상추(Lactuca sativa L.)는 세계적으로 널리 재배되는 잎채소의 하나로서 지중해 근처에서 자생하는 가시상추라 불 리는 야생 상추인 L. serriola로 부터 유래한 것으로 알려져 있 다. 4,500년 된 이집트의 무덤에 상추 그림이 있을 정도로 오 랜 역사를 가진(Ryder, 1997) 상추는 우리나라에는 1,400년 전 에 인도와 중국을 통하여 도입된 것으로 추정되고(Lee et al., 2010), 들깨 잎이나 다른 채소와 함께 주로 쌈으로 소비된다 (Park & Lee, 2006). 2012년 전 세계의 상추 재배면적은 1,116천 ha이고 생산량은 24,946천 톤이며 주요 생산국은 중국 (575천 ha/14,005천 톤), 인도(170천 ha/1,075천 톤), 미국(107천 ha/3,876천 톤), 스페인(33천 ha/870천 톤), 일본(21천 ha/543천 톤) 등이다. 우리나라는 2012년에 4,252 ha의 면적에서 111,950톤을 생산하여 세계 20위 규모이다(FAOSTAT, 2014). 세계적으로 널리 이용되는 상추의 품종형은 버터헤드, 결구상 추, 로메인, 잎상추 및 줄기상추이다(Mansfeld, 2008). 국화과 에서 발견되는 terpenoids, alkaloids, phenolics 및 polyacetylenes과 같은 생리활성 화합물들은 생화학적으로나 약리학적으 로 매우 중요하다(Heinrich et al., 1998). 이들 중 Sesquiterpene lactones (SLs)은 생리활성 면에서 중요한 2차 대사산물 중의 하나로서 많은 연구에 이용되어 왔다. 무색으로서 친유성 이며 쓴맛을 가진 기능성 성분인 SLs는 국화과 특유의 물질로 서 500개 이상의 화합물 그룹이고 항암, 항백혈병, 항균, 심혈 관 질환 치료, 염증완화, 해열, 지사, 감기 및 신경쇠약 치료 효과가 있는 반면 세포독성과 알레르기를 유발하는 특성도 가 지고 있다(Price et al., 1990; Tamaki et al., 1995; Malarz et al., 2002; Zhang et al., 2005; Ghantous et al., 2010; Merfort, 2011; Chadwick et al., 2013). 또한 SLs는 진통과 진정효과 및 진해효과가 있으며(Wesołowska et al., 2006), 인 간의 식욕과 소화를 증진시키는 특성을 가진 치커리 쓴맛의 전형으로 인식되어 왔다(Kisiel & Zielińska, 2001). SLs는 국 화과 식물에서 전형적으로 유관(乳管)에 존재하지만 특별히 생 물적 스트레스에 반응하여 생성될 때는 액포에서 발견되기도 한다. SLs는 유액을 생산하는 식물에서 유액의 주요 구성성분 의 하나이며 항미생물제로서 뿐만 아니라 저작 곤충이나 조수 에 대한 습식기피제로서 효과를 나타내기도 한다. 또한 SLs는 식물, 곤충, 미생물에 타감작용(Chadwick et al., 2013), 기생 식물인 Orobanche속 식물의 발아 자극(De Luque et al., 2000), 상추 등의 식물에서 뿌리발육에 영향을 주기도 한다 (Rodriguez et al., 1976; Macías et al., 1996). 상추와 치커 리에서 가장 대표적인 SLs는 lactucin, 8-deoxylactucopicrin 및 lactucopicrin이다(Price et al., 1990; Van Beek et al., 1990; Tamaki et al., 1995; Chadwick et al., 2013). 상추와 치커리에서 SLs 농도는 품종, 품종형, 엽색, 지역, 연차, 생육 시기 및 부위에 따라 변이가 있는 것으로 알려져 있다(Price et al., 1990; Peters et al., 1997; Foster et al., 2006; Kojiro et al., 2008 and 2009; Seo et al., 2009; Ferioli & D’Antuono, 2012). 상추에 있어서 중요한 식미 특성의 하나인 쓴맛은 재배중 고온조건(Simonne et al., 2002) 또는 재배기간 이 길어지면(Rubatzky & Yamaguchi, 1997) 증가하며, 과도 한 쓴맛은 소비자의 기호성을 감소시킨다(Drewnowski & Gomez-Carneros 2000). 쓴맛의 정도에 있어서 상추 품종간 상당한 변이가 보고되었고(Simonne et al., 2002) 이것은 lactucin과 lactucopricrin을 포함한 쓴맛 성분들의 함량차이에 기인한다(Price et al., 1990). 상추에서 맛과 영양적 가치는 육종가나 재배자 및 소비자에게 모두 중요한 특성이다(Tamaki et al., 1995). 한국에서는 상추의 쓴맛 정도가 소비자의 구매 를 결정하는 가장 중요한 요소이다(Park & Lee, 2006). 이렇 듯 상추의 쓴맛이 품종육종 재료나 기능성 성분 관련 연구 재 료로서 매우 중요하다고 할 수 있으나 아직 대량의 유전자원 을 대상으로 쓴맛성분 함량을 조사하여 연구에 이용한 바는 없는 실정이다. 본 연구는 세계 각국에서 도입한 대량의 다양 한 상추 유전자원에 대하여 기능성 쓴맛 성분을 정량해서 쓴 맛성분이 낮거나 높은 유전자원을 선발하여 육종 및 연구재료 로 제공하고자 수행하였다.

