Ex) Article Title, Author, Keywords
Online ISSN 2288-5978
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Journal of the Korean Society of Food Science and Nutrition 2024; 53(5): 459-466
Published online May 31, 2024 https://doi.org/10.3746/jkfn.2024.53.5.459
Copyright © The Korean Society of Food Science and Nutrition.
Jiye Pyeon1 , Jihyeon Yu1, Eunji Park2, Jinju Park2, Youngmin Choi2
, and Younghwa Kim1
1Department of Food Science and Biotechnology, Kyungsung University
2Food and Nutrition Division, National Institute of Agricultural Sciences
Correspondence to:Younghwa Kim, Department of Food Science and Biotechnology, Kyungsung University, 309, Suyeong-ro, Nam-gu, Busan 48434, Korea, E-mail: younghwakim@ks.ac.kr
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.
Recently, the consumption of processed foods has been increasing due to changes in lifestyle. However, little is known about the biotin content of these foods. In this study, the biotin content of 28 kinds of rice products, 29 kinds of wheat products, and 4 kinds of other grain products were investigated. It was observed that puffed rice cake, cooked wheat pancake flour, and sesame gangjung have the highest biotin content in each of the above food groups. Overall, biotin levels in wheat products were higher than those in rice products. The results were confirmed using standard reference materials to verify the reliability and accuracy of the experimental results. The biotin concentrations determined in Standard Reference Material 3290 (dry cat food) showed good agreient with the reference values. The accuracy and precision of the method used for biotin analysis were excellent, with high recoveries and low relative standard deviations. These were acceptable based on the Association of Official Agricultural Chiists guidelines for single laboratory validation of chiical methods. Therefore, the data on the biotin content of grain products consumed in Korea obtained in this study can be considered to be reliable.
Keywords: biotin, grain product, HPLC, method validation, Korean food composition table
최근 인구의 고령화, 1~2인 가구의 증가, 여성의 경제활동 확대, 외식산업의 성장 등 사회경제적 여건 변화로 인해 식품 섭취에 있어서 외식 비중이 급격히 확대되고 있으며, 가정에서도 조리하지 않거나 최소한의 조리를 통해 간편하게 먹을 수 있는 가공식품의 소비가 크게 늘어나고 있는 추세이다(Yun, 2014). 통계청이 발표한 2023년 양곡 소비량 조사 결과에 따르면 2023년 1인당 연간 쌀 소비량은 56.4 kg으로 전년 대비 0.6% 감소하였으며, 매년 꾸준히 감소하고 있는 추세이다. 1인당 쌀 소비량은 줄었지만 각종 가공식품 원재료로 사업체 부문에서 연간 소비하는 쌀의 양은 81만 7,122톤으로 전년 대비 18.2% 증가했다(Statistics Korea, 2023). 곡물을 이용하여 생산되는 빵, 떡, 면, 시리얼 등이 곡물 가공식품에 해당한다. 이전에는 간식으로 여겨졌던 곡물 가공품들은 현대의 생활 방식에 따라 주식을 대체할 수 있는 간편 제품으로 변화하게 되었다(Lee 등, 2000). 국민영양통계에 따르면 2020년 우리나라 국민이 가장 많이 소비한 식품은 멥쌀이며, 그 외 곡물을 주원료로 하여 가공한 라면, 빵, 국수 및 막걸리 등이 다소비 식품으로 나타났다. 또한 식품군별 섭취량을 보았을 때 나이와 성별에 관계없이 곡류 및 곡류제품이 가장 많은 섭취량을 나타내는 것으로 보고되어 있다(KHIDI, 2020). 우리나라 국민이 가장 많이 소비하는 쌀은 전통적으로 주식으로 이용되어 왔고 주로 밥으로 소비된다. 특히 주식용 밥은 쌀을 이용한 가공 산업에 큰 부분을 차지하고 있으며, 다양한 종류의 밥류가 생산 및 판매되고 있다(Jeong 등, 2011). 쌀은 크게 배아를 포함한 겨층과 배유로 구성되어 있으며, 외곽 층으로 갈수록 비타민 B군과 토코페롤, 단백질, 식이섬유, 회분, 지방 등이 많아지는 반면, 중심부에 가까워질수록 전분 함량이 높다(Jung, 2019). 쌀의 일반 영양성분은 쌀의 품종, 재배 지역 등에 따라 다소 차이는 있으나 백미의 경우 가식부의 대부분이 전분으로 약 75~80% 정도를 차지하고 있고, 단백질이 6~8%, 지방, 섬유질, 회분이 각각 1~3% 정도 함유되어 있으며 무기질은 인과 칼륨, 칼슘, 마그네슘, 나트륨, 철분이 함유되어 있다. 또한, 쌀에는 비타민 B1, B2 등 비타민 B 복합체가 풍부하게 함유되어 있다(Son, 2001). 밀은 쌀 다음으로 소비가 많은 작물로 빵, 국수, 라면, 케이크, 크래커 등의 원료로 이용되어 국민 1인당 연간 소비량이 약 30 kg에 달한다(Choe와 Youn, 2005). 잡곡은 멥쌀 및 찹쌀을 제외한 곡류로 보리, 귀리, 율무, 조, 수수 및 흑미 등이 이에 속하며, 쌀에 비해 비타민, 미네랄 및 식이섬유 등이 다량 함유되어 있을 뿐만 아니라 식물성 섬유질을 포함한 효소, 탄수화물 및 단백질과 같은 영양소와 기능성 성분을 함유한 것으로 보고되어 있다(Fresco, 2005; Kim과 Lee, 2006). 곡물에는 단백질, 탄수화물 및 기타 지방, 인지질, 비타민, 미네랄 및 기타 영양소 등 수많은 영양소가 포함되어 있으며, 좋은 에너지원으로 간주된다(Biel 등, 2020). 또한, Song 등(2018)의 연구에 따르면 곡물의 섬유질은 특정 유형의 암 및 관상 동맥 심장 질환의 위험을 줄이는 것으로 보고되어 있다.
비오틴은 황을 함유한 수용성 비타민으로 생체 내 대사과정 중 카르복실기를 제공하는 카르복실화 효소 및 탈탄산 효소의 조효소로 작용하며 아미노산으로부터 에너지 생성 및 DNA 합성에 중요한 역할을 하는 것으로 알려져 있다(Wood와 Barden, 1977). 비오틴은 다양한 식품에 함유되어 있고 인체 장내세균에 의해 합성이 이루어지며, 체내 비오틴 회로를 통해 재사용될 수 있기 때문에 단순 결핍 증상은 거의 나타나지 않는다고 보고되어 있다(Pacheco-Alvarez 등, 2002). 그러나 항생제를 장기간 복용할 경우에는 장내세균의 생육이 저해되므로 피로감과 안면창백증, 피부염, 근육마비 등의 비오틴 결핍증세가 나타날 수 있는 것으로 나타났다(Lee 등, 1998). 비오틴은 한국인을 대상으로 한 연구 자료가 부족하여 미국, 캐나다의 충분섭취량 설정 방법을 토대로 모유 영양아의 자료로부터 충분섭취량을 추정하여 제시하고 있다(Shin 등, 2016). 2020년 한국인의 1일 비오틴 섭취기준으로 0~5개월 영아는 모유 중 비오틴의 양에 근거하여 5 µg이며, 6~11개월의 영아 및 1~2세 유아, 3~5세의 어린이는 0~5개월 영아의 충분섭취량에 각 연령의 체중으로 보정하여 각각 7, 9, 12 µg으로 설정하고 있다(MOHW와 KNS, 2022). 대부분의 식품에 미량으로 존재하는 비오틴의 주요 급원 식품은 두류, 난황, 견과류, 버섯 등이 있다(McMahon, 2002).
