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JKFN Journal of the Korean Society of Food Science and Nutrition



Online ISSN 2288-5978

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Journal of the Korean Society of Food Science and Nutrition 2024; 53(5): 452-458

Published online May 31, 2024 https://doi.org/10.3746/jkfn.2024.53.5.452

Copyright © The Korean Society of Food Science and Nutrition.

Improvement and Validation of an Analytical Method for Propionic Acid and Salts (Sodium, Calcium, and Potassium) in Foods

Geun hee Cho1 , June seok Lim1 , Ji-Hyun Lim2 , Geon Oh2 , Xiaolu Fu2 , Xiao Men2 , Sun-Il Choi1 , and Ok-Hwan Lee1 ,2

1Department of Food Science and Biotechnology and 2Department of Food Biotechnology and Environmental Science, Kangwon National University

Correspondence to:Ok-Hwan Lee, Department of Food Science and Biotechnology, Kangwon National University, 1 kangwondaehak-gil, Chuncheon, Gangwon 24341, Korea, E-mail: loh99@kangwon.ac.kr

Received: January 30, 2024; Revised: March 25, 2024; Accepted: April 3, 2024

This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License (https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.

This study aimed to improve and validate an analytical method for propionic acid and salts (sodium, calcium, and potassium) in foods using a gas chromatography-flame ionization detector (GC-FID) based on the International Conference on Harmonization guidelines. Since potassium propionate is an undesignated food additive in Korea, we investigated whether it could be analyzed with propionic acid and salts (sodium, calcium), which have been previously designated in Korea. Our results showed that propionic acid and salts (sodium, calcium, and potassium) had the same retention time when the optimized analytical method was performed using GC-FID. The bread sample was spiked with propionic acid (PA), sodium propionate (SP), calcium propionate (CP), and potassium propionate (PP). The correlation coefficient of the calibration curve was R2≥0.999 and the recovery rates were 85.84∼111.66%, with a relative standard deviation of 0.08∼2.13%. The limit of detection and limit of quantification in the bread samples ranged from 1.02 to 1.83 μg/mL and 3.09 to 5.55 μg/mL, respectively. The residual rate of propionic acid and salts in foods tended to decrease under various storage conditions. These results suggested that the improved and validated GC-FID analytical method is suitable for detecting and quantifying undesignated PP in food samples using designated PA, SP, and CP.

Keywords: propionic acid and salts, undesignated food additives, analytical method, method validation, monitoring

보존료란 미생물에 의한 품질 저하를 방지하며 식품의 보존기간을 연장하는 식품첨가물을 말한다(Han 등, 2014; Lee 등, 2009). 이는 미생물 발육을 억제 및 사멸시키면서 생체에 독성을 줄 수 있기 때문에 첨가 대상 식품 및 사용량이 엄격히 규제되고 있고, 식품첨가물 일반기준 설정 대상 품목 중 보존료는 우선적 검토 대상으로 진행되고 있는 품목이다(Hwang 등, 2018; O’Connell과 Dollimore, 2000). 2023년 국내에 지정된 보존료는 28종이다(MFDS, 2023a).

Propionic acid(PA), sodium propionate(SP), calcium propionate(CP)는 주로 빵, 치즈류에 사용되는 보존료로 국내 및 제외국에 식품첨가물로 지정되어 있다(Saito 등, 1987). Potassium propionate(PP)는 제외국에서 밀가루 가공품에 승인된 보존료이며 식품을 신선하게 유지하는 데 도움이 된다(Codex Alimentarius, 2021; FAO JECFA, 2006). EU, 미국, 호주에는 PP를 포함한 PA 및 염류가 모두 식품첨가물로 지정되어 보존료로 사용되지만, 국내, 중국 등에서는 PP가 식품첨가물로 지정되지 않았다(Codex Alimentarius, 2021; European Commission, 2012; FAO JECFA, 2006; MFDS, 2023a).

많은 국가에서 국민의 건강을 보호하기 위해 식품 산업에서 첨가물 사용은 일일 허용 섭취량(acceptable daily intake)에 의한 최대 허용 한도(maximum permissible limit)를 기준으로 엄격한 법적 규제를 받고 있으며 사용 대상 식품 및 사용량은 국가마다 차이가 존재한다(Cheibub 등, 2020). 식품첨가물공전에 따르면 우리나라에서 PA, SP, CP는 2.5 g/kg 이내의 범위로 사용하도록 규정되어 있다(MFDS, 2023b). PP가 식품첨가물로 지정된 미국과 EU의 경우 사용규격이 정해져 있지 않지만 호주 및 뉴질랜드의 경우 밀가루 가공 제품(빵, 국수 등)에 2,000 μg/mL의 사용 규격이 정해져 있다(FSANZ, 2002).

SP, CP, PP는 PA의 구조에 각각 나트륨, 칼슘, 칼륨이온이 결합한 구조이며(EFSA ANS Panel, 2014), SP, CP, PP는 각각 PA의 나트륨염, 칼슘염 및 칼륨염이다. PA 및 염류 총 4종은 gas chromatography(GC) 분석을 사용하지만, GC는 분석물을 이온화하여 분석을 진행하기 때문에 현재의 분석법으로 네 가지 물질은 구분하여 분석이 어렵다(Al Azzam 등, 2010; Jorgensen 등, 1990). 즉, PP의 사용이 허용된 국가에서 PP가 첨가된 식품이 수입되었을 경우 PA, SP, CP, PP 중 어느 물질이 첨가되었는지 판별해 낼 수 없다. 따라서 PP가 수입식품에 함유되어 국내에서 유통될 가능성이 있으므로 PA 및 염류 4종을 분석 가능한 분석법의 개선 및 검증이 필요하다.

PA의 경우 식품 중 식품첨가물 공전법(MFDS, 2023a)에서는 HP-FFAP 컬럼을 사용한 GC 분석을 제시하고 있다. 하지만 위의 분석법은 peak area 값이 작은 편이고, basedrift가 관찰되기도 한다. 이에 제외국 분석법과의 비교를 통해 PP 적용 가능성을 살펴볼 필요성이 있다. 본 연구에서는 식품 중 식품첨가물공전(MFDS, 2023a)을 참고하여 PA 및 염류 4종의 분석법 및 전처리법을 개발 및 최적화하고 분석법을 검증하였다. 또한, 국내에 유통되는 국내 및 수입 빵류 21종 및 과자류 29종을 모니터링하여 검증된 분석법의 적용 가능성을 확인하였다. 빵에 첨가된 PP의 보관 중 안정성을 조사하고 잔존율을 확인하여 최적화된 분석법이 유통 시 효과적인지 평가하였다.

실험 재료

PA, SP, CP, PP의 표준물질은 Sigma-Aldrich로부터 구입하였다. Acetone(≥99.9%), methanol(≥99.9%)은 J.T. Baker에서 구입하여 사용하였다. 국내 유통 중인 밀가루 가공품 중 빵류, 과자류 시료는 강원도 춘천지역의 대형마트 세 군데에서 2023년도 제조된 국내 생산 빵류 14종, 해외수입 빵류 7종, 국내 생산 과자류 28종, 해외수입 과자류 1종을 구입하였다.

