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치의학석사학위논문 맥주로인한치아법랑질부식비교 In vitro approach to evaluate erosion of bovine enamel caused by beer 2016 년 2 월 서울대학교치의학대학원 치의학과 이승재
맥주로인한치아법랑질부식비교 In vitro approach to evaluate erosion of bovine enamel caused by beer 지도교수진보형 본논문을석사학위논문으로제출함 2015 년 10 월 서울대학교치의학대학원 치의학과 이승재 이승재의석사학위논문을인준함 2015 년 11 월 위원장 ( 인 ) 부위원장 ( 인 ) 위원 ( 인 )
국문초록 국내맥주시장은수입맥주의개방과함께다양화되고있다. 맥주는탄산과유기산을포함하며치아부식을일으킬수있다. 그러므로이번연구는다양한맥주로인한치아법랑질의부식정도를평가한다. 5종류의맥주 (Weihenstephaner Hefe Weissbier, Pilsner Urquell, Guinness Draught, Hoegaarden Witbier, Cass Fresh) 를실험군, 증류수를대조군으로삼았다. 시편은 bovine incisor에서절편을획득하고절편의법랑질을외부로노출시킨채몰드에넣고레진에포매시켜만들었다. ph-cycling process를전후해표면미세경도 (Vicker's hardness number) 와형광량 (Quantitative light induced fluorescence) 의변화량을측정해치아부식을평가했다. 유기산분석과이온분석을서울대학교농생명과학공동기기원크로마토그래피실에의뢰하여시행하였다. 맥주의 ph를 ph meter (Orion ROSS, 8102BNUWP, Beverly, MA, USA) 로측정하였다. 그룹당 283~329 VHN의경도를가지는시편 10개를선별했다. 5가지맥주와증류수의 ph, 표면미세경도의변화량, 형광량의변화량은각각 Weihenstephaner Hefe Weissbie r(4.27, 16.3, 0.429), Pilsner Urquell (4.41, 12.1, 0.353), Guinness Draught (3.94, 32.0, 0.553), Hoegaarden Witbier (4.02, 31.1, 0.531), Cass Fresh (4.12, 24.2, 0.485), Distilled water (6.78, 1.73, 0.306) 로측정되었다. 맥주는치아부식위험성이있으며 ph가낮을수록치아부식위험성이커진다. 상면발효맥주는하면발효맥주에비해 ph가낮은경향이있어치아부식위험성이더높다. 지리적, 문화적으로관련성이있는맥주는유기산과무기이온함량에공통적인경향성이있어 ph와치아부식위험성도같은양상으로변한다. 주요어 : 맥주, 법랑질, 치아부식 학번 : 2012-22190
목차 1. 서론 1 2. 실험대상및방법 3 2.1 실험대상 3 2.2 시편제작 6 2.3 실험방법 6 2.4 통계처리 7 3. 연구결과 8 3.1 실험음료의 ph 8 3.2 표면미세경도의변화량 9 3.3 법랑질형광변화량 10 3.4 유기산, 이온분석 12 4. 고안 13 5. 결론 19 참고문헌 21 Abstract 23
표목차 [ 표 1] Weihenstephaner Hefe Weissbier의특징 4 [ 표 2] Pilsner Urquell의특징 4 [ 표 3] Guinness Draught의특징 5 [ 표 4] Hoegaarden Witbier의특징 5 [ 표 5] Cass Fresh의특징 5 [ 표 6] 실험음료의 ph 8 [ 표 7] 각음료에대한 ph-cycling process 후 VHN 변화량 9 [ 표 8] ΔVHN 에대해 Tukey's HSD post hoc test로구한맥주와 증류수간유의확률 10 [ 표 9] 각음료에대한 ph-cycling process 후 QLF 변화량 11 [ 표10] 5가지맥주의유기산분석결과 12 [ 표11] 5가지맥주의이온분석결과 13 [ 표12] 시판음료에대한표면미세경도, ph, Titratable acidity 15 [ 그림 1] 맥주의 ph 와표면미세경도변화량의그래프 10 [ 그림 2] 맥주의 ph 와형광량변화량의그래프 11
1. 서론 대한민국의맥주시장 1-3) 은향상된 1인당구매력, 미국이나 EU와맺은자유무역협정그리고정보화시대를맞아관련자료를찾기가수월해짐에따라다양성이증가되고있다. 특히가격이더비싸더라도본인의기호 4) 에적합한맥주에대한선호도가증가되었는데이는수입맥주와수제맥주 5) 소비량의증가에서확인할수있다. 이연구에서는보다다양하게변화한맥주소비시장에따른구강건강의변화를살펴보고자한다. 국제통화기금 (IMF) 이 World Economic Outlook Database October 2014를통해공개한자료에따르면 2014 년대한민국은 GDP (Gross domestic product) 가 1,449,500,000,000$ 로세계 13위, 1인당 GDP (Gross domestic product per capita) 가 28,739$ 로세계 29위그리고 1인당구매력평가기준 GD P(Gross domestic product based on purchasing-power-parity per capita; PPP GDP) 가 35,485$ 로세계 29위에이르렀다. 대한민국국민의구매력은 PPP GDP 에서 26위인프랑스가 40,445$, 27위인영국이 37,744 그리고 28위인일본이 37,683$ 과크게차이나지않는수준이다. 1인당구매력의증가와함께상대적으로고가인수입맥주나수제맥주의가격에의한진입장벽이감소하고있다. 수입맥주와밀접한관련을가진미국과 EU의경우대한민국과 FTA 3) 를맺었는데이로인해기존맥주에부과되던 30% 의관세가 1년마다점진적으로감소하고있다. 한-미 FTA 맥주수입협정세율은 2012 년부터 7년간 4.3% 씩감소해서 2018 년부터 0% 가되며한-EU FTA 맥주수입협정세율은 2011 년 7월부터 8년간 3.8% 씩감소해서 2018 년 7월부터 0% 가된다. 2015 년 10월기준으로한-미 FTA 맥주수입협정세율은 12.8%, 한-EU FTA 맥주수입협정세율은 11.2% 인상황이다. 낮아지는관세와함께수입맥주의가격경쟁력은매년상승 하고있다. 이렇게변화한맥주시장여건은국민의맥주에대한기호를변화 1,4,6) 시키고있 는데새로운기호에대응하는국내맥주회사의변화 2) 에서확인할수있다. OB 맥 - 1 -
