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최근 산업화의 발달로 개인의 소득수준이 향상되면서 소비자들의 건강에 대한 관심이 높아지고 있다. 따라서 기능성 소재에 대한 관심이 급증하여 기능성이 부여된 작물에 대한 관심이 높아지고 있으며 품종개량을 통해 기능성이 강화된 신품종과 가공을 통해 기능성을 강화시킨 신소재들이 많이 개발되고 있다.

감자는 가지과(Solanaceae)에 속하는 다년초본성 식물로 주로 Solanum tuberosum L. 이라는 4배체 종이 재배되고 있다. 감자는 생육기간이 짧고 단위 면적 당 생산량이 비교적 높고 환경적응성도 비교적 강하기 때문에 세계 130여개 나라에서 재배되고 있는 벼, 밀, 옥수수 다음으로 가는 세계 4대 식량작물 중의 하나이며 생산량은 밀 다음으로 2위를 차지한다(Camire et al., 2007; FAOSTAT, 2012; Qu et al., 2005). 감자는 탄수화물, 고품질의 단백질 및 항산화 폴리페놀 물질(Wijngaard et al., 2012), 그리고 비타민과 무기질이(Jang et al., 2011; Schieber and Saldana, 2009) 풍부한 식물자원이며, 대체적으로 감자의 100g당 에너지는 쌀밥의 68%, 식빵의 33% 수준으로 매우 낮아 저 칼로리 및 다이어트 등 건강식품으로 활용성이 높다고 보고하였다(Jeon et al., 2005). 따라서 다양한 소비자들이 기호를 충족시킬 수 있는 신품종들의 육성도 활발해지고 있다.

식물체에는 생리활성 물질인 페놀성 화합물, 안토시아닌, 비타민 등 다양한 기능성 화합물들을 다량으로 함유하고 있다. 그 가운데서 폴레페놀 물질은 페놀성 화합물에 존재하는 phenolic hydroxyl(OH)기는 단백질과 거대분자들과 결합하는 성질을 가지며 항산화, 항암 및 항균 효과 등의 생리활성을 가지는 것으로 알려져 있다(Aboul-Enein et al., 2013; Shen et al., 2009). 일반적으로 총 폴리페놀 함량이 증가할수록 항산화 등의 생리활성이 증가하는 경향으로 보고 된다(Kim et al., 2012, Lee et al., 2012). 안토시아닌은 채소나 과일류 등에 주로 존재하는 수용성 천연색소성분으로 많은 식물체에서 붉은색, 보라색, 푸른색 등을 띄는 플라보노이드계 화합물에 속하며 다양한 생리활성을 가지고 있다(Hu et al., 2016; Kita et al., 2013; Xu et al., 2015). 생리활성 물질인 비타민C는 대표적인 항산화 물질로 체내에서 합성되지 않은 수용성 비타민으로 생명유지를 위한 필수미량원소로 항괴혈병 인자이며 최근에는 질병예방, 건강 유지 및 증진을 위해 다량섭취를 권장하고 있다(Riso et al., 2004; Zhou et al., 2012; Yeom et al., 2008).

현재까지 유색감자 ‘홍영’과 ‘자영’ 함유된 안토시아닌이 염증유발인자들인 Nitric acid 및 inducible nitric oxide synthase에 대한 억제효과(Kang et al., 2008), 항균, 항고혈압, 항돌연변이 및 항암활성(Jeon et al., 2005; Park et al., 2007; Park et al., 2008)등이 보고되었고 또 다른 안토시아닌 함량이 높은 유색감자인 ‘보라 밸리’는 비만유도 유전자 억제기능(Yoon et al., 2008)과 위궤양억제 효과(Lee et al., 2009)가 보고 되었다. 유색감자 색소의 특성 및 안정성에 관한 연구(Park et al., 2004), 대서와 보라밸리 감자 전분 이화학적 특성 연구(Lee et al., 2010), 일반감자와 유색감자의 영양성분 비교(Jang et al., 2011), 품종별 미네랄과 비타민 C 함량(Tamasi et al., 2015)등 성분 특성 및 함량 분석이 보고 되었으며, 아크릴아마이드 저감하된 콜드칩 가공용 감자 계통 선발(Jin et al., 2012)에 관한 품종 육성에 관한 연구가 보고 되었다.

이러하듯이 대부분 연구들은 감자의 활성물질 함량 및 생리활성에 관하여 연구하였으나, 근본적인 기능성 성분 함량이 증강된 감자 육종개발이 아주 미미한 실정이다. 따라서 본 연구에서 감자육종소재은행(KPGR)의 기능성 감자 육종프로그램을 통해 교배조합에서 선발된 우수한 35개의 계통 및 대조구 3품종들의 총폴리페놀, 안토시아닌, 비타민C함량을 비교 분석함으로써 기능성 감자 품종을 선발하고자 실시하였다.

