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문제 정의
- 따라서, 본 연구에서는 매실추출제품의 시안화합물 분석에 있어 기존의 건강기능식품공전 시험법을 검토하고, β-glucosidase를 이용한 효소-피크린산지법과 HPLC와 IC를 이용한 시안화수소 및 아미그달린 분석법을 매실추출제품에 적용하여 비교함으로서 효과적인 분석법을 제안하고자 하였다.
- 시료의 시안화합물을 분석하는 또 다른 방법으로 유리되어 있는 시안화합물을 IC 혹은 HPLC를 이용하여 정량하는 방법과 배당체 형태로 존재하는 아미그달린을 HPLC를 통해 정량하는 방법을 병행하는 것이 보고된 바 있다(17). 따라서, 본 연구에서는 이전의 연구를 토대로 매실추출제품에 시안화합물을 분석하기 위하여 IC와 HPLC를 이용한 분석법을 적용하고 검토하였다.
- 이러한 결과들로 미루어 볼 때, 피크린산지법은 유리 시안화합물은 검출하지만, 배당체 형태인 시안화합물 자체는 감지하기 어렵다는 것을 알 수 있었다. 따라서, 제품 내에 존재하는 유리 시안화합물 및 시안배당체의 정확한 검출을 위해서 시험법의 개선이 필요한 것으로 판단되었다.
- 구입한 3종류의 제품 분석결과, 피크린산지의 변색이 일어나지 않았다. 이러한 결과는 제품 내 시안화합물의 부재에 의한 것인지 혹은 시험법 자체의 검출한계가 높아 시안화합물의 감지가 어려워 변색이 되지 않은 것인지 하는 의문을 생기게 하였다. 따라서, 매실추출제품에 존재할 것으로 예상되는 시안배당체인 아미그달린과 유리 형태의 CN−를 제공할 수 있는 시안화칼륨을 시료에 첨가하여 피크린산지법으로 분석하였다.
제안 방법
- 6개의 시험관에 위의 표준용액 및 시료용액을 각각 500 µL를 첨가하고 각 시험관에 효소용액 50 µL를 추가로 첨가한 즉시 피크린산지를 매달고 밀봉하였다.
- 본 연구에서 매실추출제품 중 시안화합물의 효과적 분석을 위하여 이상의 3가지 시험법을 검토하였다(Table 5). 각 시험법에 대한 소요시간은 시약 및 용액 제조에 1시간, 기기 안정화 및 분석에 4시간을 산정하여 비교하였다. 그 결과, 피크린산지법은 시간이 가장 적게 소요 되었으나(약 5시간), 배당체 형태로 존재하는 시안화합물은 검출하지 못하였다.
- 건강기능식품공전에서 유해물질로 분류되어 관리되고 있는 매실추출제품 중 시안화합물의 효과적인 분석을 위하여 피크린산지법, 효소-피크린산지법, IC 및 HPLC를 이용한 기기분석법을 검증하고 비교하였다. 먼저, 피크린산지법은 가장 분석소요시간이 짧았으며, 0.
- 기기를 이용한 분석법인 경우 ICH Guide Line Q2B에서 제시하는 방법을 근거로 하여 직선성(Linearity), 정확성(Accuracy), 정밀성(Precision), 검출한계(Limit of detection, LOD, S/N=3) 및 정량한계(Limit of quantitation, LOQ, S/N=10) 등으로 검증하였다(19). 아미그달린 분석법 검증 시 회수율은 목적농도(10 µg/mL)를 100%로 하여 80, 100, 120%의 표준품을 시료에 첨가하여 3회 반복 실험의 평균치로 계산하였다.
- 따라서, 매실추출제품에 존재할 것으로 예상되는 시안배당체인 아미그달린과 유리 형태의 CN−를 제공할 수 있는 시안화칼륨을 시료에 첨가하여 피크린산지법으로 분석하였다.
