검색
검색 팝업 닫기

Ex) Article Title, Author, Keywords

JKFN Journal of the Korean Society of Food Science and Nutrition



Online ISSN 2288-5978

Article

home All Articles View

Journal of the Korean Society of Food Science and Nutrition 2022; 51(4): 389-394

Published online April 30, 2022 https://doi.org/10.3746/jkfn.2022.51.4.389

Copyright © The Korean Society of Food Science and Nutrition.

Comparison of Antioxidant Activities in Agastache Species

Huijin Heo1 , Hye-Ran Shin2, Jong-Wook Chung2 , and Junsoo Lee1

1Department of Food Science and Biotechnology and 2Department of Industrial Plant Science and Technology, Chungbuk National University

Correspondence to:Junsoo Lee, Department of Food Science and Biotechnology, Chungbuk National University, 1 Chungdae-ro, Seowon-gu, Cheongju, Chungbuk 28644, Korea, E-mail: junsoo@chungbuk.ac.kr
Author information: Huijin Heo (Graduate student), Hye-Ran Shin (Graduate student), Jong-Wook Chung (Professor), Junsoo Lee (Professor)

Received: February 8, 2022; Revised: February 24, 2022; Accepted: February 25, 2022

This is 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.

The Agastache species, members of the mint family (Labiatae), are native to Korea, India, China, and the USA and known to have significant amounts of phenolics and flavonoids such as tilianin, acacetin, agastachin, and rosmarinic acid. This plant species has proven antioxidant, antibacterial, antimicrobial, anti-aging, anti-inflammatory, and anti-cancer activities. The objective of this study was to investigate the variation in the antioxidant activities of 12 accessions between three different Agastache species (A. foeniculum, A. rugosa, and A. urticifolia). The antioxidant activities were measured by DPPH and ABTS radical scavenging activities. The relative antioxidant capacity index (RACI) was calculated to integrate different chemical methods of determining antioxidant activities and contents. A. urticifolia showed the highest (0.86) and A. rugosa the lowest (-1.49) RACI among the three species. The Pearson’s correlation coefficients indicated that there were significant positive correlations between the antioxidant activities and total polyphenolic content. Hierarchical cluster analysis classified 12 accessions into three groups based on the antioxidant properties. This study provides insights into the variation in the antioxidant activities and content profiles between the Agastache species. The antioxidant properties of the three Agastache species observed from these results provide information for the development of these species as valuable functional foods and novel dietary ingredients.

Keywords: Agastache species, Korea mint, antioxidant activity, cluster analysis

방향성 식물은 뿌리, 줄기, 잎, 꽃 및 열매 등에 독특한 향과 맛이 있어 향신료 및 약초로 사용되고 있고, 항산화, 항암, 항균 및 항염 등의 활성으로 건강기능식품 및 화장품의 원료로 사용되고 있다(Chung과 Noh, 2000). 방향성 식물 중 하나인 배초향(Agastache spp.)은 꿀풀과(Labiatae)의 다년생 초본으로 일반명으로는 purple giant hyssop, wrinkled giant hyssop, Korean mint 및 Indian mint로 알려져 있다(Kim, 1996). 한국뿐만 아니라 대만, 중국, 일본 및 북미에 걸쳐 약 20여 종의 자원이 서식하고 있고 한국에서는 산야, 계곡 및 약간의 습기가 있는 곳 등에서 자생하고 있다(Fuentes-Granados 등, 1998). 배초향 고유의 독특한 향을 이용하여 예부터 향신료 및 약초로 사용되어 왔으며, 현대에 들어와 에센셜오일로 제조하여 아로마테라피에 사용되고 있기도 하다(Zielinska와 Matkowski, 2014; Charles 등, 1991). 배초향에는 rosmarinic acid와 같은 폴리페놀 화합물과 플라보노이드계 화합물인 tilianin, acacetin 및 agastachin 등이 다량 함유되어있다(Wei 등, 2016; Kim 등, 2001). 배초향의 지하부에서는 diterpenoid 및 triterpenoid에 속하는 성분들이 분리되었으며, 지상부에는 monoterpene, sesquiterpene 및 flavonoid 성분이 함유되어 있다(Zou와 Cong, 1991; Zielinska와 Matkowski, 2014). 배초향의 정유 함량은 재배지역, 재배시기, 재배법, 채취부위 및 추출방법에 따라 0.29~6.92% 정도이며, estragole, limonene 및 trans-isopulegone 등이 주성분으로 알려져 있다(Hong 등, 2020).

배초향에는 생리활성 물질이 다량 함유되어있어 항산화, 항염증, 항암, 항균 및 항바이러스 효과 등의 기능성을 가진다고 보고되어 있다(Desta 등, 2016; Haiyan 등, 2016). Kim과 Hong(2021)은 배초향(A. rugosa) 분획물의 다양한 세포 내 기전 연구를 통해 항산화 활성, 피부미백 및 주름개선 효과가 있음을 확인하였다. Oh 등(2005)은 배초향(A. rugosa) 잎 추출물이 세포 내 inducible nitric oxide synthase 발현 및 nitric oxide 생성을 억제한다고 보고하였다. Desta 등(2016)은 배초향(A. rugosa)의 꽃, 잎, 줄기 및 뿌리 부분의 항산화 활성을 평가했을 때 잎, 꽃, 뿌리 순으로 항산화 활성이 우수하였다고 하였다. Hashemi 등(2017)은 배초향(A. foeniculum) 에센셜오일의 항균 및 항산화 활성을 평가하였다. Ji 등(2020)은 배초향(A. rugosa) 추출물의 항산화 활성과 항당뇨 활성이 높은 상관관계가 있음을 밝혔다. 최근 배초향 추출물이 피부보습 및 자외선에 의한 피부손상으로부터 피부 건강을 유지하는 데 도움을 줄 수 있어 건강기능식품 기능성 원료로 등록되기도 하였다(Ministry of Food and Drug Safety, 2020). 이처럼 배초향의 다양한 활성에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.

체내 생화학적 산화반응 생성물인 활성산소는 각종 성인병, 노화 및 대사질환의 주요 원인임에 따라 체내 활성산소를 제거해 주는 천연 항산화제의 개발은 끊임없이 진행되고 있다(Keservani 등, 2010). 생리활성 물질이 풍부하여 항산화 활성이 우수한 식물체들은 그 품종에 따라 항산화 활성 및 함량에 유의한 차이가 있다고 보고되고 있다(Rao와 Ravishankar, 2002). 따라서 본 연구에서는 대표적인 배초향 종(A. foeniculum, A. rugosaA. urticifolia)에 따른 배초향 잎 75% 에탄올 추출물의 항산화 활성 및 함량을 조사하고, 군집분석을 통해 배초향 자원의 항산화 활성 및 함량에 따른 특성을 파악하고자 하였다.

재료

미국 농무성 농업연구소(USDA-ARS)에서 A. foeniculum 4 자원, A. urticifolia 4 자원, A. rugosa 2 자원을 분양받았으며, 농촌진흥청에서 A. rugosa 2 자원을 분양받아 총 12 자원을 사용하였다(Table 1). 분양받은 자원은 충북대학교(Cheongju, Korea) 내 부속농장의 온실에 2021년 4월에 파종하여 3개월 동안 생육시킨 후 잎을 채취하여 동결 건조하였다. 동결 건조한 잎은 Tissue Lyser Ⅱ(Qiagen Co., Valencia, CA, USA)로 분쇄하여 분말의 형태로 보관 및 사용하였다.

Table 1 . The list of Agastache species used in this study

SpeciesCodeAccessionOrigin
Agastache foeniculumAG8PI 561061United States
AG10PI 561059United States
AG11PI 561058United States
AG13PI 561056United States
Agastache rugosaAG29PI 636371North Korea
AG34PI 593734South Korea
AG42IT 195183South Korea
AG43IT 195184South Korea
Agastache urticifoliaAG50Ames 31295United States
AG54Ames 32401United States
AG59Ames 32406United States
AG64Ames 32411United States


추출물 제조

배초향 분말을 100 mg씩 정량 후 75% 에탄올 1 mL와 혼합하여 1시간 동안 초음파 처리하였다. 4°C, 13,000 rpm에 10분 동안 원심분리 후 상층액을 0.2 μm nylon filter (Bonna-Agela Technologies Inc., Wilmington, NC, USA)에 여과하였다. 여과된 추출물을 증류수와 10배 희석하여 10 mg/mL로 맞춘 후 이후 분석에 사용하였다.

