선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 본 실험에서는 물에 녹아 있는 성분을 대상으로 GC/MS 분석을 실시하여 매우 한계점이 있다고 보여지기 때문에 전처리를 하지 않고 다양한 시료에 대하여 모두 같은 조건에서 분석할 수 있는 전자코를 사용하여 추적하여 보았다. 이제까지 연구가 GC/MS를 중심으로 이루어진데 반하여 전자코를 사용한 접근방법의 가능성을 검토하였으며 향후 두 기기의 분석결과 간의 상호관계성에 대한 추후 연구가 더 지속되어야 할 것이다.
- 본 연구에서는 전자코를 사용하여 가열 시 레토르트 파우치와 내용물 간의 상호반응으로 발생하는 휘발성분의 변화를 분석가능한지 여부를 판단하고자 하였으며 발생한 휘발성분의 변화가 어떠한 성분에 의한 것인지 GC/MS 분석을 통하여 알아보고자 하였다. 이를 통하여 소비자에 의해 즉석식품 포장재로부터 오는 이취문제가 대두되기 전에 미리 예측할 수 있을 것이며 즉석식품의 적절한 조리시간을 제시함으로써 식품산업에 활용되는 종이 포장재의 품질 향상을 유도하고자 한다.
- 본 연구에서는 전자코를 사용하여 가열 시 레토르트 파우치와 내용물 간의 상호반응으로 발생하는 휘발성분의 변화를 알아보고자 하였다. 레토르트 파우치와 물의 상호반응에 의해 포장재의 휘발성분이 용기 내 물 쪽으로 이행되어 물의 휘발성분이 증가하였고 포장재 자체의 경우에는 휘발성분의 농도가 감소한 것으로 나타났다.
- 본 연구에서는 전자코를 사용하여 가열 시 레토르트 파우치와 내용물 간의 상호반응으로 발생하는 휘발성분의 변화를 분석가능한지 여부를 판단하고자 하였으며 발생한 휘발성분의 변화가 어떠한 성분에 의한 것인지 GC/MS 분석을 통하여 알아보고자 하였다. 이를 통하여 소비자에 의해 즉석식품 포장재로부터 오는 이취문제가 대두되기 전에 미리 예측할 수 있을 것이며 즉석식품의 적절한 조리시간을 제시함으로써 식품산업에 활용되는 종이 포장재의 품질 향상을 유도하고자 한다.
제안 방법
- 100°C에서 3, 6, 10, 20분 동안 시간을 달리하여 증류수가 담긴 파우치를 가열한 후, 파우치 내 물의 휘발성분의 변화를 전자코로 분석하여 DFA한 것을 Fig. 1에 나타내었다.
- DFA plot of the obtained data from electronic nose for the heated beef bone soup in 100°C water bath for 3, 6, 10 and 20 min.
- DFA plot of the obtained data from electronic nose for the heated packaging film of beef bone soup in 100°C water bath for 3, 6, 10 and 20 min.
- DFA plot of the obtained data from electronic nose for the heated retort pouch in 100°C water bath for 3, 6, 10 and 20 min.
- Gastight syringe (Hamilton, Bonaduz, Switzerland)를 사용하여 포집한 향기성분 500 µL을 GC/MS detector (Agilent 7890A-GC equipped with a 5975C MS detector, Santa Clara, CA, USA)를 이용하여 분석하였으며, 고정상으로는 DB-624 (30 m×0.25 mm ID×1.4 µm film) 컬럼을 사용하였다.
- 가열 온도와 가열 시간은 보통의 레토르트 포장식품에 제시된 조리방법인 끓는 물에서 100°C 3분으로 설정하였으며 가열시간이 증가하였을 때 레토르트 식품의 휘발성분의 변화를 보고자 20분 동안 가열하여 비교 분석하였다.
- 999%)였다. 대조구로는 분석 초기의 공기를 주입하여 사용했으며 각 시료는 3회 반복 측정하였다. 분석에 사용된 전자코는 질량분석기(Quadrupole Mass Spectrometer, Balzers Instruments, Marin-Epagnier, Switzerland)가 연결되어 있으며 휘발성분들을 70 eV에서 이온화시켜 180초 동안 생성된 이온 물질을 사중극자 질량 필터링을 거친 후 특정 질량 범위(11-199 amu)에 속하는 물질을 정수단위로 측정하여 채널(channel)수로 사용했다.
