Authentication of Hempseed Oil from Different Commercial Oils Using Simple UV-Vis Spectrophotomety

UV-Vis spectrophotometry법을 이용한 다양한 유지류로부터 헴프씨드 오일의 진위 판별법

Abstract

Hempseed, a dehulled Cannabis fructus, has high nutraceutical potential. It has plenty of essential amino acids, vitamins, and essential polyunsaturated fatty acids, including α- and γ-linolenic acid. Increased exercise capacity, cognitive function, and ameliorative effects against hypercholesterolemia, neuro-inflammation, thrombus formation, and learning and memory impairment were reported in hemp-seed oil-administered models. Therefore, the market prices of hempseed oil are 45~140-fold higher than the other plant-derived oils, such as soy, corn, olive, canola, or linseed oil. In this study, instead of FTIR (Fourier Transform Infrared Spectroscopy) or FTIR-Raman spectroscopy, a simple UV-Vis spectrophotometry method was developed to authenticate the hempseed oil. Measurements of absorbance at 245, 305, and 415 nm of oils and calculations of 245/415 and 315/415 nm provided that the ratios of 245/415 and 315/415 nm of authentic hempseed oils were 12.9 and 9.6, respectively. The 245/415 and 315/415 nm of soy oil, corn oil, canola oil, and linseed oil were 35.4~61.8 and 29.7~50.8, respectively. This simple UV-Vis spectrophotometry method could also be applied to differentiate hempseed oil from blended oil products in markets.

대마씨의 외종피를 탈각하여 Tetrahydrocanabinol이 제거된 헴프씨드는 건강식품으로 각광받고 있으며, 헴프씨드 오일은 α-linolenic acid 및 γ-linolenic acid 등의 다가 불포화 지방산 및 지용성 비타민 등이 풍부하여, 인지 기능 및 운동기능 개선, 콜레스테롤 감소, 혈관 염증 완화, 혈전 생성 억제, 신경세포 손상 방지 등의 효능이 알려지면서 수요가 급증하고 있다. 현재 헴프씨드 오일은 여타의 식물성 유지(콩기름, 옥수수유, 올리브유, 카놀라유, 아미씨유)보다 45~140배 이상 고가로 판매되고 있다. 본 연구에서는 FTIR, FTIR-Raman, ATR-FTIR-MIR spectroscopy와 같은 고가의 장비와 전문인력에 의한 분석 없이도 헴프씨드 오일의 진위여부를 판별할 수 있는 간편한 UV-Vis spectrophotometry법을 개발하고자 하였으며, 다양한 오일의 245, 305, 및 415 nm 흡광도를 측정하고, 245/415 nm 및 305/415 nm에서의 흡광도의 비를 계산하여 12.9 및 9.6이 나타나는 경우 헴프씨드 오일임을 확인하였다. 콩기름, 옥수수유, 카놀라유 및 아미씨유의 경우에는 각각 35.4~61.8 및 29.7~50.8을 나타내어 헴프씨드 오일과 쉽게 구분 가능하였다. 상기의 방법은 헴프씨드 오일에 여타의 식물성 유지류를 혼합하는 경우에도 혼합 여부 판별에 이용 가능하였다.

서론

대마(Cannabis sativa L.)는 삼과에 속하는 1년생 초본식물로 중앙아시아의 열대 및 온대지역이 원산지로 알려져 있으나 현재는 전 세계 다양한 지역에서 재배하고 있다 [28]. 대마는 세계 4대 섬유식물 중 하나로, 줄기 껍질은 의복, 신발, 공예품으로 이용되며, 줄기 속대는 종이, 건축재로, 한편 씨앗은 식품 및 약용으로 사용되고 있다[8]. 한방에서는 대마의 뿌리(대마근)를 어혈을 풀고 난산을 치료하며, 결석이 나오게 하는데 사용하였으며, 대마의줄기껍질(마피)은 타박상 및 소변곤란 창통을 치료하는데 사용되며, 대마잎(대마초)은 천식, 진통, 마취 및 이뇨제로 사용하여 왔다. 또한, 대마꽃(마화)은 마비증상, 가려움증 치료에, 대마 꽃이삭(마분)은 난산, 변비, 통풍 및 불면 치료에, 대마씨(마자인)는 난치성 변비, 소갈증, 각종 통증 질환, 월경불순, 피부질환 및 이질 등에 사용하여 왔다[5, 9]. 그러나 대마씨의 외종피, 꽃봉오리 및 잎에는 환각성분인 THC (Tetrahydrocanabinol)를 포함[19]하고 있어 국내에서는 일반인의 사용이 엄격히 금지되고 있다[28].

