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문제 정의
- 즉, 아크릴아마이드 형성은 식품에 존재하는 전구체 양에 의한 것 뿐만 아니라 온도, 시간, 튀김기름의 성질, 식품 매트릭스의 성질 등 다양한 가공 조건에 의하여 영향을 받는 것으로 여겨져 아크릴아마이드의 생성을 줄이기 위하여 다양한 조건의 형성 원인에 대한 연구가 필요한 것으로 사료된다. 이에 본 연구에서는 아크릴아마이드 함량이 높은 후렌치 후라이의 원료인 감자를 실험식품으로 선정하여 아크릴아마이드 생성에 영향을 미치는 인자를 분석하였다.
제안 방법
- Aqua C18 컬럼(2×250mm, Phenomonex, Torrance, USA)이 장착된 liquid chromatography-tandem mass spectrometry(LC/ MS/MS)는 electrospray positive ionization(ESI+), high-pressure liqid chromatography, S2100 Solvent Delivery System(Sykam, Germany), triple-quadrupole tandem mass spectrometer, Quattro micro(Micromass UK Ltd, Manchester, UK), data system(MassLynk version 3.5)를 사용하였고 Shaking incubator(KMC- 8480SF, Vision Scientific Co., Korea), High speed refrigeratedcentrifuge(SUPRA 22K, Hanil Science Industrial, Korea), Micro centrifuge(Marathon Micro High Speed Centrifuge, Fisher Scientific, USA)를 사용하였다. 표준물질은 Acrylamide(Sigma Chemical Co.
- 검량선 작성을 위하여 HPLC grade water에 아크릴아마이드를 첨가하여 5, 25, 125, 250, 500ppb 등의 농도의 standard solution을 만들었다. Calibratione 아크릴아마이드 피크와 13C3-acrylamide 피크 면적비를 비교하여 행하여 졌으며, standard curve는 샘플에 함유된 아크릴아마이드 정량에 이용하였다.
- 가열 시간에 따른 아크릴아마이드 생성량 변화는 180ºC에서 1, 2, 3, 4, 5분 동안 deep-fiying한 후 분석하였다. Presoaking 온도와 시간에 따른 아크릴아마이드 생성량 변화는 20, 60ºC 온도의 증류수에서 1, 15, 30, 45분 동안 증류수에 30분간 soaking 한 후 증류수로 수세하였고, 수분을 제거하여 180ºC, 3분 동안 deepfrying 하였다. 침지액 pH에 따른 아크릴아마이드 생성량 변화는 제조한 감자샘플을 각각의 pH로 제조한 buffer 용액(0.
- 가열온도에 따른 아크릴아마이드 생성량 변화는 절단한 감자샘플을 증류수에 담갔다가 표면 수분을 제거하여 120, 140, 160, 180, 200ºC에서 3분 동안 deep-frying 한 후 아크릴아마이드를 분석하였다. 가열 시간에 따른 아크릴아마이드 생성량 변화는 180ºC에서 1, 2, 3, 4, 5분 동안 deep-fiying한 후 분석하였다. Presoaking 온도와 시간에 따른 아크릴아마이드 생성량 변화는 20, 60ºC 온도의 증류수에서 1, 15, 30, 45분 동안 증류수에 30분간 soaking 한 후 증류수로 수세하였고, 수분을 제거하여 180ºC, 3분 동안 deepfrying 하였다.
- 대조군 샘플은 증류수로 수세한 후 표면 물기를 제거하고, 180ºC, 3분간 fiying하였다. 가열온도에 따른 아크릴아마이드 생성량 변화는 절단한 감자샘플을 증류수에 담갔다가 표면 수분을 제거하여 120, 140, 160, 180, 200ºC에서 3분 동안 deep-frying 한 후 아크릴아마이드를 분석하였다. 가열 시간에 따른 아크릴아마이드 생성량 변화는 180ºC에서 1, 2, 3, 4, 5분 동안 deep-fiying한 후 분석하였다.
