KR102147810B1 - 퀀텀 닷 조명을 이용한 들깻잎의 재배 방법 - Google Patents
퀀텀 닷 조명을 이용한 들깻잎의 재배 방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 퀀텀 닷 조명을 이용한 깻잎의 재배 방법에 관한 것으로, 본 발명의 퀀텀 닷 조명을 이용하면 조명의 주목적인 들깨의 개화를 완전히 억제하고 들깻잎의 성장 속도, 생리활성 물질, 항산화성 물질, 항산화 효소의 함량도 증가할 뿐만 아니라, 기존의 조명보다도 전력소비를 줄일 수 있으므로, 경제적으로 고기능성 작물을 생산하는 기술로 유용하게 이용할 수 있다.
Description
본 발명은 퀀텀 닷 조명을 이용하여 성장 및 기능성 물질의 함량이 높아진 들깻잎의 재배 방법에 관한 것이다.
쌈 문화가 특히 발달된 우리나라의 경우에는 깻잎은 쌈채소로서 연중 소비가 가능하므로 일장이 짧아지는 계절에도 지속적인 잎의 채취를 위하여 보광등을 사용하여 재배하고 있다. 그러므로 보광등의 광질을 조절함으로서 수량과 품질을 향상시키는 방법을 검토할 필요성이 있다.
신선 잎채소로서의 수요와 재배면적이 지속적으로 증가하고 있는 들깨의 경우 2006년 현재 연간 5만여톤이 생산되어 금액으로는 약 1000억원에 이르는 고수익성 환금작물로 부각되고 있기 때문에 향후에도 계속적으로 재배면적이 증가할 것으로 예상되는 시설재배 작물이다.
또한, 깻잎은 단백질, 당질, 무기질, 비타민 A, B1, B2, C를 다량으로 함유하며, 독특한 향기성분인 페릴라알데히드는 방부작용이 있고, 혈액순환의 장해방지, 미용, 강장효과가 있는 것으로 알려져 있다.
온실과 같은 시설재배를 통한 식물생산에 대한 관심이 증가하면서 인공광을 이용한 규격화된 묘목의 생산이나 수확량 증대 방안에 대한 연구가 다양하게 진행되고 있다. 이러한 온실재배의 경우에는 태양광 입사량이 부족해지거나 일장이 짧아지는 시기에 들깨의 개화를 억제하고 작물의 광합성 촉진을 돕기 위해서 광을 인위적으로 보충해 주는 보광기술이 필요하다.
식물의 생장 및 발달에는 광질이 영향을 미치며, 백열등은 근적외선 파장을 발하여 식물체내에서 GA 합성을 촉진시킨 결과 식물체의 생장을 돕는 것으로 알려져 있으며, 엽채류 재배의 경우 형광등, 고압나트륨등을 보광등으로 사용하는 경우 백열등 보다 상품성이 좋고, 엽록소의 상대적인 함량이 증가하는 경향이 있다는 보고도 있다. 이렇듯 광강도와 광질은 보광을 위해 사용하는 인공광원의 영향을 받는다는 것을 잘 알려져 있으며, 시설재배시에는 고압나트륨등, 삼파장등, 백열등, 메탈할라이드등으로 보광하고 있다.
우리나라의 시설재배의 경우에는 자연일장 연장을 위한 보광 목적보다는 동절기에 광원으로부터의 발열로 인한 시설 내부의 온도 상승을 목적으로 삼파장등, 백열등 및 고압나트륨등과 같이 비교적 전기에너지 소비가 많은 인공광원을 사용하는 실정이다. 그러나 이 경우, 전력소모량에 비해서 온도상승이나 보광효과에 의한 생장촉진의 효과는 현저하지 않기 때문에 발열량과 전력소모량을 절감시킬 수 있는 발광다이오드(LEDs)와 같은 대체 광원에 대한 연구가 진행되었다. LEDs는 다른 인공광원에 비해 전력소모량이 적고 램프수명이 길며 광질을 용이하게 제어할 수 있는 특징이 있어, 다양한 작물재배를 위한 인공광원으로의 이용성이 검토되어, 현재 우리나라의 경우 거의 모든 작물의 온실재배에 LEDs등이 보편적으로 사용되고 있다.