- 따라서, 본 연구에서는 이전 보고들을 토대로 하여 β-glucosidase를 매실추출제품에 적용하였다.
- 1%에 해당하는 효소량을 첨가한 후 45℃, 3시간 반응시 가장 높은 흡광도를 나타내었다. 또한, 매실추출제품을 시료로 하여 분석할 경우 시료에 함유되어 있는 유기산으로 인해 시험용액의 pH가 산성화되어 효소반응이 나타나지 않음을 알 수 있었고, 이를 보완하기 위해서 시료 분석시 시험용액의 pH 보정이 반드시 필요하였다. 한편, 표준품으로 사용한 KCN을 최종농도가 각각 0, 2, 10, 20, 50 µg/mL이 되도록 첨가하여 효소-피크린산지법을 수행한 결과, 농도-의존적 발색을 보였으며(Fig.
- 또한, 시안화합물의 경우 역시 목적농도(0.05 µg/mL CN−)로 정하여 아미그달린과 같은 방법으로 회수율을 측정하였다.
- 매실추출제품 중 유해물질인 시안화합물의 효과적인 분석을 위해 먼저 건강기능식품공전의 피크린산지법을 검토하였다. 구입한 3종류의 제품 분석결과, 피크린산지의 변색이 일어나지 않았다.
- 먼저 IC를 이용한 유리 시안화물의 분석법을 검토하였다. 표준품을 각각 12.
- 먼저, β-glucosidase를 이용하기 위하여 효소활성을 최대로 나타낼 수 있는 최적조건을 찾았다.
- 45℃에서 3시간 동안 효소반응을 시킨 후 피크린산지의 발색을 확인하였다. 반응 종료 즉시 피크린산지를 튜브에서 꺼내어 3 mL 증류수가 담긴 튜브로 옮겨 30분간 용출시킨 후 증류수를 blank로 하여 510 nm에서 흡광도를 측정하여 결과분석을 하였다.
- 먼저, β-glucosidase를 이용하기 위하여 효소활성을 최대로 나타낼 수 있는 최적조건을 찾았다. 반응조건은 pH, 효소농도, 시간 및 온도에 따라 발색 정도를 510 nm에서 흡광도를 측정하여 최대 흡광도를 나타내는 지점에서 정하였다(Fig. 2). 그 결과, pH 7에서 최종 반응액의 0.
- 본 연구에서 매실추출제품 중 시안화합물의 효과적 분석을 위하여 이상의 3가지 시험법을 검토하였다(Table 5). 각 시험법에 대한 소요시간은 시약 및 용액 제조에 1시간, 기기 안정화 및 분석에 4시간을 산정하여 비교하였다.
- 부산광역시 대형마트와 백화점에 유통 중인 건강기능식품 중 매실추출제품 3종을 구입하여 사용하였다. 시료는 제품 내 상태를 균일하게 유지하기 위하여 분쇄 혹은 혼합 등의 균질화 과정을 거친 후 전처리 과정에 적용하였다.
- 시안화칼륨(1000 µg/mL CN−) 표준품을 인산완충액(pH 7.0)을 이용하여, 0, 2, 10, 20, 50 µg/mL의 표준용액을 제조하였다.
- 아미그달린 분석법 검증 시 회수율은 목적농도(10 µg/mL)를 100%로 하여 80, 100, 120%의 표준품을 시료에 첨가하여 3회 반복 실험의 평균치로 계산하였다.
- 건강기능식품공전 시험법에 준해, 검체 20 g을 200 mL 삼각플라스크에 취하여 구연산 완충액 50 mL를 가한 후, 피크린산지를 매달은 코르크마개로 밀전하여 25-35℃에서 때때로 흔들어 혼합시키면서 3시간 방치하였다. 이후 주석산 2 g을 첨가하고 위의 코르크 마개를 즉시 밀전하고, 50-60℃에서 혼합하여 1시간 방치 후 피크린산지의 변색을 확인하였다.