오늘날 곡류 및 곡물 가공식품은 주식 또는 주식을 대체하는 식품으로 각광받고 있으며, 이에 함유된 영양성분에 관한 관심도 높아지고 있다. Kwon 등(2020)은 우리나라에서 주로 소비하는 식품 51종에 관한 비오틴 함량 연구를 하였으며, Boo 등(2021)의 연구에서는 음료류 13종과 제과류 13종에 존재하는 비오틴의 함량을 분석하였다. 뿐만 아니라 Shin 등(2021)의 연구에서 면류와 빵, 과자류의 비오틴 함량 분석을 하였다. 이처럼 밀을 이용한 식품이나 제과의 비오틴 함량 연구는 보고되어 있으나, 우리나라에서 주로 소비하는 곡류와 그 제품에 대한 비오틴 함량 정보는 부족한 실정이다. 따라서 우리나라의 식생활에 중요한 부분을 차지하는 곡류 및 곡류 가공식품의 비오틴 함량 정보가 필요한 것으로 생각된다. 본 연구에서는 신뢰할 만한 비오틴 분석법을 확립하여 국내 곡류 가공식품에 함유된 비오틴의 함량을 연구하고자 하였다.
본 연구에서 사용한 시료는 농촌진흥청으로부터 제공받았으며, -20°C에서 냉동 보관하여 분석에 사용하였다. 비오틴 분석에 사용된 표준품은 Sigma-Aldrich 사에서 구입하였다. High performance liquid chromatography(HPLC) 분석의 이동상
본 연구에서 사용한 비오틴 분석 방법으로는 AOAC(2016)의 방법을 변형하여 이용하였다. 비오틴의 추출용매는 0.15 M sodium phosphate buffer(pH 7.0)를 제조하여 추출에 이용하였고, 이동상으로 0.1% phosphoric acid와 acetonitrile을 사용하여 분석하였다. 시료 약 1 g을 칭량한 후 25 mL-volumetric flask에 추출 용매 25 mL를 가하고, autoclave(Daihan Labtech)를 이용하여 121°C에서 25분간 비오틴을 추출한 뒤 냉각하였다. 냉각한 추출액에 25 mL-volumetric flask를 이용하여 다시 추출 용매 25 mL를 가한 후 원심분리 하여 Whatman No. 2 filter paper(GE Health-care)를 이용하여 여과한 후 분석에 사용하였다.
추출액의 비오틴을 농축하기 위하여 냉장 보관된 immunoaffinity column(Easi-Extract biotin, R-Biopharm)을 실온에 30분간 방치하여 방랭시킨 뒤 컬럼 내부의 완충용액을 완전히 제거하였다. 용액 제거 후 pH 7.4의 phosphate buffer saline(PBS) 5 mL를 주입하여 conditioning 한 후 시료 추출액 10 mL를 loading 하여 비오틴 성분을 컬럼에 흡착되도록 하였다. 이후 컬럼 내 불순물 제거를 위해 PBS 및 3차 증류수를 흘려주어 컬럼 내부를 세척하였다. 그 후 메탄올 4 mL를 가하여 컬럼 내 흡착된 비오틴을 용출시켜 시험관에 수집하였다. 용출된 비오틴은 질소농축기(MG-2200, EYELA, Tokyo Rikakikai Co.)를 이용하여 메탄올을 완전히 제거한 후 3차 증류수 0.5 mL로 비오틴을 재용해하여 HPLC 함량 분석에 사용하였다.
AOAC(2016)의 방법을 변형한 분석은 HPLC(Hitachi 5000 Chromaster, Hitachi Ltd.)를 사용하였다. 분석용 컬럼은 Kinetex Phenyl-Hexyl(150×4.6 mm, 2.6 μm, Phenomenex)을 이용하였다. 비오틴은 UV detector 200 nm에서 검출하였으며, 유속은 0.6 mL/min, 컬럼 온도는 40°C, 주입량은 100 μL의 조건에서 비오틴을 분석하였다. 이동상으로 (A) 0.1% phosphoric acid, (B) 100% acetonitrile, (C) 80% acetonitrile을 사용하였으며, 용매 비율 A:B:C=90:10:0(v/v/v)으로 0분부터 18분 동안 유지한 다음 21분까지 C 용매가 100%가 되도록 한 후 26.5분까지 유지하고 이후 29분에 A:B:C의 비율이 다시 90:10:0(v/v/v)이 되도록 하여 이를 32분까지 유지하는 기울기 용리 방식으로 분석하였다.
비오틴의 표준품을 3차 증류수를 이용하여 9.6 μg/mL 농도로 제조한 것을 표준원액으로 사용하였다. 표준원액을 3차 증류수로 희석하여 0.960 μg/mL의 농도로 만들어 표준용액으로 사용하였다. 표준용액은 0.015, 0.030, 0.060, 0.120, 0.240, 0.480, 0.960 μg/mL 농도가 되도록 희석하였으며, HPLC를 이용하여 분석한 후 표준곡선의 작성에 이용하였다.
비오틴 분석법의 직선성은 표준용액을 농도별로 제조하여 얻은 area 값과 표준용액의 농도로 검량선을 작성하여 상관계수(R2) 값을 통해 확인하였다. 검출한계(LOD)와 정량한계(LOQ)는 크로마토그램의 신호/잡음 비율의 평균값에 각각 3과 10을 곱한 표준편차를 더하여 계산하였다. 또한, 분석품질관리를 위해 인증값이 제시된 표준 참고 물질 SRM 3290을 사용하여 본 실험에서 비오틴 분석법의 정확도(accuracy)를 확인하였다. 또한, 내부 품질관리 시료로 이용되는 시판되는 영아용 분유(Imperial dream XO, Namyang)를 하루에 5회 반복 실험하여 반복성(repeatability)을 평가하고, 5일 동안 각 3회씩 분석하여 재현성(reproducibility)을 확인하여 분석법의 정밀도(precision)를 확인하였다.
비오틴의 내부 분석품질관리(in-house quality control material)를 위한 시료로 시판 조제분유를 10회 이상 추출한 후 분석한 결과로 분석품질관리도표(quality control chart, QC chart)를 작성하였다. 분석된 값을 기준으로 각 성분의 평균값을 확립하고, 평균±2×표준편차 값과 평균±3×표준편차 값을 각각 관리 상・하한선(upper and lower control line, UCL과 LCL)과 조치 상・하한선(upper and lower action line, UAL과 LAL)으로 설정하였다. 또한, 시료 분석 시마다 내부 분석품질관리 물질을 함께 실험하여 결괏값을 분석품질관리도표에 기록하면서 분석품질관리를 실시하였다.
