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홍표 초
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1 J Korean Soc Food Sci Nutr 한국식품영양과학회지 40(11), 1569~1574(2011) 수산자숙액의방사선조사여부판별특성연구 최종일 김연주 김재훈 이주운 한국원자력연구원정읍방사선과학연구소 Identification of Irradiated Seafood Cooking Drips Using Various Detection Methods Jong-Il Choi, Yeon-Joo Kim, Jae-Hun Kim, and Ju-Woon Lee Advanced Radiation Technology Institute, Korea Atomic Energy Research Institute, Jeonbuk , Korea Abstract In this study, the identification of the irradiated seafood cooking drips from Hizikia fusiformis, Enteroctopus dofleini and Thunnus thynnus was conducted. The physical detection methods used included photo-stimulated luminescence (PSL) and thermoluminescence (TL), and the chemical detection methods were hydrocarbons analysis. In the PSL study, all seafood cooking drip samples showed 260~510 photon counts; thus, the PSL method could not be used for the detection of irradiated seafood cooking drips. The TL method could be used for the detection of irradiated H. fusiformis and E. dofleini cooking drips. In both cooking drips, the shapes of the glow curves indicated a specific peak at 150 o C~250 o C, which made it possible to identify the irradiated samples. The hydrocarbons derived by gamma irradiation of T. thynnus cooking drip were not detected due to low concentration and inconsistent content of fatty acids in the untreated T. thynnus cooking drip. Key words: radiation treatment detection, seafood cooking drip, PSL, TL, hydrocarbons 서론최근간편성을부여한수산가공품이주류를이루고있는가운데톳, 미역, 참치, 고등어, 굴, 오징어, 문어및멸치등과같은수산물의통조림및건제품가공공정에서는부산물로서다량의자숙액이발생되고있다. 자숙액에는수산원료에포함된다양한성분들, 특히기능성생물활성물질이추출되어함유되어있다. 이러한자숙액은다량으로발생하지만활용분야가많지않기때문에아무런처리없이폐기되고있는실정이다. 이러한폐액은생물학적산소요구량의증대와같은해양환경에중요한영향을미칠수있어자숙액의회수및이용은폐기자원의이용이라는측면뿐만아니라환경보호의측면에서도매우필요하다 (1). 최근에는이러한자숙액의오염미생물을살균하고, 기능성을증가시키는방법으로감마선의이용가능성이대두되고있다 (2,3). 방사선조사기술은해충이나미생물의사멸뿐아니라농산물의발아억제, 숙도조정, 식품의저장수명연장, 건조식품의물성개선등에효과가인정되고있으며 (4-6), 그안전성과기술적타당성이국제기구 (FAO/IAEA/WHO) 에의해보증되고있다 (7). 현재중국, 일본, 미국등세계 56여개국에서이미상업적으로방사선조사식품의생산, 유통이본격 화되고있으며 (8), 1984년방사선조사식품에대한 Codex 일반규격이채택되었다 (9). 그러나방사선조사식품에대한교역국간의규정이상이하므로조사식품의수입및유통관리를위해식품의방사선조사판별기술의개발이진행되고있다. 방사선조사식품의소비자수용도를높이기위한여러요건중에서도조사식품의품질관리및품질보증을위한조사식품의표시제도 (labeling) 와이를뒷받침할수있는조사식품의확인방법 (identification method) 에관한연구가가장시급한과제로인식되고있다 (4,10). 방사선조사식품의확인방법정립은국제교역에서의검역과제품의품질관리뿐아니라자국의경제적이익을위해서도필수적이다. 이에따라우리나라에서는방사선조사허가식품중 7종 ( 향신료및이들조제품, 복합조미식품, 감자, 마늘, 생버섯, 건조버섯, 양파 ) 에대하여물리적검지법으로서광자극발광분석법 (PSL, photo-stimulated luminescence) 과열발광분석법 (TL, thermoluminescence) 의시행 ( ) 을위하여검지법을확립고시 ( ) 한바있다 (11). 식품의방사선조사여부확인은조사된식품에서발생되는물리적, 화학적및생물학적변화에따른다양한연구들이수행되었으며, 이에따라 Codex 표준방법 (12) 과 EU의 CEN Corresponding author. jaehun@kaeri.re.kr Phone: , Fax:

2 1570 최종일 김연주 김재훈 이주운 방법 (13) 이보고되고있다. 이들방법들은방사선조사식품에서발생될수있는 free radical을측정하는전자스핀공명분석 (ESR, electron spin resonance)(14), 혼입된무기물 (mineral) 의광자극발광 (PSL)(15) 및열발광 (TL) 분석 (16) 등의물리적방법과방사선조사로인해생성되는지방질함유식품의 hydrocarbon 및 2-alkylcyclobutanone(2-ACB) 분석등의화학적방법 (17) 이있으며, 생체시료의 DNA 손상 (18), 미생물농도저하, 발아력저하등이알려지고있다. 따라서본연구에서는수산가공부산물인자숙액을식품및공중보건소재로이용하기위해위생화및기능성증진의목적으로사용한방사선조사여부판별분석방법을연구하여다양한식품및소재에서의방사선조사검지기술의개발에활용하고자한다. 재료및방법실험재료본연구에서사용한톳, 문어및참치자숙액은국내수산업체태림산업, 우영수산, 동원수산에서각각구입하거나제공받아사용하였다. 방사선조사확인실험을위하여자숙액을 low density polyethylene(ldpe) bag에포장하여방사선조사하였다. 시료의감마선조사감마선조사는한국원자력연구원방사선과학연구소 (Jeongeup, Korea) 내선원 11.1 PBq, Co-60 감마선조사시설 (point source AECL, IR-79, MDS Nordion International Co. Ltd., Ottawa, Canada) 을이용하여실온 (22±1 o C) 에서시간당 10 kgy의선량률로각각 0, 5 및 10 kgy의총흡수선량을얻도록하였다. 흡수선량확인은 alanine dosimeter(5 mm, Bruker Instruments, Rheinstetten, Germany) 를사용하였다. Dosimetery 시스템은국제원자력기구 (IAEA) 의규격에준용하여표준화한후사용하였으며, 총흡수선량의오차는 2% 이내였다. 비조사구인 0 kgy는동일한온도효과를얻기위하여감마선조사시설외부에둔후, 조사직후처리구와함께 4 o C 냉장고에저장하였다. 광자극발광 (photo-stimulated luminescence, PSL) 분석 PSL 분석은 CEN 방법 (19) 및 KFDA 방법 (11) 에준하여실시하였다. PSL 측정에사용된모든시료는최대한빛이차단된장소에보관하면서 cross-contamination을피하여측정하였다. 감마선조사한자숙액을건조시켜수분을제거한후분말형태로 2 g씩취하여 disposable petridish에담아 PSL system(glasgow, UK) 시료 chamber에넣고 PSL photon count를 3회반복측정하였다. 기기의 cycle time은 1초, cycle 횟수는 60, dark count 24±2.4, light count는 22±1.3 이었다. 측정결과의판정에서 lower threshold value는 T 1= 700 counts/min, upper threshold value T 2=5000 counts/min 으로 T 1 이하의값은비조사시료 (negative control) 로, T 2 이상의값은방사선조사된시료 (positive control) 로판별하였다 (19,20). TL(thermoluminescence) 분석 TL 측정을위한 mineral 추출은 sample로부터 water rinsing, hand picking 등의방법을이용하였다. 자숙액에일정량의증류수를가하여 ultrasonic agitator에서 5분간처리한후다시시료를 water rinsing하며 125 μm sieve를통과시켜일정시간정치시킨후침전물을취하였다. 침전물을 test tube에옮겨닮은후 sodium polytungstate solution(2.0 g/ml) 5 ml을가하여유기물을제거하고증류수로세척하였다. 일반적으로혼입된 mineral에는 carbonate를함유하고있으며이 carbonate 는재조사후측정시 1차측정에서의 glow curve peak에대해영향을초래하므로 1 N HCl 2 ml 을가해 10분간암소에서정치하여 carbonate를제거하였고 1 N NH 4OH 2 ml을가해중화시켰다. 중화된 mineral은증류수로충분히세척한후 acetone으로몇차례세척한후건조시켰다. 건조된 mineral 0.5 mg을 TL disk에옮겨담고 50 o C incubator에서하룻밤예열한후측정하였다 (20,21). 