- 0)을 이용하여, 0, 2, 10, 20, 50 µg/mL의 표준용액을 제조하였다. 인산완충액 제조는 0.1 M potassium diphosphate(KH2PO4, M.W. 130.90)와 0.1 M dipotassium phosphate(K2HPO4, M.W. 174.18)를 섞어 pH 7.0으로 맞추어 수행하였다. 시료는 잘게 분쇄하여 10 g을 50 mL 부피플라스크에 넣고 인산완충액 35 mL로 녹인 후, pH 측정기를 이용하여 pH 7.
- 05 N HCl을 사용하였다. 최적의 분석조건을 위하여, 크로마토그램의 peak intensity가 가장 높아지도록 유도체 시약과 이동상의 유속을 조절하였다. 그 결과, 이동상은 0.
- 최종부피가 500 mL가 되도록 증류한 후, 0.45 µm 멤브레인 필터로 여과하여 시험용액으로 사용하여 HPLC/fluorescence detector와 IC를 이용하여 분석하였다.
- 표준원액을 희석하여 표준용액이 각각 0.0125, 0.025, 0.050, 0.1 및 0.2 µg/mL가 되도록 조제하였다.
대상 데이터
- 2 mL/min에서 peak intensity가 높게 나타났다(Table 1). 또한, post column 유도체 반응기의 온도별 peak intensity를 조사한 결과 123℃에서 가장 높게 나타났으며, 5 m 유도체관을 이용하였다. 이상의 분석조건에서, 각각 12.
- 부산광역시 대형마트와 백화점에 유통 중인 건강기능식품 중 매실추출제품 3종을 구입하여 사용하였다. 시료는 제품 내 상태를 균일하게 유지하기 위하여 분쇄 혹은 혼합 등의 균질화 과정을 거친 후 전처리 과정에 적용하였다.
- 아미그달린 표준품 및 β-glucosidase(from almonds, 5KU)는 Sigma(St Louis, MO, USA), KCN은 Fluka사(USA)에서 구입하였다.
- 002 M glycine을 이용하였다. 이동상으로 30% 메탄올, 유도체화를 돕기 위하여 0.05 N HCl을 사용하였다. 최적의 분석조건을 위하여, 크로마토그램의 peak intensity가 가장 높아지도록 유도체 시약과 이동상의 유속을 조절하였다.
이론/모형
- 아미그달린 표준품을 1000 µg/mL 농도가 되도록 증류수로 제조하여 표준원액으로 한 후 200 ng/mL로 희석하여 표준용액으로 하였다. 시료로부터 아미그달린의 분리는 대한약전의 방법을 이용하였다(17). 간단히 전처리법을 요약하면 다음과 같다.
성능/효과
- 또한, 시각적 판단에 의한 정성분석은 가능하였으나, 정량분석이 불가능한 단점이 있었다. IC/HPLC를 이용한 기기분석의 경우, 유리 형태와 배당체 형태의 시안화합물 모두 검출이 가능하였고, 정량 및 정성분석이 가능하였다. 기기분석법의 경우, 표준용액의 검량선 상관계수(R2)는 모두 0.
- 매실추출제품 중 유해물질인 시안화합물의 효과적인 분석을 위해 먼저 건강기능식품공전의 피크린산지법을 검토하였다. 구입한 3종류의 제품 분석결과, 피크린산지의 변색이 일어나지 않았다. 이러한 결과는 제품 내 시안화합물의 부재에 의한 것인지 혹은 시험법 자체의 검출한계가 높아 시안화합물의 감지가 어려워 변색이 되지 않은 것인지 하는 의문을 생기게 하였다.
- 2). 그 결과, pH 7에서 최종 반응액의 0.1%에 해당하는 효소량을 첨가한 후 45℃, 3시간 반응시 가장 높은 흡광도를 나타내었다. 또한, 매실추출제품을 시료로 하여 분석할 경우 시료에 함유되어 있는 유기산으로 인해 시험용액의 pH가 산성화되어 효소반응이 나타나지 않음을 알 수 있었고, 이를 보완하기 위해서 시료 분석시 시험용액의 pH 보정이 반드시 필요하였다.