비오틴 표준용액과 미국국립표준연구원(NIST)에서 제공하는 표준인증물질(SRM 3290)을 HPLC로 분석한 크로마토그램은 Fig. 1과 같다. 비오틴 표준용액과 표준인증물질에서 얻은 크로마토그램을 비교하여 두 peak가 동일한 retention time에 검출되었으며, 다른 물질의 간섭 없이 단일 peak가 분리된 것을 확인하였다. 비오틴 함량 분석법의 검량선과 상관계수 값을 이용한 직선성 검증 결과 및 LOD, LOQ는 Table 1과 같다. 검량선 작성 결과, 검량선 식 Y=711,274.8484X-1,649.6552를 얻었고 상관계수(R2)는 0.9998로 높은 직선성을 나타내는 것을 확인하였다. 또한, 본 연구에서 사용한 비오틴 분석법의 LOD와 LOQ 값은 각각 0.009 ng/injection volume(100 μL), 0.028 ng/injection volume(100 μL)으로 나타났다. Park 등(2020)의 연구에서 비오틴의 LOD 값은 0.011 µg/100 g, LOQ 값은 0.028 µg/100 g으로 보고되었다. 따라서 본 연구에서 분석한 LOD와 LOQ 값은 기존에 보고된 값과 유사하였고, 신뢰할 수 있는 검출능력을 나타내는 것으로 확인되었다.
Table 1 . The linearity, LOD, and LOQ of biotin
Component | Calibration curve equation (Y=aX+b)1) | Correlation coefficient (R2) | LOD2) (ng/injection volume (100 μL)) | LOQ3) (ng/injection volume (100 μL)) |
---|---|---|---|---|
Biotin | Y=711,274.8484X-1,649.6552 | 0.9998 | 0.009 | 0.028 |
1)Y and X indicate peak area and concentration, respectively.
2)LOD: limit of detection.
3)LOQ: limit of quantification.
비오틴 분석법의 정확성 검증을 위해 SRM 3290을 분석한 결과는 Table 2에 나타내었다. NIST에서 제시하는 SRM 3290의 인증값은 1.42±0.23 mg/kg이며, 본 연구에서 분석한 값은 1.403±0.019 mg/kg으로 98.835%의 회수율과 1.357%의 상대표준편차를 나타내었다. AOAC 분석법 검증 가이드라인(2002)에서 제시하는 회수율의 수용범위는 1 μg/g 농도에서 75~120%로, 본 연구 결과는 AOAC 가이드라인에서 제시하는 회수율 범위를 충족시키므로 우수한 회수율과 정확성을 확인하였다. 비오틴 분석법의 정밀성을 확인하기 위해 조제분유를 이용하여 반복성과 재현성을 평가하였다. 비오틴 분석에 대한 반복성과 재현성은 각각 0.456%와 1.659%의 상대표준편차를 나타냈다(Table 3). 이 결과는 AOAC 분석법 검증 가이드라인(2002)에서 제시하는 반복성과 재현성의 상대표준편차 8%, 16% 미만(1 μg/g)을 모두 충족하는 결과로 우수한 정밀성을 확인하였다.
Table 2 . Accuracy result of biotin contents for SRM 3290
Sample | Biotin (mg/kg) | RSD3) (%) | Recovery (%) | |
---|---|---|---|---|
Reference value1) | Analysis value2) | |||
SRM 3290 | 1.42±0.234) | 1.403±0.019 | 1.357 | 98.835 |
1)Reference value is the true value provided by NIST.
2)Analysis value is the experimental value obtained by HPLC assay for biotin.
3)Relative standard deviation.
4)All values are expressed as the mean±SD of triplicate determinations.
Table 3 . Precision of biotin contents for commercial infant formula (µg/100 g)
Sample | Precision | |||
---|---|---|---|---|
Repeatability1) | Reproducibility2) | |||
Mean±SD | RSD (%) | Mean±SD | RSD3) (%) | |
Infant formula | 31.878±0.1454) | 0.456 | 31.994±0.531 | 1.659 |
1)Repeatability refers to the results of 5 independent determinations carried out for the same sample on the same day.
2)Reproducibility refers to the results of 5 independent determinations carried out on a sample by analyzing 3 replicates of the sample at each day for 5 days.
3)Relative standard deviation (%).
4)All values are expressed as the mean±SD of triplicate determinations.
비오틴의 분석품질관리는 QC chart를 작성하여 수행하였으며 그 결과는 Fig. 2와 같다. 내부분석품질관리 시료로 시판용 조제분유를 사용하여 비오틴을 10회 이상 반복 분석한 값을 기준으로 관리 상・하한선(UCL・LCL)과 조치 상・하한선(UAL・LAL)을 설정하여 분석품질관리에 활용하였다. QC chart의 UCL은 33.055 µg/100 g, LCL은 30.933 µg/100 g으로 설정하였으며, UAL과 LAL은 각각 33.586 µg/100 g, 30.402 μg/100 g이었다. 본 연구에서 매 시료 분석 시 내부분석품질관리 시료를 함께 분석하였고, 비오틴 분석값은 모두 UAL과 LAL을 초과하지 않았으므로 본 연구에서 이용한 비오틴 분석법은 신뢰할 수 있는 것으로 판단된다.
우리나라에서 소비되는 곡류 가공품 중 쌀 가공품의 비오틴 함량을 분석한 결과는 Table 4와 같다. 쌀 가공품 중에서는 떡뻥이 2.813 µg/100 g으로 가장 높은 비오틴 함량을 나타내었다. 비교적 낮은 비오틴 함량을 나타내는 것은 끓인 누룽지의 육수로 0.177 µg/100 g의 함량으로 나타났다. Gropper 등(2018)에 따르면 비오틴은 열에 안정한 특성이 있으므로 다른 수용성 비타민에 비하여 조리 중 손실이 적다고 알려져 있다. 따라서 누룽지를 끓였을 때 0.960 µg/100 g으로 비오틴의 손실이 크지 않았으며, 누룽지 육수에도 비오틴의 함량이 미량은 존재한 것으로 보인다. 쌀 가공품 중 떡류는 0.196~1.904 µg/100 g의 비오틴 함량 범위를 가지는 것으로 나타났다. 떡은 보통 쌀이나 찹쌀 또는 잡곡 등을 물에 불린 후에 빻아서 찌거나 삶거나 지져서 익힌 음식으로 여러 곡물이 사용된다(Ahn, 2009). Kim 등(2021)의 연구에 따르면 비오틴 함량은 곡물별 함량 차이뿐만 아니라 같은 곡물이라도 품종이나 도정 정도에 따른 함량 차이도 큰 것으로 보고되어 있다. 따라서 떡에 함유된 곡물에 따라 그 함량 차이가 다른 것으로 사료된다. 막걸리는 전분질의 곡물과 누룩, 입국, 효모와 같은 발효제를 이용하여 담근 6~8%의 알코올 도수를 가진 한국의 전통주이다(Lee 등, 2012). 막걸리의 주원료는 멥쌀, 찹쌀, 소맥분 등을 사용하지만 지역에 따라 옥수수, 고구마, 보리, 좁쌀 등 다양한 곡물을 사용해 막걸리를 제조하고 있으며(Song과 Park, 2003), 원료 곡물의 종류에 따라 총 페놀, 플라보노이드 및 비타민 함량, 총산, 알코올 생성량 등의 함량에 영향을 미친다(Sung 등, 2021). 막걸리의 비오틴 함량은 막걸리 A가 가장 높은 함량(1.555 µg/100 g)을 나타내었다. 이는 액체로 되어있는 다른 막걸리들과는 달리 막걸리 A가 떠먹는 형태와 같이 고형분으로 되어있기 때문에 다른 액상 막걸리들에 비해 수분함량이 적고, 곡물의 고형분 함량이 더 많을 것으로 사료되므로 높은 비오틴 함량을 나타내는 것으로 생각된다. 알코올 10% 이상인 막걸리 C(0.535 µg/100 g)와 D(0.582 µg/100 g)에 비해 알코올 10% 미만으로 낮은 알코올 도수를 가진 막걸리 B(0.953 µg/100 g)는 마시는 막걸리 중 높은 비오틴 함량을 나타내었다. 전통주 중 소주와 약주는 모두 0.2 µg/100 g 내외의 비오틴 함량으로 막걸리에 비하여 낮은 비오틴 함량을 나타내었다. 이는 약주와 소주는 막걸리와 같은 방식으로 술을 빚고 발효시킨 후 술덧을 걸러내어 맑게 만든 주류로, 비오틴이 주로 함유된 곡물 고형분이 막걸리에 비해 적게 함유되어 있기 때문으로 사료된다. 쌀 가공품의 비오틴 함량 범위는 0.156~2.813 µg/100 g으로 보건복지부에서 발행한 한국인 영양소섭취기준에 따른 15세 이상 남녀의 비오틴 1일 충분섭취량 30 µg을 충족하기 위해서는 다른 식품군과 함께 섭취해야 할 것으로 생각된다(MOHW와 KNS, 2022).
