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문제 정의
- 본 연구에서는 로스팅 조건에 따른 커피 중의 PAHs 함량에 대하여 실험하였다. 로스팅 시간은 5, 10, 20분으로 설정하였고, 로스팅 온도는 inlet air 기준으로 150℃에서 250℃ 사이로 설정하여 각각 100 g씩 로스팅 하였다.
- 이러한 여러 식품으로부터의 PAHs의 노출이 전체 노출량의 80% 이상을 차지하고 있다. 본 연구에서는 커피의 다양한 로스팅 조건(150, 180, 200, 220, 250℃와 5, 10, 20분)에 따라 생성되는 7종의 PAHs 함량 변화를 분석하여 커피생산공정에서 PAH의 생성량을 저감화하여 식품안전관리에 기여하고자 하였다.
제안 방법
- Brazil, Colombia, India 원두는 분석을 위해 열풍식 로스터(CBR-101, Gene café, Seoul, Korea)를 사용하여 Inlet air 온도를 150, 180, 200, 220, 250℃로 시간은 5, 10, 20분으로 각각 100 g씩 로스팅하여 사용하였다.
- 로스팅 시간은 5, 10, 20분으로 설정하였고, 로스팅 온도는 inlet air 기준으로 150℃에서 250℃ 사이로 설정하여 각각 100 g씩 로스팅 하였다.
- 이를 희석하여 0.25, 0.5, 1, 5, 10, 20, 50, 100 μg/kg의 혼합표준용액을 조제하여 농도 별로 분석해 검량선을 작성하였다.
대상 데이터
- 시약(acetonitrile, ethanol, n-hexane, dichloromethane, water 등)은 HPLC용(Burdick and Jackson, Muskegon, MI, USA)을 사용하였으며, 카트리지는 florisil cartridge(Waters, Milford, MA, USA)를 사용하였다. Anhydrous sodium sulfate는 Merck(Merck, Darmstadt, Germany)사 제품을 사용하였으며, potassium hydroxide(KOH)는 Sigma(Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA)를 사용하였다. PAHs 검출을 위해 사용된 HPLC는 Dionex P680 series HPLC(Dionex, Sunnyvale, CA, USA)를 FLD는 Waters 474 scanning fluorescence detector(Waters, Milford, MA, USA)를 사용하였고, 컬럼은 Supelguard LC-18(Supelco, Bellefonte, PA, USA)을 장착한 Supelcosil LC-PAH column(Supelco, Bellefonte, PA, USA)을 사용하였다.
- HPLC-fluorescence detector의 검량선 작성에 사용된 PAHs는 7종류의 혼합표준용액으로 acetonitrile로 정용하여 500 μg/kg 농도로 조제하였다.
- Louis, MO, USA)를 사용하였다. PAHs 검출을 위해 사용된 HPLC는 Dionex P680 series HPLC(Dionex, Sunnyvale, CA, USA)를 FLD는 Waters 474 scanning fluorescence detector(Waters, Milford, MA, USA)를 사용하였고, 컬럼은 Supelguard LC-18(Supelco, Bellefonte, PA, USA)을 장착한 Supelcosil LC-PAH column(Supelco, Bellefonte, PA, USA)을 사용하였다.
- 내부표준물질인 3-methylcholanthrene은 Supelco(Supelco, Bellefonte, PA, USA)사 제품을 사용하여 acetonitrile에 30 μg/kg 농도로 조제하여 사용하였다.
- 본 실험에서 사용된 커피는 시중에서 유통되는 Arabica종(Brazil NY 4-5, Colombia Excelso EP) 원두와 Robusta종(India cherry AB) 원두를 대형마트(E-mart Ltd., Seoul, Korea)에서 구입하여 사용하였다. 시약(acetonitrile, ethanol, n-hexane, dichloromethane, water 등)은 HPLC용(Burdick and Jackson, Muskegon, MI, USA)을 사용하였으며, 카트리지는 florisil cartridge(Waters, Milford, MA, USA)를 사용하였다.
