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오늘날 국민의 생활 수준 향상과 더불어 건강에 대한 관심은 증가하고 의학발달로 수명이 늘어 고령화시대(UN-DESA, 2007)에 삶을 건강하고 행복하게 보내기 위해 취미생활을 하고자 노력을 하고 있다(Kim, 2008). 취미생활 중 난 재배가 인기가 있는데 재배 인구는 약 200만 명이고 월간지인 ‘난과 생활’, ‘난세계’가 발행되고 있으며, 난 등록 단체와 동호회의 활동이 활발하여 많은 곳에서 전시회가 매년 개최되고 있다(Lee and Lee, 2005).

난은 ‘난초’라 부르기도 하며 난과식물 모두를 통칭하는 의미로 사용된다(Lee, 2006). 동양란은 한국, 중국, 일본 등지의 온대기후에서 자라는 심비디움류(Cymbidium)로, 사계절 내내 푸른 잎의 변치 않는 모습과 신 · 구세대 간에 어울림의 조화 등은 우아한 모습과 더불어 문화적 상징성과 함께 삶에 좋은 영향을 준다(Kim, 2014). 우리나라에서 많이 재배하는 동양란은 서양란에 비해 화려하지는 않지만 은은한 향기가 나는 것이 특징이며(Lee, 2006), 향기를 맡으며 관상하여 심리적인 안정감과 만족감, 행복감을 얻을 수 있으며 자긍심을 향상하게도 한다(Kim et al., 2011).

식물 향기를 통한 후각의 생리학적 반응은 냄새를 인식하지 못 해도 뇌 활동 및 기분까지 영향을 줄 수 있다는 연구(Lorig et al., 1990)와 자극이 없는 실내식물의 꽃향기가 회복 단계에 있는 환자들에게 원예치료학적인 용도로 식물의 향기가 인체에 효과가 있는 것으로 나타났다(Park and Mattson, 2008). 식물 향기를 통한 후각의 생리적인 반응은 향기의 강도가 낮아 인식하지 못해도 환자에게 뇌 활동 및 정서까지 영향을 줄 수 있다는 보고가 있다(Koo et al., 2003).

따라서 우리나라 중부 및 남부지역에 자생하고 있는 한국춘란과 개화 시기가 비슷하고 국내에서 많이 재배되고 있는 중국춘란 그리고 일경구화를 재료로 하여 향기 성분을 분석하였고, 성분에 따른 기능성을 알아보고자 본 연구를 수행하였다.

재료 및 방법

식물의 향기 성분 분석

실험에 사용된 한국산 춘란(Cymbidium goeringii L., 한국춘란이라 함)중 일반적인 난 ‘Minchunran’(‘민춘란’)과 꽃이 주황색인 난 ‘Jugeumhwa’(‘주금화’), 그리고 중국춘란(C. forrestii R.)인 ‘Chwigae’(‘취개’), ‘Songmae’(‘송매’), ‘Yongja’(‘용자’)와 일경구화(C. faberi R.)인 ‘Choemae’(‘최매’), ‘Namyangmae’(‘남양매’), ‘Hwaja’(‘화자’)는 안암난연구소에서 수 년간 재배한 난초로 계절에 맞추어 온도, 습도와 일조량을 조절하여 재배하였다.

난 꽃향기의 주성분을 알기 위하여 수원에 있는 성균관 대학교 공동기기원에서 Gas Chromatograph/Mass Spectrophotometry (GC/MS)를 사용하여 정성분석하였다. 개화시기가 3월초에서 중순인 한국춘란 중 ‘Minchunran’, ‘Jugeumhwa’, 그리고 중국춘란 중 ‘Chwigae’, ‘Songmae’와 ‘Yongja’의 향기 성분을 2013년 3월에 분석하고, 개화시기가 4월초에서 중순인 일경구화 중 ‘Choemae’, ‘Namyangmae’, ‘Hwaja’의 향기 성분을 2013년 4월에 분석하였다(Fig. 1). 향기 포집은 오전 10시를 기준으로 만개한 꽃을 여러 장 겹쳐서 지름 11mm로 천공하여 생체중 0.7g을 10mL vial에 넣은 상태에서 분석하였다. 향기 포집은 headspace solid-phase microextractionME(SPME)(ΑMOS, Germany) 방법으로 하여 agitator 온도는 40°C로 유지하고, 10분 동안 포집한 후, 10분 동안 fiber(Gerstel, Germany)에 흡착시키고 2분 동안 탈착시켰다. 향기 성분과 함량 분석을 위한 GC/MS 분석 조건은 Table 1과 같다. MPS2 headspace system(Gerstel Inc., USA)으로 운용하였으며 GC/MS 분석은 5975 C MSD, 7890A GC SYSTEM(Agilent Technologies, USA)을 사용하여 Chemstation 소프트웨어(Agilent Technologies, USA)로 운용하였다. 향기 성분 MS data는 Wiley library(John Wiley and Sons, Inc., USA)를 적용하여 조사하였고 향기 성분 함량은 GC peak area 값과 peak area(%)로 표기하였다.

