본 연구에서는 식품포장재로 이용되는 재활용 및 비재활용 종이류가 안전한지를 평가하기 위해 식품공전 규격에 준하여 실험하였다. 식품포장재 중에서도 피자상자를 선택하였는데, 이는 피자가 고온에서 조리되어 포장되며 다량의 기름 성분을 함유하여 오염물질이 이행될 가능성이 상대적으로 높을 것으로 예상됐기 때문이다. 식품공전에서는 PCBs, 납, 카드뮴, 수은, 6가크롬, 비소, 포름알데히드 및 형광증백제의 허용 잔존농도를 정하여 식품포장재로 이용되는 종이류에 잔존하는 유해물질을 규제하고 있다. PCBs의 여섯개의 표준품과 모든 시료의 피크가 일치하지 않았으므로 피자상자에는 PCBs가 잔존하지 않는 것으로 판단된다. 카드뮴, 수은, 6가크롬에 대한 재질규격 평가를 위한 분석이 추가적으로 필요하다고 사료된다. 비소와 납은 모든 시료에서 기준치의 10배 이하의 양이 검출되어 식품포장재로 사용되었을 때 안전성에 큰 영향을 미치지 않을 것으로 판단된다. 포름알데히드는 모든 시료에서 기준치보다 낮은 농도로 검출되었지만 잉크를 많이 함유하고 있는 표면에서 미량이지만 상대적으로 높게 검출되었다. 형광증백제는 비재활용 종이 소재의 상자에서는 검출되지 않았다. 그러나, 상자 내 피자 포장 유무나 잉크의 함량 정도에 상관없이 재생용지로 만들어진 상자 시료에서는 형광증백제가 검출되었다. 형광증백제는 불검출이 기준이므로 포함된 재활용지를 식품 포장으로 이용할 때는 식품과의 직접 접촉을 피하기 위해 중간에 안전성이 입증된 간지 등을 삽입하는 방법을 사용하여 최종 식품의 안전성에 영향을 주지 않는 것이 바람직할 것이다.
본 연구에서는 식품포장재로 이용되는 재활용 및 비재활용 종이류가 안전한지를 평가하기 위해 식품공전 규격에 준하여 실험하였다. 식품포장재 중에서도 피자상자를 선택하였는데, 이는 피자가 고온에서 조리되어 포장되며 다량의 기름 성분을 함유하여 오염물질이 이행될 가능성이 상대적으로 높을 것으로 예상됐기 때문이다. 식품공전에서는 PCBs, 납, 카드뮴, 수은, 6가크롬, 비소, 포름알데히드 및 형광증백제의 허용 잔존농도를 정하여 식품포장재로 이용되는 종이류에 잔존하는 유해물질을 규제하고 있다. PCBs의 여섯개의 표준품과 모든 시료의 피크가 일치하지 않았으므로 피자상자에는 PCBs가 잔존하지 않는 것으로 판단된다. 카드뮴, 수은, 6가크롬에 대한 재질규격 평가를 위한 분석이 추가적으로 필요하다고 사료된다. 비소와 납은 모든 시료에서 기준치의 10배 이하의 양이 검출되어 식품포장재로 사용되었을 때 안전성에 큰 영향을 미치지 않을 것으로 판단된다. 포름알데히드는 모든 시료에서 기준치보다 낮은 농도로 검출되었지만 잉크를 많이 함유하고 있는 표면에서 미량이지만 상대적으로 높게 검출되었다. 형광증백제는 비재활용 종이 소재의 상자에서는 검출되지 않았다. 그러나, 상자 내 피자 포장 유무나 잉크의 함량 정도에 상관없이 재생용지로 만들어진 상자 시료에서는 형광증백제가 검출되었다. 형광증백제는 불검출이 기준이므로 포함된 재활용지를 식품 포장으로 이용할 때는 식품과의 직접 접촉을 피하기 위해 중간에 안전성이 입증된 간지 등을 삽입하는 방법을 사용하여 최종 식품의 안전성에 영향을 주지 않는 것이 바람직할 것이다.
There are many possibilities that recycled papers adulterate contaminants during the process. The objective of this research was to evaluate safety of paper-based packaging materials for food, especially commercial pizza boxes in Korea. Ultimately, we compared recycled and non-recycled commercial pa...
