한국식품개발연구원 식품 분석 평가팀 하재호 영양표시를 위한 분석방법 2002. 11. 22. 지방을 중심으로.

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1 한국식품개발연구원 식품 분석 평가팀 하재호 영양표시를 위한 분석방법 2002. 11. 22. 지방을 중심으로

2 본 연구의 목적 가공 식품의 영양 표시제도 활성화를 위한 분석법 정립

3 국내에서는 가공식품에 대한 영양성분 표시 관련법규 : 식품의약품 안전청 고시 제 2002-49 관련법규 : 식품의약품 안전청 고시 제 2002-49 - 식품 등의 표시기준 - - 식품 등의 표시기준 - 표시방법은.. 표시방법은.. 표시대상 - 특수영양식품, 건강보조식품, 영양강조표시제품 표시대상 - 특수영양식품, 건강보조식품, 영양강조표시제품 표시성분 - 열량, 탄수화물, 단백질, 지방, 나트륨 표시성분 - 열량, 탄수화물, 단백질, 지방, 나트륨

4 미국 FDA 에서는 영양성분에 관한 정보를 의무적으로 표시하게 되어있다 - Nutrition Facts 라고 하는데 관련법규 : 미국 연방 법 CFR 21.101. 관련법규 : 미국 연방 법 CFR 21.101. - Food Labeling - - Food Labeling - 표시하는 것은.. 표시하는 것은.. 의무표시 항목 - 12 가지 성분 의무표시 항목 - 12 가지 성분 serving size, serving per container serving size, serving per container Calories, calories from fat Calories, calories from fat % daily value % daily value

5 국내에서 유통되는 식품을 보면.. 영양정보를 선택적으로 표시하고 있다.

6 미국에서 유통되는 식품을 보면.. 영양정보를 의무적으로 표시하고 있다.

7 14 가지 표시 성분은.. 총 지방 (Total Fat) - soxhlet 법 등 총 지방 (Total Fat) - soxhlet 법 등 포화지방 (Saturated Fat) - GC 법 포화지방 (Saturated Fat) - GC 법 콜레스테롤 (Cholesterol) - GC 법 콜레스테롤 (Cholesterol) - GC 법 나트륨 (Sodium) - AA/ICP 법 나트륨 (Sodium) - AA/ICP 법 총탄수화물 (Total carbohydrate) - 계산법 총탄수화물 (Total carbohydrate) - 계산법 식이섬유 (Dietary fiber) - 효소 중량법 식이섬유 (Dietary fiber) - 효소 중량법 당류 (Sugars) - HPLC 법 당류 (Sugars) - HPLC 법 단백질 (Protein) - 킬달 증류법 단백질 (Protein) - 킬달 증류법 비타민 A (Vitamin A) - HPLC 법 비타민 A (Vitamin A) - HPLC 법 비타민 C (Vitamin C) - HPLC 법 비타민 C (Vitamin C) - HPLC 법 칼슘 (Calcium) - AA/ICP 법 칼슘 (Calcium) - AA/ICP 법 철 (Iron) - AA/ICP 법 철 (Iron) - AA/ICP 법 열량 열량 지방유래 열량 지방유래 열량

8 총 탄수화물 총 탄수화물 = 100g - ( 수분, 총지방, 단백질, 회분 )g 총 탄수화물 = 100g - ( 수분, 총지방, 단백질, 회분 )g 수분 측정법 상압 가열 건조법 상압 가열 건조법 감압 가열 건조법 감압 가열 건조법 단백질 측정법 킬달 증류법 킬달 증류법 회분 측정법 회화법 회화법

9 식이섬유 측정법 효소 중량법 효소 중량법  시료의 처리 amylase, protease, amyloglucosidase 등으로 처리 amylase, protease, amyloglucosidase 등으로 처리  세척 및 여과 ethanol 로 세척 및 여과 ethanol 로 세척 및 여과  단백질 및 회분 정량 단백질 - 킬달증류법 단백질 - 킬달증류법 회분 - 회화법 회분 - 회화법  계산 잔여분 - ( 공시료 + 단백질 + 회분 ) 잔여분 - ( 공시료 + 단백질 + 회분 )

