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레포트 | 아크릴아미드 감소 방법에 관한 두 가지 글
날짜
2018-04-10 17:59:14
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585

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아크릴아미드 감소에 임계 유체 추출법을 활용

 

원제 : Supercritical fluid extraction as a potential mitigation strategy for the reduction of acrylamide level in coffee (2014)

 

저자 : Mauro Banchero, Gloria Pellegrino, Luigi Manna

 

요약 :

  연구진은 임계 이산화탄소 추출법을 사용하여 아크릴아미드를 제거하는 방법을 최초로 연구하였다. 연구진은 로스팅 전처리와 초임계 추출의 두 단계를 거쳤다. 첫 번째 작업에서는 가공법이 커피의 관능 속성에 미치는 영향에 대해 자세히 살펴보는 것을 목표로 한다. 초임계 추출 처리 전후 커피콩 내의 성분 측정을 통해 아크릴아미드 제거 효율성을 확인하였다. 온도, 압력, 추출 시간, 공용매(에탄올을 사용) 의 역할에 대해서도 확인하였다.

  초임계 추출 처리는 커피의 카페인 함량에 영향을 미치지 않았으며 아크릴아미드 추출 효율성 최대치는 79%로 나타났다. 압력 변화는 결과치에 유의한 영향을 미치지 않은 데 비해 온도는 가장 큰 영향을 미쳤다. 에탄올을 가할 경우 추출 성능이 유의하게 좋아졌는데, 이는 초임계 용매 혼합물의 극성이 달라지기 때문이다. 실험에서 가장 좋은 작업 환경은 100, 200기압, w/w 에탄올 9.5% 였다.


주요 내용 :

 - 현재 제시되어 있는 아크릴아미드 함량을 줄이는 방법 :

  Capuano and Gogliano (2011) : 아크릴아미드 저감법 다수는 앞서 감자나 시리얼 기반 제품군에 적용되어 있음. 커피의 경우 최종 품질에 영향을 미칠 수 있기에 그 중 일부만이 적용 가능. (아스파라긴 분해 효소 처리에 대한 사전 연구 발표)

  FoodDrinkEurope Toolbox (2011) : 아스파라긴 분해 효소 처리법의 아크릴아미드 제거 효율성은 10-45%, 맛에 유의한 악영향이 있음 / 사전 건조, 디카페인 처리법은 유의한 감소 효과가 없음

  Guenther (2007) : 증기/가압 처리법의 아크릴아미드 제거 효율성은 10%, 로스팅 시간이 보다 길어짐

  Seal (2008) : 아미노산인 글리신을 첨가하는 방법의 효율성은 확인되지 않음

 

- 초임계 유체와 초임계 유체 추출 :

  초임계 유체는 온도/압력이 임계점을 넘어선 지점의 유체로서 액체/기체의 밀도가 같아 구분되지 않는 상태에 있음

  유동성과 확산성은 기체와 가까우며 밀도는 액체와 같아 일반 액체 용제처럼 적용이 가능함

  온도나 압력을 조정하면 쉽게 상 변화가 가능하며 이로써 분리, 회수가 용이함

  이산화탄소는 임계점이 다른 유체에 비해 낮고 (31.1, 7.37기압) 저렴하며 폭발 위험, 독성 위험이 없어서 많이 사용됨. 다만 극성이 낮기 때문에 비극성 향, 색소, 생분자 추출에 용이하며 극성 성분을 추출하기 위해서는 메탄올, 에탄올, 물 등의 물질(공용매)을 첨가하여 극성을 높인 혼합 유체를 사용해야 함

  용질의 용해도를 높이거나 용질 구조를 부풀려 접촉면을 넓히는 방법으로 추출 효율성을 높일 수 있음

  임계 이산화탄소를 이용한 디카페인 공정은 1970년대에 정착. 주로 생두를 물로 부풀린 뒤 포화 초임계 이산화탄소와 접촉시켜 사용

 

 

- 로스팅 :

  사전 로스팅 : 일정 시간 일정 온도로 커피콩을 로스팅함. 통상 로스팅 대비 낮은 온도로 진행하여 의도적으로 아크릴아미드 함량은 높이고 주요 커피 음료 향미 성분은 덜 발현하도록 설정. 1차 실험은 저온(107-134) 고속(5-10), 2차 실험은 고온(125-151) 저속(10-20) 처리함

 1차 실험에서는 132, 5분 환경에서 로스팅한 경우 아크릴아미드 함량이 최대 (0.37mg/kg)

  2차 실험에서는 151, 20분 환경에서 로스팅한 경우 아크릴아미드 함량이 최대 (0.90mg/kg)

 

- 추출 :

  임계 이산화탄소 : 공용매로 에탄올을 사용

  온도를 20도 높일 경우 추출 효율성이 크게 달라짐. 온도를 높이면 처음에는 용해력이 낮아지고 이후 용해력이 커짐

  Pereira and Meireles (2010) : 온도를 높이면 용제의 밀도가 낮아지고 용해력이 낮아지지만 초임계 유체에서는 온도 상승으로 증기압이 높아지면서 용해력이 커짐

  압력을 100기압 높일 경우 효율성은 거의 영향을 받지 않음

  일반 액체의 경우 온도가 일정할 경우 압력을 높이면 밀도가 높아지기에 용해력이 커지지만 초임계 유체의 아크릴아미드 추출에서는 그러한 경향이 나타나지 않았음. 이미 압력이 높아서 추가 압력의 영향이 적은 것이 아닌가 추측

  에탄올을 첨가한 경우 상 특성은 그대로 유지되면서 초임계 유체의 극성이 커짐. 9.5 w/w 상태에서 아크릴아미드 추출 효율이 60% 커짐(12.5%에서 20.3%으로 증가)

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 - 향미 :

  향미는 본 연구의 주 목적은 아니지만, 실험 결과에서는 대다수 향미 성분은 초임계 추출로 제거되지 않는 것으로 나타남.