현재 들깨잎 생산에서 화성 억제용으로 사용되는 백열등은 생산이 중단되었고 전량 중국에서 수입하는 실정이며, 또한 이를 대체하기 위해 개발한 LED등은 화성 억제 효과가 낮아 들깨 농가에서는 사용을 꺼리고 있는 실정이다.
이에 본 발명자들은 퀀텀 닷 발광소자에서 발산되는 특수한 파장을 이용하여 들깨를 재배하면 성장 및 생리활성 물질의 함량이 우수한 들깻잎을 재배할 수 있음을 확인함으로써 본 발명을 완성하였다.
따라서 본 발명의 목적은 퀀텀닷(Quantum Dot) 조명을 이용한 들깻잎(perilla leaf)의 생장 및 생리활성 물질 증진 방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 상기 방법을 이용하여 생장 및 생리활성 물질 증진된 들깻잎을 제공하는 것이다.
상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 퀀텀닷(Quantum Dot) 조명을 이용한 들깻잎(perilla leaf)의 생장 및 생리활성 물질 증진 방법을 제공한다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 생장은 생체중, 건물중, 엽수, 엽면적, 엽장 및 엽폭으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상이 증가하는 것일 수 있다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 생리활성 물질은 페놀 화합물, 플라보노이드, 카페익산(caffeic acid) 쿠마르산(Coumaric acid), 페룰산(Ferulic acid), 바닐린산(Vanilic acid)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상이 증가하는 것일 수 있다.
본 발명의 일실시예에 있어서. 상기 들깻잎은 항산화성 물질의 함량 증대 및 항산화 효소의 활성도가 증가하는 것일 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 방법을 이용하여 생장 및 생리활성 물질 증진된 들깻잎을 제공한다.
본 발명의 퀀텀 닷 조명을 이용하면 조명의 주목적인 들깨의 개화를 완전히 억제하고 들깻잎의 성장 속도, 생리활성 물질, 항산화성 물질, 항산화 효소의 함량도 증가할 뿐만 아니라, 기존의 조명보다도 전력소비를 줄일 수 있으므로, 경제적으로 고기능성 작물을 생산하는 기술로 유용하게 이용할 수 있다.
도 1은 들깻잎을 재배하는 환경을 나타낸 사진이다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
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실시예
1> 퀀텀 닷 조명의 종류에 따른 특성 분석
퀀텀 닷 조명의 종류에 따른 특성을 분석하기 위하여, 대조군(Control)인 normal LED, WR(610RW) 퀀텀 레드 파장, Q2R(610W2W) 퀀텀 10W 파장, Q2(615W2) 퀀텀 15 파장, Q2B(615W2W-B) 퀀텀 레드 파장에 따른 PL intensity를 측정하여 비교한 것이다.
대조군인 시판 LED 등의 경우 최대흡광도(λmax)를 나타내는 파장이 448nm와 576nm 인데 비해서, WR 퀀텀닷 등은 446nm와 631nm에서 최대 흡광도를 나타내는 특징이 있고, 퀀텀닷 등 Q2R, Q2, Q2B은 최대 흡광도를 나타내는 파장대는 446nm, 627nm, 660nm 로서 유사하지만, 각각의 PL(peak length) intensity가 660nm에서는 3종류 가 유사하지만, 446nm 및 627nm에서 서로 다른 au(arbitrary unit) 값을 나타내는 특징이 있다.
<
실시예
2> 빛의 파장에 따른 들깻잎의 성장 특성 분석
빛의 파장에 따른 들깻잎의 성장 특성을 분석하기 위하여, 대조군(Control)인 normal LED, WR(610RW) 퀀텀 레드 파장, Q2R(610W2W) 퀀텀 10W 파장, Q2(615W2) 퀀텀 15 파장, Q2B(615W2W-B) 퀀텀 레드 파장에 따른 들깻잎의 식물 총 길이와 잎의 크기를 조사하였다.
구체적으로, 성장 관련 실험은 5월 15일 경상남도 밀양시 상동면에 위치한 '들깨 재배 복합 단지'(도 1)에서 수확 전 약 35일간 식물 재배에 사용되었다. 2017 년 실험에 사용된 다양한 들깨는 "남천"이다. 들깨는 35일 동안 자라서 첫 번째 잎을 수확하고, 10일 간격으로 수확을 계속하였다. 들깨 재배 를위한 비닐 하우스의 온도는 낮에는 28~32℃였고, 밤에는 18℃였으며, 습도에서는 75-80 %를 유지했다.