10 비타민 A 분석법 HPLC 법 HPLC 법  지용성 성분의 추출 Chloroform- methanol 혼합용매로 추출 Chloroform- methanol 혼합용매로 추출  검화 2N KOH-ethanol 로 30 분간 검화 2N KOH-ethanol 로 30 분간 검화  HPLC 에 의한 분석 칼럼 - 역상칼럼 C 18 칼럼 - 역상칼럼 C 18 검출기 - UV 325nm 검출기 - UV 325nm 이동상 - CH 3 CN : MeOH : H 2 O 이동상 - CH 3 CN : MeOH : H 2 O (88:10:2,v/v/v) (88:10:2,v/v/v)

11 비타민 C 분석법 HPLC 법 HPLC 법 Indophenol 법 Indophenol 법  비타민 C 의 추출 5% 메타 포스포린산 5% 메타 포스포린산  HPLC 에 의한 분석 칼럼 - NH 2 칼럼 - NH 2 검출기 - UV 254nm 검출기 - UV 254nm 이동상 - CH 3 CN : 50mM NH 4 H 2 PO 4 이동상 - CH 3 CN : 50mM NH 4 H 2 PO 4 (70:30,v/v) (70:30,v/v)  Indophenol 법 의한 분석 HPLC 에 의한 분석 결과의 확인 시험 HPLC 에 의한 분석 결과의 확인 시험

12 당류의 분석법 HPLC 법 HPLC 법 단당류, 이당류, 당 알콜 분석 단당류, 이당류, 당 알콜 분석  당의 추출 50% ethanol 50% ethanol  HPLC 에 의한 분석 칼럼 - Amine silica 칼럼 - Amine silica 검출기 - RI or LSD 검출기 - RI or LSD 이동상 - CH 3 CN : H 2 O 이동상 - CH 3 CN : H 2 O (75:25,v/v) (75:25,v/v) G F S M L

13 Na, Ca, Fe AA 법 AA 법 ICP ICP 시료의 전처리 황산 - 질산법 황산 - 질산법 건식 회화법 건식 회화법

14 칼로리 계산법 탄수화물 : 4 kcal 탄수화물 : 4 kcal 지방 : 9 kcal 지방 : 9 kcal 단백질 : 4 kcal 단백질 : 4 kcal 알코올 : 7 kcal 알코올 : 7 kcal 난소화성 탄수화물 : 0 - 3 kcal 난소화성 탄수화물 : 0 - 3 kcal

15 지방질 분석법에 대하여...

16 미국에서 유통되는 식품을 보면.. 영양정보를 의무적으로 표시하고 있다.

17 미국 FDA 규정에 의한 Nutrition Facts 을 보면..

18 무엇보다 지방에 대하여 관심이 많은데

19 지방이란 무엇인가 ? 물에는 녹지 않고 유기용매에 녹는다 물에는 녹지 않고 유기용매에 녹는다 생체에서 에너지 원으로 이용된다 생체에서 에너지 원으로 이용된다 비중이 물보다 가볍다 비중이 물보다 가볍다 글리세롤과 지방산이 에스테르결합을 이루고 있다 글리세롤과 지방산이 에스테르결합을 이루고 있다 지방의 종류는 어떤 것이 있나 ? 단순 지방 – 일반 유지 단순 지방 – 일반 유지 복합 지방 – 인 지질, 당 지질 복합 지방 – 인 지질, 당 지질 유도 지방 – 지방산, 스테롤 유도 지방 – 지방산, 스테롤 먼 저…먼 저…

20 식품 중에 들어 있는 지방이 가지는 의미는 ? 영양학적으로 중요한 성분이다. 영양학적으로 중요한 성분이다. 지방은 우리 몸의 에너지원으로 사용  지방은 우리 몸의 에너지원으로 사용 지방에는 지용성 비타민이 함유  지방에는 지용성 비타민이 함유 과도한 지방의 섭취로 성인병의 원인이 된다 과도한 지방의 섭취로 성인병의 원인이 된다 콜레스테롤의 과도한 섭취  콜레스테롤의 과도한 섭취 포화지방산의 과도한 섭취  포화지방산의 과도한 섭취

