인류의 생활 및 건강을 위한 기능성 소재로써의 자원식물의 가치 및 활용방안 Merit and Application of Plant Resources as Functional Bio-materials for Human Life and Health 이 철 희 충북대학교.

인류의 생활 및 건강을 위한 기능성 소재로써의 자원식물의 가치 및 활용방안 Merit and Application of Plant Resources as Functional Bio-materials for Human Life and Health 이 철 희 충북대학교 원예과학과

자원식물 인간의 생활에 유용하게 사용되는 식물 지구상에 생육하는 대부분의 식물
인류의 생활 및 건강을 위한 기능성 소재로써의 자원식물의 가치 및 활용방안 자원식물 인간의 생활에 유용하게 사용되는 식물 지구상에 생육하는 대부분의 식물 현재 298,506종의 식물이 존재하는 것으로 알려짐 천연 강우림 등 미개척지가 상당수 존재하므로 더 많은 식물종이 존재할 것으로 추정

인류의 생활 및 건강을 위한 기능성 소재로써의 자원식물의 가치 및 활용방안
표 1. 지구상에 존재하는 식물 종의 수 ( ) Estimated numbers of described species Number of species evaluated by 2008 Mosses 16,000 95 Fern and allies 12,838 211 Gymnosperms 980 910 Diocotyledons 199,350 9,624 Monocotyledons 59,300 1,155 Green algae 3,962 2 Red algae 6,076 58 Total 298,506 12,055 (IUCN,

자원식물의 다양한 이용 자원식물 건강 기능성 다양한 가공품의 부가가치 상승 식용 약용 관상용 유지용 기호용 밀원용 섬유용
인류의 생활 및 건강을 위한 기능성 소재로써의 자원식물의 가치 및 활용방안 자원식물의 다양한 이용 식용 약용 관상용 유지용 기호용 밀원용 섬유용 향신료 향료 당료용 호료용 염색용 수지용 탄닌용 자원식물 건강 기능성 다양한 가공품의 부가가치 상승

Stress 식물의 2차 대사산물 방어기작 2차 대사산물 생산 스트레스 적응력이 높은 식물일수록 2차 대사산물 생산에 유용
인류의 생활 및 건강을 위한 기능성 소재로써의 자원식물의 가치 및 활용방안 식물의 2차 대사산물 방어기작 2차 대사산물 생산 (인간에게 유용 물질) Stress 스트레스 적응력이 높은 식물일수록 2차 대사산물 생산에 유용 오랜 세월 진화에 적응한 식물 (국화과, 양치식물 등) 척박한 환경에서 적응하며 살아가는 식물 (야생식물, 식충식물 등)

hydrogen peroxide (H2O2) superoxide radical (O2 •−)
인류의 생활 및 건강을 위한 기능성 소재로써의 자원식물의 가치 및 활용방안 식물의 2차 대사산물 광합성과정의 전자전달계의 과도한 환원 잉여전자 생산 산소 활성산소 hydrogen peroxide (H2O2) superoxide radical (O2 •−) hydroxy radical (OH•) 세포의 구성물질을 파괴하는 독성물질 항산화 효소 superoxide dismutase (SOD) ascorbate peroxidase (APX) glutathione reductase (GR) Catalase (CAT) dehydroascorbate reductase (DHAR) monodehydroacorbate reductase (MDHAR) 방어기작 Stress

주요 식물 2차 대사산물의 종류 및 특징 Alkaloids Phenolic compounds Flavonoids Natural
인류의 생활 및 건강을 위한 기능성 소재로써의 자원식물의 가치 및 활용방안 주요 식물 2차 대사산물의 종류 및 특징 특징 분류 식물계 분포 Alkaloids 방향족 질소화합물 - 트로판알카로이드, - 피롤리지딘알칼로이드, - 인돌알칼로이드, - 피리딘알칼로이드, - 콜히친 등 4,000여종의 식물에서 3,000여 가지 이상의 알칼로이드 발견 (대부분 쌍자엽 초본식물) Phenolic compounds 치환가능한 수산기를 가진 방향족 고리 구조 단순페놀화합물 (페닐프로판, 쿠마린, 벤조산 유도체 등), - 리그닌 - 플라보노이드 등 식물계 전반 Flavonoids 15-탄소화합물 안토시아닌, 플라보놀, 플라본 등 식물계 전반 Natural pigments 식물에 색을 나타냄 퀴논계, 카로티노이드계, 베타라인계 색소 등 Terpenoids Isoprene 분자가 2개 또는 그 이상 중합된 물질 모노테르펜, 세스퀴테르펜, 트리테르펜, 스테로이드, 카로티노이드색소 등 주로 고등식물에서 생합성

식물 2차 대사산물 기능 2차 대사산물 합성에 영향을 주는 요인 병해충 방어 효과 식물의 색, 맛, 향 조절
인류의 생활 및 건강을 위한 기능성 소재로써의 자원식물의 가치 및 활용방안 식물 2차 대사산물 기능 병해충 방어 효과 식물의 색, 맛, 향 조절 포유류의 노화와 질병 예방 및 치료 2차 대사산물 합성에 영향을 주는 요인 종 다양성 생장 단계 부위 생육 환경

천연물질 유래 건강 기능성 식·약품 수요 증가 생활 수준 향상 정보력 증가 천연 물질 수요 증가
인류의 생활 및 건강을 위한 기능성 소재로써의 자원식물의 가치 및 활용방안 천연물질 유래 건강 기능성 식·약품 수요 증가 생활 수준 향상 정보력 증가 천연 물질 수요 증가 가격 < 품질 언론 매체, 도서, 학교 교육 젊고 건강한 삶 추구 합성물질의 위험성 (발암, 간 비대증 등) 건강 기능성 상품 소비 촉진 안정성 중시

(Scanner Data, FDM. Inc. USA)
인류의 생활 및 건강을 위한 기능성 소재로써의 자원식물의 가치 및 활용방안 천연물질 유래 건강 기능성 식약품 시장 천연약물의 세계시장이 매년 약 10~15% 이상 성장 (Scanner Data, FDM. Inc. USA) 표 2. 의약품 개발 동향 변화 천연물 유래 물질 유기합성 물질 1940년대 초 >90% <10% 1985년 (미국) 약 25% 약 75% 1980 중반~1990 중반 약 50~70% 약 40% 2000년대 이후 천연물 유래 건강 기능성 식품의 시장이 급속 성장 (동화약품 중앙연구소, 2009)

국내 제약업계의 천연물 제제 생산 및 연구개발 현황
인류의 생활 및 건강을 위한 기능성 소재로써의 자원식물의 가치 및 활용방안 국내 제약업계의 천연물 제제 생산 및 연구개발 현황 제약회사/연구소 상품/개발명 대상 질환 주요 성분 개발 단계 광동제약 편자환 간염 사향, 우황, 전칠 등 시판 유한양행 유한골접산 골절 당귀, 속단, 청궁 등 동아제약 스티렌캅셀 급만성위염 애엽추출물 SK제약 조인스정 관절염 위령선, 괄루근, 하고초 등 CJ SS크림 조루증 섬수, 인삼, 당귀 등 구주제약 아피톡신주 봉독성분 신약승인 삼천당제약 SCD-DKY (을간강캅셀) 백화사설초, 강황, 호장근, 산두근 등 임상시험 산천당 제약 (동용강당령) 당뇨병 동충하초, 마황, 서홍화, 황기 등 한국신약 아스망정 기관지질환 신이추출물 SBP SB31주사제 항암제 백두옹추출물 싸이제닉 알치마 176 치매 당귀추출물 한국의과학연구소 천보 204 발기부전 구기자, 토사자, 오미자, 복분자, 산수유, 홍삼 등 전임상시험 (동화제약, 2009)

기능성식품의 세계 시장 (’01)

기능성 식품의 주요 소재 (2001년 기준) ‘01 Herb Benefits ‘00 rank % 1 2 3 4 5 6 7 8
인류의 생활 및 건강을 위한 기능성 소재로써의 자원식물의 가치 및 활용방안 기능성 식품의 주요 소재 (2001년 기준) ‘01 Herb Benefits ‘00 rank % 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Echinacea (엉거시과) Garlic (마늘) Ginko Biloba (은행잎) Saw palmetto (뽑야자) Ginseng (인삼) Grape seed ext. (포도씨) Green tea (녹차) St. Johns Wort (고추나물) Bilberry (월귤나무) Aloe vera (알로에) 면역 혈행 기억, 혈행 전립선, 소변 면역, 항피로 등 항우울 완화 6.5 6.1 4.2 3.4 3.2 3.1 3.0 12 17 13

미국의 기능성식품 시장 꾸준히 증가세

미국의 기능성식품 시장 인류의 생활 및 건강을 위한 기능성 소재로써의 자원식물의 가치 및 활용방안
- Nutrition Business Journal, 2006

