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ISSN : 1229-1153(Print)
ISSN : 2465-9223(Online)
Journal of Food Hygiene and Safety Vol.34 No.1 pp.52-57
DOI : https://doi.org/10.13103/JFHS.2019.34.1.52

Development and Validation of Analytical Method for Decursin in Aerial Parts of Angelica gigas Nakai Extract

Hee-Yeon Kim*, Ki-Yeon Lee, Tae-Hee Kim, A-Reum Park, Hee-Sun Noh, Si-Chang Kim, Mun-Seob Ahn
Agriproduct Processing Experiment Station, Gangwon-do Agricultural Research and Experiment Services, Chuncheon, Korea
E-mail : heeya80@korea.kr
*Correspondence to: Hee Yeon Kim, Agriproduct Processing Experiment Station, Gangwon-do Agricultural Research and Experiment Services, Chuncheon, Gangwon-do 24203, Korea Tel : 82-33-248-6526, Fax : 82-33-248-6555
November 29, 2018 January 24, 2019 February 12, 2019

Abstract


Method development and validation of decursin for the standardization of Angelica gigas Nakai as a functional ingredient and health food were accomplished. The quantitative determination method of decursin as a marker compound of aerial parts of Angelica gigas Nakai extract (AAGE) was optimized by HPLC analysis using a C18 column (3×150 mm, 3 μm) with 0.1% TFA in water and acetonitrile as the mobile phase at a flow rate of 0.5 mL/min and detection wavelength of 330 nm. The HPLC/PDA method was applied successfully to quantification of the marker compound in AAGE after validation of the method with linearity, accuracy, and precision. The method showed high linearity in the calibration curve at a coefficient of correlation (R2) of 0.9994 and the limit of detection and limit of quantitation were 0.011 μg/mL and 0.033 μg/mL, respectively. Relative standard deviation (RSD) values of data from intra- and inter-day precision were less than 1.10% and 1.13%, respectively. Recovery of decursin at 0.5, 1, 5 and 10 μg/mL were 92.38 ~ 104.11%. These results suggest that the developed HPLC method is very useful for the determination of marker compound in AAGE to develop a health functional material.



참당귀 지상부 추출물의 지표성분 decursin의 분석법 개발 및 검증

김희연*, 이기연, 김태희, 박아름, 노희선, 김시창, 안문섭
강원도농업기술원 농식품연구소

초록


    Ministry of SMEs and Startups
    Korea Institute for Advancement of Technology
    P0002722

    참당귀는 산형과(Umbellifera) Angelica 속에 속하는 다 년생 초본으로 우리나라와 중국 동북부 지역에서 자생하 며 건조된 뿌리가 생약재로 사용된다. 국내에서는 강원도 평창, 경북 봉화 등지에서 재배되며 개화기 전의 뿌리가 식용 및 약용으로 사용된다1). 참당귀는 약성이 따뜻하고 무독한 생약재로 부인과 질환 및 고혈압, 빈혈, 어혈 등에 효과가 있으며2) 면역강화3), 항암 및 항산화효과4,5), 간질환 및 혈류 개선효과6,7)가 있는 것으로 알려져 있다. 참당귀 에 관한 연구로 당뇨유발 모델에서의 참당귀 추출물의 당 뇨개선효과8), 참당귀 잎, 줄기, 뿌리 추출물의 생리활성효 과9), 발효 당귀의 생리활성 물질 및 효과10) 등이 보고되었다.

