이름 : 이현숙(李賢淑)
출생 : 1957년
현재 : 성신여자대학교 문화산업대학원 예절다도학 강사
동국대학교 불교대학원 차문화콘텐츠학과 강사
학력 : 성신여자대학교 문화산업대학원 (예절다도학 전공)
성신여자대학교 대학원 식품영양학과 (차학 전공)
이학박사
<논문>
석사학위논문: 조선시대 차 산지 연구
박사학위논문: 한국 녹차의 채엽 시기별 주요 성분 분석 및 항균 특성
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<학위논문초록>
한국 녹차의 채엽 시기별 주요성분 분석 및 항균 특성
이 현 숙
식품영양학과
성신여자대학교 대학원
논 문 개 요
본 연구는 녹차의 생리적 유용성을 높여주는 주요 성분의 함량을 채엽 시기별로 분석하고, 이에 따른 항균 특성을 탐색하였다. 이는 차의 기능성을 결정하는 채엽 적기(適期)를 활용한 다양한 차(茶) 제품의 개발을 통해 차산업의 활성화에 체계적으로 이용할 수 있는 기초 자료를 확보하고자 수행되었다.
본 연구의 시료는 전남 구례 소재의 시범포에서 시기별로 채엽하여 덖음 녹차를 만들어 사용하였다. 채엽 시기는 제1시기(2009년 4월 17일), 제2시기(5월 6일), 제3시기(5월 28일), 제4시기(6월 22일), 제5시기(7월 23일)이다.
채엽 시기에 따른 녹차의 주요 성분은 HPLC를 이용하여 카테킨류, 총폴리페놀, 카페인, 총아미노산과 Vitamin C의 함량을 분석하였다. 또 채엽 시기별 녹차의 항균 특성을 살펴보기 위하여 녹차의 water 추출물과 methanol 추출물을 제조하였다. 여기에 9종의 미생물(Escherichia coli, Salmonella choleraesuis subsp. choleraesuis, Salmonella choleraesuis subsp. choleraesuis, Staphylococcus aureus subsp. aureus, Streptococcus sobrinus(ATCC 27351), Streptococcus sobrinus(ATCC 27607), Streptococcus mutans, Porphyromonas gingivalis, Prevotella intermedia)을 대상으로 생육 저해환을 이용하여 항균 특성을 검색하였다. methanol 추출물을 용매별로 분획하여 각 분획물별 항균 활성을 조사하고, 다시 HPLC로 분석하였다. 그리고 항균 활성 물질의 열과 pH에 대한 안정성을 생육 저해환 측정으로 살펴보았다. 이상의 방법으로 다음과 같은 결과를 얻었다.
1. 채엽 시기별 녹차의 일반 성분 함량은 조단백질 19.8~30.0g%, 조지방 0.19~0.26g%, 탄수화물 61.41~68.11g%, 조회분 5.3~5.8g%, 수분 2.7~6.1g%로 나타났다. 각 채엽 시기별 녹차의 일반성분 함량의 비교를 통해서 채엽 시기에 따른 차이가 있음을 확인할 수 있었다.
2. 채엽 시기별 녹차의 주요 성분의 함량은 다음과 같이 나타났다. 먼저 총카테킨 함량은 제1시기 16.73, 제2시기 17.18, 제3시기 17.58 제4시기 17.83, 제5시기 18.96g%로 나타났다. 총카테킨 함량은 제5시기(7월 하순)에 18.96g%으로 가장 많았으며, EGCg, EGC, EC도 제5시기(7월 하순)에 가장 많았다. 총카테킨 함량은 채엽 시기가 늦어질수록 증가하는 경향을 보였다.
주요 카테킨의 조성은 채엽 시기에 관계없이 EGCg> ECg> EGC> EC의 순으로 함유되어 있었다. 카테킨 종류별로 살펴보았을 때, 채엽 시기가 늦어짐에 따라 증가하는 것은 GC, EGC, EC, EGCg이며, 감소하는 것은 C, GCg, ECg로 나타났다.
3. 채엽 시기에 따른 총폴리페놀 분석 결과는 22.71~26.46g% 까지 함유되어 있음을 볼 수 있다. 총폴리페놀 함량은 채엽 시기가 늦어지면서 유의적 차를 나타내며(p<0.01) 증가하였다.