일본의 건강식품시장 (억 엔) 꾸준히 증가세

한국의 건강보조식품 시장 IMF 이후 급증 (억 원)
인류의 생활 및 건강을 위한 기능성 소재로써의 자원식물의 가치 및 활용방안 한국의 건강보조식품 시장 (억 원) IMF 이후 급증

한국의 건강보조식품 생산액 추이 인류의 생활 및 건강을 위한 기능성 소재로써의 자원식물의 가치 및 활용방안
- 식품의약품안전청, 2004

건강 기능성 상품의 소비자 인식 수준 - 소비자 실태 및 수요도 조사 결과 -
인류의 생활 및 건강을 위한 기능성 소재로써의 자원식물의 가치 및 활용방안 건강 기능성 상품의 소비자 인식 수준 - 소비자 실태 및 수요도 조사 결과 - - 바이오푸드네트워크사업단, 국내 바이오식품 산업의 수요도 조사

건강 기능성 상품의 소비자 인식 수준 - 소비자 실태 및 수요도 조사 결과 -
인류의 생활 및 건강을 위한 기능성 소재로써의 자원식물의 가치 및 활용방안 건강 기능성 상품의 소비자 인식 수준 - 소비자 실태 및 수요도 조사 결과 - - 녹색소비자연대, 건강기능식품 섭취와 부작용 경험 실태 소비자 조사,

건강 기능성 상품의 소비자 인지도 인류의 생활 및 건강을 위한 기능성 소재로써의 자원식물의 가치 및 활용방안
- 바이오푸드네트워크사업단, 국내 바이오식품 산업의 수요도 조사

타겟 물질 이외에 다양한 phytochemical 섭취 가능 인간이 사용하는 대부분의 천연물질은 식물계 소재에서 얻어짐
인류의 생활 및 건강을 위한 기능성 소재로써의 자원식물의 가치 및 활용방안 천연물의 장점 안정성 체내 흡수량 높음 타겟 물질 이외에 다양한 phytochemical 섭취 가능 천연물의 종류 식물성 동물성 미생물 광물성 인간이 사용하는 대부분의 천연물질은 식물계 소재에서 얻어짐

I. 기능성 소재로써의 자원식물의 이용 1. 건강 기능성 소재

가. 항산화 효과 활성 산소 호흡 산소 대사과정 I. 기능성 소재로써의 자원식물의 이용 – 건강 기능성 소재
반응성이 매우 높은 불안정한 입자

활성산소의 정의 Free radical 활성산소 활성산소처럼 짝짓지 않는 전자를 가지는 원자단
구조적으로 하나 이상의 짝 없이 불안정한 전자(부대전자, unpaired electron) H2O2 또는 1O2처럼 free radical은 아니지만 활성산소를 쉽게 생성하는 물질까지 포함 활성산소는 free radical 및 free radical로부터 파생된 여러 가지 산소화합물을 포함

Radical의 세포 손상 유도 I. 기능성 소재로써의 자원식물의 이용 – 건강 기능성 소재 세포 정상세포 Radical
정상세포의 결합 Radical 정상 세포 보다 먼저 Radical과 결합 Radical과 정상세포의 결합 차단 항산화제 섭취 환원 세포의 손상 Radical 산화 안정화 되어 다른 세포에 손상을 미치지 않음

활성산소가 지질과산화에 미치는 영향 필수 영양 성분 지질 세포막 구성성분 등 생체 주요 역할 고도불포화 산소 지방산
I. 기능성 소재로써의 자원식물의 이용 – 건강 기능성 소재 활성산소가 지질과산화에 미치는 영향 지질 필수 영양 성분 세포막 구성성분 등 생체 주요 역할 고도불포화 지방산 산소 Radical 연쇄반응 과산화지질, 산화분해물 등 생성 세포 기능저하, 동맥경화, 간질환, 망막증 등 질병의 원인 Prostaglandin 생합성, 약물대사, 암의 발생 및 노화에 영향

항산화 활성이 우수한 식물은 다양한 질병 치료제로써 가능성이 높음
I. 기능성 소재로써의 자원식물의 이용 – 건강 기능성 소재 항산화활성 screening의 중요성 활성산소는 노화와 질병의 주 원인 활성산소는 인체 세포 손상의 주 원인 손상된 세포는 기능저하, 돌연변이로 인한 암세포화 등 진행 활성산소에 의한 염증유도로 동맥경화 등 다양한 질병 진행 항산화 활성이 우수한 식물은 다양한 질병 치료제로써 가능성이 높음

몇 가지 식물 분류군(속)별 항산화 연구 현황 (2009년 기준)
I. 기능성 소재로써의 자원식물의 이용 – 건강 기능성 소재 몇 가지 식물 분류군(속)별 항산화 연구 현황 (2009년 기준) Genus 논문 특허 전체 국내 해외 한국 미국 유럽 일본 국제 Abies 21 1 20 Achillea 13 12 Adenophora 3 2 Adonis Allium 158 15 143 11 5 Alnus 10 Amaranthus 36 33 Arenaria Aslenium Aster 8 Astilbe Astragalus 41 6 35 Brassica 152 16 Camellia 102 91 Capsicum 92 86 9 Carex Chenopodium Chrysanthemum 31 7 24 4 Cirsium Citrus 257 237 38 과학기술정보통합서비스(

I. 기능성 소재로써의 자원식물의 이용 – 건강 기능성 소재 몇 가지 식물 분류군(속)별 항산화 연구 현황 (2009년 기준) Genus 논문 특허 전체 국내 해외 한국 미국 유럽 일본 국제 Dendranthema 3 1 2 Dryopteris Equisetum 13 10 Glycine 359 17 342 27 6 Hibiscus 48 46 4 Ilex 49 Iris 64 Juniperus 12 11 Lactuca 31 29 Lycopodium Malus 50 Malva 9 Panax 114 35 109 Perilla 58 28 30 18 15 Pimpinella 8 Plantago 21 Polypodium Prunus 116 98 Pyrus 25 23 과학기술정보통합서비스(

I. 기능성 소재로써의 자원식물의 이용 – 건강 기능성 소재 몇 가지 식물 분류군(속)별 항산화 연구 현황 (2009년 기준) Genus 논문 특허 전체 국내 해외 한국 미국 유럽 일본 국제 Quercus 53 5 47 4 1 3 Rhododendron 12 7 Rhus 69 28 41 2 Rosa 271 8 263 11 6 Rubus 62 14 48 Salix Saussurea 9 Sedum Selaginella Solanum 106 101 Taraxacum 21 13 Thelypteris Thymus 245 242 Typha Veronica Viola Vitis 126 118 Zizyphus 과학기술정보통합서비스(

I. 기능성 소재로써의 자원식물의 이용 – 건강 기능성 소재 몇 가지 식물 분류군(속)별 항산화 연구 현황 (2009년 기준) 한국 보다는 해외에서 항산화 연구가 활발 (Amaranthus, Zizyphus속 제외) 항산화 관련 특허는 일본에 가장 많았음 Allium, Brassica, Camellia, Citrus, Glycine, Panax, Prunus, Rosa, Solanum, Thymus, Vitis 등에서 항산화 연구 활발함 Allium, Brassica, Citrus, Glycine, Perilla, Rosa, Vitis 등에서 다수의 특허출원 Perilla속 식물들은 연구 논문 보다는 특허출원 비율이 높음

I. 기능성 소재로써의 자원식물의 이용 – 건강 기능성 소재
자원식물을 재료로 한 천연 항산화제

나. 항암 효과 활성산소 암조직의 개시 유도 및 암의 각 진행단계에 작용 체세포 및 유전자 손상 암 유발 체내 활성산소 증가
I. 기능성 소재로써의 자원식물의 이용 – 건강 기능성 소재 나. 항암 효과 활성산소 암조직의 개시 유도 및 암의 각 진행단계에 작용 체세포 및 유전자 손상 암 유발 체내 활성산소 증가 스트레스

항암 효과 자원식물의 항암효과 미네랄 섬유소 베타 카로틴 비타민 기타 2차 Macro-nutrients 대사산물
베타 카로틴 비타민 기타 2차 대사산물 Macro-nutrients Micro-nutrients

Cancer chemoprevention (화학 암예방) 화학약물 치료인 화학 요법(Chemotheraphy)과는 다름
Phytochemical, 독성없는 화학물질을 단용 또는 혼합복용 하여 정상세포의 암화과정 억제, 지연, 역전하는 암 치료법 (Michael Sporn, 1970년대 중반) 화학약물 치료인 화학 요법(Chemotheraphy)과는 다름 1980년 초반 미국 국립암연구소의 암예방 및 통제부의 화학 암예방 프로그램을 통해 다수의 phytochemical 발암 억제효능과 안정성 평가

타임지 선정 10대 항암식품 (2002) 10종 중 8종이 식물 마늘, 토마토, 녹차, 견과류, 콩
I. 기능성 소재로써의 자원식물의 이용 – 건강 기능성 소재 타임지 선정 10대 항암식품 (2002) 마늘, 토마토, 녹차, 견과류, 콩 양배추, 적포도주, 버섯, 생강, 해조류 10종 중 8종이 식물