재료 및 방법

식물재료

미국, 네덜란드 등 세계 30개국으로부터 도입한 상추 유전 자원 572점(Table 1)을 공시하여 2013년 2월 22일 72구 플 러그 트레이에 파종하고 육묘하여 4월 12일 비가림하우스에 정식해서 재배하였다. 분석할 잎 시료는 개화시(자원에 따라 5. 19 ~ 8. 8)에 화경에 착생한 잎을 자원당 5주에서 채취하고 한데 합쳐서 즉시 −80°C 저온냉동고에 보관하면서 1회 동결 건조 가능한 분량을 꺼내서 동결건조기(일신랩, PVTFD 10R) 를 이용하여 −80°C에서 4일간 동결건조 하였으며 동결건조 잎 을 소형 믹서기(신일다용도 분쇄기, SFM-555SP)를 이용하여 곱게 분쇄하고 플라스틱통에 담은 후 기능성 쓴맛성분인 유리 SLs를 추출할 때까지 4°C 저장고에 보관하였다.

기능성 쓴맛성분 추출

상추 잎 분말시료 0.25 g을 100 ml 둥근 환저플라스크에 넣 고 MeOH 100 ml를 첨가한 후 65°C에서 1시간 20분간 환류 추출하여 상온에서 냉각하고 여과지(Advantec No 2)로 여과시 켰다. 여과물 중 20 ml을 진공원심 농축기(Genevac, HT-4X)를 이용하여 30 ~ 35°C로 유지시키며 coolheat enable pressure는 200 mbar, controlled pressure는 11 mbar 상태로 3시간 감압 농축하였다. 이 농축물을 20 ml의 증류수에 녹인 후 20 ml의 CHCl₃로 2회 층 분리하였고 이 층 분리물 40 ml를 100 ml 삼각플라스크에 붓고 Na₂SO₄ 2 g을 넣고 흔들어 탈수 후 5분 간 정치하였다. 탈수한 추출물을 여과지(Advantec No 2)로 여 과 후 여과 물을 진공원심 농축기(Genevac, HT-4X)를 이용하 여 앞에서와 같은 방법으로 농축 하였다. 농축물은 MeOH : CHCl₃ 1 : 2(v/v) 용액 400 μl에 녹여서 갈색바이알에 담아 정 량분석 할 때까지 냉장 보관하였고 각 자원마다 3반복씩 추출 하고 정량하였다. 기능성 성분 추출방법은 Seo et al. (2009) 의 방법을 변형한 것이다. HPLC를 이용한 정량 분석에는 추 출물 20 μl를 주입하였다.