최근 대마 종실로부터 외종피를 탈각하여 THC를 제거하는 탈각 방법이 국내에서도 상업화[28]되었으며, 탈각된 헴프씨드(hempseed)가 단백질, 필수 아미노산, 필수 지방산 및 미네랄 함량이 우수함이 알려지면서 건강식으로각광받고 있다[2, 6, 7]. 특히 헴프씨드를 저온 착유한 헴프씨드(삼 씨유) 오일의 경우 알파 리놀렌산(α-linolenic acid) 과 감마 리놀렌산(γ-linolenic acid) 등의 다가 불포화 지방산(polyunsaturated fatty acid) 및 지용성 비타민 등이 풍부 [13, 20]하여, 콜레스테롤 감소[10, 25], 혈관 염증 완화[24], 혈전 생성 억제[9, 23], 인지 기능[3] 및 운동기능 개선[1], 산화스트레스에 대한 신경세포 손상 방지[11], 신경세포염증 방지[30] 및 항산화 활성[4, 17]이 우수하다고 알려지면서 수요가 급증하고 있다[28]. 이러한 다양한 유용 생리활성을 나타내는 헴프씨드 오일은 매우 고가이며, 콩기름 (100 ml 당 ~300원), 옥수수유(100 ml 당 ~400원), 올리브유(100 ml 당 ~800원), 카놀라유(100 ml 당 ~920원) 등에 비해 45~130배 이상 고가에 판매되고 있는 실정이다.

한편 대한민국 식품공전에서는 식용유지류를 식물성 유지류, 동물성유지류, 식용유지가공품으로 구분하고 있으며, 식물성유지류는 콩기름, 옥수수유, 카놀라유, 홍화유, 올리브유, 팜유류, 참기름, 들기름 등으로 구분하고, 이들 각각의 산가, 요오드가 등의 품질규격을 규정하고 있다[14]. 또한 “산가 조절을 위해 글리세린을 사용하여서는 아니되며”, “참기름과 들기름에는 다른 식용유지를 일절 혼합하여서는 아니된다” 라고 제조 가공기준을 제시하고 있다. 그러나 헴프씨드 오일에 대한 지표성분 기준과, 헴프씨드 오일과 다른 식용유지의 혼합에 대한 기준은 없는 실정이며[14], 소비자들은 일반 식용유지와 헴프씨드 오일을 구분할 수 있는 방법이 없어 판매자를 믿고 구매할 수 밖에 없는 실정이다.

현재, 참기름, 들기름과 같이 특유의 향미로 인해 쉽게 혼용 여부를 판별할 수 있는 식용유지도 있으나, 유사한 관능성을 나타내는 오일의 진위 및 혼합 여부 판별은 여전히 고가의 장비와 전문적인 분석인력이 필요한 실정이다 [21]. 현재까지 개발된 식용유지류의 진위여부를 판별하는 방법으로는 FTIR spectroscopy [16], FTIR-Raman spectroscopy [29] 등의 분석 방법이 알려져 있으며, 최근에는 신뢰도를 더욱 높인 ATR-FTIR-MIR (Attenuated Total Reflectance-Fourier transform infrared- middle infrared re- gion) spectroscopy를 이용한 판별 방법이 보고[27]된 바 있다. 이는 4, 000~600 cm⁻¹의 파장을 이용하여 지질의 특정 반응기(functional group)를 검출하여 오일을 구분하는 방법이며, 헴프씨드 오일은 846 및 1, 159 cm^-1에서 특징적인 최대흡수파장을 나타내는 것으로 보고되어 있다[27].