Table 4 . Biotin contents of rice products consumed in Korea
Food group | Sample | Biotin (µg/100 g) | |
---|---|---|---|
Rice products | Rice cake | Black rice | 1.079±0.000 |
Brown rice | 0.196±0.006 | ||
Black bean | 0.963±0.042 | ||
Sesame | 1.258±0.026 | ||
Chestnut | 0.522±0.001 | ||
0.513±0.000 | |||
Mugwort | 0.743±0.005 | ||
1.014±0.005 | |||
0.433±0.020 | |||
Assorted glutinous rice cake | 1.904±0.108 | ||
Grain | 0.321±0.020 | ||
Shrimp fried rice | 1.567±0.084 | ||
0.980±0.000 | |||
Boiled | 0.960±0.008 | ||
Boiled | 1.279±0.001 | ||
Boiled | 0.177±0.006 | ||
Snack | Puffed rice cake | 2.813±0.027 | |
Puffed Korean rice popper | 0.916±0.001 | ||
0.366±0.028 | |||
0.722±0.003 | |||
Alcoholic drink | 1.555±0.033 | ||
0.953±0.032 | |||
0.535±0.009 | |||
0.582±0.021 | |||
Beer (rice) | 0.545±0.026 | ||
0.156±0.004 | |||
0.210±0.008 | |||
0.170±0.002 |
All results were expressed as the mean±SD of triplicate determination.
곡류 가공품 중 밀 가공품의 비오틴 함량은 Table 5에 나타내었다. 밀 가공품의 비오틴 함량 범위는 0.133~13.876 µg/100 g의 범위로 쌀 가공품에 비해 대체적으로 높은 비오틴 함량을 나타내었다. 가장 높은 비오틴 함량은 조리한 팬케이크 가루(13.876 µg/100 g)였으며, 다음으로 팬케이크 가루(4.703 µg/100 g), 통밀 또띠아(4.658 µg/100 g), 호두과자(4.305 µg/100 g), 또띠아(3.931 µg/100 g), 에그누들(3.886 µg/100 g) 등의 순이었다. 팬케이크 가루의 원재료 중 탈지분유는 농촌진흥청에서 발간한 국가표준식품성분표(RDA, 2021)에 따르면 11.56 µg/100 g의 높은 비오틴 함량을 가지고 있으며, 팬케이크 조리에 사용되는 우유 및 계란은 비오틴의 급원식품으로 알려져 있다(De Clercq, 1997). 따라서 조리한 팬케이크 가루가 가장 높은 비오틴 함량을 나타내는 것으로 사료된다. 또띠아의 원재료는 비오틴의 급원 식품인 우유, 효모 등으로 만들어져 비오틴의 함량이 높으며, 덴마크 기술대학교 국립식품연구소의 데이터베이스(DTU National Food Institute, 2023)에 따르면 통밀가루의 비오틴 함량은 6.70 µg/100 g으로 나타나 있다. 반면 시중에 판매되는 또띠아는 통밀 또띠아와 달리 통밀가루 대신 쇼트닝, 또띠아 전용분 등을 사용하여 가공되므로 비오틴의 함량이 낮게 나타난다고 생각된다. 비오틴이 다량 함유된 것으로 알려진 견과류를 사용하는 호두과자는 호두(18.80 µg/100 g)와 2.5 µg/100 g의 비오틴 함량으로 보고된 팥앙금 페이스트로 인해 높은 비오틴 함량을 가진 것으로 보인다(RDA, 2021). 에그누들 또한 계란을 주원료로 하여 제조한 면으로 계란 난황으로 인해 다른 밀 가공품들에 비하여 높은 비오틴 함량(3.886 µg/100 g)을 나타내었으며, 에그누들을 삶았을 때 1.913 µg/100 g으로 비오틴의 함량이 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 냉면 사리와 중화면 또한 생것에 비해 삶았을 때 비오틴 함량이 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 수용성 비타민은 조리 과정을 거치게 되면서 잔존율이 낮아지므로(Hwang 등, 2014) 에그누들을 삶는 과정에서 비오틴 성분이 조리수로 용출되어 에그누들 생것보다 삶은 에그누들에서 더 낮은 비오틴 함량이 나타난 것으로 사료된다. 본 연구 결과에서 가장 높은 비오틴 함량을 보인 조리한 팬케이크(13.876 µg/100 g)를 약 216 g 섭취 시 비오틴 1일 충분섭취량인 30 µg을 충족시킬 수 있을 것으로 사료된다(MOHW와 KNS, 2022). 밀 가공품에서는 대체로 쌀 가공품에 비해 높은 비오틴 함량을 나타내었다. 이는 주로 쌀을 원료로 사용한 쌀 가공품과 달리 밀 가공품에서는 비오틴 함량이 많은 난황과 우유, 탈지분유 등 다양한 식품이 첨가되어 제조되었기에 쌀 가공품에 비하여 더 높은 비오틴 함량을 나타내는 것으로 생각된다.