DPPH 및 ABTS 라디칼 소거 활성

2,2-Diphenyl-1-picryhydrayl(DPPH) 및 2,2′-azino-bis(3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid) diammonium salt(ABTS) 라디칼 소거 활성은 Lee 등(2016)의 방법을 변형하여 진행하였다. DPPH(Sigma-Aldrich Co., St. Louis, MO, USA) 11.8 mg을 100% 에탄올 150 mL와 혼합하여 0.2 mM의 DPPH 용액을 만들어 사용하였다. 96-well plate에 배초향 추출액 60 μL(추출물 7.5 μL+증류수 52.5 μL)와 0.2 mM DPPH 용액 240 μL를 30분 동안 암조건에 반응시킨 후, microplate spectrophotometer(Epoch, BioTek, Winooski, VT, USA)를 사용하여 520 nm에서 흡광도를 측정하였다. 실험은 3회 반복으로 진행하였으며, ascorbic acid를 이용하여 표준곡선을 작성한 후 시료의 항산화 활성을 ascorbic acid equivalents(AAE)로 나타내었다. 2.5 mM potassium persulfate와 7 mM ABTS(Sigma-Aldrich Co.)를 혼합하여 4°C에서 12시간 이상 반응시킨 후 증류수와 희석하여 흡광도 값이 0.7±0.02가 나오도록 만들어 사용하였다. 96-well plate에 배초향 추출액 30 μL(추출물 15 μL+증류수 15 μL)와 희석된 ABTS 용액 270 μL를 6분 동안 암조건에 반응시킨 후, microplate spectrophotometer를 사용하여 734 nm에서 흡광도를 측정하였다. 실험은 3회 반복으로 진행하였으며, ascorbic acid를 이용하여 표준곡선을 작성한 후 시료의 항산화 활성을 AAE로 나타내었다.

총 플라보노이드 및 폴리페놀 함량 측정

총 플라보노이드 함량 측정은 Złotek 등(2015)의 방법을 변형하여 사용하였다. 96-well plate에 배초향 추출액 100 μL(추출물 15 μL+증류수 85 μL)와 10% aluminium nitrate 10 μL, 1 M potassium acetate 10 μL, 증류수 180 μL를 30분 동안 암조건에서 반응시킨 후, microplate spectrophotometer를 사용하여 415 nm에서 흡광도를 측정하였다. 실험은 3회 반복으로 진행하였으며, quercetin을 이용하여 표준곡선을 작성한 후 시료의 총 플라보노이드 함량을 quercetin equivalents(QE)로 나타내었다. 총 폴리페놀 함량 측정은 Lee 등(2016)의 방법을 변형하여 사용하였다. 50% Folin-Ciocalteu’s phenol reagent와 2% Na2CO3를 사용하였다. 96-well plate에 배초향 추출액 100 μL(추출물 15 μL+증류수 85 μL)와 50% Folin-Ciocalteu’s phenol reagent 100 μL, 2% Na2CO3 100 μL를 30분 동안 암조건에 반응시킨 후, microplate spectrophotometer를 사용하여 750 nm에서 흡광도를 측정하였다. 실험은 3회 반복으로 진행하였으며, gallic acid를 이용하여 표준곡선을 작성한 후 시료의 총 폴리페놀 함량을 gallic acid equivalents (GAE)로 나타내었다.

통계분석

실험의 결괏값은 각 추출물의 항산화 활성 또는 함량의 평균±표준편차로 나타냈다. 여러 가지 화학적 방법으로 얻은 항산화 활성은 단위와 척도가 다르므로 상대적 항산화 활성 지수(relative antioxidant capacity index, RACI)로 나타내어 배초향의 4가지 항산화 활성 및 함량을 비교하였다(Sun과 Tanumihardjo, 2007). RACI를 구하는 식은 다음과 같다.

Standard score of each experiments=(raw data-mean)/ standard deviation

RACI=Sum of standard score/ number of experiments

R 프로그램을 사용하여 결괏값에 one-way analysis of variance(ANOVA)로 분석한 뒤 Duncan’s multiple range test로 5% 수준(P<0.05)에서 유의성 검정을 하였으며, 항산화 활성 및 함량의 상관관계는 Pearson’s correlation 분석을 시행하였다.

배초향 잎 추출물의 항산화 활성

국내외에서 분양받은 배초향 12 자원을 온실에서 파종하여 수확 후 75% 에탄올 추출물을 제조하였다. 배초향 잎 추출물의 DPPH 및 ABTS 라디칼 소거 활성과 총 플라보노이드 및 폴리페놀 함량을 측정하였다(Table 2). 배초향 잎 추출물의 DPPH 라디칼 소거 활성은 43.93~210.40 AAE mg/g으로 나타났으며, ABTS 라디칼 소거 활성은 122.33~399.37 AAE mg/g으로 나타났다. DPPH 및 ABTS 라디칼 소거 활성이 가장 우수했던 배초향은 각각 AG50(A. urticifolia) 및 AG10(A. foeniculum)이었다. 반면, AG43(A. rugosa)은 DPPH 및 ABTS 라디칼 소거 활성이 가장 낮은 자원이었다. 배초향 잎 추출물의 총 플라보노이드 함량은 92.00~177.71 QE mg/g으로 나타났으며, 총 폴리페놀 함량은 66.62~665.24 GAE mg/g으로 나타났다. 자원에 따라 총 플라보노이드 함량은 약 2배까지 차이를 보였으며, 총 폴리페놀 함량은 약 10배까지 차이를 보였다. Do 등(2020)에 따르면 배초향의 폴리페놀 화합물인 rosmarinic acid의 함량이 종에 따라 37배가량 차이를 보였다고 하였다. Ji 등(2020)은 배초향(A. rugosa) 지상부의 70% 에탄올 추출물의 총 폴리페놀 함량이 34.51 GAE mg/g이라고 하였으며, 이는 본 연구에서 배초향 12 자원의 총 폴리페놀 함량 평균값인 311.95 GAE mg/g에 약 10배가량 차이를 보였다. 따라서 총 폴리페놀 함량이 배초향 자원 및 종에 따라 차이가 큰 것으로 생각된다. 상대적 항산화 활성 지수(RACI)는 상대지수이며, 여러 가지 화학적 방법으로 얻은 항산화 활성을 종합하여 상대적으로 비교하는 방법이다. 배초향 잎 추출물의 4가지 화학적 방법으로 얻은 항산화 활성 및 함량에 대한 RACI를 구하였다(Fig. 1). AG43(A. rugosa)은 RACI가 -1.49로 가장 낮았고, AG50(A. urticifolia)은 RACI가 0.86으로 가장 높았다. RACI를 종에 따라 나누어 나타내었다(Fig. 2). 앞선 12 자원과 유사하게 A. rugosa에 속하는 자원들의 RACI가 -0.68로 가장 낮았고, A. urticifolia에 속하는 자원들의 RACI가 0.74로 가장 높았다. 배초향의 종에 따라 항산화 활성에 차이가 있음을 알 수 있었다.

Table 2 . Antioxidant activities and contents in different Agastache accessions

SpeciesCodeDPPH (AAE mg/g)1)ABTS (AAE mg/g)2)TFC (QE mg/g)3)TPC (GAE mg/g)4)
Agastache foeniculumAG8188.00±11.98ab398.52±4.32a118.67±3.81f357.66±11.95f
AG10193.73±11.70ab399.37±2.54a92.00±0.00h376.51±17.95e
AG11153.67±7.68c   394.92±2.91a92.63±1.10gh211.91±4.43h
AG13182.13±12.45b397.67±3.00a102.16±1.10g288.23±0.80g
Agastache rugosaAG29   91.07±5.22d   319.58±17.87b177.71±18.17a158.11±7.08i
AG34136.47±19.94c395.13±3.50a123.11±2.20ef165.47±5.22i
AG4255.40±30.47e268.36±4.59c135.17±2.91cd85.01±2.11j
AG43   43.93±8.99e   122.33±1.60d128.19±1.90def66.62±3.65k
Agastache urticifoliaAG50210.40±3.86a398.94±2.40a130.73±2.91de665.24±11.03a
AG54206.07±1.40ab398.31±3.00a142.79±2.20c462.48±7.30c
AG59196.40±4.26ab398.73±2.77a164.38±1.90b422.02±8.43d
AG64207.47±5.08a399.15±2.64a132.63±2.91de484.09±16.46b

1)DPPH radical scavenging activity (mg of ascorbic acid equivalents/g dry weight).