결과

한국춘란(Cybidiium goeringii L.) 향기 성분분석

‘Minchunran’의 향기 성분을 분석한 결과 17개의 peak에서 14개의 성분이 있는 것으로 검출되었다(Table 2). 상대적인 면적 비율인 peak area(%)로 분석한 결과 3% 이상인 4가지 주요 향기 성분은 α-bergamotene 43.4%, nerolidol 42.9%, cedr-8-ene 4.3%, norbornane 3.1%의 순이었고, 3% 이하인 성분은 trans-β-farnesene 등 10가지로 나타났다(Table 2). ‘Jugeumhwa’품종은 15개의 peak에서 12개의 성분이 검출되었다(Table 3). Peak area(%)로 분석한 결과 3% 이상인 3가지 주요 향기 성분은 α-bergamotene 80.7%, cedr-8-ene 5.8%, β-santalene 5.3%의 순이었고, 3% 이하인 성분은 longipinene 등 9가지로 나타났다(Table 3). Peak area(%)가 3% 이상인 물질 중에 α-bergamotene과 cedr-8-ene은 ‘Minchunran’과 ‘Jugeumhwa’에서 비슷한 시간대에서 검출되었다(Fig. 2). 그 밖에는 nerodiol과 norbornane은 ‘Minchunran’에서, β-santalene은 ‘Jugeumhwa’에서만 나타났다(Fig. 2).

중국춘란(Cymbidium forrestii R.) 향기 성분분석

‘Chwigae’의 향기 성분을 분석한 결과 10개의 peak에서 서로 다른 성분이 검출되었다(Table 4). Peak area(%)로 보면, 3% 이상인 두가지 주요 향기 성분은 nerolidol 85.98%, 3-cyclohexen-1-ol 4.83%의 순이었고, 3% 이하인 성분은 ocimene 등 8가지로 나타났다(Table 4). ‘Songmae’품종은 10개의 peak에서 서로 다른 성분이 검출되었다(Table 5). Peak area(%)로 보면, 3% 이상인 3가지 주요 향기 성분은 β-bisabolene 62.41%, caryophyllene 22.23%, pentan-1,3-diol-di-isobutyrate 2,2,4-trimethyl 4.96%의 순이었고, 3% 이하인 성분으로는 1h-pyrrole-2,4-di-carboxylic acid 등 7가지로 나타났다(Table 5). ‘Yongja’품종은 17개의 peak에서 15가지의 성분들이 검출되었다(Table 6). Peak area(%)로 보면, 3% 이상인 주요 향기 성분은 nerolidol 93.74%이었고, 3% 이하인 성분으로는 octadecane 등 14가지로 나타났다(Table 6). 중국춘란 3품종 중에서 ‘Chwigae’와 ‘Yongja’에서 가장 높은 peak를 보인 시간대에서 nerolidol이 공통으로 검출되었고, β-bisabolene은 ‘Songmea’에서 나타났다(Fig. 3).

일경구화(Cymbidium faberi R.) 향기 성분분석

‘Choemae’의 향기 성분을 분석한 결과 4개의 peak에서 4개의 성분이 검출되었다(Table 7). Peak area(%)로 보면, 3% 이상인 4가지 주요 향기 성분은 1,3,7-octatriene 34.04%, 1r-α-pinene 24.17%, (+)-epi-bicyclo-sesquiphellandrene 22.82%, 1,8-cineole 18,97%의 순이었고, 3% 이하인 성분은 검출되지 않았다(Table 7). ‘Namyangmae’품종은 6개의 peak에서 서로 다른 6개의 성분이 검출되었다(Table 8). Peak area(%)로 보면, 3% 이상인 5가지 주요 성분은 1,3,6-octatriene 75.51%, 1s-α-pinene 6.51%, delta3-Carene 5.64%, 1,8-cineole 5.28%, naphthalene 4.33%의 순이었고, 3% 이하인 성분으로는 sabinene으로 나타났다(Table 8). ‘Hwaja’품종은 2개의 peak에서 서로 다른 2개의 성분이 검출되었다(Table 9). Peak area(%)로 보면, 3% 이상인 2가지 주요 향기 성분은 a-pinene 50.56%, 1,8-cineole 49.44%의 순이었고, 3% 이하인 성분은 나타나지 않았다(Table 9). 3품종 모두 첫번째 peak에서 공통적으로 α-pinene이 나타났고, 다른 peak에서도 1,8-cineole이 검출되었다(Fig. 4). ‘Choemae’와 ‘Namyangmae’는 peak를 보인 두 개의 시간대 중 하나의 peak에서는 1,3,6-octatrine이 공통으로 검출되었지만, 다른 peak에서는 서로 다른 물질인 (+)-epi-bicyclo-sesquiphellandrene과 naphthalene이 검출되었다(Fig. 4).