There are many possibilities that recycled papers adulterate contaminants during the process. The objective of this research was to evaluate safety of paper-based packaging materials for food, especially commercial pizza boxes in Korea. Ultimately, we compared recycled and non-recycled commercial paper packaging materials. This study was based on Korean Food and Drug Administration (KFDA) regulation. PCBs were measured by GC-ECD. Arsenic and lead were analyzed using an ICP-MS. Formaldehyde was determined by LC-MS. Fluorescent materials were detected by UV lamp. The result of this study shows that non-recycled paper packaging materials meets all the tested hygienic specifications for food packaging materials, whereas recycled paper-based paperboard box may be contaminated by fluorescent whitening agent. Though these results need to be further studied, it is recommended to avoid using recycled paper in direct contact with food when used in food packaging.
There are many possibilities that recycled papers adulterate contaminants during the process. The objective of this research was to evaluate safety of paper-based packaging materials for food, especially commercial pizza boxes in Korea. Ultimately, we compared recycled and non-recycled commercial paper packaging materials. This study was based on Korean Food and Drug Administration (KFDA) regulation. PCBs were measured by GC-ECD. Arsenic and lead were analyzed using an ICP-MS. Formaldehyde was determined by LC-MS. Fluorescent materials were detected by UV lamp. The result of this study shows that non-recycled paper packaging materials meets all the tested hygienic specifications for food packaging materials, whereas recycled paper-based paperboard box may be contaminated by fluorescent whitening agent. Though these results need to be further studied, it is recommended to avoid using recycled paper in direct contact with food when used in food packaging.
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문제 정의
종이류 식품포장재 중에서도 피자 상자를 시료로 선택하였는데 피자는 고온에서 조리 포장되며 기름의 함량이 높은 식품이므로 포장재에서 식품으로 오염물질이 이행할 수 있는 가능성이 많기 때문이다. 따라서 재활용지로 만든 피자박스와 비재활용 피자박스를 시료로 하여 분석 방법을 통해 식품으로 오염물질의 실제 이행 여부의 가능성을 조사하였다.
다단계의 정선공정을 거치기도 하지만 대부분 원지 제조수율을 높이기 위해 단순한 정선공정으로 다량의 이물질이 잔류된 상태로 종이류를 제조한다9). 본 연구에서는 식품공전에서 규제하는 금속인 비소와 납의 잔존여부에 대해 조사하였다.
본 연구에서는 재활용 종이류와 비재활용 종이류를 식품포장재로 이용했을 때의 안전성을 알아보기 위해 한국 식품공전 기준 규격에 준하여 실험하였다. 종이류 식품포장재 중에서도 피자 상자를 시료로 선택하였는데 피자는 고온에서 조리 포장되며 기름의 함량이 높은 식품이므로 포장재에서 식품으로 오염물질이 이행할 수 있는 가능성이 많기 때문이다.
준비된 피자는 피자상자에 넣어 dry oven 60℃에서 30분간 보관한 후, 상자로부터 피자를 제거하고 상자 시료만 분석하였다. 이는 피자상자만을 가지고 실험하였을 때 검출되는 오염물질이 고온의 피자를 포장한 이후에 차이가 있는지 비교하여 오염물질이 포장재로부터 식품으로 실질적인 이행이 있는지 알아보기 위한 것이다. 위와 같이 준비된 모든 피자상자 시료는 표면적 1 cm2로 균일하게 절단하여 실험에 이용하였다.
제안 방법
4% acetic acid에 시료를 침출하여 만든 시험용액 25 mL 와 4% acetic acid에 녹여 만든 농도 4.0 µg/mL의 hexa-methylenetetramine 표준용액 25 mL 각각에 구연산 완충액 4 mL 및 2,4-dinitrophenylhydrazine 용액 2 mL을 가하였다.
용액에 hexane 20 mL, ethanol 20 mL, 증류수 20 mL를 순차적으로 가하여 분액여두에 옮기고 ethanol 층과 증류수 층은 다시 hexane 50 ml씩으로 2회 반복 추출하였다. Hexane층만 무수황산나트륨이 충전된 칼럼관(내경 1 cm)에 통과하여 탈수시키고 5 mL이 될 때까지 감압 농축기(Rotavapor re-121, Buchi, Swiss)를 이용하여 농축하였다. 이를 n-헥산포화아세 토니트릴 30 mL씩으로 2회 반복 추출한다.
PCBs 표준물질을 hexane을 이용하여 3.125, 6.25, 12.5, 25, 50 µg/mL 농도로 희석하고, 각 농도마다 피크 height(Hz)를 y축으로 하고 retention time(min)을 x축으로 하여 검량곡선을 작성하였다.