- 저장온도에 따른 아크릴아마이드 생성량 변화는 구입한 원료감자를 두 그룹으로 분류하여 하나의 그룹은 상온 저장하고, 다른 그룹은 4 2ºC 냉장 보관하였다. 각각 보관된 감자는 일주일 간격으로 수세, 탈피, 절단하여 감자샘플을 제조해 증류수로 수세한 후, 표면의 수분을 제거하여 180ºC, 3분간 deep-frying 하고 아크릴아마이드 함량을 분석하였다.
- 검량선 작성을 위하여 HPLC grade water에 아크릴아마이드를 첨가하여 5, 25, 125, 250, 500 ppb 농도의 standard solution을 만들었다. 각 농도의 standard solution 1 mL에 분석 샘플에 첨가한 농도와 동일한 내부표준물질(13C3-acrylamide, 200 ppb) 1 mL를 섞어 standard curve 작성에 이용하였다.
- 이렇게 여과된 샘플을 vial에 담아 LC-MS/MS로 분석하였다. 검량선 작성을 위하여 HPLC grade water에 아크릴아마이드를 첨가하여 5, 25, 125, 250, 500ppb 등의 농도의 standard solution을 만들었다. Calibratione 아크릴아마이드 피크와 13C3-acrylamide 피크 면적비를 비교하여 행하여 졌으며, standard curve는 샘플에 함유된 아크릴아마이드 정량에 이용하였다.
- 3cm의 동일한 크기로 절단하여 감자 샘플을 만들었다. 대조군 샘플은 증류수로 수세한 후 표면 물기를 제거하고, 180ºC, 3분간 fiying하였다. 가열온도에 따른 아크릴아마이드 생성량 변화는 절단한 감자샘플을 증류수에 담갔다가 표면 수분을 제거하여 120, 140, 160, 180, 200ºC에서 3분 동안 deep-frying 한 후 아크릴아마이드를 분석하였다.
- 동일한 조건을 세 반복으로 제조, 처리, 분석하였다. 생감자를 탈피한 후 0.
- 동일한 조건을 세 반복으로 제조, 처리, 분석하였다. 생감자를 탈피한 후 0.8×0.8×4.3cm의 동일한 크기로 절단하여 감자 샘플을 만들었다. 대조군 샘플은 증류수로 수세한 후 표면 물기를 제거하고, 180ºC, 3분간 fiying하였다.
- , HarborCity, USA)에 여과시킨다. 이렇게 여과된 샘플을 vial에 담아 LC-MS/MS로 분석하였다. 검량선 작성을 위하여 HPLC grade water에 아크릴아마이드를 첨가하여 5, 25, 125, 250, 500ppb 등의 농도의 standard solution을 만들었다.
- 0)에 30분 동안 침지한 후 증류수로 수세하였다. 표면의 수분을 제거한 후 180ºC, 3분간 deep-fying 하여 아크릴아마이드를분석하였다. 저장온도에 따른 아크릴아마이드 생성량 변화는 구입한 원료감자를 두 그룹으로 분류하여 하나의 그룹은 상온 저장하고, 다른 그룹은 4 2ºC 냉장 보관하였다.
대상 데이터
- 감자(고랭지 감자, 강원도)는 지역 마켓에서 구입하여 상온 및 4± 2ºC 냉장고에서 각각 보관하여 실험에 임하였다. 동일한 조건을 세 반복으로 제조, 처리, 분석하였다.
- Louis)를 구입하여 사용하였고, 내부표준물질은 13C3-Labeled acrylamide(Cambridge Isotope Laboratory,Andover, USA)을 구입하여 4±2ºC에 냉장 보관하여 사용하였다. 감자를 튀겨 후렌치 후라이를 만들기 위해서 oil bath(Samiltech, Seal, Korea)와 soybean oil(Cheil Jedang Co., Seal,Korea)을 사용하였다. 아크릴아마이드 분석은 FDA에서 추천한 방법으로 행하였다(Fig.
