HPLC/UV-vis을 이용한 과일류 중의 지베렐린 산(GA3) 분석 = Analysis of gibberellic acid (GA3) from fruits using HPLC/UV-vis

국문 초록 (Abstract)

지베렐린(Gibberellin)은 대표적인 식물호르몬으로서 식물의 신장을 유도하고 발아를 촉진시키는 역할을 하며 농가에서는 과일류의 수확시기를 앞당기기 위해 지베렐린을 무분별하게 과다하게 사용하는 경우도 있다. 지베렐린류 중 가장 잘 알려진 것은 지베렐린 산(gibberellic acid)으로 GA3라고 명명된다. 이 지베렐린 산은 자외선-가시광선 분광광도법에서 최대 흡수 파장이 낮고, 화학적인 특징이 없기 때문에 HPLC/UV-vis로 분석하기가 어려워 정량보다는 단순한 검출에만 국한되어 있다.
본 연구는 유도체화를 통해 지베렐린 산의 최대 흡수 파장을 높여 과일류 (사과와 배) 중에 존재하는 지베렐린 산을 효과적으로 분석하는 방법을 확립하였다. 물:황산(1:1, v/v)용액을 사용하여 균질화된 수용액 시료의 pH를 3으로 조절하고 에틸아세테이트를 용출용매로 사용하여 시료로부터 용출하였다. 인산 완충용액을 사용하여 분석물질을 정제한 뒤, pH를 3으로 맞춘 인산 완충용액으로부터 에틸아세테이트로 추출하는 액체-액체 추출방법(LLE)을 사용하였다. 추출한 지베렐린 산은 반응 용매로 THF, 반응 염기로 TEA, 유도체화 물질로 phenacyl bromide를 사용하였고 이들에 대한 최적의 반응조건을 확립함으로써 최대 흡수 파장을 높여 HPLC/UV-vis로 분석하였다. HPLC/UV-vis의 이동상은 물과 메탄올을 사용한 기울기 용리 용매조건에서 분석을 실시하였다. 컬럼은 C18 (4.6 × 150mm, 5 μm) 컬럼을 사용하였으며, 유속은 0.8 mL/min의 최적의 조건에서 분석물질을 분리하였다.
사과 시료에서의 유도체화된 지베렐린 산의 검출한계(LOD)와 정량한계(LOQ)는 각각 0.008 mg/kg와 0.027 mg/kg 이었으며 배 시료 중에서의 검출한계 (LOD)와 정량한계(LOQ)는 각각 0.003 mg/kg와 0.012 mg/kg 이었다. 검정곡선은 사과의 경우 0.15 ∼ 3.2 mg/kg, 배의 경우 0.15 ∼ 4.0 mg/kg 범위에서 상관계수(r2)가 0.996 이상의 직선성을 나타내었다. 정밀도(RSD)는 사과에서 4.6%, 배에서 3.8% 이하 값을 보였고 정확도(상대회수율)는 84.4 ∼ 108.4%의 범위에서 나타났다.
본 연구를 통해 확립된 분석방법은 현재 단순히 검출에만 국한되어 있는 HPLC/UV-vis을 이용한 지베렐린 산 분석법에 비해, 유도체화 반응을 통해 고감도의 분석조건을 확립함으로써 극미량(수십 μg/kg)까지 정량분석이 가능하게 되었다. 또한 기존에 설정된 전처리 방법보다 신속하고 경제적이며, 낮은 검출한계와 정량한계를 나타낸 확립된 분석법은 과실류의 발달을 촉진하기 위해 농약으로 사용하는 지베렐린 산의 잔류 분석법으로 활용이 가능할 것이다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Gibberellins (GAs) are a class of plant growth hormones that exert profound and diverse effects on plant growth and development such as seed germination, fruit external ripening and fruit development and others. GAs are increasingly applied in agriculture to improve crop quality and yields. But, there is no regulation of GAs in Korea. On the other hand, the MRL(Maximum residual limits)s of Gibberllic acid (GA3) in Japan and EU are 200 μg/kg and 500 μg/kg, respectively. Analysis of gibbrellic acid from fruit using HPLC/UV-vis has always been extremely difficult, since gibberellic acid has little ultraviolet(UV) absorbance. Therefore, a simple and accurate analytical method for determination of gibberellic acid in fruit was developed. The method involves liquid-liquid extraction and derivatization using phenacyl bromide for effective and high sensitive HPLC/UV-vis analysis. For optimized liquid-liquid extraction condition, extraction times, extraction solvent and pH during sample preparation process were investigated. And also, experiment factors which are reaction time, reaction temperature and amount of derivatizing reagent and base, for the effective derivatization, were optimized. The HPLC/UV-vis was equipped with C18 column (4.6 mm I.D.× 150 mm, 5 μm) using a binary solvent system composed of water and methanol and flow rate was 0.8 mL/min. As a result, the limit of detection (LOD) and limit of quantification (LOQ) were different for the various matrix combinations but were in all cases below 0.008 and 0.027 mg/kg, respectively. Calibration curves for the quantitation showed good linearity (above r2=0.996) in the concentration dynamic ranged of 0.15∼3.2 mg/kg in apple and 0.15∼4.0 mg/kg in pear. The relative recovery were from the spiked sample matrix in ranged 88.2 ∼105.8% (apple) and 84.4 ∼108.4% (pear).
The established method can be used to determine μg/kg levels of gibberellic acid from fruits sample using HPLC/UV-vis.