재료 및 방법

실험재료

본 실험에 사용된 감자는 감자육종소재은행(KPGR)의 기능성 감자 육종프로그램을 통해 20개의 교배조합(Table 1)에서 선발된 계통들 가운데서 우수성을 나타나낸 35개의 계통(Table 2) 및 대조구 3 품종(수미, 고구밸리, 다솜밸리)을 재배 생산하여 수확 후 4°C의 저장고에 보관 후, 외관이 손상되지 않고 건전한 것으로만 선별하여 실험에 사용하였다.

총 폴리페놀 함량 분석

총 폴리페놀의 추출법은 Singelton(1999) 방법에 의하여, 신선한 감자 10g에 75% 메탄올을 넣고 homogenizer를 이용하여 마쇄한 후 Qualitative filter paper(filter paper No.2, Whatman, UK)를 이용하여 여과한 후 sample solution을 제조한 후, 분석 시까지 5°C의 냉장고에 저장하였다. 추출 여과액 0.2mL에 증류수 1.8mL와 1M phenol reagent 0.2mL를 첨가하여 실온에 3분간 방치한 후 10% Na₂CO₃포화용액 0.4mL와 증류수 1.4mL를 첨가하여 혼합하고 실온에 1시간 방치하였다. 1시간 후, UV-spectrophotometer(U-2001, HITACHI, Japan)를 이용하여 725nm에서 흡광도를 측정하였다. 함량은 표준물질 chlorogenic acid를 이용하여 검량선을 작성한 다음 정량하여 추출물 건조시료의 CAE(Chlorogenic acid equivalents)로 나타내었다.

총 anthocyanin 함량 분석

총 anthocyanin 함량은 Fuleke(1968)의 방법에 따라 실시하였다. 즉 신선한 감자시료를 잘게 썰어 10g씩 무게를 달아 시료병에 넣은 다음 추출용액 (Ethanol:H₂O:HCl = 85:13:2, v/v/v) 45mL를 넣고 감자 조직이 안 보일 때 까지 마쇄한 다음 4°C암상태에서 하루 동안 분해 과정을 거친 후 색소를 추출 여과한 후 45mL로 정용하여 UV-spectrophotometer(U-2001, HITACHI, Japan)를 이용하여 725nm에서 흡광도를 측정하였고, 아래의 공식을 이용하여 흡광도 수치를 총 anthocyanin 함량으로 환산하였다.

총anthocyanin 함량(mg∙100g^-1)= 흡광도 × (45/시료무게) × 희석배수 × 1.54

비타민 C 함량 분석

신선한 감자에 6% HPO3 용액(감자:6% HPO3 = 1:10, g/v)을 첨가하여 5,000 rpm의 homoginizer에서 10분간 마쇄 한 후 원심분리기 3,000 rpm에서 10분간 원심분리하였다. 상등액을 취하여 0.45μm membrane filter로 여과하여 HPLC 분석용 시료로 사용하였다. LC SHIMADZU를 사용하였고, 사용된 column은 prevail C₁₈, 5μm, 4.6 × 150mm이였으며, 이동상으로는 0.05M KH₂PO₄/MeOH (60:40, v/v) 혼합액을 이용하여 254nm에서 분석하였다. 이동상의 유속은 0.3mL/min이였고, 시료주입량은 10μL이였으며, 분석온도는 35°C이었다. 표준물질은 L-ascorbic acid (sigma, St. Louis, MO, USA)을 이용하여 검량선을 작성하여 정량하였다.

통계처리

모든 측정은 3회 반복하여 행하여졌으며, 그 결과의 통계처리는 SAS system(SAS 9.1, SAS Institute Inc., USA)을 이용하여 p < 0.05 수준에서 Duncan의 다중범위검증(Ducan’s multiple range test)을 통하여 평균값들에 대해 유의성을 검정하였다.