시약 및 검량식 작성

MeOH를 포함한 모든 시약은 HPLC급을 사용하였고, 기능 성 쓴맛성분 표준품으로는 lactucin (Mw 276.29 g, Formular C₁₅H₁₆O₅)과 lactucopicrin (Mw 410.42 g, Formular C₂₃H₂₂O₇)을 순도 95% 이상의 Extrasynthese사 제품을 사용하였다. 검량식 작성은 lactucin의 경우 표준품을 0.025, 0.05, 0.1, 0.2, 0.4, 0.8 μg 등 6수준의 양을 HPLC에 주입하고 각 수준별 피크 면적을 계산하여 검량식을 작성하였고, lactucopicrin은 표준품 을 0.1, 0.2, 0.5, 1, 2 μg 등 5수준의 양을 HPLC에 주입하 여 lactucin과 같은 방법으로 검량식을 작성하였다. 표준품을 이용하여 머무름 시간을 확인한 결과 lactucin 은 12.347분, lactucopicrin은 19.724분으로 확인되었고(Fig. 1) 검량식을 작 성한 결과 lactucin은 y = 4E+06x − 3747.8 (y =피크의 면적값, x = lactucin 함량), lactucopicrin은 y = 2E+06x-27505 (y=피크 의 면적값, x = lactucopicrin 함량)라는 검량식을 작성하게 되 었고 결정계수는 lactucin과 lactucopicrin이 각각 0.9999, 0.9977이었다(Fig. 2). 이 검량식을 상추잎 샘플에 함유된 기능 성 성분 함량 정량에 이용하였다.

기능성 쓴맛성분 정량분석

상추의 기능성 쓴맛성분 정량분석에는 HPLC (Shimadzu/ LC-10ADVP)를 사용하였다. Detector는 UV-visible Diode Array Detector (SPD-M10A), 검출파장은 254 nm, Column은 Phenomenex Luna 5 μ C18 (250 × 4.6mm)을, Guard column 은 Phenomenex Security Guard (ODS Octadecyl, 4 × 3.0mm) 를 이용하였으며 HPLC내의 oven 온도는 30°C로 조절하였다. Lactucin과 lactucopicrin의 용리는 두 가지 용매 즉, 물(A)과 Acetonitrile(B)의 양을 시간경과에 따라 조절하는 gradient 모 드를 이용하였는데 시작부터 3분까지는 B용매를 10%, 3 ~ 15 분 사이에 B용매 35%, 15 ~ 20분 사이에 B용매 40%, 20 ~ 40 분 사이에 B용매 100%, 40 ~ 45분 사이에 B용매 10%로 조 절하였으며 분당 용매흐름의 양은 0.8ml로 하여 분석하였다. 정량 분석한 결과 국가별·품종형별·엽색별·화색별 각 기능성 쓴맛성분의 평균치에 대한 유의성은 엑셀함수를 이용하여 최 소유의차로 검정하였다.