    참당귀의 약효성분으로 coumarin 계열의 decursin, decursinol, decursinol angelate, nodakenin 등이 함유되어 있으며 그 중 주성분은 pyrancoumarin 계열의 decursin과 decursinol angelate이다11,12). 참당귀의 주요 약효성분 중 decursin의 전립선암 치료제 개발에 관한 연구13)와 decursin 유도체의 아토피 피부염 및 ovalbumin에 의한 천식의 폐 염증 유발 억제효과에 관한 연구14)가 보고되었다. 참당귀 에서 분리된 decursin의 인지개선효과가 확인되었으며15) 참 당귀에서 분리된 decursin을 비롯한 coumarin계 화합물의 우수한 항염효과가 확인되었다16). 또한, decursin과 decursinol angelate는 lipid droplet의 축적을 억제시켜 동맥경화증과 같은 혈액순환장애의 예방 및 치료 효과가 있으며2) bovine 망막세포의 aldose reductase를 억제시켜 망막의 sorbitol 축 적을 방지하여 당뇨로 인한 합병증을 예방할 수 있다고 보고되었다17). 참당귀는 생약재로 쓰이는 뿌리의 생리활성 및 유효성분 분석에 관한 연구가 대부분이며 참당귀 지상 부에 관한 연구로 당뇨모델에서 참당귀 잎 추출물의 항당 뇨 효과18)와 참당귀 지상부 추출물의 생리활성19)에 관한 연구가 보고 되었으나 유효성분 및 기능성 소재활용 방안 에 관한 연구는 미흡한 실정이다. 참당귀의 유효성분인 decursin이 뿌리뿐만 아니라 지상부에도 함유되어 있는 것 으로 확인되었으며9) 이는 기능성 식품소재로서 참당귀 지 상부의 활용 가치가 높다고 판단된다.

    지표성분은 원재료에 존재하는 해당 성분의 농도와 효 능 간의 상관관계가 불분명할 경우 원재료를 대표하는 성 분으로 건강기능식품 개발에 있어서 원료의 표준화를 위 한 지표성분 분석법의 설정 과정 및 설정된 분석법의 과 학적인 검증과정이 요구된다20). 따라서, 본 연구에서는 건 강기능성 식품 소재 개발을 목적으로 참당귀 지상부 추출 물의 표준화를 위하여 decursin을 지표성분으로 선정하고 HPLC분석을 통하여 decursin의 분석법 확립 및 유효성 검 정을 수행하였다.

    Materials and Methods

    참당귀 지상부 추출물 조제 및 HPLC 분석

    본 실험에 사용된 참당귀 지상부는 2017년 강원도 평창 에서 재배되었으며 수확 후 이물질을 제거하고 건조한 다 음 분쇄하여 추출물 조제 시료로 사용하였다. 참당귀 지 상부 건조시료를 60% 에탄올로 추출하여 동결건조 하였 을 시 동결건조된 시료의 수분 흡수로 인하여 균일한 추 출 분말이 생산되지 않아 분무건조를 진행하였다. 참당귀 지상부 건체 시료 5 kg에 60% 에탄올 50 L를 첨가하여 70°C에서 4시간 동안 순환 추출하고 10 μm 사이즈 필터 에 여과시켰다. 여과된 추출액을 70°C에서 최종 추출액의 양이 5 L가 될 때까지 농축하였으며 농축액에 304 g의 덱 스트린을 첨가한 다음 분무건조하여 추출분말을 얻었다. 참당귀 지상부 건조시료에 대한 분무건조 추출분말의 수 율은 평균 약 14%이었다. 분무건조로 조제된 3 lot의 추 출분말을 각각 0.1 g씩 정확하게 칭량하고 메탄올 100 mL 을 가하여 최종농도가 1 mg/mL이 되게 재용해 한 다음 0.45 μm membrane filter에 통과시켜 HPLC 분석용 시료 로 사용하였으며 모든 분석은 3반복 실시하였다.

    표준용액의 조제

    Decursin 표준품 1 mg에 10 mL 메탄올을 첨가하고 용해 시켜 100 μg/mL의 농도로 표준원액을 조제하였다. 이 표준 원액을 단계적으로 희석하여 0.1, 0.5, 1, 5, 10 μg/mL 농도 의 표준용액을 조제하여 HPLC 분석에 사용하였으며 분석 된 peak 면적값에 0.97을 곱하여 표준품의 순도를 보정하였다.

    분석시약

    본 실험에 사용된 decursin (≥97%, HPLC)은 Sigma Co. (St Louis, MO, USA)의 제품을 사용하였고 추출 및 HPLC 분석에 사용된 용매는 Merck Co. (Kenilworth, NJ, USA) 의 HPLC 등급을 사용하였다.