표준용액 및 시험용액의 조제

PA 표준물질을 0.01 g을 취한 후 10 mL 정용 플라스크를 이용하여 1,000 μg/mL의 농도가 되도록 acetone으로 표선까지 정용하여 이를 stock solution으로 하였다. CP, SP, PP의 표준물질은 0.01 g을 취한 후 10 mL 정용 플라스크를 이용하여 1,000 μg/mL의 농도가 되도록 DDW로 표선까지 정용하여 이를 stock solution으로 하였다. Working solution은 제조된 stock solution을 이용해 3.906, 7.812, 31.25, 62.5, 125, 250 μg/mL가 되도록 acetone 및 DDW로 희석하여 사용하였다. 내부표준물질은 상대 면적비를 통한 분석 물질의 정량을 위해 crotonic acid를 사용하였고 crotonic acid 0.01 g을 acetone 10 mL에 녹여 1,000 μg/mL의 농도가 되도록 하고, 다시 acetone으로 200 μg/mL가 되도록 희석하여 사용하였다.

GC-FID 분석법 및 전처리 확립

최적의 PA 및 염류 분석법 확립을 위해 MFDS(2023a)에 명시된 PA 및 염류의 분석법, Kim 등(2017)Chen 등(2012)의 분석법을 재현하고 비교하였다. 세 가지 분석법 모두 GC-flame ionization detector(FID)를 운반기체, 샘플 주입량, 유량은 일치하게 설정하였지만, 컬럼, 오븐 온도, 검출기 온도, 주입구 온도 등에서 차이가 있었다. 분석법의 적합성은 PA 및 염류의 baseline, peak area, 직선성을 기준으로 평가하였으며, 최적화된 분석 조건은 Table 1과 같다(Hwang 등, 2021). 최적화된 GC-FID 분석법을 이용하여 빵류 및 과자류에서 PA 및 염류를 분석하기 위한 최적의 전처리 방법을 확립하였다. PA 및 염류의 분석을 위한 최적 전처리법을 확립하기 위해 MFDS(2023a)에서 고시한 PA 및 염류 시험용액 조제 제 3법과 Lee 등(2009)의 방법을 재현 및 비교하였다. MFDS(2023a)의 경우 샘플 5 g에 EtOH 30 mL를 가한 후, 간섭저해물질들을 제거하기 위해 카레즈 시액을 침전제로 사용하였고 원심분리기(416, Gyrozen Co.)로 2,000×g로 10분간 원심분리 후 상등액을 시험용액으로 하였다. Lee 등(2009)의 경우 샘플 5 g에 0.05 M formic acid 10 mL를 첨가한 후, sodium chloride 5 g을 넣고 ether 20 mL를 추가하여 ether 추출을 2회 진행하였다. 2,000×g로 5분간 원심분리 후 상등액을 시험용액으로 하였다(Oh, 2018). 최적의 시료 전처리는 알려진 농도의 표준물질을 첨가한 샘플의 회수율을 기준으로 결정하였다.

Table 1 . Optimized gas chromatography conditions for propionic acid, sodium propionate, calcium propionate, and potassium propionate

InstrumentConditions
ColumnHP-FFAP (30.0 m×320 μm×0.25 μm, Agilent Co.)
Carrier gasN2
Detector temp.240°C
Injector temp.200°C
Oven temp.100°C (0.5 min)→8°C/min→180°C (1 min)→20°C/min→200°C (5 min)
DetectorFlame ionization detector
Split ratio3:1
Flow rate1.0 mL/min
Injection volume1 μL


Method validation

국제의약품규제조화위원회(ICH) 가이드라인을 근거로 하여 개선된 분석법의 특이성(specificity), 직선성(linearity), 정밀성(precision), 정확성(accuracy), 검출한계(LOD) 및 정량한계(LOQ)를 측정하여 유효성을 확인하였다(ICH Harmonised Tripartite Guideline, 2021).

특이성

표준물질 PA, SP, CP, PP 및 내부표준물질인 crotonic acid를 GC-FID로 분석하여 얻은 chromatogram을 비교하여 각 표준물질이 선택적으로 분리가 가능한지를 확인하였다.

직선성

PA, SP, CP, PP의 표준물질을 3.91, 7.81, 15.625, 31.25, 62.5, 125, 250 μg/mL의 농도로 제조하여 GC-FID를 사용하여 3회 반복 측정하였으며, 각 표준물질의 peak에 대한 면적과 농도비의 관계를 표시하는 검량선을 작성하고 작성한 검량선으로부터 얻어진 상관계수(correlation coefficient, R2) 값을 통하여 직선성을 확인하였다.

정밀성 및 정확성

본 연구에서는 보존료가 첨가되지 않은 식빵을 blank 시료로 실험을 진행하였다. 농도를 알고 있는 blank 시료에 표준용액을 250, 62.5, 15.625 μg/mL의 농도를 각각 첨가하여 일내(intra-day) 정밀성 및 정확성을 확인하기 위하여 하루에 3회 반복하여 GC-FID로 분석하였으며, 일간(inter-day) 정밀성 및 정확성을 확인하기 위하여 3일간 반복하여 GC-FID로 분석하였다. 분석하여 얻어진 peak의 머무름시간(RT)을 비교하여 정성분석을 하고 작성한 검량선에 시험용액의 peak 면적을 대입하여 각 표준물질인 PA, SP, CP, PP의 농도를 계산하였다. 각 결괏값의 표준편차를 결괏값의 평균으로 나눈 비인 상대표준편차(RSD)로 일내 및 일간 정밀성을 확인하였으며, 정확성은 다음 식을 이용하여 첨가한 농도에 대비하여 회수된 농도를 계산함으로써 회수율을 구해 정확성을 확인하였다.

% Recovery=(CfCu)Ca×100

Cf: Concentration of spiked sample

Cu: Concentration of sample

Ca: Concentration of standard

검출한계 및 정량한계

PA, SP, CP, PP의 검출한계 및 정량한계는 검량선의 기울기와 반응의 표준편차에 근거하는 방법을 사용하였으며 다음 식을 이용하여 확인하였다.

LOD=3.3σS
LOQ=10σS

σ: The standard deviation of the response

S: The slope of the calibration curve

저장기간에 따른 프로피온산 및 염류의 잔존율

Moore와 Strettone(1981) 방법을 변형하여 21일의 보관기간 동안 PA 및 염류의 잔존율은 GC-FID를 이용하여 확인하였다. 균질화된 blank 시료 60 g에 2,000 μg/mL의 표준물질을 첨가한 후, 세 가지 온도조건(4°C, 24°C, 37°C)에서 7일, 14일, 21일 후 전처리하여 분석한 결과를 0일 차 보존료 함량을 100%로 설정한 후, 보존료의 잔존율을 확인하였다.

