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J. People Plants Environ > Volume 18(4); 2015 > Article
산림치유를 위한 수목 내 테르펜 화합물의 검정

ABSTRACT

This study was conducted to find the properties of trees by comparing the terpene compounds of some species have different genetic characteristics. Terpene compounds contained in the leaves of the tree were analyzed qualitatively by headspace GC/MS method, and essential oils extracted in leaves by S.D.E. method were analyzed quantitatively by GC/MSD. According to the qualitative analysis result, there was no significant difference between conifers and hardwoods because of the 15-18 kinds of terpene compounds among the 19 kinds of terpene compounds investigated were detected in most of the species. However, the yield of oil extracted from cypress leaves was 9-10 times higher than hardwoods leaves and the yield of essential was higher in the order Chamaecyparis obtusaAbies holophyllaChamaecyparis pisiferaPinus densiflora. As the quantitative characteristics of terpene compounds, the concentration of transcaryophyllene of essential oils was higher in the order A. holophyllaLindera erythrocarpaP. densifloraPinus koraiensis. The concentration of carene was significantly higher in A. holophylla and C. pisifera. The concentration of limonene was higher in the order C. obtusaA. holophyllaC. pisifera, that of bornyl acetate was higher in the order A. holophyllaC. pisiferaC. obtusa. The concentration of camphene, myrcene and humulene was also the most highest in A. holophylla.

서론

우리나라는 1950년 발발한 6.25전쟁 후 세계최빈국의 상태에 서 불과 60여년이 지난 현재는 세계 11위의 경제대국으로 성장했 다. 이와 같이 앞만 보고 달려온 급속한 경제성장으로 눈부신 발전 을 이루었지만 사회적인 부작용이 발생되기도 한다. 통계청 자료에 따르면 2015년 현재 도시화율이 82.5%(Statistics Korea)에 달해 세계 평균 54%에 비하여 매우 높은 수준이다. 이처럼 사회가 복잡 해지고 도시화된 곳에서 생활하는 사람들이 휴식을 위하여 자연스 럽게 찾게 되는 곳이 숲이 아닌가 싶다.
또한 우리나라는 경제성장과 더불어 급속한 노령화 사회로 접어 들었으며, 2013년 출생자의 기대여명은 81.94세(Statistics Korea) 로 매우 높다. 그러나 우리나라 노령자에 해당되는 65세 이상에서 48%만이 독립적인 생활이 가능하고, 51.9%는 도구적 일상생활동 작(IADL: instrumental activities of daily living)에 어려움이 있 다고 한다(Kim, 2012). 이와 같이 평균수명이 연장되면 건강 수명 도 연장되어야 하지만 현실은 그렇지 않기 때문에 건강하게 사는 삶에 대한 관심이 높아져 산을 찾는 사람들이 증가되고 산림치유에 대한 관심도 높아졌다.
산림에는 깨끗한 공기, 맑은 물, 자연의 소리, 숲의 향기, 아름다 운 경관, 약초나 식재료 등 건강에 도움이 되는 다양한 인자들이 있 다. 이와 같이 다양한 인자들을 활용하여 심신을 이완하고 단련하 며, 면역력을 증진시켜 건강한 삶을 유지할 수 있도록 하는 것이 산 림치유이다. 특히 산림치유의 중요한 인자인 피톤치드라고 하는 것 은 식물로부터 휘산되는 천연휘발성유기화합물로 숲의 향기를 만 들어낸다. 식물의 종류에 따라 테르펜류, 방향족 알데히드, 케톤, 페 놀, 알콜류를 비롯하여 각종 에스테르 화합물 등이 존재(Lim et al., 2008)하고, 숲은 다양한 식물들로 구성되어 있기 때문에 임상에 따 라 숲의 향기도 다를 수밖에 없다.
따라서 본 연구에서는 산림치유에 활용 가능성이 높은 수종의 잎에 함유된 테르펜 화합물을 검정하여 수종별 치유 효용성을 알아 보고자 하였다. 가치를 비교침엽수와 활엽수의 각각 5수종씩에 대 하여 천연휘발성유기화합물의 구성을 비교함으로써 수종별 특성 차이를 검정하고자 하였다.