따라서 본 연구에서는 고가의 장비나 전문인력 없이, UV-Vis spectrophotometry 방법을 이용하여 헴프씨드 오일의 진위 및 여타 식용유지와의 혼용 여부를 평가할 수 있는 간단한 방법을 개발하고자 하였으며, 그 결과 식용유지의 245, 305 및 415 nm 흡광도를 측정하고 245/415 nm 및 305/415 nm의 비를 계산하여 다양한 식물성 유지류로부터 헴프씨드 오일을 판별할 수 있음을 확인하여 이에 보고하는 바이다.

재료 및 방법

실험재료

본 실험에 사용된 식용유지로는 시판 중인 헴프씨드 오일, 콩기름, 올리브유, 옥수수유, 카놀라유, 아마씨유를 각각 구입하여 사용하였으며, 비식용 유지로 페인팅유 및 테르펜유를 구입하여 사용하였다(Table 1). 기타 시약은 Sigma Co. (St. Louis, MO, USA)의 시약급 이상의 제품을구입하여 사용하였다.

Table 1. Specific gravity and volatility of various commercial oils

¹Painting oil : Non-edible oil prepared from petroleum, ²Terpene oil : Non-edible oil prepared from pine resin. Data are means ± SD of triplicate determinations. Different superscripts within a column differ significantly (p<0.05).

유지의 색차 분석

유지의 색차 분석은 구입 직후의 유지류 5 ml를 petridish (50×15 mm, SPL Life Science, Korea)에 옮긴 후, 색차계(Super color SP-80 Colormeter, Tokyo Denshoku Co., Japan)로 분석하였으며, 명도(lightness, L), 적색도(redness, a), 황색도(yellowness, b)를 3회 반복 측정하여 색차(ΔE)를 계산하였다. 표준 백색판은 L값이 92.39, a값이 –0.08, b값이 1.39이었으며, 색차는 다음의 식을 이용하여 계산하였음.

\(\Delta E=\sqrt{(\Delta L)^{2}+(\Delta a)^{2}+(\Delta b)^{2}}\)

유지의 비중 및 휘발성 분석

유지의 비중은 식품공전에서 규정한 방법대로 비중 측량 병을 이용하여 측정하였으며[14], 유지의 휘발성 분석은 filter paper (MF-Membrane filters, Milipore, Ireland)에 1 ml를 올린 후 24시간 실온에서 방치한 후 휘발에 따른 무게 감소를 평가하였다[12]. 각각의 분석결과는 3회 반복한 실험의 평균과 편차로 나타내었다.

유지의 UV-Vis spectrophotometer 흡광도 분석

유지의 UV-Vis 흡광도 분석은 Biotek Epoch Spectrophotometer (Biotek Instruments, Inc, VT, USA)를 이용하여 200 ~700 nm 흡광도를 5 nm 간격으로 측정하였으며. 각각의 분석 결과는 3회 반복한 실험의 대표 결과로 나타내었다.

통계분석

모든 분석결과는 3회 반복한 실험의 평균과 편차로 나타내었다. 실험 결과는 SPSS 26.0 버전을 사용하여 mean ± SD로 나타내었으며, 각 군 간의 차이는 ANOVA로 분석하였으며 유의수준은 p<0.05로 하였다.

결과 및 고찰

식용유지 6종 및 비식용 유지 2종의 비중 및 휘발성 평가

식용유지류의 구분을 위해, 시판 헴프씨드 오일을 포함한 식용유지 6종 및 비식용 유지 2종의 비중 및 휘발성을 평가하였다. 그 결과, 아마씨유를 제외한 5종 식용유지의 비중은 0.9로 차이가 없었으며, 휘발성 역시 차이가 인정되지 않았다(Table 1). 반면 비식용 유지인 페인팅유와 테르펜유의 경우 0.82~0.89의 낮은 비중과 49.5~97.0%의 높은 휘발성을 나타내어 여타의 식용유지류와 쉽게 판별되었다. 그러나 다양한 식용유지류의 간편 구별법으로 비중과 휘발성은 적합하지 않음을 확인하였다.