시험용액에 acetic acid로 약산성으로 맞춰준 다음 형광이 없는 거즈(2×4 cm)를 넣고 30분간 침출시켰다. 거즈를 꺼내 암실에서 자외선 램프(TN-4LC, UV tank, Gyunggido, Korea)를 이용하여 형광의 유무를 조사하였다.
5, 25, 50 µg/mL 농도로 희석하고, 각 농도마다 피크 height(Hz)를 y축으로 하고 retention time(min)을 x축으로 하여 검량곡선을 작성하였다. 결과값은 표준용액의 피크와 시험용액의 피크가 일치하는지 확인한 다음, 일치하는 피크가 있으면 상응하는 피크의 면적을 계산하여 시험용액 중의 PCBs의 농도를 계산하였다.
를 바탕으로 잉크의 유무로 인한 금속의 함량의 차이를 알 수 있는 시료를 준비하였다. 시료 A1, B1, C1은 종이류 포장재의 여러 겹 중 잉크가 인쇄되어 있는 겉면을 제거하고 분석하였다. 유도결합 플라즈마 질량분석기(ICP-MS: Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometry)를 이용하여 금속을 분석하기 전에 시료를 측정 용이한 상태로 분해하였다.
본 실험에서는 시중에 유통되는 재활용 종이(골판지) 소재 피자박스 두 종류(A, B)와 비재활용 종이(크래프트지) 소재 피자박스 한 종류(C)를 이용하였다. 시료는 피자와 접촉하지 않은 상자의 여러 면을 섞은 것(시료1), 고온의 피자를 포장한 후 피자와 직접 닿은 피자상자의 밑면(시료2), 그리고 브랜드명의 인쇄 등으로 잉크의 함량이 가장 많을 것으로 여겨지는 피자상자의 윗면(시료3)으로 세 개의 실험군으로 나눠 분석하였다(Fig. 1, Table 2). 피자상자에 피자를 직접 포장한 시료는 다음과 같이 준비하였다.
피크 패턴법은 피크의 retention 시간과 이에 해당하는 피크의 높이비율을 통하여 분석하는 방법이다. 시료의 피크패턴과 유사하도록 표준 물질을 농도 별로 희석하여 검량선을 작성하였다. PCBs 표준물질을 hexane으로 희석하여 분석하였는데 12.
유도체화한 시험용액 및 표준용액을 Table 5와 같은 조건으로 LC-MS(Liquid Chromatography-Mass Spectrometry)를 이용하여 분석하였다. 시험용액과 표준용액의 포름알데히드 유도체 피크 검출시간과 면적을 이용하여 시험용액 중 포름알데히드의 양을 구하였다.
(Tokyo, Japan), nitric acid, sulfuric acid은 Dongwoo Fine-Chem(Seoul, Korea)의 제품을 구입하였다. 실험에 이용한 모든 시약과 용매는 특급 혹은 HPLC등급을 이용하였다. 증류수는 Puris RO&UP water system(MR-RU890, Mirae Sci.
시료 A1, B1, C1은 종이류 포장재의 여러 겹 중 잉크가 인쇄되어 있는 겉면을 제거하고 분석하였다. 유도결합 플라즈마 질량분석기(ICP-MS: Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometry)를 이용하여 금속을 분석하기 전에 시료를 측정 용이한 상태로 분해하였다. 약 0.
3 g의 시료에 60% nitric acid 3 mL와 sulfuric acid를 소량 첨가하여 마이크로파 가열화학반응 장치(MARS5)에서 Table 4와 같은 조건에서 산 분해하였다. 전처리한 시료는 ICP-MS(Agilent 7500, Illinois, USA)를 이용하여 분석하였다.
실험을 위한 모형 피자는 피자용 반죽(Coreone Food System, Daejeon, Korea) 400 g에 식용유(콩기름) 10 mL를 넣어 고르게 섞은 후, 전기오븐(43 L convection oven, Wiswell, Korea)에서 200℃ 7분간 조리하였다. 준비된 피자는 피자상자에 넣어 dry oven 60℃에서 30분간 보관한 후, 상자로부터 피자를 제거하고 상자 시료만 분석하였다. 이는 피자상자만을 가지고 실험하였을 때 검출되는 오염물질이 고온의 피자를 포장한 이후에 차이가 있는지 비교하여 오염물질이 포장재로부터 식품으로 실질적인 이행이 있는지 알아보기 위한 것이다.