- 레토르트 파우치 자체의 휘발성분 변화를 알아보기 위하여 100°C에서 3, 6, 10, 20분 동안 시간을 달리하여 물이 담긴 파우치를 가열한 후, 물을 제거하고 포장재인 레토르트 파우치를 조각으로 잘라 시료로 사용하였다.
- 사골 곰탕을 포장된 채로 100°C에서 3, 6, 10, 20분 동안 시간을 달리하여 가열한 후, 국물을 제거한 뒤 포장재인 레토르트 파우치를 조각으로 잘라 시료로 하여 전자코로 분석하여 DFA 결과를 Fig. 4에 나타내었다.
- 사용된 레토르트 파우치는 각각의 시료를 파우치 채로 100°C의 항온수조(Water Bath, Vision Scientific, Daejeon, Korea)에서 3, 6, 10, 20분 동안 가열 처리하여 레토르트 파우치 내의 물과 사골국물, 레토르트 파우치 필름을 분석시료로 사용하였다.
- 시판 레토르트 포장 식품인 사골곰탕을 시료로 사용하여, 같은 동일한 재질의 레토르트 파우치 내에 물이 아닌 식품일 때 식품과 포장재간의 상호반응에 의한 휘발성분의 변화를 분석하였다. 시판 레토르트 포장 식품인 사골곰탕을 포장된 채로 100°C에서 3, 6, 10, 20분 동안 가열 시간을 달리한 후, 포장재 내 사골국물을 전자코로 분석하여 DFA 결과를 Fig.
- 시판 레토르트 포장 식품인 사골곰탕을 포장된 채로 100°C에서 3, 6, 10, 20분 동안 가열 시간을 달리한 후, 포장재 내 사골국물을 전자코로 분석하여 DFA 결과를 Fig. 3에 나타내었다.
- DFn으로 나타냈다. 여러 독립변수들 중에서 종속변수에 가장 큰 영향을 주는 판별함수 값 2개(DF1와 DF2)를 비교하여 각 시료 간의 휘발성분의 차이를 전체적인 패턴으로 나타내었다. x축에 DF1을 y축에는 DF2에 의한 2차원 그래프로 표현하여 시료 간의 차이를 구별하였다(11).
- 용기 내의 물과 사골국물을 각각 0.5 g, 파우치 필름 0.1 g을 칭량하여 10 mL 투명 유리병(La-Pha-Pack® GmbH, Langerwehe, Germany)에 넣은 후 PTFE/silicone cap (Pharma-Fix, Chemmea, Slovakia)으로 밀봉하여 자동채취기가 연결된 전자코(Smart Nose300, SMart Nose, Marin-Epagnier, Switzerland)로 분석을 실시하였다.
- 전자코 분석 시 나타난 휘발성분의 변화가 어떠한 성분에 의한 것인지 알아보기 위하여 가열 처리하지 않은 레토르트 파우치 내 물, 20분 가열 처리한 레토르트 파우치 내 물, 가열 처리하지 않은 사골곰탕시료, 20분 가열한 사골곰탕시료에 대하여 GC/MS 분석하였다. 가열 시 생성 및 동정된 휘발성 물질은 라이브러리 통해 Table 1에 나타내었다.
- 전자코 분석에 사용된 통계방법은 판별함수분석(discriminant function analysis, DFA)이다. 전자코의 각각의 채널에서 얻어진 감응도 값은 매트릭스 형태로 기록되었으며 휘발성 냄새성분으로부터 생성되는 10-200 amu의 ion fragment 중, 시료 간의 차별성이 높은 20-30개 fragment의 m/z 값을 독립변수로 선택하여 판별함수분석을 실시하였고 종속변수에 영향을 주는 독립변수를 검정하였다.