- , Korea), High speed refrigeratedcentrifuge(SUPRA 22K, Hanil Science Industrial, Korea), Micro centrifuge(Marathon Micro High Speed Centrifuge, Fisher Scientific, USA)를 사용하였다. 표준물질은 Acrylamide(Sigma Chemical Co., St. Louis)를 구입하여 사용하였고, 내부표준물질은 13C3-Labeled acrylamide(Cambridge Isotope Laboratory,Andover, USA)을 구입하여 4±2ºC에 냉장 보관하여 사용하였다. 감자를 튀겨 후렌치 후라이를 만들기 위해서 oil bath(Samiltech, Seal, Korea)와 soybean oil(Cheil Jedang Co.
데이터처리
- 일반선형모형(GLM) 분석을 한 후 a = 0.05 수준에서 Duncan's multiple range test에 의하여 유의성 검증을 하였다(SAS Institute Inc., Cary, USA.).
이론/모형
- , Seal,Korea)을 사용하였다. 아크릴아마이드 분석은 FDA에서 추천한 방법으로 행하였다(Fig. 1). 분석방법은 후렌치 후라이를 각각의 조건으로 제조한 후에 균질화하여 1 g 취한다.
성능/효과
- 8). 4주 이상 상온 저장한 실험군, 대조군,3주 이상 냉장 저장한 실험군의 아크릴아마이드 함량은 유의적 차이가 있었다. 특히 5주간 상온 저장한 감자에서 생성된 아크릴아마이드 양은 대조군에 비해 감소되었으며, 7주간 냉장 저장한 감자에서 생성된 아크릴아마이드 양은 대조군에 비해 5배 이상 증가되었다.
- 아크릴아마이드는 160ºC 이상의 고온에서 생성이 급속도록 증가되므로 식품을 조리 시 가열온도를 가능한 낮게 조절하는 방법도 아크릴아마이드 함량을 줄일 수 있을 것으로 판단된다. 60ºC의 증류수에 45분간 침지하였을 때 아크릴아마이드 생성량이 약 80% 감소되었으며 침지과정은 후렌치 후라이 제조시 제품의 색감을 좋게 하기 위해 제조과정 중 포함되어 있으므로 침지온도와 침지시간을 조절하는 것으로 아크릴아마이드 함량을 낮출 수 있을 것으로 판단된다.
- Presoaking을 하지 않은 대조군의 아크릴아마이드 함량은 1,469 ppb이였으며, 상온의 증류수로 1, 15, 30, 45분간 presoaking한 실험군의 평균은 각각 1,001, 1, 043, 902, 913 ppb이였다(Fig. 5). 60ºC의 증류수로 1, 15, 30, 45분간 presoaking한 실험군의 아크릴아마이드 함량은 각각 841, 744, 387, 234 ppb이였다(Fig.
- 가열온도, 가열시간, presoaking 처리, 침지액 pH 처리, 저장온도의 변화에 따라 아크릴아마이드 함량에 영향을 미치는 것을 확인하였다. 이를 식품생산에 적용하여 식품 내 아크릴아마이드 생성을 줄일 수 있는 방법을 도출할 수 있을 것으로 판단된다.
- 감자 구입 즉시 flying한 후렌치 후라이의 아크릴아마이드 함량은 569ppb, 상온에서 1-7주간 저장한 후 분석한 실험군 각각의 아크릴아마이드 함량은 285, 122, 190, 72, 62, 122, 136ppb이며, 4±2ºC에서 1-7주간 저장한 후 분석한 실험군 각각의아크릴아마이드 함량은 638, 835, 1,395, 1,101, 2,221, 2,358, 3,189ppb이었다(Fig. 8). 4주 이상 상온 저장한 실험군, 대조군,3주 이상 냉장 저장한 실험군의 아크릴아마이드 함량은 유의적 차이가 있었다.
- 6). 그리고 대조군과 실험군의 차이는 유의적으로 나타났으며, 60ºC의 증류수로 presoaking한 실험군에서는 presoaking 시간에 의해서도 유의적 차를 나타냈다. 즉, presoaking의 시간이 증가될수록 후렌치 후라이 내의 아크릴아마이드 생성량이 계속적으로 감소하여, 대조군과 비교하였을 때 60ºC에서 45분간 presoaking한 실험군의 아크릴아마이드 생성량은 80% 이상 감소되었다.
