[논문]로스팅 정도에 따른 원두커피의 벤조피렌 함량 연구

김상은; 김종환; 이상원; 이문조

doi:10.3746/jkfn.2013.42.1.134

로스팅 정도에 따른 원두커피의 벤조피렌 함량 연구
A Study of Roasting Conditions on Benzo[a]pyrene Content in Coffee Beans 원문보기

한국식품영양과학회지 = Journal of the Korean Society of Food Science and Nutrition, v.42 no.1, 2013년, pp.134 - 138

김상은 ((주)희창유업 기술연구소) , 김종환 ((주)희창유업 기술연구소) , 이상원 ((주)희창유업 기술연구소) , 이문조 ((주)희창유업 기술연구소)

초록
AI-Helper

벤조피렌은 IARC에 의해 그룹 1로 분류된 다환방향족 탄화수소 유기물로서 불완전 연소 시 부산물로 발생되며 유전독성과 발암성이 강한 것으로 알려져 있다. 벤조피렌의 오염원은 매우 다양하여 환경오염 등으로 인해 조리 또는 가공과정에서 열분해 되어 생성되는 것으로 알려져 있다. 전 세계적으로 가장 널리 음용되고 있는 대표적인 기호음료인 원두커피 또한 생두를 볶는 과정에서 고온의 배전 과정을 거치는 제조공정을 감안할 때 벤조피렌이 생성될 가능성이 있어 본 연구에서는 생두의 종류와 로스팅 정도에 따른 원두커피분말과 원두커피 추출물의 색도 및 벤조피렌 함량을 조사하였다. Hunter scale의 L값과 b값은 배전이 진행될수록 감소하는 경향을 보였고 a값은 약배전 시까지는 증가하였다가 중, 강배전으로 진행될수록 감소하는 결과를 보였다. 벤조피렌의 검출한계(LOD)와 정량한계(LOQ)는 0.03과 $0.09{\mu}g/kg$이었다. 원두커피 분말의 벤조피렌 함량은 강배전의 조건에서 로스팅한 원두분말에서만 검출되었다. 생두를 강배전 조건으로 로스팅을 실시한 경우에는 $0.142{\sim}0.757{\mu}g/kg$의 함량을 보였고 중배전 및 약배전 조건의 커피분말과 원두커피 추출물 모두 불검출의 결과를 보였다. 이는 식품의약품안전청에서 식용유지에서 벤조피렌의 기준을 $2.0{\mu}g/kg$ 이하로 설정한 기준에 미치지 않는 안전한 수준이며, 원두의 로스팅 과정이 벤조피렌이 생성되는 고온에 미치지 못하고 열원방식이 직화식이 아닌 전기적인 열풍방식으로 이루어지기 때문인 것으로 판단된다.

Abstract ▼ AI-Helper

Benzo[a]pyrene, a polycyclic aromatic hydrocarbon (PAH) whose metabolites are mutagenic and highly carcinogenic, is listed as a Group 1 carcinogen by the IARC. In this study, Arabica and Robusta green coffee beans were roasted under controlled conditions and the formation of benzo[a]pyrene during the roasting process was monitored. The concentration of benzo[a]pyrene in ground coffee and brewed coffee were determined by a HPLC-fluorescence detector. The limit of detection (LOD) and limit of quantitation (LOQ) of benzo(a)pyrene were 0.03 and $0.09{\mu}g/kg$, respectively. Benzo[a]pyrene was only detected in the dark roast of ground coffee, with a concentration ranging from $0.147{\sim}0.757{\mu}g/kg$. The content of benzo[a]pyrene in Ethiopia Mocha Harrar G4 is the highest ($0.757{\mu}g/kg$).

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 원두커피는 생두를 볶는 과정에서 고온의 배전 과정을 거치는 커피 제조공정을 감안할 때 벤조피렌이 생성될 가능성이 있어 최근 다양한 연구가 진행되고 있다(14-18). 이에 본 연구에서는 커피의 종류와 배전조건에 따른 원두커피와 원두커피 커피추출액의 벤조피렌 함량을 조사하였다.
벤조피렌의 오염원은 매우 다양하여 환경오염 등으로 인해 조리 또는 가공 과정에서 열분해 되어 생성되는 것으로 알려져 있다. 전 세계적으로 가장 널리 음용되고 있는 대표적인 기호음료인 원두커피 또한 생두를 볶는 과정에서 고온의 배전 과정을 거치는 제조공정을 감안할 때 벤조피렌이 생성될 가능성이 있어 본 연구에서는 생두의 종류와 로스팅 정도에 따른 원두커피 분말과 원두커피 추출물의 색도 및 벤조피렌 함량을 조사하였다. Hunter scale의 L값과 b값은 배전이 진행될수록 감소하는 경향을 보였고 a값은 약배전 시까지는 증가하였다 가중, 강배전으로 진행될수록 감소하는 결과를 보였다.