2)ABTS radical scavenging activity (mg of ascorbic acid equivalents/g dry weight).

3)Total flavonoid contents (mg of quercetin equivalents/g dry weight).

4)Total polyphenolic contents (mg of gallic acid equivalents/g dry weight).

Different letters (a-k) in the same column indicate a significant difference by Duncan’s multiple range test (P<0.05).



Fig. 1. elative antioxidant capacity index of different Agastache accessions.

Fig. 2. Relative antioxidant capacity index of three Agastache species.

항산화 활성과 항산화 성분과의 상관관계

배초향 잎 추출물의 항산화 활성과 함량의 상관관계를 분석하였다(Fig. 3). DPPH 라디칼 소거 활성은 ABTS 라디칼 소거 활성 및 총 폴리페놀 함량과의 상관관계가 P<0.01 수준에서 유의적으로 있었다. 총 폴리페놀 함량과 ABTS 라디칼 소거 활성은 P<0.05 수준에서 유의적으로 상관관계가 있었다. 반면, 총 플라보노이드 함량은 다른 항산화 활성 및 함량 간의 상관관계가 나타나지 않았다. 일반적으로 총 플라보노이드 함량은 라디칼 소거 활성과 밀접한 관계가 있는 것으로 알려졌지만, 그 종류와 구조에 따라 다른 항산화 활성을 보이고, 따라서 천연물에 함유된 플라보노이드에 따라 각기 다른 항산화 활성을 나타낸다고 해석되고 있다(Yoshida 등, 1989). Oh 등(2006)은 배초향에 함유된 페놀 화합물의 항산화 효과를 조사하여 caffeic acid 유도체와 같은 페놀 화합물들이 항산화능과 heme oxygenase 활성에 관여한다고 보고하였다.

Fig. 3. Pearson correlation coefficients between antioxidant activities and contents in different Agastache accessions. *P<0.05 and **P<0.01.

배초향 잎 추출물의 군집분석

군집분석(cluster analysis)은 측정값들을 유사하거나 관련 있는 항목끼리 묶어 집단으로 그룹화하고, 각 집단의 특성을 파악함으로써 측정값들의 전체적인 이해를 돕는 통계 분석이다(Ng 등, 2001). 배초향 잎 추출물의 항산화 활성 및 함량을 바탕으로 계층적 군집분석(hierarchical cluster analysis) 결과를 heatmap으로 나타내었으며(Fig. 4), 그 결과를 정리하여 Table 3에 나타내었다. 3개의 군집으로 나누어 차례로 1, 2 및 3번 군집으로 명명하였다. 1번 군집의 경우 AG34(A. rugosa)를 제외하고 모두 A. foeniculum 종이었고, 2번 군집은 모두 A. urticifolia, 3번 군집은 모두 A. rugosa 종이었다. 따라서 AG34(A. rugosa)를 제외하고 모두 종에 따라 군집이 형성되는 것으로 보아, 종에 따라 항산화 특성에 차이가 있는 것으로 보인다. 1번 군집은 ABTS 라디칼 소거 활성이 다른 군집에 비해 우수하였고, 총 플라보노이드 함량은 전반적으로 낮은 것으로 나타났다. 2번 군집은 항산화 활성 및 함량이 다른 군집에 비해 전반적으로 우수하였다. 3번 군집은 항산화 활성 및 총 폴리페놀 함량이 낮지만 총 플라보노이드 함량이 높았다. A. urticifolia 종으로 이루어졌던 2번 군집의 항산화 활성 및 함량이 모두 유의적으로 가장 우수하였다. 반면 A. rugosa 종으로 이루어졌던 3번 군집의 항산화 활성 및 함량이 가장 낮은 것으로 나타났다. 이러한 결과는 Fig. 2에서 종에 따른 RACI 값과 유사한 경향을 보였다. 배초향 12 자원은 종에 따라 항산화 활성 및 함량의 특성이 구분 지어짐을 알 수 있다. 하지만 식물체는 재배지역과 환경에 따라 기능성 물질의 조성과 양에 영향을 주어 항산화 활성 및 함량 또한 일관된 함량을 보이기 어려우므로 종의 차이가 유일한 변수는 아니라는 것을 고려해야 한다(Rao와 Ravishankar, 2002).

Table 3 . Average of antioxidant activities and contents in Agastache depending on hierarchical cluster groups

DPPH (AAE mg/g)1)ABTS (AAE mg/g)2)TFC (QE mg/g)3)TPC (GAE mg/g)4)
Cluster groups1170.80±24.61b397.12±2.01a105.71±14.51b279.95±91.06b
2205.08±6.06a398.78±0.36a142.63±15.43a508.46±107.64a
363.47±24.58c236.76±102.35b147.03±26.80a103.25±48.39c

1)DPPH radical scavenging activity (mg of ascorbic acid equivalents/g dry weight).

2)ABTS radical scavenging activity (mg of ascorbic acid equivalents/g dry weight).

3)Total flavonoid contents (mg of quercetin equivalents/g dry weight).

4)Total polyphenolic contents (mg of gallic acid equivalents/g dry weight).

Different letters (a-c) in the same column indicate a significant difference by Duncan’s multiple range test (P<0.05).



Fig. 4. Hierarchical cluster analysis of antioxidant activities and contents in different Agastache accessions.

본 연구에서는 다양한 배초향(Agastach spp.) 자원의 잎 추출물의 항산화 활성 및 함량을 분석하고 자원 간의 상관관계에 대하여 평가하였다. 3가지 배초향 종(A. foeniculum, A. rugosaA. urticifolia)의 각 4 자원을 분양받아 총 12 자원을 온실에서 파종하여 잎을 채취하고 75% 에탄올 추출물을 제조하였다. 배초향 잎 추출물의 DPPH 및 ABTS 라디칼 소거 활성과 총 플라보노이드 및 폴리페놀 함량을 측정하였다. 다양한 항산화 활성 및 함량에 대한 결괏값을 표준화하기 위해 상대적 항산화 활성 지수(RACI)로 나타내어 비교하였다. A. rugosa에 속하는 자원들이 항산화 활성 및 함량이 가장 낮았고, A. urticifolia에 속하는 자원들의 항산화 활성 및 함량이 우수하였다. DPPH 및 ABTS 라디칼 소거 활성과 총 폴리페놀 함량은 서로 유의적으로 양의 상관관계를 보였다. 항산화 활성 및 함량 결과를 바탕으로 계층적 군집분석을 수행하였고, 12 자원 중 AG34(A. rugosa)를 제외하고 모두 종에 따라 군집을 이루는 것을 알 수 있었다. A. urticifolia 종으로 이루어졌던 군집의 항산화 활성 및 함량이 모두 유의적으로 가장 우수하였다. 본 연구에서는 3가지 배초향 종에 따른 배초향 잎 추출물의 항산화 활성 및 함량을 조사하고 군집분석을 통해 평가하여 배초향 종의 개발 및 탐색에 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 생각된다.

본 연구는 2021년도 교육부의 재원으로 한국연구재단의 지원을 받아 수행된 지자체-대학 협력기반 지역혁신사업(재단관리번호 2021RIS-001, 과제고유번호 1345341783)의 결과입니다.