주의경우그동안주력으로삼던 Cass Fresh 외에정통필스너를표방하는더프리미어 OB (The premier OB) 가 2014 년 11월에출시되었고, 독일밀맥주를표방하는더프리미어 OB 바이젠 (The premier OB Weizen) 이 2015 년 6월에출시되었다. 하이트진로의경우주력상품인 Hite 외에상면발효맥주인퀸즈에일 (Queen's Ale) 이 2013년 9월에출시되었고 2009년부터매년맥스 (Max) 한정판을통해각각독일, 영국, 체코, 미국, 뉴질랜드, 남아공의홉으로만든다양한맥주들을판매하고있다. 맥주는생산이표준화되어있어연구대상으로서장점이있다. 와인의경우같은제품명이더라도생산년도, 생산지그리고생산자에따라편차가있는데이는가격과시음회에서의평가에서확인할수있다. 하지만맥주는같은제품이면가격이나시음회에서의평가에변화가거의없다는점에서생산년도, 생산지그리고생산자에따라성분의편차가거의없이표준화되어있다는것을알수있다. 따라서맥주의연구결과를동일제품에적용할수있다. 다만수제맥주 5) 와같이예외적인경우와인과마찬가지로편차가있다. 그러므로이번연구에서는수제맥주는대상으로삼지않고생산이표준화된유명수입맥주 4종과국내에서가장많이소비되는국산맥주를대상으로한다. 맥주는탄산과유기산을포함하기에산성일것이라예상할수있으며따라서맥주에의한치아부식이일어날수있으리라예측할수있다. 대부분의상면발효맥주는 ph가 3.7~4.3, 하면발효맥주는 ph가 4.0~4.6 에분포하므로이론적으로치아부식이발생 7) 한다고예상할수있다. 치아부식증은산도가낮은음료나음식을섭취할경우에나타날수있는치아경조직의손상이며, 맥주를과량섭취하는경우에도나타나구강건강에심각한문제를초래할수있다. 치아부식이교모나마모를동반할경우치질이심각하게손상 8,9) 될수있다. 최근연구결과에따르면치아부식은전연령대에서치아상실 10,11) 에대한주요원인이된다. 따라서이연구에서는맥주에의한구강건강의변화중치아부식을다루고자한다. - 2 -
이연구의목표는맥주로인한차아부식여부와맥주의 ph에따른치아부식위험성을알아보는것이다. 실험은 in vitro 에서이루어지는데맥주를용액으로한 ph-cycling process에의한 bovine enamel 의표면미세경도와형광량의변화를통해치아부식을간접적으로확인한다. 온도와음료의유속을실제상황과유사하게설정했으며표면미세경도의변화를통해법랑질의물리적성질의변화그리고형광량의변화를통해법랑질표면성분의화학적성질의변화를관찰할수있으며이는치아우식을유발하는박테리아가배제된상태에서맥주라는산성용액에의한것이므로치아부식으로판단하기에타당성이있다. 최근이연구와동일한조건과방법에서탄산음료, 이온음료, 탄산음료, 어린이음료등시판음료에의한치아부식을연구 11) 한것이있으며표면미세경도와표면거칠기를측정해과즙에의한치아부식을연구 11) 한것이있다. 또한시판주류에의한치아부식연구 9) 과맥주에의한치아부식의외국연구 12),13) 가있다. 선행연구중탄산음료, 이온음료, 탄산음료, 어린이음료등시판음료에대해치아부식연구 11) 의결과와비교분석해음료에의한치아부식위험성지표를제안하고맥주의탄산, 유기산, 이온의농도를분석해발효법이나생산지등요소에유사점이있는맥주의치아부식을논하는것이연구목표이다. 2. 연구대상및방법 2.1 실험대상 실험대상은총 6 그룹으로현재유통되고있는 5 종류의맥주와 control 로사용된 Distilled water( 증류수 ) 로이루어진다. 5 종류의맥주는 각각 Weihenstephaner Hefe Weissbier, Pilsner Urquell, Guinness - 3 -
Draught, Hoegaarden Witbier, Cass Fresh 이다. 실험에사용된각종의 맥주는모두생산지, 병 / 캔용량, 유통기한이동일한것으로선별했으며 자세한특징은다음과같았다 ( 표 1, 표 2, 표 3, 표 4, 표 5) 6). 표 1. Weihenstephaner Hefe Weissbier 의특징 항목 내용 생산지제조사발효방식종류 바이헨슈테판바이에른주슈테판양조장상면발효헤페바이젠 알코올 5.4% 병 / 캔용량 유통기한 병맥주 (500ml) 16.01.29 표 2. Pilsner Urquell 의특징 항목 내용 생산지제조사발효방식종류 플젠플젠스키프라즈로이양조장하면발효체코필스너 알코올 4.4% 병 / 캔용량 유통기한 캔맥주 (500ml) 15.01.08-4 -
표 3. Guinness Draught 의특징 항목 내용 생산지제조사발효방식종류 더블린기네스맥주회사상면발효아일랜드드라이스타우트 알코올 4.2% 병 / 캔용량 유통기한 캔맥주 (440ml) 15.12.18 표 4. Hoegaarden Witbier 의특징 항목 내용 생산지제조사발효방식종류 대한민국광주광역시북구 OB맥주주식회사상면발효벨기에화이트에일 알코올 4.9% 병 / 캔용량 유통기한 캔맥주 (500ml) 15.04.02 표 5. Cass Fresh 의특징 항목 내용 생산지 제조사 대한민국충청북도청원군 OB 맥주주식회사 - 5 -