GC-FID 분석법 및 전처리 확립

국내 식품 중 식품첨가물 시험법(MFDS, 2023a)의 PA 및 염류 분석법과 Kim 등(2017)Chen 등(2012)의 분석법을 재현 및 비교하여 PP가 포함된 PA 및 염류의 최적 분석법을 확립하였다. 국내 식품 중 식품첨가물 분석법(MFDS, 2023a) 및 Kim 등(2017)의 분석법에서는 모든 PA 및 염류에서 우수한 직선성을 보였으나 baseline 들뜸이 나타났고, Chen 등(2012)의 분석법에서는 baseline 들뜸이 나타나지 않았으며, 모든 PA 및 염류에서 가장 높은 직선성과 peak area를 나타내었다. 이에 따라 국내에서 지정된 PA, SP 및 CP와 함께 미지정 식품첨가물인 PP를 분석하기 위한 최적 분석법을 확립하였다(Fig. 1). 프로피온산 및 염류(PA, SP, CP, PP)의 분석법 확립을 위한 최적의 전처리는 식품의약품안전처에서 고시한 시험용액 조제 제 3법(MFDS, 2023a)과 Lee 등(2009)의 전처리를 재현하고 비교하여 확립되었다. 보존료가 첨가되지 않은 blank 시료에 PP를 포함한 PA 및 염류를 첨가하여 회수율을 비교하였다. MFDS(2023a)의 전처리법을 사용하였을 때 회수율은 PP를 포함한 PA 및 염류에서 모두 82.83~97.82%로 우수한 회수율을 나타내었지만 Lee 등(2009)의 전처리 조건을 사용하였을 때 SP, CP, PP에서 80% 이하의 회수율을 보였다(자료미제시). 따라서 MFDS(2023a)Chen 등(2012)의 분석법을 참고하여 최적의 분석법을 확립하였다.

Fig. 1. Gas chromatograms of comparison with PP analysis method in MFDS (A) PA, (B) SP, (C) CP, and (D) PP and optimized analysis method (E) PA, (F) SP, (G) CP, and (H) PP. PA: propionic acid, SP: sodium propionate, CP: calcium propionate, PP: potassium propionate.

Method validation

PA 및 염류에 대한 분석법 검증은 ICH 가이드라인을 참고하여 특이성, 직선성, LOD, LOQ, 정밀도 및 정확도를 평가하였다(Table 2, 3). PA 및 염류의 검량선을 작성하기 위해 blank 시료에 표준물질은 3.91~250 μg/mL의 농도, 내부표준물질인 crotonic acid는 100 μg/mL를 첨가하여 분석을 진행하였다.

Table 2 . Correlation coefficients of the calibration curves at 7 concentration points, limits of detection (LOD) and quantification (LOQ) of propionic acid (PA), sodium propionate (SP), calcium propionate (CP), and potassium propionate (PP) from bread samples (n=3)

MatrixAnalyteRangeSlopeInterceptCorrelation coefficient (R2)LOD (μg/mL)LOQ (μg/mL)
Solid (bread)PA7.81∼5000.42840−0.00400.99990.020.06
SP7.81∼5000.012060.016630.99990.040.12
CP7.81∼5000.067580.038830.99990.080.24
PP7.81∼5000.00598−0.00070.99990.030.09


Table 3 . RSD and recoveries of propionic acid (PA), sodium propionate (SP), calcium propionate (CP), and potassium propionate (PP) from bread samples spiked at three different concentrations (n=3)

MatrixAnalyteConcentration (μg/mL)Mean±SD(μg/mL)RSD (%)Recovery (%)
Solid (bread)PAIntra day15.62514.75±0.471)0.9282.84
62.562.57±0.080.0893.09
250247.56±0.140.1088.52

Inter day15.62515.45±0.221.2991.45
62.562.76±0.450.6989.33
250250.15±0.770.5494.55

SPIntra day15.62515.56±0.290.4489.71
62.563.64±0.470.7794.89
250249.04±1.210.8194.26

Inter day15.62515.56±0.290.5790.38
62.563.26±0.350.3592.34
250250.43±0.490.2391.66

CPIntra day15.62522.92±1.131.9585.84
62.575.54±2.312.0493.09
250245.27±1.080.6393.51

Inter day15.62521.74±0.841.4595.91
62.563.51±3.021.3287.21
250246.70±1.661.6989.10

PPIntra day15.62518.19±1.532.1393.58
62.569.54±2.571.4391.20
250244.93±3.751.0586.32

Inter day15.62519.54±1.451.1788.89
62.564.74±0.841.4584.64
250258.65±0.370.9894.48

1)Values are mean±SD in triplicate (n=3).



그 결과 상관계수(R2)는 0.9999로 매우 우수한 직선성을 나타내었다. 또한 PA의 정량한계 0.06 μg/mL, 검출한계 0.02 μg/mL, CP의 정량한계 0.24 μg/mL, 검출한계 0.08 μg/mL, SP의 정량한계 0.12 μg/mL, 검출한계 0.04 μg/mL, PP의 정량한계 0.09 μg/mL, 검출한계가 0.03 μg/mL로 나타났다. 정밀도는 일간분석과 일내분석에서 PA 및 염류 모두 5%, 정확도는 일간분석과 일내분석이 80~120% 범위 안으로 나타나 PA 및 염류 모두 ICH의 기준에 부합하였다(Choi 등, 2017; Chong 등, 2018).

국내 유통 식품 중 PA 및 염류(SP, CP 및 PP) 모니터링 연구

본 연구에서 확립 및 검증한 분석 방법을 사용하여 국내 유통 중인 빵 및 과자 제품에서의 PA 및 염류 사용을 모니터링하였다. 빵류 21종, 과자류 29종을 사용하여 분석을 진행한 결과는 Table 45에 나타내었다. 수입된 빵 7종에서만 PA 및 염류의 사용기준인 2.5 g/kg 범위 내 적합한 양이 검출되었다(MFDS, 2023b). 하지만 검출된 물질들의 chromatogram은 동시간대에 피크가 관찰되어 PA 및 염류 중 어느 물질에서 유래된 것인지 구분할 수 없었다.

Table 4 . Investigation of the content of undesignated preservative in bread samples

No.Food typePurchase categoryResult (mg/kg)
1BreadKoreaND1)
2BreadKoreaND
3BreadKoreaND
4BreadKorea (imported processed products)20.08±0.03
5BreadKorea (imported processed products)34.50±0.28
6BreadKorea (imported processed products)15.11±0.13
7BreadKorea (imported processed products)13.23±0.12
8BreadKorea (imported processed products)18.76±0.21
9BreadKorea (imported processed products)24.13±0.10
10BreadKorea (imported processed products)31.04±0.02
11BreadKoreaND
12BreadKoreaND
13BreadKoreaND
14BreadKoreaND
15BreadKoreaND
16BreadKoreaND
17BreadKoreaND
18BreadKoreaND
19BreadKoreaND
20BreadKoreaND
21BreadKoreaND

1)ND: Not detection.