가설 설정

2)ND=not detected.

제안 방법

B[a]P 0.1 g을 acetonitrile 100 mL에 녹여 이를 표준원액으로 하고 acetonitrile로 희석하여 0.1, 0.5, 1, 5, 10 μg/kg의 농도가 되도록 제조하여 검량선 작성에 사용하였다.
공시험 검체를 분석하여 noise signal의 3배와 10배가 되는 signal에 해당되는 농도가 포함되는 직선성 범위가 좋은 부분을 이용하여 검량선을 작성하여 검출한계(LOD)와 정량한계(LOQ)를 산출하였다.
색도의 측정은 생두와 로스팅된 시료를 분쇄 후 Hunter 체계를 이용한 색도계(CR-300, Minolta, Tokyo, Japan)를 사용하여 명암도를 나타내는 L값(lightness), 적색도를 나타내는 a값(redness), 황색도를 나타내는 b값(yellowness)을 측정하여 평균값으로 나타내었다. 이때 사용한 standard color value는 L=96.
열풍식, 배치식 드럼로스터(Cafe Rosto Pro 1, IMEX, Seoul, Korea)를 사용하여 3단계(약배전: light, 중간배전: medium, 강배전: dark)로 배전하였으며, 약배전 조건은 210℃에서 210초, 중간배전은 220℃에서 230초, 강한배전은 230℃에서 250초 동안 배전하였고, 배전이 끝난 모든 시료는 실온에서 충분히 냉각한 후 분쇄기(Caimano, ANFIM, Milano, Italy)를 이용하여 10도 분쇄하여 시료로 사용하였다. 원두커피의 추출은 커피메이커(Braun KF600, Praha, Czech)를 이용하여 추출하였고 일반적인 용법에 따라 분쇄시료 20 g을 취해 증류수 300 mL로 추출하여 실험에 사용하였다.
용출된 액을 질소 농축기(Toyko Rikakikai, Toyko, Japan)를 이용해 40℃ 이하에서 용매를 제거한 후 acetonitrile 1 mL로 정용하여 0.45 μm nylon syringe로 filter하여 HPLC(1200 series, Agilent Technology, Palo Alto, CA, USA)로 분석하였다.
추출 및 정제는 Jung 등(19)의 방법을 변형하여 사용하였다. 로스팅된 원두를 분쇄기로 분쇄한 분말 5 g을 cornical tube에 취한 후 증류수 10 mL을 넣고 30분간 방치한 후 1:1의 iso-octane/cyclohexane 19 mL와 30 μg/kg 3-MC 1 mL를 넣고 30분간 초음파(Ultrasonicator 2510, Branson, Danbury, CT, USA)로 추출하였다.