21 영양학적으로 중요한 지방은 ? 영양학적으로 중요한 지방은 ? Crude fat 이 아닌 Total fat Crude fat 이 아닌 Total fat Energy source 로 이용되는 지방 Energy source 로 이용되는 지방 사람의 건강과 관련된 성분 사람의 건강과 관련된 성분 영양정보로 표기해야 하는 지방 성분은 ? Total fat Total fat Saturated & Unsaturated Fat Saturated & Unsaturated Fat Cholesterol Cholesterol Trans Fat Trans Fat

22 미국 FDA 에서 fat 에 대한 정의 "... Total lipid fatty acids, that is, the sum of fatty acids from mono, di, triglycerides, free fatty acids, phospholipid fatty acids, and sterol fatty acids..." "... declaration of total fat has to be expressed as the amount of triglyceride that would provide the analytically measured amount of total lipid fatty acids in the food.

23 Glycerol Fatty Acids Water Triglyceride 단순지방의 구조는...

24 Table 1. Properties of Fatty Acids Formula Trival name C atomes Melt./ ℃ Occurrence C 3 H 7 COOHButyric acid4-53-4% in butter referred to fatty acid C 7 H 15 COOHCaprylic acid816in butter C 11 H 23 COOHLauric acid1244Appr. 50% in coconut oil C 15 H 31 COOHPalmitic acid1663in most fats C 17 H 35 COOHStearic acid1870in most fats C 17 H 33 COOHOleic acid1814in most fats C 17 H 31 COOHLinoleic acid18-5in various vegetable oils C 17 H 29 COOHLinolenic acid18-11mainly in linseed oil

25 n 지방 성분 분석단계는 ? 시료의 균질화  시료의 균질화 지방 성분의 정량적인 추출  지방 성분의 정량적인 추출 함량의 측정  함량의 측정 n 각 단계별 고려해야 할 사항은 어떤 점인가 ? 시료의 균질화 – 시료의 대표성  시료의 균질화 – 시료의 대표성 정량적인 추출 – 방해물질에 의한 회수율의 영향  정량적인 추출 – 방해물질에 의한 회수율의 영향 함량의 측정 – 정성 및 정량 분석을 위한 기술적인 능력  함량의 측정 – 정성 및 정량 분석을 위한 기술적인 능력 지방성분 분석에서 가장 고려해야 할 점은...

26 지방 분석에 고려해야 할 사항은 ? 지방 분석에 고려해야 할 사항은 ? 영양학적인 측면에서 의미가 있는 성분의 분석  영양학적인 측면에서 의미가 있는 성분의 분석 총지방 분석 가능  총지방 분석 가능 단순하고 신속한 분석이 가능  단순하고 신속한 분석이 가능 환경적인 문제 - 실험자와 실험실에 무해  환경적인 문제 - 실험자와 실험실에 무해 분석에 소요되는 비용  분석에 소요되는 비용 지방분석법에 대하여 알아보면 ….. 총 지방 분석법은 어떤 것이 있나 ? 총 지방 분석법은 어떤 것이 있나 ? Soxhlet Method - Direct Extraction  Soxhlet Method - Direct Extraction Chloroform/Methanol Extraction  Chloroform/Methanol Extraction Acid/Ammonia Hydrolysis Method - Ether Extraction  Acid/Ammonia Hydrolysis Method - Ether Extraction NIR – Calibration  NIR – Calibration Caviezel Method  Caviezel Method Others (NMR 에 의한 분석법 )  Others (NMR 에 의한 분석법 )