    HPLC 분석

    참당귀 지상부 추출액 및 decursin 표준용액의 분석은 Nano Space SI-2 HPLC (Shiseido, Japan)를 사용하였다. 컬럼은 Cadenza CD-C18 (150 × 3 mm, 3 μm, Imtakt, Kyoto, Japan)을 사용하였고, 0.1% TFA와 100% acetonitrile을 이동상으로 사용하여 시료 주입량 5 μL, 컬 럼 온도 50°C, 유속 500 μL/min으로 25분 동안 분석하였 다(Table 1).

    분석법의 검증(method validation)

    참당귀 지상부 추출물의 기능성 식품 원료 개발을 위한 벨리데이션은 ‘의약품등 분석법의 벨리데이션 가이드(식품 의약품안전처)’를 바탕으로 decursin의 농도별 표준용액을 HPLC로 분석하여 특이성(specificity), 직선성(linearity), 검 출한계(limit of detection, LOD), 정량한계(limit of quantification, LOQ), 정밀성(precision), 정확성(accuracy)을 측정하였다.

    특이성은 시료 내에 존재할 수 있는 불순물, 분해물 등 의 영향을 받지 않고 해당성분을 특이적으로 측정할 수 있는 정도를 나타내며 특이성 검정을 위하여 decursin의 농도별 표준용액과 참당귀 지상부 추출액을 HPLC로 분 석하고 측정되는 머무름 시간과 크로마토그램을 비교하였다.

    직선성은 decursin 표준용액의 농도에 비례하여 직선적인 측정값을 얻어낼 수 있는 능력으로 농도별 표준용액의 peak 면적과 농도 간 회귀분석에 의한 표준 검량선을 작성하고 산출된 검량선의 결정계수(coefficient of determination, R2) 를 통하여 직선성을 확인하였다. Decursin 표준용액의 검 량선에서 기울기와 y절편의 표준편차를 구하고 아래의 식 에 근거하여 정량한계(LOQ)와 검출한계(LOD)를 산출하 였다. (LOQ = 10 × σ/S, LOD = 3.3 × σ/S, σ : y절편의 표 준편차, S : 검량선의 기울기)

    정확성은 일내분석(intra-day)과 일간분석(inter-day)을 통 하여 측정하였다. 정확성은 농도별 표준용액의 일내분석 과 일간분석을 통하여 측정된 값(measured value)이 참값 (true value)에 근접한 정도를 백분율로 나타내었으며 일내 분석은 농도별 표준용액을 1일 3구간에서 분석하였고 일 간분석은 일내분석 과정을 3일 동안 반복 분석하여 변이 성을 확인하였다. 일내분석 및 일간분석 시 각 구간마다 3농도 3회 반복 측정하였다. 정밀성은 일내분석과 일간분 석에서 얻어진 표준용액의 평균값과 표준편차를 근거로 상대표준편차를 측정하여 평가하였으며 상대표준편차 (relative standard deviation, RSD)는 표준편차를 평균으로 나누어 백분율로 나타내었다.

    회수율은 농도별로 조제된 지표성분과 함량이 확인된 시 료를 혼합 후 분석하여 회수되는 지표성분의 양으로 측정 하였다. Decursin 표준정량곡선에서 직선성이 확인된 0.5, 1, 5, 10 μg/mL 농도의 표준용액에 참당귀 추출물을 혼합 하여 HPLC로 3회 반복 분석하고 측정된 값으로부터 회 수율과 상대표준편차를 산출하였다.

    Results and Discussion

    특이성

    HPLC 분석 결과, 참당귀 지상부 추출물 내에 혼합되어 있을 가능성이 있는 다른 성분들로부터 decursin만 선택적 으로 측정되었으며 다른 물질의 간섭 없이 성분이 분리되 는 것을 확인하였다. HPLC분석을 통하여 얻어진 크로마 토그램 상에서 표준용액 및 참당귀 지상부 추출물의 decursin peak 머무름 시간은 15.7분대로 동일하였으며 spectrum도 일치하는 것으로 본 분석법의 특이성을 검정하였다(Fig. 1).