Table 5 . Biotin contents of wheat products and other grain products consumed in Korea
Food group | Sample | Biotin (µg/100 g) | |
---|---|---|---|
Wheat products | Bread | Pizza steamed bread | 1.376±0.008 |
Vegetables steamed bread | 1.100±0.133 | ||
Adzuki bean steamed bread | 0.635±0.002 | ||
Baked garlic bread | 0.692±0.000 | ||
Garlic bread | 1.249±0.001 | ||
Cream bread | 2.072±0.033 | ||
Baked bulgogi pizza | 1.196±0.014 | ||
Baked combination pizza | 1.308±0.008 | ||
Wheat donut flour | 0.601±0.001 | ||
Wheat tortilla | 3.931±0.049 | ||
Whole wheat tortilla | 4.658±0.012 | ||
Wheat pancake flour | 4.703±0.023 | ||
Cooked wheat pancake flour | 13.876±0.961 | ||
Noodle | Egg noodle | 3.886±0.002 | |
Boiled egg noodle | 1.913±0.003 | ||
Buckwheat noodle | 0.632±0.001 | ||
Boiled buckwheat noodle | 0.461±0.000 | ||
Chinese noodle | 0.344±0.002 | ||
Boiled Chinese noodle | 0.296±0.006 | ||
Boiled spaghetti noodle | 0.454±0.020 | ||
Snack | 4.305±0.136 | ||
0.864±0.042 | |||
Peanut | 2.054±0.062 | ||
Green laver | 2.105±0.040 | ||
Cracker | 1.520±0.002 | ||
Vanilla wafer | 3.246±0.002 | ||
Crispy puff wheat cereal | 2.044±0.009 | ||
Alcoholic drink | 0.588±0.018 | ||
0.133±0.001 | |||
Other grain products | 1.284±0.006 | ||
0.499±0.001 | |||
Sesame seed | 3.919±0.028 | ||
Buckwheat | 0.207±0.001 |
All results were expressed as the mean±SD of triplicate determination.
쌀과 밀 가공품을 제외한 곡류 가공품에서는 참깨 강정이 3.919 µg/100 g으로 가장 높은 비오틴 함량을 가진 것으로 나타났다. 일본표준식품성분표(MEXT, 2016)에 따르면 건조한 참깨의 비오틴 함량은 10.6 µg/100 g이었으며, 참깨를 이용한 일본 과자인 센베이는 3.2 µg/100 g의 비오틴 함량을 나타내어 본 연구에서 분석한 참깨 강정과 유사한 결과인 것으로 보고되었다.
본 연구에서는 비오틴 분석법에 대한 분석법 검증을 실시하고, 국내의 쌀 가공품, 밀 가공품, 기타 곡류 가공품의 비오틴 함량을 분석하였다. 본 연구에서 사용한 비오틴 분석법의 직선성, 검출한계, 정량한계, 정확성, 정밀성은 모두 AOAC 분석법 검증 가이드라인을 충족하였고, 내부분석품질관리를 통해 비오틴 분석의 신뢰성을 확보하였다. 곡류 가공품의 분석 결과, 쌀 가공품에서는 떡뻥이 2.813 μg/100 g으로 가장 높은 비오틴 함량을 나타내었고 소주가 0.156 µg/100 g으로 가장 낮은 비오틴 함량을 나타내었다. 쌀 가공품 중 떡류의 비오틴 함량은 0.196~1.904 µg/100 g 범위로 나타났으며, 가장 크게 차이 나는 것은 약 10배로 떡에 함유된 곡물에 따라 함량 차이가 큰 것으로 나타났다. 쌀 가공품 중 주류 비오틴 함량은 떠먹는 막걸리, 액상 막걸리, 약주 및 소주 순으로 곡물 고형분의 함량이 많을수록 더 높은 비오틴 함량을 나타내는 것으로 확인되었다. 밀 가공품에서는 팬케이크와 또띠아, 호두과자, 에그누들과 같이 비오틴의 급원 식품인 난황과 우유, 견과류 등을 함유한 식품들의 비오틴 함량이 높은 것으로 나타났고, 곡물만을 주로 이용하는 쌀 가공품에 비해 다양한 재료가 첨가된 밀 가공식품의 비오틴 함량이 대체로 높은 것을 확인하였다. 기타 곡류 가공품에서는 참깨강정이 3.919 μg/100 g으로 가장 높은 비오틴 함량을 나타내었다. 본 연구를 통해 우리나라에서 소비되는 곡류 가공품에 함유된 비오틴의 함량을 알 수 있었으며, 이는 국가표준식품성분표의 데이터베이스 구축에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.
이 성과는 농촌진흥청 연구사업(연구개발과제번호: RS-2023-00229794)과 부산광역시 및 (재) 부산테크노파크의 BB21 플러스 사업에 의하여 지원되었으며, 이에 감사드립니다.
Journal of the Korean Society of Food Science and Nutrition 2024; 53(5): 459-466
Published online May 31, 2024 https://doi.org/10.3746/jkfn.2024.53.5.459
Copyright © The Korean Society of Food Science and Nutrition.
편지예1․유지현1․박은지2․박진주2․최용민2․김영화1
1경성대학교 식품생명공학과
2국립농업과학원 식생활영양과
Jiye Pyeon1 , Jihyeon Yu1, Eunji Park2, Jinju Park2, Youngmin Choi2
, and Younghwa Kim1
1Department of Food Science and Biotechnology, Kyungsung University
2Food and Nutrition Division, National Institute of Agricultural Sciences
Correspondence to:Younghwa Kim, Department of Food Science and Biotechnology, Kyungsung University, 309, Suyeong-ro, Nam-gu, Busan 48434, Korea, E-mail: younghwakim@ks.ac.kr
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.
Recently, the consumption of processed foods has been increasing due to changes in lifestyle. However, little is known about the biotin content of these foods. In this study, the biotin content of 28 kinds of rice products, 29 kinds of wheat products, and 4 kinds of other grain products were investigated. It was observed that puffed rice cake, cooked wheat pancake flour, and sesame gangjung have the highest biotin content in each of the above food groups. Overall, biotin levels in wheat products were higher than those in rice products. The results were confirmed using standard reference materials to verify the reliability and accuracy of the experimental results. The biotin concentrations determined in Standard Reference Material 3290 (dry cat food) showed good agreient with the reference values. The accuracy and precision of the method used for biotin analysis were excellent, with high recoveries and low relative standard deviations. These were acceptable based on the Association of Official Agricultural Chiists guidelines for single laboratory validation of chiical methods. Therefore, the data on the biotin content of grain products consumed in Korea obtained in this study can be considered to be reliable.