결과 및 고찰

30개국에서 도입한 상추 유전자원 572점에 대한 유리 lactucin과 lactucopicrin에 대한 정량결과 공시자원 전체 평균 lactucin함량은 건조잎 1g당 0에 가까운 것(Trace) 부터 최고 235.3 μg 까지 분포하였고 평균은 41.2 ± 1.2 μg이었다. Lactucopicrin 함량은 55.0 ~ 3,041 μg의 분포를 보였고 평균 526.9 ± 17.5 μg이었으며 이 두 가지 성분을 합친 전체 함량은 66.3 ~ 3188.5 μg의 범위에 평균 568.1 ± 18.1 μg으로서 자원간 함량의 변이 폭이 넓어서 자원의 구성이 다양함을 알 수 있었 다. 전체 평균 기능성 성분함량 대비 lactucin이 7.3%, lactucopicrin이 92.7%를 차지하여 대부분이 lactucopicrin임을 알 수 있었다. 공시자원 수가 3점 이상인 국가를 대상으로 국 가별로 기능성 성분 전체 함량을 보면 독일 자원이 평균 270.4 ± 34.8 μg으로서 가장 낮았고 우리나라 자원이 평균 930.1 ± 146.5 μg으로서 유의하게 가장 높았다. 공시국가 중 독일 을 위시한 마케도니아(330.8 ± 40.0 μg), 헝가리(335.6 ± 39.5 μg), 네덜란드(340.2 ± 21.1 μg), 폴란드(371.9 ± 111.3 μg), 러시아 (375.2 ± 83.4 μg), 터키(380.6 ± 29.6 μg), 그리스(433.5 ± 72.5 μg), 영국(439.9 ± 169.8 μg) 등 유럽 국가의 자원들이 함량이 낮은 반면, 중국(900.3 ± 184.8 μg), 미국(737.0 ± 28.4 μg), 오스트레 일리아(709.4 ± 59.0 μg) 자원들은 유럽 국가들보다 훨씬 높은 함량을 보였다. 국가별 lactucopicrin 함량도 전체 함량과 유사 한 순서로서 우리나라 자원이 893.0 ± 145.3 μg으로 가장 높았 고 이어서 중국(848.8 ± 177.2 μg), 미국(685.1 ± 27.4 μg) 오스 트레일리아(663.9 ± 55.4 μg) 순이었으며 유럽 국가들은 낮았는 데 독일이 244.9 ± 33.3 μg으로 가장 낮았다. Lactucin 함량은 전체 함량이나 lactucopicrin과는 달리 폴란드가 54.6 ± 13.7 μg 으로 가장 높았고 이어서 미국(51.9 ± 2.1 μg)과 중국(51.5 ± 9.7 μg) 순이었으며 영국이 23.6 ± 9.7 μg으로 가장 낮았다 (Table 1).

품종형별 기능성 쓴맛성분 함량을 보면 lactucin은 결구상추 가 55.8 ± 2.5 μg으로서 가장 높고 이어서 줄기상추와 잎상추 로서 각각 41.6 ± 9.7 μg와 41.0 ± 3.3 μg로 비슷하였으며 다음 은 로메인으로서 36.5 ± 2.9 μg이었고 버터헤드가 32.6 ± 1.5 μg 으로서 가장 낮았다. Lactucopicrin 함량 역시 결구상추가 754.1 ± 33.1 μg으로서 가장 높고 이어서 잎상추와 줄기상추로 서 각각 664.1 ± 55.9 μg와 645.2 ± 108.0 μg이었으며 다음은 로메인으로서 407.6 ± 26.6 μg이었고 버터헤드가 343.1 ± 21.2 μg으로서 가장 낮았다. 전체함량도 lactucopicrin과 같은 순서로서 결구상추가 809.9 ± 34.4 μg으로서 가장 높고 이어서 잎상추와 줄기상추로서 각각 705.1 ± 57.0 μg와 686.8 ± 114.7 μg이었으며 다음은 로메인으로서 444.1 ± 28.0 μg이었고 버터헤드가 375.7 ± 22.1 μg으로서 가장 낮았다(Table 2). 엽색 별 기능성 성분 함량은 lactucin은 회록색이 55.1 ± 2.4 μg으로 서 가장 높았고 이어서 붉은색으로서 48.3 ± 5.3 μg이었으며 청 록과 녹색은 각각 35.3 ± 3.5 μg과 34.4 ± 1.4 μg으로서 낮은 함 량을 보였다. Lactucopicrin 함량은 lactucin과는 달리 붉은색이 774.6 ± 76.8 μg으로서 가장 높았고 이어서 회록색으로서 731.1 ± 32.6 μg이었으며 다음이 청록색(476.5 ± 47.3 μg)이고 녹 색이 393.3 ± 19.4 μg으로 가장 낮았다. 전체 기능성 성분함량 도 lactucopicrin과 같은 순서를 보여 붉은색이 822.9 ± 78.1 μg으 로서 가장 높았고 이어서 회록색(786.1 ± 33.3 μg), 청록색 (511.7 ± 48.5 μg)이고 녹색(427.8 ± 20.1 μg)이 가장 낮았다 (Table 3).