연구 방법

1. 분석 대상 물질의 선정

본 연구는 산림 내에 수목으로부터 휘산되는 산림치유 활동에 유용한 천연휘발성유기화합물을 비교 분석하기 위한 것이다. 따라 서 테르펜화합물의 유용성에 관한 다양한 연구를 근거로 하여 분석 하고자 하는 테르펜화합물 19종을 선정하고, 표준물질을 이용하여 정량분석을 실시하였다.

2. 공시수종 및 시료채취

정성적 분석의 공시수종은 방향성 수종인 활엽수 5종과 정유성분 이 많은 것으로 알려진 침엽수 5종으로 하였다. 활엽수 5종은 황벽나 무(Phellodendron amurense), 초피나무(Zanthoxylum piperitum), 산초나무(Zanthoxylum schinifolium), 계수나무(Cercidiphyllum japonicum), 비목(Lindera erythrocarpa) 등이며, 침엽수 5종은 소 나무(Pinus densiflora), 잣나무(Pinus koraiensis), 전나무(Abies holophylla), 편백(Chamaecyparis obtusa), 화백(Chamaecyparis pisifera) 등이다.
정량적 분석의 공시수종은 초피나무(Zanthoxylum piperitum), 산초나무(Zanthoxylum schinifolium), 비목(Lindera erythrocarpa) 등 활엽수종 3수종과 정성적 분석과 동일한 수종의 침엽수 5종으로 하였다.
시료는 2014년에 2회에 걸쳐 채취하였으며, 5월에 채취한 시료 는 테르펜화합물의 정성적 분석에 이용하였고, 동일한 수목에서 7 월에 채취한 시료는 정량적 분석에 이용하였다.
시료는 모두 우리나라 중부지역에 해당되는 충청북도 일원에서 채취하였다. 황벽나무, 초피나무, 계수나무 시료는 충북 청주시 미 원면 미동산수목원에서 채취하였으며, 산초나무, 비목, 화백, 소나 무, 전나무, 잣나무 시료는 충북제천시 한수면 송계리에서 채취하였 다. 편백은 충북 영동군 용화면 자계리 인공조림지에서 채취하였다.

3. 분석 방법

10수종의 잎에 함유된 테르펜화합물을 비교하기 위하여 정성적 분석과 표준물질을 이용한 정량적 방법으로 분석하였다. 정성적 분 석은 Headspace GC/MS 분석에 의해 실시하였으며, 정량적 분석 은 S.D.E.법(Simultaneous steam distillation and extraction apparatus)으로 잎으로부터 추출한 정유를 GC/MSD(GCMSQP2010 Plus, Shimadzu, Japan)기기로 분석하였다.

1) Headspace GC/MS 분석

시료(잎) 1g을 취하여 20ml의 헤드스페이스용 vial에 옮겨 일정 한 온도의 항온조에서 일정시간동안 흔들고 가열하여 상부 기상의 일정량을 채취하여 기체크로마토그래프에 주입하여 분리한 후 질 량분석기의 SCAN모드로 분석하여 테르펜 화합물의 함유여부를 파악하였다.

