표본과 야외조사를 기초로 한국산 황기속의 분류학적 재검토가 이루어 졌다. 그 결과 한반도에는 다음과 같은 8종 1변종이 분포하는 것으로 밝혀졌다 A. laxmannii subsp. laxmannii (자주개황기), A. dahuricus (자주황기), A. sikokianus (강화황기), A. uliginosus (개황기), A. schelichowii (긴꽃대황기), A. setsureianus (설령황기), A. mongholicus var. dahuricus (황기), A. mongholicus var. nakaianus (제주황기), A. sinicus (자운영). 최근의 황기속에 대한 분류학적 연구결과들을 참조하여 한국산 종들의 학명이 재정리 되었다. 기존에 탐라황기를 포함한 자주개황기의 학명으로 쓰이던 A. adsurgens를 A. laxmannii subsp. laxmannii에 포함시켰다. 한반도 특산으로 강원도에서 처음 기재된 정선황기는 강화황기와 동종으로 판단되었다. 한편 한국산으로 잘 알려져 있지 않던 설령황기와 긴꽃대황기에 대해 분류학적 실체와 형태적 특징을 자세히 밝혔다. 또한 한국산 종들의 이명을 포함한 학명 정리와 분류학적 견해를 기술하고 검색표를 작성하였다.
목적 : 황기가 혈관 신생 작용이 있는지에 관하여 관찰한다. 황기는 상처의 치유나 허혈성 질환에 효과를 나타내는 것으로 알려져있다. 이러한 효과가 황기의 혈관 신생작용과의 관련성을 이해하며 향후 임상에 쓰일 수 있는 황기 약침액 개발을 위한 기초 자료를 목표로 한다. 방법 : 황기의 혈관 신생 작용의 관찰을 위하여 human umbilical vein endothelial cells(HUVECs)와 Matrigel angiogenesis model을 이용하여 연구하였다. 결과 : 황기는 용량에 따라서 HUVECs의 증식을 나타내었다. 또한 혈관 내피 세포의 이동과 관형 형성을 보였다. 혈관 신생 물질인 basic fibroblast growth factor(bFGF)가 황기에 의해 증가하였다. Matrigel angiogenesis model에서 황기는 조직학적으로 혈관 형성을 촉진하였으며,헤모글로빈의 증가를 나타내었다.
본 연구는 식품소재로서의 활용가능성이 높고 생리활성 효과가 우수한 황기분말을 농도별로 첨가(0.5%, 1.0%, 1.5%, 2.0%)하여 어묵을 제조하고 품질특성을 측정하였다. 수분함량은 황기분말의 첨가여부에 관계없이 유의적인 차이는 나타나지 않았으며 pH는 전체적으로 6.75-6.86의 범위를 나타내었다. L값은 황기분말의 첨가량 증가에 따라 유의적인 차이는 나타나지 않았으나 a값은 높아지고 b값은 낮아지는 경향을 나타내었다. 황기분말 첨가 어묵의 절곡 검사 결과는 모든 시료에서 AA로 측정되어 황기분말의 첨가가 어묵의 유연성에 영향을 미치지 않았으며 기계적 조직감 중 강도(strength)는 황기분말의 첨가량이 증가할수록 높아지는 경향을 나타내었고 검성(gumminess), 응집성 (cohesiveness), 파쇄성(brittleness)은 황기분말 2.0% 첨가구가 가장 높게 측정되었다. 황기분말 첨가 어묵의 관능적특성 중 생선 비린내 정도(fishy smell)는 황기분말의 첨가량 증가에 따라 강도의 정도가 약해졌으며 구수한 냄새의 정도(savory smell)는 황기분말 1.0% 첨가구가 가장 높은 점수를 보였다. 구수한 맛의 정도(savory taste)는 황기분말 1.0% 첨가구가 6.27로 가장 높은 점수를 나타내었으며 느끼한 맛의 정도(oily taste)는 황기분말 첨가량의 증가에 따라 약해지는 것으로 평가되었다. 황기맛의 정도(Astragalus membranaceus taste)는 황기냄새의 정도와 마찬가지로 황기분말의 첨가량이 증가할수록 강하게 평가되었으며 관능적 조직감의 정도는 각 시료간 유의적인 차이가 나타나지 않았다. 관능적 선호도 평가결과, 황기분말 1% 첨가구가 냄새, 맛, 조직감, 전반적인 선호도 항목에서 가장 우수함을 나타내었다.