- 제품 내 사골국물에서 20분부터 포장재로부터 휘발성분이 이행되는 것으로 판단되어 가열 처리 시에 사용한 포장재 자체에 대한 휘발성분 패턴을 분석하였다. 사골 곰탕을 포장된 채로 100°C에서 3, 6, 10, 20분 동안 시간을 달리하여 가열한 후, 국물을 제거한 뒤 포장재인 레토르트 파우치를 조각으로 잘라 시료로 하여 전자코로 분석하여 DFA 결과를 Fig.
- 레토르트 파우치 자체의 휘발성분 변화를 알아보기 위하여 100°C에서 3, 6, 10, 20분 동안 시간을 달리하여 물이 담긴 파우치를 가열한 후, 물을 제거하고 포장재인 레토르트 파우치를 조각으로 잘라 시료로 사용하였다. 포장재의 휘발성분이 물 쪽으로 이행된 것으로 판단되어 가열 처리 시 사용한 포장재 자체의 휘발성분 패턴을 분석하였다. 전자코로 분석하여 DFA 결과를 Fig.
대상 데이터
- 사용된 레토르트 파우치의 재질은 PE/AL(aluminium)/PP로 구성되어있으며 내면이 PP이다. 같은 재질의 레토르트 파우치가 사용된 레토르트 포장제품은 2015년 5월에 제조된 시판 사골곰탕을 마트에서 구입하여 사용하였고 포장된 채로 가열하여 시료로 사용하였다. 사용된 레토르트 파우치는 각각의 시료를 파우치 채로 100°C의 항온수조(Water Bath, Vision Scientific, Daejeon, Korea)에서 3, 6, 10, 20분 동안 가열 처리하여 레토르트 파우치 내의 물과 사골국물, 레토르트 파우치 필름을 분석시료로 사용하였다.
- 국내에서 시판되는 레토르트 파우치에 증류수를 넣어 모델 시스템으로 사용하였다. 사용된 레토르트 파우치의 재질은 PE/AL(aluminium)/PP로 구성되어있으며 내면이 PP이다.
- 대조구로는 분석 초기의 공기를 주입하여 사용했으며 각 시료는 3회 반복 측정하였다. 분석에 사용된 전자코는 질량분석기(Quadrupole Mass Spectrometer, Balzers Instruments, Marin-Epagnier, Switzerland)가 연결되어 있으며 휘발성분들을 70 eV에서 이온화시켜 180초 동안 생성된 이온 물질을 사중극자 질량 필터링을 거친 후 특정 질량 범위(11-199 amu)에 속하는 물질을 정수단위로 측정하여 채널(channel)수로 사용했다. 이 때 사용된 통계 프로그램은 SMart Nose®, statistical analysis software (Version 1.
- 국내에서 시판되는 레토르트 파우치에 증류수를 넣어 모델 시스템으로 사용하였다. 사용된 레토르트 파우치의 재질은 PE/AL(aluminium)/PP로 구성되어있으며 내면이 PP이다. 같은 재질의 레토르트 파우치가 사용된 레토르트 포장제품은 2015년 5월에 제조된 시판 사골곰탕을 마트에서 구입하여 사용하였고 포장된 채로 가열하여 시료로 사용하였다.
- 4 µm film) 컬럼을 사용하였다. 이동상은 헬륨을 사용하였으며, 유속은 1.0 mL/min이었다. GC oven은 0에서 5분까지 50°C로 유지시킨 후, 160°C까지 6°C/min의 속도로 증가시킨 다음 240°C까지 10°C/min의 속도로 증가시켰으며 주입구의 온도는 230°C이다.
이론/모형
- 전자코 분석에 사용된 통계방법은 판별함수분석(discriminant function analysis, DFA)이다. 전자코의 각각의 채널에서 얻어진 감응도 값은 매트릭스 형태로 기록되었으며 휘발성 냄새성분으로부터 생성되는 10-200 amu의 ion fragment 중, 시료 간의 차별성이 높은 20-30개 fragment의 m/z 값을 독립변수로 선택하여 판별함수분석을 실시하였고 종속변수에 영향을 주는 독립변수를 검정하였다.