발효방식 종류 하면발효 라거 알코올 4.5% 병 / 캔용량 유통기한 캔맥주 (500ml) 15.04.14 2.2 시편제작 실험은 in vitro에서살균처리된 bovine incisor를발치해서진행되었다. 눈에띄는 crack이나 Quantitative light-induced flurescence (QLF, QLF Pro, Inspektor Research System BV, Amsterdam, Netherlands) 로확인되는 lesion이없는것으로선별했다. 지름 5mm의원형구멍을순측법랑질표면부터뚫었다. 1.2 x 1.0 x 0.8 cm 의 mold에 acrylic resin 을넣고순측법랑질이외부로노출되도록포매시켰다. 그리고찬물과 600-2,000 grid의 silicon carbidpaper를이용하여표면을평평하게하고연마했다. 시편은실험대상 6그룹에각각 14개씩총 84개가사용되었다. 2.3 실험방법 실험방법 11) 은크게표면미세경도와형광량의측정, ph-cycling process 그리고 ph와성분분석으로이루어진다. 실험을통해얻고자하는데이터는각시편에대해 ph-cycling process를거친후표면미세경도와형광량의변화량이다. 시편의표면미세경도는 Vickers microhardness tester(shi-madzv, JP/HMV-2, Japan) 으로측정된다. 다이아몬드재질로 10 초간 9.81N 의힘 으로누르고 40 배의배율로확대하여측정한다. 3 번측정하여평균치를 - 6 -
산출해낸다. 형광량은 Quantitative light-induced flurescence (QLF, QLF Pro, Inspektor Research System BV, Amsterdam, Netherlands) 로측정되었다. ph-cycling process를전후해서측정해변화량을구한다. 하루에 4회씩 8일동안이루어지는 ph-cycling process는각실험대상음료와인공타액을 2시간간격으로교대하며시편을담근다. 모든실험은구강조건과유사하게 37 의온도와 150 rpm의 agitator에서진행된다. 120mL의실험대상음료에 10분그리고 120mL의인공타액에 110분이교대로 4회반복되고다음날이될때까지계속인공타액에넣어둔다. 인공타액은 0.021 M Na HPO /NaH PO (Sigma Aldrich, Switzerland), ph 7.0 solution containing 36 mm NaCl (Sigma aldrich, USA), 0.96 mm CaCl (Acros Organics, USA), sodium carboxymethylcellulose 1.0% (Sigma aldrich, USA) 11,14) 를섞어서만든다. 유기산분석과이온분석은서울대학교농생명과학공동기기원크로마토그래피실에의뢰하여데이터를얻었다. 5가지맥주에대해 Acetic acid, Citric acid, Malic acid, Latic acid를 mg/l 단위로측정하였고, 이온분석은 F, Cl, NO, SO, Br, NO, PO, Na, NH, K, Mg, Ca를 mg/l 단위로측정하였다. 각맥주의 ph는 37 ph meter (Orion ROSS, Beverly, MA, USA) 에연결된 ph electrode (Orion ROSS, 8102BNUWP, Beverly, MA, USA) 로 3회씩측정되었다. 2.4 통계처리 법랑질표면의미세경도와형광량차이를분석하는데일원분산분석과 studentized range 를사용한 post hoc Tukey's HSD test를이용했다. 유의성단계는 P<0.05 이다. SPSS statistical program (Statistical Packages for Social Science, Ver. 23.0, Chicago, IL, USA) 이통계분석에사용되었다. 14개의시편중 ph-cycling process 전표면미세경도의최대, 최소값을가지는 4개의 - 7 -
시편을제외하고 10 개의시편에대해서통계처리가진행했다. 그결과 모든시편은 283~329 VHN 에분포하게되었다. 3. 연구결과 3.1 실험음료의 ph 5종류의맥주의 ph는각각 Weihenstephaner Hefe Weissbier (4.27), Pilsner Urquell (4.41), Guinness Draught (3.94), Hoegaarden Witbier (4.02), Cass Fresh (4.12), Distilled water (6.78) 로측정되었다. Guinness Draught (3.94) 가가장낮았고 Pilsner Urquell (4.41) 이가장높았다 ( 표 6). Distilled water의 ph 11) 는동일한연구실에서동일한조건하에측정된결과를사용했다. 표 6. 실험음료의 ph Brand name ph Standard deviation Weihenstephaner Hefe Weissbier 4.27 0.01 Pilsner Urquell 4.41 0.02 Guinness Draught 3.94 0.01 Hoegaarden Witbier 4.02 0.02 Cass Fresh 4.12 0.01 Control Distilled water 6.78 0.18-8 -