Keywords: biotin, grain product, HPLC, method validation, Korean food composition table
최근 인구의 고령화, 1~2인 가구의 증가, 여성의 경제활동 확대, 외식산업의 성장 등 사회경제적 여건 변화로 인해 식품 섭취에 있어서 외식 비중이 급격히 확대되고 있으며, 가정에서도 조리하지 않거나 최소한의 조리를 통해 간편하게 먹을 수 있는 가공식품의 소비가 크게 늘어나고 있는 추세이다(Yun, 2014). 통계청이 발표한 2023년 양곡 소비량 조사 결과에 따르면 2023년 1인당 연간 쌀 소비량은 56.4 kg으로 전년 대비 0.6% 감소하였으며, 매년 꾸준히 감소하고 있는 추세이다. 1인당 쌀 소비량은 줄었지만 각종 가공식품 원재료로 사업체 부문에서 연간 소비하는 쌀의 양은 81만 7,122톤으로 전년 대비 18.2% 증가했다(Statistics Korea, 2023). 곡물을 이용하여 생산되는 빵, 떡, 면, 시리얼 등이 곡물 가공식품에 해당한다. 이전에는 간식으로 여겨졌던 곡물 가공품들은 현대의 생활 방식에 따라 주식을 대체할 수 있는 간편 제품으로 변화하게 되었다(Lee 등, 2000). 국민영양통계에 따르면 2020년 우리나라 국민이 가장 많이 소비한 식품은 멥쌀이며, 그 외 곡물을 주원료로 하여 가공한 라면, 빵, 국수 및 막걸리 등이 다소비 식품으로 나타났다. 또한 식품군별 섭취량을 보았을 때 나이와 성별에 관계없이 곡류 및 곡류제품이 가장 많은 섭취량을 나타내는 것으로 보고되어 있다(KHIDI, 2020). 우리나라 국민이 가장 많이 소비하는 쌀은 전통적으로 주식으로 이용되어 왔고 주로 밥으로 소비된다. 특히 주식용 밥은 쌀을 이용한 가공 산업에 큰 부분을 차지하고 있으며, 다양한 종류의 밥류가 생산 및 판매되고 있다(Jeong 등, 2011). 쌀은 크게 배아를 포함한 겨층과 배유로 구성되어 있으며, 외곽 층으로 갈수록 비타민 B군과 토코페롤, 단백질, 식이섬유, 회분, 지방 등이 많아지는 반면, 중심부에 가까워질수록 전분 함량이 높다(Jung, 2019). 쌀의 일반 영양성분은 쌀의 품종, 재배 지역 등에 따라 다소 차이는 있으나 백미의 경우 가식부의 대부분이 전분으로 약 75~80% 정도를 차지하고 있고, 단백질이 6~8%, 지방, 섬유질, 회분이 각각 1~3% 정도 함유되어 있으며 무기질은 인과 칼륨, 칼슘, 마그네슘, 나트륨, 철분이 함유되어 있다. 또한, 쌀에는 비타민 B1, B2 등 비타민 B 복합체가 풍부하게 함유되어 있다(Son, 2001). 밀은 쌀 다음으로 소비가 많은 작물로 빵, 국수, 라면, 케이크, 크래커 등의 원료로 이용되어 국민 1인당 연간 소비량이 약 30 kg에 달한다(Choe와 Youn, 2005). 잡곡은 멥쌀 및 찹쌀을 제외한 곡류로 보리, 귀리, 율무, 조, 수수 및 흑미 등이 이에 속하며, 쌀에 비해 비타민, 미네랄 및 식이섬유 등이 다량 함유되어 있을 뿐만 아니라 식물성 섬유질을 포함한 효소, 탄수화물 및 단백질과 같은 영양소와 기능성 성분을 함유한 것으로 보고되어 있다(Fresco, 2005; Kim과 Lee, 2006). 곡물에는 단백질, 탄수화물 및 기타 지방, 인지질, 비타민, 미네랄 및 기타 영양소 등 수많은 영양소가 포함되어 있으며, 좋은 에너지원으로 간주된다(Biel 등, 2020). 또한, Song 등(2018)의 연구에 따르면 곡물의 섬유질은 특정 유형의 암 및 관상 동맥 심장 질환의 위험을 줄이는 것으로 보고되어 있다.
비오틴은 황을 함유한 수용성 비타민으로 생체 내 대사과정 중 카르복실기를 제공하는 카르복실화 효소 및 탈탄산 효소의 조효소로 작용하며 아미노산으로부터 에너지 생성 및 DNA 합성에 중요한 역할을 하는 것으로 알려져 있다(Wood와 Barden, 1977). 비오틴은 다양한 식품에 함유되어 있고 인체 장내세균에 의해 합성이 이루어지며, 체내 비오틴 회로를 통해 재사용될 수 있기 때문에 단순 결핍 증상은 거의 나타나지 않는다고 보고되어 있다(Pacheco-Alvarez 등, 2002). 그러나 항생제를 장기간 복용할 경우에는 장내세균의 생육이 저해되므로 피로감과 안면창백증, 피부염, 근육마비 등의 비오틴 결핍증세가 나타날 수 있는 것으로 나타났다(Lee 등, 1998). 비오틴은 한국인을 대상으로 한 연구 자료가 부족하여 미국, 캐나다의 충분섭취량 설정 방법을 토대로 모유 영양아의 자료로부터 충분섭취량을 추정하여 제시하고 있다(Shin 등, 2016). 2020년 한국인의 1일 비오틴 섭취기준으로 0~5개월 영아는 모유 중 비오틴의 양에 근거하여 5 µg이며, 6~11개월의 영아 및 1~2세 유아, 3~5세의 어린이는 0~5개월 영아의 충분섭취량에 각 연령의 체중으로 보정하여 각각 7, 9, 12 µg으로 설정하고 있다(MOHW와 KNS, 2022). 대부분의 식품에 미량으로 존재하는 비오틴의 주요 급원 식품은 두류, 난황, 견과류, 버섯 등이 있다(McMahon, 2002).
오늘날 곡류 및 곡물 가공식품은 주식 또는 주식을 대체하는 식품으로 각광받고 있으며, 이에 함유된 영양성분에 관한 관심도 높아지고 있다. Kwon 등(2020)은 우리나라에서 주로 소비하는 식품 51종에 관한 비오틴 함량 연구를 하였으며, Boo 등(2021)의 연구에서는 음료류 13종과 제과류 13종에 존재하는 비오틴의 함량을 분석하였다. 뿐만 아니라 Shin 등(2021)의 연구에서 면류와 빵, 과자류의 비오틴 함량 분석을 하였다. 이처럼 밀을 이용한 식품이나 제과의 비오틴 함량 연구는 보고되어 있으나, 우리나라에서 주로 소비하는 곡류와 그 제품에 대한 비오틴 함량 정보는 부족한 실정이다. 따라서 우리나라의 식생활에 중요한 부분을 차지하는 곡류 및 곡류 가공식품의 비오틴 함량 정보가 필요한 것으로 생각된다. 본 연구에서는 신뢰할 만한 비오틴 분석법을 확립하여 국내 곡류 가공식품에 함유된 비오틴의 함량을 연구하고자 하였다.
본 연구에서 사용한 시료는 농촌진흥청으로부터 제공받았으며, -20°C에서 냉동 보관하여 분석에 사용하였다. 비오틴 분석에 사용된 표준품은 Sigma-Aldrich 사에서 구입하였다. High performance liquid chromatography(HPLC) 분석의 이동상
본 연구에서 사용한 비오틴 분석 방법으로는 AOAC(2016)의 방법을 변형하여 이용하였다. 비오틴의 추출용매는 0.15 M sodium phosphate buffer(pH 7.0)를 제조하여 추출에 이용하였고, 이동상으로 0.1% phosphoric acid와 acetonitrile을 사용하여 분석하였다. 시료 약 1 g을 칭량한 후 25 mL-volumetric flask에 추출 용매 25 mL를 가하고, autoclave(Daihan Labtech)를 이용하여 121°C에서 25분간 비오틴을 추출한 뒤 냉각하였다. 냉각한 추출액에 25 mL-volumetric flask를 이용하여 다시 추출 용매 25 mL를 가한 후 원심분리 하여 Whatman No. 2 filter paper(GE Health-care)를 이용하여 여과한 후 분석에 사용하였다.
