Effects of different types of adsorbents and agitation speeds on the reduction of benzo[a]pyrene, antioxidants, and volatiles in sesame oil

Abstract

The objective of this study was to investigate the possibility of using adsorbents including activated carbon for the removal of benzo[a]pyrene (BaP) in sesame oil samples which was an extremely harmful compound to humans, minimizing the reduction of volatiles and antioxidants in sesame oil samples to keep their qualities. The levels of BaP, volatiles, and antioxidants, such as sesamol and sesamolin, in sesame oil samples were determined to understand the effects of different types of activated carbons, agitation speeds, and mixtures of activated carbon and other adsorbents on the reduction of BaP, volatiles and antioxidants using gas chromatography / mass spectrometry, gas chromatography / mass spectrometry combined with solid phase micro-extraction, and high performance liquid chromatography/diode array detection, respectively. The internal surface area of micropores (< 2 nm), mesopores (2-50 nm), and mesopores with 1.7-10.0 nm diameter in activated carbons were different in accordance with the types and raw materials of activated carbons. The level of BaP in sesame oil samples was largely reduced by filtration with powdered activated carbon made from wood (PW) (65.3%), peat (PP) (63.1%), and coconut shell (PC) (54.2%). On the other hand, sesamol and sesamolin in sesame oil samples were largely reduced by PC (12.5% and 3.7%), PP (7.1 and 3.6%), and PW (6.7 and 1.0%). In addition, among other adsorbents, acid clay combined with PW at 600 rpm of agitation speed had a high adsorption efficiency of BaP in sesame oil samples. A total of 63 volatiles, comprising 18 pyrazines, 12 furan and furfurals, 13 thiazoles, 2 pyridines, 6 pyrroles, and 12 sulfur-containing compounds were identified in sesame oil samples. Most volatile compounds in sesame oil samples were significantly decreased after filtration with powdered activated carbons rather than granular activated carbons. In addition, volatile compounds in sesame oil samples filtrated with PW were increased in accordance with agitation speeds. Therefore, filtration process using activated carbons could successfully reduce BaP contents in sesame oil samples while keeping their quality.;본 연구에서는 참기름 내에 존재하는 발암물질인 벤조피렌의 함량은 감소시킴과 동시에 참기름 내 품질 지표성분의 변화는 최소화 시키고자 흡착제의 종류 및 교반속도에 따른 (1) 벤조피렌 및 항산화성분의 함량 및 (2) 휘발성 향기성분의 함량 변화를 비교분석 하였으며, 이를 위하여 (1) 가스 크로마토그래피 / 질량분석기 (Gas chromatography / mass spectro metry), 고체상 미세추출법 (Solid phase micro-extraction) 및 가스 크로마토그래피 / 질량분석기, 그리고 고속 액체 크로마토그래피 / 다이오드 어레이 검출기 (High performance liquid chromatography / diode array detector)를 사용하였다. 참기름 내 벤조피렌 저감화를 위하여 활성탄을 첨가하는 경우, 목재로부터 만들어진 파우더 타입의 활성탄 (PW)에서 65.3%의 가장 큰 감소율을 보였고, 이탄 (63.1%), 그리고 코코넛 껍질 (54.2%)의 순서로 감소하였다. 또한, 여과 처리 전 교반을 가해줬을 때, 교반 속도가 증가할수록 참기름 내 벤조피렌 함량이 감소하는 정도가 크게 나타났다. 그리고 세사몰과 세사몰린의 경우 벤조피렌 대비 현저히 적게 감소하는 경향을 보였다. 특히, 코코넛 재질로 만들어진 파우더 타입의 활성탄을 사용하였을 때 각각 12.5%, 3.7%로 가장 크게 감소하였으며, 이탄 (7.1%, 3.6%), 그리고 목재 (6.7%, 1.0%)의 순서로 많이 감소하였다. 그리고 향기성분의 분석 결과 총 18 pyrazines, 13 thiazoles, 2 pyridines, 6 pyrroles, 12 sulfur-containing compounds가 동정되었으며 이들은 참기름에 대한 소비자 기호도에 중요한 영향을 미치는 품질 지표 인자로 알려져 있다. 참기름 내 향기성분의 함량은 항산화성분 대비 많이 감소하였지만 벤조피렌의 감소율과 비교했을 때, 그 비율은 작게 나타났다. 향기성분의 함량 역시 입상형태의 활성탄 (9.01 - 14.18%) 대비 파우더 형태의 활성탄 (16.26 - 24.06%) 사용 시 크게 감소하였지만, 교반속도 증가에 따라 향기성분 감소율이 전반적으로 감소하는 경향을 보였다 (13.54 - 8.52%). 또한, PCA를 이용하여 기기분석 결과와 관능검사 결과간 상관 관계를 분석한 결과 600 rpm, 400 rpm, 200 rpm, 0 rpm, control의 순서로 참기름의 고소한 향미에 영향을 미치는 휘발성 향기성분이 연관됨을 확인하였다. 이러한 결과를 통해 참기름 내 유해물질인 벤조피렌의 함량은 줄이는 동시에 품질 지표 성분인 향기성분과 항산화 성분의 함량 변화는 최소화하였다.