2) GC/MSD 분석

S.D.E.법으로 각 수종의 잎에서 추출한 농축된 정유 100μl를 취 하여 100ml volume metric flask에 넣은 후 눈금선까지 dichloromethane( CAS No. 75-09-2, Sigma-Aldrich, USA)을 채워 희석 한 후 일정량을 취하여 2ml vial에 옮겨 담아 GC/MSD로 측정하였 다. GC/MSD로 얻은 mass spectrum을 wiley7 및 NIST10 data base로 검색하여 화합물을 동정하였다.
Table 1.
Review results for effective terpene compound.
Terpene compound Effects Related Literature
α-humulene Anti-inflammatory Rogerio et al., 2009
α-phellandrene Insecticide Evergetis et al., 2013; Olayinka et al., 2012
α-pinene Anti-cancer, antioxidant, anti-inflammatory, calm, immune, insecticide, lipolysis, promoting digestion, relaxation, steady, stress reduction Mercier et al., 2009; Juc et al., 2011; Matsuo et al., 2011; Mercier et al., 2009; Mishra et al., 2012; Wang et al., 2012
α-terpinene Antibacterial Aligiannis et al., 2001
β-pinene Antibacterial, anti-cancer, antioxidant, calm, insecticide, lipolysis, promoting digestion, relaxation, steady Juc et al., 2011; Mercier et al., 2009
Bornyl acetate Calm, relaxation, steady, Kawakami et al., 2004
Camphene Lipid-lowering Vallianou et al., 2011
Camphor Anti-cancer, anti-mutagenic Kim et al., 2005; Nikolić et al., 2011
Carene Anti-cancer, improved lung function Falk et al., 1991; Vallianou et al., 2011
Cedrol Calm, relaxation, steady Akutsu et al., 2006; Hori et al., 2012; Umeno et al., 2008
Cineole Antibacterial, anti-cancer, anti-inflammatory, anti-mutagenic, antioxidant, immune Ciftci et al., 2011(a); Ciftci et al., 2011(b); Kim et al., 2005; Mishra et al., 2012; Nikolić et al., 2011; Ruch and Sigler, 1994; Serafino et al., 2008
Limonene Antibacterial, anti-cancer, calm, relaxation, steady Crowell et al., 1991; Crowell et al., 1992; Crowell et al., 1999; Dietrich and Swenberg, 1991; Elegbede et al., 1984; Elegbede et al., 1993; Elson et al., 1988; Gould, 1997; Haag et al., 1992; Kawakami et al., 2004; Kawamori et al., 1996; Lee, 2010; Maltzman et al., 1991; Ruch and Sigler, 1994; Russin et al., 1989; Wattenberg and Coccia, 1991
Linalool Antibacterial, anti-cancer, anti-inflammatory, calm, relaxation, steady Bråred et al., 2012; Kawakami et al., 2004; Park et al., 2012; Usta et al., 2009
Myrcene Anti-mutagenic, antioxidant, immune Ciftci et al., 2011(b); Kim et al., 2005
p-cymene Antibacterial, insecticide Kordali et al., 2008; Rattanachaikunsopon and Phumkhachorn, 2010
γ-terpinene Antibacterial, antioxidant Choi et al., 2000; Lee, 2010; Olayinka et al., 2012
Terpineol Antibacterial, calm, relaxation, steady Kawakami et al., 2004; Park et al., 2012
Terpinolene Antibacterial, anti-cancer, antioxidant Choi et al., 2000; Lee, 2010; Okumura et al., 2012
Trans-caryophyllene Anti-inflammatory Fernandes et al., 2007

결과 및 고찰

1. 분석 대상 물질 선정 결과

수목의 잎에는 수십 가지의 테르펜화합물이 있는 것으로 알려져 있기 때문에 모든 테르펜화합물을 정량분석 하는 데는 여러 가지 제약이 따른다. 더욱이 산림치유 활동에 활용하고자 하는 것을 전 제로 하기 때문에 기존의 연구결과를 바탕으로 유용한 테르펜화합 물을 선정한 결과 19종으로 압축되었다(Table 1).

2. 테르펜화합물에 대한 정성적 분석 결과

Headspace 방법에 의한 정성적 분석은 미량의 테르펜화합물도 검정되는 방법으로 10개 수종에 대한 검정결과는 Table 2와 같다. 계수나무를 제외한 대부분의 수종들이 검정물질 19가지 중 15~18 종의 테르펜화합물이 검정되었다. 특히 전나무와 비목은 (+)-cedrol 을 제외한 18종이 검정되었다.
Table 2.
Detecting the presence or absence of terpene compounds by qualitative analysis.
Terpene compounds Coniferous trees Broadleaf trees