추출액의 비오틴을 농축하기 위하여 냉장 보관된 immunoaffinity column(Easi-Extract biotin, R-Biopharm)을 실온에 30분간 방치하여 방랭시킨 뒤 컬럼 내부의 완충용액을 완전히 제거하였다. 용액 제거 후 pH 7.4의 phosphate buffer saline(PBS) 5 mL를 주입하여 conditioning 한 후 시료 추출액 10 mL를 loading 하여 비오틴 성분을 컬럼에 흡착되도록 하였다. 이후 컬럼 내 불순물 제거를 위해 PBS 및 3차 증류수를 흘려주어 컬럼 내부를 세척하였다. 그 후 메탄올 4 mL를 가하여 컬럼 내 흡착된 비오틴을 용출시켜 시험관에 수집하였다. 용출된 비오틴은 질소농축기(MG-2200, EYELA, Tokyo Rikakikai Co.)를 이용하여 메탄올을 완전히 제거한 후 3차 증류수 0.5 mL로 비오틴을 재용해하여 HPLC 함량 분석에 사용하였다.
AOAC(2016)의 방법을 변형한 분석은 HPLC(Hitachi 5000 Chromaster, Hitachi Ltd.)를 사용하였다. 분석용 컬럼은 Kinetex Phenyl-Hexyl(150×4.6 mm, 2.6 μm, Phenomenex)을 이용하였다. 비오틴은 UV detector 200 nm에서 검출하였으며, 유속은 0.6 mL/min, 컬럼 온도는 40°C, 주입량은 100 μL의 조건에서 비오틴을 분석하였다. 이동상으로 (A) 0.1% phosphoric acid, (B) 100% acetonitrile, (C) 80% acetonitrile을 사용하였으며, 용매 비율 A:B:C=90:10:0(v/v/v)으로 0분부터 18분 동안 유지한 다음 21분까지 C 용매가 100%가 되도록 한 후 26.5분까지 유지하고 이후 29분에 A:B:C의 비율이 다시 90:10:0(v/v/v)이 되도록 하여 이를 32분까지 유지하는 기울기 용리 방식으로 분석하였다.
비오틴의 표준품을 3차 증류수를 이용하여 9.6 μg/mL 농도로 제조한 것을 표준원액으로 사용하였다. 표준원액을 3차 증류수로 희석하여 0.960 μg/mL의 농도로 만들어 표준용액으로 사용하였다. 표준용액은 0.015, 0.030, 0.060, 0.120, 0.240, 0.480, 0.960 μg/mL 농도가 되도록 희석하였으며, HPLC를 이용하여 분석한 후 표준곡선의 작성에 이용하였다.
비오틴 분석법의 직선성은 표준용액을 농도별로 제조하여 얻은 area 값과 표준용액의 농도로 검량선을 작성하여 상관계수(R2) 값을 통해 확인하였다. 검출한계(LOD)와 정량한계(LOQ)는 크로마토그램의 신호/잡음 비율의 평균값에 각각 3과 10을 곱한 표준편차를 더하여 계산하였다. 또한, 분석품질관리를 위해 인증값이 제시된 표준 참고 물질 SRM 3290을 사용하여 본 실험에서 비오틴 분석법의 정확도(accuracy)를 확인하였다. 또한, 내부 품질관리 시료로 이용되는 시판되는 영아용 분유(Imperial dream XO, Namyang)를 하루에 5회 반복 실험하여 반복성(repeatability)을 평가하고, 5일 동안 각 3회씩 분석하여 재현성(reproducibility)을 확인하여 분석법의 정밀도(precision)를 확인하였다.
비오틴의 내부 분석품질관리(in-house quality control material)를 위한 시료로 시판 조제분유를 10회 이상 추출한 후 분석한 결과로 분석품질관리도표(quality control chart, QC chart)를 작성하였다. 분석된 값을 기준으로 각 성분의 평균값을 확립하고, 평균±2×표준편차 값과 평균±3×표준편차 값을 각각 관리 상・하한선(upper and lower control line, UCL과 LCL)과 조치 상・하한선(upper and lower action line, UAL과 LAL)으로 설정하였다. 또한, 시료 분석 시마다 내부 분석품질관리 물질을 함께 실험하여 결괏값을 분석품질관리도표에 기록하면서 분석품질관리를 실시하였다.
비오틴 표준용액과 미국국립표준연구원(NIST)에서 제공하는 표준인증물질(SRM 3290)을 HPLC로 분석한 크로마토그램은 Fig. 1과 같다. 비오틴 표준용액과 표준인증물질에서 얻은 크로마토그램을 비교하여 두 peak가 동일한 retention time에 검출되었으며, 다른 물질의 간섭 없이 단일 peak가 분리된 것을 확인하였다. 비오틴 함량 분석법의 검량선과 상관계수 값을 이용한 직선성 검증 결과 및 LOD, LOQ는 Table 1과 같다. 검량선 작성 결과, 검량선 식 Y=711,274.8484X-1,649.6552를 얻었고 상관계수(R2)는 0.9998로 높은 직선성을 나타내는 것을 확인하였다. 또한, 본 연구에서 사용한 비오틴 분석법의 LOD와 LOQ 값은 각각 0.009 ng/injection volume(100 μL), 0.028 ng/injection volume(100 μL)으로 나타났다. Park 등(2020)의 연구에서 비오틴의 LOD 값은 0.011 µg/100 g, LOQ 값은 0.028 µg/100 g으로 보고되었다. 따라서 본 연구에서 분석한 LOD와 LOQ 값은 기존에 보고된 값과 유사하였고, 신뢰할 수 있는 검출능력을 나타내는 것으로 확인되었다.
Table 1 . The linearity, LOD, and LOQ of biotin.
Component | Calibration curve equation (Y=aX+b)1) | Correlation coefficient (R2) | LOD2) (ng/injection volume (100 μL)) | LOQ3) (ng/injection volume (100 μL)) |
---|---|---|---|---|
Biotin | Y=711,274.8484X-1,649.6552 | 0.9998 | 0.009 | 0.028 |
1)Y and X indicate peak area and concentration, respectively..
2)LOD: limit of detection..
3)LOQ: limit of quantification..
비오틴 분석법의 정확성 검증을 위해 SRM 3290을 분석한 결과는 Table 2에 나타내었다. NIST에서 제시하는 SRM 3290의 인증값은 1.42±0.23 mg/kg이며, 본 연구에서 분석한 값은 1.403±0.019 mg/kg으로 98.835%의 회수율과 1.357%의 상대표준편차를 나타내었다. AOAC 분석법 검증 가이드라인(2002)에서 제시하는 회수율의 수용범위는 1 μg/g 농도에서 75~120%로, 본 연구 결과는 AOAC 가이드라인에서 제시하는 회수율 범위를 충족시키므로 우수한 회수율과 정확성을 확인하였다. 비오틴 분석법의 정밀성을 확인하기 위해 조제분유를 이용하여 반복성과 재현성을 평가하였다. 비오틴 분석에 대한 반복성과 재현성은 각각 0.456%와 1.659%의 상대표준편차를 나타냈다(Table 3). 이 결과는 AOAC 분석법 검증 가이드라인(2002)에서 제시하는 반복성과 재현성의 상대표준편차 8%, 16% 미만(1 μg/g)을 모두 충족하는 결과로 우수한 정밀성을 확인하였다.