그러나, 억제물질로써 강력한 효과를 보이는 경우도 있음
I. 기능성 소재로써의 자원식물의 이용 – 건강 기능성 소재 암의 진행 단계 개시(initiation) 촉진(promotion) 진행 (progression) 차단물질 (blocking agents) 발암물질 세포 도달 차단 암예방 물질 억제물질 (suppressing agent) 암화가 진행된 세포의 발달 억제 식물은 주로 차단물질로써 암 예방 그러나, 억제물질로써 강력한 효과를 보이는 경우도 있음

암 예방 효과가 있는 식품 및 영양보충제 I. 기능성 소재로써의 자원식물의 이용 – 건강 기능성 소재
식물명 연구자 타겟 항암 항암물질 기타 기능성 블랙 라즈베리 Dr. Gary stoner 식도 및 대장암 예방 블루베리 러거츠 대학과 미국농림부 공동 연구 대장암 예방 프테로스틸벤 (pterostilbene) 강력한 항산화 효과 항 당뇨 콜레스테롤 저하 포도씨 엘라바마 대학 피부암 예방 프로안소시아니딘Proanthocyanidins 라디칼 소거능 피부 보습력 증가 고식이 함유 식품(곡류, 콩 등) 콜로라도대학 라제시 아가월 교수 전립선암 이노시톨 6인산염(inositol hexaphosphate, IP6) Radical 소거능 사과 독일, 폴란드 등 연구진, Nature(2000년) 직장암 예방 프로시아니딘 procyanidin 강력한 항산화제 2007년 3월 25일. 미국화학회 국제 심포지엄

시판중인 대표적 천연 항암제 Taxol Taxus brevifolia (주목)에서 1971년 처음으로 분리
Taxas family에 함유되어 있는 것으로 알려짐

시판중인 대표적 천연 항암제 Vinblastine Madagascar periwinkle (일일초)에서 분리

다. 성인병 치료 및 예방 효과 치료 및 예방 고기와 빵 위주의 서구식 식생활 과도한 스트레스 비만 동맥경화 당뇨
I. 기능성 소재로써의 자원식물의 이용 – 건강 기능성 소재 다. 성인병 치료 및 예방 효과 고기와 빵 위주의 서구식 식생활 과도한 스트레스 비만 동맥경화 당뇨 치료 및 예방

동맥경화, 활성산소, 식물 동맥 경화 동맥의 벽이 두꺼워지고 굳어져서 탄력을 잃는 질환 주요인 혈청의 지질 정도 부요인
I. 기능성 소재로써의 자원식물의 이용 – 건강 기능성 소재 동맥경화, 활성산소, 식물 동맥 경화 동맥의 벽이 두꺼워지고 굳어져서 탄력을 잃는 질환 주요인 혈청의 지질 정도 부요인 산화적 스트레스, 내피 세포의 활성, fatty plaque 안정성 등

동맥경화, 활성산소, 식물 동맥경화 유발 요인 활성산소 I. 기능성 소재로써의 자원식물의 이용 – 건강 기능성 소재
산화적 스트레스 동맥경화 유발 요인 활성산소 대식세포 활성화 혈관 내 염증반응 차단 항산화 활성 이외의 식물의 항동맥경화 효과 동맥의 혈액순환 촉진 모세혈관의 혈류를 부드럽게 함 혈관 확장 등 효과 후라보노이드 등 식물 2차 대사산물

식물에서 추출한 동맥경화 치료 및 예방제 I. 기능성 소재로써의 자원식물의 이용 – 건강 기능성 소재 마늘 아마씨 산사추출물
서양산사 달맞이꽃 은행

당뇨병 당뇨병 당뇨병 종류 제 1형 (인슐린 의존형) 제 2형 (인슐린 비의존형)
I. 기능성 소재로써의 자원식물의 이용 – 건강 기능성 소재 당뇨병 당뇨병 인슐린 생성이 안되거나, 생성된 인슐린이 세포에 제대로 작용하지 않아 혈당치가 높아지는 질병 신장기능 저하, 망막출혈, 동맥경화 등 합병증 유발 당뇨병 종류 제 1형 (인슐린 의존형) 제 2형 (인슐린 비의존형)

우리나라는 제 2형 당뇨병 환자가 84% 이상으로 추정됨
I. 기능성 소재로써의 자원식물의 이용 – 건강 기능성 소재 당뇨병 우리나라는 제 2형 당뇨병 환자가 84% 이상으로 추정됨 제 2형 당뇨 치료 운동요법 지방 섭취를 줄이고 채소, 과일의 섭취 권장 식사요법 경구용 혈당강하제 사용 상엽 등의 식물 추출물은 혈당강하효과가 있음

활성산소가 유발하는 당뇨병 당뇨병 유발 요인 활성산소 I. 기능성 소재로써의 자원식물의 이용 – 건강 기능성 소재
산화적 스트레스 당뇨병 유발 요인 활성산소 지질과산화 유발 단백질 당화과정 촉진 차단 후라보노이드 등 식물 2차 대사산물

식물에서 추출한 당뇨병 치료 및 예방제

간 손상 원인 라. 간보호 효과 간 인체 기관 관리, 영양물 대사, 해독, 순화 조절
I. 기능성 소재로써의 자원식물의 이용 – 건강 기능성 소재 라. 간보호 효과 간 인체 기관 관리, 영양물 대사, 해독, 순화 조절 간 손상 원인 음주, 흡연, 바이러스 감염, 과로, 스트레스, 약물 중독 등으로 손상 활성산소에 의한 산화적 스트레스 (간섬유화 등)

자원식물의 간보호 효과에 대한 상반된 의견들 부정적 긍정적 산화적 스트레스로 인한 - 식물 알칼로이드 부작용 간손상 방지
I. 기능성 소재로써의 자원식물의 이용 – 건강 기능성 소재 자원식물의 간보호 효과에 대한 상반된 의견들 부정적 긍정적 - 식물 알칼로이드 부작용 - 간독성 유발 특히, 피롤리지딘 알칼로이드의 간독성 산화적 스트레스로 인한 간손상 방지 DNA 손상으로 인한 간손상 방지 독성물질 분해로 간 보호 Senecio속, Crotalaria속, Symphytum속, Heliotropiun속 식물 등 양차, 소목, 상백피, 인삼, 감잎, 지구자나무, 복분자, 솔잎,대추, 쑥, 민들레, 고들빼기 및 다양한 한약재 등

자원식물의 간보호 효과 적정량의 식물을 섭취한다면 간 보호 효과 있음 식물 섭취시 식물의 특성을 제대로 알고 복용해야 함
I. 기능성 소재로써의 자원식물의 이용 – 건강 기능성 소재 자원식물의 간보호 효과 일부 식물 추출물은 간의 손상을 유발할 수 있음 식물을 다량 섭취할 경우 간에 무리가 와서 간 독성 유발 적정량의 식물을 섭취한다면 간 보호 효과 있음 식물 섭취시 식물의 특성을 제대로 알고 복용해야 함

자원식물로 만든 간 보호 약품

마. 아질산염 제거 효과 육류 및 수산제품 가공에 첨가되는 식품 첨가물 아질산염 제품의 발색, 풍미 향상 효과
I. 기능성 소재로써의 자원식물의 이용 – 건강 기능성 소재 마. 아질산염 제거 효과 육류 및 수산제품 가공에 첨가되는 식품 첨가물 아질산염 제품의 발색, 풍미 향상 효과 식중독 예방 및 저장 중 산패취 발생 감소 아질산염 단백질 또는 2~3급 아민 발암성 니트로사민 생성

첨가물에 대한 부정적인 인식 확산 아질산염의 위험성 대두 I. 기능성 소재로써의 자원식물의 이용 – 건강 기능성 소재
아질산염을 제거할 수 있는 식물 추출물을 첨가한 제품 개발 아질산염을 첨가하지 않은 제품 개발 아질산염 제거 효과가 있는 오미자를 첨가한 소시지 아질산염을 제거한 소시지

아질산염 소거활성의 중요성 아질산염 사람의 타액에도 미량 존재 어류나 채소의 질산염이 체내에서 아질산염으로 환원
I. 기능성 소재로써의 자원식물의 이용 – 건강 기능성 소재 아질산염 소거활성의 중요성 사람의 타액에도 미량 존재 아질산염 어류나 채소의 질산염이 체내에서 아질산염으로 환원 섭취하지 않아도 자연 생성 인위적 제거 필요

발암물질인 nitrosamine agent 감소
식물의 아질산염 제거 효과 Phenolic compound 아질산염 및 아질산염이 생성하는 발암물질인 nitrosamine agent 감소 Ascorbic acid (Vit. A) pH 의존성이 큼 식물의 아질산염 분해효과의 장점 체내 위액의 pH와 비슷한 강산성에서 효과적