성능/효과
- 100°C에서 PP 용기로부터 이행되는 휘발성분을 GC/MS 분석한 결과, 메틸벤젠이 검출되었다고 보고(17)한 바 있으나 가열하지 않은 사골 곰탕과 20분 가열 처리한 사골 곰탕의 휘발성분을 분석한 결과, 가열하지 않은 사골국물과 가열한 사골국물에서 모두 헵탄알, 옥탄알, 노난알, BHT가 검출되었다.
- 61으로 DF1값이 약 6배 크게 나타나 주로 x축에 해당하는 DF1에 의해 시료 간의 차이가 판별되었다. 3, 6, 10분 가열한 사골 곰탕 시료는 가열처리를 하지 않은 대조구의 DF1의 값과 매우 가깝게 위치하며 휘발 성분의 변화를 거의 보이지 않았다. 20분 처리시에 DF1의 음의 방향으로 위치하여 상대적으로 휘발성분의 증가가 관찰되었다.
- 포장재 내 식품의 결과에서도 마찬가지로 20분 이상 가열 시 휘발성분의 변화가 나타났다. GC/MS 분석 결과, 이러한 휘발성분의 변화는 헵탄알, 옥탄알, 노난알, BHT 등에 의한 것으로 식품의 지방성분에 의한 휘발성분의 증가와 포장재로부터 이행되는 휘발성분의 변화임을 확인하였다. 또한 전자코 분석으로 얻어진 이온분획을 비교하였을 때 GC/MS 분석에서 검출된 노난알과 BHT의 추적이 가능하였다.
- 1)와 비교하였을 때, 가열 시간 20분에서 포장재로부터 이행되어 휘발성분이 증가한 것으로 보아 사골 제품에서도 20분 가열 하였을 때 포장재로부터 이행되어 휘발성분이 증가한 것으로 볼 수 있다. GC/MS로 분석한 결과(Table 1), 지방산패 시에 나올 수 있는 헵탄알(heptanal), 옥탄알(octanal)이 검출된 것으로 보아 20분 가열 시 가열에 의한 지방산패성분도 함께 나타났다고 볼 수 있다. 따라서 레토르트 포장식품에 제시된 가열시간을 초과하여 20분 정도 가열하는 경우 포장재 내 식품의 휘발성분의 변화가 확인된 바 포장재에 제시된 열처리 시간 이내에서 조리를 행하여 섭취하는 것이 바람직하다고 여겨진다.
- 100°C에서 PP 용기로부터 이행되는 휘발성분을 GC/MS 분석한 결과, 메틸벤젠이 검출되었다고 보고(17)한 바 있으나 가열하지 않은 사골 곰탕과 20분 가열 처리한 사골 곰탕의 휘발성분을 분석한 결과, 가열하지 않은 사골국물과 가열한 사골국물에서 모두 헵탄알, 옥탄알, 노난알, BHT가 검출되었다. 가열처리 시 BHT의 피크면적 값을 제외한 헵탄알, 옥탄알, 노난알의 피크면적 값이 모두 크게 증가하였다. 헵탄알, 옥탄알, 노난알은 알데하이드류로 올레산의 자동산화로부터 생성되는 휘발성 물질로(18-20), 헵탄알은 woody, fatty, oily 그리고 nutty, 옥탄알은 fatty, sharp, citrus한 향을 가지는 물질로 가열에 의하여 사골의 휘발성분이 증가 한 것으로 보인다.
- 61으로 DF1값이 약 4배 크게 나타나 주로 x축에 해당하는 DF1에 의해 시료 간의 차이가 판별되었다. 대조구인 가열 처리하지 않은 레토르트 파우치가 DF1의 양의 방향에 위치하였고 20분 처리구가 음의 방향에 위치하여 가열처리에 의하여 확실하게 구분되는 것을 확인하였다. 또한 3분, 6분, 10분 처리구는 가깝게 위치하여 처리시간에 의한 차이가 나타나지 않았지만 20분 처리구와는 구분되는 것을 확인하였다.
- 폴리올레핀 계통의 필름은 Irganox 1010를 포함하고 있다고 알려져 있다(13). 따라서 레토르트 파우치를 끓는 물에서 20분 이상 가열하게 된다면 본 연구결과를 토대로 미루어 볼 때 레토르트 포장식품의 관능적 품질특성에 부정적인 영향을 끼칠 것으로 예상된다.