Table 5 . Investigation of the content of undesignated preservative in confectionery samples

No.Food typePurchase categoryResult (mg/kg)
1ConfectioneryKoreaND1)
2ConfectioneryKoreaND
3ConfectioneryKoreaND
4ConfectioneryKoreaND
5ConfectioneryKoreaND
6ConfectioneryKoreaND
7ConfectioneryKoreaND
8ConfectioneryKoreaND
9ConfectioneryKoreaND
10ConfectioneryKorea (imported processed products)ND
11ConfectioneryKoreaND
12ConfectioneryKoreaND
13ConfectioneryKoreaND
14ConfectioneryKoreaND
15ConfectioneryKoreaND
16ConfectioneryKoreaND
17ConfectioneryKoreaND
18ConfectioneryKoreaND
19ConfectioneryKoreaND
20ConfectioneryKoreaND
21ConfectioneryKoreaND
22ConfectioneryKoreaND
23ConfectioneryKoreaND
24ConfectioneryKoreaND
25ConfectioneryKoreaND
26ConfectioneryKoreaND
27ConfectioneryKoreaND
28ConfectioneryKoreaND
29ConfectioneryKoreaND

1)ND: Not detection.



저장기간에 따른 프로피온산 및 염류의 잔존율

Moore와 Stretton(1981)의 실험 조건을 참고하여, 냉장 온도(4°C), 실온(24°C), 상온(35°C)의 세 가지 조건에서 PP의 잔존율 변화를 측정하였다. 회수율은 Table 6과 같이 보관 0일의 측정값을 100%로 설정하여 환산하였다. 3주간의 보관기간 동안 세 가지 온도 조건 모두에서 대체로 잔존율이 감소하는 경향을 보였으나 모두 86.4% 이상의 잔존율을 보였다. 따라서 본 연구에서 검증된 분석 조건은 소비기한 내 PP의 측정에 적합한 것으로 판단된다.

Table 6 . Effect of residual levels during storage (n=3)

Residual level (%)Temperature (°C)Propionic acid (day)Sodium propionate (day)Calcium propionate (day)Potassium propionate (day)




071421071421071421071421
410096.193.494.110093.991.590.3100102.695.493.110099.7101.396.4
2510094.595.192.410098.393.088.710096.495.095.510097.695.595.6
3510095.392.489.510099.296.492.510093.490.686.4100101.398.596.6

본 연구는 GC-FID를 사용하여 ICH 가이드라인에 적합한 PA 및 염류(SP, CP, PP)의 분석법을 개선 및 검증하기 위하여 수행되었다. 국내에서는 PP가 미지정 첨가물이기 때문에 PA 및 염류와 분석하여 구별할 수 있는지 확인하고자 하였다. 결과적으로 PP는 PA 및 염류와 동일한 RT값을 갖는 것으로 나타났다. 빵류에 PA, SP, CP 및 PP를 첨가했을 때 검량선은 R2≥0.999였고 회수율은 85.84~111.66%였으며 상대표준편차는 0.08~2.13%였다. 빵류 샘플에서 검출한계 및 정량한계는 각각 1.02~1.83 μg/mL 및 3.09~5.55 μg/mL였다. 보관 기간 동안 식품에서 프로피온산 및 염의 잔류율은 다양한 저장 조건에서 감소하는 경향이 있다. 이러한 결과는 개선된 및 검증된 GC-FID 분석 방법이 지정된 PA, SP 및 CP와 함께 식품 샘플에서 미지정 PP의 감지 및 정량에 적합하다는 것을 시사한다.

본 논문은 한국연구재단의 재원(NRF-2017R1D1A3B06028469) 및 2021년도 교육부의 재원(NRF2021R1A6A1A03044242)과 한국연구재단의 4단계 두뇌한국21 사업(4단계 BK21 사업)(4299990913942)의 지원으로 수행되었으며 이에 감사드립니다.

  1. Al Azzam KM, Bahruddin S, Hashim NH, et al. Determination of propionates and propionic acid in bakery products using gas chromatography. Int Food Res J. 2010. 17:1107-1112.
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Article

Article

Journal of the Korean Society of Food Science and Nutrition 2024; 53(5): 452-458

Published online May 31, 2024 https://doi.org/10.3746/jkfn.2024.53.5.452

Copyright © The Korean Society of Food Science and Nutrition.

식품 중 프로피온산 및 염류(나트륨, 칼슘, 칼륨)의 분석법 개선 및 검증

조근희1․임준석1․임지현2․오 건2․부효옥2․문 효2․최선일1․이옥환1,2

1강원대학교 바이오산업공학부 식품생명공학전공
2강원대학교 식품환경융합학과

Received: January 30, 2024; Revised: March 25, 2024; Accepted: April 3, 2024

Improvement and Validation of an Analytical Method for Propionic Acid and Salts (Sodium, Calcium, and Potassium) in Foods

Geun hee Cho1 , June seok Lim1 , Ji-Hyun Lim2 , Geon Oh2 , Xiaolu Fu2 , Xiao Men2 , Sun-Il Choi1 , and Ok-Hwan Lee1,2

1Department of Food Science and Biotechnology and 2Department of Food Biotechnology and Environmental Science, Kangwon National University

Correspondence to:Ok-Hwan Lee, Department of Food Science and Biotechnology, Kangwon National University, 1 kangwondaehak-gil, Chuncheon, Gangwon 24341, Korea, E-mail: loh99@kangwon.ac.kr

Received: January 30, 2024; Revised: March 25, 2024; Accepted: April 3, 2024

This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License (https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.

Abstract

This study aimed to improve and validate an analytical method for propionic acid and salts (sodium, calcium, and potassium) in foods using a gas chromatography-flame ionization detector (GC-FID) based on the International Conference on Harmonization guidelines. Since potassium propionate is an undesignated food additive in Korea, we investigated whether it could be analyzed with propionic acid and salts (sodium, calcium), which have been previously designated in Korea. Our results showed that propionic acid and salts (sodium, calcium, and potassium) had the same retention time when the optimized analytical method was performed using GC-FID. The bread sample was spiked with propionic acid (PA), sodium propionate (SP), calcium propionate (CP), and potassium propionate (PP). The correlation coefficient of the calibration curve was R2≥0.999 and the recovery rates were 85.84∼111.66%, with a relative standard deviation of 0.08∼2.13%. The limit of detection and limit of quantification in the bread samples ranged from 1.02 to 1.83 μg/mL and 3.09 to 5.55 μg/mL, respectively. The residual rate of propionic acid and salts in foods tended to decrease under various storage conditions. These results suggested that the improved and validated GC-FID analytical method is suitable for detecting and quantifying undesignated PP in food samples using designated PA, SP, and CP.