준비된 mineral의 TL spectra 측정은 TL 측정시외부 noise에의한영향을받으므로암실조건에서측정전 TL system(riso, Roskilde, Denmark) 을켜놓고 high pure N 2 gas( %) 를 10분정도흘려보낸후다음조건으로측정하였다 (11,21). TL 분석조건으로는 preheat temperature 50 o C, temperature rate 5 o C/sec, maximum temperature 400 o C, acquire time 70 sec, anneal temperature 400 o C(5 sec) 로설정하였다. 시료에서나타나는 glow curve intensity의 normalization 을위해서 1차 glow curve를측정한후다시감마선조사시설을이용하여실온에서시간당일정한선량률 (Gy/sec) 로 1 kgy의총흡수선량을얻도록실시하여 2차 glow curve를측정하였다. 처음측정시얻은면적값을 TL 1 이라하고재조사후측정해서구한면적값을 TL 2 라하며그후방사선조사된시료가나타내는 TL glow curve 범위의 TL ratio (TL 1/TL 2) 를구하여이 ratio를 threshold value로이용하면조사여부확인이가능하다. 본연구에서는자숙액시료에대해 1 kgy를재조사하여 TL 2 면적값을구하고, TL ratio 값이 0.1 이하이면비조사구로, 0.1 이상이면조사구로판단하였다 (11). Hydrocarbon 측정자숙액의지방추출을위해 120 g의시료에 Na 2SO g 및 n-hexane(sigma-aldrich Co., St. Louis, MO, USA) 300 ml을가하여균질화한후 150 rpm에서 12시간교반하였다. 추출된여액을원심분리 (10000 rpm, 4 o C, 20 min) 하여상층액을취한후 rotary vacuum evaporator를사용하여

3 수산자숙액의방사선조사여부판별특성연구 o C에서유기용매를제거하고질소가스로잔존유기용매를완전히휘발시켜냉동저장하면서시료로사용하였다. 추출한지방 1 g에정량분석을위해 internal standard로서 1 ml eicosane 4 μg/ml hexane) 을첨가하여 hexane으로활성화시킨 Florisil SPE cartridge(waters, Milford, MA, USA) 에가한후 30 ml n-hexane을용리용매로하여 hydrocarbon류를분리하였다. 이용리용매는 rotary vacuum evaporator를이용하여 2 ml까지농축한후 0.5 ml까지질소로농축하여 GC/MS 분석기기를이용하여분석하였다. 분리한 hydrocarbon류의분석은 Gas chromatograph mass selective detector system(agilent, Waldbronn, Germany) 을사용하였으며, column은 DB-5(30 m 0.32 mm ID, 0.25 μm film thickness, J&W Scientific, Folsom, CA, USA) 를이용하였다. 온도 program은 60 o C에서 170 o C까지 25 o C/min 의속도로승온시키고, 205 o C까지 2 o C/min의속도로승온하였으며, 다시 10 o C/min의속도로 270 o C까지승온시켰다. Injector와 detector 온도는각각 250 o C, 300 o C이며, carrier gas 는 helium을사용하였으며, 유속은 1.0 ml/min으로하였다. 시료는 1 μl를주입하였고, split ratio는 1:20으로하여처음 2분동안 splitless 시켰다. GC/MS 분석조건은 ionization voltage를 70 ev로하였고, ion source temperature는 230 o C 로하였다. 또한분석할분자량의범위 (m/z) 는 40~350으로설정하였다. Table 1. Phostimulated luminescence (PSL) characteristics of gamma-irradiated seafood cooking drips Sample Cooking drip from Hizikia fusiformis Cooking drip from Enteroctopus dofleini Cooking drip from Thunnus thynnus Irradiation dose (kgy) ±113 1,2) 3) 337±32 348± ± ±51 399±79 288±60 510±70 378±120 1) Mean±SD (n=3). 2) Threshold value: T 1=700, T 2=5000, <T 1, T 1<(M)<T 2, (+)>T 2. 3) +, positive, irradiated; -, negative, non-irradiated; M, intermediate. blank test를수행하여 MDL(minimal detectable integrated TL intensity level; 최저검출한계 ) 을측정한결과 1782의값을얻었으며, 각시료의 Glow 2 면적값이 MDL의 10배를넘으면유효한실험결과로확인하였다. 현재자숙액의경우국내에서조사가허가되어있지않기때문에안전하다고받아들여지는 10 kgy를최고선량으로하여실험에사용하였다 (25). 톳및문어자숙액에서추출한미네랄을사용하여 TL을측정한결과를 Fig. 1에나타내었다. 