4. 채엽 시기에 따른 카페인 함량 분석결과는 제1시기 2.73, 제2시기 2.48, 제3시기 2.41, 제4시기 2.16, 제5시기 2.15g%로 나타났다. 카페인 함량은 유의적(p<0.01)으로 시기가 늦어질수록 점차 감소하는 것으로 나타났다.
5. 채엽 시기에 따른 데아닌 함량은 제1시기 1.75, 제2시기 1.61, 제3시기 1.56, 제4시기 1.38, 제5시기 1.00g%로 나타났다. 데아닌 함량은 채엽 시기가 늦어짐에 따라 유의적 차를 나타내며(p<0.001) 지속적으로 감소하는 것으로 나타났다. 다시 말해 채엽 시기가 빠를수록 데아닌과 총아미노산 함량이 많았다.
6. 녹차의 채엽 시기에 따른 Vitamin C 함량은 제1시기 344.43, 제2시기 407.26, 제3시기 294.94, 제4시기 245.99, 제5시기 165.29mg%로 나타났다. Vitamin C 함량은 제2시기에 407.26mg%로 가장 많았으나, 제2시기 이후, 채엽 시기가 늦어지면서 유의적 차를 보이며(p<0.01) 감소하는 것으로 나타났다.
7. 채엽 시기별 녹차 추출물 용매별 분획물의 수율은 Methanol 추출 분획물 이 33.70%, Chloroform 분획물이 12.02%, Ethylacetate 분획물이 1.15%, n-Hexane 분획물이 9.85%, Butanol 분획물이 5.65%, Water 분획물이 1.64%였다. 특히 Ethylacetate 분획물과 Water 분획물이 아주 낮은 수율을 보였다.
8. 채엽 시기별 항균성 검색에 사용된 총 9가지 균주에 대해 물과 methanol추출물에 대해 모두 항균 활성을 보였다. 채엽 시기별로 살펴본 항균 활성은 제3시기(5월 하순)가 water 추출물과 Methanol 추출물이 높은 항균 활성을 보이며, 유의적(p<0.05, p<0.01)으로 높게 나타났다.
9. Methanol 추출 분획물의 항균 활성 억제 효과를 살펴본 결과, Ethylacetate 분획물에서 생육저해환의 크기는 Escherichia coli 에서 12.67±0.23mm에서 Streptococcus sobrinus 13.73±0.33mm로 유의적(p<0.001)으로 나타났다. 그 다음으로 n-Hexane 분획물에 대해서도 항균 활성을 나타내었다. Staphylococcus aureus 가 8.19에서 Porphyromonas gingivalis 가 9.46까지 유의적(p<0.01 ~0.0001)으로 나타났다. Butanol 분획물에서는 Streptococcus mutans 가 7.79에서 Salmonella choleraesuis 가 8.76으로 유의적(p<0.01) 차로 약간의 항균 효과가 나타났다.
Chloroform 분획물과 Water 분획물에 있어서는 항균 효과가 나타나지 않았다. Methanol 추출 분획물의 항균 활성 억제 효과는 Ethylacetate 분획물의 생육저해환이 실험 균주 전부에 대해 강한 항균 효과를 나타냄을 확인하였다.
10. methanol 추출물의 각 분획물별 HPLC 분석 결과, Ethylacetate 분획물에서, EGCg 가 가장 많이 검출되었으며, ECG> EGC> EC의 순으로 검출되었다. Ethylacetate 분획물 속에 카테킨이 다량 존재함을 확인하였다.
이를 통해 차의 성분 중 항균 효과를 갖는 것이 카테킨 중 EGCg, ECG, EGC, EC 임을 다시 확인할 수 있었다.
11. 열에 대한 안정성은 실험 균주 모두에 대하여 안정한 것으로 나타났다. 생육저해환의 크기는 40℃에서 110℃까지는 온도가 높아짐에 따라 그 크기가 약간 더 크게 나타나 항균 활성이 증가함을 보였으며, 130℃로 높아지면서는 약간 감소하는 경향을 보였다.
