국내에서 유통되는 식용유지의 벤조피렌 함량과 정제유와 압착유의 제조 공정별 벤조피렌 함량변화를 살펴보았다. 측정된 모든 식용유지의 벤조피렌 함량은 허용한계 이하로 검출되긴 하였으나, 동일한 식용유지라 하더라도 벤조피렌 함량에 큰 차이를 나타내어 원료 및 제조 공정에 따라 최종제품의 벤조피렌을 저감화시킬 수 있음을 확인할 수 있었다. 정제유 및 압착유의 제조 공정별 벤조피렌 함량을 분석한 결과, 정제 공정을 거치면서 원유 및 착유 원유에 함유되어있던 벤조피렌의 함량이 꾸준히 감소되는 것을 확인할 수 있었다. 또한 옥수수유의 경우는 옥수수 배아를 압착 착유하는 과정에서 벤조피렌의 발생이 증가되었으며, 참기름의 경우는 참깨의 볶음 과정에서 벤조피렌이 급격히 발생하는 것을 확인할 수 있었다. 즉 식용유지의 제조 공정 중고온 처리과정에서 벤조피렌의 발생량이 급증하였으며, 이후 정제 공정에서 꾸준히 감소되는 현상을 나타내었다. 이러한 결과는 이후 벤조피렌의 저감화를 위한 공정개선의 기초자료로 활용할 수 있을 것이다.
벤조피렌은 IARC에 의해 그룹 1로 분류된 다환 방향족 탄화수소 유기물로서 불완전 연소 시 부산물로 발생되며 유전독성과 발암성이 강한 것으로 알려져 있다. 벤조피렌의 오염원은 매우 다양하여 환경오염 등으로 인해 조리 또는 가공과정에서 열분해 되어 생성되는 것으로 알려져 있다. 본 연구에서는 유통 중인 45종의 한약재에 있어 벤조피렌의 함유량에 대한 모니터링을 HPLC/FLD로 측정하였다. 벤조피렌의 검량선은 0.5~40 ng/mL의 농도 범위에서 양호한 직선성을 나타내었다 ($r^2$=0.999). 벤조피렌의 검출한계 (LOD)와 정량한계 (LOQ)는 0.04와 0.10 ${\mu}g/mL$이었다. 모니터링 품목 총 45건 중 벤조피렌이 검출되지 않은 시료는 3건 (6.7%), 0.1 ~ 0.5, 0.5 ~ 1.0, 1.0 ~ 5.0 및 5.0 ${\mu}g/kg$ 이상 검출된 시료는 각각 26건 (57.7%), 8건 (17.8%), 7건 (15.6%) 및1건 (2.2%)이었다. 특히 황련의 벤조피렌의 함유량이 가장 높았다 (5.97 ${\mu}g/mL$). 결론적으로 이들 결과는 한약재 중 벤조피렌 함유량을 감소시키기 위한 건조 조건에 대한 기초연구와 가이드라인으로서 적용되어질 수 있다.
벤조피렌은 IARC에 의해 그룹 1로 분류된 다환방향족 탄화수소 유기물로서 불완전 연소 시 부산물로 발생되며 유전독성과 발암성이 강한 것으로 알려져 있다. 벤조피렌의 오염원은 매우 다양하여 환경오염 등으로 인해 조리 또는 가공과정에서 열분해 되어 생성되는 것으로 알려져 있다. 전 세계적으로 가장 널리 음용되고 있는 대표적인 기호음료인 원두커피 또한 생두를 볶는 과정에서 고온의 배전 과정을 거치는 제조공정을 감안할 때 벤조피렌이 생성될 가능성이 있어 본 연구에서는 생두의 종류와 로스팅 정도에 따른 원두커피분말과 원두커피 추출물의 색도 및 벤조피렌 함량을 조사하였다. Hunter scale의 L값과 b값은 배전이 진행될수록 감소하는 경향을 보였고 a값은 약배전 시까지는 증가하였다가 중, 강배전으로 진행될수록 감소하는 결과를 보였다. 벤조피렌의 검출한계(LOD)와 정량한계(LOQ)는 0.03과 $0.09{\mu}g/kg$이었다. 원두커피 분말의 벤조피렌 함량은 강배전의 조건에서 로스팅한 원두분말에서만 검출되었다. 생두를 강배전 조건으로 로스팅을 실시한 경우에는 $0.142{\sim}0.757{\mu}g/kg$의 함량을 보였고 중배전 및 약배전 조건의 커피분말과 원두커피 추출물 모두 불검출의 결과를 보였다. 이는 식품의약품안전청에서 식용유지에서 벤조피렌의 기준을 $2.0{\mu}g/kg$ 이하로 설정한 기준에 미치지 않는 안전한 수준이며, 원두의 로스팅 과정이 벤조피렌이 생성되는 고온에 미치지 못하고 열원방식이 직화식이 아닌 전기적인 열풍방식으로 이루어지기 때문인 것으로 판단된다.