P.dez P.ko A.ho C.ob C.pi Z.pi Z.sc L.er P.am C.ja

(-)-trans-caryophyllene ×
(-)-β-pinene
(+)-cedrol × × × × × × × ×
(+)-α-pinene
( )-camphor × × × × × ×
(1s)-(+)-3-carene
(r )-(+)-limonene
Bornyl acetate
Camphene
Eucalyptol (cineole) × × × × × × × ×
Linalool ×
Myrcene
p-cymene
Terpineol × ×
Terpinolene
α-humulene × ×
α-phellandrene ×
α-terpinene ×
γ-terpinene

Nnumber of terpene species 16 15 18 17 17 17 15 18 15 11

z P.de: Pinus densiflora, P.ko: Pinus koraiensis, A.ho: Abies holophylla, C.ob: Chamaecyparis obtusa, C.pi: Chamaecyparis pisifera, Z.pi: Zanthoxylum piperitum,

Z.sc: Zanthoxylum schinifolium, L.er: Lindera erythrocarpa, P.am: Phellodendron amurense, C.ja: Cercidiphyllum japonicum.

(-)-β-pinene, (+)-α-pinene, (1s)-(+)-3-carene, (r)-(+)-limonene, Bornyl acetate, Camphene, Myrcene, p-cymene, Terpinolene, γ-terpinene 등 10가지 테르펜화합물은 침엽수와 활엽수 구분 없 이 공통적으로 검정되었다.
(+)-cedrol은 10가지 수종 중 편백과 초피나무에서만 검정되었 고, Eucalyptol(cineole)은 전나무와 비목에서만 검정되어 전반적 으로 침엽수와 활엽수간에 큰 차이를 보이지는 않았다.

1) 침엽수종 정성분석 결과

19종의 테르펜화합물 중 전나무 18종, 편백‧화백은 17종, 소나 무는 16종, 잣나무는 15종의 테르펜화합물이 검정되었다. 그 중 (-)-trans-caryophyllene, (-)-β-pinene, (+)-α-pinene, (1s)-(+)-3- carene, (r)-(+)-limonene, Bornyl acetate, Camphene, Myrcene, p-cymene, Terpineol, Terpinolene, α-phellandrene, α-terpinene, γ-terpinene 등 14종은 5종의 침엽수에서 모두 공통적으로 검정되 었다. 그러나 (+)-cedrol은 편백에서, Eucalyptol(cineole)은 전나 무에서만 유일하게 검정되었다. Linalool 성분은 소나무, 전나무, 편백, 화백에서 모두 검정되었으나 잣나무에서는 검정되지 않았으 며, α-humulene도 소나무, 잣나무, 전나무, 화백에서 모두 검정되 었으나 편백에서는 검정되지 않았다(Table 2).

2) 활엽수종 정성분석 결과

19종의 테르펜화합물 중 초피나무는 17종, 산초나무는 15종, 비 목은 18종, 황벽나무는 15종, 계수나무는 11종의 테르펜화합물이 검정되었다. 그 중 (-)-β-pinene, (+)-α-pinene, (1s)-(+)-3-carene, (r)-(+)-limonene, Bornyl acetate, Camphene, Linalool, Myrcene, p-cymene, Terpinolene, γ-terpinene 등 11종은 5종의 활엽수에 서 모두 공통적으로 검정되었다. 특히 (+)-cedrol은 5종의 활엽수 중 산초나무에서, (±)-camphor과 Eucalyptol(cineole)은 비목에 서만 유일하게 검정되었다(Table 2).

