Determination of hazardous volatile organic compounds (furan, benzene and trihalomethanes) in foods and the mitigation strategies for mitigation in pumpkin puree model system

Abstract

식품 산업에서는 건강과 식품안전에 대한 소비자의 지속적인 관심과 우려가 계속되고 있다. 식품의 제조 및 가공 과정에서 형성될 수 있는 Furan, benzene and trihalomethanes [chloroform (CF), bromodichloromethane (BDCM), dibromochloromethane (DBCM) and bromoform (BF)]은 발암물질 또는 발암가능성 물질로 간주된다. 식약처에서 고시한 식품위생법에 의하면, 5년 주기로 유해물질에 대한 기준 및 규격을 재평가하여 국민의 식품 안전 수준을 공개해야한다. 미국, 영국, 유럽 등 여러 나라에서는 식품 속 유해물질들에 대한 모니터링과 이를 저감화 하는 방법에 대한 연구가 계속 되고 있다. 본 연구에서는 수산물 및 그 가공품 내 furan, benzene, trihalomethanes의 동시 분석을 위한 방법을 수립하고 검증하였으며, 408개 식품 시료에 대한 모니터링을 실시하였다. 또한 호박죽 모델시스템에서 furan 생성 시 전구체와 항산화제가 미치는 영향과, 호박죽의 멸균 및 재가열 시 fura을 저감화 하는 방안이 연구되었다. 수산물에서 동시분석법을 확립하기 위해headspace-solid phase microextraction-gas chromatography-mass spectrometry (HS-SPME-GC-MS)을 사용하여 0-100 μg/kg 범위의 선형성, 검출 한계(LOD) 및 정량 한계(LOQ), 주간 및 주간 정밀도(RSD%) 및 정확도에 대한 실험을 진행하였다. 액젓을 이용한 검증 결과, LOD는 0.002~0.368μg/kg범위로 나타났으며, LOQ는 0.006~1.116μg/kg의 범위 내로 나타났다. 연어의 경우에는 0.043~0.333μg/kg범위의 LOD값과 0.131~1.010μg/kg 범위의 LOQ값을 얻었다. 6종의 분석물질의 회수율은 80.0~120.0% 범위 내에 있었고 액젓 및 연어 두 가지 표준매질에서 R.S.D. 값은 20% 미만이었다. 이에 따라 본 연구의 결과는 수산물에서 furan, benzene and trihalomethane을 동시에 정량하는 분석적 방법이 성공적으로 확립한 것으로 사료된다. 호박죽 모델시스템에서 furan 생성 시 전구체와 항산화제가 미치는 영향과, 호박죽의 멸균 및 재가열 시 furan을 저감화 하는 방안이 연구되었다. 호박죽 모델시스템에서 전구체 물질과 항산화제의 첨가에 따라 변화하는 furan의 생성을 분석하기 위해, 선정된 9종의 전구체를 모델시스템에 첨가한 후 멸균을 진행하였다. 이 중 베타카로틴은 전구체 물질을 넣지 않은 대조군에 비해 g당 퓨란의 증가율이253.10%로, 전구체 물질 중 가장 높은 증가를 나타냈다. 이 결과를 토대로 호박죽 모델 시스템에 베타카로틴과 함께 chlorogenic acid (CGA), caffeic acid (CA), quercetin (QC), butylated hydroxytoluene (BHT) 항산화제가 첨가되었다. 모든 항산화제는 furan 함량에서 유의미한 감소를 보였다 (21.04~27.35μg/kg). 121℃에서 15, 10, 5분간 멸균한 호박죽은 furan의 양에 유의미한 차이가 없었으며 (27.22 ~29.96μg/kg), 118℃/10분 (16.74μg/kg), 115℃/20분 (17.00μg/kg) 조건에서 멸균하였을 경우에는 furan의 양이 감소하였다. 호박죽 모델시스템을 재가열하는 과정에서는 전자레인지, 중탕 및 냄비가 사용되었다. 이때 냄비에서 가열한 경우 가장 효과적인 furan의 감소 효과가 확인되었다 (10.28~11.72μg/kg).;Consumers' attention and concerns on food safety are increasing in the food industry. Furan, benzene, and trihalomethanes [chloroform (CF), bromodichloromethane (BDCM), dibromochloromethane (DBCM), and bromoform (BF)], which can be generated during the preparation and processing of foods, are considered as hazardous materials. Many countries have been researching hazardous compounds monitoring and mitigation. An analytical method for simultaneous determination of furan, benzene, and trihalomethanes in foods was developed, validated, and 408 samples were monitored in this study. Headspace-solid phase microextraction-gas chromatography-mass spectrometry (HS-SPME-GC-MS) was used to determine the linearity in the range of 0-100 μg/kg, the limit of detection (LOD) and limit of quantification (LOQ), inter-and intra-day precisions (RSD %), and accuracy. Results on fish sauce showed LOD of 0.002-0.368 μg/kg and LOQ of 0.006-1.116 μg/kg, whereas those on salmon showed LOD of 0.043-0.333 μg/kg and LOQ of 0.131-1.010 μg/kg. Recovery for all compounds was within the range of 80.0–120.0 % and R.S.D. values were lower than 20 % in both sample matrices. Accordingly, the result of this study indicated that the analytical method to quantify furan, benzene, and trihalomethanes in foods would be successfully established. This method was used to determine the level of furan, benzene, and trihalomethanes in 408 food samples of six categories: sugars, seasoning, fish/shellfish, seaweed, and other. Furan content in food products ranged from N.D. to 453.9 μg/kg, whereas benzene concentration ranged from N.D. to 83.2 μg/kg. Trihalomethanes were found in the range from N.D. to 94.8 μg/kg in foods. Furan was typically detected in samples that had been thermally treated. Benzene was mainly found in fish and shellfish., Trihalomethanes, which are primarily derived from water, were found during the boiling process. Results of the monitoring study are significant since they could provide evidence to risk assessment studies. The formation of furan affected by precursors and antioxidants in pumpkin puree model food (PPMF) and reduction of furan during sterilizing and reheating were studied. Nine precursors were selected and added to PPMF before sterilization to investigate how precursors and antioxidants affected the production of furan in pumpkin puree model food (PPMF). The result was in a range of 30.81~94.45 μg/kg. When compared to a control without any precursors, β-carotene showed the greatest increase in furan per gram (253.10%). In PPMF, antioxidants such as chlorogenic acid (CGA), quercetin (QC), caffeic acid (CA), and butylated hydroxytoluene (BHT) were combined with β–Carotene. Furan was significantly reduced by all antioxidants in a range of 21.04~27.35 μg/kg. Caffeic acid was the most effective antioxidant to mitigate furan in PPMF. During the sterilizing process, there was no significant difference in the amount of furan produced in PPMF under 121°C treatment for 15, 10, and 5 minutes (27.22~29.96 μg/kg). However, the amount of furan produced by sterilizing PPMF at 118℃/10 minute (16.74 μg/kg) and 115℃/20 minute (17.00 μg/kg) decreased. A microwave oven, a water bath, and an open pot were all utilized to reheat PPMF. All reheating treatments showed a significant decrease of furan in PPMF (10.28~24.57 μg/kg) compared to control (30.81 μg/kg). The most effective reheat treatment for reducing furan was the open pot heating process. Accordingly, the result of this experiment indicated that the mitigation strategies to reduce furan in pumpkin puree in overall processes were successfully conducted.