바. 아로마테라피 효과 I. 기능성 소재로써의 자원식물의 이용 – 건강 기능성 소재 방향성 화합물 Aroma
피부 접촉 또는 흡입 후각신경을 통하여 대뇌 신경계에 향기 정보 전달 항산화 효과 뇌에서 다양한 신경 화학물질 조절 체내 호르몬 분비 조절 신체 각 기능 원활 심신의 안정과 편안함

아로마테라피 = 허브? 식용+약용+ 위생+보건 .. 다양한 기능 초본식물 + 목본식물 식물의 전초 (잎, 줄기, 꽃,
I. 기능성 소재로써의 자원식물의 이용 – 건강 기능성 소재 아로마테라피 = 허브? 식용+약용+ 위생+보건 .. 다양한 기능 식물의 전초 (잎, 줄기, 꽃, 뿌리,열매, 종자) 초본식물 + 목본식물 (향이 좋고 식·약용) (레몬, 자몽, 라임 등) Herb 대부분의 기능성 자원식물이 허브이며, 아로마테라피에 적용 가능

다양한 아로마 제품들

(에이즈, 인플루엔자, 천연두, 소아마비, 디프테리아 등) 미생물 생육 조절은 인간생활에 유용하게 이용될 생물 공학적 기술
I. 기능성 소재로써의 자원식물의 이용 – 미생물 생육 조절 2. 미생물 생육조절 소재 미생물 바이러스, 곰팡이, 세균, 조류 및 원생동물과 기생충 단점 장점 질병 유발 (에이즈, 인플루엔자, 천연두, 소아마비, 디프테리아 등) 식품의 발효 (된장, 간장, 고추장, 치즈) 주류 제조 식물병 유발 (근두암종병, 흰가루병, 잿빛곰팡이 병 등) 유기물의 분해 및 순화 페니실린 등 의약품 생산 식품 부패 유발 형질전환을 통한 유용물질 대량 생산 미생물 생육 조절은 인간생활에 유용하게 이용될 생물 공학적 기술

가. 미생물 생육억제 효과 항생 물질 생물체가 생산하는 저분자의 화학물질 낮은 농도에서 미생물이나 종양세포의 증식 억제
I. 기능성 소재로써의 자원식물의 이용 – 미생물 생육 조절 가. 미생물 생육억제 효과 생물체가 생산하는 저분자의 화학물질 항생 물질 낮은 농도에서 미생물이나 종양세포의 증식 억제 미생물, 지의류, 선태류, 고등식물 등에서 생산

자원식물의 항균효과 screening 다양한 식물에서 항균활성이 검정됨 식물 종에 따라 항균 스펙트럼이 각기 다름
Garm 음성, 양성균에 각기 다른 활성을 보이지만, 경우에 따라 양쪽 모두를 억제하기도 함 Bacteria 억제활성은 우수하지만, 효모, 곰팡이의 생육 억제는 다소 낮은 것으로 알려짐

Table. Plants containing antimicrobial activity
자원식물의 항균활성의 예 독성이 적음 Table. Plants containing antimicrobial activity Common name Scientific name Compound Class Activitya Relative toxicityb Alfalfa Medicago sativa ? Gram-positive organisms 2.3 Allspice Pimenta dioica Eugenol Essential oil General 2.5 Aloe Aloe barbadensis, Latex Complex mixture Corynebacterium, Salmonella, 2.7 Aloe vera Streptococcus, S. aureus Apple Malus sylvestris Phloretin Flavonoid derivative 3.0 Ashwagandha Withania somniferum Withafarin A Lactone Bacteria, fungi 0.0 Aveloz Euphorbia tirucalli S. aureus Bael tree Aegle marmelos Terpenoid Fungi Balsam pear Momordica charantia 1.0 Barberry Berberis vulgaris Berberine Alkaloid Bacteria, protozoa 2.0 Basil Ocimum basilicum Essential oils Terpenoids Salmonella, bacteria Bay Laurus nobilis 0.7 Betel pepper Piper betel Catechols, eugenol Black pepper Piper nigrum Piperine Fungi, Lactobacillus, Micrococcus, E. coli, E. faecalis Blueberry Vaccinium spp. Fructose Monosaccharide E. coli Brazilian pepper tree Schinus terebinthifolius Terebinthone Buchu Barosma setulina Burdock Arctium lappa Polyacetylene, tannins, Bacteria, fungi, viruses terpenoids a“General” denotes activity against multiple types of microorganisms (e.g., bacteria, fungi, and protozoa), and “bacteria” denotes activity against gram-positive and gram-negative bacteria. b0, very safe; 3, very toxic. Cowan, M.M Plant Products as Antimicrobial Agents. Clinical Microbiology reviews, Oct, p

Table 1. Continued I. 기능성 소재로써의 자원식물의 이용 – 미생물 생육 조절 독성이 적음
Common name Scientific name Compound Class Activitya Relative toxicityb Buttercup Ranunculus bulbosus Protoanemonin Lactone General 2.0 Caraway Carum carvi Coumarins Bacteria, fungi, viruses Cascara sagrada Rhamnus purshiana Tannins Polyphenols Viruses, bacteria, fungi 1.0 Anthraquinone Cashew Anacardium pulsatilla Salicylic acids P. acnes Bacteria, fungi Castor bean Ricinus communis ? 0.0 Ceylon cinnamon Cinnamomum verum Essential oils, Terpenoids, tannins others Chamomile Matricaria chamomilla Anthemic acid Phenolic acid M. tuberculosis, S. typhi- 2.3 murium, S. aureus, helminths . Viruses Chapparal Larrea tridentata Nordihydroguai- Lignan Skin bacteria aretic acid Chili peppers, Capsicum annuum Capsaicin Terpenoid Bacteria paprika Clove Syzygium aromaticum Eugenol 1.7 Coca Erythroxylum coca Cocaine Alkaloid Gram-negative and -positive 0.5 cocci a“General” denotes activity against multiple types of microorganisms (e.g., bacteria, fungi, and protozoa), and “bacteria” denotes activity against gram-positive and gram-negative bacteria. b0, very safe; 3, very toxic. Cowan, M.M Plant Products as Antimicrobial Agents. Clinical Microbiology reviews, Oct, p

Common name Scientific name Compound Class Activitya Relative toxicityb Coca Erythroxylum coca Cocaine Alkaloid Gram-negative and -positive 0.5 cocci Cockle Agrostemma githago ? General 1.0 Coltsfoot Tussilago farfara 2.0 Coriander, cilantro Coriandrum sativum Bacteria, fungi Cranberry Vaccinium spp. Fructose ,other Monosaccharide Bacteria Dandelion Taraxacum officinale C. albicans, S. cerevisiae 2.7 Dill Anethum graveolens Essential oil Terpenoid 3.0 Echinacea Echinaceae angustifolia Eucalyptus Eucalyptus globulus Tannin Polyphenol Bacteria, viruses 1.5 . Fava bean Vicia faba Fabatin Thionin Gamboge Garcinia hanburyi Resin Garlic Allium sativum Allicin, ajoene Sulfoxide Sulfated terpenoids Ginseng Panax notoginseng Saponins E. coli, Sporothrix schenckii, Staphylococcus, Tricho- phyton Glory lily Gloriosa superba Colchicine 0.0 Goldenseal Hydrastis canadensis Berberine, Alkaloids Bacteria, Giardia duodenale, hydrastine trypanosomes Plasmodia Gotu kola Centella asiatica Asiatocoside M. leprae 1.7 Grapefruit peel Citrus paradisa Fungi a“General” denotes activity against multiple types of microorganisms (e.g., bacteria, fungi, and protozoa), and “bacteria” denotes activity against gram-positive and gram-negative bacteria. b0, very safe; 3, very toxic. Cowan, M.M Plant Products as Antimicrobial Agents. Clinical Microbiology reviews, Oct, p

Common name Scientific name Compound Class Activitya Relative toxicityb Green tea Camellia sinensis Catechin Flavonoid General , Shigella, Vibrio , S.mutans, Viruses, Bacteria, fungi 2.0 Harmel, rue Peganum harmala ? Bacteria, fungi 1.0 Hemp Cannabis sativa b-Resercyclic acid Organic acid Bacteria and viruses Henna Lawsonia inermis Gallic acid Phenolic S. aureus 1.5 Hops Humulus lupulus Lupulone, humulone Phenolic acids , (Hemi)terpenoids General 2.3 Horseradish Armoracia rusticana Terpenoids Hyssop Hyssopus officinalis . Viruses (Japanese) herb Rabdosia trichocarpa Trichorabdal A Terpene Helicobacter pylori Lantana Lantana camara Lawsonia Lawsone Quinone M. tuberculosis Lavender-cotton Santolina chamae- Gram-positive bacteria, cyparissus Candida Legume (West Millettia thonningii Alpinumisoflavone Flavone Schistosoma Africa) Lemon balm Melissa officinalis Tannins Polyphenols Lemon verbena Aloysia triphylla Essential oil Terpenoid Ascaris E. coli, M. tuberculosis, Licorice Glycyrrhiza glabra Glabrol Phenolic alcohol S. aureus, Lucky nut, yellow Thevetia peruviana Plasmodium 0.0 Mace, nutmeg Myristica fragrans Marigold Calendula officinalis Bacteria 2.7 a“General” denotes activity against multiple types of microorganisms (e.g., bacteria, fungi, and protozoa), and “bacteria” denotes activity against gram-positive and gram-negative bacteria. b0, very safe; 3, very toxic. Cowan, M.M Plant Products as Antimicrobial Agents. Clinical Microbiology reviews, Oct, p