3. 테르펜화합물에 대한 정량적 분석 결과

테르펜화합물을 산림치유활동에 활용하기 위해서는 이에 대한 정성적 분석뿐만 아니라 정량적 분석과 수율 또한 중요하다. 따라 서 침엽수 5종과 초피나무, 산초나무, 비목 등 활엽수 3종에 대하여 잎으로부터 S.E.D.법으로 정유를 추출하여 함유된 테르펜화합물 을 정량화 하였다.
그 결과 Table 3과 같이 테르펜화합물 종류별 함유량은 활엽수 에 비하여 침엽수에 많은 것으로 분석되었다. 잎으로부터 추출한 정유의 수율도 편백 > 전나무 > 화백 > 잣나무 > 소나무 등의 순으 로 나타났으며, 편백나무에 비하여 활엽수종의 수율은 1/(9~10) 수준으로 낮게 나타났다.
Table 3.
The amount of the terpene compound and essential oil yield by quantitative analysis.
Terpene compound Terpene concentration of oil extracted from the leaves (ng/g)

P.dez P.ko A.ho C.ob C.pi Z.pi Z.sc L.er

(-)-trans-caryophyllene 1431.136 1306.843 4377.151 297.471 529.860 345.392 306.277 1481.803
(-)-β-pinene 109.529 148.251 102.527 158.652 64.250 9.670 5.054 22.692
(+)-cedrol 5.600 3.871 11.079 2470.223 435.933 3.085 1.393 3.947
(+)-α-pinene 586.480 1156.975 1931.510 988.185 2546.554 206.727 40.130 38.435
(±)-camphor 0.167 0.262 0.571 0.362 2.422 0.036 0.079 0.457
(1s)-(+)-3-carene 10.738 214.139 14652.166 68.728 11857.261 8.076 5.509 8.717
(r )-(+)-limonene 102.649 643.808 2303.992 5030.237 778.323 428.844 44.885 16.115
bornylacetate 270.348 1119.673 13140.801 5944.036 6339.584 9.896 7.455 117.879
Camphene 90.746 533.761 2905.915 235.330 120.332 6.796 4.267 23.985
Eucalyptol (cineole) 0.009 0.000 0.804 0.000 0.007 29.157 0.000 0.383
Linalool 20.995 24.128 423.586 175.366 82.995 89.204 187.637 51.110
Myrcene 285.024 190.389 4321.160 1917.618 1438.414 188.099 49.707 8.992
p-cymene 9.702 11.114 43.426 100.093 38.245 7.397 6.531 8.672
Terpineol 14.827 8.558 38.063 61.477 8.634 7.828 2.191 1.237
Terpinolene 317.853 679.348 1272.393 822.535 1484.080 42.619 32.135 9.082
α-humulene 290.658 299.799 1439.119 277.387 43.670 253.472 486.345 793.619
α-phellandrene 15.045 58.457 64.259 96.019 34.919 11.830 25.929 13.005
α-terpinene 16.013 58.060 113.704 429.392 46.928 9.606 10.751 7.550
γ-terpinene 21.250 27.688 203.308 2062.833 87.178 11.255 16.035 11.569

Oil yield (ml) 0.23±0.07 0.26±0.08 0.90±0.22 1.53±0.31 0.52±0.12 0.16±0.01 0.12±0.03 0.19±0.09

z P.de: Pinus densiflora, P.ko: Pinus koraiensis, A.ho: Abies holophylla, C.ob: Chamaecyparis obtusa, C.pi: Chamaecyparis pisifera, Z.pi: Zanthoxylum piperitum,

Z.sc: Zanthoxylum schinifolium, L.er: Lindera erythrocarpa.