실험결과톳, 문어자숙액에서비조사구에서는특이 peak를관찰할수없었으나, 5 및 10 kgy 조사구에서는 150 통계분석모든실험은 3회반복실시하였으며, 얻어진결과들은 SPSS software(22) 에서프로그램에의한 ANOVA test를이용하여분산분석을한후 Duncan의다중위검정을실시하였다. 결과및고찰 TL intensity (a.u.) (A) 0 kgy 5 kgy 10 kgy PSL 분석특성시료의방사선조사여부판별을위하여수산자숙액 3종에대하여 PSL을측정하였다. 수산자숙액을 3회반복측정한결과, 모든자숙액에서 260~510의 photon counts를나타내어비조사시료로확인되었다 (Table 1)(23). 따라서방사선조사여부를확인하기위한수산자숙액 3종의 PSL 분석은적용가능성이낮은것으로사료되었다. TL 분석특성 TL signal 측정을위한전처리과정에서예비실험을통해, 톳자숙액의경우 50 ml, 문어자숙액의경우 200 ml의시료를 water rinsing 하여 1 mg의미네랄을추출하여측정하였다. 그러나참치자숙액의경우, 특이적으로함유한지방과콜라겐의함량이높아 (24), TL 방법은적용가능하지않을것으로판단되어본실험에서제외하였다. 실험의신뢰도를높이기위해미네랄의분리과정에서시료를담지않은 TL intensity (a.u.) (B) Temperature ( o C) Temperature ( o C) 0 kgy 5 kgy 10 kgy Fig. 1. Typical TL glow curves of minerals of gamma-irradiated cooking drips of Hizikia fusiformis (A) and cooking drips of Enteroctopus dofleini (B).

4 1572 최종일 김연주 김재훈 이주운 Table 2. TL ratios (TL 1/TL 2) of minerals separated from gamma-irradiated Hizikia fusiformis and Enteroctopus dofleini cooking drips Sample Cooking drip from Hizikia fusiformis Cooking drip from Enteroctopus dofleini TL glow TL 1 intensity 1) TL 2 intensity 2) TL ratio 3) TL 1 intensity TL 2 intensity TL ratio Irradiation dose (kgy) ) Integrated TL 1 intensity at 150~250 o C. 2) Integrated TL 2 intensity at 150~250 o C. 3) TL 1 intensity/tl 2 intensity ~250 o C 사이에서조사를확인할수있는특이 peak가나타나는것을확인하였다. 또한, 조사선량의증가에따라 signal intensity는급격히증가함을확인하였다. 문어자숙액에서는톳자숙액보다 TL intensity가낮게나타나는것을확인할수있었는데, 이는시료에따라원재료에혼입되는무기질 (mineral) 의종류와양의차이가나타날수있기때문이라고생각된다 (26-28). 본연구결과방사선조사한자숙액에서는 150~250 o C 범위에서특정한 glow curve가나타났으므로이들의방사선조사여부를확인하는데적용이가능할것이라고판단된다. 톳및문어자숙액으로부터분리한미네랄에대한 glow curve intensity의 normalization을위하여 1차 glow curve (TL 1) 를측정한다음다시재조사 (1 kgy) 를실시하여 2차 glow curve(tl 2) 를측정하였다. TL ratio(tl 1/TL 2) 를측정한결과 (Table 2), 톳자숙액에서는비조사구에서는 0.093, 조사구에서는 이상의 TL ratio를나타내었으며, 문어자숙액에서는비조사구의경우 0.105, 조사구에서는 이상의 TL ratio를나타내었다. TL ratio 값이 0.1보다작은경우는방사선조사하지않은것으로, 0.1보다큰경우는방사선조사된것으로판단하는데 (29), 본연구결과톳자숙액에서는비조사구의 TL ratio가 0.1보다낮았으며, 조사구의경우 0.1보다높은값을보여 normalization이가능하였으나, 문어자숙액의경우, 비조사구에서 0.1보다높은 0.105의값을나타내어 normalization이가능하지않았다. Chung 등 (29) 은백후추분말시료의경우 TL ratio가 0.10으로나타났 으나, 이의 TL glow curve의모양과나타나는온도범위를고려하여종합적으로판단한결과비조사시료로판단하였다고하였다. 본연구결과에서도문어자숙액의경우 TL ratio는 0.105의값을나타내었으나, TL glow curve를기준하여조사여부의확인이가능하여톳과문어자숙액의경우 TL 방법을이용한방사선조사여부의확인이가능할것이라고판단하였다. Hydrocarbon 분석특성톳자숙액과문어자숙액에서는지질이나지방산의함량이매우낮아서 hydrocarbon 분석을이용한방사선조사여부확인실험에서는제외하였다. 이전의연구에서수산자숙액의조지방함량의분석결과참치자숙액의경우 25 mg g -1 의함량이나타났으나, 톳과문어자숙액에서는조지방이검출되지않았다 (30). 