화색별 기능성 성분 함량을 보면 lactucin은 화색간 큰 차이 가 없었으나 황색이 42.0 ± 1.4 μg으로서 상대적으로 높고 담 황색과 자황색은 낮은 함량을 보였다. Lactucopicrin 함량은 자황색이 605.5 ± 52.3 μg으로서 가장 높았고 이어서 황색 (523.7 ± 18.8 μg)이었으며 담황색이 449.3 ± 69.9 μg으로서 낮 은 양상을 보였다. 전체 기능성 성분함량도 lactucopicrin과 같 은 순서를 보여 자황색이 645.4 ± 53.3 μg으로서 가장 높고 이 어서 황색(565.7 ± 19.6 μg), 담황색(489.2 ± 73.3 μg) 순이었다 (Table 4).

공시자원 572자원 중 전체 기능성 쓴맛성분 함량이 극히 낮 은 자원을 보면 네덜란드 품종인 IT293983이 66.3 μg으로서 가장 낮았고 이어서 터키 품종인 K183828 (82.1 μg), 헝가리 품종 IT293952 (83.4 μg), 마케도니아 품종 IT294029 (92.9 μg) 및 헝가리 품종 IT293949 (99.8 μg) 순 이었다. 기능성 성분 함량이 낮은 10점을 국가별로 보면 네덜란드 자원이 3점, 터 키와 헝가리 및 마케도니아가 각 2점, 미국이 1점이었고 품종 형별로는 버터헤드가 6점으로 가장 많았고 이어서 로메인이 2 점, 결구상추와 잎상추가 각각 1점씩이었다. 공시자원 중 미국 품종인 IT284562가 전체 기능성 성분함량이 3,188.5 μg으로서 가장 높았고 이어서 한국 품종인 IT276154(2618.4 μg), 미국 품종 IT294141(2,417.1 μg), 한국 품종 IT217005(2,077.3 μg) 및 IT276132(2,062.7 μg) 순이었다. 기능성 성분함량이 높은 10점을 국가별로 보면 미국 품종이 6점, 한국 품종이 3점, 중 국이 1점이었고 품종형별로는 잎상추가 5점, 결구상추가 2점 로메인과 버터헤드가 각 1점씩이었다(Table 5).