대상 데이터

생두는 Arabica 종으로 Colombia supremo, Brazil Santos No.2를 사용하였고 Robusta 종으로 Ethiopia mocha harrar G4, Indonesia robusta를 대형마트에서 구입하여 시료로 사용하였다. 표준물질인 B[a]P과 내부표준물질인 3-methylcholanthrene(3-MC)은 Supelco사(Bellefonte, PA, USA) 제품을 사용하였다.
열풍식, 배치식 드럼로스터(Cafe Rosto Pro 1, IMEX, Seoul, Korea)를 사용하여 3단계(약배전: light, 중간배전: medium, 강배전: dark)로 배전하였으며, 약배전 조건은 210℃에서 210초, 중간배전은 220℃에서 230초, 강한배전은 230℃에서 250초 동안 배전하였고, 배전이 끝난 모든 시료는 실온에서 충분히 냉각한 후 분쇄기(Caimano, ANFIM, Milano, Italy)를 이용하여 10도 분쇄하여 시료로 사용하였다. 원두커피의 추출은 커피메이커(Braun KF600, Praha, Czech)를 이용하여 추출하였고 일반적인 용법에 따라 분쇄시료 20 g을 취해 증류수 300 mL로 추출하여 실험에 사용하였다.
표준물질인 B[a]P과 내부표준물질인 3-methylcholanthrene(3-MC)은 Supelco사(Bellefonte, PA, USA) 제품을 사용하였다. 정제에 사용된 카트리지는 Agilent사(Wilmington, DE, USA)의 Mega BE-FL 6 mL였다. 그 밖에 사용된 시약은 analytical 및 HPLC 등급을 사용하였다.
칼럼은 Zorbax Eclipse XDB-C18(4.6×250 mm, Agilent Technology), 검출기는 Agilent사의 Fluorescence Detector(Ex 294 nm, Em 404 nm)를 사용하였다.
2를 사용하였고 Robusta 종으로 Ethiopia mocha harrar G4, Indonesia robusta를 대형마트에서 구입하여 시료로 사용하였다. 표준물질인 B[a]P과 내부표준물질인 3-methylcholanthrene(3-MC)은 Supelco사(Bellefonte, PA, USA) 제품을 사용하였다. 정제에 사용된 카트리지는 Agilent사(Wilmington, DE, USA)의 Mega BE-FL 6 mL였다.

데이터처리

3)Values with different letters in the same column are significantly (p<0.05) different by Duncan's multiple range test.
4)Values with different letters in the same column are significantly (p<0.05) different by Duncan's multiple range test.
통계분석은 SPSS 통계프로그램(Statistical Package for the Social Science, Ver. 12.0 SPSS Inc., Chicago, IL, USA)을 이용하여 각 측정군의 평균과 표준편차를 산출하고 처리 간의 차이 유무를 one-way ANOVA(Analysis of Variation)로 분석한 뒤 Duncan's multiple range test를 이용하여 p<0.05 수준에서 유의성을 검정하였다.

성능/효과

2)Results were expressed as the average of triplicate samples with mean±SD.
전체적으로 배전 조건이 강해질수록 원두의 L값은 감소하는 경향을 보였으며 이는 배전시간과 온도에 따라 감소한다는 결과(20)와 유사하게 나타났다. Hunter scale의 L 값과 b값은 배전 조건이 강해질수록 Maillard 반응으로 인해 감소하는 경향을 보였고 a값은 약배전 시까지는 증가하였다가 중, 강배전으로 배전 조건이 높아질수록 감소하는 결과를 보였는데 green(-)과 red(+)를 나타내는 a값은 배전에 의해 녹색이 적색으로 변하면서 증가하다가 배전 조건이 강할수록 감소하는 것을 알 수 있다.
전 세계적으로 가장 널리 음용되고 있는 대표적인 기호음료인 원두커피 또한 생두를 볶는 과정에서 고온의 배전 과정을 거치는 제조공정을 감안할 때 벤조피렌이 생성될 가능성이 있어 본 연구에서는 생두의 종류와 로스팅 정도에 따른 원두커피 분말과 원두커피 추출물의 색도 및 벤조피렌 함량을 조사하였다. Hunter scale의 L값과 b값은 배전이 진행될수록 감소하는 경향을 보였고 a값은 약배전 시까지는 증가하였다 가중, 강배전으로 진행될수록 감소하는 결과를 보였다. 벤조피렌의 검출한계(LOD)와 정량한계(LOQ)는 0.
산지별 원두의 배전 정도에 따른 색도 변화는 Table 4에 나타내었다. L값의 경우는 green bean 상태일 경우 Indonesia 원두가 50.42로 가장 높게 측정되었고 약배전 시 가장 높은 것은 31.95의 Ethiopia 종이었으며, 중배전에서는 28.39의 Indonesia 종이었다. 강배전 시에는 Brazil 종이 27.
생두를 강배전 조건으로 로스팅을 실시한 경우에는 0.142～0.757 μg/kg의 함량을 보였고 중배전 및 약배전 조건의 커피분말과 원두커피 추출물 모두 불검출의 결과를 보였다.
027 μg/L의 함량을 보였고 강배전의 경우 더 높게 나타난 것으로 보고하여 본 실험 결과와 상이하였으나, 이는 원두의 재배지역, 품종, 로스팅 조건 및 원두커피 추출방식에 따른 차이에서 비롯된 것으로 추측된다. 이번 연구결과에서 모든 시료에서의 B[a]P 검출 수치는 식품의약품안전청에서 일부 식품에 대해 설정한 기준치에 못 미치는 안전한 수준이었으며 이는 180～230℃에서 이루어지는 원두의 로스팅 과정이 벤조피렌이 생성되는 고온에 미치지 못하고, 열원방식이 직화식이 아닌 전기적인 열풍방식으로 이루어지기 때문인 것으로 판단된다.
40으로 가장 높은 것으로 나타났으나 4종 모두 유의적인 차이는 없었다. 전체적으로 배전 조건이 강해질수록 원두의 L값은 감소하는 경향을 보였으며 이는 배전시간과 온도에 따라 감소한다는 결과(20)와 유사하게 나타났다. Hunter scale의 L 값과 b값은 배전 조건이 강해질수록 Maillard 반응으로 인해 감소하는 경향을 보였고 a값은 약배전 시까지는 증가하였다가 중, 강배전으로 배전 조건이 높아질수록 감소하는 결과를 보였는데 green(-)과 red(+)를 나타내는 a값은 배전에 의해 녹색이 적색으로 변하면서 증가하다가 배전 조건이 강할수록 감소하는 것을 알 수 있다.
전체적으로 원두커피 분말 중 강배전을 실시한 시료에서 0.142～0.757 μg/kg의 B[a]P 함량을 보였으며 중배전, 약배전을 실시한 경우에는 모두 불검출의 결과를 보였다.

