[논문]GC 및 GC/MS에 의한 벌꿀 중의 이·삼당류 정성 및 정량 특성과 개선된 동시분석방법의 확립

김종배; 장은숙; 김인숙; 이희진; 이혜정; 서현선; 박남표

doi:10.9721/kjfst.2015.47.1.27

GC 및 GC/MS에 의한 벌꿀 중의 이·삼당류 정성 및 정량 특성과 개선된 동시분석방법의 확립
An Improved Analytical Method for the Determination of Qualitative and Quantitative Characteristics of Di- and Trisaccharides in Honey using GC and GC/MS 원문보기

한국식품과학회지 = Korean journal of food science and technology, v.47 no.1, 2015년, pp.27 - 36

김종배 (대구광역시 보건환경연구원 식품분석과) , 장은숙 (대구광역시 보건환경연구원 식품분석과) , 김인숙 (대구광역시 보건환경연구원 식품분석과) , 이희진 (대구광역시 보건환경연구원 식품분석과) , 이혜정 (대구광역시 보건환경연구원 식품분석과) , 서현선 (대구광역시 보건환경연구원 식품분석과) , 박남표 (대구광역시 보건환경연구원 식품분석과)

초록
AI-Helper

본 연구의 목적은 벌꿀에 함유되어 있는 이 삼당류를 정성 및 정량하기 위하여 벌꿀분석에 많이 사용하고 있는 20개의 표준당류를 대상으로 TMS, TMS-oxime, TMS-methoxime 당류를 조제한 다음 GC 및 GC/MS에서 그들의 분리특성과 분리능을 조사하여 정성과 정량이 가능한 완전히 분리된 하나의 당류 피크를 선정하여 이를 벌꿀시료의 이당류와 삼당류 분석에 이용하는 것이다. 실험결과, 세가지 유도체화 당류들의 GC 및 GC/MS 분석에서 당류들은 정성 및 정량이 가능한 한 개 이상의 피크를 나타내었으며, 전반적인 당류들의 피크 분리능은 GC보다 GC/MS에서 좀 더 양호하게 나타났다. 최적 기기분석조건은 DB-5MSUI 컬럼을 사용하여, 초기 oven 온도를 $175^{\circ}C$에서 5분간 두고 $3^{\circ}C$씩 증가시킨 후 $245^{\circ}C$에서 20분간 머무르다가 $7^{\circ}C$씩 증가시킨 다음 $315^{\circ}C$에서 10분간 등온 분석할 때였다. 각각의 유도체화 조건에서 완전한 분리로 정량이 가능한 당류는 TMS 당류에서 sucrose, maltose (1), (2), cellobiose (1), (2), palatinose, ${\alpha},{\beta}$-trehalose, kojibiose (2), melibiose (1), (2), gentibiose, isomaltose (1), (2), raffinose, 1-kestose, erlose, melezitose였고, TMS-oxime 당류에서 sucrose, ${\alpha},{\alpha}$-trehalose, ${\alpha},{\beta}$-trehalose cellobiose (E), maltulose (E), turanose (Z), nigerose (Z), kojibiose (Z), palatinose (E), melibiose (Z), isomaltose (E), (Z)와 삼당류 전체였으며, TMS-methoxime 당류는 sucrose, cellobiose (E), maltulose (E), cellobiose (Z), turanose (E), maltose (Z), ${\alpha},{\alpha}$-trehalose, nigerose (E), (Z), kojibiose (E), (Z), gentibiose (E), melibiose (Z), isomaltose (Z) 등과 삼당류 전체로 나타났으며, 실제 벌꿀시료의 분석에서는 TMS-oxime과 TMS-methoxime 당류만으로도 이 삼당류의 정량이 가능하였다. 따라서, 본 연구에서 확립한 분석방법은 몇개의 당류들이 동시 용출 또는 유사한 $t_R$을 가짐으로 해서 분석자체에 애로가 있거나 분석 후 다중회귀분석프로그램과 같은 통계처리 과정을 거쳐야 하는 기존의 분석방법과는 달리, 한 개의 capillary 컬럼과 한가지 GC 온도 프로그래밍 조건으로 크로마토그램 상에서 완전히 분리된 하나의 피크를 정량하는 방법이기 때문에 벌꿀을 연구하는 기관이나 관련 실험실에서 유용하게 사용될 수 있을 것이라 생각된다.