Keywords: propionic acid and salts, undesignated food additives, analytical method, method validation, monitoring

서 론

보존료란 미생물에 의한 품질 저하를 방지하며 식품의 보존기간을 연장하는 식품첨가물을 말한다(Han 등, 2014; Lee 등, 2009). 이는 미생물 발육을 억제 및 사멸시키면서 생체에 독성을 줄 수 있기 때문에 첨가 대상 식품 및 사용량이 엄격히 규제되고 있고, 식품첨가물 일반기준 설정 대상 품목 중 보존료는 우선적 검토 대상으로 진행되고 있는 품목이다(Hwang 등, 2018; O’Connell과 Dollimore, 2000). 2023년 국내에 지정된 보존료는 28종이다(MFDS, 2023a).

Propionic acid(PA), sodium propionate(SP), calcium propionate(CP)는 주로 빵, 치즈류에 사용되는 보존료로 국내 및 제외국에 식품첨가물로 지정되어 있다(Saito 등, 1987). Potassium propionate(PP)는 제외국에서 밀가루 가공품에 승인된 보존료이며 식품을 신선하게 유지하는 데 도움이 된다(Codex Alimentarius, 2021; FAO JECFA, 2006). EU, 미국, 호주에는 PP를 포함한 PA 및 염류가 모두 식품첨가물로 지정되어 보존료로 사용되지만, 국내, 중국 등에서는 PP가 식품첨가물로 지정되지 않았다(Codex Alimentarius, 2021; European Commission, 2012; FAO JECFA, 2006; MFDS, 2023a).

많은 국가에서 국민의 건강을 보호하기 위해 식품 산업에서 첨가물 사용은 일일 허용 섭취량(acceptable daily intake)에 의한 최대 허용 한도(maximum permissible limit)를 기준으로 엄격한 법적 규제를 받고 있으며 사용 대상 식품 및 사용량은 국가마다 차이가 존재한다(Cheibub 등, 2020). 식품첨가물공전에 따르면 우리나라에서 PA, SP, CP는 2.5 g/kg 이내의 범위로 사용하도록 규정되어 있다(MFDS, 2023b). PP가 식품첨가물로 지정된 미국과 EU의 경우 사용규격이 정해져 있지 않지만 호주 및 뉴질랜드의 경우 밀가루 가공 제품(빵, 국수 등)에 2,000 μg/mL의 사용 규격이 정해져 있다(FSANZ, 2002).

SP, CP, PP는 PA의 구조에 각각 나트륨, 칼슘, 칼륨이온이 결합한 구조이며(EFSA ANS Panel, 2014), SP, CP, PP는 각각 PA의 나트륨염, 칼슘염 및 칼륨염이다. PA 및 염류 총 4종은 gas chromatography(GC) 분석을 사용하지만, GC는 분석물을 이온화하여 분석을 진행하기 때문에 현재의 분석법으로 네 가지 물질은 구분하여 분석이 어렵다(Al Azzam 등, 2010; Jorgensen 등, 1990). 즉, PP의 사용이 허용된 국가에서 PP가 첨가된 식품이 수입되었을 경우 PA, SP, CP, PP 중 어느 물질이 첨가되었는지 판별해 낼 수 없다. 따라서 PP가 수입식품에 함유되어 국내에서 유통될 가능성이 있으므로 PA 및 염류 4종을 분석 가능한 분석법의 개선 및 검증이 필요하다.

PA의 경우 식품 중 식품첨가물 공전법(MFDS, 2023a)에서는 HP-FFAP 컬럼을 사용한 GC 분석을 제시하고 있다. 하지만 위의 분석법은 peak area 값이 작은 편이고, basedrift가 관찰되기도 한다. 이에 제외국 분석법과의 비교를 통해 PP 적용 가능성을 살펴볼 필요성이 있다. 본 연구에서는 식품 중 식품첨가물공전(MFDS, 2023a)을 참고하여 PA 및 염류 4종의 분석법 및 전처리법을 개발 및 최적화하고 분석법을 검증하였다. 또한, 국내에 유통되는 국내 및 수입 빵류 21종 및 과자류 29종을 모니터링하여 검증된 분석법의 적용 가능성을 확인하였다. 빵에 첨가된 PP의 보관 중 안정성을 조사하고 잔존율을 확인하여 최적화된 분석법이 유통 시 효과적인지 평가하였다.

재료 및 방법

실험 재료

PA, SP, CP, PP의 표준물질은 Sigma-Aldrich로부터 구입하였다. Acetone(≥99.9%), methanol(≥99.9%)은 J.T. Baker에서 구입하여 사용하였다. 국내 유통 중인 밀가루 가공품 중 빵류, 과자류 시료는 강원도 춘천지역의 대형마트 세 군데에서 2023년도 제조된 국내 생산 빵류 14종, 해외수입 빵류 7종, 국내 생산 과자류 28종, 해외수입 과자류 1종을 구입하였다.

표준용액 및 시험용액의 조제

PA 표준물질을 0.01 g을 취한 후 10 mL 정용 플라스크를 이용하여 1,000 μg/mL의 농도가 되도록 acetone으로 표선까지 정용하여 이를 stock solution으로 하였다. CP, SP, PP의 표준물질은 0.01 g을 취한 후 10 mL 정용 플라스크를 이용하여 1,000 μg/mL의 농도가 되도록 DDW로 표선까지 정용하여 이를 stock solution으로 하였다. Working solution은 제조된 stock solution을 이용해 3.906, 7.812, 31.25, 62.5, 125, 250 μg/mL가 되도록 acetone 및 DDW로 희석하여 사용하였다. 내부표준물질은 상대 면적비를 통한 분석 물질의 정량을 위해 crotonic acid를 사용하였고 crotonic acid 0.01 g을 acetone 10 mL에 녹여 1,000 μg/mL의 농도가 되도록 하고, 다시 acetone으로 200 μg/mL가 되도록 희석하여 사용하였다.

GC-FID 분석법 및 전처리 확립

최적의 PA 및 염류 분석법 확립을 위해 MFDS(2023a)에 명시된 PA 및 염류의 분석법, Kim 등(2017)Chen 등(2012)의 분석법을 재현하고 비교하였다. 세 가지 분석법 모두 GC-flame ionization detector(FID)를 운반기체, 샘플 주입량, 유량은 일치하게 설정하였지만, 컬럼, 오븐 온도, 검출기 온도, 주입구 온도 등에서 차이가 있었다. 분석법의 적합성은 PA 및 염류의 baseline, peak area, 직선성을 기준으로 평가하였으며, 최적화된 분석 조건은 Table 1과 같다(Hwang 등, 2021). 최적화된 GC-FID 분석법을 이용하여 빵류 및 과자류에서 PA 및 염류를 분석하기 위한 최적의 전처리 방법을 확립하였다. PA 및 염류의 분석을 위한 최적 전처리법을 확립하기 위해 MFDS(2023a)에서 고시한 PA 및 염류 시험용액 조제 제 3법과 Lee 등(2009)의 방법을 재현 및 비교하였다. MFDS(2023a)의 경우 샘플 5 g에 EtOH 30 mL를 가한 후, 간섭저해물질들을 제거하기 위해 카레즈 시액을 침전제로 사용하였고 원심분리기(416, Gyrozen Co.)로 2,000×g로 10분간 원심분리 후 상등액을 시험용액으로 하였다. Lee 등(2009)의 경우 샘플 5 g에 0.05 M formic acid 10 mL를 첨가한 후, sodium chloride 5 g을 넣고 ether 20 mL를 추가하여 ether 추출을 2회 진행하였다. 2,000×g로 5분간 원심분리 후 상등액을 시험용액으로 하였다(Oh, 2018). 최적의 시료 전처리는 알려진 농도의 표준물질을 첨가한 샘플의 회수율을 기준으로 결정하였다.