12. pH에 대한 안정성은 pH 7에서 2로 낮아짐에 따라, 또 pH 9에서 pH 11로 높아짐에 따라 생육저해환의 크기가 유의적(p<0.01)으로 감소하는 경향을 보였다. 그러나 9종의 균들은 pH 2, 5, 7, 9, 11사이에서 약간의 차이는 보이며, pH에 있어서 대체로 안정한 것으로 나타났다.
13. 채엽 시기별로 카테킨 중 항균 효과가 높은 EGCg, ECG, EGC, EC 함량이 가장 많은 시기는 제5시기로 나타났다. 그러나 차를 물에 우려서 음용하는 것임에 물 추출물의 항균 활성이 가장 크게 나타난 시기가 제3시기(5월 하순)라는 결과를 비교분석했을 때, 녹차의 항균 활성을 나타내는 성분인 EGCg, ECG, EGC, EC 함량이 많은 제5시기가 아니라는 점에 주목하게 된다. 즉, 카테킨의 항균 활성이 함량의 많음만으로 결정되는 것이 아닌 것으로 사료된다.
이상의 결과, 채엽 시기에 따라 차잎의 주요 성분의 함량 차이가 있음과 항균 특성이 차(茶)의 카테킨임을 확인할 수 있었다.
제품의 생산시 채엽 시기의 적기(適期) 산출은 가장 기본적으로 확보되어야 할 기초자료로써 기능성 식품인 차 제품마다의 기능성에 맞추어 주요 성분의 함량이 적기인 시점에 채엽을 하여 생산해내는 시스템을 확보, 발전시켜 나아가야 할 것이다. 이는 경제적 효용성을 확보하는 방안으로 앞으로의 차산업 발전의 체계적이고 차별화될 수 있는 한 방안이 될 수 있을 것이다.
또한 경제 발전과 함께 외식 산업의 증대는 각종 질환의 감염 위험에 노출되어 있다. 국민 건강의 예방을 위해 천연 항균제인 차 음용의 생활화를 통해 각종 질환을 예방할 수 있을 것으로 사료된다. 따라서 본 연구를 통한 한국 녹차의 채엽 시기에 따른 주요 성분과 차의 항균 특성이 앞으로의 한국 차산업 문화 발전의 기초 자료로 활용되기를 기대해본다.
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ABSTRACT
Analysis of main ingredients and antibacterial characteristics for harvesting time of Korean green tea leaves
This research intends to analyze amount of major ingredients in green tea enhancing biological availability for harvesting time, and to find out antibacterial characteristics in green tea. In addition, this research is carried out to acquire basic data to be utilized more systematically in order to develop various tea products using suitable harvesting time and find how to utilize it. Sample for this research is acquired by harvesting tea leaves for each season at a tea field located in Gurei, Jeonnam and then making them mixed green tea. For major ingredients of green tea, their amount of catechin, total polyphenol, caffeine, total amino acid and vitamin C are measured using HPLC.
In order to verify antibacterial characteristics of green tea for each harvesting time, water extractions of green tea and methanol are produced. And antibacterial activation is verified using clear zone for 9 microorganisms (Escherichia coli, Salmonella choleraesuis subsp. choleraesuis, Salmonella choleraesuis subsp. choleraesuis, Staphylococcus aureus subsp. aureus, Streptococcus sobrinus(ATCC 27351), Streptococcus sobrinus(ATCC 27607), Streptococcus mutans, Porphyromonas gingivalis, Prevotella intermedia).
In addition, extractions from methanol are separated by each solvent and its antibacterial activation of each separation is examined and then analyzed using HPLC again. And stability of heat and pH for antibacterial activation substance which was proved to be a clear zone is measured. And finally the following results are acquired.
1. The amount of general ingredient in green tea for each harvesting time shows crude protein of 19.8~30.0g%, crude fat of 0.19~0.26g%, carbohydrate of 61.41~68.11g%, crude lime of 5.3~5.8% and water of 2.7~6.1g%. And it is proved that there is difference depending on harvesting time by comparing the amount of general ingredients for each harvesting time.