- 식품의 매트릭스로 인해 열전달속도가 변할 수 있으며, 식품의 실제온도는 기름의 온도보다 낮을 가능성이 있다. 또한 식품 중의 수분이 증발하면서 증발열에 의한 식품 표면온도 강하에 의하여 아크릴아마이드가 생성되는 표면에서의 온도는 기름온도보다 낮을 수 있으며 이로 인하여 200ºC의 기름온도에서도 지속적인 아크릴아마이드 생성 가능성이 있는 것으로 사료된다.
- 아크릴아마이드 생성량이 160ºC에서 180ºC, 200ºC로 온도가 높아지면서 아크릴아마이드 생성이 급격히 증가되었으며,120, 140, 180, 200ºC의 frying temperature 간의 유의적 차이가있었다. 본 실험 결과, 아미노산과 포도당의 모델시스템을 이용한 Mottram 등(11)의 연구결과와 유사하게 120ºC 이상에서 아크릴아마이드 생성되기 시작하여 160-180ºC에서 많이 증가하였으나, 200ºC 이상의 고온에서도 계속적으로 그 생성량이 증가되었다. Tareke 등은 모델시스템에서는 200ºC에서 가열하였을 때 아크릴아마이드 함량이 줄었다.
- 0에서 생성된 양보다 감소하였다(24). 본 실험에서는 bufffer solution의 pH가 낮아짐에 따라 아크릴아마이드 생성이 감소되었다. 이는 Brown(23)과 Jung 등(24)에 이루어진 두 실험 모두 모델 시스템 하에 이루어졌으므로 pH에 의한 영향이 본 실험에 비해 크게 나타난 것으로 판단된다.
- 아크릴아마이드의 저감화는 원료 내 아크릴아마이드 형성가능물질을 줄임으로써 일차적으로 이루어질 수 있다. 본 실험을 통해 냉장보관한 감자의 아크릴아마이드 생성량은 보관기간이 길어질수록 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 이는 감자의 환원당과 아미노산이 증가되어 아크릴아마이드 생성량이 증가되는 것으로 사료된다.
- 120ºC에서 실험군의 아크릴아마이드 함량은 13 ppb, 140ºC에서 28 ppb, 160ºC에서 355 ppb, 180ºC에서 798 ppb, 200ºC에서 2,169 ppb이였다. 아크릴아마이드 생성량이 160ºC에서 180ºC, 200ºC로 온도가 높아지면서 아크릴아마이드 생성이 급격히 증가되었으며,120, 140, 180, 200ºC의 frying temperature 간의 유의적 차이가있었다. 본 실험 결과, 아미노산과 포도당의 모델시스템을 이용한 Mottram 등(11)의 연구결과와 유사하게 120ºC 이상에서 아크릴아마이드 생성되기 시작하여 160-180ºC에서 많이 증가하였으나, 200ºC 이상의 고온에서도 계속적으로 그 생성량이 증가되었다.
- 7). 즉, pH 3.0에서 아크릴아마이드 생성량이 가장 작고 pH가 증가될수록 아크릴아마이드 생성이 점점 증가되었으며, pH 3.0, 4.0과 pH 8.0 buffer solution 처리군의 아크릴아마이드 생성량은 유의적 차이를 나타냈다. 모델 시스템 하에서 아스파라긴과 포도당을 buffer solution에서 가열하여 생성된 아크릴아마이드 변화량을 분석한 Brown(23)의 실험에 의하면, 중성에서 아크릴아마이드 형성이 최대였으며, pH 6.
- 그리고 대조군과 실험군의 차이는 유의적으로 나타났으며, 60ºC의 증류수로 presoaking한 실험군에서는 presoaking 시간에 의해서도 유의적 차를 나타냈다. 즉, presoaking의 시간이 증가될수록 후렌치 후라이 내의 아크릴아마이드 생성량이 계속적으로 감소하여, 대조군과 비교하였을 때 60ºC에서 45분간 presoaking한 실험군의 아크릴아마이드 생성량은 80% 이상 감소되었다. 이는 감자표면의 당과 아미노산이 수세에 의하여 농도;가 감소되었기 때문에 표면에서 가열에 의한 아크릴아마이드 생성이 감소된 것으로 사료되며, presoaking 온도를 증가시킴으로서 아크릴아마이드 생성을 줄일 수 있을 것으로 판단된다.