본 시험의 결과 기능성 성분함량이 높은 우리나라, 중국, 미 국 및 오스트레일리아의 자원 구성의 특징을 보면 품종형에 있어서는 기능성성분 함량이 높았던 잎상추, 결구상추 및 줄 기상추 위주이고 엽색에 있어서는 역시 기능성성분 함량이 높 았던 회록색과 붉은색위주로, 화색에 있어서도 기능성성분 함 량이 높았던 자황색과 황색 위주로 되어 있었다. 반면에 기능 성 성분함량이 낮은 독일, 마케도니아, 헝가리, 네덜란드 등 국 가들의 자원 구성을 보면 품종형은 대부분 기능성성분 함량이 낮았던 로메인과 버터헤드 형이었고, 엽색 역시 기능성성분 함 량이 낮았던 녹색이나 청록색 위주였다. 품종형과 기능성 성 분 함량간 관계에 있어서 본 시험의 결과가 결구상추와 잎상 추 및 줄기상추가 높은 함량을 보였고 로메인과 버터헤드가 낮았는데, 이는 잎상추가 가장 높고 이어서 버터헤드, 로메인, 결구상추 순으로 낮았다는 Price et al. (1990)의 결과와 결구 상추가 잎상추 보다 함량이 낮았다는 Kojiro et al. (2008)의 결과와는 달랐는데, 그 이유는 시험에 이용한 품종과 품종수 및 잎시료 채취시기의 차이에 기인하는 것으로 사료되며 특히 잎 시료 채취시기가 크게 영향을 미친 것으로 판단된다. 즉, Price et al. (1990)은 25품종을 공시하여 기능성 성분 합성이 많지 않은 시기인 채소로서의 상품성이 있는 수확기에 시료를 채취하였고 Kojiro et al. (2008)은 3품종을 공시하여 역시 채 소로서의 수확기에 시료를 채취한 반면, 본 시험에서는 세계 30국에서 도입한 다양한 유전자원 572점을 공시하여 기능성 성분 생산이 많은 시기인 개화시에(Seo, 2001) 화경에 착생한 잎을 채취하여 정량함으로서 그 결과가 다를 것으로 사료된다. 엽색과 관련한 기능성 성분 함량은 본시험결과 붉은색이 여타 녹색에 비하여 높은 결과를 보였는데 이결과는 Price et al.,(1990)과 Seo et al.,(2009)의 결과와 일치한다. 또한 화색 에 있어서도 자색을 띤 황색이 담황색이나 황색에 비하여 기 능성 성분 함량이 높았는데 이는 잎이 붉은색은 꽃 색도 자색 을 띤 황색이기 때문이다. 하지만 붉은색 잎을 가진 품종이 기능성성분 함량이 높은 이유에 대해서는 아직 연구된바 없으 므로 금후 연구가 필요하다. 기능성 성분함량이 낮은 10점은 국가별 평균 기능성 성분함량이 낮았던 유럽 국가들의 자원이 었고 품종형도 기능성 성분함량이 낮았던 버터헤드와 로메인 형이 주를 이루었다. 반대로 기능성 성분함량이 높은 10점은 국가별 평균 기능성함량이 높았던 미국, 한국, 중국 품종으로 구성되어 있어 국가별 평균 기능성성분 함량과 일치하였으나 기능성성분 함량이 가장 높았던 IT284562는 평균 기능성 성 분함량이 가장 낮았던 버터헤드형으로서 향후 연구대상이다. 상추는 채소로서의 가치가 매우 중요한데 생엽 100g당 열량 은 13Kcal에 지나지 않으나, 식이섬유가 1.1g, 비타민 A 166 μg, 비타민 B₉ 73 μg, 비타민 C 4㎎, 비타민 K 102 μg, 철이 1.2㎎으로 많이 포함되어 있다(USDA, 2016). 이들 함량 은 미국 성인 1인 1일 권장 섭취량으로 환산하면 비타민 A는 21%, 비타민 B₉ 18%, 비타민 C 5%, 비타민 K는 무려 97% 에 해당하고 이 밖에도 철 9%, 칼륨도 5%(238㎎)에 달할 정 도로 영양적 측면에서 중요하다. 쓴맛은 상추의 풍미를 결정 하는 중요한 특성이고(Marisa et al, 2010), 소비자가 구매를 결정하는 가장 중요한 요소이다(Park & Lee, 2006). 또한 쓴 맛을 내는 기능성 성분인 lactucin과 lactucopicrin은 다양한 질환의 치료와 증상을 완화시키는 효과가 있어 의학적으로 중 요하다(Price et al., 1990; Tamaki et al., 1995; Malarz et al., 2002; Zhang et al., 2005; Wesołowska et al., 2006; Ghantous et al., 2010; Merfort, 2011; Chadwick et al., 2013). 본 시험결과 품종간 기능성 성분함량의 다양한 변이를 확인할 수 있었고 품종형간, 엽색간 및 화색간에도 기능성 성 분 함량 차이를 확인할 수 있었는데 이러한 차이에 대한 원인 이 아직 구명되지 않은 실정이므로 금후 이러한 변이의 원인 을 파악하는 것이 과제가 될 것으로 사료된다.

적 요

기능성 쓴맛 성분함량이 적거나 높은 유전자원을 선발하여 육종 및 연구재료로 제공하고자 세계 30국에서 도입한 상추 유전자원 572점에 대하여 기능성 쓴맛 성분을 정량한 결과는 다음과 같다.

본 시험의 결과 기능성 쓴맛 성분함량이 극히 적거나 높은 유전자원은 금후 상추 품종육성 또는 기능성 성분관련 분야 연구재료로 유용하게 활용될 수 있을 것으로 사료된다.