참치자숙액의지방에는 palmitic acid, stearic acid, docosahexaenoic acid(dha) 등의지방산이많이함유되어있다. 이러한지방산에방사선을조사시키면, 중성지방의 carbonyl group의 α 탄소와 β 탄소위치에서결합이끊어져원래의지방산보다탄소수가 1개 (C n-1) 적거나 2개 (C n-2) 적으면서첫번째탄소위치에새로운이중결합을가진 hydrocarbon류가생성된다 (24). 즉, palmitic acid로부터 pentadecane과 1-tetradecene, stearic acid로부터 heptadecane과 1-hexadecene, oleic acid로부터 8-heptadecene 과 1,7-hexadecadiene, linoleic acid로부터는 6,9-heptadecadiene과 1,7,10-hexadecatriene이생성된다. 이러한 hydrocarbons를분석하게되면지방산이함유된식품의방사선조 Fig. 2. GC/MS chromatogram of gamma-irradiated cooking drip of Thunnus thynnus at 10 kgy.

5 수산자숙액의방사선조사여부판별특성연구 1573 사여부를판별할수있다. 방사선조사에의해생성되는 hydrocarbon류중 palmitic acid에서유도된 pentadecane과 stearic acid에서유도된 heptadecane은유기용매로부터형성될수있음에따라 (31), 국내식품공전법에서는식육등의경우 oleic acid에서유래된 8-heptadecene(C 17:1), 1,7-hexadecadiene(C 16:2), 그리고난분의경우 1,7-hexadecadiene (C 16:2) 만이방사선조사검지를위한마커로써사용된다 (31). Fig. 2에서와같이참치자숙액의 10 kgy 조사구에서는 pentadecane(c 15:0), hexadecane(c 16:0) 및 heptadecane(c 17:0) 등이검출되었으나, 판별마커인 8-heptadecene(C 17:1), 1,7- hexadecadiene(c 16:2) 은확인되지않았다. Lee 등 (32) 은참치자숙액에탄올추출물의지방산조성은 myristic acid(8.03%), palmitoleic acid(3.00%), palmitic acid(53.29%), vaccenic acid(10.06%), stearic acid(22.32%) 및 docosahexaenoic acid(5.30%) 라고보고하였다. 하지만 oleic acid는확인이되지않았으며, 이로부터방사선조사의판별을위한특이적인 hydrocarbon인 8-heptadecene(C 17:1), 1,7-hexadecadiene (C 16:2) 은검지되지않은것으로사료된다. 이러한결과로부터참치자숙액의감마선조사확인방법으로서 hydrocarbon은적용가능하지않다고사료되었다. 요 수산자숙액의조사여부를판별하기위해물리적 (PSL, TL) 및화학적 (hydrocarbon 분석 ) 검지시험을진행하였다. 10 kgy까지의감마선조사를적용한자숙액을 PSL법으로측정하였을때, 모든자숙액에서 260~510의 photon counts 를나타내어자숙액의방사선조사여부의확인방법으로서 PSL은적용가능성이낮다고사료되었다. 수산자숙액에 TL법을적용한결과톳및문어자숙액의경우방사선조사한자숙액에서 150~250 o C 범위에서특정한 glow curve가나타났으므로방사선조사여부를확인하는데적용이가능할것이라고사료된다. 참치자숙액의경우감마선조사에의해유래되는 hydrocarbon은검출되지않았는데, 이는참치가공에서부산물로얻어지는자숙액의낮은지방산함량과자숙공정에따른상이한지방산조성에서비롯한것이라고사료된다. 약 감사의글 본연구는한국원자력연구원의기본연구지원사업과식약청용역연구사업에의해연구비지원을받아수행되었습니다. 문 1. Ebitani KTO, Takahashi K Development of taurine collection technology from sardine cooking wastes. In National Conference Materials for Fisheries Utilization 헌 and Processing. Takahashi K, ed. Central Fisheries Institute, Tokyo, Japan. p Kim HJ, Choi J, Lee HS, Kim JH, Byun MW, Chun BS, Ahn DH, Yook HS, Lee JW Improvement of physiological activity of the ethanol extract from boiled-water of Enteroctopus dofleini by gamma irradiation. J Korean Soc Food Sci Nutr 36: Choi J, Kim YJ, Kim JH, Chun BS, Ahn DH, Kwon JH, Hwang YJ, Byun MW, Lee JW Characteristics of microorganisms contaminating seafood