- 분석대상물질은 benzo[a]anthracene, chrysene, benzo[b]fluoranthene, benzo[k]fluoranthene, benzo[a]pyrene, dibenzo [a,h]anthracene, benzo[g,h,i]perylene, 총 7종의 PAHs로 Sigma(Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA)사 제품을 사용하였다.
- , Seoul, Korea)에서 구입하여 사용하였다. 시약(acetonitrile, ethanol, n-hexane, dichloromethane, water 등)은 HPLC용(Burdick and Jackson, Muskegon, MI, USA)을 사용하였으며, 카트리지는 florisil cartridge(Waters, Milford, MA, USA)를 사용하였다. Anhydrous sodium sulfate는 Merck(Merck, Darmstadt, Germany)사 제품을 사용하였으며, potassium hydroxide(KOH)는 Sigma(Sigma-Aldrich, St.
- 최종검체의 PAHs 분석은 HPLC-FLD로 Dionex P680 series HPLC와 Waters 474 scanning fluorescence detector를 사용하였으며, 컬럼은 Supelguard LC-C18을 장착한 Supelcosil LC-PAH column(25 cm ×4.6 mm, I.D. particle size 5 μm)을 사용하였다.
데이터처리
- 모든 실험은 3반복하여 평균값과 표준편차로 결과값을 나타내었으며, 결과의 통계처리는 Sigma-Stat 2.0(Jandel Co., San Rafeal, CA, USA)를 이용하여 p<0.05 수준에서 one-way analysis of variance(ANOVA)를 통하여 유의성을 검정하였다.
성능/효과
- Arabica 종인 Colombia 원두와 Brazil 원두 공시료의 총 PAHs 함량은 각각 1.78 μg/kg와 1.65 μg/kg로 비슷하였으며, Robusta 종인 India 원두는 0.38 μg/kg로 Arabica 종보다 적은량이 검출되었고, 조건별 총 PAHs 함량도 Arabica종에 비하여 Robusta 종에서 적은량이 검출되었다.
- Arabica 종인 Colombia 원두와 Brazil 원두 공시료의 총 PAHs 함량은 각각 1.78 μg/kg와 1.65 μg/kg로 비슷하였으며, Robusta 종인 India 원두는 0.38 μg/kg로 Arabica 종보다 적은 량이 검출되었다.
- 11 μg/kg으로 가장 많이 검출되었다. Arabica종 Colombia 원두를 250℃에서 10분, 20분 로스팅 하였을 때 B[b]F의 함량이 급격하게 증가함을 볼 수 있었다. Colombia 원두에서 B[a]P는 0.
- IARC에서 인체발암가능물질인 2B group으로 분류된 B[b]F의 함량은 250℃에서 213.46 μg/kg으로 가장 많이 검출되었으며, 인체발암물질인 B[a]P 함량은 150℃에서 0.17 μg/kg 검출되었고, 250℃에서 0.34 μg/kg으로 온도가 높아질수록 다소 증가하였다.
- 커피원두에는 9-18% 정도의 지방이 포함되어 있으며, Robusta 종에 비하여 Arabica 종의 지방함량이 높으므로(23,24), Colombia 원두나 Brazil 원두에서 B[b]F의 높은 함량과 PAHs의 함량 증가에 영향을 미칠 것으로 생각된다. 또한 고온에서 로스팅 하였을 경우 저온에서 로스팅 하였을 때보다 원두표면에 스며 나오는 지방성분이 많았으며, Robusta종보다 Arabica종에서 스며 나오는 지방성분이 많았다. 저온에서 장시간(150℃, 20분) 로스팅 한 시료의 총 PAHs는 Brazil 원두 2.
- 14 ng/g으로 검출되었다. 또한 조리과정에 의한 수분감소나 유지류에 의해 PAHs 오염도의 증가를 확인하였고, 특히 조리된 애호박에서 1.34 ng/g으로 가장 많이 검출되었다. Houessou 등(7,11,20)은 원두커피의 PAHs 분석조건과 로스팅 조건에 따른 PAHs 함량에 대한 연구를 보고하였고, Bishnoi 등(21)은 LC UV-VIS detector를 이용하여 커피원두와 차에서 PAHs를 정량 한 결과 총 PAHs는 원두에서 16.