    직선성, 정량한계, 검출한계

    Decursin 표준용액을 0.1, 0.5, 1, 5, 10 μg/mL로 희석한 다음 HPLC로 분석하여 작성된 표준 검량선은 y = 312,340x − 19,638로 나타났으며 상관계수(R2)는 0.9994으로 매우 우수한 직선성을 나타내었다(Fig. 2). 정량한계(LOQ)와 검 출한계(LOD)를 산출하기 위하여 decursin 표준용액을 0.025, 0.05, 0.1, 0.5, 1 μg/mL로 희석한 다음 HPLC로 분석하여 작성된 표준 검량선은 y = 274,355x + 4,400.1로 나타났으 며 상관계수(R2)는 0.9999이었다. 이 표준 검량선으로부터 산출된 기울기와 y절편의 표준편차로 계산된 정량한계(LOQ) 는 0.034 μg/mL이었고 검출한계(LOD)는 0.011 μg/mL인 것 으로 나타났다(Table 2). 정량한계는 검체 중 정확성과 정 밀성을 가진 정량값으로 나타낼 수 있는 분석 대상물질의 최저농도를 의미하며 검출한계는 검체 내 존재하는 분석 대상물질의 검출 가능한 최저농도를 의미한다21). 따라서 참당귀 지상부 추출물에 함유되어 있는 decursin의 함량은 0.034 μg/mL 농도 수준까지 정량이 가능하며 0.011 μg/mL 농도 수준까지 검출이 가능하다. Yang등22)의 연구에서 decursin의 정량한계는 0.08 μg/mL, 검출한계는 0.03 μg/mL 수준인 것과 비교하였을 때 본 연구의 decursin 분석법이 더 낮은 농도의 미량 성분까지 정량 및 검출이 가능하다 고 판단된다. (Fig. 3)

    정확성, 정밀성 평가

    정확성은 농도별 표준용액의 일내분석과 일간분석을 통 하여 측정된 값(measured value)이 참값(true value)에 근 접한 정도를 백분율로 나타내었으며 측정된 값들로부터 상대표준편차(RSD)를 구하여 정밀성을 검정하였다. 일간 분석의 정확성 및 상대표준편차는 각각 96.49 ~ 104.35%, 0.53 ~ 1.10%이었으며 일내분석의 정확성 및 상대표준편 차는 각각 97.23 ~ 100.14%, 0.26 ~ 1.15%이었다(Table 3). 각각의 분석에서의 상대표준편차는 모두 2.0% 이하로 나타나 decursin 분석법의 정확성 및 정밀성이 있음을 알 수 있었다.

    회수율 측정

    회수율은 참당귀 지상부 추출물이 혼합된 농도별 표준 용액의 검출 농도와 추출물이 혼합되지 않은 농도별 표준 용액의 검출 농도 차이를 구하고 이 값을 참당귀 지상부 추출물만 분석하여 검출된 농도 값으로 나누어 측정하였 다. 표준품 농도별 지표성분의 회수율은 92.38 ~ 104.11% 의 범위였으며 분석오차 10% 이내로 측정되었다. 지표성 분 회수율에 대한 상대표준편차는 모두 0.5% 이내인 것 으로 나타나 decursin 분석법의 정확성을 확인할 수 있었 다(Table 4).

    참당귀 지상부 추출물의 decursin 함량

    본 연구의 분석법 검증을 통하여 decursin에 대한 HPLC 분석법이 참당귀 지상부 추출물에 함유되어 있는 지표성분 의 정량에 적용할 수 있는 특이성, 우수한 직선성, 정확성 및 정밀성 등이 있음을 확인하였다. 본 분석법으로 참당귀 지상부 분무건조 분말시료의 decursin 평균 함량은 0.359% 이었으며, 기준 규격을 80 ~ 120%로 설정하였을 때23) 기준 값은 0.287 ~ 0.431% 인 것을 확인할 수 있었다(Table 5).

