방부효과 뛰어난 순비기나무 열매 ‘만형자’

Ⅰ. 서언

순비기나무^{Vitex rotundifolia L.fil.}는 한국, 일본 등의 해안가 주변에서 자생한다. 바닷가 모래가 많이 쌓인 곳에서 살아가는 염생식물의 일종으로 이런 식물들의 특징은 바닷물과 민물이 혼용되는 곳이나 바닷물만 들어오는 해안에서 자생한다. 이런 곳에서 살아가는 식물들의 공통점은 스스로 살아가기 위한 작용기작으로 이차대사산물이 발생하여 여러 산업군에서 사용할 수 있는 신물질의 원료가 되고 있어 신물질의 보고로 주목받고 있다.

순비기나무^{Vitex rotundifolia L.fil.}는 우리나라 중부 이남의 바닷가 모래땅에서 나는 상록 관목이다. 생육환경은 바닷가의 모래땅이나 잔돌이 많으며 햇볕이 잘 드는 곳에서 자란다. 잎은 마주나며 길이 2~5㎝, 폭 1.5~3㎝로 달걀 모양이며 두텁고 표면에는 잔털이 많이 있으며 회색빛이 돌고 뒷면은 은백색이다. 줄기는 비스듬히 지면을 향해 자라고 전체에 회백색의 잔털이 있다. 꽃은 벽자색으로 가지 끝에 달리고 길이 4~7㎝의 꽃줄기에 많은 꽃들이 달린다. 꽃받침 잎은 술잔 모양이고 암술머리는 연한 자주색으로 2개로 갈라진다. 열매는 9~10월경에 흑자색으로 달리며 지름은 약 0.6㎝이다²⁾.

우리나라에서는 약용식물을 예부터 일상생활에서 매우 다양한 방법으로 이용해 왔다. 그중 순비기나무 열매는 한약재명으로 ‘만형자^蔓荊子’라고 하며 이에 대한 연구는 항알레르기 및 항염증효과^{17, 18)}, 알레르기성 비염^{6, 7)}, 대장암에 대한 항암효과^{5, 6)}에서 acetone 추출물 효과가 좋았으며, 또한 무공해，무독성의 환경 친화적인 농약개발을 위한 항균활성 등이 보고되고 있다.

최근에는 화장품 산업에서도 많은 관심이 모아지면서 항산화, 주름개선, 미백, 항균활성^{8, 9, 15, 19)}에 관한 연구가 이루어지고 있다.

순비기나무의 잎에서 정유를 추출하여 정유성분의 조성을 알아본 결과 잎에서는 α-pinene(30.25%), 1,8-cineole(19.89%), sabinene(9.56%), α-terpineol(7.94%), β-pinene(5.69%), terpinen-4-ol(2.37%)였다. 꽃에서는 α-pinene(25.47%), 1,8-cineole(7.69%), manoyl oxide(6.21%), β-pinene(4.20%), α-terpineol(2.78%), sabinene(9.56%)로 구성되어 있었으며, 줄기에서는 α-pinene(13.24%), α-terpineol(10.64%), 1,8-cineole(4.40%), manoyl oxide(4.02%), β-pinene(2.39%)이었다. 열매에서는 α-pinene(20.24%), 1,8-cineole(11.47%), β-pinene(7.79%), α-terpineol(7.08%), sabi-nene(3.68%) 등으로 구성되어 있다¹⁾.

이처럼 순비기나무는 줄기, 잎, 꽃, 열매에서 각각 다른 종류의 정유성분과 조성비율의 차이가 뚜렷하다.

순비기나무의 열매와 줄기에 함유된 성분을 분석한 결과 탄수화물 78.67%, 수분 12.92%, 조회분 3.46%, 조단백질 3.22% 그리고 조지방 1.73%로 구성되었으며, 또한 줄기에는 수분 11.30%, 탄수화물 80.87%, 조단백질 4.78%, 조회분 2.41%, 조지방 0.64%로 분석되었다10). 당의 함량을 분석한 결과, 열매에 함유된 환원당은 646.07mg%, 유리당은 5.66mg%인 것으로 나타났다. 또한 수용성 단백질의 경우는 열매 3,268.12mg%, 줄기 4,927.55mg%로 순비기나무 열매보다 줄기에서의 폴리페놀 함량이 높은 것으로 나타났다.

Vitex rotundifolia L.^Verbenaceae의 열매에는 flavonoid 화합물로 casticin, artemetin이 알려지고 있고, 또한 새로운 labdane-type diterpene으로 알려진 vitexilactone과 함께 분리되었고 그 종류들은 vitexilatone, vitexifolin A, B, C, vitetrifolin vitetrifolin A, vitexifolin C, D, E 등 10개였다^{12, 13)}.