결과 및 고찰

총 폴리페놀 함량 함량

대조구 품종들과 선발된 35계통 감자들의 항산화 물질인 총 폴리페놀 함량의 차이를 보면, 대조구 품종에서는 KPG8(고구밸리)가 106.24mg∙100g^-1 FW로 높게 나타난 반면에, KPG33(수미)가 91.71mg∙100g^-1 FW로 낮게 나타났다(Table 3). 선발된 35계통 감자들은 85.98-112.24mg∙100g^-1 FW 사이의 함량을 나타냈는데, 이것은 감자 품종 별 총 폴리페놀 함량이 142-359 mg∙100g^-1 DW로 나타난 보고(Tierno et al., 2015) 보다 높게 나타난 것을 알 수 있다. 그 가운데서 KPG5, KPG15, KPG17, KPG18, KPG28 및 KPG36 등 6계통이 고구밸리와 비슷한 함량을 나타냈으며, KPG16 계통은 112.24 mg∙100g^-1 FW로 가장 높게 함유된 것으로 나타났다. 가장 낮은 함량을 보인 KPG23과 KPG32 계통을 제외한 모든 계통에서 대조구 품종인 수미보다 높게 나타났다.

총 안토시아닌 함량 함량

대조구 품종들과 선발된 35계통 감자들의 색소성분인 총 안토시아닌 함량의 차이를 보면, 대조구 품종에서는 KPG8(고구밸리)가 1.30mg∙100g^-1 FW로 높게 나타난 반면에, KPG21(다솜밸리)와 KPG33(수미)가 0.72mg∙100g^-1 FW, 0.76mg∙100g^-1 FW로 낮게 나타났다. 선발된 35계통 감자들은 0.44-4.78 mg∙100g^-1 FW 사이의 함량을 나타냈고, 그 가운데서 KPG10과 KPG23 계통이 고구밸리와 비슷한 함량을 나타냈으며, KPG5, KPG 7, KPG13, KPG16 등 4계통이 고구밸리에 비해 높게 나타났는데, 특히 KPG13 계통이 4.79 mg∙100g^-1 FW로 고구밸리의 3배, ‘다솜밸리’나 ‘수미’의 6배 이상으로 가장 높게 함유된 것으로 나타났다(Table 4). 그리고 가장 낮은 함량을 보인 KPG6과 KPG38 계통을 제외한 나머지 계통에서는 대조구 품종인 ‘다솜밸리’, ‘수미’와 차이를 보이지 않았다. 유색감자의 수분량을 평균 80% 좌우로 계산하면, 한국산 유색감자 33계통의 총 anthocyanin 함량이 건물 100g 당 4.2-29.0mg 이라는 연구결과(Jeon et al., 2005)와 유사하나, 유색감자 건물 100g 당 390mg의 anthocyanin 색소가 함유되었다고 보고(Rhim and Kim, 1999)와는 아주 큰 차이를 보였다. 유색감자의 색소는 flavonoid계 수용성 색소로서 안정성에 대한 연구 및 각각의 anthocyanin들의 화학적 구조구명에 관한 연구가 추후 지속적으로 추진되어야 할 것으로 사료된다.

비타민C 함량 함량

일반적으로 비타민 C(L-ascorbic acid)는 수용성 비타민으로 생명유지에 필요한 필수미량원소이며 괴혈병 방지효과뿐만 아니라(Lee, 2006), 체내 지방의 불완전 연소로 축적되는 acetone을 해독하고, protocollagen의 collagen 생성에 관여하여 결합조직의 신축성과 강도를 유지한다(Smirnoff and Wheeler, 2000).

대조구 품종들과 선발된 35계통 감자들의 항산화 물질인 비타민C 함량의 차이를 보면, 대조구 품종에서는 KPG8(고구밸리)가 12.13 mg∙100g^-1 FW로 높게 나타난 반면에, KPG21(다솜밸리)가 7.22 mg∙100g^-1 FW로 낮게 나타났다(Table 5). 선발된 35계통 감자들은 5.99-22.16 mg∙100g^-1 FW 사이의 함량을 나타냈는데, 이것은 품종별, 환경요소와 저장조건에 따라 감자의 비타민 C의 함량이 0.22-0.69 gㆍkg^-1 FW로 나타난 보고(Dale et al., 2003)에 비해 높게 나타난 것을 알 수 있다. 그 가운데서 KPG5, KPG25, KPG36 3계통이 고구밸리와 비슷한 함량을 나타냈고, KPG1, KPG13, KPG18, KPG20, KPG23, KPG27, KPG29 등 7계통이 ‘고구밸리’에 비해 높게 나타났는데, 특히 KPG20 계통은 22.16 mg∙100g^-1 FW로 ‘고구밸리’의 1.8배, ‘다솜밸리’나 ‘수미’의 3.0배 이상으로 가장 높게 함유된 것으로 나타났다. 가장 낮은 함량을 보인 KPG26과 KPG38 계통을 제외한 모든 계통에서 대조구 품종인 ‘다솜밸리’보다 높게 나타났다.