식용유지 6종 및 비식용 유지 2종의 색차 분석

식용유지류의 구분을 위해 개봉 직후의 유지류의 명도, 적색도, 황색도 및 색차를 분석한 결과, 6종 식용유지류의 명도는 24.92~30.89를 보였으며, 헴프씨드 오일은 26.58 을 나타내었다. 반면 2종 비식용 유지의 경우 51.45~51.77 을 보여 상대적으로 높은 명도를 보였다(Table 2). 적색 도의 경우 헴프씨드 오일과 올리브유는 -2.06~-2.53을 보인 반면, 나머지 유지류는 -0.93~-1.15로 나타나 차별화되었다. 황색도의 경우에도 올리브유와 헴프씨드 오일에서 각각 3.60 및 1.59를 보여 다른 유지류와는 차별화되었다. 색차는 식용유지에서 61.61(올리브유)~67.56(아마씨유) 을 나타낸 반면, 비식용 유지의 경우 40.73~41.02를 보여 큰 차이를 보였다. 한편 24시간 경과 시 유지들의 색차분석 결과, 6종의 식용유지들은 명도와 적색도는 증가되고황색도와 색차는 감소하는 반면, 비식용 페인팅유와 테르핀 유의 경우에는 명도, 황색도는 증가되고 적색도와 색 차는 감소되어, 식용유지와 비식용 유지에서 24시간 경과 시 적색도와 황색도의 변화가 상반됨을 알 수 있었다 (Table 2). 전체적으로 식용유지의 색차는 구분 가능하나 그 변화가 미미하며, 또한 시간 경과에 따라 크게 변화되므로 식용유지류의 간편 구별법으로 색차 측정은 적합하지 않음을 확인하였다.

Table 2. Hunter's value and color differences of various commercial oils

¹Painting oil : Non-edible oil prepared from petroleum, ²Terpene oil : Non-edible oil prepared from pine resin. Data are means±SD of triplicate determinations. Different superscripts within a column differ significantly (p<0.05).

식용유지 6종 및 비식용 유지 2종의 UV-Vis spectrophotometer 흡광도 분석

UV-Vis spectrophotometer 분석법은 FTIR을 대신할 수 있는 간편 방법으로 인식되고 있다[18, 22]. 식용유지류의 구분을 위해 200~700 nm에서의 흡광도를 분석하였다. 그 결과 시판 유지류들은 각각 특정파장에서 높은 흡광도를 나타냄을 확인하였으며(Fig. 1A), 대표적인 흡광 파장은 230, 245, 270 및 305 nm로 확인되었다(Fig. 1B). 특히헴프씨드 오일의 경우 415, 455 및 485 nm에서 특징적인 흡광을 나타내어 여타의 오일들과는 큰 차이를 보였다 (Fig. 1C). 기존의 ATR-FTIR-MIR spectroscopy 분석 결과, 헴프씨드 오일이 846 및 1159 cm⁻¹에서 특징적인 최대흡수 파장을 나타내는 것으로 알려져 있으나[27], 415, 455 및 485 nm에서 특징적인 흡광을 나타내는 성분은 특수한 지방산보다는 헴프씨드 오일의 phytochemicals에 의한 것으로 이해되며, 헴프씨드 오일이 가진 유용 생리 활성과 연관되어 있으리라 판단된다[26]. 현재 헴프씨드 오일의 다양한 성분과 효능에 대한 연구가 진행 중에 있다.

Fig. 1. Absorbance profiles between 200～700 nm of various commercial oils measured by UV-Visible spectrophotometry.