후속연구

0 μg/kg 이하로 설정하고 있으며 기준 식품 설정을 지속적으로 늘려가고 있다. 따라서 이번 연구결과에서 커피원두와 원두 추출액의 벤조피렌 함량이 우려하였던 배전과정에 의한 벤조피렌 생성은 안전한 수준이기는 하나, 앞으로 원두커피의 벤조피렌 및 발암성이 있는 PAHs에 대해서 지속적으로 잔류량을 모니터링 하여야 할 필요성이 있을 것으로 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	다환방향족탄화수소이란?	다환방향족탄화수소(polycyclic aromatic hydrocarbons, PAHs)는 2개 이상의 벤젠고리 구조를 가진 화합물로서 200여종의 유도체 화합물들이 알려져 있으며(1,2), 자연계에 폭넓게 분포되어 있고 물에 잘 용해되지 않기 때문에 토양, 퇴적물, 대기 중의 입자들과 결합하여 장기간 존재한다(3). PAHs는 내분비계장애물질이면서 또한 발암가능물질로 위해평가를 위한 우선순위 목록에 포함되어져 있는데, US EPA(United States Environmental Protection Agency)에서는 PAHs 중 우선대상물질로 16종을 선정하였고 IARC(International Agency for Research on Cancer)와 IRIS(Intergrated Risk Information System)에서는 PAHs에 대해 위해성 확인평가를 위해 발암등급을 4등급으로 분류하고 있으며 발암등급 분류는 Table 1과 같다(4)
	커피 고유의 맛과 향은 무엇에 따라 결정되는가?	커피는 쓴맛, 신맛, 구수한 맛 등이 조화되어 전 세계적으로 가장 널리 음용되고 있는 대표적인 기호음료 식품으로 arabica 종, robusta 종, liberica 종으로 나눌 수 있다. 커피 고유의 맛과 향은 생두의 산지 기후 및 특성과 커피 생두를 배전하는 과정 동안의 배전 온도, 시간에 따라 결정된다(13). 따라서 원두커피는 생두를 볶는 과정에서 고온의 배전 과정을 거치는 커피 제조공정을 감안할 때 벤조피렌이 생성될 가능성이 있어 최근 다양한 연구가 진행되고 있다(14-18).
	PAHs의 주된 오염원은?	일반적으로 PAHs는 한 종류의 화합물보다는 여러 개의 PAHs 화합물이 섞여서 나타나는데 벤조피렌을 포함한 PAHs 화합물들은 주로 300～600℃ 사이 온도에서 화석 연료나 식물 등의 유기물이 불완전연소 될 때 생성된다. 주된 오염원은 콜타르, 자동차배출가스, 담배연기 등이며, 환경오염으로 인해 농산물, 어패류 등 조리, 가공하지 않은 식품에도 존재하고(9-11) 식품의 조리, 가공 시 식품의 주성분인 탄수화물, 단백질, 지질 등이 분해되어 생성되기도 한다(12).

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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