고찰

한국춘란 방향성분 분석과 기능성

‘Minchunran’과 ‘Jugeumhwa’에서 가장 많은 성분은 α-bergamotene으로 bicyclo[3,1,1]hept-2-ene-2,6-dimethyl-6-[4-methyl-3-pentenyl] 또는 2-norpinene이며, 화학식은 C15H24이며 분자량이 204.35로 비교적 무게가 무겁고 향기의 강도(odor strength)는 중간 정도로 알려졌다(Marwat et al., 2011). α-Bergamotene은 레몬, 유자, 오렌지에 많이 함유되어 있으며, 이러한 감귤류(Citrus)에서 추출한 에센스 오일에 포함된 α-bergamotene의 세포독성과 암의 상관관계를 연구한 결과, 유방암 세포(MCF-7)와 자궁경부암 세포(Hela)의 제거효과가 있다는 것이 밝혀졌다(Monajemi et al., 2005). α-Bergamotene성분은 Burkina Faso 국가에서 전통약물로 사용되는 바질(Ocimum. americanum)류 등에서도 추출되는데, 뇌에서 발생하는 악성 암 종류인 교모세포종(SF-767)을 억제하는 것으로 밝혀졌다(Bayala et al., 2014). 또한, 두 번째로 많은 성분을 차지한 nerolidol은 trans-nerolidol 또는 3,7,11-trimethyldodeca-1,6,10-trien-3-ol 이라고 하며, 분자량이 222.366으로 상대적으로 무게가 무겁고 향기의 강도가 낮은 것으로 알려졌다(Marwat et al., 2011). Nerolidol은 호주와 뉴질랜드에서 자생하고 있는 허브식물인 ‘Tea tree’의 잎에서 향기를 맡을 수 있으며(Table 10), 인체 간암 세포(HepG2)의 성장 억제 및 세포 사멸에 효과를 보이는 것으로 밝혀졌다(Ferreira et al., 2012). 또한, 피부 발진, 모발 배양, 조직병리학적 검사를 통하여 nerolidol이 항진균제의 역할을 할 수 있다고 보고된 바 있으며(Lee et al., 2007), nerolidol의 투입 후에 바베스열원충(babesiosis) 4개 종의 성장이 억제되었다는 연구가 있다(Abou Laila et al., 2010). 그리고 녹차의 아로마 성분 중 하나인 nerolidol이 충치원인균인 스트렙토코쿠스 무탄스(Streptococcus mutans)의 번식을 방지하는데 가장 큰 효과가 있는 것으로 밝혀졌다(Kubo et al., 1992). 따라서 한국춘란의 향기성분은 암세포 억제, 사멸효과, 항균 및 항진균제 등의 기능성이 있다는 것이 알려지면 기호도가 더 증가할 것으로 기대한다.

중국춘란 방향성분 분석과 기능성

Nerolidol은 한국춘란 ‘Minchunran’에서도 함유된 것으로 밝혀졌는데 중국춘란 ‘Chwigae’와 ‘Yongja’에서도 각각 85.98%, 93.74% 함유 된 것으로 나타났다(Table 4 and 6). Nerolidol은 분자량이 상대적으로 무게가 무겁고 향기의 강도가 낮은 것으로 알려져 있다(Marwat et al., 2011). Nerolidol은 인체 간암 세포(HepG2)의 사멸과 억제, 항진균성 및 바베스열원충, 충치균에 대한 성장 억제 등의 기능성이 밝혀져 있다(Kubo et al., 1992; Lee et al., 2007; Abou Laila et al., 2010; Ferreira et al., 2012). ‘Songmae’에서 가장 많은 성분을 차지한 β-bisabolene은 1-methyl-4-(5-methyl-1-methylene-4-hexenyl) cyclohexene이라고도 하며 화학식은 C15H24이고 분자량이 204.35로 무게가 상대적으로 무겁고(Marwat et al., 2011), 향기의 강도가 중간 정도로 알려졌으며 레몬에서 β-bisabolene의 향기를 맡을 수 있다(Table 10). β-Bisabolene은 브라질에서 ‘Jaquinha’라고 불리는 자생식물인 포포나무과(Duguetia gardneriana)의 잎 에센셜 오일의 주성분으로 밝혀졌다(Rodrigues et al., 2015). β-Bisabolene은 악성 흑색종 세포(B16-F10), 인간 간암 세포(HepG2)와 백혈병 세포(HL-60, K562)의 사멸에 영향을 끼치는 것으로 보고되었으며, 악성 흑색종 세포(B16-F10)를 가진 쥐에 투여한 결과 종양의 성장을 억제하는 것으로 나타났다(Rodrigues et al., 2015). 따라서 중국춘란의 향기성분이 암세포 사멸 및 억제효과와 항균 및 항진균제 효과가 있다는 사실은 중국춘란의 기호도가 증가하고 수요가 더 늘어날 것으로 판단한다.

