Discrimination model of cultivation area of Corni Fructus using a GC-MS-Based metabolomics approach

It is believed that traditional Korean medicines can be managed more scientifically through the development of logical criteria to verify their region of cultivation, and that this could contribute to the advancement of the traditional herbal medicine industry. This study attempted to determine such criteria for Sansuyu. The volatile compounds were obtained from 20 samples of domestic Corni fructus (Sansuyu) and 45 samples of Chinese Sansuyu by steam distillation. The metabolites were identified in the NIST Mass Spectral Library via the obtained gas chromatography/mass spectrometer (GC/MS) data of 53 training samples. Data binning at 0.2 min intervals was performed to normalize the number of variables used in the statistical analysis. Multivariate statistical analyses, such as principle component analysis (PCA), partial least squares-discriminant analysis (PLS-DA), and orthogonal partial least squares-discriminant analysis (OPLS-DA) were performed using the SIMCA-P software package. Significant variables with a variable importance in the projection (VIP) score higher than 1.0 were obtained from OPLS-DA, and variables that resulted in a p-value of less than 0.05 through one-way ANOVA were selected to verify the marker compounds. Finally, among the 11 variables extracted, 1-ethylbutyl-hydroperoxide (9.089 min), nonadecane (20.170 min), butylated hydroxytoluene (25.319 min), 5β,7βH,10α-eudesm-11-en-1α-ol (25.921 min), 7,9-bis(2-methyl-2-propanyl)-1-oxaspiro[4.5]deca-6,9-diene-2,8-dione (34.257 min), and 2-decyldodecyl-benzene (54.717 min) were selected as markers to indicate the origin of Sansuyu. The statistical model developed was suitable for the determination of the geographical origin of Sansuyu. The cultivation areas of four Korean and eight Chinese Sansuyu samples were predicted via the established OPLS-DA model, and it was confirmed that 11 of the 12 samples were accurately classified.

GC-MS 기반 대사체학 기법을 이용한 산수유의 산지판별모델

생약의 원산지를 판별하는 논리적인 일련의 기준을 개발한다면, 현재 유통되는 한약을 좀 더 과학적으로 관리 할 수 있을 것이다. 이러한 노력은 전통적인 한약 산업 발전에 기여할 것이라고 사료된다. 산수유의 원산지 판별법을 개발하기 위해, 본 연구에서는 우선 국산 산수유와 중국산 산수유를 각각 수증기 증류하고 이 때 얻은 휘발성분을 GC/MS를 이용하여 분석하였다. NIST mass spectral library의 데이터베이스로부터 정성분석한 결과를 바탕으로 데이터를 범주화(binning)하여 변수를 얻고, 이에 대하여 PCA, OPLS-DA 등 다변량 통계 분석을 수행함으로써 신속, 정확하게 국산 산수유와 중국산 산수유의 산지를 판별할 수 있는 산지 판별모델을 확립하였다. 산지 판별모델 개발을 위해서 학습집합(n=53)을 분석하여 산지 판별모델을 수립한 후, 검증집합(n=12)을 산지 판별모델에 적용함으로써 그 타당성을 확인하였다. 더불어 1-ethylbutyl-hydroperoxide, nonadecane, butylated hydroxytoluene, 5β,7βH,10α-Eudesm-11-en-1α-ol, 7,9-bis (2-methyl-2-propanyl)-1-oxaspiro[4.5]deca-6,9-diene-2,8-dione, 그리고 2-decyldodecyl-benzene 등 6개의 마커성분을 선정할 수 있었다. 최근에 NMR을 활용한 산수유 원산지 판별에 대한 보고는 있었으나, GC/MS를 기반으로 한 대사체학 연구기법을 이용하여 산지판별 모델을 제시하는 것은 최초의 보고로서 그 의미가 크다. 본 연구결과를 활용하여 한약의 원산지 판별모델 확립과 산수유 원산지의 과학적인 관리에 적용할 수 있으리라 사료된다.