3.2 표면미세경도의변화량 시편의 ph-cycling process 전표면미세경도는 283~329 VHN였다. VHN의변화량은 Weihenstephaner Hefe Weissbier (16.3), Pilsner Urquell (12.1), Guinness Draught (32.0), Hoegaarden Witbier (31.1), Cass Fresh (24.2), Distilled water (1.7) 으로측정되었다 ( 표 7). 맥주중 Guinness Draught (32.0) 가가장많은변화를 Pilsner Urquell (12.1) 이가장적은변화를보였다. VHN의변화량에대해각맥주와증류수간유의확률은 Weihenstephaner Hefe Weissbier (0.320), Pilsner Urquell (0.684), Guinness Draught (0.001), Hoegaarden Witbier (0.001), Cass Fresh (0.027) 이된다. 따라서 Weihenstephaner Hefe Weissbier와 Pilsner Urquell은유의미한차이가없고 Guinness Draught, Hoegaarden Witbier와 Cass Fresh는유의미한차이가있다 ( 표 8). 5가지맥주의 ph에대해 plot해보면 χ 값이 0.9766로매우강한선형관계를나타낸다 ( 그림 1). 표 7. 각음료에대한 ph-cycling process 후 VHN 변화량 Brand name Weihenstephaner Hefe Weissbier 10 N Initial VHN 311.4 ±12.8 Final VHN 295.1 ±11.1 ΔVHN 16.3 ±12.5 Pilsner Urquell 10 309.5 ±15.7 297.4 ±18.2 12.1 ±11.0 Guinness Draught 10 308.8± 12.6 276.8 ±14.5 32.0 ±16.9 Hoegaarden Witbier 10 303.8 ±14.8 272.6 ±15.7 31.1 ±18.3 Cass Fresh 10 306.1 ±16.4 281.9 ±18.1 24.2 ±22.7 Distilled water 10 Values are mean ± SD ΔVHN = Initial VHN - Final VHN 304.9 ±14.2 303.2 ±17.9 1.7 ±8.6-9 -
표 8. ΔVHN 에대해 Tukey's HSD post hoc test 로구한맥주와증류수간유의확률 Brand name P Weihenstephaner Hefe Weissbier 0.320 Pilsner Urquell 0.684 Guinness Draught 0.001 Hoegaarden Witbier 0.001 Cass Fresh 0.027 그림 1. 맥주의 ph 와표면미세경도변화량의그래프 (X 축 : ph, Y 축 : ΔVHN) 3.3 형광량의변화량 ph-cycling process 를거친후 QLF 의변화량은 Weihenstephaner Hefe Weissbier(0.429), Pilsner Urquell(0.353), Guinness Draught(0.553), Hoegaarden Witbier(0.531), Cass Fresh(0.485), Distilled water(0.306) 으로 - 10 -
측정되었다 ( 표 9). Guinness Draught(0.553) 가가장많은변화를 Pilsner Urquell(0.353) 이가장적은변화를보였다. 5 가지맥주의 ph 에대해 plot 해보면 χ 값이 0.9918 로매우강한선형관계를나타낸다 ( 그림 2). 표 9. 각음료에대한 ph-cycling process 후 QLF 변화량 Brand name N Weihenstephaner Hefe Weissbier 10 Initial ΔF(%) -6.192 ±0.408 Final ΔF(%) -6.621 ±0.594 ΔΔF(%) 0.429 ±0.317 Pilsner Urquell 10-6.000 ±0.265-6.353 ±0.286 0.353 ±0.178 Guinness Draught 10-5.948 ±0.526-6.501 ±0.532 0.553 ±0.349 Hoegaarden Witbier 10-5.925 ±0.240-6.456 ±0.346 0.531 ±0.310 Cass Fresh 10-5.969 ±0.260-6.454 ±0.381 0.485 ±0.253 Distilled water 10 Values are mean ± SD ΔF, fluorescence values; ΔΔF = Initial ΔF - Final ΔF -6.119 ±0.303-6.425 ±0.318 0.306 ±0.309 그림 2. 맥주의 ph 와형광량변화량의그래프 (X 축 : ph, Y 축 : ΔQLF) - 11 -
3.4 유기산, 이온분석 유기산분석으로 5가지맥주에대해 Acetic acid, Citric acid, Malic acid, Lactic acid를측정했다 ( 표 10). Acetic acid는 Weihenstephaner Hefe Weissbier (274.00), Citric acid는 Pilsner Urquell (233.28), Malic acid는 Pilsner Urquell (61.57) 그리고 Lactic acid는 Guinness Draught (253.61) 에서가장많았다. 한편 Acetic acid는 Guinness Draught (45.88), Citric acid 는 Cass Fresh (160.50), Malic acid는 Hoegaarden Witbier( 30.42) 그리고 Latic acid는 Pilsner Urquell (50.91) 에서가장적었다. 표 10. 