Table 1 . Optimized gas chromatography conditions for propionic acid, sodium propionate, calcium propionate, and potassium propionate.

InstrumentConditions
ColumnHP-FFAP (30.0 m×320 μm×0.25 μm, Agilent Co.)
Carrier gasN2
Detector temp.240°C
Injector temp.200°C
Oven temp.100°C (0.5 min)→8°C/min→180°C (1 min)→20°C/min→200°C (5 min)
DetectorFlame ionization detector
Split ratio3:1
Flow rate1.0 mL/min
Injection volume1 μL


Method validation

국제의약품규제조화위원회(ICH) 가이드라인을 근거로 하여 개선된 분석법의 특이성(specificity), 직선성(linearity), 정밀성(precision), 정확성(accuracy), 검출한계(LOD) 및 정량한계(LOQ)를 측정하여 유효성을 확인하였다(ICH Harmonised Tripartite Guideline, 2021).

특이성

표준물질 PA, SP, CP, PP 및 내부표준물질인 crotonic acid를 GC-FID로 분석하여 얻은 chromatogram을 비교하여 각 표준물질이 선택적으로 분리가 가능한지를 확인하였다.

직선성

PA, SP, CP, PP의 표준물질을 3.91, 7.81, 15.625, 31.25, 62.5, 125, 250 μg/mL의 농도로 제조하여 GC-FID를 사용하여 3회 반복 측정하였으며, 각 표준물질의 peak에 대한 면적과 농도비의 관계를 표시하는 검량선을 작성하고 작성한 검량선으로부터 얻어진 상관계수(correlation coefficient, R2) 값을 통하여 직선성을 확인하였다.

정밀성 및 정확성

본 연구에서는 보존료가 첨가되지 않은 식빵을 blank 시료로 실험을 진행하였다. 농도를 알고 있는 blank 시료에 표준용액을 250, 62.5, 15.625 μg/mL의 농도를 각각 첨가하여 일내(intra-day) 정밀성 및 정확성을 확인하기 위하여 하루에 3회 반복하여 GC-FID로 분석하였으며, 일간(inter-day) 정밀성 및 정확성을 확인하기 위하여 3일간 반복하여 GC-FID로 분석하였다. 분석하여 얻어진 peak의 머무름시간(RT)을 비교하여 정성분석을 하고 작성한 검량선에 시험용액의 peak 면적을 대입하여 각 표준물질인 PA, SP, CP, PP의 농도를 계산하였다. 각 결괏값의 표준편차를 결괏값의 평균으로 나눈 비인 상대표준편차(RSD)로 일내 및 일간 정밀성을 확인하였으며, 정확성은 다음 식을 이용하여 첨가한 농도에 대비하여 회수된 농도를 계산함으로써 회수율을 구해 정확성을 확인하였다.

% Recovery=(CfCu)Ca×100

Cf: Concentration of spiked sample

Cu: Concentration of sample

Ca: Concentration of standard

검출한계 및 정량한계

PA, SP, CP, PP의 검출한계 및 정량한계는 검량선의 기울기와 반응의 표준편차에 근거하는 방법을 사용하였으며 다음 식을 이용하여 확인하였다.

LOD=3.3σS
LOQ=10σS

σ: The standard deviation of the response

S: The slope of the calibration curve

저장기간에 따른 프로피온산 및 염류의 잔존율

Moore와 Strettone(1981) 방법을 변형하여 21일의 보관기간 동안 PA 및 염류의 잔존율은 GC-FID를 이용하여 확인하였다. 균질화된 blank 시료 60 g에 2,000 μg/mL의 표준물질을 첨가한 후, 세 가지 온도조건(4°C, 24°C, 37°C)에서 7일, 14일, 21일 후 전처리하여 분석한 결과를 0일 차 보존료 함량을 100%로 설정한 후, 보존료의 잔존율을 확인하였다.

결과 및 고찰

GC-FID 분석법 및 전처리 확립

국내 식품 중 식품첨가물 시험법(MFDS, 2023a)의 PA 및 염류 분석법과 Kim 등(2017)Chen 등(2012)의 분석법을 재현 및 비교하여 PP가 포함된 PA 및 염류의 최적 분석법을 확립하였다. 국내 식품 중 식품첨가물 분석법(MFDS, 2023a) 및 Kim 등(2017)의 분석법에서는 모든 PA 및 염류에서 우수한 직선성을 보였으나 baseline 들뜸이 나타났고, Chen 등(2012)의 분석법에서는 baseline 들뜸이 나타나지 않았으며, 모든 PA 및 염류에서 가장 높은 직선성과 peak area를 나타내었다. 이에 따라 국내에서 지정된 PA, SP 및 CP와 함께 미지정 식품첨가물인 PP를 분석하기 위한 최적 분석법을 확립하였다(Fig. 1). 프로피온산 및 염류(PA, SP, CP, PP)의 분석법 확립을 위한 최적의 전처리는 식품의약품안전처에서 고시한 시험용액 조제 제 3법(MFDS, 2023a)과 Lee 등(2009)의 전처리를 재현하고 비교하여 확립되었다. 보존료가 첨가되지 않은 blank 시료에 PP를 포함한 PA 및 염류를 첨가하여 회수율을 비교하였다. MFDS(2023a)의 전처리법을 사용하였을 때 회수율은 PP를 포함한 PA 및 염류에서 모두 82.83~97.82%로 우수한 회수율을 나타내었지만 Lee 등(2009)의 전처리 조건을 사용하였을 때 SP, CP, PP에서 80% 이하의 회수율을 보였다(자료미제시). 따라서 MFDS(2023a)Chen 등(2012)의 분석법을 참고하여 최적의 분석법을 확립하였다.

Fig 1. Gas chromatograms of comparison with PP analysis method in MFDS (A) PA, (B) SP, (C) CP, and (D) PP and optimized analysis method (E) PA, (F) SP, (G) CP, and (H) PP. PA: propionic acid, SP: sodium propionate, CP: calcium propionate, PP: potassium propionate.

Method validation

PA 및 염류에 대한 분석법 검증은 ICH 가이드라인을 참고하여 특이성, 직선성, LOD, LOQ, 정밀도 및 정확도를 평가하였다(Table 2, 3). PA 및 염류의 검량선을 작성하기 위해 blank 시료에 표준물질은 3.91~250 μg/mL의 농도, 내부표준물질인 crotonic acid는 100 μg/mL를 첨가하여 분석을 진행하였다.