특별히 농도가 높은 수종을 살펴보면 항염효과가 있는 것으로 조사된 trans-caryophyllene(Fernandes et al., 2007)은 전나무에 서 가장 농도가 높았으며, 그 다음으로는 비목(활엽수) > 소나무 > 잣나무 순으로 나타났다. 면역 및 항암, 항산화, 항염, 진정 등의 다 양한 효과가 있는 것으로 알려진 α-pinene(Mercier et al., 2009; Jucá et al., 2011; Matsuo et al., 2011; Mercier et al., 2009; Mishra et al., 2012; Wang et al., 2012)은 화백 > 전나무 > 잣나 무 > 편백 등의 순으로 나타났다. 폐기능향상과 항암 효과가 있는 것으로 조사된 carene(Falk et al., 1991; Vallianou et al., 2011)의 경우 전나무와 화백에서 월등히 높은 농도인 것으로 분석되었다. 항균, 항암, 진정 효과가 있는 것으로 조사된 limonene(Crowell et al., 1991; Crowell et al., 1992; Dietrich and Swenberg, 1991; Elegbede et al., 1984; Elegbede et al., 1993; Elson et al., 1988; Gould, 1997; Haag et al., 1992; Kawamori et al., 1996; Wattenberg and Coccia, 1991)은 편백 > 전나무 > 화백 순으로 높았으며, 편백과 전나무 두 수종이 타수종에 비하여 월등히 높은 것으로 나 타났다. 진정, 이완 효과가 있는 것으로 조사된 bornyl acetate (Kawakami et al., 2004)는 전나무 > 화백 > 편백 순으로 나타났으 며, 타수종에 비해 전나무가 월등히 높은 것으로 나타났다. 이 외에 도 지질감소 효과가 있는 camphene(Vallianou et al., 2011), 면역 및 항산화 효과가 있는 myrcene(Ciftci et al., 2011(b); Kim et al., 2005), 항염 효과가 있는 것으로 조사된 humulene(Rogerio et al., 2009) 등도 전나무에서 가장 높은 것으로 분석되었다.

적요

본 연구는 유전적 특성이 다른 몇 가지 수종의 테르펜화합물의 구성을 비교함으로써 수종별 특성 차이를 검정하고자 하였다.
수목의 잎에 함유된 테르펜화합물은 Headspace GC/MS으로 정성적 분석을 실시하였으며, SDE법(Simultaneous steam distillation and extraction apparatus)으로 잎에서 추출한 정유를 GC/MSD(GCMS-QP2010 Plus, Shimadzu, Japan)로 정량 분석 을 하였다.
정성적 분석결과 검정하고자 한 19종의 테르펜화합물중 대부분 의 수종에서 15~18종의 테르펜화합물이 검정되어 침엽수와 활엽 수 간에 큰 차이가 없는 것으로 나타났다. 그러나 정량적 분석결과 에서는 침엽수인 편백이 활엽수보다 잎에서 추출한 정유 수율이 9~10배 정도로 높게 나타났으며, 정유 수율은 편백 > 전나무 > 화 백 > 잣나무 > 소나무 등의 순으로 나타났다.
수종별 테르펜화합물의 정량적 특성으로 trans-caryophyllene 은 전나무 > 비목(활엽수) > 소나무 > 잣나무 순으로 나타났다. α- pinene은 화백 > 전나무 > 잣나무 > 편백 등의 순으로 나타났다. carene은 전나무와 화백에서 농도가 월등히 높았다. limonene은 편백 > 전나무 > 화백 순으로 높았으며, bornyl acetate는 전나무 > 화백 > 편백 순으로 나타났다. camphene, myrcene, humulene 등 도 전나무에서 가장 농도가 높은 것으로 분석되었다.
이상의 결과를 종합하면 일반적으로 활엽수에 비하여 침엽수 잎 에 함유된 테르펜화합물의 농도가 높고, 침엽수 중 전나무는 편백 에 비하여 수율이 59% 정도로 낮지만 trans-caryophyllene, α- pinene, carene, bornyl acetate, camphene, myrcene, humulene 등과 같은 유용테르펜화합물의 농도는 편백보다 높은 것으로 분석 되었다.
편백나무 숲은 치유효과가 높은 것으로 이미 잘 알려져 있으며, 다양한 산림치유 활동이 편백나무 숲에서 이루어지고 있다. 그러나 편백나무는 우리나라 남부지역에 제한적으로 조림되어 있는 실정 이다. 따라서 전나무뿐만 아니라 편백나무와 성상이 비슷하지만 내 한성이 강한 화백도 편백에 비하여 높은 농도의 유용물질도 함유하 고 있기 때문에 기후적으로 온대중부 이북에 속하는 곳에서는 치유 의 숲에 편백을 대체할 수 있는 조림 수종으로 전나무와 화백을 주 목할 필요가 있을 것이다.
V.
V.

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