본 연구에서는 제주황기(Astragalus nakaianus)의 분류학적 위치를 명확히 하고 한국산 재배황기(A. mongholicus cultivar)의 올바른 학명을 부여하기 위하여 외부형태형질과 ITS 그리고 5구간의 cp non-coding DNA의 염기서열을 조사하였다. 또한 9개의 마이크로새털라이트 마커를 이용하여 3집단 61개체에 대한 유전적 구조가 분석되었다. 그 결과, 남한산 재배황기와 A. mongholicus var. dahuricus 사이에서는 형태와 ITS 염기서열상에서 유의한 차이점이 없었다. 제주황기는 A. mongholicus var. mongholicus 그리고 var. dahuricus와 줄기의 습성, 식물체의 길이, 엽축의 길이, 소엽의 길이 등에서 형태적으로 차이를 보였다. ITS와 cp non-coding 구간 염기서열에서 제주황기는 황기(A. mongholicus)와 차이점을 보이지 않았지만, 마이크로새털라이트 분석에서 제주황기와 남한산 재배황기간에 뚜렷하게 구분된 구조를 보였다. 이러한 결과들을 보았을 때, 한국산 재배황기는 A. mongholicus var. dahuricus로 처리해야 하며 제주황기는 A. mongholicus의 변종으로서 취급되어야 한다.
국내에 자생하는 황기속(Astragalus L.) 식물인 정선황기(A. koraiensis)의 핵형을 분석하고, 5S 및 45S rDNA 유전자를 이용한 FISH 실험에 기초하여 세포유전학적 연구를 수행하였다. 핵형 분석 결과, 정선황기의 체세포 염색체수는 2n = 16으로, 기본 염색체수는 x = 8임을 확인하였다. 염색체 조성은 6쌍의 중부염색체(염색체 1, 3, 4, 5, 6, 8)와 2쌍의 차중부염색체(염색체 2, 7)로 구성되었다. 정선황기의 염색체상에서의 FISH 결과, 1쌍의 45S rDNA signal이 5번 염색체의 동원체 부위에서 관찰되었고, 2쌍의 5S rDNA signal이 4번 염색체의 단완 말단부위와 7번 염색체의 동원체 부위에서 관찰되었다. 이는 기존의 황기 및 제주황기, 몽골황기(A. mongholicus) 와는 전혀 다른 FISH 패턴을 보이고 있어 정선황기가 고유종임을 암시하지만, 형태학적으로 유사한 갯황기(A. sikokianus) 및 A. bhotanensis 와의 비교연구를 수행하여 정확한 분류학적 처리가 이루어져야 할 것이다.
기원식물별, 재배연수별 황기 에탄올 추출물의 항산화활성 및 NO 생성능을 측정한 결과, 총 폴리페놀 함량은 몽고황기 2년근, 4년근 및 6년근이 각각 45.3 mg/g, 71.3 mg/g 및 78.0 mg/g으로 황기에 비해 더 많은 양이 함유되어 있었으며, 총 플라보노이드 함량 또한 총 폴리페놀 함량과 마찬가지로 몽고황기가 더 많은 양의 총 플라보노이드를 함유하고 있었다. 기원식물별 추출물의 항산화활성 측정 결과, 황기에 비해 몽고황기의 DPPH radical 소거활성이 높았으며, 재배 연수별로는 몽고황기 4년근이 가장 활성이 높았고($IC_{50}$=3.54 mg/mL), 기원식물별 $ABTS^+$ radical 소거활성은 2년근을 제외한 4년근 및 6년근에서는 몽고황기의 $ABTS^+$ radical 소거활성이 높았다. 기원식물에 따른 NO 생성능은 재배기간이 동일한 경우 황기에 비해 몽고황기에서 NO 생성능이 더 높았다. 몽고황기는 모든 연근에서 무처리구에 비해 NO 생성량이 많았으며 특히, 6년근 에탄올 추출물의 NO 생성능이 2년근 및 4년근에 비해 높았으나, 황기는 재배연수에 따른 유의적인 차이는 나타나지 않았다.