Common name Scientific name Compound Class Activitya Relative toxicityb Marigold Calendula officinalis ? Bacteria 2.7 Mesquite Prosopis juliflora General 1.5 Mountain tobacco Arnica montana Helanins Lactones 2.0 Oak Quercus rubra Tannins Polyphenols Quercetin (available Flavonoid commercially) Olive oil Olea europaea Hexanal Aldehyde Onion Allium cepa Allicin Sulfoxide Bacteria, Candida Orange peel Citrus sinensis Terpenoid Fungi Oregon grape Mahonia aquifolia Berberine Alkaloid Plasmodium Trypansomes, general Pao d’arco Tabebuia Sesquiterpenes Terpenoids 1.0 Papaya Carica papaya Latex Mix of terpenoids, 3.0 organic acids, alkaloids Pasque-flower Anemone pulsatilla Anemonins Lactone 0.5 Peppermint Mentha piperita Menthol Periwinkle Vinca minor Reserpine Peyote Lophophora williamsii Mescaline Poinsettia Euphorbia pulcherrima 0.0 Poppy Papaver somniferum Opium Alkaloids and others Potato Solanum tuberosum Bacteria, fungi Prostrate knotweed Polygonum aviculare a“General” denotes activity against multiple types of microorganisms (e.g., bacteria, fungi, and protozoa), and “bacteria” denotes activity against gram-positive and gram-negative bacteria. b0, very safe; 3, very toxic. Cowan, M.M Plant Products as Antimicrobial Agents. Clinical Microbiology reviews, Oct, p

Common name Scientific name Compound Class Activitya Relative toxicityb Purple prairie clover Petalostemum Petalostemumol Flavonol Bacteria, fungi Quinine Cinchona sp. Alkaloid Plasmodium spp. 2.0 Rauvolfia, chandra Rauvolfia serpentina Reserpine General 1.0 Rosemary Rosmarinus officinalis Essential oil Terpenoid 2.3 Sainfoin Onobrychis viciifolia Tannins Polyphenols Ruminal bacteria Sassafras Sassafras albidum ? Helminths Savory Satureja montana Carvacrol Senna Cassia angustifolia Rhein Anthraquinone S. aureus Smooth hydrangea, Hydrangea arborescens seven barks Snakeplant Rivea corymbosa St. John’s wort Hypericum perforatum Hypericin, others 1.7 Sweet flag, calamus Acorus calamus Enteric bacteria 0.7 Tansy Tanacetum vulgare Essential oils Helminths, bacteria Tarragon Artemisia dracunculus Caffeic acids, Viruses, helminths 2.5 tannins a“General” denotes activity against multiple types of microorganisms (e.g., bacteria, fungi, and protozoa), and “bacteria” denotes activity against gram-positive and gram-negative bacteria. b0, very safe; 3, very toxic. Cowan, M.M Plant Products as Antimicrobial Agents. Clinical Microbiology reviews, Oct, p

Common name Scientific name Compound Class Activitya Relative toxicityb Thyme Thymus vulgaris Caffeic acid Terpenoid Viruses, bacteria, fungi 2.5 Thymol Phenolic alcohol Tannins Polyphenols . Flavones Tree bard Podocarpus nagi Totarol Flavonol P. acnes, other gram-positive bacteria Nagilactone Lactone Fungi Tua-Tua Jatropha ? General 0.0 gossyphiifolia Turmeric Curcuma longa Curcumin Turmeric oil Terpenoids Bacteria, protozoa Valerian Valeriana officinalis Essential oil 2.7 Willow Salix alba Salicin Phenolic glucoside Wintergreen Gaultheria 1.0 procumbens Woodruff Galium odoratum Coumarin 3.0 Viruses Yarrow Achillea millefolium Viruses, helminths 2.3 Yellow dock Rumex crispus E. coli, Salmonella, Staphylococcus a“General” denotes activity against multiple types of microorganisms (e.g., bacteria, fungi, and protozoa), and “bacteria” denotes activity against gram-positive and gram-negative bacteria. b0, very safe; 3, very toxic. Cowan, M.M Plant Products as Antimicrobial Agents. Clinical Microbiology reviews, Oct, p

I. 기능성 소재로써의 자원식물의 이용 – 미생물 생육 조절
항균활성을 보이는 몇 가지 식물 2차대사산물의 구조

용매에 따라 추출되는 식물 2차 대사산물의 종류 I. 기능성 소재로써의 자원식물의 이용 – 미생물 생육 조절
(굵은 글씨는 해당 용매에서만 추출됨)

합성 항균제와 천연 항균제의 비교 넓은 항균 스펙트럼 단일 식물 : 좁은 항균 스펙트럼 VS 강력한 항균효과
I. 기능성 소재로써의 자원식물의 이용 – 미생물 생육 조절 합성 항균제와 천연 항균제의 비교 넓은 항균 스펙트럼 단일 식물 : 좁은 항균 스펙트럼 식물의 종이 많으므로 결과적으로는 항균 스펙트럼이 넓음 VS 강력한 항균효과 조추출물의 항균효과는 다소 낮음 항균물질 분리를 통하여 항균력 증가 VS 암, 세포 독성, 세포 돌연변이 등 인체 부작용 항균효과 이외의 항산화, 항암 등 다양한 건강 기능성 성분 VS 내성 균(super bacteria) 기존 항균제 내성 균주의 생육억제 가능 VS 다양한 향과 맛으로 상품 가치 향상 기타 장점

미생물 생육 억제재 개발의 중요성 유해 미생물 생육 증가 미생물 생육 적합 (25~37℃) 변종 바이러스 연평균 기온
I. 기능성 소재로써의 자원식물의 이용 – 미생물 생육 조절 미생물 생육 억제재 개발의 중요성 유해 미생물 생육 증가 (식중독 등 피해) 미생물 생육 적합 (25~37℃) 변종 바이러스 피해 증가 (인류 위기) 연평균 기온 상승 기존 항생제 내성 변종 바이러스 출몰

항균제 이용

생활 속 항균 용품

Staranise (Illicium verum)
식물의 항균력을 이용한 약품 개발의 예 Staranise (Illicium verum) 분리 제품화 Oseltamivir 타미플루(Tamiflu) 한국명 : 팔각 (대회향) 식용 : 중국 요리 향신료 약용 : 이뇨제, 요통, 변비, 기침약, 진통제 - 미국 길라야드 사가 개발한 치료제 - 조류독감(AI) - 신종 인플루엔자 A (H1N1, 돼지독감)

I. vernum(팔각, 대회향)의 열매는 식용 그러나, 붓순나무는 독성이 있음
Illicium속 : 전 세계 42종 분포 Illicium속 주요 식물 Genus Species Common name Local Illicium anisatum Japanese star anis 붓순나무 Southern Japan, taiwan, Korea arborescens Taiwan floridanum Purple anise or florida anise Southeastern United States henryi henry’s anis Southwestern China lanceolatum Southern China mexicanum Mexian anis Mexico parviflorum Yellow anis temstroemioides verum Star anise Southern China, Vietnam I. vernum(팔각, 대회향)의 열매는 식용 그러나, 붓순나무는 독성이 있음

항균활성 연구 경향 현재 추구해야 할 방향 채소, 과일 등 식용부위 전정 후 남은 가지, 잎, 미숙과, 과일껍질,
I. 기능성 소재로써의 자원식물의 이용 – 미생물 생육 조절 항균활성 연구 경향 현재 추구해야 할 방향 채소, 과일 등 식용부위 전정 후 남은 가지, 잎, 미숙과, 과일껍질, 종자 등 활용도가 낮은 부위에도 항균물질 다량 함유 외국 식물 (허브류) 국내 자생 식물, 특히 야생식물의 항균활성 검정 한약재

나. 미생물 생육 촉진 및 발효 식품의 부가가치 창출
I. 기능성 소재로써의 자원식물의 이용 – 미생물 생육 조절 나. 미생물 생육 촉진 및 발효 식품의 부가가치 창출 발효 유산균 유제품 발효 식물 추출물 유산균 유제품 발효미생물의 발효 대사 상승 VS 요구르트, 치즈 등 발효물의 풍미 향상

나. 미생물 생육 촉진 및 발효 식품의 부가가치 창출
I. 기능성 소재로써의 자원식물의 이용 – 미생물 생육 조절 나. 미생물 생육 촉진 및 발효 식품의 부가가치 창출 숙성, 산패 젖산균 김치 숙성 및 산패 지연 식물 추출물 김치 젖산균 김치의 유통기간 연장 VS 김치의 풍미 향상