  1. Charles DJ, Simon JE, Widrlechner MP. Charaterization of essential oil of Agastache species. J Agric Food Chem. 1991. 39:1946-1949.
    CrossRef
  2. Chung H, Noh K. Screening of electron donating ability, antibacterial activity and nitrite scavenging effect of some herbal extracts. Korean J Soc Food Sci. 2000. 16:372-377.
  3. Desta KT, Kim GS, Kim YH, Lee WS, Lee SJ, Jin JS, et al. The polyphenolic profiles and antioxidant effects of Agastache rugosa Kuntze (Banga) flower, leaf, stem and root. Biomed Chromatogr. 2016. 30:225-231.
    Pubmed CrossRef
  4. Do JW, Noh SW, Bok GJ, Lee HJ, Lee JW, Park JS. Selection of optimal varieties suitable for indoor cultivation considering the growth and functional content of Agastache species. 2020. 29:202-208.
    CrossRef
  5. Fuentes-Granados RG, Widrlechner MP, Wilson LA. An overview of Agastache research. J Herbs Spices Med Plants. 1998. 6:69-97.
    CrossRef
  6. Haiyan G, Lijuan H, Shaoyu L, Chen Z, Ashraf MA. Antimicrobial, antibiofilm and antitumor activities of essential oil of Agastache rugosa from Xinjiang, China. Saudi J Biol Sci. 2016. 23:524-530.
    Pubmed KoreaMed CrossRef
  7. Hashemi M, Ehsani A, Hassani A, Afshari A, Aminzare M, Sahranavard T, et al. Phytochemical, antibacterial, antifungal and antioxidant properties of Agastache foeniculum essential oil. J Chem Health Risks. 2017. 7:95-104.
  8. Hong MJ, Kim JH, Kim HY, Kim MJ, Kim SM. Chemical com position and biological activity of essential oil of Agastache rugosa (Fisch. & C. A. Mey.) O. Kuntze. Korean J Medicinal Crop Sci. 2020. 28:95-110.
    CrossRef
  9. Ji YJ, Lee EY, Lee JY, Lee YJ, Lee SE, Seo KH, et al. Antioxidant and anti-diabetic effects of Agastache rugosa extract. J East Asian Soc Diet Life. 2020. 30:297-305.
    CrossRef
  10. Keservani RK, Kesharwani RK, Vyas N, Jain S, Raghuvanshi R, Sharma AK. Nutraceutical and functional food as future food: A review. Pharm Lett. 2010. 2:106-116.
  11. Kim JW, Hong JH. Antioxidant activity, skin whitening, and anti-wrinkle effects of various Agastache rugosa fractions. J Korean Soc Food Sci Nutr. 2021. 50:679-691.
    CrossRef
  12. Kim TH, Shin JH, Baek HH, Lee HJ. Volatile flavour compounds in suspension culture of Agastache rugosa Kuntze (Korean mint). J Sci Food Agric. 2001. 81:569-575.
    CrossRef
  13. Kim TJ. Korean resources plants. Seoul National University Press, Seoul, Korea. 1996. Vol 4, p 44.
  14. Lee KJ, Lee JR, Ma KH, Cho YH, Lee GA, Chung JW. Anthocyanin and isoflavone contents in Korean black soybean landraces and their antioxidant activities. Plant Breed Biotech. 2016. 4:411-452.
    CrossRef
  15. Ministry of Food and Drug Safety. 2020 Health functional foods actual output report. 2020 [cited 2020 July 17]. Available from: https://www.foodsafetykorea.go.kr/portal/healthyfoodlife/searchHomeHFDetail.do?prdlstReportLedgNo=2020021000367592
  16. Ng AY, Jordan MI, Weiss Y. On spectral clustering: Analysis and an algorithm. Proceedings of 14th International Conference on Neural Information Processing Systems: Natural and Synthetic. 2001 Dec 3-8. Vancouver, Canada. p 849-856.
  17. Oh HM, Kang YJ, Kim SH, Lee YS, Park MK, Heo JM, et al. Agastache rugosa leaf extract inhibits the iNOS expression in ROS 17/2.8 cells activated with TNF-α and IL-1β. Arch Pharm Res. 2005. 28:305-310.
    Pubmed CrossRef
  18. Oh HM, Kang YJ, Lee YS, Park MK, Kim SH, Kim HJ, et al. Protein kinase G-dependent heme oxygenase-1 induction by Agastache rugosa leaf extract protects RAW264.7 cells from hydrogen peroxide-induced injury. J Ethnopharmacol. 2006. 103:229-235.
    Pubmed CrossRef
  19. Rao SR, Ravishankar GA. Plant cell cultures: Chemical factories of secondary metabolites. Biotechnol Adv. 2002. 20:101-153.
    CrossRef
  20. Sun T, Tanumihardjo SA. An integrated approach to evaluate food antioxidant capacity. J Food Sci. 2007. 72:R159-R165.
    Pubmed CrossRef
  21. Wei J, Cao P, Wang J, Kang W. Analysis of tilianin and acacetin in Agastache rugosa by high-performance liquid chromatography with ionic liquids-ultrasound based extraction. Chem Cent J. 2016. 10:76. https://doi.org/10.1186/s13065-016-0223-7
    Pubmed KoreaMed CrossRef
  22. Yoshida T, Mori K, Hatano T, Okumura T, Uehara I, Komagoe K, et al. Studies on inhibition mechanism of antioxidation by tannin and flavonoids. V. Radical-scavenging effects of tannins and related polyphenols on 1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl radical. Chem Pharm Bull. 1989. 37:1919-1921.
    CrossRef
  23. Zieli?ska S, Matkowski A. Phytochemistry and bioactivity of aromatic and medicinal plants from the genus Agastache (Lamiaceae). Phytochem Rev. 2014. 13:391-416.
    Pubmed KoreaMed CrossRef
  24. Złotek U, Szymanowska U, Baraniak B, Kara? M. Antioxidant activity of polyphenols of adzuki bean (Vigna angularis) germinated in abiotic stress conditions. Acta Sci Pol Technol Aliment. 2015. 14:55-62.
    Pubmed CrossRef
  25. Zou ZM, Cong PZ. Studies on the chemical constituents from roots of Agastache rugosa. Acta Pharmacol Sinica. 1991. 26:906-910.

Article

Note

Journal of the Korean Society of Food Science and Nutrition 2022; 51(4): 389-394

Published online April 30, 2022 https://doi.org/10.3746/jkfn.2022.51.4.389

Copyright © The Korean Society of Food Science and Nutrition.

배초향 자원의 항산화 활성 비교

허희진1?신혜란2?정종욱2?이준수1

1충북대학교 식품생명공학과
2충북대학교 특용식물학과

Received: February 8, 2022; Revised: February 24, 2022; Accepted: February 25, 2022

Comparison of Antioxidant Activities in Agastache Species

Huijin Heo1 , Hye-Ran Shin2, Jong-Wook Chung2 , and Junsoo Lee1

1Department of Food Science and Biotechnology and 2Department of Industrial Plant Science and Technology, Chungbuk National University

Correspondence to:Junsoo Lee, Department of Food Science and Biotechnology, Chungbuk National University, 1 Chungdae-ro, Seowon-gu, Cheongju, Chungbuk 28644, Korea, E-mail: junsoo@chungbuk.ac.kr
Author information: Huijin Heo (Graduate student), Hye-Ran Shin (Graduate student), Jong-Wook Chung (Professor), Junsoo Lee (Professor)

Received: February 8, 2022; Revised: February 24, 2022; Accepted: February 25, 2022

This is 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

The Agastache species, members of the mint family (Labiatae), are native to Korea, India, China, and the USA and known to have significant amounts of phenolics and flavonoids such as tilianin, acacetin, agastachin, and rosmarinic acid. This plant species has proven antioxidant, antibacterial, antimicrobial, anti-aging, anti-inflammatory, and anti-cancer activities. The objective of this study was to investigate the variation in the antioxidant activities of 12 accessions between three different Agastache species (A. foeniculum, A. rugosa, and A. urticifolia). The antioxidant activities were measured by DPPH and ABTS radical scavenging activities. The relative antioxidant capacity index (RACI) was calculated to integrate different chemical methods of determining antioxidant activities and contents. A. urticifolia showed the highest (0.86) and A. rugosa the lowest (-1.49) RACI among the three species. The Pearson’s correlation coefficients indicated that there were significant positive correlations between the antioxidant activities and total polyphenolic content. Hierarchical cluster analysis classified 12 accessions into three groups based on the antioxidant properties. This study provides insights into the variation in the antioxidant activities and content profiles between the Agastache species. The antioxidant properties of the three Agastache species observed from these results provide information for the development of these species as valuable functional foods and novel dietary ingredients.