상기의 결과를 바탕으로 각각의 유지에 대한 230, 245, 270 및 305 nm에서의 흡광도를 415 nm 흡광도로 나눈 값을 계산하였으며, 그 결과 헴프씨드 오일의 235/415, 245/415, 270/415 및 305/415 nm 값은 각각 12.98, 12, 99, 12.12 및 9.61을 나타내어 여타의 유지류와는 매우 다른 결과를 보였다(Table 3). 콩기름의 경우 상기 흡광도의 비는 50.85~62.14, 옥수수유의 경우 33.94~40.53, 카놀라유의 경우 37.89~53.4, 아마씨유의 경우 29.69~36.21를 나타내어 헴프씨드 오일의 9.61~12.98과는 매우 큰 차이를 나타내었다 가장 유사한 경우는 6.77~15.73을 나타낸 올리브유였으나, 245/415 및 305/415 nm에서의 흡광도 비를 비교하면, 헴프씨드 오일은 12.99 및 9.61인 반면 올리브유는 15.73 및 6.77로 나타나 헴프씨드 오일과 올리브유의 경우에도 쉽게 판별이 가능함을 알 수 있었다. 따라서 고가의 장비나 전문인력 없이 대량의 오일시료로부터 UV- Vis spectrophotometer 흡광도 분석을 통해 헴프씨드 오일을 구분할 수 있음을 확인하였다.

Table 3. The ratio of absorbance at 230/415, 245/415, 270/415 and 305/415 nm of various commercial oils

¹Painting oil : Non-edible oil prepared from petroleum, ²Terpene oil : Non-edible oil prepared from pine resin.

헴프씨드 오일과 식용유지의 혼합시의 UV-Vis spectro-photometer 흡광도 분석

국내의 경우 헴프씨드 오일과 다른 식용유지의 혼합에 대한 규정은 없는 실정이며[14], 고가의 헴프씨드 오일과 저가의 식물성 식용유지류를 혼합하는 경우 관능성 및 물리적 특성의 변화를 측정하여 유지류 혼합 여부를 판정하기는 매우 어렵다[28]. 또한 국내의 경우 헴프씨드 오일분석을 위한 감마 리놀렌산 등의 지표성분 설정 및 함량도 확정되어 있지 않은 상태이며, 헴프씨드 오일의 국내규격으로는 [THC 10 mg/kg 이하, cannabidiol 20 mg/kg 이하] 기준이 고시되어 있다. 따라서 헴프씨드 오일과 여타의 식용유지를 혼합한 경우, 245/415 및 305/415 nm에서의 흡광도 비의 변화를 측정하여 혼입 여부를 추정할 수 있는지를 평가하였다. 헴프씨드 오일에 콩기름, 올리브유, 옥수수유 및 카놀라유를 각각 1:1 (v/v)로 혼합 후 245, 305 및 415 nm에서의 흡광도를 측정하고 245/415 및 305/ 415 nm에서의 흡광도 비의 변화를 측정한 결과, 헴프 씨드 오일(100%)은 각각 12.97 및 9.61을 나타낸 반면 헴프 씨드 오일에 콩기름, 옥수수유 및 카놀라유를 각각 1:1 (v/v)로혼합한 경우 245/415 및 305/415 nm에서의 흡광도 비는 각각 19.49~19.84 및 15.27~16.7을 나타내어 확연히 구분되었다. 헴프씨드 오일에 올리브유를 1:1 (v/v)로 혼합한 경우 245/415 및 305/415 nm에서의 흡광도 비는 14.1 및 8.7로 나타나 헴프씨드 오일(100%)과 가장 유사한 값을 보였으나, 구분 가능한 차이가 확인되었다. 그러나 헴프씨드 오일에 5% 이하의 미량의 여타 식용유지류가 혼입된 경우 245/415 및 305/415 nm에서의 흡광도 비 측정에 의한 혼입도 여부 판정은 한계가 있을 것으로 판단된다. 이상의 결과는 식용유지류의 245/415 및 305/415 nm에서의 흡광도 평가법은 헴프씨드 오일의 진위 및 타 오일과의 혼합 여부를 판별하는 간편하면서도 실제적으로 적용 가능한 방법임을 제시하고 있다.

Table 4. The ratio of absorbance at 245/415 and 305/415 nm of various blended edible oils

감사의 글

본 연구는 한국연구재단 중점연구소 지원사업(NRF2018R1A6 A1A03024862)의 지원에 의해 이루어진 결과로 이에 감사드립니다.

The Conflict of Interest Statement

The authors declare that they have no conflicts of interest with the contents of this article.