- 로스팅 조건별 실험 결과 일정한 변화를 보이진 않았지만, 저온 · 장시간 로스팅 한 시료보다 고온 · 단시간 로스팅 한 시료에서 총 PAHs가 많이 검출되었음을 확인하였으며, 시료별 실험결과 B[b]F 함량은 Arabica 종인 Colombia 원두와 Brazil 원두를 250℃에서 10, 20분 로스팅 하였을 때 많이 검출되었음을 확인하였다.
- 본 실험에서는 인체발암물질로 분류되어 있는 B[a]P은 검출되지 않거나, 0.03-0.11 μg/kg 수준으로 검출되었으며, 인체발암추정물질로 분류되어 있는 DB[a,h]A은 검출되지 않거나, 미량 검출되었다(250℃, 0.37 μg/kg).
- 37 μg/kg). 온도가 증가함에 따라 총 PAHs 함량이 일정한 증가를 보이진 않았지만 다소 증가하였으며, B[a]A 함량은 증가하였다.
- 이러한 결과를 보면 저온 · 장시간 로스팅 한 시료보다 고온 · 단시간 로스팅한 시료가 PAHs 생성에 더 많은 영향을 미치는 것으로 보아 시간조건보다 온도조건의 영향을 더 받는 것으로 판단된다.
- 저온에서 장시간(150℃, 20분) 로스팅 한 시료의 총 PAHs는 Brazil 원두 2.1 μg/kg, Colombia 원두 2.3 μg/kg, India 원두 0.4 μg/kg 검출되었으며, 고온에서 단시간(250℃, 5분) 로스팅 한 시료의 총 PAHs는 각각 3.37, 2.49, 0.44 μg/kg으로 고온에서 단시간 로스팅한 시료의 총 PAHs의 함량이 더 많이 검출되었다.
- 총 PAHs 함량과 B[a]P 함량은 온도가 증가할수록 다소 증가하였으며, 200℃에서 총 PAHs 함량은 3.59 μg/kg로 가장 많이 검출되었고, B[a]P 0.20-0.60 μg/kg으로 검출되었다.
- 총 PAHs 함량은 0.40-2.46 μg/kg로 검출되었으며, 온도가 증가함에 따라 B[a]A와 B[a]P, 총 PAHs의 함량도 증가하였다.
- 총 PAHs 함량은 1.85-178.14 μg/kg, B[a]P 함량은 0.18-0.37 μg/kg으로 온도가 증가할수록 다소 증가하였으며, 250℃에서 B[b]F 함량이 176.08 μg/kg으로 급격한 증가를 보였다.
- 총 PAHs 함량은 2.1-26.43 μg/kg으로 온도가 증가할수록 다소 증가하였다.
- 총 PAHs 함량도 Robusta 종에서 0.18-2.54 μg/kg이 검출되었으며, Arabica 종인 Colombia 원두와 Brazil 원두는 각각 1.26-215.70 μg/kg, 1.85-178.14 μg/kg로 Arabica 종에서 많이 검출되었으며, 품종별 B[a]P의 함량도 Colombia 원두에서 0.11-0.47 μg/kg, Brazil 원두에서 0.18-0.60 μg/kg, India 원두에서 0.03-0.11 μg/kg으로 Arabica 종에서 많이 검출되었다.
- 총 PAHs 함량이 220℃에서 1.8 μg/kg로 가장 적게 검출되었고, 250℃에서 2.49 μg/kg로 가장 많이 검출되었고, 온도별 총 PAHs의 함량은 공시료의 총 PAHs 함량인 1.78 μg/kg보다 많이 검출되었다.
후속연구
- 이에 따라 시중에 유통되고 있는 로스팅 커피의 모니터링을 통하여 섭취하고 있는 커피의 PAHs의 노출 정도를 파악하고, 커피 생산 공정에서 PAHs의 생성량을 저감화할 수 있는 로스팅 방식(직접가열방식, 열풍가열방식) 및 조건(온도, 시간) 확립에 대한 연구가 필요할 것으로 판단된다.
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