황기를 이용하여 황기균사체를 접종, 배양하여 얻어진 황기균사체 추출액의 간암세포, 유방암세포, 자궁경부암세포 그리고 고형암의 증식에 미치는 영향을 조사하였다. 3가지 암세포의 형태변화 및 증식억제에 미치는 영향은 황기균사체 추출물이 황기추출물보다 효과적인 것으로 나타났으며, 황기균사체를 간암세포에 3 mg/mL로 처리했을 때 65.23%, 유방암세포에 5 mg/mL로 처리했을 때 69.42%의 높은 암세포 증식 억제 효과가 있었다. 자궁경부암세포에서는 황기균사체를 3 mg/mL로 처리했을 때 황기를 처리했을 때보다 암세포 증식억제효과가 23.82%더 높았다. 특히 간암세포와 유방암세포에서 황기균사체 추출물을 처리하였을 때 강력한 암세포 증식억제효과가 있는 것으로 나타났다. 고형암 억제효과에서도 대조군에 비해 황기균사체 추출물이 47%의 고형암 억제효과가 있었고, 황기추출물보다 고형암 억제 효과 10% 더 높았다. 히스타민 유리 억제효과를 측정한 결과 compound 48/80 처리군에 비해 황기추출물은 7.6%, 황기균사체 추출물은 44.6%의 히스타민 분비 억제효과가 있는 것으로 나타났다. 이상의 결과로 볼 때 한방기능성 소재에 균사체 배양기법의 접목으로 효능의 상승과 복합기능을 기대할 수 있겠다.
본 연구에서는 담자균 균사체를 황기에 배양하여 이용성 및 기능성을 증진시킨 식품 및 소재를 개발하기 위한 연구의 일환으로 기초연구를 실시하였다. 수분함량, pH 및 환원당을 측정함으로서 균사체 배양 황기의 변화를 관찰한 결과 수분함량은 대조구에 비하여 전체적으로 증가하였으며, pH는 상황버섯 균사체 및 팽이버섯 균사체 배양 황기의 pH가 각각 6.51, 6.41로 증가하는 경향을 보였으나, 이 외의 균사체가 배양된 황기는 대조구와 유사한 수치인 pH 5.30~5.61로 미미하거나 특별한 변화폭을 보이지 않았다. 환원당 함량 측정결과 팽이버섯 균사체 배양 황기가 대조구에 비해 약 2배 증가한 391.74 mg/100 g으로 가장 높은 함량을 나타냈고, 다음으로 상황버섯 및 큰 느타리버섯 균사체 배양 황기가 각각 346.73 mg/100 g 및 289.97 mg/100 g으로 다소 증가한 함량을 나타냈다. 추출용매에 따른 균사체 배양 황기의 추출수율 결과 열수추출물이 80% 에탄올 추출물 보다 높았으며, 큰 느타리버섯 균사체 배양 황기의 열수추출물이 52%로 가장 높은 수율을 나타내었다. 유리당 함량 분석결과 80% 에탄올 추출물에서 fructose는 큰 느타리버섯 균사체 배양 황기의 함량이 2,154.61 mg/100 g으로 가장 높았고, sucrose는 표고버섯 균사체 배양 황기가 8,929.60 mg/100 g 으로 가장 높은 함량을 보였으며, glucose는 모든 실험구에서 감소되거나 검출되지 않았다. 열수추출물에서 fructose는 1,528.03 mg/100 g으로 큰 느타리버섯 균사체 배양 황기가 가장 높은 함량을 나타낸 반면 glucose 및 sucrose는 전반적으로 감소되거나 검출되지 않았다. 그러나 대조구 자체에서 검출되지 않았던 glucose가 상황버섯 균사체 배양 황기에서 1,547.51 mg/100 g의 높은 함량으로 검출되었다. 