- 특히 5주간 상온 저장한 감자에서 생성된 아크릴아마이드 양은 대조군에 비해 감소되었으며, 7주간 냉장 저장한 감자에서 생성된 아크릴아마이드 양은 대조군에 비해 5배 이상 증가되었다. 즉, 냉장보관 기간이 길어질수록 후렌치 후라이의 아크릴아마이드 함량은 급속도록 증가되는 반면, 상온보관기간일 경우, 5주까지는 소량 감소하다 그 이후 다시약간 증가하였다. Vattem 등(16)과 Amrein 등(25)은 8ºC 이하로감자를 보관하는 것은 포도당과 과당의 함량을 현저히 높이므로 아크릴아마이드 생성 가능성 또한 높아질 수 있다고 주장하였으며, 본 실험의 결과도 그들의 결과와 일치하였다.
- 4주 이상 상온 저장한 실험군, 대조군,3주 이상 냉장 저장한 실험군의 아크릴아마이드 함량은 유의적 차이가 있었다. 특히 5주간 상온 저장한 감자에서 생성된 아크릴아마이드 양은 대조군에 비해 감소되었으며, 7주간 냉장 저장한 감자에서 생성된 아크릴아마이드 양은 대조군에 비해 5배 이상 증가되었다. 즉, 냉장보관 기간이 길어질수록 후렌치 후라이의 아크릴아마이드 함량은 급속도록 증가되는 반면, 상온보관기간일 경우, 5주까지는 소량 감소하다 그 이후 다시약간 증가하였다.
- 하였을 때 3,393 ppb이 였다. 후렌치 후라이 가열 시 가열시간이 증가할수록 후렌치 후라이의 아크릴아마이드 생성량이 계속 증가하여, 1분 가열한 실험군과 5분 가열한 실험군간에 유의적 차이가 있었다(Fig. 4). 가열시간과 아크릴아마이드 생성량과의 상관관계에 대한 또다른 연구에서는 마이크로웨이브로 50, 100, 150초 동안 mash potato를 가열하였을 때 <5, 47,4400 ppb의 아크릴아마이드 생성을 보고하였으며(23), 이 결과는 가열시간이 증가할수록 아크릴아마이드 생성이 급격히 증가하는 유사성을 확인할 수 있었다.
- 후렌치 후라이의 frying 온도가 증가함에 따라 후렌치 후라이의 아크릴아마이드 생성량이 증가되었다(Fig. 3). 120ºC에서 실험군의 아크릴아마이드 함량은 13 ppb, 140ºC에서 28 ppb, 160ºC에서 355 ppb, 180ºC에서 798 ppb, 200ºC에서 2,169 ppb이였다.
후속연구
- 확인하였다. 이를 식품생산에 적용하여 식품 내 아크릴아마이드 생성을 줄일 수 있는 방법을 도출할 수 있을 것으로 판단된다. 아크릴아마이드의 저감화는 원료 내 아크릴아마이드 형성가능물질을 줄임으로써 일차적으로 이루어질 수 있다.
- 또한 같은 식품군의 제품에서도 다양한 아크릴아마이드 함량이 보고되었다. 즉, 아크릴아마이드 형성은 식품에 존재하는 전구체 양에 의한 것 뿐만 아니라 온도, 시간, 튀김기름의 성질, 식품 매트릭스의 성질 등 다양한 가공 조건에 의하여 영향을 받는 것으로 여겨져 아크릴아마이드의 생성을 줄이기 위하여 다양한 조건의 형성 원인에 대한 연구가 필요한 것으로 사료된다. 이에 본 연구에서는 아크릴아마이드 함량이 높은 후렌치 후라이의 원료인 감자를 실험식품으로 선정하여 아크릴아마이드 생성에 영향을 미치는 인자를 분석하였다.
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