 

 

인용 (MLA) :

 Banchero, Mauro, Gloria Pellegrino, and Luigi Manna. "Supercritical fluid extraction as a potential mitigation strategy for the reduction of acrylamide level in coffee." Journal of food engineering 115.3 (2013): 292-297.

 


 

아미노산 첨가로 캔커피에서 아크릴아미드를 줄이는 방법

 

원제 : Reduction of Acrylamide Contained in Canned Coffee by Heat Treatment with Addition of Amino Acids

 

저자 : Y. NARITA, K. INOUYE

 

요약 :

  아크릴아미드는 흰색 결정질에 냄새가 나지 않는 유기분자로서 녹는점은 84-85도이다. 국제 암 연구소에서는 아크릴아미드를 인간에게 발암 가능성이 있는 그룹 2A로 분류하였다. 식음료에서 아크릴아미드는 마이야르 반응을 통해 만들어지는데, 여기서는 아스파라긴이 글루코스, 갈락토스, 프럭토스 등의 환원당과 고온에서 반응한다. 아직은 식음료에서 아크릴아미드의 함량에 대한 규제를 정한 국가가 없지만, WHO에서는 수돗물의 경우 아크릴아미드 권고 함량을 0.5ppb 로 정했다. 주요 식품의 아크릴아미드 함량은 감자칩의 경우 170-3700ppb, 프렌치프라이 200-12000ppb, 견과류 64-457ppb 정도이다. 커피음료의 아크릴아미드 함량은 6-66.7ppb 로 보고되어 있다. 캔커피는 일본에서 많이 음용되는 제품으로 일본 내 연간 소비량은 100억 개이다. 2012 Yamazaki 팀은 상용 캔커피 30종의 아크릴아미드 함량을 조사하여 5-14ppb 라고 보고하였다. 캔커피에도 아크릴아미드가 존재하지만, 이는 위에서 언급한 가공 식품에 비해 낮다.

 

  연구진은 캔커피에 20종의 아미노산을 한 종류씩 첨가하여 열처리한 다음 잔존 함량을 조사하였다. 열처리는 121 6분 조건으로서 캔커피 제조 중의 살균 조건에 해당한다. 아크릴아미드 함량 측정에는 기체 크로마토그래피-질량 분광법을 사용하였다. 가장 저감 효과가 큰 것은 엘-시스테인을 첨가한 것이었고 엘-리신을 첨가한 것이 그보다 낮았다. -시스테인을 첨가하여 121 6분 조건에서 열처리한 경우 상용 캔커피 내 아크릴아미드 함량의 90% 이상이 제거되어, WHO에서 정한 수돗물 내 안전 함량보다도 낮았다. 티올 기 2개로 이루어진 디티오트레이톨을 첨가한 경우 아크릴아미드 함량은 감소했는데 비해, 시스테인기 2개가 이황화 결합을 하고 있는 엘 시스틴을 첨가한 경우는 열처리만 한 경우와 거의 차이가 없었다. 이 점에서, 시스테인에서 나타나는 티올 기가 아크릴아미드 감소에 중요한 역할을 한다고 결론내릴 수 있다.

 

주요 내용 :

 

- 실험 내용과 결과 :

  캔커피 내용물 190g 과 투입할 아미노산 첨가물 200mg 200 ml 플라스크에 넣어 실온에서 혼합 후 새 스테인리스 스틸제 캔에 담아 밀봉하여 열처리(121, 6) 한 다음 얼음물 수조에서 급냉하고 4도 보관함

  리신과 시스테인을 제외한 나머지 아미노산을 첨가한 경우에는 잔존 아크릴아미드 함량이 97%-104%로 거의 효과가 없었음

  시스테인을 200mg 첨가한 경우 아크릴아미드는 90% 가까이 감소하였으며

 

- 투여량과의 관계 :

  시스테인, 리신, 아그기닌 모두 투여량이 많아질수록 잔존 아크릴아미드도 줄어듦. 시스테인의 경우 캔커피 190g 의 아크릴아미드를 50% 줄이기 위해서는 69.3mg 가 필요함. 수돗물에 대한 WHO 권고 수준인 0.5ppb 는 시스테인 200-300mg 투여시 달성 가능

 

- 아크릴아미드와 시스테인의 관련성 :

  시스테인을 첨가하여 열처리할 경우 마이클 반응에 의해 시스테인과 아크릴아미드가 결합하여 시스테인-에스-베타-프로피온아미드 등의 물질이 생성되는 것으로 보임. 해당 생성물의 독성에 대해 알아 볼 필요가 있음

  생성물의 안전성 및 분해 산물에 대한 연구가 필요함. 캔커피에서는 장기 저온 보관, 실온 환경에서 물질 분해를 통해 아크릴아미드가 다시 생성되지는 않는지 확인할 필요가 있음.

 

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참조 :

  - 커피의 아크릴아미드 함유에 관한 거시적 접근 개념 :

  커피에 아크릴아미드가 극소량 포함되어 있지만 이 정도의 섭취가 인간의 암 발생 위험과 관련이 있음을 입증하는 증거는 역학 조사에서 나타나지 않았음. 또한 항암, 항 당뇨와 같은 약리 효과는 공중 보건 및 규제 당국의 식품류 안전 평가시에 자주 무시되어 왔음

 

 


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