- 한편, 실험에 사용한 레토르트 파우치의 재질인 PE/AL/PP로부터 발생 가능한 이취 성분들을 조사하여 각 성분의 질량 스펙트럼의 이온 분획과 위의 차별성이 높았던 이온 분획을 비교하였을 때, 전자코 분석 시 얻어진 시료에서 가장 차별성이 높았던 이온 분획 54, 55, 56, 61, 69, 70, 71, 83, 85, 91, 96 amu 중 GC/MS 분석 시 검출된 레토르트 파우치 가공에 쓰이는 접착제로부터 유출되는 것으로 여겨지는 노난알의 주요 이온 분획인 55, 56, 69, 70 amu가 일치하였다. 또한 BHT의 주요 이온 분획인 81, 91 amu가 일치하여 전자코 분석을 통해서도 어느 정도 성분의 추적이 가능함을 보였다. 하지만 전자코의 경우 전처리를 거치지 않고 전체적인 휘발성분을 분석하기 때문에 단일 성분을 유추하기에는 어려움이 있어 GC/MS 분석결과와의 교차 확인이 필요하다.
- GC/MS 분석 결과, 이러한 휘발성분의 변화는 헵탄알, 옥탄알, 노난알, BHT 등에 의한 것으로 식품의 지방성분에 의한 휘발성분의 증가와 포장재로부터 이행되는 휘발성분의 변화임을 확인하였다. 또한 전자코 분석으로 얻어진 이온분획을 비교하였을 때 GC/MS 분석에서 검출된 노난알과 BHT의 추적이 가능하였다. 포장재로부터 이행되는 이취는 식품의 관능적 품질특성에 부정적인 영향을 끼칠 것으로 예상되기 때문에 레토르트 파우치 내 식품을 가열하여 섭취 시에 방치시간을 20분 내로 하여야 할 것이다.
- 이는 가열에 의한 식품의 지방산패에 의한 향이 증가하거나 아니면 포장재료 중 휘발성분이 식품으로 이행된 것이 아닌가 의심된다. 똑같은 레토르트 파우치 재료 안에 물을 첨가하여 관찰한 결과(Fig. 1)와 비교하였을 때, 가열 시간 20분에서 포장재로부터 이행되어 휘발성분이 증가한 것으로 보아 사골 제품에서도 20분 가열 하였을 때 포장재로부터 이행되어 휘발성분이 증가한 것으로 볼 수 있다. GC/MS로 분석한 결과(Table 1), 지방산패 시에 나올 수 있는 헵탄알(heptanal), 옥탄알(octanal)이 검출된 것으로 보아 20분 가열 시 가열에 의한 지방산패성분도 함께 나타났다고 볼 수 있다.
- 가열 시 생성 및 동정된 휘발성 물질은 라이브러리 통해 Table 1에 나타내었다. 라이브러리 분석 결과, 가열하지 않은 파우치내의 물과 가열한 파우치 내 물에서 모두 노난알(nonanal)과 3,5-di-tert-butyl-4-hydroxytoluene (BHT)가 검출되었고, 노난알의 경우 피크 면적 값에 변화가 없었으며 BHT 는 가열 시 피크 면적 값이 증가하였다. 이는 레토르트 파우치 내물에 대한 전자코 분석결과(Fig.
- 본 연구에서는 전자코를 사용하여 가열 시 레토르트 파우치와 내용물 간의 상호반응으로 발생하는 휘발성분의 변화를 알아보고자 하였다. 레토르트 파우치와 물의 상호반응에 의해 포장재의 휘발성분이 용기 내 물 쪽으로 이행되어 물의 휘발성분이 증가하였고 포장재 자체의 경우에는 휘발성분의 농도가 감소한 것으로 나타났다. 포장재 내 식품의 결과에서도 마찬가지로 20분 이상 가열 시 휘발성분의 변화가 나타났다.