cooking drips exposed to gamma irradiation. Korean J Food Preserv 16: Kwon JH Commercialization of food irradiation technology and the identification of irradiated foods. Food Sci Ind 36: Byun MW, Lee JW Application of irradiation technology for food safety and security. Food Sci Ind 36: Daghir NJ, Sell JL, Mateos GG Effect of gamma irradiation on nutritional value of lentils (Lens culinaris) for chicks. Nutr Rept Int 27: WHO High dose irradiation; Wholesomeness of food irradiated with doses above 10 kgy. Technical Report Series 890 WHO, Geneva, Switzerland. p IAEA International Atomic Energy Agency homepage Codex Alimentarius Commission Codex General Standard for Irradiated Foods and Recommended International code of Practice for the Operation of Radiation Facilities Used for the Treatment of Food. CAC/VOL. XV. FAO, Rome. 10. Delincee H Detection of food treated with ionizing radiation. Trends Food Sci Technol 9: KFDA Notification on the Detection Methods for Irradiated Food. No ( ). 12. FAO/WHO CODEX STAN General Codex Methods for the Detection of Irradiated Foods, CODEX STAN , Rev IAEA Analytical detection methods for irradiated foods. A review of current literature. IAEA-TECDOC Desrosiers MF, Mclaughlin WL Examination of gamma-irradiated fruits and vegetables by electron spin resonance spectroscopy. Radiat Phys Chem 34: Alberti A, Corda U, Fuochi P, Bortolin E, Calicchia A, Onori S Light-induced fading of the PSL signal from irradiated herbs and spices. Radiat Phys Chem 76: Khan HM, Delincee H Detection of radiation treatment of spices and herbs of asian origin using thermoluminescence of mineral contaminants. Appl Radiat Isot 46: European Committee for Standard Detection of irradiated food containing fat, gas chromatographic analysis of hydrocarbons. English version of DIN EN Harrigan WF, Mccane ME Laboratory methods in food and dairy microbiology. Academic Press, London, UK. p European Committee for Standard Detection of irradiated food using photo-stimulated luminescence. English version of DIN EN Schreiber GA Thermo-luminescence and photostimulated luminescence techniques to identify irradiated foods. In Detection Methods for Irradiated Foods. Mc- Murray CH, Stewart EM, Gray R, Pearch J, eds. The Royal Society of Chemistry, Cambridge, UK. p Schreiber GA, Helle N, Bogl KW Detection of irradiated food-methods and routine applications. Int J Radiat Biol 63:

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