식품 내 벤조피렌 분석법의 기존 연구동향 및 라만분광법 기반기술 전망 Conventional Analytical and New Raman Spectroscopy-Based Methods for Detecting Benzo[a]pyrene in Food: Review and Perspective원문보기
국내 식품공전에 기술되어 시행중인 식품 내 벤조피렌분석법은 회수율, 검출 및 정량 한계, 효용성과 정확성 등이 검증되어 적용되고 있다. 그러나, 기존의 시험법에는 시료의 추출 및 분리, 정제 등의 복잡한 전처리 과정이 포함되어 있다. 환경 및 식품 내 위해물질 검출법의 연구 및 개발의 현 추세는 시험비용과 시간소모를 최소화하고 시험과정을 단순화할 수 있는 비표지, 비파괴 분석법을 통해 관리 현장에서의 신속대응을 지향하고 있다. 본 총설에서는 현행의 벤조피렌 분석법에 대해 정리하고, 그 한계점을 극복하기 위한 새로운 시도로 라만 분광법을 이용한 벤조피렌 검출법에 대해 소개하고자 한다.
국내 식품공전에 기술되어 시행중인 식품 내 벤조피렌 분석법은 회수율, 검출 및 정량 한계, 효용성과 정확성 등이 검증되어 적용되고 있다. 그러나, 기존의 시험법에는 시료의 추출 및 분리, 정제 등의 복잡한 전처리 과정이 포함되어 있다. 환경 및 식품 내 위해물질 검출법의 연구 및 개발의 현 추세는 시험비용과 시간소모를 최소화하고 시험과정을 단순화할 수 있는 비표지, 비파괴 분석법을 통해 관리 현장에서의 신속대응을 지향하고 있다. 본 총설에서는 현행의 벤조피렌 분석법에 대해 정리하고, 그 한계점을 극복하기 위한 새로운 시도로 라만 분광법을 이용한 벤조피렌 검출법에 대해 소개하고자 한다.
With a view to supporting the provisions of the current Korean food code for the detection of Benzo[a]pyrene, various analytical methods of detection in foods were evaluated and established in terms of linearity, limits of detection/quantitation, efficiency, and accuracy, amongst others. It was obse...
With a view to supporting the provisions of the current Korean food code for the detection of Benzo[a]pyrene, various analytical methods of detection in foods were evaluated and established in terms of linearity, limits of detection/quantitation, efficiency, and accuracy, amongst others. It was observed that to improve the technologies involved in the application of these methods, complicated and combined preparation processes of foods, including extraction, separation and purification, have been the main focus of efforts at optimization. Recently, on-site quick reaction for the detection of hazardous substances in the environment and food materials aims at developing simplified examination processes, such as lable-free and non-invasive technological analysis, to reduce the costs and time involved in the examination. Herein, current benzo[a]pyrene detection methods are reviewed in addition to new Raman spectroscopy-based trials established to pursue improve the speed, simplicity and suitability of testing.
With a view to supporting the provisions of the current Korean food code for the detection of Benzo[a]pyrene, various analytical methods of detection in foods were evaluated and established in terms of linearity, limits of detection/quantitation, efficiency, and accuracy, amongst others. It was observed that to improve the technologies involved in the application of these methods, complicated and combined preparation processes of foods, including extraction, separation and purification, have been the main focus of efforts at optimization. Recently, on-site quick reaction for the detection of hazardous substances in the environment and food materials aims at developing simplified examination processes, such as lable-free and non-invasive technological analysis, to reduce the costs and time involved in the examination. Herein, current benzo[a]pyrene detection methods are reviewed in addition to new Raman spectroscopy-based trials established to pursue improve the speed, simplicity and suitability of testing.
환경 및 식품 내 위해물질 검출과 관련된 연구분야의 현 추세는 고비용의 많은 시간을 요구하는 복잡한 방법을 지양하고 관리 현장에서 신속히 적용 가능한 저비용, 비표지, 비파괴 분석법의 개발을 강조하고 있다. 이번 절에서는 라만분광법의 기본 개념과 여러가지 라만 신호 증강 기법을 이용한 벤조피렌 검출법에 대해 자세히 소개하고자 한다.
라만 분광법의 경우에도 낮은 감도로로 미량 성분 분석에 적합하지 않은 측면이 있지만, 표면 증강 라만 산란(surface enhanced Raman scattering, SERS) [3, 9, 24, 27], 그래핀 증강 라만 산란(graphene enhanced Raman scattering, GERS) [8] 및 자외선 공명 라만(UV resonance Raman, UVRR) [2, 11, 19] 등 다양한 라만 신호 증강 기법이 개발되어 적용되고 있다. 이번 총설에서는 이들 각각의 방법에 대해 적용 사례를 리뷰하고, 특히 새로이 개발된 라만 신호 증강 분광법을 이용한 벤조피렌 검출법에 대해 소개하고자 한다.