Abstract ▼ AI-Helper

The improved analytical method with gas chromatography (GC) and GC-mass spectrometry was established to identify and quantify disaccharides and trisacchrides in honey. In this method, the analysis of trimethylsilyl (TMS), TMS-oxime and TMS-methoxime sugars takes into account the determination of a single peak of complete separation on the chromatogram. The number of possible peaks for the qualitative and quantitative determination of TMS, TMS-oxime, and TMS-methoxime sugars was 17, 22, and 25, respectively. This new analytical method allowed for the determination of diand trisaccharides in honey by TMS-oxime and TMS-methoxime derivatives. This study suggested that the improved method is more suitable and precise than the other analytical methods for the simultaneous determination of sugars in honey.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

따라서, 본 연구에서는 벌꿀에 존재하는 이당류 및 삼당류의 보다 정확한 정성 및 정량분석을 위해 벌꿀에 함유된 당류 표준물질을 대상으로 3가지 유도체화(TMS, TMS-oxime, TMS-methoxime)를 실시하여 이들 당류들의 GC 및 GC/MS 분리특성과 최적 기기 분석조건을 면밀히 검토하고, 각각의 유도체화 조건에서 정성과 정량이 가능한 완전히 분리된 한 개의 개별 당류피크를 선정한 다음, 실제 벌꿀시료의 정량분석에서 이들 피크들을 이용하여 단지 내부표준법(internal standard method)만으로 개별 이· 삼당류 정량분석이 가능한 개선된 분석방법을 확립하였기에 보고하는 바이다.

제안 방법

각 유도체화 당류의 가장 효율적인 분리를 위해 예비실험에서 methyl silicon (DB-1), 5%-phenylmethylsiloxane (DB-5MSUI), 50% phenyl-methylsiloxane (HP-50), 65% phenyl-methylsiloxane (Rtx65)컬럼 등을 사용하여 각 유도체화 당류들의 분리특성과 최적분리조건을 조사한 후 분석의 효율성을 높이고자 하나의 컬럼과 oven 승온온도를 선정하였는데, GC와 GC/MS 기기분석조건에서의 차이는 컬럼유량을 GC에서는 1.0 mL/min, GC/MS에서는 0.5 mL/min으로 설정한 것이다.

대상 데이터

벌꿀시료는 벌꿀농가(Seorakhoney, Yangyang, Korea)와 시중 유통되고 있는 아카시아 벌꿀(Nonghyup, Yeongwol, Korea) 및 잡화 꿀(Dongsuh, Jincheon, Korea)을 각각 4종씩 총 8종을 구입하여 실험에 사용하였다.

이론/모형

TMS 유도체화는 Doner 등의 방법(19)을 준용하였다. 즉, 내부표준물질과 표준용액 또는 시료를 각각 1 mL씩 취하여 50 mL 공전플라스크에 넣고 진공농축기로 증발 건조시킨 후 pyridine 0.

성능/효과

TMS-환원이 당류 중 maltose, cellobiose, nigerose, kojibiose, melibiose, isomaltose는 완전한 2개의 피크, palatinose와 gentibiose는 단일피크, maltulose는 불완전한 2개의 피크, turanose는 tailing이 심한 단일 피크를 보여주고, 환원삼당류인 maltotriose는 두 개의 피크를 나타내지만 정량성이 부족하며, panose와 isomaltotriose는 정량이 불가능한 한 개의 피크를 생성한다. 따라서, TMS 당류 중에서 정량이 가능한 이당류 피크는 sucrose, maltose (1), (2), cellobiose (1), (2), palatinose, α,β-trehalose, kojibiose (2), melibiose (1), (2), gentibiose, isomaltose (1), (2)이며, 삼당류는 raffinose, 1-kestose, erlose, melezitose이다.
하지만, TMS-methoxime 당류의 분리에서 가장 특징적인 점은 TMS-oxime 당류의 분리에서 언급하였듯이 이전의 연구들에서 분리가 좋지 않고 완전한 단일피크로 정량이 불가능했던 turanose, maltose, nigerose와 kojibiose, gentibiose의 정량이 가능하였다는 것이다. 따라서, TMS-methoxime 당류에서 완전한 피크로 분리되어 정량이 가능한 당류 피크는 sucrose, cellobiose (E), maltulose (E), cellobiose (Z), turanose (E), (Z), maltose (Z), α,α-trehalose, nigerose (E), (Z), kojibiose (E), (Z), gentibiose (E), melibiose (Z), isomaltose (Z) 등과 삼당류 전체이다.
또한, 이전의 연구(9- 17)에서 동시 또는 유사시간 대에 분리되어 정량에 애로가 있었던 nigerose (E), turanose (E), maltose (E), turanose (Z) 중 turanose (Z)가 완전히 분리되는 양상을 보여주었고, kojibiose (Z)와 palatinose (E)도 양호한 분리도를 가지는 것으로 나타났다. 따라서, TMS-oxime 당류에서 정량이 가능한 피크는 sucrose, α,α-trehalose, α,β-trehalose, cellobiose (E), maltulose (E), turanose (Z), nigerose (Z), kojibiose (Z), palatinose (E), melibiose (Z), isomaltose (E), (Z) 그리고 raffinose, 1-kestose, erlose, melezitose, maltotriose (E), (Z), panose (E), (Z), isomaltotriose (E), (Z)이다.
이상의 결과에서와 같이 본 실험에서는 세가지 유도체화 과정을 이용하여 그들의 분리특성을 조사하고, 각 유도체화 과정에서 보다 정성 및 정량 가능성이 높은 피크를 선정하였는데, 실제, 벌꿀시료의 분석에서는 TMS-oxime과 TMS-methoxime 유도체화 두 가지 방법으로 벌꿀시료의 이·삼당류를 정량할 수 있는 가능성을 확인하였다. 이 경우에, TMS-oxime 당류에서 sucrose, α,α-trehalose, α,β-trehalose, cellobiose (E), maltulose (E), palatinose (E), isomaltose (E), melibiose (Z), raffinose, 1-kestose, erlose, melezitose, maltotriose (E), panose (E), isomaltotriose (E)의 15개 이·삼당류를 분석하고, TMS-methoxime 당류에서 maltose (Z), turanose (E), nigerose (E), kojibiose (E), gentibiose (E)를 정량하는 것이 가장 좋은 방법이라고 판단된다.

