Detection of Irradiated Milk Formulas using Electron Spin Resonance

전자스핀공명법(ESR)을 이용한 방사선조사 조제유류의 판별

Electron Spin Resonance (ESR) spectroscopy has been used to detect the presence of radiation-induced free radicals in biological samples since the mid 1950s and to irradiate foods containing cellulose, crystalline sugar, and bone. Therefore, we analyzed the ESR spectrum of irradiated infant formula and its ingredients in this study. Samples were irradiated with 2 different radiation sources of $^{60}Co$ gamma rays and electron beams (EBs), and the absorbed doses were 0, 1, 3, 5, and 7 kGy. ESR measurements were performed under normal atmospheric conditions using a JEOL JES-FA100 spectrometer equipped with an X-band bridge. Irradiated infant formula showed anunsymmetrical spectrum ($g_1$=2.0050, $g_2$=2.0006); in contrast, non-irradiated samples showed asymmetrical spectrum. The ingredients of irradiated samples showed a multi-component ESR signal in glucose and lactose and a singlet-type spectrum in milk powder (g=2.0050). $R^2$ of the dose-response curve showed a fine linearity of over 0.95 across the entire sample. We also compared the spectra of identical samples irradiated with $^{60}Co$ gamma rays and EBs, because EBs can be used for food irradiation in foreign countries, although this is not permitted in Korea. However, we could not find any significant differences according to the types of radiation source. Thus, ESR spectroscopy can be used to detect irradiated infant formula and several types of primary ingredients in this formula.

방사선 조사된 완제품 조제분유를 포함한 시료 4종의 ESR 스펙트럼 특성을 측정하였다. 조제분유와 전지분유의 비조사 시료는 g=2.0050의 아주 약한 singlet 형태의 스펙트럼을 나타내었다. 조사 시료에서 전지분유는 g=2.0050의 singlet 형태의 스펙트럼, 조제분유는 전지분유와 같은 중심 피크 옆에 g=2.0006의 작은 피크를 가진 비대칭 형태의 스펙트럼을 나타내었고, 두 시료 모두 비조사 시료와 조사 시료의 신호 세기 차이가 명확하여 조사유무 판별이 가능하였다. 포도당과 유당의 비조사 시료는 아무런 시그널을 나타내지 않았으며, 조사 시료는 이미 알려져 있는 결정형 당 유래의 다형 피크를 가진 스펙트럼을 나타내었다. 선량이 증가함에 따라 신호 세기도 증가하였고, 회귀방정식의 상관계수는 0.95 이상의 높은 값을 나타내었다. 감마선과 전자선 조사에 의한 ESR 스팩트럼 간의 유의성 있는 차이는 없는 것으로 확인되었다. 결론적으로 본 실험을 통하여 ESR 분석은 방사선 조사된 조제분유 및 원료의 판별에 유용한 방법으로 적용될 수 있는 것으로 판단되었으며, 온도, 습도 및 전처리 조건 등의 요인에 의한 변화 가능성과 식품 생산 및 장기유통 기간 등을 고려할 때 이에 대한 지속적인 연구와 자료 축적이 요구된다고 할 것이다.