5 가지맥주의유기산분석결과 (mg/l) 유기산 Weihenstep haner Hefe Weissbier P i l s n e r Urquell G u i n n e s s Draught Hoegaarden Witbier Cass Fresh Acetic acid 274.00 128.89 45.88 108.73 57.45 Citric acid 220.76 233.28 203.29 193.38 160.50 Malic acid 61.23 61.57 47.20 30.42 35.52 Lactic acid 104.99 50.91 253.61 191.41 93.33 이온분석으로 5가지맥주에대해 F, Cl, NO, SO, Br, NO, PO, Na, NH, K, Mg, Ca를측정했다 ( 표 11). F, NO, Br는검출되지않았다. Cl은 Hoegaarden Witbier(267.17), SO 는 Guinness Draught(286.04), NO 는 Pilsner Urquell(12.22), PO 는 Pilsner Urquell(792.16), Na는 Cass Fresh(22.57), NH 는 Weihenstephaner Hefe Weissbier(45.06), K은 Weihenstephaner Hefe Weissbier(568.62), Mg은 Weihenstephaner Hefe Weissbier(92.51), Ca은 Hoegaarden Witbier(58.64) 이가장많았다. 한편 Cl은 Cass Fresh(117.94), SO 는 Hoegaarden Witbier(50.17), NO 는 Guinness Draught(0.87), PO 는 Guinness Draught(331.55), Na는 - 12 -
Weihenstephaner Hefe Weissbier(9.67), NH 는 Cass Fresh(5.56), K 은 Cass Fresh(310.75), Mg 은 Hoegaarden Witbier(46.94), Ca 은 Cass Fresh(23.49) 가가장적었다. 표 11. 5 가지맥주의이온분석결과 (mg/l) 유기산 Weihenstep haner Hefe Weissbier P i l s n e r Urquell G u i n n e s s Draught Hoegaarden Witbier Cass Fresh Cl 217.85 151.87 157.80 267.17 117.94 SO 206.11 149.46 286.04 50.17 161.12 NO 4.90 12.22 0.87 2.89 7.94 PO 676.39 792.16 331.55 451.06 341.29 Na 9.67 18.21 15.34 14.30 22.57 NH 45.06 36.81 31.77 21.19 5.56 K 568.62 546.06 388.08 403.11 310.75 Mg 92.51 74.55 75.44 46.94 52.88 Ca 26.59 25.19 45.64 58.64 23.49 4. 고안 Thylstrup과 Fejerskov 7) 에따르면법랑질은 ph가 5.5이상에서는재광화가우세하며 4.5이하에서는치아부식이일어난다. 모든그룹에서표면미세경도와형광량이 ph-cycling process 후낮아지는경향성을보이는데이는산에의한법랑질의물리적그리고화학적변화를나타낸다. 따라서이는 ph 5.5 이하에서재광화보다탈회가우세하게일어난다는사실을뒷받침한다. 한편표면미세경도변화량을증류수와통계적으로 - 13 -
비교분석하면 5가지의맥주중 ph 4.5 근방인 Weihenstephaner Hefe Weissbier (4.27) 와 Pilsner Urquell (4.41) 은 P value가각각 0.320과 0.684로 0.05 이상이고 ph 4.0 근방인 Guinness Draught (3.94), Hoegaarden Witbier (4.02), Cass Fresh (4.12) 는각각 P value가 0.001, 0.001, 0.027로 0.05보다작았다. 즉 ph가 4.0 근방의맥주는증류수와비교했을때통계적으로유의미하게표면미세경도가낮아지지만 ph가 4.5에근접한경우는표면미세경도가낮아졌지만통계적으로는유의미하지못했다. 이는 ph 4.5 보다약간낮은맥주는실험환경이나실제음료를마시는상황모두에서시간이지날수록 CO 가해리되어 ph가상승한것을반영했기때문으로생각된다. CO 해리에대한부분은몇단락후에자세하게다루겠다. 반면 ph 4.0 근방의맥주는시간이지나 CO 가해리되어도 ph 가 4.5를넘지않아서치아부식이일어난다고추론할수있다. 법랑질주위의산은산-염기반응을통해치아법랑질의칼슘과인산의복합체의화학적조성을변화시키고이는치아부식을일으킨다. 즉치아부식을일으키는직접적인요소는법랑질주위의산이고이를나타낸지표가 ph 이다. 이는이번연구의맥주의 ph에대한표면미세경도와형광량의변화량으로부터확인가능하며두경우모두 χ 값이 0.9766와 0.9918로매우강한선형관계를나타냈다. 맥주의 ph가가장낮은것이 Guinness Draught (3.94) 이고가장높은것이 Pilsner Urquell (4.41) 로실험군의 ph가 0.47로좁은범위에분포하므로전체적인 ph영역을다룬그래프의양상에무관하게국소적으로는선형으로근사하는것이타당성을가진다. 이결과로부터 ph가낮아질수록표면미세경도와형광량의변화량이커지고이는법랑질표면의물리적그리고화학적조성이더많이변했음을뜻한다. 표면의강도가더많이낮아지고칼슘과인산의복합체가더많이변화됨에서탈회의정도가더심해지며치아부식위험성이더커짐을추론할수있다. 즉대부분의맥주가해당하는 ph 3.9~4.5에서는 ph가낮을수록치아법랑질은더많이탈회되고치아부식위험성은커진다. - 14 -