담자균 배양 황기의 성분 함량을 분석한 결과 80% 에탄올 추출물에서 상황버섯(calycosin 2,549.24 mg/g, formononetin 1,366.69 mg/g) > 팽이버섯(calycosin 983.57 mg/g, formononetin 744.14 mg/g) > 표고버섯(calycosin 788.29 mg/g, formononetin 621.22 mg/g) 순으로 함량이 크게 증가하였고, 열수추출물에서는 상황버섯(calycosin 827.66 mg/g, formononetin 221.28 mg/g) > 표고버섯(calycosin 349.45 mg/g, formononetin 142.35 mg/g) > 팽이버섯(calycosin 328.36 mg/g, formononetin 127.64 mg/g) 순으로 높은 함량은 나타내었다. 이러한 결과는 담자균의 효소활성으로 인해 황기의 배당체 성분이 aglycon형태로 전환됨으로서 calycosin 및 formononetin 함량이 증가한 것으로 사료된다. 본 연구에서 담자균 균사체 배양을 통해 황기의 기능성을 증대 시킬 수 있음을 알 수 있었고, 이러한 담자균이 배양된 황기를 이용하여 기능성 및 생리활성 효능 등이 증대된 식품소재 및 건강기능식품으로 개발 가능성이 있음을 제시하였다. 따라서 본 연구결과를 기초자료로 하여 황기의 기능성을 증대시키기에 적합한 담자균을 이용하여 배양일에 따른 황기의 이화학적 특성 및 성분분석과 더불어 세포실험 등을 통해 기대되는 생리활성 효능에 대한 검증이 필요할 것으로 생각된다.
동아시아산 황기속의 외부형태학적 특징과 과피, 종피의 해부구조 및 표면 형태를 조사하여 분류학적으로 유용한 형질을 찾고자 하였다. 연구 결과, 황기속의 외부형태, 과피, 종피의 형태 및 해부학적 특징 중 생활사, 소엽의 형태, 꽃차례, 꽃잎의 색, 종자의 색, 과피의 형태, 과피 표면에서 털의 존재유무, 봉선의 구조, 그리고 내과피 층의 두께가 종을 나누는 식별형질로 사용될 수 있음을 확인하였다. 이를 바탕으로 중국에서 황기라는 약재로 사용되어지고 있는 4종의 형태 및 해부학적인 특성을 비교한 결과, 서로 같은 군으로 유집되었다. 한편, 분류학적으로 논쟁이 되고 있는 정선황기와 갯황기에서는 두 분류군간에 형태적 차이점을 발견 할 수 없었다. 따라서 금후 정선황기, 갯황기, A. bhotanensis의 종간 분류학적 처리를 명확히 규명하기 위하여 염기서열 및 분자세포학 수준에서의 연구가 필요하다.
본 연구는 황기 에탄올 추출물과 황기 생물전환 추출물의 기능성 화장품 소재로서 가능성 여부를 규명하고자 하였다. 항산화 효과를 확인하기 위해 폴리페놀과 플라보노이드 함량을 측정하였고, 세포실험을 통해 피부 세포에 대한 독성과 피부 세포 노화에 대한 연구를 수행하였다. 항산화 실험 결과, 폴리페놀, 플라보노이드 효과에서는 폴리페놀과 플라보노이드의 함량이 농도 의존적으로 증가하였고, 생물전환 추출물에 비해 에탄올 추출물에서 높은 것으로 확인되었다. 황기 추출물과 생물전환된 황기추출물이 HDF 세포에서 농도 의존적으로 MMP1 발현 억제 효과가 증가되는 것을 확인하였다. 따라서 본 연구는 황기 추출물과 황기 생물전환 추출물의 기능성 화장품 소재로 사용 시 항산화와 피부 노화 예방 관점에서의 기능성 화장품 소재로 매우 유용하게 활용될 수 있을 것으로 사료된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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