Keywords: Agastache species, Korea mint, antioxidant activity, cluster analysis

서 론

방향성 식물은 뿌리, 줄기, 잎, 꽃 및 열매 등에 독특한 향과 맛이 있어 향신료 및 약초로 사용되고 있고, 항산화, 항암, 항균 및 항염 등의 활성으로 건강기능식품 및 화장품의 원료로 사용되고 있다(Chung과 Noh, 2000). 방향성 식물 중 하나인 배초향(Agastache spp.)은 꿀풀과(Labiatae)의 다년생 초본으로 일반명으로는 purple giant hyssop, wrinkled giant hyssop, Korean mint 및 Indian mint로 알려져 있다(Kim, 1996). 한국뿐만 아니라 대만, 중국, 일본 및 북미에 걸쳐 약 20여 종의 자원이 서식하고 있고 한국에서는 산야, 계곡 및 약간의 습기가 있는 곳 등에서 자생하고 있다(Fuentes-Granados 등, 1998). 배초향 고유의 독특한 향을 이용하여 예부터 향신료 및 약초로 사용되어 왔으며, 현대에 들어와 에센셜오일로 제조하여 아로마테라피에 사용되고 있기도 하다(Zielinska와 Matkowski, 2014; Charles 등, 1991). 배초향에는 rosmarinic acid와 같은 폴리페놀 화합물과 플라보노이드계 화합물인 tilianin, acacetin 및 agastachin 등이 다량 함유되어있다(Wei 등, 2016; Kim 등, 2001). 배초향의 지하부에서는 diterpenoid 및 triterpenoid에 속하는 성분들이 분리되었으며, 지상부에는 monoterpene, sesquiterpene 및 flavonoid 성분이 함유되어 있다(Zou와 Cong, 1991; Zielinska와 Matkowski, 2014). 배초향의 정유 함량은 재배지역, 재배시기, 재배법, 채취부위 및 추출방법에 따라 0.29~6.92% 정도이며, estragole, limonene 및 trans-isopulegone 등이 주성분으로 알려져 있다(Hong 등, 2020).

배초향에는 생리활성 물질이 다량 함유되어있어 항산화, 항염증, 항암, 항균 및 항바이러스 효과 등의 기능성을 가진다고 보고되어 있다(Desta 등, 2016; Haiyan 등, 2016). Kim과 Hong(2021)은 배초향(A. rugosa) 분획물의 다양한 세포 내 기전 연구를 통해 항산화 활성, 피부미백 및 주름개선 효과가 있음을 확인하였다. Oh 등(2005)은 배초향(A. rugosa) 잎 추출물이 세포 내 inducible nitric oxide synthase 발현 및 nitric oxide 생성을 억제한다고 보고하였다. Desta 등(2016)은 배초향(A. rugosa)의 꽃, 잎, 줄기 및 뿌리 부분의 항산화 활성을 평가했을 때 잎, 꽃, 뿌리 순으로 항산화 활성이 우수하였다고 하였다. Hashemi 등(2017)은 배초향(A. foeniculum) 에센셜오일의 항균 및 항산화 활성을 평가하였다. Ji 등(2020)은 배초향(A. rugosa) 추출물의 항산화 활성과 항당뇨 활성이 높은 상관관계가 있음을 밝혔다. 최근 배초향 추출물이 피부보습 및 자외선에 의한 피부손상으로부터 피부 건강을 유지하는 데 도움을 줄 수 있어 건강기능식품 기능성 원료로 등록되기도 하였다(Ministry of Food and Drug Safety, 2020). 이처럼 배초향의 다양한 활성에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.

체내 생화학적 산화반응 생성물인 활성산소는 각종 성인병, 노화 및 대사질환의 주요 원인임에 따라 체내 활성산소를 제거해 주는 천연 항산화제의 개발은 끊임없이 진행되고 있다(Keservani 등, 2010). 생리활성 물질이 풍부하여 항산화 활성이 우수한 식물체들은 그 품종에 따라 항산화 활성 및 함량에 유의한 차이가 있다고 보고되고 있다(Rao와 Ravishankar, 2002). 따라서 본 연구에서는 대표적인 배초향 종(A. foeniculum, A. rugosaA. urticifolia)에 따른 배초향 잎 75% 에탄올 추출물의 항산화 활성 및 함량을 조사하고, 군집분석을 통해 배초향 자원의 항산화 활성 및 함량에 따른 특성을 파악하고자 하였다.

재료 및 방법

재료

미국 농무성 농업연구소(USDA-ARS)에서 A. foeniculum 4 자원, A. urticifolia 4 자원, A. rugosa 2 자원을 분양받았으며, 농촌진흥청에서 A. rugosa 2 자원을 분양받아 총 12 자원을 사용하였다(Table 1). 분양받은 자원은 충북대학교(Cheongju, Korea) 내 부속농장의 온실에 2021년 4월에 파종하여 3개월 동안 생육시킨 후 잎을 채취하여 동결 건조하였다. 동결 건조한 잎은 Tissue Lyser Ⅱ(Qiagen Co., Valencia, CA, USA)로 분쇄하여 분말의 형태로 보관 및 사용하였다.

Table 1 . The list of Agastache species used in this study.

SpeciesCodeAccessionOrigin
Agastache foeniculumAG8PI 561061United States
AG10PI 561059United States
AG11PI 561058United States
AG13PI 561056United States
Agastache rugosaAG29PI 636371North Korea
AG34PI 593734South Korea
AG42IT 195183South Korea
AG43IT 195184South Korea
Agastache urticifoliaAG50Ames 31295United States
AG54Ames 32401United States
AG59Ames 32406United States
AG64Ames 32411United States


추출물 제조

배초향 분말을 100 mg씩 정량 후 75% 에탄올 1 mL와 혼합하여 1시간 동안 초음파 처리하였다. 4°C, 13,000 rpm에 10분 동안 원심분리 후 상층액을 0.2 μm nylon filter (Bonna-Agela Technologies Inc., Wilmington, NC, USA)에 여과하였다. 여과된 추출물을 증류수와 10배 희석하여 10 mg/mL로 맞춘 후 이후 분석에 사용하였다.

DPPH 및 ABTS 라디칼 소거 활성

2,2-Diphenyl-1-picryhydrayl(DPPH) 및 2,2′-azino-bis(3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid) diammonium salt(ABTS) 라디칼 소거 활성은 Lee 등(2016)의 방법을 변형하여 진행하였다. DPPH(Sigma-Aldrich Co., St. Louis, MO, USA) 11.8 mg을 100% 에탄올 150 mL와 혼합하여 0.2 mM의 DPPH 용액을 만들어 사용하였다. 96-well plate에 배초향 추출액 60 μL(추출물 7.5 μL+증류수 52.5 μL)와 0.2 mM DPPH 용액 240 μL를 30분 동안 암조건에 반응시킨 후, microplate spectrophotometer(Epoch, BioTek, Winooski, VT, USA)를 사용하여 520 nm에서 흡광도를 측정하였다. 실험은 3회 반복으로 진행하였으며, ascorbic acid를 이용하여 표준곡선을 작성한 후 시료의 항산화 활성을 ascorbic acid equivalents(AAE)로 나타내었다. 2.5 mM potassium persulfate와 7 mM ABTS(Sigma-Aldrich Co.)를 혼합하여 4°C에서 12시간 이상 반응시킨 후 증류수와 희석하여 흡광도 값이 0.7±0.02가 나오도록 만들어 사용하였다. 96-well plate에 배초향 추출액 30 μL(추출물 15 μL+증류수 15 μL)와 희석된 ABTS 용액 270 μL를 6분 동안 암조건에 반응시킨 후, microplate spectrophotometer를 사용하여 734 nm에서 흡광도를 측정하였다. 실험은 3회 반복으로 진행하였으며, ascorbic acid를 이용하여 표준곡선을 작성한 후 시료의 항산화 활성을 AAE로 나타내었다.