본 연구에서는 건조하기 어려운 원료한약재 5 품목(총 50 건)을 대상으로 벤조피렌 함량 및 물 추출물과 연조엑스 제조단계에서의 벤조피렌의 이행률을 HPLC/FLD로 측정하였다. 벤조피렌의 검량선은 3~40 ng/mL의 농도 범위에서 상관계수($R^2$)가 1.000으로서 우수한 상관관계를 나타내었다. 원료한약재의 벤조피렌 검출 범위는 불검출 ${\sim}37.54{\mu}g/kg$이고, 검출평균은 $6.73{\mu}g/kg$이었다. 그 중에서 식품의약품안전처의 고시(2009-302호) 기준인 $5{\mu}g/kg$ 이상 검출된 시료는 15건(30%)이었다. 특히 황련의 벤조피렌 함량은 $37.54{\mu}g/kg$으로서 가장 높았다. 물 추출물, 연조엑스 및 물 추출 후 찌꺼기에서 벤조피렌의 검출 범위는 각각 불검출${\sim}2.31{\mu}g/kg$, 불검출${\sim}2.28{\mu}g/kg$ 및 $2.18{\sim}21.91{\mu}g/kg$으로 분석되었다. 물 추출물(탕제)와 연조엑스의 제조에서 벤조피렌은 이행되지 않거나, 특히, 현삼에서 물 추출물과 연조엑스의 경우에 각각 최대 8.9%와 최대 9.8%의 이행률을 보였다. 따라서 원료한약재에 비해 물 추출물 및 연조엑스에서 벤조피렌 함량이 각각 90.0% 이상까지 감소하였다.
수용체를 통한 저밀도 지방단백질(LDL)의 세포내 이동과 함께 일어나는 지용성 돌연변이원인 벤조피렌의 세포내 이동에 관하여 조사하였다. [$^3$H]로 표지된 벤조피 렌의 Hep 2 세포내 이동을 조사한 결과, 배지에 LDL을 첨가한 경우. LDL이 첨가되지 않은 경우보다 3배나 많은 양의 벤조피렌이 세포내로 이동하여 세포내 물질과 결합하였음을 관찰하였다. 그러나 10$\mu$M의 황산구리로 LDL의 아포단백질을 변형 시킨 후 변형된 LDL을 배지에 첨가하고 벤조피렌의 세포내 이동을 조사한 건과, 정상 LDL이 첨가된 경우보다 벤조피렌의 세포내 이동이 현저히 감소하였다. 이 결과는 LDL을 이동체로 이용한 벤조피렌의 세포내 이동이 세포의 수용체와 LDL의 아포 단백질의 인식과정을 거친다는 사실을 뒷받침한다고 여겨진다.