발효 및 숙성에 자원식물을 첨가한 경우 I. 기능성 소재로써의 자원식물의 이용 – 미생물 생육 조절
과일을 첨가하여 식물성 유산균을 첨가하고 풍미를 향산시킨 유제품 오미자를 넣어 젖산균 발효를 조절한 김치

3. 피부미용 소재 여성 사회활동 증가 젊고 세련되게 보이고 싶은 욕구 증가 남성들의 미적 요구 증가 피부 미용시장 활성화
I. 기능성 소재로써의 자원식물의 이용 – 피부 미용 3. 피부미용 소재 여성 사회활동 증가 피부 미용시장 활성화 젊고 세련되게 보이고 싶은 욕구 증가 남성들의 미적 요구 증가 보습 화장품 원료 향

노화로 인한 피부의 변화 I. 기능성 소재로써의 자원식물의 이용 – 피부 미용 피부 노화 노화의 요인
내인성 노화 (자연노화) 광노화 (자외선) 외적 요인: 환경 오염, 활성산소 Keratinocyte 기능저하  Skin Lipid, NMF 감소 표피의 변화 (위축) 각질층의 비후 피부 노화 탄력감소 각 질 가는 주름 표 피 굵은 주름 진 피 탄력 감소 MMPs 증가 피부기질(matrix) 분해 증가 표피-진피 경계부 약화 항산화 시스템 손상 섬유아세포 수, 기능 감소 콜라겐 감소, 변성 변성 엘라스틴 축적 단백질 당화 증가

자원식물의 피부 미용 효과 항산화 효과 피부 탄력 유지 피부 노화 방지 I. 기능성 소재로써의 자원식물의 이용 – 피부 미용
-Polyphenols, Carotinoids -Saponins, Carbohydrates -Essential oils, Alkaloids -Vitamines, Quinone -Amino acid etc Plant secondary metabolics 항산화 효과 피부 탄력 유지 피부 노화 방지

멜라닌 형성 억제 보습 항균 항염 피부암 피부 등 질병 미백 효과 방지 피부 미용 트러블 방지
I. 기능성 소재로써의 자원식물의 이용 – 피부 미용 멜라닌 형성 억제 피부 미백 효과 피부암 등 질병 방지 보습 항균 항염 피부 미용 트러블 방지

자원식물을 피부 미용 제품개발 전망 개 선 책 I. 기능성 소재로써의 자원식물의 이용 – 피부 미용
합성물질의 부작용 등으로 천연물질에 대한 선호도 높음 화장품 전성분 표시제 (08년 10월 시행) 개 선 책 제대로 검증되지 않은 식물 소재의 무분별한 사용으로 인한 부작용 유사 식물 사용으로 인한 효능 불안정 안정성이 검증되지 않은 수입 식물의 사용 유기농 화장품의 부실한 관리

I. 기능성 소재로써의 자원식물의 이용 – 피부 미용
천연화장품

4. 천연 살충제 소재 Plant 살충제 개발 항곤충 작용 Ecdysteroid Plumbagin

Plumbagin (5-Hydroxy-2-methyl-1,4-naphthoquinone)
식물의 대표적인 살충 활성 물질 Plumbagin (5-Hydroxy-2-methyl-1,4-naphthoquinone) ∙ Naphthoquinone으로부터 분리 ∙ Yellow pigment ∙ Plumbago속 식물에 다량 함유되어 있으며, 파리지옥, 네펜데스 등 다양한 식충식물에서 분리 가능 Ecdysteroids ∙ Triterpenoid에서 생합성 ∙ Polyhydroxy steroid의 일종 ∙ 2β, 3β,14α-trihydroxy-7 en-6-one의 기본구조를 갖는 cholestane계 물질 ∙ 곤충의 탈피를 촉진하여 사멸시킴 ∙ 곤충, 갑각류, 양치식물, 나자식물 및 피자식물에서 발견 ∙ 모든 식물에 함유되어 있지는 않음. 양치식물에서 가장 많이 발견됨

식물추출물 (Neem oil을 이용한 항곤충 작용의 예)
Effects of Fytomax (neem oil) on insect growth and development. Effects of Fytomax (neem oil) as an antifeedant on insect larvae.

식물성 살충제의 장점 살충 효과 + 인체 건강 기능성 작용 I. 기능성 소재로써의 자원식물의 이용 – 살충제 개발
Ecdysteroids 인위적 섭취시 약리적 효과가 있으며, 포유동물에서는 독성 없음 (Slama and Lafont, 1995; Lafont and Dinan, 2003) 자양강장, 항당뇨, 항동맥경화, 세포분화 촉진 등의 약리작용 (Lanfont와 Dinan, 2003; Snogan 등, 2007; Ding 등, 2005; Itogawa와 Furukawa, 1991) Plumbagin 항미생물 작용 포유류에는 항말라리아, 항독성, 항암, 강심제, 항동맥경화 등 효과 (Didry와 Pinkas, 1994; Paiva 등, 2003; Likhitwitayawuid 등, 1998; Parimala와 Sachdanandam, 1993; hsu 등, 2006; Itoigawa와 Furukawa, 1991; Ding 등, 2005) 살충 효과 + 인체 건강 기능성 작용

식물성 살충제 개발 유의 사항 곤충 표피 침투력을 증가시킬 방법의 개발 살충물질의 분리 후 제제화 선택적 살충효과 개발
I. 기능성 소재로써의 자원식물의 이용 – 살충제 개발 식물성 살충제 개발 유의 사항 곤충 표피 침투력을 증가시킬 방법의 개발 살충물질의 분리 후 제제화 선택적 살충효과 개발 대상 식물의 대량생산화

I. 기능성 소재로써의 자원식물의 이용 – 살충제 개발
시판중인 식물 소재 살충제

시판중인 식물 소재 살충제 회향나무 계피나무 추출물

5. 천연 농약 소재 식물소재를 농약으로 사용 - 합성 농약 출시 - 식물소재 농약 사용 급격히 감소 - 효과가 빠르고
I. 기능성 소재로써의 자원식물의 이용 – 천연 농약 소재 5. 천연 농약 소재 1940년대 2000년대 식물소재를 농약으로 사용 - 합성 농약 출시 - 식물소재 농약 사용 급격히 감소 - 효과가 빠르고 강력한 합성 농약 사용 - 잔류 농약 체내 축적 - 환경오염 생태계 교란 천연물질을 활용한 농약의 사용 증가

Allelopathy 정의 종류 I. 기능성 소재로써의 자원식물의 이용 – 살충제 개발 식물이 분비하는 화학물질
Phenolic acids Flavonoids 직간접적으로 다른 생명체에 영향 Terpenoids 식물의 발아 및 생장억제 천연 제초제, 살초제 개발 가능 Steroids Alkaloid 미생물 생육 조절 식물병 방제에 사용 Organi cyanide 2차 대사산물

Table . Some allelopathic plants, the chemicals they produce, and the plants they affect. Allelopathic Species Type of Chemical Affected Species Trees Sugar Maple Phenolics Yellow Birch, White Spruce Hackberry Coumarins Herbs, grasses Eucalyptus Shrubs, herbs, grasses Black Walnut Juglone (Quinone) Pines (Austrian, Scots, red, white), Apple, Birch, Black Alder, Hackberry, Basswood, Azalea, et al. Juniper Grasses Sycamore (Planetree) Yellow Birch, herbs, grasses Black Cherry Cyanogenic glycosides Red Maple, Red Pine Oaks Coumarins, Other phenolics Sassafras Terpenoids Elm, Silver Maple, Boxelder Balsam Poplar Green Alder Southern Red Oak Sweetgum University of Minnesota -

Table. Continued. Allelopathic Species Type of Chemical Affected Species Shrubs: Laurel -- Kalmia angustifolia Phenolics Black Spruce Manzanita Coumarins, Herbs, grasses Other phenolics Bearberry Pine, Spruce Sumac Phenolics, terpenoids Douglas fir Rhododendron Elderberry Forsythia intermedia Kentucky Bluegrass Other: Goldenrod, Aster Sugar Maple, Bl. Cherry, Tulip Poplar, Red Pine New York Fern Black Cherry Bracken Fern Shorthusk Grass Clubmoss Reindeer Lichen Jack Pine, White Spruce Tall Fescue Sweetgum, Black Walnut, White Ash Red Fescue, Kentucky Bluegrass Azalea, Barberry, Forsythia, Flowering Dogwood, Yew Colonial Bentgrass Azalea, Barberry, Yew, Forsythia Perennial Rye Apple, Forsythia, Flowering Dogwood Foxtail, Smooth Brome Populus spp. University of Minnesota -

Figure 1. Induction of allelochemicals by environmental stresses.
Kim, K.U. and D.H. Shin, The importance of allelopathy in breeding new cultivars. FAO PLANT PRODUCTION AND PROTECTION PAPER 120(Add.) 1:

식물소재 살충제 개발의 유의사항 독성이 강한 식물종이 있으므로, 환경 및 동물 독성 검증이 필요
I. 기능성 소재로써의 자원식물의 이용 – 살충제 개발 식물소재 살충제 개발의 유의사항 독성이 강한 식물종이 있으므로, 환경 및 동물 독성 검증이 필요 크기가 크고 생육이 빨라, Biomass가 우수한 종 선택하여 경제성 고려 대량생산화로 충분한 공급 단일성분을 분리하여 제제화 생산비 등을 고려하여, 여러 식물의 조추출물 혼합 처방

II. 자원식물의 기능성 활용시 유의 사항 ∙ 식물의 기능성 연구는 식물의 특성 파악이 중요 ∙ 식물은 살아있는 생명체
∙ 합성물질과 달리 생육 중 기능성 물질이 유동적으로 변화 ∙ 같은 종이라도 환경에 따라 다양한 특징을 지님

가. 식물의 정확한 분류 형태는 유사하지만, 특성이 완전히 다른 식물들이 많이 존재함 식용식물과 독초가 비슷한 경우가 많음
II. 자원식물의 기능성 활용시 유의사항-식물의 정확한 분류 가. 식물의 정확한 분류 형태는 유사하지만, 특성이 완전히 다른 식물들이 많이 존재함 식용식물과 독초가 비슷한 경우가 많음 같은 과, 같은 속 식물도 종 또는 품종에 따라 기능성 물질 함량 및 생리활성 정도가 다름 식물을 정확하게 분류하지 않으면, 연구결과에 혼선 발생할 수 있음

세뿔석위 (Pyrrosia hastata) 애기석위 (Pyrrosia petiolosa)
II. 자원식물의 기능성 활용시 유의사항 식물의 정확한 분류의 중요성 취나물 미역취 (Solidago virga-aurea var. asiatica) 곰취 (Ligularia fischeri) 참취(Aster scaber) 각시취 (Saussurea pulchella) 석위 석위(Pyrrosia lingua) 세뿔석위 (Pyrrosia hastata) 애기석위 (Pyrrosia petiolosa) 같은 이름으로 부르지만, 모두 다른 식물이며 각기 효능도 다름

취나물로 불리는 식물들의 항산화 활성 차이 II. 자원식물의 기능성 활용시 유의사항 Korean name Plant part
Moisture DPPH scavenge ABTS Fe2+ chelate Total polyphenol flavonoid (%) RC50 (mg/ml) (mg/gDW) BHT 0.121±0.003 0.217±0.004 ㅡ EDTA 0.030±0.003 Ascorbic acid 0.026±0.000 0.199±0.009 벌개미취 꽃 81.0 0.593±0.001 0.485±0.004 2.417±0.053 39.83±1.038 30.73±0.216 잎+줄기 68.7 0.395±0.028 0.279±0.017 3.260±0.102 23.45±0.008 10.11±0.381 좀개미취 83.9 0.158±0.002 0.158±0.001 2.566±0.141 78.15±1.669 59.33±0.639 80.6 0.404±0.009 0.369±0.003 1.564±0.267 55.82±0.134 16.44±0.190 참취 76.9 0.181±0.005 0.156±0.006 2.771±0.219 90.46±0.502 75.36±0.155 80.8 0.248±0.013 0.266±0.003 1.526±0.109 55.73±1.105 30.66±0.924 울릉미역취 71.8 0.295±0.004 0.317±0.013 1.712±0.053 36.70±0.987 18.09±0.060 잎 80.2 0.333±0.004 0.407±0.004 3.178±0.280 36.74±2.893 수리취 꽃봉오리 65.6 0.156±0.001 0.170±0.004 1.819±0.019 67.05±0.201 40.91±2.608 84.0 0.255±0.009 0.317±0.017 1.512±0.053 32.70±0.681 15.25±0.065

형태가 유사한 고비과 식물들의 항산화 활성 차이
II. 자원식물의 기능성 활용시 유의사항 석위로 불리는 식물들의 항산화 활성 차이 Korean name Plant part Moisture DPPH scavenge ABTS Total polyphenol flavonoid (%) RC50 (mg/ml) (mg/gDW) BHT 0.121±0.003 0.217±0.004 ㅡ Ascorbic acid 0.026±0.000 0.199±0.009 석위 Frond 69.09 0.107±0.008 0.078±0.020 34.686±0.134 14.333±0.160 세뿔석위 67.54 0.227±0.001 0.158±0.033 34.180±0.757 32.238±0.471 형태가 유사한 고비과 식물들의 항산화 활성 차이 Korean name Plant part Moisture DPPH scavenge ABTS Total polyphenol flavonoid (%) RC50 (mg/ml) (mg/gDW) BHT 0.121±0.003 0.217±0.004 ㅡ Ascorbic acid 0.026±0.000 0.199±0.009 고비 Frond 76.61 0.355±0.011 0.104±0.004 45.008±1.909 37.823±2.468 Rhizome 65.41 0.082±0.001 0.293±0.014 46.665±0.429 4.372±.170 꿩고비 80.64 0.312±0.008 0.081±0.004 42.202±0.483 28.709±0.285 66.37 0.064±0.002 0.226±0.007 75.567±3.531 5.570±0.130 음양고비 77.25 0.845±0.055 0.121±0.001 38.163±0.229 35.145±0.196 67.08 0.111±0.003 0.225±0.068 32.659±0.125 5.645±0.225 고비 꿩고비 음양고비

나. 식물의 재배환경 및 생리학적 특징 2차 대사산물 생합성에 영향을 미치는 요인들 채취시기 연령 채취 광 시기 자생지 기온
II. 자원식물의 기능성 활용시 유의사항-재배환경 및 생리학적 특징 고려 나. 식물의 재배환경 및 생리학적 특징 자생지 채취 시기 채취시기 연령 광 기온 토양 2차 대사산물 생합성에 영향을 미치는 요인들

수집지에 따른 식물의 형태 ∙ 생리활성 변화 수집지에 따른 돌나물의 형태적 특징
II. 자원식물의 기능성 활용시 유의사항-재배환경 및 생리학적 특징 고려 수집지에 따른 식물의 형태 ∙ 생리활성 변화 수집지에 따른 돌나물의 형태적 특징

II. 자원식물의 기능성 활용시 유의사항-재배환경 및 생리학적 특징 고려
수집지에 따른 돌나물의 비타민 C 함량

동일 식물도 부위별, 생육 시기별 생리활성을 분석할 필요가 있음
II. 자원식물의 기능성 활용시 유의사항-식물의 생육 단계 및 부위별 차이 다. 식물의 생육 단계 및 부위별 차이 2차 대사산물 특정 시기에 합성 특정 기관, 조직 및 세포에서 합성 동일 식물도 부위별, 생육 시기별 생리활성을 분석할 필요가 있음

수확시기에 따른 식물의 항산화활성 차이 II. 자원식물의 기능성 활용시 유의사항-식물의 생육 단계 및 부위별 차이
수확시기에 따른 구절초와 남구절초의 항산화 활성 차이 구절초 남구절초 구절초 남구절초 수확시기에 따른 구절초화 남구절초의 항산화 물질 함량 차이

II. 자원식물의 기능성 활용시 유의사항-식물의 생육 단계 및 부위별 차이
쑥부쟁이속 식물들의 부위별 항산화 활성 쑥부쟁이속 식물들의 부위별 지질과산화 억제활성

쑥부쟁이속 식물의 부위별 항산화 물질 함량

산딸나무의 부위별 항산화 물질 함량 꽃 과실 잎 가지 가지 잎 과실 꽃 산딸나무 식물의 부위별 티로시나아제 억제활성

라. 재배법의 표준화 상품화 기능성 생리활성 증진 방법 개발 대량 생산 방법 개발 기능성 식물 선발 자원식물 스크린
II. 자원식물의 기능성 활용시 유의사항-재배법의 표준화 라. 재배법의 표준화 상품화 기능성 생리활성 증진 방법 개발 대량 생산 방법 개발 기능성 식물 선발 자원식물 스크린

무성 번식법 개발의 필요성 동일 환경에서도 genotype에 따라 생리활성 차이
II. 자원식물의 기능성 활용시 유의사항-식물의 생육 단계 및 부위별 차이 무성 번식법 개발의 필요성 동일 환경에서도 genotype에 따라 생리활성 차이 Genotype 변화 오랜 기간 진화

저농약 유기농 재배의 필요성 기능성 안전성 저농약 유기농 재배식물 불균일한 다소 낮은 생산량 형태 단점 장점
II. 자원식물의 기능성 활용시 유의사항-식물의 생육 단계 및 부위별 차이 저농약 유기농 재배의 필요성 기능성 안전성 불균일한 형태 다소 낮은 생산량 저농약 유기농 재배식물 단점 장점 기능성 물질의 함량 및 생리활성이 월등히 높은 경향 기능성 식물 재배에 적합