총 플라보노이드 및 폴리페놀 함량 측정

총 플라보노이드 함량 측정은 Złotek 등(2015)의 방법을 변형하여 사용하였다. 96-well plate에 배초향 추출액 100 μL(추출물 15 μL+증류수 85 μL)와 10% aluminium nitrate 10 μL, 1 M potassium acetate 10 μL, 증류수 180 μL를 30분 동안 암조건에서 반응시킨 후, microplate spectrophotometer를 사용하여 415 nm에서 흡광도를 측정하였다. 실험은 3회 반복으로 진행하였으며, quercetin을 이용하여 표준곡선을 작성한 후 시료의 총 플라보노이드 함량을 quercetin equivalents(QE)로 나타내었다. 총 폴리페놀 함량 측정은 Lee 등(2016)의 방법을 변형하여 사용하였다. 50% Folin-Ciocalteu’s phenol reagent와 2% Na2CO3를 사용하였다. 96-well plate에 배초향 추출액 100 μL(추출물 15 μL+증류수 85 μL)와 50% Folin-Ciocalteu’s phenol reagent 100 μL, 2% Na2CO3 100 μL를 30분 동안 암조건에 반응시킨 후, microplate spectrophotometer를 사용하여 750 nm에서 흡광도를 측정하였다. 실험은 3회 반복으로 진행하였으며, gallic acid를 이용하여 표준곡선을 작성한 후 시료의 총 폴리페놀 함량을 gallic acid equivalents (GAE)로 나타내었다.

통계분석

실험의 결괏값은 각 추출물의 항산화 활성 또는 함량의 평균±표준편차로 나타냈다. 여러 가지 화학적 방법으로 얻은 항산화 활성은 단위와 척도가 다르므로 상대적 항산화 활성 지수(relative antioxidant capacity index, RACI)로 나타내어 배초향의 4가지 항산화 활성 및 함량을 비교하였다(Sun과 Tanumihardjo, 2007). RACI를 구하는 식은 다음과 같다.

Standard score of each experiments=(raw data-mean)/ standard deviation

RACI=Sum of standard score/ number of experiments

R 프로그램을 사용하여 결괏값에 one-way analysis of variance(ANOVA)로 분석한 뒤 Duncan’s multiple range test로 5% 수준(P<0.05)에서 유의성 검정을 하였으며, 항산화 활성 및 함량의 상관관계는 Pearson’s correlation 분석을 시행하였다.

결과 및 고찰

배초향 잎 추출물의 항산화 활성

국내외에서 분양받은 배초향 12 자원을 온실에서 파종하여 수확 후 75% 에탄올 추출물을 제조하였다. 배초향 잎 추출물의 DPPH 및 ABTS 라디칼 소거 활성과 총 플라보노이드 및 폴리페놀 함량을 측정하였다(Table 2). 배초향 잎 추출물의 DPPH 라디칼 소거 활성은 43.93~210.40 AAE mg/g으로 나타났으며, ABTS 라디칼 소거 활성은 122.33~399.37 AAE mg/g으로 나타났다. DPPH 및 ABTS 라디칼 소거 활성이 가장 우수했던 배초향은 각각 AG50(A. urticifolia) 및 AG10(A. foeniculum)이었다. 반면, AG43(A. rugosa)은 DPPH 및 ABTS 라디칼 소거 활성이 가장 낮은 자원이었다. 배초향 잎 추출물의 총 플라보노이드 함량은 92.00~177.71 QE mg/g으로 나타났으며, 총 폴리페놀 함량은 66.62~665.24 GAE mg/g으로 나타났다. 자원에 따라 총 플라보노이드 함량은 약 2배까지 차이를 보였으며, 총 폴리페놀 함량은 약 10배까지 차이를 보였다. Do 등(2020)에 따르면 배초향의 폴리페놀 화합물인 rosmarinic acid의 함량이 종에 따라 37배가량 차이를 보였다고 하였다. Ji 등(2020)은 배초향(A. rugosa) 지상부의 70% 에탄올 추출물의 총 폴리페놀 함량이 34.51 GAE mg/g이라고 하였으며, 이는 본 연구에서 배초향 12 자원의 총 폴리페놀 함량 평균값인 311.95 GAE mg/g에 약 10배가량 차이를 보였다. 따라서 총 폴리페놀 함량이 배초향 자원 및 종에 따라 차이가 큰 것으로 생각된다. 상대적 항산화 활성 지수(RACI)는 상대지수이며, 여러 가지 화학적 방법으로 얻은 항산화 활성을 종합하여 상대적으로 비교하는 방법이다. 배초향 잎 추출물의 4가지 화학적 방법으로 얻은 항산화 활성 및 함량에 대한 RACI를 구하였다(Fig. 1). AG43(A. rugosa)은 RACI가 -1.49로 가장 낮았고, AG50(A. urticifolia)은 RACI가 0.86으로 가장 높았다. RACI를 종에 따라 나누어 나타내었다(Fig. 2). 앞선 12 자원과 유사하게 A. rugosa에 속하는 자원들의 RACI가 -0.68로 가장 낮았고, A. urticifolia에 속하는 자원들의 RACI가 0.74로 가장 높았다. 배초향의 종에 따라 항산화 활성에 차이가 있음을 알 수 있었다.

Table 2 . Antioxidant activities and contents in different Agastache accessions.

SpeciesCodeDPPH (AAE mg/g)1)ABTS (AAE mg/g)2)TFC (QE mg/g)3)TPC (GAE mg/g)4)
Agastache foeniculumAG8188.00±11.98ab398.52±4.32a118.67±3.81f357.66±11.95f
AG10193.73±11.70ab399.37±2.54a92.00±0.00h376.51±17.95e
AG11153.67±7.68c   394.92±2.91a92.63±1.10gh211.91±4.43h
AG13182.13±12.45b397.67±3.00a102.16±1.10g288.23±0.80g
Agastache rugosaAG29   91.07±5.22d   319.58±17.87b177.71±18.17a158.11±7.08i
AG34136.47±19.94c395.13±3.50a123.11±2.20ef165.47±5.22i
AG4255.40±30.47e268.36±4.59c135.17±2.91cd85.01±2.11j
AG43   43.93±8.99e   122.33±1.60d128.19±1.90def66.62±3.65k
Agastache urticifoliaAG50210.40±3.86a398.94±2.40a130.73±2.91de665.24±11.03a
AG54206.07±1.40ab398.31±3.00a142.79±2.20c462.48±7.30c
AG59196.40±4.26ab398.73±2.77a164.38±1.90b422.02±8.43d
AG64207.47±5.08a399.15±2.64a132.63±2.91de484.09±16.46b

1)DPPH radical scavenging activity (mg of ascorbic acid equivalents/g dry weight)..

2)ABTS radical scavenging activity (mg of ascorbic acid equivalents/g dry weight)..

3)Total flavonoid contents (mg of quercetin equivalents/g dry weight)..

4)Total polyphenolic contents (mg of gallic acid equivalents/g dry weight)..

Different letters (a-k) in the same column indicate a significant difference by Duncan’s multiple range test (P<0.05)..



Fig 1. elative antioxidant capacity index of different Agastache accessions.

Fig 2. Relative antioxidant capacity index of three Agastache species.

항산화 활성과 항산화 성분과의 상관관계

배초향 잎 추출물의 항산화 활성과 함량의 상관관계를 분석하였다(Fig. 3). DPPH 라디칼 소거 활성은 ABTS 라디칼 소거 활성 및 총 폴리페놀 함량과의 상관관계가 P<0.01 수준에서 유의적으로 있었다. 총 폴리페놀 함량과 ABTS 라디칼 소거 활성은 P<0.05 수준에서 유의적으로 상관관계가 있었다. 반면, 총 플라보노이드 함량은 다른 항산화 활성 및 함량 간의 상관관계가 나타나지 않았다. 일반적으로 총 플라보노이드 함량은 라디칼 소거 활성과 밀접한 관계가 있는 것으로 알려졌지만, 그 종류와 구조에 따라 다른 항산화 활성을 보이고, 따라서 천연물에 함유된 플라보노이드에 따라 각기 다른 항산화 활성을 나타낸다고 해석되고 있다(Yoshida 등, 1989). Oh 등(2006)은 배초향에 함유된 페놀 화합물의 항산화 효과를 조사하여 caffeic acid 유도체와 같은 페놀 화합물들이 항산화능과 heme oxygenase 활성에 관여한다고 보고하였다.