    Acknowledgement

    본 연구는 중소벤처기업부와 한국산업기술진흥원의 “지 역주력산업육성사업(P0002722)”로 수행된 연구결과입니다.

    Figure

    JFHS-34-1-52_F1.gif

    HPLC Chromatograms of blank (A), decursin (B) and AAGE (C). AAGE : aerial parts of Angelica gigas Nakai extract.

    JFHS-34-1-52_F2.gif

    PDA spectrums of blank (A), decursin (B) and AAGE (C). AAGE : aerial parts of Angelica gigas Nakai extract.

    JFHS-34-1-52_F3.gif

    Calibration curve of decursin standard solution.

    Table

    HPLC analysis condition of decursin

    Correlation coefficients of the calibration curves, and limit of detection (LOD) and limit of quantification (LOQ) of decursin

    Intra- and inter-day precision and accuracy of decursin

    Recovery and relative standard deviation of measured amount for decursin

    Amount of decursin in aerial parts of Angelica gigas Nakai extract

    Reference

    1. Cho, M.G., Bang, J.K., Chae, Y.A.: Comparison of volatile compounds in plant parts of Angelica gigas Nakai and A. acutiloba Kitagawa. Korean J. Med. Crop Sci., 11, 352-357 (2003).
    2. Son, C.Y., Beak, I.H., Song, G.Y., Kang, J.S., Kwon, K.I.: Pharmacological effect of decursin and decursinol angelate from Angelica gigas Nakai. Yakhak Hoeji, 53, 303-313 (2009).
    3. Kim, S.B., Kim, Y.H., Lee, C.W., Park, S.M., Ahn, K.S., Kim, I.H., Kim, H.M.: Characteristic immunostimulation by angelan isolated from Angelica gigas Nakai. Immunopharmacol, 40, 39-48 (1998).
    4. Kim, E.Y., Baik, I.H., Kim, J.H., Kim, S.R., Rhyu, M.R.: Screening of the antioxidant activity of some medicinal plants. Korean J. Food Sci. Technol., 36, 333-338 (2004).
    5. Park, K.W., Choi, S.R., Shon, M.E., Jeong, I.Y., Kang, K.S., Lee, S.T., Shim, K.H., Seo, K.I.: Cytotoxic effects of decursin from Angelica gigas Nakai in human cancer cells. J. Korean Soc. Food Sci. Nutr., 36, 1385-1390 (2007).
    6. Oh, S.H., Cha, Y.S., Choi, D.S.: Effects of Angelica gigas Nakai diet on lipid metabolism, alcohol metabolism and liver function of rats administered with chronic ethanol. J. Korean Soc. Agric. Chem. Biotechnol., 42, 29-33 (1999).
    7. Kim, C.H., Kwon, M.C., Han, H.G., Na, C.S., Kwak, H.G., Choi, G.P., Park, U.Y., Lee, H.Y.: Skin-whitening and Uvprotective effects of Angelica gigas Nakai extracts on ultra high pressure extraction process. Korean J. Medicinal Crop Sci., 16, 255-260 (2008).
    8. Park, M.J., Kang, S.J., Kim, A.J.: Hypoglycemic effect of Angelica gigas Nakai extract in streptozotocin-induced diabetic rats. Korean J. Food Nutr., 22, 246-251 (2009).
    9. Heo, J.S., Cha, J.Y., Kim, H.W., Ahn, H.Y., Eom, K.E., Heo, S.J., Cho, Y.S.: Bioactive materials and biological activity in the extracts of leaf, stem mixture and root from Angelica gigas Nakai. J. Life Sci., 20, 750-759 (2010).
    10. Cha, J.Y., Kim, H.W., Heo, J.S., Ahn, H.Y., Eom, K.E., Heo, S.J., Cho, Y.S.: Ingredients analysis and biological activity of fermented Angelica gigas Nakai by Mold. J. Life Sci., 20, 1385-1393 (2010).
