a significant difference (P<0.05) among different cultivars..

-: Not detected..



Fig 2. Vitamin E contents of wheat by various cultivars. Vitamin E content with different letters differ significantly (P<0.05) among cultivars.

비타민 E 이성체는 생체활성 및 항산화 효과 등에서 차이를 보이는 것으로 알려져 있으며(Lee와 Lee, 2003), tocotrienol의 경우 tocopherol보다 40~60배 높은 항산화 효과가 있고 α-tocotrienol은 높은 신경 보호 효과가 있는 것으로 보고되고 있다(Aggarwal 등, 2010). Tocopherol은 옥수수, 밀, 콩 및 땅콩과 같은 곡류 및 두류 유지 작물에 함유되어있고, tocotrienol은 야자과 식물, 쌀겨, 귀리와 보리 등에 주로 함유되어있다고 알려져 있다(Lee와 Lee, 2003). 본 연구 결과에서 tocopherol보다 tocotrienol 함량이 높은 경향을 보였는데, 이는 tocopherol 및 tocotrienol 함량이 종자의 품종, 성숙도, 재배지, 기후 등에 따라 영향을 받은 것으로 판단되었다(Lee와 Lee, 2003). 밀에 함유된 비타민 E 성분을 이용한 기능성 소재 검토 시 활용 목적에 따라 품종 등 시료 특성을 이해하고 전처리를 통해 추출 수율 증가 등의 검토를 선행하는 것이 필요하다고 판단된다.

식물성스테롤 함량

식물성스테롤은 구조에 따라 campesterol, stigmasterol, β-sitosterol, ergosterol 등이 있으며, 그중에 sitosterol, campesterol이 각각 65%, 30%를 차지한다(Koo와 Lee, 2004; Wie 등, 2009). 특히 식물성스테롤 중 β-sitosterol 및 그 유도체는 콜레스테롤보다 소수성 친화도가 높아 인체 내 콜레스테롤 흡수를 저해하는 것으로 알려져(Cho 등, 2021), 이를 활용한 기능성 소재 개발 또한 다양하게 시도되고 있다.

밀 품종별 식물성스테롤 함량 분석 결과를 Table 3에 제시하였다. 분석 결과 10품종 모두 β-sitosterol 함량이 가장 많이 검출되었고 백강이 1,017.30 ppm으로 가장 낮았으며, 고소가 2,527.18 ppm으로 다른 품종보다 높은 함량을 보였다. 또한 고소는 campesterol 함량도 284.72 ppm으로 10품종에서 가장 높았다. Nurmi 등(2012)은 독일산 밀에 함유된 식물성스테롤 조성을 분석한 결과 sitosterol> campesterol> sitostanol> campestanol> stigmasterol 순으로 sitosterol이 51%로 가장 높은 함량이었다고 보고하였으며, 이는 본 연구 결과와 유사하였다. 식물성스테롤이 피부 상처치유 및 탄력개선에 효과가 있다는 사실을 구명하여 이 성분을 첨가한 영양 발효크림을 개발 및 출시한 사례가 있으며, 식물성스테롤과 곡물에서 유래한 세라마이드를 혼합해서 만든 원료가 피부 보습 지속력을 높여준다는 연구 결과가 발표된 바 있다(Koo와 Lee, 2004; Ministry of Health and Welfare, 2015). 따라서 campesterol, β-sitosterol, stigmasterol 모두 함유된 백강, 백찰, 오프리, 조경 품종은 화장품 소재로 이용 가능성이 있다고 판단된다. 하지만 현재까지 국내에서 육성된 밀의 품종별 식물성스테롤 함량을 탐색한 연구는 미진한 상태로 밀을 이용한 지질 소재 개발을 위해 품종별 밀의 식물성스테롤 함량에 대한 연차 간 변이 등 기초자료 확보가 더 필요하다고 판단된다.

Table 3 . Phytosterol contents of wheat by various cultivars (ppm).