깻잎에서 개화를 억제하기 위해 4가지 유형의 양자점 조명(표 1)을 제작하고이 실험에서 하였다. 기존 상업용 LED 램프와 비교하기 위해 지면에서 2.5 미터 높이에 4가지 유형의 양자점 조명을 설치했하였다. 조명을 켜고 일출 직전에 꺼지도록 매일 수행하였다.
퀀텀 닷 조명을 처리전과 처리후로 나누어 들깨줄기와 들깨잎의 길이와 너비를 광원 당 10 일 간격으로 측정했다. 잎의 첫 번째 수확 과정에서 13 ~ 16회 생산되었다.
그 결과, 하기 표 2에 나타난 바와 같이, 퀀텀 닷 조명을 처리전에 비하여 퀀텀 닷 조명을 처리하였을 때 들깨의 길이와 잎 크기가 전체적으로 증가하였다.
| 처리 | 처리전(A) | 처리후(B) | 성장 | |
| B-A | (%) | |||
| 식물 길이 | ||||
| 대조군 | 59.00±1.34a | 61.57±1.39a | 2.57±0.26a | 100 |
| WR | 59.19±0.84a | 61.62±0.88a | 2.43±0.21a | 95 |
| Q2R | 60.85±1.17a | 65.37±1.31ab | 4.52±0.33c | 176 |
| Q2 | 63.46±1.34a | 66.81±1.31b | 3.34±0.18ab | 123 |
| Q2B | 61.41±0.98a | 65.27±1.14ab | 3.86±0.26b | 150 |
| 잎 크기 | ||||
| 대조군 | 4.25±0.22a | 10.79±0.24a | 6.55±0.06a | 100 |
| WR | 4.42±0.21a | 11.84±0.24a | 7.42±0.15b | 113 |
| Q2R | 3.94±0.39a | 11.20±0.49a | 7.27±0.16b | 111 |
| Q2 | 4.21±0.34a | 11.65±0.34a | 7.44±0.12b | 114 |
| Q2B | 4.20±0.39a | 11.39±0.43a | 7.19±0.12b | 110 |
<
실시예
3> 빛의 파장에 따른 들깻잎의 유용성분의 함량 분석
빛의 파장에 따른 들깻잎의 유용성분 함량을 분석하기 위하여, 대조군(Control)인 normal LED, WR(610RW) 퀀텀 레드 파장, Q2R(610W2W) 퀀텀 10W 파장, Q2(615W2) 퀀텀 15 파장, Q2B(615W2W-B) 퀀텀 레드 파장에 따른 엽록소, 플라보노이드, 페놀화합물, 카페산, 쿠마르산, 페룰산, 바닐라산을 측정하였다.
구체적으로, 엽록소의 ?t량을 조사하기 위해 10장의 들깨잎을 1장당 10개로 나누고 엽록소 측정기(SPAD)를 사용하여 광원 당 100개의 견본의 함량을 비교하여 측정하였다.
또한, 들깨잎 추출물의 생체 활성 성분 함량 및 항산화능 측정하기 위하여, 들깨잎 추출물은 들깻잎에 70% 에탄올을 5배씩 넣고 80℃에서 3시간 동안 환류시킨다. 생리 활성 성분의 함량은 다양한 형태의 페놀 화합물을 분석하였으며, 0.45㎛ syringe filter (Whatman, USA)를 이용하여 에탄올 추출물 1㎖를 여과하여 HPLC 분석에 사용하였다. 검출기의 파장은 280nm와 360nm였다. 이동상은 A(Methanol)와 B(Acetic acid in water (1:20, v-v))를 사용하였으며 유속은 1.0 ㎖/min, 주 용적은 20 ㎕였다.
또한, 총 폴리페놀 함량은 Folin-Ciocalteu법으로 측정하였다. 시료 용액 50 μL에 증류수 5 mL을 넣은 후 Folin Ciocalteu’s phenol reagent 0.5 mL을 첨가하여 교반하였다. 5분 후 Na2CO3용액 1.5 mL을 가하고 증류수로 희석하여 총 volume이 10 mL이 되도록 한 다음 교반하였다. 실온에서 2시간 방치 후 분광광도계(DU 800series, Beckman Coulter, USA)를 이용하여 765 nm에서 흡광도를 측정하였다. 총 페놀화합물 함량은 갈산(gallic acid)으로 표준 검량곡선을 작성하여 계산하였으며 100g 건식 중량에 대한 mg gallic acid equivalents(GAE)로 나타내었다.