Fig 3. Pearson correlation coefficients between antioxidant activities and contents in different Agastache accessions. *P<0.05 and **P<0.01.

배초향 잎 추출물의 군집분석

군집분석(cluster analysis)은 측정값들을 유사하거나 관련 있는 항목끼리 묶어 집단으로 그룹화하고, 각 집단의 특성을 파악함으로써 측정값들의 전체적인 이해를 돕는 통계 분석이다(Ng 등, 2001). 배초향 잎 추출물의 항산화 활성 및 함량을 바탕으로 계층적 군집분석(hierarchical cluster analysis) 결과를 heatmap으로 나타내었으며(Fig. 4), 그 결과를 정리하여 Table 3에 나타내었다. 3개의 군집으로 나누어 차례로 1, 2 및 3번 군집으로 명명하였다. 1번 군집의 경우 AG34(A. rugosa)를 제외하고 모두 A. foeniculum 종이었고, 2번 군집은 모두 A. urticifolia, 3번 군집은 모두 A. rugosa 종이었다. 따라서 AG34(A. rugosa)를 제외하고 모두 종에 따라 군집이 형성되는 것으로 보아, 종에 따라 항산화 특성에 차이가 있는 것으로 보인다. 1번 군집은 ABTS 라디칼 소거 활성이 다른 군집에 비해 우수하였고, 총 플라보노이드 함량은 전반적으로 낮은 것으로 나타났다. 2번 군집은 항산화 활성 및 함량이 다른 군집에 비해 전반적으로 우수하였다. 3번 군집은 항산화 활성 및 총 폴리페놀 함량이 낮지만 총 플라보노이드 함량이 높았다. A. urticifolia 종으로 이루어졌던 2번 군집의 항산화 활성 및 함량이 모두 유의적으로 가장 우수하였다. 반면 A. rugosa 종으로 이루어졌던 3번 군집의 항산화 활성 및 함량이 가장 낮은 것으로 나타났다. 이러한 결과는 Fig. 2에서 종에 따른 RACI 값과 유사한 경향을 보였다. 배초향 12 자원은 종에 따라 항산화 활성 및 함량의 특성이 구분 지어짐을 알 수 있다. 하지만 식물체는 재배지역과 환경에 따라 기능성 물질의 조성과 양에 영향을 주어 항산화 활성 및 함량 또한 일관된 함량을 보이기 어려우므로 종의 차이가 유일한 변수는 아니라는 것을 고려해야 한다(Rao와 Ravishankar, 2002).

Table 3 . Average of antioxidant activities and contents in Agastache depending on hierarchical cluster groups.

DPPH (AAE mg/g)1)ABTS (AAE mg/g)2)TFC (QE mg/g)3)TPC (GAE mg/g)4)
Cluster groups1170.80±24.61b397.12±2.01a105.71±14.51b279.95±91.06b
2205.08±6.06a398.78±0.36a142.63±15.43a508.46±107.64a
363.47±24.58c236.76±102.35b147.03±26.80a103.25±48.39c

1)DPPH radical scavenging activity (mg of ascorbic acid equivalents/g dry weight)..

2)ABTS radical scavenging activity (mg of ascorbic acid equivalents/g dry weight)..

3)Total flavonoid contents (mg of quercetin equivalents/g dry weight)..

4)Total polyphenolic contents (mg of gallic acid equivalents/g dry weight)..

Different letters (a-c) in the same column indicate a significant difference by Duncan’s multiple range test (P<0.05)..



Fig 4. Hierarchical cluster analysis of antioxidant activities and contents in different Agastache accessions.

요 약

본 연구에서는 다양한 배초향(Agastach spp.) 자원의 잎 추출물의 항산화 활성 및 함량을 분석하고 자원 간의 상관관계에 대하여 평가하였다. 3가지 배초향 종(A. foeniculum, A. rugosaA. urticifolia)의 각 4 자원을 분양받아 총 12 자원을 온실에서 파종하여 잎을 채취하고 75% 에탄올 추출물을 제조하였다. 배초향 잎 추출물의 DPPH 및 ABTS 라디칼 소거 활성과 총 플라보노이드 및 폴리페놀 함량을 측정하였다. 다양한 항산화 활성 및 함량에 대한 결괏값을 표준화하기 위해 상대적 항산화 활성 지수(RACI)로 나타내어 비교하였다. A. rugosa에 속하는 자원들이 항산화 활성 및 함량이 가장 낮았고, A. urticifolia에 속하는 자원들의 항산화 활성 및 함량이 우수하였다. DPPH 및 ABTS 라디칼 소거 활성과 총 폴리페놀 함량은 서로 유의적으로 양의 상관관계를 보였다. 항산화 활성 및 함량 결과를 바탕으로 계층적 군집분석을 수행하였고, 12 자원 중 AG34(A. rugosa)를 제외하고 모두 종에 따라 군집을 이루는 것을 알 수 있었다. A. urticifolia 종으로 이루어졌던 군집의 항산화 활성 및 함량이 모두 유의적으로 가장 우수하였다. 본 연구에서는 3가지 배초향 종에 따른 배초향 잎 추출물의 항산화 활성 및 함량을 조사하고 군집분석을 통해 평가하여 배초향 종의 개발 및 탐색에 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 생각된다.

감사의 글

본 연구는 2021년도 교육부의 재원으로 한국연구재단의 지원을 받아 수행된 지자체-대학 협력기반 지역혁신사업(재단관리번호 2021RIS-001, 과제고유번호 1345341783)의 결과입니다.

Fig 1.

Fig 1.elative antioxidant capacity index of different Agastache accessions.
Journal of the Korean Society of Food Science and Nutrition 2022; 51: 389-394https://doi.org/10.3746/jkfn.2022.51.4.389

Fig 2.

Fig 2.Relative antioxidant capacity index of three Agastache species.
Journal of the Korean Society of Food Science and Nutrition 2022; 51: 389-394https://doi.org/10.3746/jkfn.2022.51.4.389

Fig 3.

Fig 3.Pearson correlation coefficients between antioxidant activities and contents in different Agastache accessions. *P<0.05 and **P<0.01.
Journal of the Korean Society of Food Science and Nutrition 2022; 51: 389-394https://doi.org/10.3746/jkfn.2022.51.4.389

Fig 4.

Fig 4.Hierarchical cluster analysis of antioxidant activities and contents in different Agastache accessions.
Journal of the Korean Society of Food Science and Nutrition 2022; 51: 389-394https://doi.org/10.3746/jkfn.2022.51.4.389

Table 1 . The list of Agastache species used in this study.

SpeciesCodeAccessionOrigin
Agastache foeniculumAG8PI 561061United States
AG10PI 561059United States
AG11PI 561058United States
AG13PI 561056United States
Agastache rugosaAG29PI 636371North Korea
AG34PI 593734South Korea
AG42IT 195183South Korea
AG43IT 195184South Korea
Agastache urticifoliaAG50Ames 31295United States
AG54Ames 32401United States
AG59Ames 32406United States
AG64Ames 32411United States

Table 2 . Antioxidant activities and contents in different Agastache accessions.

SpeciesCodeDPPH (AAE mg/g)1)ABTS (AAE mg/g)2)TFC (QE mg/g)3)TPC (GAE mg/g)4)
Agastache foeniculumAG8188.00±11.98ab398.52±4.32a118.67±3.81f357.66±11.95f
AG10193.73±11.70ab399.37±2.54a92.00±0.00h376.51±17.95e
AG11153.67±7.68c   394.92±2.91a92.63±1.10gh211.91±4.43h
AG13182.13±12.45b397.67±3.00a102.16±1.10g288.23±0.80g
Agastache rugosaAG29   91.07±5.22d   319.58±17.87b177.71±18.17a158.11±7.08i
AG34136.47±19.94c395.13±3.50a123.11±2.20ef165.47±5.22i
AG4255.40±30.47e268.36±4.59c135.17±2.91cd85.01±2.11j
AG43   43.93±8.99e   122.33±1.60d128.19±1.90def66.62±3.65k
Agastache urticifoliaAG50210.40±3.86a398.94±2.40a130.73±2.91de665.24±11.03a
AG54206.07±1.40ab398.31±3.00a142.79±2.20c462.48±7.30c
AG59196.40±4.26ab398.73±2.77a164.38±1.90b422.02±8.43d
AG64207.47±5.08a399.15±2.64a132.63±2.91de484.09±16.46b

1)DPPH radical scavenging activity (mg of ascorbic acid equivalents/g dry weight)..