Campesterolβ-SitosterolStigmasterol
Ariheuke1,798.81±49.94d91.69±0.40c
Baekchal175.91±10.02c1,219.99±9.47g102.47±4.35b
Baekkang134.16±12.85d1,017.30±22.83h103.79±6.46ab
Geumgange1,426.28±85.63f102.88±3.92ab
Goso284.72±6.68a2,527.18±49.84ad
Hojoonge1,088.21±51.62h90.40±0.04c
Hwanggeumale1,480.28±74.98ef104.35±1.45ab
Jokyoung189.84±9.72c1,579.33±20.12e91.30±0.84c
Ofri227.19±13.51b2,172.04±59.69b102.75±0.14ab
Saegeumgange1,936.24±32.37c109.70±2.24a

Values are mean±SD of three replicates. Different small letters in the same item indicate a significant difference (P<0.05) among different cultivars..

-: Not detected..



DPPH 라디칼 소거능 및 tyrosinase 저해 활성

현재까지 발표된 밀의 생리활성에 관한 연구로는 원료 특성(품종, 재배환경 등) 및 전처리 방법(발아 등)에 따라 용매별로 추출하여 파이토케미컬과 함께 검토한 연구가 대다수였다(Adom 등, 2005; Esfandiari 등, 2007; Ham 등, 2015; Yang 등, 2021). 하지만 밀에 함유된 지질 성분을 이용하여 생리활성을 검토한 사례는 거의 없었다.

따라서 밀 품종별로 추출한 지질의 항산화 및 미백 활성을 검토하기 위해 DPPH 라디칼 소거능 및 tyrosinase 저해 활성을 분석하여 Table 4에 제시하였다. DPPH 라디칼 소거능 분석 결과 2.41~4.26 mg TE/g의 범위로 조경이 다른 품종에 비해 높은 경향을 보였다. 밀 품종별 지질 추출물의 DPPH 라디칼 소거능과 지질 관련 성분과의 상관관계를 분석한 결과 조지방 함량과 양의 상관관계를 보였다(r=0.519, P<0.01)(Fig. 3). Tyrosinase 저해 활성의 경우 50.62~69.60%의 범위로 백찰이 가장 높은 활성을 보였다. 밀 품종별 지질 추출물의 tyrosinase 저해 활성과 지질 관련 성분과의 상관관계를 분석한 결과 campesterol 함량과의 상관계수(r)가 0.644로 양의 상관성(P<0.001)을 보여, 밀 품종별 지질 추출물의 tyrosinase 저해 활성은 campesterol 함량에 기인한 것으로 판단된다(Fig. 3). 밀에 함유된 지질 성분과 활성과의 연관성을 알아보기 위해 heatmap을 이용하여 군집분석을 진행하였다(Fig. 4). 분석 결과 백강 및 조경 품종이 조지방 및 campesterol 함량과 DPPH 라디칼 소거능 및 tyrosinase 저해 활성으로 특징적인 군집 분류가 보였음을 확인하였다. 그리고 백찰은 조지방, campesterol 외에 tocopherol 화합물이 DPPH 라디칼 소거능 및 tyrosinase 저해 활성과 특정 군집 분류를 나타냈다. 밀 품종에 따른 tocopherol 및 tocotrienol 함량 분석 결과 tocopherol이 tocotrienol보다 함량이 적게 나타났으나, 백찰 품종의 경우 β-tocopherol과 DPPH 라디칼 소거능 및 tyrosinase 저해 활성과의 연관성을 heatmap 결과를 통해 확인할 수 있었다. 이는 밀 배아에 있는 지질 성분이 항산화 활성과 연관성이 있다는 Ghafoor 등(2017)의 보고를 뒷받침하였다.

Table 4 . DPPH radical scavenging and tyrosinase inhibition activities of wheat by various cultivars.

DPPH radical scavenging activity (mg TE/g)Tyrosinase inhibition activity (%)
Ariheuk2.41±0.24d58.68±1.94de
Baekchal3.31±0.33bc69.60±0.98a
Baekkang3.19±0.41bc63.54±1.43bc
Geumgang3.74±0.20ab55.18±1.97f
Goso3.10±0.45bc57.40±1.18ef
Hojoong3.12±0.29bc50.62±2.11g
Hwanggeumal3.01±0.29cd57.93±0.85e
Jokyoung4.26±0.28a68.68±1.24a
Ofri2.89±0.47cd64.18±1.09b
Saegeumgang3.44±0.35bc60.97±1.76cd

Values are mean±SD of three replicates. Different small letters in the same item indicate a significant difference (P<0.05) among different cultivars..