우리나라에서는 아직 순비기나무에 대한 정유성분 조성에 관한 연구가 많지는 않지만 외국에서는 인도산 V. negundo의 잎에서 globulol(17.27%), β-caryophyllene(13.65%), terpinen-4-ol(13.25%), sabinene(11.19%), bis(1,1-dimethyl)methyl phenol(7.48%) 등의 성분을 확인 하였고11), 또한 생육 지역이 다른 인도산 V. negundo의 잎에서 viridiflorol(19.55%), β-caryophyllene(16.59%), abinene(12.07%), terpinen-4-ol(9.65%), γ-terpinene(2.21%) 등이 검출돼16) 지역에 따른 성분의 차이도 나타났다.

이탈리아 남부에서 자생하는 V. agnus-castus의 잎은 1,8-cineole(35.2%), sabinene(23.6%), α -terpinyl acetate(12.3%), α-pinene(7.6%), β-farnesene(6.8%)이었으며, 열매에서는 β-farnesene(17.2%), sabine-ne(3.3%), 1,8-cineole(15.1%), α-terpinyl acetate(17.1%), g-ermacrene B(11.2%), β-caryophyllene(8.2%) 로 구성되어⁴⁾ 순비기나무는 살아가는 환경과 잎, 열매에서도 성분의 변화가 많았다. 

따라서 이번 연구는 우리나라 해안에서 자생하는 순비기나무의 향기 성분에는 어떤 성분이 있고 이를 산업에 어떻게 적용 시킬 수 있는지에 대한 연구결과이다. 

Ⅱ. 재료 및 방법 

1. 실험 재료 및 추출 

실험에 사용된 순비기나무 열매는 2017년 12월 제주도 해안에서 채집하였으며 채집 후 종자 껍질에 묻은 이물질을 제거하기 위해 증류수로 3회 세척하였다. 이후 종피를 제거하고 바람이 잘 통하는 음지에서 건조하였다. 순비기나무 열매 물 처리구와 에탄올ethanol 처리구는 환류 냉각관이 있는 둥근 플라스크에 열매 50g과 물 500ml, 에탄올 500ml를 넣은 후 80℃에서 5시간 동안 추출하였다. 열수추출물은 열수추출기(KNSP B1130, Kyungseo, Korea)에 순비기나무 열매 200g과 물 6L를 넣고 온도는 110℃, 1.5기압으로 세팅 후 3시간 동안 추출하였다. 

각각의 추출물은 filter paper(Whatman No. 2, Japan)로 여과한 후 rotatory vacuum evaporator(Buchi R215, German)로 감압 농축한 후 동결건조(FD5508, Ilshin, Korea)하여 분말화 후 deep freezer에 보관하며 시료로 이용하였다. 

향기 성분을 분석하기 위해 순비기나무 열매 500g에 열매가 물에 닿지 않는 수준인 증류수 4L를 오일제조장치(EssenLab-Plus, Hanil-labtech, Korea)에 넣은 후 온도조건은 변온으로 하여 100℃에서 40분 동안 열을 가한 후 80℃ 120분으로 설정하였다. 첫 hydrosol을 받은 후 3분이 경과한 후부터 냉각기 아래 꼭지를 열고 hydrosol을 받았고 성분분석을 위해 hydrosol을 제외한 essential oil은 모두 제거하였다. 이렇게 받은 hydrosol은 1.8L였다. 

2. 플라보노이드 화합물 함량 

플라보노이드 총 화합물의 함량을 분석하기 위해 순비기나무 열매 추출물을 동결건조하여 10mg/ ml의 농도로 80% 에탄올^ethanol에 희석하여 사용하였다. 

시료의 총 플라보노이드^flavonoid 함량은 Davis의 방법³⁾을 변형하여 분석하였다. 순비기나무 열매는 용매별 추출물 1mg을 MeOH 1ml을 첨가하여 녹였고 10ml의 diethylene glycol을 첨가하여 혼합 후, 1N NaOH 1ml를 첨가하여 37℃에서 1시간 동안 반응시켰다. 반응이 끝난 후 UV-visible spectrometer(SPECTRAMAX ID3, Molecular Devices, LLC. Silicon Valley, USA)를 사용하여 420nm에서 흡광도를 측정하였다. 표준물질은 rutin(Sigma Co., USA)을 사용하여 작성한 표준 곡선으로 총 플라보노이드 함량을 측정하였다. 

3. 성분 분석 기기조건 

Hydrosol의 향 성분을 분석하기 위한 기기조건은 (표 1)과 같다. 

Ⅲ. 결과 

1. 플라보노이드 화합물 함량 

추출용매를 달리한 순비기나무 추출물의 플라 보노이드 함량을 조사한 결과는 (그림 2)와 같 다. 플라보노이드 함량이 가장 많은 추출조건은 ethanol로 30.57mg/g이었고 다음으로 열수추출 물로 18.26mg/g, 물 추출물이 가장 낮은 9.69mg/ g이었다. 이는 추출방법에 따라 플라보노이드 의 함량에 많은 변화가 있음을 보여 주는 결과로 ethanol이 다른 추출에서보다 약 1.67~3.15배 많 은 것으로 나타났다. 이는 순비기나무 씨를 이용 하여 항산화 실험에서 ethanol 추출물의 플라보 노이드 함량이 가장 높았다는 보고⁹⁾와 동일한 결 과를 보였고, 몇가지 약용식물을 이용하여 플라 보노이드 함량을 측정한 결과 지유, 진피, 천련 자, 천문동, 청피, 편축, 하고초가 열수추출에 비해 ethanol 추출에서 플라보노이드의 함량이 증가하 였다는 보고¹⁴⁾와 유사하게 나타났다. 