제안 방법
그러나 입사광 대비 10−7 수준의 매우 미약한 신호 세기로 인한 낮은 검출한계 및 다양한 혼합물이 공존하는 시료의 경우 낮은 선택성 문제 등이 단점으로 지적되고 있다. 따라서 일반적인 라만 분광법은 미량 성분 분석에 적합하지 않은 측면이 있는데 이러한 문제를 극복하기 위해 표면 증강 라만 산란(surface enhanced raman spectroscopy, SERS) [3, 9, 24, 27], 그래핀 증강 라만 산란(graphene enhanced Raman scattering, GERS) [8] 및 자외선 공명 라만(UV resonance Raman, UVRR )[2, 11] 등 다양한 라만 신호 증강 기법이 개발되었고 다음 절에서는 이들 각각의 방법에 대해 적용 사례를 들어 설명하도록 하겠다(Table 4).
이론/모형
초음파추출 방법은 지방이 거의 없는 과일 및 채소류와 같은 식품에 적용하며, 복잡한 추출 조건 없이 쉽게 추출할 수 있다[26]. 육류나 생선 등의 고체상 식품은 액-액 추출법 또는 유기용매에 따른 비누화 방법을 이용한다[36].
성능/효과
동위원소를 이용한 정량분석은 1966년에 최초로 보고되었으며, 이후 미량물질 분석에 널리 쓰이고 있다. 유지류 내 벤조피렌 분석에 내부표준물질(벤조피렌-d12) 사용시 HPLC에 비해 회수율이 향상되었는데, 올리브유 106.95 ± 9.27, 들기름 93.26 ± 3.28, 참기름 94.24 ± 19.82%로 나타났다. 또한 GC 방법에서 Programmed Temperature Vaporization(PTV) 주입법은 많은 양의 시료를 주입할 수 있어서 보다 낮은 검출한계를 나타낸다[36, 44].
후속연구
또한 가시광선에 비해 자외선 레이저 사용 시 통상적으로 주파수 분해능이 저하되므로 초점거리가 긴 분광기를 사용하거나 여러 개의 분광기를 붙여서 사용하는 등 측정장치의 부피가 커지는 한계가 있다. 그럼에도 불구하고 UVRR 방법은 검출감도와 시료 선택성 및 신호 재현성이 타 방법에 비해 전반적으로 모두 우수한 편이기 때문에 적절한 형광 제거 기술 및 고분해능 라만 측정장비 소형화 기술 개발을 통해 향후 타 방법과의 상보적인 분석 도구로서의 활용가치가 매우 높을 것으로 판단된다.
그러나 아직은 라만 분광법을 식품 내 위해물질 검출에 현장 적용할 수 있는 기술적 토대가 확립되어 있지 않다. 따라서 본 총설에서 언급한 SERS, GERS 및 UVRR 등의 검출법 개발 연구를 심화 발전시키고 향후 휴대용 라만 분석 장치와 접목시킨다면 시장 유통단계나 식품 관리 현장에서 직접 적용 가능한 새롭고 신속한 식품 위해물질 검출법의 출현이 머지않아 가능할 것으로 전망된다.
벤조피렌에 대한 인체 노출위험에 대처하기 위해서는 식용유지 생산단계에서의 발암물질인 벤조피렌 저감화 방안에 대한 연구뿐 아니라, 제조 공정에서 즉각적으로 벤조피렌을 정량할 수 있는 측정법 개발이 시급하다. 현재 시행되고 있는 벤조피렌 검출법의 단점을 보완할 수 있는 새로운 검출도구 개발을 위한 연구가 필요한 실정이다.
한편, GERS의 장점으로는 화학적 증강(chemical enhancement) 메커니즘에 의한 높은 신호 재현성과 다환 방향족 탄화수소 계열 분자에 대한 흡착 용이성을 들 수 있다. 아직 신호 재현성과 관련된 자세한 연구결과가 보고된 바가 없기 때문에 향후 면밀한 정량 분석 연구를 통해 이를 실험 입증할 필요가 있을 것으로 판단된다. 또한 그래핀의 경우 광학영역에서 투과도가 좋기 때문에 휴대용 라만 장치에 부착하여 사용할 경우 식품의 신선도 구별이나 위해물질 검출을 위한 현장 응용 가능성이 상당히 높아질 것으로 예상된다.
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