Fig 3. Pearson’s correlation coefficient (r) matrices from lipid-related compounds and physiological activity from various cultivars of wheat. Blue and red colors indicate negative and positive correlations between individual parameters. Asterisks (*, **, and ***) indicate statistically significant correlations at P<0.05, 0.01, and 0.001, respectively.

Fig 4. Normalized response of lipid-related compounds and physiological activity from various cultivars of wheat. The level of individual parameters corresponds to the color scale. A color gradient from blue to red represents a low to high level of the normalized response.

이상의 결과를 종합했을 때, 국내에서 육성된 밀 품종 중 백찰, 백강, 조경은 지질 관련 기능 성분 또는 활성이 높은 경향을 보여 화장품 소재로 개발하기 위한 기초자료로 활용이 가능할 것으로 판단된다. 향후 품종별 연차간 변이분석을 통한 추가 기초자료 확보가 필요하다고 판단되며 각 품종에 대한 지질 관련 기능 성분과 메커니즘 구명에 관한 연구가 지속해서 필요할 것으로 생각된다.

요 약

본 연구에서는 국내산 밀의 이용 다양화를 위한 기초자료를 확보하고자 밀 품종별 지방 관련 성분을 분석하고 비교하였다. 밀의 조지방 함량은 백찰이 2.35%로 가장 높았고 오프리가 1.42%로 가장 낮았다. α-Tocopherol 함량은 오프리가 9.15 μg/g으로 가장 높았고, β-tocopherol 함량은 2.12~4.19 μg/g의 범위로 백찰이 다른 품종에 비해 높았다. γ-Tocopherol 함량은 백찰, 새금강, 황금알이 각각 0.23, 0.19 및 0.23 μg/g이었고 다른 품종은 검출되지 않았다. α-Tocotrienol 함량 분석 결과 백강이 3.83 μg/g으로 다른 품종에 비해 높았으며, β-tocotrienol 함량은 12.42~17.24 μg/g의 범위로 백강이 가장 높았다. 식물성스테롤의 조성은 β-sitosterol, campesterol, stigmasterol로 그중 β-sitosterol이 가장 많이 검출되었으며, 고소가 2,527.18 ppm으로 다른 품종보다 높은 함량을 보였다. Campesterol 함량도 고소가 284.72 ppm으로 10품종에서 가장 높았다. DPPH 라디칼 소거능 분석 결과 2.41~4.26 mg TE/g의 범위로 조경이 다른 품종에 비해 높은 경향을 보였다. Tyrosinase 저해 활성의 경우 50.62~69.60%로 백찰이 가장 높은 활성을 보였다. 이상의 결과를 종합해볼 때 밀 품종에 따라 지질 관련 성분과 함량에 차이가 있음을 확인하였고, 이러한 결과는 밀을 화장품 소재로 활용하기 위한 기초자료가 될 것으로 판단되며 추후 국내산 밀의 품종별 기초자료 확보가 추가로 요구된다.

감사의 글

본 논문은 농촌진흥청 어젠다 연구사업(과제번호:PJ01608601)의 지원에 의해 이루어진 것임.

Fig 1.

Fig 1.Crude lipid contents of wheat by various cultivars. Crude lipid content with different letters differ significantly (P<0.05) among cultivars.
Journal of the Korean Society of Food Science and Nutrition 2022; 51: 789-796https://doi.org/10.3746/jkfn.2022.51.8.789

Fig 2.

Fig 2.Vitamin E contents of wheat by various cultivars. Vitamin E content with different letters differ significantly (P<0.05) among cultivars.
Journal of the Korean Society of Food Science and Nutrition 2022; 51: 789-796https://doi.org/10.3746/jkfn.2022.51.8.789

Fig 3.

Fig 3.Pearson’s correlation coefficient (r) matrices from lipid-related compounds and physiological activity from various cultivars of wheat. Blue and red colors indicate negative and positive correlations between individual parameters. Asterisks (*, **, and ***) indicate statistically significant correlations at P<0.05, 0.01, and 0.001, respectively.
Journal of the Korean Society of Food Science and Nutrition 2022; 51: 789-796https://doi.org/10.3746/jkfn.2022.51.8.789

Fig 4.