또한, 총 플라노이드 함량을 측정하기 위하여, 시료 250 μL에 증류수 1.25 μL를 가하고 5% NaNO₂용액 75 μL를 넣고 5분간 방치한 후 10% AlCl3·6H2O 용액 150 μL를 넣은 후 6분간 방치하였다. 위 반응액에 1 M NaOH 500 μL와 증류수 275 μL를 가한 후 510 nm에서 흡광도를 측정하였다. 표준물질은 (+)-catechin hydrate를 사용하여 표준 검량선을 작성하였으며, 추출물의 총 플라보노이드 함량은 시료 1 g 중의 μg (+)-catechin hydrate로 나타내었다.
그 결과, 하기 표 3에 나타난 바와 같이, 퀀텀 닷 조명을 처리전에 비하여 퀀텀 닷 조명을 처리하였을 때 들깨잎에 포함된 엽록소, 플라보노이드, 페놀화합물, 생리활성 페놀 화합물(카페산, 쿠마르산, 페룰산, 바닐린산)의 함량이 증가하였다.
| 엽록소 | 플라보노이드 (mg/2.5g) |
페놀 화합물 (mg/2.5g) |
생리활성 페놀 화합물(mg/100g) | ||||
| 카페산 (Caffeic acid) |
쿠마르산 (Coumaric acid) |
페룰산 (Ferulic acid) |
바닐린산 (Vanilic acid) |
||||
| 대조군 | 27.45±0.82a | 0.46±0.00a | 0.69±0.01a | 10.45±1.04a | 4.72±0.32b | 108.22±3.52c | 0.81±0.02a |
| WR | 34.61±1.47c | 0.73±0.00b | 0.81±0.00b | 17.61±1.85b | 2.56±0.14a | 50.74±3.32a | 1.98±0.05d |
| Q2R | 32.96±1.15b | 0.82±0.01c | 1.01±0.04cd | 17.49±1.27b | 2.06±0.11a | 47.77±2.77a | 1.42±0.05b |
| Q2 | 30.68±1.02b | 1.42±0.00d | 0.93±0.01c | 24.65±1.72c | 26.04±1.42c | 96.28±3.52b | 1.62±0.03c |
| Q2B | 30.07±1.14b | 1.48±0.00e | 1.06±0.00d | 16.63±1.55b | 47.15±2.69d | 123.14±6.37d | 3.09±0.01e |
<
실시예
4> 빛의 파장에 따른 들깻잎의 항산화 활성 분석
빛의 파장에 따른 들깻잎의 항산화 활성을 분석하기 위하여, 대조군(Control)인 normal LED, WR(610RW) 퀀텀 레드 파장, Q2R(610W2W) 퀀텀 10W 파장, Q2(615W2) 퀀텀 15 파장, Q2B(615W2W-B) 퀀텀 레드 파장에 따른 DPPH 소거 활성도, 과산화물 제거능, 환원력, ABTS 소거 활성도를 분석하였다.
구체적으로, DPPH 자유라디칼에 대한 전자 공여능을 측정하기 위하여, 깻잎 추출액 10 μL와 에탄올 1 mL, 0.1M Sodium acetate buffer (pH 5.5), 에탄올에 녹인 0.5 mM DPPH(2,2-diphenyl-2-picrylhydrazyl) 0.5 mL를 시험관에 분주하여 교반하고 30분 동안 암소에서 반응을 유도한 후 517 nm에서 흡광도 변화를 측정하며, 양성대조군으로 ascorbic acid를 사용했다.
EDA(%) = 
As: 추출물을 넣었을 때의 흡광도 값
Ac: 추출물을 넣고, DPPH 대신 buffer를 더 첨가시 흡광도 값
C: 추출물 무첨가시 흡광도 값
또한, 총항산화력(ABTS) 측정은 7.4mM ABTS용액과 2.6mM potassium persulphate를 16시간 동안 암소에 방치하여 ABTS·+를 형성시킨 다음 이 용액을 734nm에서 흡광도 값이 1.4~1.5 사이가 되도록 흡광계수(ε = 1.6×104 mol-1cm- 1)를 이용하여 에탄올로 희석하고, 희석된 ABTS 용액 1 mL에 추출액 50 μL를 가하여 30분 후에 흡광도 변화를 측정한다. 측정결과는 Vitamin C-equivalent antioxidant capacity(VCEAC)로서 총 항산화력을 나타냈다.