후속연구

42% 정도의 아주 낮은 함량분포를 보였는데, 이는 스페인 벌꿀의 이·삼당류를 정성 및 정량분석한 Sanz 등(12)의 연구 보고와 유사한 결과를 나타내었다. 마지막으로 우리는 다음 연구에서 보다 많은 다양한 벌꿀시료를 대상으로 한국산 벌꿀의 이·삼당류를 정성· 정량하고 밀원별로 당류의 구성 및 특성을 조사할 예정이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	벌꿀의 주성분은?	벌꿀의 주성분은 대부분 당류로 구성되어 있으며 이 중에 fructose와 glucose를 포함하는 단당류가 약 60-75%, 이당류를 포함한 올리고당류가 약 5-15% 정도 함유되어 있다. 이들 당류들은 다양한 밀원에서 수집된 자당을 포함한 여러 가지 당류들이 전화과정을 거쳐 주성분으로 fructose와 glucose를 만들고, 숙성과정을 거치면서 여러 가지 효소들의 작용과 acid reversion 등으로 서로 다른 위치와 형태에서 glycoside 결합을 이루는 구조적으로 매우 유사성이 높은 이당류와 올리고당류를 생성함으로서 벌꿀은 천연물 중에서 가장 복잡한 당류 조성을 가진 산물 중의 하나로 보고되고 있다(1,2).
	벌꿀에 함유되어 있는 이당류와 올리고당류의 분석에는 어떤 방법이 사용되는가?	벌꿀에 함유되어 있는 이당류와 올리고당류의 분석은 전처리가 비교적 간편한 HPLC법(3-6)을 사용하고 있으나 벌꿀에 함유된 다양한 당류들을 완전히 분리하고 정량하는 것에는 한계가 있다. 최근에는 capillary GC를 이용한 trimethylsilyl (TMS) ether 유 도체화 방법이 약간의 시약과 시간이 소요되는 전처리 과정이 있음에도 불구하고 많이 이용되고 있는데, 그 중에서 TMS-oxime 유도체화 방법은 먼저 환원당류에 존재하는 anomeric 중심탄소의 안정을 위해 oxime화를 실시하고, 2단계로 TMS 유도체를 만들어 크로마토그램 상에 syn (E)과 anti (Z)-form과 같은 보다 간결한 2개의 이성질체를 생성함으로서 벌꿀의 당류 분석에 많이 적용되고 있다(7-15).
	TMS-oxime 유도체화 방법을 활용하는데 어려움은?	하지만, 이러한 TMS-oxime 유도체 분석의 훌륭한 성과에도 불구하고 실제 벌꿀시료의 분석 시 동시 용출되거나 유사한 tR을 가지는 수개의 이당류가 존재함으로써 해당 당류들의 정량을 어렵게 만든다. Gomez Barez 등(10)은 GC를 이용한 단당 및 올리고당류의 분석에서 이당류인 turanose (E), nigerose (E), maltose (E), turanose (Z)와 palatinose (E), kojibiose (Z) 피크가 겹쳐 분리됨을 보고하였고, 2개의 컬럼을 사용한 Sanz 등(14)의 연구에서도 비극성컬럼(SPB-1)에서는 20개 이상의 이당류 피크가 8개 부분에 걸쳐 overlap되고, 중간극성컬럼(Rtx-65TG)에서도 이와 유사한 양상을 나타낸다고 보고하고 있다.

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저자의 다른 논문 :

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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