Fig 4.Normalized response of lipid-related compounds and physiological activity from various cultivars of wheat. The level of individual parameters corresponds to the color scale. A color gradient from blue to red represents a low to high level of the normalized response.
Journal of the Korean Society of Food Science and Nutrition 2022; 51: 789-796https://doi.org/10.3746/jkfn.2022.51.8.789

Table 1 . Conditions for analysis of phytosterol contents by wheat cultivars.

InstrumentGas chromatography (7890B GC system, Agilent, Santa Clara, CA, USA)
DetectorFlame ionization detector
ColumnHP-5MS Ultra Inert capillary (30 m×0.25 mm, 0.25 μm, Agilent)
Inlet temperature300°C
Oven temperature150°C, 3 min → 25°C/min → 275°C, 15 min → 25°C/min → 310°C, 10 min
Flow rateCarrier He, 1.2 mL/min
Injection volume1 μL (split, 10:1)
Detector temperature350°C

Table 2 . Comparison of tocopherol and tocotrienol contents of wheat by various cultivars (μg/g).

TocopherolTocotrienol
α-β-γ-α-β-
Ariheuk9.12±0.52a4.14±0.28ab2.77±0.16cd12.42±0.81d
Baekchal7.75±0.31bc4.19±0.17a0.23±0.09a2.93±0.11bc13.50±0.55bcd
Baekkang6.83±0.08d2.51±0.01deb3.83±0.04a17.24±0.10a
Geumgang7.23±0.08bcd3.29±0.01cb2.34±0.03e15.02±0.23b
Goso7.33±0.34bcd3.60±0.25bcb2.39±0.21e12.47±0.57d
Hojoong8.10±0.69b3.93±0.40abb2.84±0.21bcd14.49±1.32bc
Hwanggeumal6.62±0.04de2.71±0.02d0.23±0.04a2.73±0.01cd14.65±0.08bc
Jokyoung5.94±0.42e2.12±0.16eb3.14±0.23b12.76±0.88d
Ofri9.15±0.03a3.62±0.13bcb2.52±0.03de15.08±0.52b
Saegeumgang6.98±0.42cd3.58±0.19bc0.19±0.06a2.35±0.13e13.22±0.81cd

Values are mean±SD of three replicates. Different small letters in the same item indicate a significant difference (P<0.05) among different cultivars..

-: Not detected..


Table 3 . Phytosterol contents of wheat by various cultivars (ppm).

Campesterolβ-SitosterolStigmasterol
Ariheuke1,798.81±49.94d91.69±0.40c
Baekchal175.91±10.02c1,219.99±9.47g102.47±4.35b
Baekkang134.16±12.85d1,017.30±22.83h103.79±6.46ab
Geumgange1,426.28±85.63f102.88±3.92ab
Goso284.72±6.68a2,527.18±49.84ad
Hojoonge1,088.21±51.62h90.40±0.04c
Hwanggeumale1,480.28±74.98ef104.35±1.45ab
Jokyoung189.84±9.72c1,579.33±20.12e91.30±0.84c
Ofri227.19±13.51b2,172.04±59.69b102.75±0.14ab
Saegeumgange1,936.24±32.37c109.70±2.24a

Values are mean±SD of three replicates. Different small letters in the same item indicate a significant difference (P<0.05) among different cultivars..

-: Not detected..


Table 4 . DPPH radical scavenging and tyrosinase inhibition activities of wheat by various cultivars.

DPPH radical scavenging activity (mg TE/g)Tyrosinase inhibition activity (%)
Ariheuk2.41±0.24d58.68±1.94de
Baekchal3.31±0.33bc69.60±0.98a
Baekkang3.19±0.41bc63.54±1.43bc
Geumgang3.74±0.20ab55.18±1.97f
Goso3.10±0.45bc57.40±1.18ef
Hojoong3.12±0.29bc50.62±2.11g
Hwanggeumal3.01±0.29cd57.93±0.85e
Jokyoung4.26±0.28a68.68±1.24a
Ofri2.89±0.47cd64.18±1.09b
Saegeumgang3.44±0.35bc60.97±1.76cd

Values are mean±SD of three replicates. Different small letters in the same item indicate a significant difference (P<0.05) among different cultivars..


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