또한, SOD 유사활성을 측정하기 위하여, 추출액 100 μL에 pH 8.5인 Tris-HCl (50 mM Tris + 10 mM EDTA) 3.0 mL와 7.2 mM pyrogallol 200 μL를 가하여 25℃에서 10분간 반응시킨 후 1N HCl 100 μL를 첨가하여 반응을 정지시키고 반응액 중 산화된 pyrogallol의 양을 420 nm에서 측정한다. SOD 유사활성은 추출액 첨가구와 추출액 무첨가구의 흡광도 감소율을 %(백분율)로 나타낸다.
SOD-like activity (%) = 
S : Sample의 흡광도
B : Pyrogallol 대신 Buffer의 흡광도
C : Sample 대신 Buffer의 흡광도
또한, 환원력을 측정하기 위하여 깻잎 추출액에 0.2 M phosphate buffer(pH 6.6)와 5 mM potassium fericyandied[K3Fe(CN)6)]를 각각 0.5 mL를 첨가하여 50℃에서 30분간 반응시키고, 10% TCA 0.5mL 첨가하여 5,000rpm의 원심분리기로 상층액 0.5mL를 얻어 동일한 양의 H2O와 0.1% FeCl3 0.1 mL를 첨가하여, 700nm에서의 흡광도를 측정했다.
그 결과, 하기 표 4에 나타난 바와 같이, 퀀텀 닷 조명을 처리전에 비하여 퀀텀 닷 조명을 처리하였을 때 DPPH 소거 활성도가 높아졌고, 과산화물제거능, 환원력 및 ABST 소거 활성도가 증가하였다.
| 시료 | DPPH 소거 활성도 (DPPH radical scavenging activity(%)) |
과산화물제거능 (Superoxide Dismutase like Activity (%)) |
환원력(Reducing Power (O.D)) |
ABTS 소거 활성도 (ABTS free radical scavenging activity) (mg AEAC/100 mg) |
||
| IC50 (mg/mL) | IC50 (mg/mL) | 농도(mg/mL) | 농도(mg/mL) | |||
| 5 | 1 | 1 | 0.2 | |||
| 대조군 | 8.01±0.05c | 1.95±0.05d | 0.60±0.01b | 0.23±0.01a | 40.56±0.78a | 8.68±0.09a |
| WR | 8.41±0.07c | 1.92±0.04d | 0.56±0.01a | 0.22±0.00a | 39.24±0.82a | 9.41±0.17b |
| Q2R | 7.76±0.04b | 1.09±0.07c | 0.61±0.02b | 0.23±0.01a | 45.46±0.69b | 10.04±0.15c |
| Q2 | 4.74±0.05a | 0.73±0.02b | 0.89±0.02c | 0.41±0.00b | 70.68±0.47c | 15.36±0.19d |
| Q2B | 4.65±0.06a | 0.65±0.02a | 0.89±0.03c | 0.40±0.01b | 73.24±0.25d | 19.03±0.28e |
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
Claims (5)
- 퀀텀닷(Quantum Dot) 조명을 이용한 들깻잎(perilla leaf)의 생장 및 생리활성 물질 증진 방법으로서,
상기 퀀텀닷 조명은 446 nm, 627 nm 및 660 nm 파장을 최대 흡광도로 가지며,
상기 생리활성 물질은 쿠마르산(Coumaric acid), 바닐린산(Vanilic acid) 중에서 선택되는 1종 이상의 물질이 증가하는 것을 특징으로 하는 들깻잎의 생장 및 생리활성 물질 증진 방법. - 제 1항에 있어서, 상기 생장은 생체중, 건물중, 엽수, 엽면적, 엽장 및 엽폭으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상이 증가하는 것인 들깻잎의 생장 및 생리활성 물질 증진 방법.
- 삭제
- 제 1항에 있어서, 상기 들깻잎은 항산화 효소가 증가하는 것인 들깻잎의 생장 및 생리활성 물질 증진 방법.
- 제 1항의 방법으로 재배된 생장 및 생리활성 물질이 증진된 들깻잎.
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