27 총지방 (Total or Crude Fat) 분석법

28 l 시료의 전처리 u 건조제품 – 전처리가 거의 필요치 않음 u 수분이 많은 제품은 수분을 제거해야 한다. l 추출 u 추출 용매 – Ethyl ether / petroleum ether u Soxhlet 장치를 사용 u 추출시간 – 8 시간 이상 l 대상 제품 u 라면, 고추가루 등 분말이 쉽게 되는 제품 에테르 추출법 – 속실렛법

29 l 시료의 전처리 u 건조제품 – 전처리가 거의 필요치 않음 u 수분이 많은 제품은 그대로 사용 l 추출 u 추출 용매 – Chloroform/Methanol/Water u 추출방법 – 시료 균질화와 동시에 분액 깔데기에서 추출 u 추출시간 – 약 30 분에서 2 시간 l 대상 제품 u 삼계탕, 젓갈 등과 같이 수분 함유제품 Chloroform-Methanol method

30 l 시료의 전처리 u 건조제품 – 전처리가 거의 필요치 않음 u 수분이 많은 제품은 수분을 제거하거나 그대로 사용 l 추출 u 산 / 암모니아수 처리 – 탄수화물, 단백질 제거 u 추출 용매 – Ether u 추출방법 – 가수분해 후 용매로 추출 u 마조니에관 등 사용 l 대상 제품 u 사탕, 우유, 치즈 등 당과 단백질이 많은 제품 Acid/Ammonia Hydrolysis Method - Ether Extraction

31 l 시료의 전처리 u 전처리가 필요치 않다 u 기존 분석법과 calibration 에 의한 상대적 측정법 lCalibration u PLS, PCA, MLR 등과 같은 통계적 방법에 의한 검량식 u 기존 분석법에 의한 분석값이 필요 l 특징 u 신속 / 비파괴 분석 u 영양표시를 위한 분석방법으로 정확도가 낮음 l 대상 제품 u 밀가루, 콩, 간장 등 균질화된 제품 Near Infrared Spectroscopy(NIRS) 에 의한 지방 측정법

32 Extraction of Fat : Triglyceride Extraction of Fat : Triglyceride - Butanol as a Solvent - Butanol as a Solvent Hyrolysis Hyrolysis - Fatty Acid Potassium salts - Fatty Acid Potassium salts Convert Fatty Acid Convert Fatty Acid - Sodium dihydrogen Phosphate - Sodium dihydrogen Phosphate Caviezel Method ( 총지방 / 포화지방 동시 분석 ) GC Analysis - Factor Determination : Lard and C15 - Factor Determination : Lard and C15 - Sample Analysis - Sample Analysis Determination of Fat Content - Internal Standard Method - Internal Standard Method - External Standard Method - External Standard Method

33 식품으로부터 지방을 추출하여 지방산을 만드는 장치는 오른쪽 그림과 같다.

34 실제로 분석한 크로마토그램과 데이터의 출력은 이렇게 …. 여기서 FA : 지방산 IS : 내부표준물질

35 표 1. 지방 분석법들의 비교

36 포화지방 (Saturated Fat) 분석법 l 개별 지방산 분석 후 포화지방산 함량 계산 l 총지방과 포화지방 동시분석법 (Caviezel 법 )

37 l 지방시료의 추출 u 총지방 함량을 측정할 때 사용하는 방법으로 지방을 추출 l 지방산 조성 분석법 u 별도로 지방 함량의 측정 u 지방산 분석을 위한 지방 추출 u 지방산 methyl ester 만들기 u GC 에 의한 지방산 조성 분석 u 포화지방 함량의 계산 l 대상 제품 u 모든 식품에 적용 가능 u 유제품의 경우 포화지방함량이 다소 낮게 측정될 수 있다. 개별 지방산 분석 후 포화지방산 함량 계산

38 그림 1. GC 로 지방산을 분석한 크로마토그램 (#189-19) 분석조건 : Column HP-FFAP(0.32x30mx0.25um) Oven Temp - 180(2)-4-230(8) Oven Temp - 180(2)-4-230(8) Detector : FID, Carrier gas : He, 15psi Detector : FID, Carrier gas : He, 15psi