일경구화 방향성분 분석과 기능성

‘Choemae’, ‘Namyangmae’, ‘Hwaja’의 향기성분인 α-pinene은 2-pinene, acintene a 또는 pinene이라고 하며 화학식이 C10H16으로 분자량이 136.23로 비교적 무게가 가볍고(Marwat et al., 2011), 향기의 강도가 높은 것으로 알려졌으며, α-pinene의 향기는 소나무의 잎에서 맡을 수 있다(Table 10). α-Pinene은 중국에서 항암치료를 위해 사용하는 솔잎 오일의 성분이며, 간암세포주(BEL-7402)에서 세포주기를 조절하여 암 억제 효과를 보이는 것으로 밝혀졌다(Chen et al., 2015). α-Pinene이 mitogen-activated protein kinases(MAPKS)와 nuclear factor-kappa B(NF-κB)경로를 통해 암세포의 소염반응을 억제하는 것이 보고된 바 있으며(Kim et al., 2015), 바질(O. americanum)에 포함된 α-pinene이 교모세포종(SF-767)의 성장을 억제하는 것으로 보고되었다(Bayala et al., 2014). ‘Choemae’, ‘Namyangmae’, ‘Hwaja’의 향기 성분인 1,8-cineole은 eucalyptol, cajeputol, 1,8-epoxy-p-menthane, 1,8-oxido-p-menthane, 1,3,3-trimethyl-2-oxabicyclo[2,2,2]octane 또는 cineole이라 고 부른다(Table 10). 화학식은 C10H18O으로 분자량이 154.25로 무게가 상대적으로 가볍고(Marwat et al., 2011), 향기의 강도가 높은 것으로 알려져 있으며, 1,8-cineole의 향기는 유칼립투스(Eucalyptus globulus)의 잎에서 맡을 수 있다(Table 10). 쥐(rat) 실험을 통해 Hyptis martiusii의 잎에서 추출한 성분인 1,8-cineole이 위장 보호 효과와 궤양 치료제로서의 가능성이 보고된 바 있다(Rocha-Caldas et al., 2015). ‘Choemae’와 ‘Namyangmae’의 향기 성분인 1,3,7-octatriene은 ocimeme, (E)-beta-ocimene, trans-beta-ocimene, (3E)-3,7-dimethylocta-1,3,6-triene, 3,7-dimethyl-1,3,6-Octatrinene 또는 β-ocimene으로 불리며 분자량이 136.23로 무게가 상대적으로 가볍다(Gutierrez et al., 2012). 1,3,7-Octatriene은 향기의 강도가 중간 정도로 라벤더(lavender)에서 향기를 맡을 수 있고, 꿀풀 또는 귤과 같은 과실에 존재하는 것으로 밝혀져 있다(Table 10). 1,3,7-Octatriene이 꿀벌 애벌레의 페로몬 물질로 영양적 요구를 표현하는 물질이라고 보고 되었다(Maisonnasse et al., 2010). 일경구화는 한국춘란, 중국춘란과 비교하여 주요 향기성분은 다르지만, 독특한 일경구화 향기의 기능성은 암세포 억제효과와 위장 보호효과 등 유익한 기능이 난을 재배함에 있어 가치를 더 높여줄 것으로 생각한다.

한국춘란, 중국춘란, 일경구화의 주요 향기 성분들인 α-bergamotene, nerolidol, α-cedrene, β-bisabolene, α-pinene, 1,8-cineole, 1,3,7-octatriene 등이 항암, 항균, 항진균, 위장보호 효과 등의 치료제와 페로몬과 향기 기호 효과를 가지는 것을 확인할 수 있었다. 따라서 기능성을 지닌 동양란의 주요 향기성분을 밝힘으로써 동양란의 꽃과 향기의 관상가치와 기능면에서 다양한 유익함을 제공하는 것을 알 수 있었으며, 동양란의 주요 향기성분의 종류와 기능성에 대한 기초연구자료가 될 것으로 생각한다.