김은정등 11) 은이연구와동등한조건과방법으로시판음료에의한표 면경도변화량, 음료의 ph, Titratable acidity 를측정했다 ( 표 12). 표 12. 시판음료에대한표면미세경도, ph, Titratable acidity Brand name ΔVHN ph Titratable acidity Fruit juices Delmonte orange juice 100% 218.6 ± 13.8 3.58 ± 0.02 18.57 ± 0.51 Lemonade 157.7 ± 20.9 2.38 ± 0.01 8.20 ± 0.92 Electrolytes Pocari sweat 136.1 ± 27.6 3.54 ± 0.02 4.13 ± 0.31 Daily lemon water 136.7 ± 12.9 3.42 ± 0.03 4.00 ± 0.36 Carbonated-flavored drinks Demisoda apple 138.2 ± 34.4 2.62 ± 0.04 4.30 ± 0.26 Chilsung cider 82.4 ± 29.6 2.82 ± 0.08 1.47 ± 0.12 Children's drinks Hello pendori 133.7 ± 33.9 2.72 ± 0.01 3.47 ± 0.15 Values are mean ± SD ml of 0.1 M NaoH ΔVHN = Initial VHN - Final VHN 이연구와김은정등 12) 의데이터를비교하면모든맥주는대상이된모든시판음료에비해 ph가높고 ΔVHN 이통계적으로유의미할정도로낮다. 그러므로맥주는대상시판음료에비해산에의한치아부식이덜일어난다고판단할수있다. 따라서음료에의한치아부식위험성에관련된지표를제안한다면맥주는 Fruit juices, Electrolytes, Carbonated-flavored drinks, Children's drinks와는다른그룹에속해야한다. 김은정등 11) 은표면미세경도의변화량이시판음료의 ph 보다 Titratable acidity - 15 -
에더의존함을시사한다. 이는 Chilsung cider 에서가장두드러지게나타나는데 ph는 2.82 로실험대상의평균정도인반면 ΔVHN 는 82.4 로타음료에비해통계적으로유의미할정도로낮다. 1.47 로독보적으로낮은 Titratable acidity 에서원인을발견할수있다. 이에대한원인을추론하면다음과같다. 음료의 ph는용액내여러유기산이나무기이온들의농도에의해결정된다. 그중사이다는탄산을많이함유하고있는데용기에있는 CO 가수용액에녹아탄산이되고탄산은시판음료의 ph는낮추는데기여한다. 사이다와같은음료는대기압보다높은압력으로병이나캔에밀봉되어있어 CO 포화도가높은상태이며개봉후바로측정된 ph는이특징이반영된것이다. 하지만개봉과동시에 CO 는해리되기시작하고탄산의농도는줄어들어시간이지날수록 ph가상승하게된다. 즉실제구강을통해음료를마시는상황이나실험상황모두초기측정 ph보다낮은산도의음료를접하는것이다. 반면유기산이나대부분의무기이온들은 CO 와달리시간이지나도대기중으로해리되는일이거의없이온전하게치아부식에영향을미치게된다. 따라서음료의 ph가비슷한수준이더라도탄산함량이높은음료는유기산과같은기타산성분이많은음료에비해치아부식에미치는영향이상대적으로적다. 그리고통상적인사이다를마실때의상황을고려해보면보다낮은온도의음료가상대적으로고온인구강내로들어오는데 CO 는저온에서더용해도가높으므로실제상황에서는더해리도가높아질것이다. 또한음료는중력에의해식도를통해내려가므로실제로음료를마실때구강내부의기압은대기압에비해낮은경향성을띌것이며이또한 CO 해리도가증가하는데기여한다. 요약하자면음료의탄산은개봉후 CO 로해리되는경향성이있으므로탄산농도가높은음료는 ph 값에비해치아부식에미치는영향이작다. 따라서치아부식양상을판단하기위해서음료의 CO 가해리되는양상과유기산을포함한기타산성분을독립적으로고려해야한다. 맥주는사이다와마찬가지로탄산을포함하고있는음료이므로치아부식양상을파악하기위해서는 CO 가해리되는양상과유기산을포함한기타산성분을독립적으로고려해야한다. 하지만이연구에서실험대상맥주의 ph 값그자체로치아부식양상을평가할수있었다. 이로부터이번실험에 - 16 -
사용된맥주들의경우탄산의해리도에유의미한차이는없었다고추론할수있다. 우선실험에서다룬맥주들의 ph 차이가 0.47이라는비교적좁은범위였기에주된요소외보조적인인자들의영향이충분히나타나지못한점을고려해야한다. 또한맥주라는음료가발효되고숙성되는방식이서로완전히동일하지는않지만효모가당을분해해 CO 가생성되는맥주의특징적인공통점이있다는점이원인이된다. 이러한이유로맥주는탄산의해리도에유의미한차이가없으므로 ph로치아부식양상을평가할수있다. 따라서맥주의 ph에유기산과이온이미치는영향을파악하면각성분의농도에따른치아부식양상을판단할수있다. 유기산의농도를바탕으로상면발효맥주와하면발효맥주의치아부식위험성과특징을분석할수있다. 일반적으로 Weihenstephaner Hefe Weissbier, Guinness Draught 그리고 Hoegaarden Witbier가속한상면발효맥주는 Pilsner Urquell와 Cass Fresh가속한하면발효맥주에비해대체로 ph가더낮은경향을보이는데이는실험결과에서확인할수있으며치아부식위험성도더높다. 또한유기산의함량으로정성분석하면상면발효맥주의유기산총량이많은경향을보인다는점에서확인할수있다. 그리고고전적으로상면발효맥주는보다풍미가있다는평가이며하면발효맥주는보다청량하다는평가를받는데상면발효맥주에서는다양한풍미를주는유기산의총량이높고분포도상대적으로고른편이지만하면발효맥주에서는청량감을주는 Citric acid와 Malic acid를중심으로상대적으로풍부한분포를보인다는점을통해확인가능하다. 하지만기술의발전으로상면발효맥주와하면발효맥주가서로의단점을보완하였으며발효방식과함께첨가물도맥주에큰영향을미치기에둘한계점을가지고분석되어야한다. 상면발효맥주중 Weihenstephaner Hefe Weissbier 는 ph 4.27 로나머 지둘의 ph 3.94 와 4.02 에비해유난히높은값을가진다. Weihenstephaner Hefe Weissbier 의경우비록유기산의총량이가장많 - 17 -