납 시험법도 이와 같은 방법이다. 하지만 시험용액과 표준용액의 색을 비교하는 시각비색법은 객관적인 실험법이 아니고 오차가 클 것으로 예상되어 ICP-MS 기기를 이용하여 피자상자 내에 있는 비소와 납을 정성, 정량 분석하였다. 식품공전의 기준 규격에 준하는지를 확인하기 위해서 측정된 결과값의 단위를 변환(mg/kg → mg/L)하여 Table 6, 7에 나타내었다.
대상 데이터
(Seoul, Korea), 2,4-Dinitrophenylhydrazine은 Kanto Chemicals Co.(Tokyo, Japan), nitric acid, sulfuric acid은 Dongwoo Fine-Chem(Seoul, Korea)의 제품을 구입하였다. 실험에 이용한 모든 시약과 용매는 특급 혹은 HPLC등급을 이용하였다.
PCBs 표준물질을 hexane으로 희석하여 분석하였는데 12.5 µg/mL로 희석한 농도에서 AC 1221는 24개, AC 1232는 48개, AC 1242는 50개, AC 1248는 60개, AC 1254는 55개, AC 1260은 58개의이성체가 분리되었다.
본 실험에서는 시중에 유통되는 재활용 종이(골판지) 소재 피자박스 두 종류(A, B)와 비재활용 종이(크래프트지) 소재 피자박스 한 종류(C)를 이용하였다. 시료는 피자와 접촉하지 않은 상자의 여러 면을 섞은 것(시료1), 고온의 피자를 포장한 후 피자와 직접 닿은 피자상자의 밑면(시료2), 그리고 브랜드명의 인쇄 등으로 잉크의 함량이 가장 많을 것으로 여겨지는 피자상자의 윗면(시료3)으로 세 개의 실험군으로 나눠 분석하였다(Fig.
피자상자에 피자를 직접 포장한 시료는 다음과 같이 준비하였다. 실험을 위한 모형 피자는 피자용 반죽(Coreone Food System, Daejeon, Korea) 400 g에 식용유(콩기름) 10 mL를 넣어 고르게 섞은 후, 전기오븐(43 L convection oven, Wiswell, Korea)에서 200℃ 7분간 조리하였다. 준비된 피자는 피자상자에 넣어 dry oven 60℃에서 30분간 보관한 후, 상자로부터 피자를 제거하고 상자 시료만 분석하였다.
종이포장재에 금속 잔존의 원인 중에 인쇄에 쓰인 잉크가 주요 원인이라는 연구결과9)를 바탕으로 잉크의 유무로 인한 금속의 함량의 차이를 알 수 있는 시료를 준비하였다. 시료 A1, B1, C1은 종이류 포장재의 여러 겹 중 잉크가 인쇄되어 있는 겉면을 제거하고 분석하였다.
이론/모형
PCBs 분석에서 널리 이용되고 있는 피크 패턴법으로 결과를 분석하였다13). 피크 패턴법은 피크의 retention 시간과 이에 해당하는 피크의 높이비율을 통하여 분석하는 방법이다.
용출규격 규격대상으로는 비소(arsenic), 납(lead), 포름알데히드(formaldehyde) 및 형광증백제(flouresent whitening agent)로 분류하고 있다. 본 재질규격은 종이포장재에 대한 국제기준과의 조화를 위하여 증발잔류물(evaporation residue) 규격을 2011년도 식품공전 기준 및 규격 개정에서 삭제하였다.
식힌 후 물을 가하여 총 부피 50 mL로 만들었다. 유도체화한 시험용액 및 표준용액을 Table 5와 같은 조건으로 LC-MS(Liquid Chromatography-Mass Spectrometry)를 이용하여 분석하였다. 시험용액과 표준용액의 포름알데히드 유도체 피크 검출시간과 면적을 이용하여 시험용액 중 포름알데히드의 양을 구하였다.
성능/효과
식품공전의 기준 규격에 준하는지를 확인하기 위해서 측정된 결과값의 단위를 변환(mg/kg → mg/L)하여 Table 6, 7에 나타내었다. 결과를 보면 시료 A1, B1와 C1의 값을 비교했을 때 재활용 종이류 포장재가 비재활용 종이류 포장재에 비해 중금속 함량이 다소 높게 나왔다. 한편 비재활용(C)도 기준치보다 낮은 값을 얻었지만 C1의 값이 정량 한계 이하의 값으로 나온 반면 시료 C2, C3의 값은 C1에 비해 높은 것으로 보아 검출된 중금속은 잉크에서 유래하였다고 생각할 수 있다.