2)ABTS radical scavenging activity (mg of ascorbic acid equivalents/g dry weight)..

3)Total flavonoid contents (mg of quercetin equivalents/g dry weight)..

4)Total polyphenolic contents (mg of gallic acid equivalents/g dry weight)..

Different letters (a-k) in the same column indicate a significant difference by Duncan’s multiple range test (P<0.05)..


Table 3 . Average of antioxidant activities and contents in Agastache depending on hierarchical cluster groups.

DPPH (AAE mg/g)1)ABTS (AAE mg/g)2)TFC (QE mg/g)3)TPC (GAE mg/g)4)
Cluster groups1170.80±24.61b397.12±2.01a105.71±14.51b279.95±91.06b
2205.08±6.06a398.78±0.36a142.63±15.43a508.46±107.64a
363.47±24.58c236.76±102.35b147.03±26.80a103.25±48.39c

1)DPPH radical scavenging activity (mg of ascorbic acid equivalents/g dry weight)..

2)ABTS radical scavenging activity (mg of ascorbic acid equivalents/g dry weight)..

3)Total flavonoid contents (mg of quercetin equivalents/g dry weight)..

4)Total polyphenolic contents (mg of gallic acid equivalents/g dry weight)..

Different letters (a-c) in the same column indicate a significant difference by Duncan’s multiple range test (P<0.05)..


References

  1. Charles DJ, Simon JE, Widrlechner MP. Charaterization of essential oil of Agastache species. J Agric Food Chem. 1991. 39:1946-1949.
    CrossRef
  2. Chung H, Noh K. Screening of electron donating ability, antibacterial activity and nitrite scavenging effect of some herbal extracts. Korean J Soc Food Sci. 2000. 16:372-377.
  3. Desta KT, Kim GS, Kim YH, Lee WS, Lee SJ, Jin JS, et al. The polyphenolic profiles and antioxidant effects of Agastache rugosa Kuntze (Banga) flower, leaf, stem and root. Biomed Chromatogr. 2016. 30:225-231.
    Pubmed CrossRef
  4. Do JW, Noh SW, Bok GJ, Lee HJ, Lee JW, Park JS. Selection of optimal varieties suitable for indoor cultivation considering the growth and functional content of Agastache species. 2020. 29:202-208.
    CrossRef
  5. Fuentes-Granados RG, Widrlechner MP, Wilson LA. An overview of Agastache research. J Herbs Spices Med Plants. 1998. 6:69-97.
    CrossRef
  6. Haiyan G, Lijuan H, Shaoyu L, Chen Z, Ashraf MA. Antimicrobial, antibiofilm and antitumor activities of essential oil of Agastache rugosa from Xinjiang, China. Saudi J Biol Sci. 2016. 23:524-530.
    Pubmed KoreaMed CrossRef
  7. Hashemi M, Ehsani A, Hassani A, Afshari A, Aminzare M, Sahranavard T, et al. Phytochemical, antibacterial, antifungal and antioxidant properties of Agastache foeniculum essential oil. J Chem Health Risks. 2017. 7:95-104.
  8. Hong MJ, Kim JH, Kim HY, Kim MJ, Kim SM. Chemical com position and biological activity of essential oil of Agastache rugosa (Fisch. & C. A. Mey.) O. Kuntze. Korean J Medicinal Crop Sci. 2020. 28:95-110.
    CrossRef
  9. Ji YJ, Lee EY, Lee JY, Lee YJ, Lee SE, Seo KH, et al. Antioxidant and anti-diabetic effects of Agastache rugosa extract. J East Asian Soc Diet Life. 2020. 30:297-305.
    CrossRef
  10. Keservani RK, Kesharwani RK, Vyas N, Jain S, Raghuvanshi R, Sharma AK. Nutraceutical and functional food as future food: A review. Pharm Lett. 2010. 2:106-116.
  11. Kim JW, Hong JH. Antioxidant activity, skin whitening, and anti-wrinkle effects of various Agastache rugosa fractions. J Korean Soc Food Sci Nutr. 2021. 50:679-691.
    CrossRef
  12. Kim TH, Shin JH, Baek HH, Lee HJ. Volatile flavour compounds in suspension culture of Agastache rugosa Kuntze (Korean mint). J Sci Food Agric. 2001. 81:569-575.
    CrossRef
  13. Kim TJ. Korean resources plants. Seoul National University Press, Seoul, Korea. 1996. Vol 4, p 44.
  14. Lee KJ, Lee JR, Ma KH, Cho YH, Lee GA, Chung JW. Anthocyanin and isoflavone contents in Korean black soybean landraces and their antioxidant activities. Plant Breed Biotech. 2016. 4:411-452.
    CrossRef
  15. Ministry of Food and Drug Safety. 2020 Health functional foods actual output report. 2020 [cited 2020 July 17]. Available from: https://www.foodsafetykorea.go.kr/portal/healthyfoodlife/searchHomeHFDetail.do?prdlstReportLedgNo=2020021000367592
  16. Ng AY, Jordan MI, Weiss Y. On spectral clustering: Analysis and an algorithm. Proceedings of 14th International Conference on Neural Information Processing Systems: Natural and Synthetic. 2001 Dec 3-8. Vancouver, Canada. p 849-856.
  17. Oh HM, Kang YJ, Kim SH, Lee YS, Park MK, Heo JM, et al. Agastache rugosa leaf extract inhibits the iNOS expression in ROS 17/2.8 cells activated with TNF-α and IL-1β. Arch Pharm Res. 2005. 28:305-310.
    Pubmed CrossRef
  18. Oh HM, Kang YJ, Lee YS, Park MK, Kim SH, Kim HJ, et al. Protein kinase G-dependent heme oxygenase-1 induction by Agastache rugosa leaf extract protects RAW264.7 cells from hydrogen peroxide-induced injury. J Ethnopharmacol. 2006. 103:229-235.
    Pubmed CrossRef
  19. Rao SR, Ravishankar GA. Plant cell cultures: Chemical factories of secondary metabolites. Biotechnol Adv. 2002. 20:101-153.
    CrossRef
  20. Sun T, Tanumihardjo SA. An integrated approach to evaluate food antioxidant capacity. J Food Sci. 2007. 72:R159-R165.
    Pubmed CrossRef
  21. Wei J, Cao P, Wang J, Kang W. Analysis of tilianin and acacetin in Agastache rugosa by high-performance liquid chromatography with ionic liquids-ultrasound based extraction. Chem Cent J. 2016. 10:76. https://doi.org/10.1186/s13065-016-0223-7
    Pubmed KoreaMed CrossRef
  22. Yoshida T, Mori K, Hatano T, Okumura T, Uehara I, Komagoe K, et al. Studies on inhibition mechanism of antioxidation by tannin and flavonoids. V. Radical-scavenging effects of tannins and related polyphenols on 1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl radical. Chem Pharm Bull. 1989. 37:1919-1921.
    CrossRef
  23. Zieli?ska S, Matkowski A. Phytochemistry and bioactivity of aromatic and medicinal plants from the genus Agastache (Lamiaceae). Phytochem Rev. 2014. 13:391-416.
    Pubmed KoreaMed CrossRef
  24. Złotek U, Szymanowska U, Baraniak B, Kara? M. Antioxidant activity of polyphenols of adzuki bean (Vigna angularis) germinated in abiotic stress conditions. Acta Sci Pol Technol Aliment. 2015. 14:55-62.
    Pubmed CrossRef
  25. Zou ZM, Cong PZ. Studies on the chemical constituents from roots of Agastache rugosa. Acta Pharmacol Sinica. 1991. 26:906-910.