2. Hydrosol에 함유된 성분 분석 

순비기나무 열매를 고온에서 steam distillation 방법으로 hydrosol을 추출하여 이에 함유된 성분을 분석한 결과는 다음과 같이 나타났다(그림 3~7). 현재까지 밝혀진 성분을 토대로 성분을 표시한 것이며 아직 향이 미미하거나 성분이 밝혀지지 않은 것은 표기하지 않았다. 가장 많은 양의 성분은 3-Methyl-2-butenoic acid, cyclobutyl ester로 나타났다. Eucalyptol은 물에 잘 녹지 않고 알코올로 추출이 가능하지만 고온의 온도에서는 추출이 가능한 것으로 알려져 있다. 이 성분이 가장 많이 함유하고 있는 것은 Eucalyptus globulus이다. 이 성분은 주로 꿀풀과나 다른 식물에서도 발견이 되기도 하지만 현재까지 순비기나무 열매에서 이 성분이 함유되어 있다는 보고는 없었다. 다른 연구자들의 논문을 참고하여 여러 가지 방법을 실시한 결과 이 연구개발에서도 물로 고온에서 추출 하였을 때 나타났다. Terpinen-4-ol은 천연물에서 생성되는 성분이며, 저온에서는 추출이 불가하며 주로 200℃가 넘는 고온에서 추출되는 성분이다. 이 성분은 주로 티트리^{tea tree}에서 얻을 수 있는 것이었는데 순비기나무 열매에서도 얻을 수 있었다. 이 성분의 주 역할은 방부효과가 좋아 살균제로 많이 사용하고 있다. 다음으로 L-alpha-Terpineol, 1H-Cycloprop[e]azulen-7-ol을 얻었다. 

순비기나무의 열매는 α-pinene(20.24%), 1,8-cineole(11.47%), β-pinene(7.79%), α -terpineol(7.08%), sabinene(3.68%) 등으로 구성되어 있다고 하였고¹⁾, 식품으로 개발하기 위한 실험에서는 수분 12.92%, 탄수화물 78.67%, 조단백질 3.22%, 조지방 1.73% 그리고 조회분 3.46%로 구성되었으며, 당의 함량은 환원당은 646.07mg%이었으며, 유리당은 5.66mg%로 나타났다고 보고하였다. 열매의 구성아미노산은 3,095.72mg%로 cysteine이 2,010.82mg%로 전체 아미노산의 65%를 차지하였으며, 유리아미노산은 79.99mg%를 함유하였다고 보고하였다¹⁰⁾. 

외국에 자생하는 순비기나무의 경우 이탈리아 남부에서 자생하는 V. agnus-castus의 열매는 β-farnesene(17.2%), sabinene(3.3%), 1,8-cineole(15.1%), α-terpinyl acetate(17.1%), germacrene B(11.2%), β-caryophyllene(8.2%)으로 구성되어⁴⁾ 있었다고 보고하였다. 

이처럼 아직 하이드로졸로 주요 구성 성분을 분석한 연구는 찾을 수 없었고 essential oil을 이용한 성분과는 구성 성분이 다소 차이를 보였다. 추후 연구는 잎, 꽃, 줄기와의 hydrosol성분 비교와 더불어 essential oil에 대한 내용도 구체적으로 밝히는 것이 필요하다.

Ⅳ. 고찰

우리나라 해안에 자생하는 방향성이 강한 순비기나무의 열매를 제주도에서 채집하여 이를 steam distillation 방법으로 향기 성분을 받아 플라보노이드 화합물 분석과 성분분석을 한 결과는 다음과 같다. 

1. 플라보노이드 함량의 변화를 알아보기 위해 ethanol, 물, 열수추출의 3가지 방법을 이용하였다. 그중 플라보노이드 함량이 가장 많은 추출조건은 ethanol> 열수추출> 물추출물 순으로 나타났다.

2. 순비기나무 열매를 steam distillation하여 향기를 추출한 후 성분을 분석한 결과 3-Methyl-2-butenoic acid, cyclobutyl ester, Eucalyptol, L-alpha-Terpineol, 1H-Cycloprop[e]azulen-7-ol, decahydro-1,1,7-trimethyl-4-methylene-, [1ar-(1a.alpha.,4a.alpha.,7.beta.,7a.beta.,7b.alpha.)]로 나타났다. 

※ 본 연구의 결과는 2019년 특허를 출원하였으며 특허출원번호는 1020190114670이다.

※ 참고문헌은 더케이뷰티사이언스(www.thekbs.co.kr)에서 확인할 수 있습니다.