목차 (Table of Contents)

• 전 체 목 차 ⅰ
• 표 목 차 ⅳ
• 그 림 목 차 ⅴ
• 논 문 개 요 ⅶ
• 1. 서 론 1
• 1.1 연구 배경 1
• 1.2 연구 동향 4
• 2. 실 험 7
• 2.1 기구 및 시약 7
• 2.1.1 기구 7
• 2.1.2 시약 8
• 2.1.3 표준용액의 제조 9
• 2.1.4 분석기기 9
• 2.2 기기분석 조건 10
• 2.2.1 HPLC/UV-vis 조건 10
• 2.2.2 HPLC/ESI-MS 조건 12
• 2.3 시료 전처리 방법 13
• 2.3.1 시료 선정 13
• 2.3.2 전처리 방법 13
• 2.4 실험 인자들의 최적화 16
• 2.4.1 지베렐린 산 추출의 최적화 16
• 2.4.1.1 pH 선택 16
• 2.4.1.2 추출 용매의 선택 17
• 2.4.1.3 추출 용매량, 횟수 선택 17
• 2.4.2 지베렐린 산 유도체화 실험의 최적화 18
• 2.4.2.1 반응온도 및 반응시간의 선택 18
• 2.4.2.2 반응 용매량 선택 19
• 2.4.2.3 Phenacyl bromide 양의 영향 19
• 2.4.2.4 Triethylamine 양의 영향 20
• 2.5 검출한계, 정량한계, 정확도, 정밀도 및 검정곡선 21
• 3. 결과 및 고찰 22
• 3.1 기기분석 22
• 3.1.1 UV-vis 스펙트럼 22
• 3.2.2 HPLC/UV-vis 크로마토그램 및 HPLC/ESI-MS 질량 스펙트럼 23
• 3.2 실험 인자들의 최적화 25
• 3.2.1 지베렐린 산 추출의 최적화 25
• 3.2.1.1 pH 선택 25
• 3.2.1.1.1 분석시료의 pH 선택 26
• 3.2.1.1.2 정제시료(인산완충용액)의 pH 선택 27
• 3.2.1.2 추출용매의 선택 28
• 3.2.1.3 추출용매의 양과 추출횟수의 선택 30
• 3.2.1.3.1 용출용매의 양과 용출횟수 선택 30
• 3.2.1.3.2 인산 완충용액의 양 및 횟수 선택 32
• 3.2.1.3.3 최종 추출용매량 및 추출 횟수 선택 33
• 3.2.2 지베렐린 산 유도체화 실험의 최적화 34
• 3.2.2.1 반응온도 및 반응시간의 선택 34
• 3.2.2.2 반응 용매량 선택 36
• 3.2.2.3 Phenacyl bromide 양의 영향 37
• 3.2.2.4 Triethylamine 양의 영향 38
• 3.3 유효성 검증 39
• 3.3.1 검출한계, 정량한계, 정확도 및 정밀도 39
• 3.3.2 검정곡선 41
• 4. 결 론 43
• 참 고 문 헌 45
• Abstract 47