    11. Kim, K.M., Jung, J.Y., Hwang, S.W., Kim, M.J., Kang, J.S.: Isolation and purification of decursin and decusinol angelatein Angelica gigas Nakai. J. Korean Soc. Food Sci. Nutr., 38, 653-656 (2009).
    12. Lee, S.H., Kang, S.S., Shin, K.H.: Coumarins and a pyrimidine from Angelica gigas roots. Nat. Prod. Sci., 8, 58-61 (2002).
    13. Yim, D., Singh, R.P., Agarwal, C., Lee, S., Chi, H., Agarwal, R.: A novel anticancer agent, decursin, induces G1 arrest and apoptosis in human prostate carcinoma cells. Cancer Res., 65(3), 1035-1044 (2005).
    14. Yang, E.J., Song, G.Y., Lee, J.S., Yun, C.Y., Kim, I.S.: A novel (S)-(+)-Decursin derivative,(S)-(+)-3-(3,4-dihydroxyphenyl dihydroxyphen dihydroxyphenyl)-acrylic acid 2,2-dimethyl- 8-oxo-3,4-dihydro-2H, 8Hpyrano[3,2-g]-chromen-3-ylester, In hibits ovalbumin-induced lung inflammation in a mouse model of asthma. Biol. Pharm. Bull., 32, 444-449 (2009).
    15. Kang, S.Y., Lee, K.Y., Sung, S.H., Park, M.J., Kim, Y.C.: Coumarins isolated from Angelica gigas inhibit acetylcholinesterase: Structure-activity relationships. J. Nat. Prod., 64, 683-685 (2001).
    16. Jung, Y.J., Choi, J.H., Jeong, W.S., Song, Y.S., Kang, J.S., Bi, K., Kim, M.J.: Anti-inflammatory activities of coumarins isolated from Angelica gigas Nakai on LPS-stimulated RAW 264.7 Cells. J. Food Sci. Nutr., 14, 179-187 (2009).
    17. Jung, M.H., Lee, S.H., Ahn, E.M., Lee, Y.M.: Decursin and decursinol angelate inhibit VEGF-induced angiogenesis via suppression of the VEGFR-2-signaling pathway. Carcinogenesis., 30, 655-661 (2009).
    18. Jeong, H.J., Hong, S.Y,, Lee, K.Y., Lee, J.H., Lim, S.H., Heo, N.K., Kim, H.Y.: Diabetic Effect Of Angelica gigas Nakai Leaf Extracts in Diabetes Mellitus Type ? Model Mice by High Fat-fed and Streptozotocin-treated Rats. J. Agricultural, Life and Environ. Sci., 27, 6-14 (2015).
    19. Lee, K.Y., Hong, S.Y., Jeong, H.J., Lee, J.H., Lim, S.H., Heo, N.K., Kim H.Y.: Biological activities of extract from aerial parts of Angelica gigas Nakai. J. Agricultural, Life and Environ. Sci., 27, 15-22 (2015).
    20. Kim, Y.J., Han, S.H., Jeon, J.Y., Hwang, M.H., Im, Y.J., Chae, S.W., Kim, M.G.: Method development of ellagic acid as marker compound for standardization of gochang bokbunja (Rubus coreanus Miquel) as functional ingredient. J. Korean Soc. Food Sci. Nutr., 41, 1554-1558 (2012).
    21. Kwon, J.G., Sed, C., Choi, Y.H,, Choi, C.W., Kim, J.K., Jeong, W., Lee, J.E., O, K.H., Hong, S.S.: Validation of method determining coixol in Coix lachrymal-jobi var. mayuen roots extract. J. Korean Soc. Food Sci. Nutr., 46, 952-956 (2017).
    22. Yang, H.J., Weon, J.B., Ma, J.Y., Ma, C.J.: Simultaneous determination of six bioactive components in Guibi-tang by HPLC-DAD. Kor. J. Pharmacogn., 41, 313-318 (2010).
    23. KFDA.: Guideline of standard of functional ingredient for health functional food development. Korea Food and Drug Administration, Korea. pp. 53-59 (2008).