- 20분 처리시에 DF1의 음의 방향으로 위치하여 상대적으로 휘발성분의 증가가 관찰되었다. 이 결과를 토대로 할 때, 레토르트 포장식품을 끓는 물에서 20분 가열 시에 포장재와 식품의 상호반응으로 파우치 내의 휘발성분 변화가 나타나는 것으로 여겨진다. 포장재에 제시된 조리시간인 3분과 10분 시료는 가열하지 않은 대조구와 크게 차이가 없어 10분 정도 가열해도 포장재 내 식품의 휘발성분에는 큰 변화가 없지만 20분 가열 시에는 구분되어 위치되는 것으로 미루어 포장재 내 식품의 관능적 특성에 부정적인 영향을 미칠 것으로 사료된다.
- 또한 Choi 등(5)은 안트라센(anthracene), 벤조페논(benzophenone), 다이메틸프탈레이트(dimethyl phthalate), 스테아르산메틸(methyl stearate), 펜타클로로페놀(pentachlorophenol) 등의 물질이 PE 코팅된 종이와 판지를 통하여 물로 이행되는 것을 GC로 분석한 결과, 냉장온도와 상온에서 위의 물질들이 물로 이행되는 것을 확인하였다. 이들 모두 포장재로부터의 이행을 묘사하기 위하여 모델시스템을 고안하여 실험한 것으로 포장재로부터 이취가 이행됨을 확인하였다. 하지만 국내 소비자가 즐겨먹는 즉석식품을 이용하여 포장재로부터 식품으로 이행되는 이취에 대한 연구는 부족한 실정이다.
- 3)에서 나타난 휘발성분의 패턴의 변화가 헵탄알, 옥탄알, 노난알, BHT에 의한 것으로 추측해 볼 수 있다. 이를 통해 레토르트 파우치 식품을 가열하여 발생한 휘발성분의 변화가 포장재로부터 이행된 BHT와 가열 시 식품 자체 내의 지방성분에 의해 휘발성분이 증가한 것임을 확인하였다.
- 전자코 분석결과(Fig. 3)와 비교해 볼 때, 제시된 조리시간인 3분 시료와 20분 시료가 확실하게 구분되는 것으로 보아 레토르트 파우치 내 지방이 많은 식품을 제시된 조리시간을 초과하여 20분 정도 가열하게 되면 식품에서 지방성분에 의한 휘발성분의 변화와 포장재로부터 이행되는 휘발성분의 변화가 나타날 수 있을 것으로 예상된다.
- 한편, 실험에 사용한 레토르트 파우치의 재질인 PE/AL/PP로부터 발생 가능한 이취 성분들을 조사하여 각 성분의 질량 스펙트럼의 이온 분획과 위의 차별성이 높았던 이온 분획을 비교하였을 때, 전자코 분석 시 얻어진 시료에서 가장 차별성이 높았던 이온 분획 54, 55, 56, 61, 69, 70, 71, 83, 85, 91, 96 amu 중 GC/MS 분석 시 검출된 레토르트 파우치 가공에 쓰이는 접착제로부터 유출되는 것으로 여겨지는 노난알의 주요 이온 분획인 55, 56, 69, 70 amu가 일치하였다. 또한 BHT의 주요 이온 분획인 81, 91 amu가 일치하여 전자코 분석을 통해서도 어느 정도 성분의 추적이 가능함을 보였다.
- Halek과 Hatzidimitriu(14)은 지방 함량이 다른 3가지 식품을 이용한 실험에서 포장재로부터 용매의 전이 정도는 식품의 지방 함량에 비례한다고 보고하였다. 향 성분과 포장재의 상호 전이 정도 측정 실험을 통하여 식품 성분의 극성과 포장재의 화학적인 구조의 차이가 식품으로의 전이를 좌우하는 요인임을 확인하였다.
후속연구
- 본 실험에서는 물에 녹아 있는 성분을 대상으로 GC/MS 분석을 실시하여 매우 한계점이 있다고 보여지기 때문에 전처리를 하지 않고 다양한 시료에 대하여 모두 같은 조건에서 분석할 수 있는 전자코를 사용하여 추적하여 보았다. 이제까지 연구가 GC/MS를 중심으로 이루어진데 반하여 전자코를 사용한 접근방법의 가능성을 검토하였으며 향후 두 기기의 분석결과 간의 상호관계성에 대한 추후 연구가 더 지속되어야 할 것이다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.