음에도불구하고 pk 가 4.76으로높은 Acetic acid가나머지둘의 2배가량이고 pk 가 3.86으로낮은 Lactic acid는나머지둘의절반가량이라이는높은 ph에기여하는요소가될수있다. 또한 pk 가 7.20으로놓은 PO 의함량이높고양이온중에서 K 이온의함량이높아이또한높은 ph에기여하는요소가될수있다. 하면발효맥주중에서는 Pilsner Urquell의 ph가 4.41로 Cass Fresh의 4.12보다높다. Pilsner Urquell은대체적으로모든유기산과이온함량이더높은데 Acetic acid는 2배이상많은데 Lactic acid는절반정도로적다는특징이있다. 그리고 PO 와 K 이온의함량도 2배정도로높은데높은 ph는이러한요인들의기여가있다. 전체적으로 Weihenstephaner Hefe Weissbier와 Pilsner Urquell은무기이온중 PO 와 K의함량이높으며유기산중 Acetic acid는상대적으로풍부하고 Lactic acid는부족해 ph가높은편이며그결과실험대상인맥주중치아부식위험성이작았다. 한편 Weihenstephaner Hefe Weissbier가생산되는독일바이에른주의프라이징 (Freising) 6) 은뮌헨북쪽에인접해체코와가까운지방이다. 또한 Pilsner Urquell이생산되는체코의플젠 (Plzen) 6) 은독일바이에른주에거의인접해있는지방이다. 둘은도로로불과 263km 거리에위치하고있다. 두맥주가발효방식이각각상면발효와하면발효로차이가있음에도불구하고유기산이나이온에서유사한특징을보이고있다. 둘간의공통점을생각해볼수있는데우선지리적으로가까우므로토양이나농업용수기후가비슷할가능성이높다. 또한맥주에관련해동일한문화권에속해서발전하는데서로간의교류가있어제조법이나첨가물에서공통의노하우가있을가능성이있다. 이지방의다양한맥주들에대해성분분석이이루어지면보다정확한원인을찾을수있을것이다. 또한일반적으로지리적, 문화적으로관련성이맥주간유기산과무기이온함량에공통적인경향성이있는지알아보는추가적인연구가필요하다. - 18 -
5. 결론 이연구의목적은맥주로인한치아법랑질부식여부를판단하고맥주의 ph에따른치아부식양상을파악하는것이다. 그리고더나아가음료에의한치아부식위험성에대한지표를제안하고맥주의탄산, 유기산, 이온의농도를분석해치아부식위험성을논하는것이다. 1. 맥주에치아법랑질에는탈회가일어나고 CO 가해리되어도 ph 가 4.5 이 상을유지할정도로낮은경우유의미한수준으로치아부식위험성이있 었다. 2. 대부분의맥주가해당하는 ph 3.9~4.5 에서는 ph 가낮을수록치아법 랑질은더많이탈회되고치아부식위험성은커진다. 3. 음료에의한치아부식위험성에관련된지표를제안한다면맥주는 Fruit juices, Electrolytes, Carbonated-flavored drinks, Children's drinks 와는 다른그룹에속해야한다. 4. 음료의탄산은개봉후 CO 로해리되는경향성이있으므로탄산농도가높은음료는 ph 값에비해치아부식에미치는영향이작다. 따라서치아부식양상을판단하기위해서음료의 CO 가해리되는양상과유기산을포함한기타산성분을독립적으로고려해야한다. 5. 맥주는탄산의해리도에유의미한차이가없으므로 ph로치아부식양상을평가할수있다. 따라서맥주의 ph에유기산과이온이미치는영향을파악하면각성분의농도에따른치아부식양상을판단할수있었다. 6. 유기산의농도를바탕으로상면발효맥주와하면발효맥주의치아부식 - 19 -
위험성과특징을분석할수있으며대체로상면발효맥주의 ph 가더 낮으며치아부식위험성이더높은경향성이있었다. 요약하면맥주는개봉후 CO 가해리되지만맥주간큰차이가없이진행되므로치아부식위험성이 ph에의존한다. 맥주는치아부식위험성이있으며 ph가낮아질수록위험성은높아진다. 음료에의한치아부식위험성에관련된지표를제안한다면맥주는 Fruit juices, Electrolytes, Carbonated-flavored drinks, Children's drinks와는다른그룹에속해야한다. 그리고상면발효맥주는하면발효맥주에비해 ph가낮은경향이있어치아부식위험성이더높다. 지리적, 문화적으로관련성이있는맥주는유기산과무기이온함량에공통적인경향성이있어 ph의변화가유사하게이루어지며치아부식위험성도같은양상으로변한다. - 20 -
참고문헌 1. 조종표, 이동민, 정재석, 문정훈. 소비자의맥주맛선호요인과태도 변화 : 국내소비자의해외맥주선호현상을중심으로. 한국외식경영 학회 2014; 17(3): 7-30. 2. 정철. 국내맥주산업이국민경제에미치는영향과글러벌화전략. 식품과학과산업 2013; 46(4): 34-41. 3. 관세청. 최근 10 년간맥주수입동향. 보도자료, 2013. 4. 김홍범, 조성은. 소비자의라이프스타일이맥주선택속성에미치는 영향. 관광 레저연구 2007; 19(3): 187-204. 5. 김기화, 박수지, 김지은, 동혜민, 박인선, 이재환등. Pale ale 류에속하 는맥주신제품의이화학적특성평가. 한국식품과학회지 2013; 45(2): 142-147. 6. 이기중, 한눈에보는세계맥주 73 가지맥주수첩. 서울 : 우듬지, 2014. 7. Thylstrup A, Fejerskov O. Textbook of clinical cariology. 2nd ed. Kopenhagen: Munksgaard; 1994: 231-299. 8. Imfeld T. Dental erosion. Definition, classification and links. European Journal of Oral Sciences1996; 104: 151-155. - 21 -