Table 2 . Correlation coefficients of the calibration curves at 7 concentration points, limits of detection (LOD) and quantification (LOQ) of propionic acid (PA), sodium propionate (SP), calcium propionate (CP), and potassium propionate (PP) from bread samples (n=3).

MatrixAnalyteRangeSlopeInterceptCorrelation coefficient (R2)LOD (μg/mL)LOQ (μg/mL)
Solid (bread)PA7.81∼5000.42840−0.00400.99990.020.06
SP7.81∼5000.012060.016630.99990.040.12
CP7.81∼5000.067580.038830.99990.080.24
PP7.81∼5000.00598−0.00070.99990.030.09


Table 3 . RSD and recoveries of propionic acid (PA), sodium propionate (SP), calcium propionate (CP), and potassium propionate (PP) from bread samples spiked at three different concentrations (n=3).

MatrixAnalyteConcentration (μg/mL)Mean±SD(μg/mL)RSD (%)Recovery (%)
Solid (bread)PAIntra day15.62514.75±0.471)0.9282.84
62.562.57±0.080.0893.09
250247.56±0.140.1088.52

Inter day15.62515.45±0.221.2991.45
62.562.76±0.450.6989.33
250250.15±0.770.5494.55

SPIntra day15.62515.56±0.290.4489.71
62.563.64±0.470.7794.89
250249.04±1.210.8194.26

Inter day15.62515.56±0.290.5790.38
62.563.26±0.350.3592.34
250250.43±0.490.2391.66

CPIntra day15.62522.92±1.131.9585.84
62.575.54±2.312.0493.09
250245.27±1.080.6393.51

Inter day15.62521.74±0.841.4595.91
62.563.51±3.021.3287.21
250246.70±1.661.6989.10

PPIntra day15.62518.19±1.532.1393.58
62.569.54±2.571.4391.20
250244.93±3.751.0586.32

Inter day15.62519.54±1.451.1788.89
62.564.74±0.841.4584.64
250258.65±0.370.9894.48

1)Values are mean±SD in triplicate (n=3)..



그 결과 상관계수(R2)는 0.9999로 매우 우수한 직선성을 나타내었다. 또한 PA의 정량한계 0.06 μg/mL, 검출한계 0.02 μg/mL, CP의 정량한계 0.24 μg/mL, 검출한계 0.08 μg/mL, SP의 정량한계 0.12 μg/mL, 검출한계 0.04 μg/mL, PP의 정량한계 0.09 μg/mL, 검출한계가 0.03 μg/mL로 나타났다. 정밀도는 일간분석과 일내분석에서 PA 및 염류 모두 5%, 정확도는 일간분석과 일내분석이 80~120% 범위 안으로 나타나 PA 및 염류 모두 ICH의 기준에 부합하였다(Choi 등, 2017; Chong 등, 2018).

국내 유통 식품 중 PA 및 염류(SP, CP 및 PP) 모니터링 연구

본 연구에서 확립 및 검증한 분석 방법을 사용하여 국내 유통 중인 빵 및 과자 제품에서의 PA 및 염류 사용을 모니터링하였다. 빵류 21종, 과자류 29종을 사용하여 분석을 진행한 결과는 Table 45에 나타내었다. 수입된 빵 7종에서만 PA 및 염류의 사용기준인 2.5 g/kg 범위 내 적합한 양이 검출되었다(MFDS, 2023b). 하지만 검출된 물질들의 chromatogram은 동시간대에 피크가 관찰되어 PA 및 염류 중 어느 물질에서 유래된 것인지 구분할 수 없었다.

Table 4 . Investigation of the content of undesignated preservative in bread samples.

No.Food typePurchase categoryResult (mg/kg)
1BreadKoreaND1)
2BreadKoreaND
3BreadKoreaND
4BreadKorea (imported processed products)20.08±0.03
5BreadKorea (imported processed products)34.50±0.28
6BreadKorea (imported processed products)15.11±0.13
7BreadKorea (imported processed products)13.23±0.12
8BreadKorea (imported processed products)18.76±0.21
9BreadKorea (imported processed products)24.13±0.10
10BreadKorea (imported processed products)31.04±0.02
11BreadKoreaND
12BreadKoreaND
13BreadKoreaND
14BreadKoreaND
15BreadKoreaND
16BreadKoreaND
17BreadKoreaND
18BreadKoreaND
19BreadKoreaND
20BreadKoreaND
21BreadKoreaND

1)ND: Not detection..



Table 5 . Investigation of the content of undesignated preservative in confectionery samples.

No.Food typePurchase categoryResult (mg/kg)
1ConfectioneryKoreaND1)
2ConfectioneryKoreaND
3ConfectioneryKoreaND
4ConfectioneryKoreaND
5ConfectioneryKoreaND
6ConfectioneryKoreaND
7ConfectioneryKoreaND
8ConfectioneryKoreaND
9ConfectioneryKoreaND
10ConfectioneryKorea (imported processed products)ND
11ConfectioneryKoreaND
12ConfectioneryKoreaND
13ConfectioneryKoreaND
14ConfectioneryKoreaND
15ConfectioneryKoreaND
16ConfectioneryKoreaND
17ConfectioneryKoreaND
18ConfectioneryKoreaND
19ConfectioneryKoreaND
20ConfectioneryKoreaND
21ConfectioneryKoreaND
22ConfectioneryKoreaND
23ConfectioneryKoreaND
24ConfectioneryKoreaND
25ConfectioneryKoreaND
26ConfectioneryKoreaND
27ConfectioneryKoreaND
28ConfectioneryKoreaND
29ConfectioneryKoreaND

1)ND: Not detection..



저장기간에 따른 프로피온산 및 염류의 잔존율

Moore와 Stretton(1981)의 실험 조건을 참고하여, 냉장 온도(4°C), 실온(24°C), 상온(35°C)의 세 가지 조건에서 PP의 잔존율 변화를 측정하였다. 회수율은 Table 6과 같이 보관 0일의 측정값을 100%로 설정하여 환산하였다. 3주간의 보관기간 동안 세 가지 온도 조건 모두에서 대체로 잔존율이 감소하는 경향을 보였으나 모두 86.4% 이상의 잔존율을 보였다. 따라서 본 연구에서 검증된 분석 조건은 소비기한 내 PP의 측정에 적합한 것으로 판단된다.

Table 6 . Effect of residual levels during storage (n=3).