수백여 종의 개별물질이 불완전 연소 혹은 유기물의 열분해로 인해 발생되는 다환방향족 탄화수소(PAHs)는 환경에서 중요한 오염원이 되고 있다. 본 연구는 다양한 바이오마커를 이용하여 수서생태계에 벤조피렌(benzo[a]pyrene)과 같은 다환방향족 탄화수소의 영향을 분석하였고, 이에 대한 통합적 결과 모델을 도출하였다. 즉, 잉어(Cyprinus carpio)를 이용하여 여러 농도의 벤조피렌(3, 12, $34{\mu}g/L$, 측정농도 기준)에 10일간 노출시킨 다음, DNA single-strand break, ethoxyresorufin-O-deethylase (EROD), acetylcholine esterase (AChE)와 vitellogenin (VTG)의 농도를 측정하였다. 벤조피렌은 잉어의 DNA 손상을 유도하였고, 낮은 농도에서 EROD와 VTC의 유의적인 활성을 보였으나, 신경전달물질과 관련이 깊은 AChE 효소활성에는 영향을 미치지 않았다. 이 결과를 star plot를 이용하여 통합 및 분석하였으며, 노출농도에 따른 통합 반응지수(integrated biomarker response value: IBR)로 나타내었다. 이런 다양한 바이오마커의 결과들은 벤조피렌에 대한 어류의 영향과 수생태 모니터링 자료로 이용 가능할 것으로 여겨지며, 통합반응지수는 생태위해성평가에서 유용한 도구로 쓰일 가치가 있는 것으로 평가된다.
과산소산(peroxy-acid)을 산화제로 사용하여 현장 오염토양내 존재하는 다환방향족탄화수소의 산화분해 효과를 알아보기 위하여 실험실 규모의 연구를 진행하였다. 대상 토양의 토성은 19.2 %의 토양 유기물을 포함한 pH 6.8의 사양토(sandy loam)로 확인되었으며 토양 내 다환방향족탄화수소 중 벤조(a)피렌(benzo(a)pyrene)의 농도가 평균 2.23 mg/kg으로 국내 토양환경보전법의 1 지역 우려 기준치의 3배 정도 높게 나타났다. 따라서 벤조(a)피렌 오염 토양에 대하여 유기산과 과산화수소를 이용한 과산소산 산화(peroxy-acid oxidation)처리에 의한 토양내 벤조(a)피렌의 농도 저감효과를 유기산의 종류와 유기산 및 과산화수소의 농도조건별로 평가하였다. 선정된 유기산 중 프로피온산(propionic acid)의 산화 효과가 가장 큰 것으로 확인되었으며 토양 중 벤조(a)피렌의 농도를 최종적으로 1 지역 우려 기준치 이하로 저감하였다.
참기름, 들기름에서 벤조피렌의 생성경로 및 감소화 방안을 확립하고자 본 연구를 시도하였다. 산지 및 종류에 따라 다소간의 차이는 있었으나 근본적으로 국내산 및 수입산 참깨, 들깨에는 각각 $0.06{\sim}0.31{\mu}g/kg$ 및 $0.12{\sim}0.47{\mu}g/kg$의 벤조피렌이 함유되어 있었다. 이 참깨, 들깨를 $220^{\circ}C$에서 20분간 볶은 후에는 각각 $1.87{\sim}2.47{\mu}g/kg$ 및 $2.12{\sim}2.43{\mu}g/kg$의 벤조피렌이가 검출되었고, 이를 압착한 후 얻어진 기름 중에서는 각각 $3.68{\mu}g/kg$ 및 $4.64{\mu}g/kg$의 벤조피렌이 검출되었다. 이는 볶음-압착공정을 밀폐형으로 수행할 경우에는 외부의 공기를 강제로 주입하여 생성된 연기를 강제 배출시키는 것이 효과적이었다. 참기름, 들기름에 함유된 벤조피렌을 제거하기 위하여 원심분리에 의한 찌꺼기 성분의 완전분리, 규조토, 활성탄소 및 규조토-활성탄소 혼합분을 이용한 여과 등 다양한 방법을 시도해 보았으나 활성탄소에 의한 여과법에서만 감소화 효과가 나타났다. 동일한 공정을 개방형으로 수행할 경우에는 각각 $0.63{\mu}g/kg$ 및 $0.56{\mu}g/kg$이 검출되는데 볶음 공정에서 발생한 연기가 기름 중에 흡입되는 것으로 확인되었다. 따라서 개방형 공정에 의할 경우 권장규격기준인 $2.0{\mu}g/kg$ 이내의 참기름, 들기름을 생산할 수 있었다.
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.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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