39 l 지방함량 (Soxhlet 법 ) 측정 u 평균 12% l 지방산 분석 결과 u 포화지방산이 전체의 65% wC14:0, C16:0, C18:0 의 합산 u 불포화지방산이 전체의 35% wC18:1, C18:2, C18:3 의 합산 l 계산 결과 u 포화지방산 함량 : 12g/100g x 0.65 = 7.8g/100g u 불포화지방산 함량 : 12g/100g x 0.35 = 4.2g/100g 실시 예

40 l 지방시료의 추출 u Butanol 을 사용하여 지방질 추출 l 총지방과 포화지방의 동시 분석 u 시료에 내부표준물질 (C13:0) 을 가함 u KOH 에 의한 검화 u 지방산 만들기 u GC 에서 retention time 을 비교하여 포화지방산 측정 u 포화지방 함량의 계산은 내부표준물질법에 의함 l 대상 제품 u 모든 식품에 적용 가능 u 인지질이나 당지질이 많은 시료에 적용이 가능 u 우유, 치즈 등 총지방과 포화지방 동시분석법

41 스테롤 분석법 (Sterol) 분석법

42 Sterol 분석 과정 l 지방의 추출 – 기존의 지방 추출법 lKOH 에 의한 검화 – 불검화 획분 lGC 로 분석 - 내부표준물질법 u 내부표준물질 : 5a-cholestane, squalene 등 사용 lCholesterol 과 phytosterol 모두 적용 가능

43 그림 2. GC 로 cholesterol 을 분석한 크로마토그램 분석조건 Column HP-5 (0.32x30mx0.25um) Oven Temp 270(2)-5-290(8) Oven Temp 270(2)-5-290(8) Detector : FID, Carrier gas : He, 15psi Detector : FID, Carrier gas : He, 15psi IinternalStandard cholesterol

44 Trans 지방산 분석법

45 l 지방시료의 추출 u 총지방 함량을 측정할 때 사용하는 방법으로 지방을 추출 l 지방산 조성 분석법 u 별도로 지방 함량의 측정 u Trans 지방산 분석을 위한 지방 추출 u 지방산 methyl ester 만들기 u GC 에 의한 지방산 조성 분석 u Trans 지방 함량의 계산 l 대상 제품 u 모든 유지 식품에 적용 가능 u 특히 경화유 사용 식품 Trans 지방산 분석법

46 그림 3. GC 로 trans 지방산 을 분석한 크로마토그램 분석조건 칼럼 : 충전칼럼 15%OV275 (6.1mx2mm) 15%OV275 (6.1mx2mm) Oven Temp 270(2)-5-290(8) Detector : FID Carrier gas : He, 15psi 문헌 : AOAC, 1999

47 영양성분 분석을 위한 분석비용   실험 데이터의 신뢰성 유지 KOLAS 등 ISO17025 에 요건   분석 비용 12 개 항목 분석시 : 제품 1 개당 약 60 만원 5 개 항목 분석시 : 약 20 만원 라벨 디자인 : 약 5 만원   분석 소요기간 약 1 주일   분석 가능 시험소 한국 식품 개발 연구원 한국보건산업 진흥원 한국식품연구소 등

48 시험성적서 견본 라벨 견본

49 요약하면..   영양정보 표시를 위한 분석법 총지방, 포화지방, 콜레스테롤, 비타민 등 12 개 항목 열량과 지방 유래 열량   지방을 분석하는 이유 영양학적으로 중요한 성분 과도한 지방의 섭취는 성인병의 원인   총지방 분석법 Soxhlet, Acid/Alkali Hydrolysis, C-M, NIRS, Caviezel   포화지방 분석법 개별 지방산 분석법 총지방 / 포화지방 동시분석   Sterol 분석법 GC 에 의한 cholesterol/phytosterol 동시분석법   Trans 지방 분석법 GC 에 의한 분석법

50 본 연구는 한국보건산업 진흥원과 식품의약품 안전청의 지원으로 수행되었으며 이에 감사 드립니다.

51 감사합니다.