- 최적의 분석조건을 위하여, 크로마토그램의 peak intensity가 가장 높아지도록 유도체 시약과 이동상의 유속을 조절하였다. 그 결과, 이동상은 0.4 mL/min, OPA는 0.5 mL/min, glycine은 0.3 mL/min 및 HCl은 0.2 mL/min에서 peak intensity가 높게 나타났다(Table 1). 또한, post column 유도체 반응기의 온도별 peak intensity를 조사한 결과 123℃에서 가장 높게 나타났으며, 5 m 유도체관을 이용하였다.
- 각 시험법에 대한 소요시간은 시약 및 용액 제조에 1시간, 기기 안정화 및 분석에 4시간을 산정하여 비교하였다. 그 결과, 피크린산지법은 시간이 가장 적게 소요 되었으나(약 5시간), 배당체 형태로 존재하는 시안화합물은 검출하지 못하였다. 또한, 시각적 판단에 의한 정성분석은 가능하였으나, 정량분석이 불가능한 단점이 있었다.
- 따라서, 매실추출제품에 존재할 것으로 예상되는 시안배당체인 아미그달린과 유리 형태의 CN−를 제공할 수 있는 시안화칼륨을 시료에 첨가하여 피크린산지법으로 분석하였다. 그 결과, 피크린산지의 변색이 일어나지 않은 시료에 시안화칼륨 0.01 mg과 0.1 mg을 첨가하였을 때, 농도 의존적으로 피크린산지의 변색이 일어났으며(Fig. 1), 배당체 형태의 아미그달린 250 mg을 첨가한 경우 피크린산지는 변색되지 않았다(Fig. 1). 또한, 시료, 아미그달린 250 mg 및 시안화칼륨 0.
- 따라서, 매실추출제품 중 시안화합물의 분석법으로 제품 내 유리되어 있는 시안화합물과 시안배당체로부터 유래된 시안화합물을 단순한 전처리 방법으로 단시간에 검출 가능한 효소-피크린산지법이 가장 효과적이라 판단된다.
- 또한, 아미그달린을 농도별로 첨가한 결과 역시 농도-의존적 발색을 보였다. 따라서, 효소-피크린산지법은 피크린산지의 변색 유무를 관찰함으로써 시료 내 존재하는 유리 시안화합물과 배당체로부터 유래되는 시안화합물을 포함한 총 시안화합물의 정성분석과 변색된 피크린산지를 증류수에 용출시켜 흡광도를 측정함으로써 정량분석이 가능함을 알 수 있었다.
- 5 ng/mL, 회수율은 71-92%를 보였다. 또한 반복실험간 정밀성을 확인하기 위하여, 표준용액을 6회 제조하여 측정한 결과 4.22 RSD(%)를 보였으며, 일자별로 3회 반복 실험한 결과 RSD(%)는 5.12로 나타났다(Table 4).
- 1). 또한, 시료, 아미그달린 250 mg 및 시안화칼륨 0.01 mg을 첨가한 결과 피크린산지가 적색으로 변색되었다(Fig. 1). 이러한 결과들로 미루어 볼 때, 피크린산지법은 유리 시안화합물은 검출하지만, 배당체 형태인 시안화합물 자체는 감지하기 어렵다는 것을 알 수 있었다.
- 반면, β-glucosidase를 이용한 효소-피크린산지법은 아미그달린으로부터 유래되는 시안화합물을 포함한 총 시안화합물의 정성분석 및 분광광도계를 이용한 정량분석이 가능하였다. 마지막으로, IC 및 HPLC를 이용한 시안화합물 분석법은 유리되어 있는 시안화합물과 아미그달린을 분석하기 위해 각각 서로 다른 전처리 과정을 거쳐야 하며, 분석시간 또한 가장 많이 소요되었다. 이러한 결과들을 미루어 볼 때, 매실추출제품에 존재하는 시안화합물 분석법으로는 효소-피크린산지법이 가장 효과적임을 알 수 있었다.