조양희 등10)은 고지의 원료로 사용되는 원지에서 다른 시료보다 상대적으로 높은 양의 포름알데히드를 검출하였는데 이는 재생을 위해 재활용되어 수집된 각종 종이 원료에서 유래한 것이라고 추정하였다. 또한 가공지를 혼합한 겉 포장지는 인쇄 및 가공 시에 사용된 여러 화학약품으로 인해 내 포장지 등과 같은 다른 시료에 비해 높은 양의 포름알데히드가 검출되었다고 발표하였다. 따라서 포름알데히드가 기준치에 미치지 않는 결과를 얻었지만 안전성을 위해 식품포장재로서 종이류 포장재를 이용할 때는 식품과의 직접 접촉을 피하는 방법으로 식품을 유통, 저장하여야 할 것이다.
모든 피자상자 시료에서 비소와 납의 함량이 식품공전의 기준보다 낮게 검출되었다(Table 6, 7). 식품공전의 비소 시험법은 시험용액을 제조하여 표준용액과 색을 비교하여 결과값을 도출하는 것이다.
PCBs는 209개의 이성체가 존재하기 때문에 모든 이성체를 분리, 정량하는 것은 한계가 있다고 알려져 있다14). 실험 분석 결과 모든 시료에서 PCBs와 동일한 패턴의 크로마토그램은 관측되지 않았으므로, 본 실험에 사용된 피자상자들에 잔존하는 PCBs는 없는 것으로 판단된다. 피자상자의 피크패턴은 PCBs의 피크패턴과 일치하지는 않지만 미량의 유의할 만한 피크가 존재하고 있었다.
포름알데히드는 모든 시료에서 식품공전 기준인 4.0 mg/L 보다 약 10~20배 정도 낮은 값이 나왔다(Table 8). 시료 A의 경우 피자를 포장하지 않은 시료에 비해 피자를 포장한 시료에서 낮은 값의 포름알데히드가 검출된 것을 볼 수 있는데(시료 A1과 A2 비교), 이는 결과값의 표준편차를 고려한다면 식품으로의 이행 때문이라고 해석하기는 힘들 것으로 사료된다.
후속연구
현재 PCBs 분석에 주로 이용되고 있는 피크패턴법은 해석하는데 오차가 생길 가능성이 많기 때문에 단점을 보완할 수 있는 방법과 병용이 필요하다고 생각된다15). 보다 정확한 안전기준 평가를 위해 PCBs 외 또다른 재질규격인 납, 카드뮴, 수은, 6가크롬에 대한 분석 및 평가(네 가지 중금속 합계 100 mg/kg 이하)가 추가적으로 필요하다고 사료된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
종이포장재가 가진 장점은 무엇이 있는가?
종이포장재는 나무에서 식물섬유, 즉 펄프를 추출하여 이를 물에 분산시켜 물을 매개로 얇고 편편하게 원하는 형태와 특성으로 조합시켜 만든 것이다. 원료의 값이 싸며 중량에 비해 강도가 우수하고 구겨지기 쉬운 특성을 가지고 있어 기계로 가공하기 쉬운 장점이 있다. 또한 고온이나 저온에서 잘 견디기 때문에 살균식품이나 냉동 및 냉장식품등 여러 용도의 식품포장에 이용 가능하다. 그 뿐만 아니라 생분해가 가능한 재료로서 폐기물 처리가 용이하며 재순환 하여 사용할 수 있으므로 환경보호적인 이점을 가지고 있다1).
일반적으로 식품포장재로 이용되는 것들에는 무엇이 있는가?
일반적인 식품포장재로는 금속, 플라스틱, 유리, 종이 등이 이용되는데, 이 중 경제적, 환경보호적인 측면에서 유리한 종이포장재가 다양한 분야에 오랫동안 널리 사용되어 왔다. 종이포장재는 나무에서 식물섬유, 즉 펄프를 추출하여 이를 물에 분산시켜 물을 매개로 얇고 편편하게 원하는 형태와 특성으로 조합시켜 만든 것이다.
종이포장재는 어떻게 만드는가?
일반적인 식품포장재로는 금속, 플라스틱, 유리, 종이 등이 이용되는데, 이 중 경제적, 환경보호적인 측면에서 유리한 종이포장재가 다양한 분야에 오랫동안 널리 사용되어 왔다. 종이포장재는 나무에서 식물섬유, 즉 펄프를 추출하여 이를 물에 분산시켜 물을 매개로 얇고 편편하게 원하는 형태와 특성으로 조합시켜 만든 것이다. 원료의 값이 싸며 중량에 비해 강도가 우수하고 구겨지기 쉬운 특성을 가지고 있어 기계로 가공하기 쉬운 장점이 있다.
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