2. The amount of major ingredients in green tea is shown as following for each harvesting time. First of all, for total amount of catechin shows 16.73g% for the first harvesting time, 17.18g% for the second time, 17.58g% for the third time, 17.83g% for the fourth time and 18.96g% for the fifth time. The amount of total catechin showed the highest point with its 18.96g% at the fifth time (late July) and the amount of EGCg, EGC and EC also reached at its highest point (late July). The total amount of catechin shows that the later the harvesting time is getting, the higher its amount is getting.
3. The total amount of polyphenol for each harvesting time has been proved to show 22.71~26.46g%. As the harvesting time is getting late, total amount of polyphenol has increased showing a meaningful difference (p<0.01).
4. The amount of caffeine for each harvesting time showed 2.73g% for the first harvesting time, 2.48g% for the second time, 2.41g% for the third time, 2.16g% for the fourth time and 2.15g% for the fifth time. The amount of caffeine showed that its amount decreased as harvesting time is getting late with meaningfulness of (p<0.01).
5. The amount of theanine for each harvesting time showed 1.75g% for the first harvesting time, 1.61g% for the second time, 1.56g% for the third time, 1.38g% for the fourth time and 1.00g% for the fifth time, which means that the later its harvesting time is getting, the little its amount is continuously getting with meaningfulness of (p<0.001). And the earlier the harvesting time is the higher its theanine and total amino acid amount is getting.
6. The amount of Vitamin C in green tea for each harvesting time shows 344.43 mg% for the first harvesting time, 407.26 mg% for the second time, 294.94 mg% for the third time, 245.99 mg% for the fourth time and 165.29 mg% for the fifth time. It reached at the highest point of 407.26mg% for the second harvesting time, and after the second harvesting time, it showed the decrease as the harvesting time is getting late with meaningfulness of (p<0.01).
7. A total of 9 strains used to search antibacterial characteristics for each harvesting time all showed antibacterial characteristics against water and methanol extractions. Antibacterial activation for each harvesting time showed high meaningful point against water and methanol extractions for its third harvesting time (p<0.05, p<0.01).
8. For effects of inhibiting antibacterial activation for methanol extractions, the size of clear zone for ethylacetate separation showed 12.67±0.23 for Escherichia coli and 13.73±0.33 for treptococcus sobrinus with its meaningful level of (p<0.001). And then separation of n-Hexane also showed antibacterial activation, its size was 8.19 for Staphylococcus aureus and 9.46 for Porphyromonas gingivalis with its meaningful level of (p<0.01 ~0.0001). Separation of butanol showed a slight antibacterial effect with its value of 7.79 for Streptococcus mutans and 8.76 for Salmonella choleraesuis with a meaningful level of (p<0.01). Effect for inhibiting antibacterial activation of methanol extraction is proved that clear zone of Ethylacetate separation shows a strong antibacterial effect.
9. As the result of HPLC analysis for each separation from methanol extractions, Ethylacetate separation showed a order of EGCg> ECG> EGC> EC. Through this analysis, antibacterial substances from ingredients of green tea are proved to be EGCg, ECG, EGC, EC again among Catechin.
10. Stability for heat and pH is proved to be stable for all experimental strains. Although antibacterial characteristic showed an increase as the temperature is rising from 40℃ to 110℃, it was a little decreased as the temperature has risen to 130℃. For the stability for pH, antibacterial characteristics has decreased as pH is lowered from 7 to 2 and gets higher from 9 to 11 while it shows a meaningful level of (p<0.01).
11. The highest portion of EGCg, ECG, EGC and EC which have the highest antibacterial effects among catechin for each harvesting time has appeared at the fifth time. As people take green tea as water-mixed and boiled liquid, and given that the highest antibacterial activation is the third time (late May), it is necessary note that time when the amount of EGCg, ECG, EGC and EC for antibacterial activation is not the fifth time. In other words, it is believed that antibacterial activation of catechin is not determined by its amount.
From all mentioned above, it is proved that there is difference in amount of major ingredients in green tea for each harvesting time. Based on this analysis, it is expected that tea industry is expected to be more advanced as long as manufacturers identify best time for harvesting tea meeting functionality of tea products and produce tea by acquiring effective system.
In addition, this research is expected to be used as good material to let people know various functions of tea preventing various diseases and expedite tea drinking in people's daily life enhancing people's health.