- 건강기능식품공전에서 유해물질로 분류되어 관리되고 있는 매실추출제품 중 시안화합물의 효과적인 분석을 위하여 피크린산지법, 효소-피크린산지법, IC 및 HPLC를 이용한 기기분석법을 검증하고 비교하였다. 먼저, 피크린산지법은 가장 분석소요시간이 짧았으며, 0.01 mg/200 mL CN에서 피크린산지의 변색이 관찰되었으나, 배당체 형태의 아미그달린으로부터 유래되는 시안화합물을 검출하는 것에 한계가 있었다. 반면, β-glucosidase를 이용한 효소-피크린산지법은 아미그달린으로부터 유래되는 시안화합물을 포함한 총 시안화합물의 정성분석 및 분광광도계를 이용한 정량분석이 가능하였다.
- 99 이상을 나타냈으며, 시안 화합물의 검출한계는 IC를 이용한 분석법에서 낮게 나타났다. 반면, 6회 반복 실험한 반복성(Repeatability)과 일자별 3회 반복 실험한 정밀성(Inter-mediate precision)의 RSD(%)는 IC 분석법보다 HPLC 분석법에서 낮게 나타났다. 이러한 결과들은 시안화합물을 분석함에 있어 IC 및 HPLC를 이용하여 상호보완적으로 수행하는 것이 효과적임을 나타낸다.
- 999의 높은 값을 보였으며, 검출한계는 20 ng/mL, 정량한계는 60 ng/mL, 회수율은 94-100%를 보였다. 반복실험간 정밀성을 확인하기 위하여 표준용액을 6회 제조하여 측정한 결과, 3.10 RSD(%)를 보였으며 일자별로 3회 반복 실험한 결과 RSD(%)는 3.09로 나타났다(Table 4).
- 1 µg/mL, 정량한계는 1 µg/mL, 회수율은 94-100%를 보였다. 반복실험간 정밀성을 확인하기 위하여, 표준용액을 6회 제조하여 측정한 결과 0.16 RSD(%)를 보였으며, 일자별로 3회 반복 실험한 결과 RSD(%)는 0.14로 나타났다(Table 4).
- 반면, 효소-피크린산지법의 경우 기존의 피크린산지법과 비교하여 1시간 정도의 시간이 더 필요했으나(약 6시간), 제품에 존재하는 유리 시안화합물과 시안배당체 유래의 시안화합물의 정성분석이 가능한 장점이 있었다. 뿐만 아니라, 흡광도를 이용한 정량분석도 가능하였고, 표준용액의 검량선 상관계수(R2)는 기기분석법과 유사한 0.999 이상을 나타내어 유의성 있는 직선성을 보였다. 이들 분석법을 실제 시료분석에 적용한 결과, 본 연구에서 구입한 3종류의 매실추출제품의 경우, 대부분의 시험법에서 시안화합물이 검출되지 않았으나, C제품의 경우 효소-피크린산지법에서 발색되었다.
- 999 이상을 나타내어 유의성 있는 직선성을 보였다. 이들 분석법을 실제 시료분석에 적용한 결과, 본 연구에서 구입한 3종류의 매실추출제품의 경우, 대부분의 시험법에서 시안화합물이 검출되지 않았으나, C제품의 경우 효소-피크린산지법에서 발색되었다. 이러한 결과는 시료의 전처리 과정의 간소화 및 효소반응의 특성인 기질-특이성에 의해 검출한계가 낮아져 나타난 것으로 사료된다.
- 1). 이러한 결과들로 미루어 볼 때, 피크린산지법은 유리 시안화합물은 검출하지만, 배당체 형태인 시안화합물 자체는 감지하기 어렵다는 것을 알 수 있었다. 따라서, 제품 내에 존재하는 유리 시안화합물 및 시안배당체의 정확한 검출을 위해서 시험법의 개선이 필요한 것으로 판단되었다.