9. Song AH, Choi CH. Effect of commercial alcoholic drinks on sound enamel surface of bovine teeth. Journal of Korean Academy of Oral Health 2013; 37(4): 180-186. 10. Nunn JH, Gordon PH, Morris AJ, Pine CM, Walker A. Dental erosion-changing prevalence? A review of British national children's survey. International Journal of Paediatric Dentistry 2003; 13(2): 98-105. 11. Kim EJ, Lee HJ, Lee EJ, Bae KH, Jin BH, Paik DI. Effects of ph and titratable acidity on the erosive potential of acidic drinks. Journal of Korean Academy of Oral Health 2012; 36(1); 13-19. 12. Nohueira FN, Souza DN, Nocoalu J. In vitro approach to evaluate potential effects of beer on teeth. Journal of dentistry 2000; 28(4): 147-152. 13. Rytomaa I, Meurman JH, Koskinen J, Laakson T, Gharazi L, Turunen R. In vitro erosion of bovine enamel caused by acidic drinks and other foodstuffs. European Journal of Oral Sciences 1988; 96(4): 324-333. 14. Bennick A, Cannon M. Quantitative study of the interaction of salivary acidic proline-rich proteins with hydroxy apatite. Caries Research 1978; 12(3): 159-169. - 22 -
Abstract In vitro approach to evaluate erosion of bovine enamel caused by beer Seung Jae Lee School of Dentistry The Graduate School Seoul National University 1. Purpose Recently, korean domestic beer market has been diversified with the opening of imported beer. Beer, which comprises a carbonate and an organic acid, can lead to tooth erosion. Therefore, the aim of this study was to evaluate the degree of erosion of dental enamel caused by various beers. 2. Method Five types of beer (Weihenstephaner Hefe Weissbier, Pilsner Urquell, Guinness Draught, Hoegaarden Witbier, Cass Fresh) were selected as the experimental group and distilled water was used as control group. To make specimens, the samples obtained from bovine incisors were placed in molds and embedded in resin. Measuring the difference of surface microhardness (Vicker's hardness number) and the amount of fluorescence (Quantitative light induced fluorescence) back and forth the ph-cycling process was performed to evaluate tooth erosion. Analysis of organic acid and - 23 -
ions was commissioned by the chromatography chamber in school of Agriculture and Life Sciences, Seoul National University. The ph of the beer was measured with a ph meter (Orion ROSS, 8102BNUWP, Beverly, MA, USA). The 10 specimens with a hardness of 283 ~ 329 VHN were selected per group. 3. Results ph, difference of VHN and QLF for each group were measured at Weihenstephaner Hefe Weissbier (4.27, 16.3, 0.429), Pilsner Urquell (4.41, 12.1, 0.353), Guinness Draught (3.94, 32.0, 0.553), Hoegaarden Witbier (4.02, 31.1, 0.531), Cass Fresh (4.12, 24.2, 0.485), Distilled water (6.78, 1.73, 0.306). 4. Conclusions Beer have tooth erosion risk and lower ph of beer has greater risk of tooth erosion. Ale has tendency of higher risk of tooth erosion than larger by tendency of lower ph. Beers, made from nearby breweries, have a common trend of organic acid and inorganic ion content, so their ph and the risk of tooth erosion vary similarly. Key Word : Beer, Enamel, Erosion Student Number : 2012-22190 - 24 -