Residual level (%)Temperature (°C)Propionic acid (day)Sodium propionate (day)Calcium propionate (day)Potassium propionate (day)




071421071421071421071421
410096.193.494.110093.991.590.3100102.695.493.110099.7101.396.4
2510094.595.192.410098.393.088.710096.495.095.510097.695.595.6
3510095.392.489.510099.296.492.510093.490.686.4100101.398.596.6

요 약

본 연구는 GC-FID를 사용하여 ICH 가이드라인에 적합한 PA 및 염류(SP, CP, PP)의 분석법을 개선 및 검증하기 위하여 수행되었다. 국내에서는 PP가 미지정 첨가물이기 때문에 PA 및 염류와 분석하여 구별할 수 있는지 확인하고자 하였다. 결과적으로 PP는 PA 및 염류와 동일한 RT값을 갖는 것으로 나타났다. 빵류에 PA, SP, CP 및 PP를 첨가했을 때 검량선은 R2≥0.999였고 회수율은 85.84~111.66%였으며 상대표준편차는 0.08~2.13%였다. 빵류 샘플에서 검출한계 및 정량한계는 각각 1.02~1.83 μg/mL 및 3.09~5.55 μg/mL였다. 보관 기간 동안 식품에서 프로피온산 및 염의 잔류율은 다양한 저장 조건에서 감소하는 경향이 있다. 이러한 결과는 개선된 및 검증된 GC-FID 분석 방법이 지정된 PA, SP 및 CP와 함께 식품 샘플에서 미지정 PP의 감지 및 정량에 적합하다는 것을 시사한다.

감사의 글

본 논문은 한국연구재단의 재원(NRF-2017R1D1A3B06028469) 및 2021년도 교육부의 재원(NRF2021R1A6A1A03044242)과 한국연구재단의 4단계 두뇌한국21 사업(4단계 BK21 사업)(4299990913942)의 지원으로 수행되었으며 이에 감사드립니다.

Fig 1.

Fig 1.Gas chromatograms of comparison with PP analysis method in MFDS (A) PA, (B) SP, (C) CP, and (D) PP and optimized analysis method (E) PA, (F) SP, (G) CP, and (H) PP. PA: propionic acid, SP: sodium propionate, CP: calcium propionate, PP: potassium propionate.
Journal of the Korean Society of Food Science and Nutrition 2024; 53: 452-458https://doi.org/10.3746/jkfn.2024.53.5.452

Table 1 . Optimized gas chromatography conditions for propionic acid, sodium propionate, calcium propionate, and potassium propionate.

InstrumentConditions
ColumnHP-FFAP (30.0 m×320 μm×0.25 μm, Agilent Co.)
Carrier gasN2
Detector temp.240°C
Injector temp.200°C
Oven temp.100°C (0.5 min)→8°C/min→180°C (1 min)→20°C/min→200°C (5 min)
DetectorFlame ionization detector
Split ratio3:1
Flow rate1.0 mL/min
Injection volume1 μL

Table 2 . Correlation coefficients of the calibration curves at 7 concentration points, limits of detection (LOD) and quantification (LOQ) of propionic acid (PA), sodium propionate (SP), calcium propionate (CP), and potassium propionate (PP) from bread samples (n=3).

MatrixAnalyteRangeSlopeInterceptCorrelation coefficient (R2)LOD (μg/mL)LOQ (μg/mL)
Solid (bread)PA7.81∼5000.42840−0.00400.99990.020.06
SP7.81∼5000.012060.016630.99990.040.12
CP7.81∼5000.067580.038830.99990.080.24
PP7.81∼5000.00598−0.00070.99990.030.09

Table 3 . RSD and recoveries of propionic acid (PA), sodium propionate (SP), calcium propionate (CP), and potassium propionate (PP) from bread samples spiked at three different concentrations (n=3).

MatrixAnalyteConcentration (μg/mL)Mean±SD(μg/mL)RSD (%)Recovery (%)
Solid (bread)PAIntra day15.62514.75±0.471)0.9282.84
62.562.57±0.080.0893.09
250247.56±0.140.1088.52

Inter day15.62515.45±0.221.2991.45
62.562.76±0.450.6989.33
250250.15±0.770.5494.55

SPIntra day15.62515.56±0.290.4489.71
62.563.64±0.470.7794.89
250249.04±1.210.8194.26

Inter day15.62515.56±0.290.5790.38
62.563.26±0.350.3592.34
250250.43±0.490.2391.66

CPIntra day15.62522.92±1.131.9585.84
62.575.54±2.312.0493.09
250245.27±1.080.6393.51

Inter day15.62521.74±0.841.4595.91
62.563.51±3.021.3287.21
250246.70±1.661.6989.10

PPIntra day15.62518.19±1.532.1393.58
62.569.54±2.571.4391.20
250244.93±3.751.0586.32

Inter day15.62519.54±1.451.1788.89
62.564.74±0.841.4584.64
250258.65±0.370.9894.48

1)Values are mean±SD in triplicate (n=3)..


Table 4 . Investigation of the content of undesignated preservative in bread samples.

No.Food typePurchase categoryResult (mg/kg)
1BreadKoreaND1)
2BreadKoreaND
3BreadKoreaND
4BreadKorea (imported processed products)20.08±0.03
5BreadKorea (imported processed products)34.50±0.28
6BreadKorea (imported processed products)15.11±0.13
7BreadKorea (imported processed products)13.23±0.12
8BreadKorea (imported processed products)18.76±0.21
9BreadKorea (imported processed products)24.13±0.10
10BreadKorea (imported processed products)31.04±0.02
11BreadKoreaND
12BreadKoreaND
13BreadKoreaND
14BreadKoreaND
15BreadKoreaND
16BreadKoreaND
17BreadKoreaND
18BreadKoreaND
19BreadKoreaND
20BreadKoreaND
21BreadKoreaND

1)ND: Not detection..


Table 5 . Investigation of the content of undesignated preservative in confectionery samples.

No.Food typePurchase categoryResult (mg/kg)
1ConfectioneryKoreaND1)
2ConfectioneryKoreaND
3ConfectioneryKoreaND
4ConfectioneryKoreaND
5ConfectioneryKoreaND
6ConfectioneryKoreaND
7ConfectioneryKoreaND
8ConfectioneryKoreaND
9ConfectioneryKoreaND
10ConfectioneryKorea (imported processed products)ND
11ConfectioneryKoreaND
12ConfectioneryKoreaND
13ConfectioneryKoreaND
14ConfectioneryKoreaND
15ConfectioneryKoreaND
16ConfectioneryKoreaND
17ConfectioneryKoreaND
18ConfectioneryKoreaND
19ConfectioneryKoreaND
20ConfectioneryKoreaND
21ConfectioneryKoreaND
22ConfectioneryKoreaND
23ConfectioneryKoreaND
24ConfectioneryKoreaND
25ConfectioneryKoreaND
26ConfectioneryKoreaND
27ConfectioneryKoreaND
28ConfectioneryKoreaND
29ConfectioneryKoreaND

1)ND: Not detection..


Table 6 . Effect of residual levels during storage (n=3).

Residual level (%)Temperature (°C)Propionic acid (day)Sodium propionate (day)Calcium propionate (day)Potassium propionate (day)




071421071421071421071421
410096.193.494.110093.991.590.3100102.695.493.110099.7101.396.4
2510094.595.192.410098.393.088.710096.495.095.510097.695.595.6
3510095.392.489.510099.296.492.510093.490.686.4100101.398.596.6

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