5. 산 · 학 · 관 · 연의 네트워크 구축을 통한 co-work
II. 자원식물의 기능성 활용시 유의사항-연구 네트워크를 통한 Co-work 5. 산 · 학 · 관 · 연의 네트워크 구축을 통한 co-work 인력 개발 학교 기반 연구 - 각 기관의 긴밀한 협조 - 기관 별 적합한 연구 수행 - 유기체처럼 하나로 연결 국가 기관 유전자원 확보 산업체 민간 연구소 산,학,연의 애로사항 분석 경쟁력 높은 기술분야 집중 투자 차별화된 제품 생산 국내외 연구동향 분석 현장 애로기술과 단기간에 산업적 적용이 가능한 분야를 선택 원천기술 개발 장․단기과제로 나누어 산․학․연․관의 능동적인 공동 연구개발을 수행

(미백, 치매, 항산화, 항균, 항암, 콜레스테롤 저하능 등)
II. 자원식물의 기능성 활용시 유의사항-연구 네트워크를 통한 Co-work 자원식물 상품화를 위한 분야별 co-work 식물학, 재배학, 분류학 전공 식물 재료 수집 및 재배 생리활성 탐색 (미백, 치매, 항산화, 항균, 항암, 콜레스테롤 저하능 등) 식품학적 특성 - color, flavor 등 - 수분 보유능 - 제면성, film 형성능 - 물성 정제 & 구조분석 - 활성 물질 정제 - 구조 분석 - 구조 변형 (M/O, 효소, 물리화학적 방법 기능성 식물의 가공적성 연구 안정적인 원료 공급 식품학 전공 약학 전공 가공학 전공 식물학, 재배학 전공 상품화

III. 자원식물의 기능성을 이용한 산업화 생물 산업 다양성 자생의 생물자원 보존 및 개발
관련 산업 활성화 (식품, 약품, 생활용품 등)

생태계 보전의 중요성 생태계 보전 III. 자원식물의 기능성을 이용한 산업화 민속 문화 전통식품 관광, 레져산업 발전
수려한 자연 경관 전통 기술 지속적 발전 유기농업 생태계 보전 다양한 제품 개발 관광 산업 생물자원 확보 새로운 시장 개척 가공업 생명공학 원천기술 개발

유전자원 보호의 중요성 각국의 생물다양성 연구 집중 투자 생물다양성 협약 국가 간 협력하에 생물정보 교환
III. 자원식물의 기능성을 이용한 산업화 유전자원 보호의 중요성 각국의 생물다양성 연구 집중 투자 생물다양성 협약 국가 간 협력하에 생물정보 교환 생물자원의 자국의 주권 인정 자국의 유용 자원, 희귀종, 멸종 위기종 등 보호 자국 자원식물 개발 자국 식물의 독점권 행사

1. 식물자원을 이용한 산업화 방향 자원식물의 부가가치를 높여 산업화하기 위한 방안
III. 자원식물의 기능성을 이용한 산업화 1. 식물자원을 이용한 산업화 방향 자원식물의 부가가치를 높여 산업화하기 위한 방안 특산 식물자원의 부가 가치를 높이는 방법의 개발을 통한 경쟁력 강화 고부가 가치의 창출이 가능한 자원식물의 활용방법 확대 및 특용 작목화 자원식물 생산산업(1차)과 가공산업(2차)의 클러스터화에 의한 농업의 현대화 자원식물을 소재로 한 포괄적 복합 산업화로 고도의 기술을 갖춘 바이오 농업의 달성 일촌일품 명품화 등 지역상품 브랜드 구축 첨단 바이오 산업화의 이행

자원식물을 소재로 한 연구의 중점 사항 국내 자원식물의 확보 및 보존 자원식물의 특성에 맞는 용도별 개발을 통한 산업의 확대
III. 자원식물의 기능성을 이용한 산업화 자원식물을 소재로 한 연구의 중점 사항 국내 자원식물의 확보 및 보존 자원식물의 특성에 맞는 용도별 개발을 통한 산업의 확대 자원식물을 이용한 제품의 개발 식물과 관련된 전통기술의 지속적인 발전 새로운 기술 개발을 통한 대체상품의 개발 생태계 보전 및 경관향상을 통한 관광 및 레저산업의 발전 자원식물을 이용한 생명공학 원천기술의 개발 생물산업에 필요한 신소재 산업의 발전

2. 경관농업을 통한 지역 경제 활성화 및 건강 기능성 상품 소비촉진 자연주의 운동 주 5일제 여가 선용 추구 자연 체험형
III. 자원식물의 기능성을 이용한 산업화 2. 경관농업을 통한 지역 경제 활성화 및 건강 기능성 상품 소비촉진 자연주의 운동 자연 체험형 관광활성화 주 5일제 경관산업 여가 선용 추구

기능성 자원식물을 이용한 경관농업의 목표 관광 산업 농업 1,2,3차 산업이 하나로 연결된 신 개념의 클러스터형 농업
III. 자원식물의 기능성을 이용한 산업화 기능성 자원식물을 이용한 경관농업의 목표 체험형 관광 생활형 관광 산업형 관광 관광 지역 특산물 기능성 상품 기능성 자원식물 기능성 관상성 고려 농업 산업 R&D 계절별 다양한 부위 이용 특화 브랜드 1,2,3차 산업이 하나로 연결된 신 개념의 클러스터형 농업

경관농업지 수립 기본 방향 웰빙, 자연친화적 종합 관광농원 가족단위 관광객 살거리 놀거리 볼거리 먹거리
III. 자원식물의 기능성을 이용한 산업화 경관농업지 수립 기본 방향 가족단위 관광객 살거리 웰빙, 자연친화적 종합 관광농원 놀거리 볼거리 먹거리

관람

허브 식재 허브 염색 허브 양초 체험 천연비누

허브 숙소 허브 카페 휴식 허브 마사지 허브 스파

기념품

체험 관람 논 주변에 석산을 식재한 후, 농경체험 관람 체험 일본 후라노시 허브농원+후라노명물 치즈 체험

경관농업지 기본 육성방안 지역특산 단지화, 산업화, 기업화 대량생산 및 이용기술개발 생물자원 조사 및 DB화 유용 생물자원
III. 자원식물의 기능성을 이용한 산업화 경관농업지 기본 육성방안 지역특산 단지화, 산업화, 기업화 대량생산 및 이용기술개발 경관산업용 생물소재발굴 건강식,약품용 생물소재발굴 관광상품용 생물소재발굴 생물자원 조사 및 DB화 유용 생물자원

기능성 식물의 경관농업 적용 기능성 식물 III. 자원식물의 기능성을 이용한 산업화 다양한 색 강한 맛 강한 향기
flavonoid, carotinoid, tannin, 엽록소 등 식물성 색소 매운 맛 (캡사이신) 쓴맛 (탄닌, 카테킨) 등 Terpene (톡쏘는 향) 우수한 관상가치 가공물의 상품성 증가 항산화, 항암 등 질병 치료 및 예방 기능성 물질

기능성 식물의 경관농업 적용 우수한 관상 가치 우수한 생리활성 경관농업지의 수확물로 경관농업지 조성 건강 기능성 상품 제조
III. 자원식물의 기능성을 이용한 산업화 기능성 식물의 경관농업 적용 우수한 관상 가치 우수한 생리활성 경관농업지 조성 경관농업지의 수확물로 건강 기능성 상품 제조 관광객 유치 및 소비 촉진

신체적 정신적 건강은 물론 환경 파괴를 최소화한 지속 가능한 소비에 높은 가치
III. 자원식물의 기능성을 이용한 산업화 친환경주의와 경관농업 LOHAS 열풍 LOHAS : Lifestyle Of Health And Sustainability 신체적 정신적 건강은 물론 환경 파괴를 최소화한 지속 가능한 소비에 높은 가치

경관농업의 특징 경관농업 LOHAS 적합한 원료 및 가공품 생산 가능 생산지에서 직접 가공 친환경 농업 생산자에게 정당한
III. 자원식물의 기능성을 이용한 산업화 경관농업의 특징 경관농업 생산지에서 직접 가공 친환경 농업 친환경 가공품 생산자에게 정당한 가격 지불 소비자가 직접 재배작물 및 제품 생산과정 확인 LOHAS 적합한 원료 및 가공품 생산 가능

Summary 자원 식물 2차 대사산물 인간 건강 기능성 생리 작용 식물의 기능성 연구 자원 식물 기능성 활용
정확한 분류, 재배환경, 식물 연령, 채집시기, 채집부위 고려 연구기관별 유기적인 협력체계 유지 자원 식물 기능성 활용 유전자원 보호 및 개발 친환경 농법으로 재배한 자원식물 이용 경관농업을 이용한 건강 기능성 상품 유통전략

인류의 생활 및 건강을 위한 기능성 소재로써의 자원식물의 가치 및 활용방안 Merit and Application of Plant Resources as Functional Bio-materials for Human Life and Health 이 철 희 충북대학교.

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