- 반면, 6회 반복 실험한 반복성(Repeatability)과 일자별 3회 반복 실험한 정밀성(Inter-mediate precision)의 RSD(%)는 IC 분석법보다 HPLC 분석법에서 낮게 나타났다. 이러한 결과들은 시안화합물을 분석함에 있어 IC 및 HPLC를 이용하여 상호보완적으로 수행하는 것이 효과적임을 나타낸다. 그러나, 제품 중 유리 형태의 시안화합물과 시안배당체인 아미그달린을 분석하기 위하여 각각의 전처리 과정이 필요했고, 이로 인해 소요시간이 상대적으로 많이 필요한 단점이 있었다(약 17시간).
- 마지막으로, IC 및 HPLC를 이용한 시안화합물 분석법은 유리되어 있는 시안화합물과 아미그달린을 분석하기 위해 각각 서로 다른 전처리 과정을 거쳐야 하며, 분석시간 또한 가장 많이 소요되었다. 이러한 결과들을 미루어 볼 때, 매실추출제품에 존재하는 시안화합물 분석법으로는 효소-피크린산지법이 가장 효과적임을 알 수 있었다.
- 이상의 분석조건에서, 각각 12.5, 25, 50, 100 및 200 µg/L의 농도로 표준품을 제조하여 분석한 결과 검량선의 R2는 0.999의 높은 값을 보였으며, 검출한계는 20 ng/mL, 정량한계는 60 ng/mL, 회수율은 94-100%를 보였다.
- 표준품을 각각 12.5, 25, 50, 100 및 200 µg/L의 농도로 제조하여 실험한 결과, 검량선의 상관계수(R2)는 0.998을 나타냈으며, 검출한계는 7 ng/mL, 정량한계는 12.5 ng/mL, 회수율은 71-92%를 보였다.
- 피크린산지법의 개선을 위해 문헌 조사한 결과, 이전의 연구에서 β-glucosidase를 이용한 피크린산지법을 통하여 cassave roots와 flour와 같은 제품 중 총 시안화합물 정량분석법을 정립하였음을 알 수 있었다(10-14).
- 한편, HPLC를 이용한 아미그달린 분석법은 5, 10, 25, 50 및 100 mg/L의 농도로 표준품을 제조하여 실험한 결과, 검량선의 R2는 0.999 이상의 높은 값을 보였으며, 검출한계는 0.1 µg/mL, 정량한계는 1 µg/mL, 회수율은 94-100%를 보였다.
- 한편, 표준품으로 사용한 KCN을 최종농도가 각각 0, 2, 10, 20, 50 µg/mL이 되도록 첨가하여 효소-피크린산지법을 수행한 결과, 농도-의존적 발색을 보였으며(Fig. 3a), 검량선 작성시 상관계수(R2)가 0.999 이상으로 나타났다(Fig. 3b).
후속연구
- 그러나, 피크린산이 크레아티닌과 적색 복합체를 형성한다는 Jaffe 반응이 알려져 있다. 이는 제품 내 존재하는 이온의 간섭현상으로 발색되는 경우가 있을 가능성을 시사하는 것으로, 부적합 제품의 경우 HPLC 및 IC를 이용한 기기분석을 이용한 확인시험이 병행되어야 할 것이다. 이후, 다양한 매실추출제품 제형에 대한 모니터링을 포함한 부가 연구가 이루어져야 할 것으로 생각된다.
- 이는 제품 내 존재하는 이온의 간섭현상으로 발색되는 경우가 있을 가능성을 시사하는 것으로, 부적합 제품의 경우 HPLC 및 IC를 이용한 기기분석을 이용한 확인시험이 병행되어야 할 것이다. 이후, 다양한 매실추출제품 제형에 대한 모니터링을 포함한 부가 연구가 이루어져야 할 것으로 생각된다.
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