Table 2 . Accuracy result of biotin contents for SRM 3290.
Sample | Biotin (mg/kg) | RSD3) (%) | Recovery (%) | |
---|---|---|---|---|
Reference value1) | Analysis value2) | |||
SRM 3290 | 1.42±0.234) | 1.403±0.019 | 1.357 | 98.835 |
1)Reference value is the true value provided by NIST..
2)Analysis value is the experimental value obtained by HPLC assay for biotin..
3)Relative standard deviation..
4)All values are expressed as the mean±SD of triplicate determinations..
Table 3 . Precision of biotin contents for commercial infant formula (µg/100 g).
Sample | Precision | |||
---|---|---|---|---|
Repeatability1) | Reproducibility2) | |||
Mean±SD | RSD (%) | Mean±SD | RSD3) (%) | |
Infant formula | 31.878±0.1454) | 0.456 | 31.994±0.531 | 1.659 |
1)Repeatability refers to the results of 5 independent determinations carried out for the same sample on the same day..
2)Reproducibility refers to the results of 5 independent determinations carried out on a sample by analyzing 3 replicates of the sample at each day for 5 days..
3)Relative standard deviation (%)..
4)All values are expressed as the mean±SD of triplicate determinations..
비오틴의 분석품질관리는 QC chart를 작성하여 수행하였으며 그 결과는 Fig. 2와 같다. 내부분석품질관리 시료로 시판용 조제분유를 사용하여 비오틴을 10회 이상 반복 분석한 값을 기준으로 관리 상・하한선(UCL・LCL)과 조치 상・하한선(UAL・LAL)을 설정하여 분석품질관리에 활용하였다. QC chart의 UCL은 33.055 µg/100 g, LCL은 30.933 µg/100 g으로 설정하였으며, UAL과 LAL은 각각 33.586 µg/100 g, 30.402 μg/100 g이었다. 본 연구에서 매 시료 분석 시 내부분석품질관리 시료를 함께 분석하였고, 비오틴 분석값은 모두 UAL과 LAL을 초과하지 않았으므로 본 연구에서 이용한 비오틴 분석법은 신뢰할 수 있는 것으로 판단된다.
우리나라에서 소비되는 곡류 가공품 중 쌀 가공품의 비오틴 함량을 분석한 결과는 Table 4와 같다. 쌀 가공품 중에서는 떡뻥이 2.813 µg/100 g으로 가장 높은 비오틴 함량을 나타내었다. 비교적 낮은 비오틴 함량을 나타내는 것은 끓인 누룽지의 육수로 0.177 µg/100 g의 함량으로 나타났다. Gropper 등(2018)에 따르면 비오틴은 열에 안정한 특성이 있으므로 다른 수용성 비타민에 비하여 조리 중 손실이 적다고 알려져 있다. 따라서 누룽지를 끓였을 때 0.960 µg/100 g으로 비오틴의 손실이 크지 않았으며, 누룽지 육수에도 비오틴의 함량이 미량은 존재한 것으로 보인다. 쌀 가공품 중 떡류는 0.196~1.904 µg/100 g의 비오틴 함량 범위를 가지는 것으로 나타났다. 떡은 보통 쌀이나 찹쌀 또는 잡곡 등을 물에 불린 후에 빻아서 찌거나 삶거나 지져서 익힌 음식으로 여러 곡물이 사용된다(Ahn, 2009). Kim 등(2021)의 연구에 따르면 비오틴 함량은 곡물별 함량 차이뿐만 아니라 같은 곡물이라도 품종이나 도정 정도에 따른 함량 차이도 큰 것으로 보고되어 있다. 따라서 떡에 함유된 곡물에 따라 그 함량 차이가 다른 것으로 사료된다. 막걸리는 전분질의 곡물과 누룩, 입국, 효모와 같은 발효제를 이용하여 담근 6~8%의 알코올 도수를 가진 한국의 전통주이다(Lee 등, 2012). 막걸리의 주원료는 멥쌀, 찹쌀, 소맥분 등을 사용하지만 지역에 따라 옥수수, 고구마, 보리, 좁쌀 등 다양한 곡물을 사용해 막걸리를 제조하고 있으며(Song과 Park, 2003), 원료 곡물의 종류에 따라 총 페놀, 플라보노이드 및 비타민 함량, 총산, 알코올 생성량 등의 함량에 영향을 미친다(Sung 등, 2021). 막걸리의 비오틴 함량은 막걸리 A가 가장 높은 함량(1.555 µg/100 g)을 나타내었다. 이는 액체로 되어있는 다른 막걸리들과는 달리 막걸리 A가 떠먹는 형태와 같이 고형분으로 되어있기 때문에 다른 액상 막걸리들에 비해 수분함량이 적고, 곡물의 고형분 함량이 더 많을 것으로 사료되므로 높은 비오틴 함량을 나타내는 것으로 생각된다. 알코올 10% 이상인 막걸리 C(0.535 µg/100 g)와 D(0.582 µg/100 g)에 비해 알코올 10% 미만으로 낮은 알코올 도수를 가진 막걸리 B(0.953 µg/100 g)는 마시는 막걸리 중 높은 비오틴 함량을 나타내었다. 전통주 중 소주와 약주는 모두 0.2 µg/100 g 내외의 비오틴 함량으로 막걸리에 비하여 낮은 비오틴 함량을 나타내었다. 이는 약주와 소주는 막걸리와 같은 방식으로 술을 빚고 발효시킨 후 술덧을 걸러내어 맑게 만든 주류로, 비오틴이 주로 함유된 곡물 고형분이 막걸리에 비해 적게 함유되어 있기 때문으로 사료된다. 쌀 가공품의 비오틴 함량 범위는 0.156~2.813 µg/100 g으로 보건복지부에서 발행한 한국인 영양소섭취기준에 따른 15세 이상 남녀의 비오틴 1일 충분섭취량 30 µg을 충족하기 위해서는 다른 식품군과 함께 섭취해야 할 것으로 생각된다(MOHW와 KNS, 2022).
Table 4 . Biotin contents of rice products consumed in Korea.
Food group | Sample | Biotin (µg/100 g) | |
---|---|---|---|
Rice products | Rice cake | Black rice | 1.079±0.000 |
Brown rice | 0.196±0.006 | ||
Black bean | 0.963±0.042 | ||
Sesame | 1.258±0.026 | ||
Chestnut | 0.522±0.001 | ||
0.513±0.000 | |||
Mugwort | 0.743±0.005 | ||
1.014±0.005 | |||
0.433±0.020 | |||
Assorted glutinous rice cake | 1.904±0.108 | ||
Grain | 0.321±0.020 | ||
Shrimp fried rice | 1.567±0.084 | ||
0.980±0.000 | |||
Boiled | 0.960±0.008 | ||
Boiled | 1.279±0.001 | ||
Boiled | 0.177±0.006 | ||
Snack | Puffed rice cake | 2.813±0.027 | |
Puffed Korean rice popper | 0.916±0.001 | ||
0.366±0.028 | |||
0.722±0.003 | |||
Alcoholic drink | 1.555±0.033 | ||
0.953±0.032 | |||
0.535±0.009 | |||
0.582±0.021 | |||
Beer (rice) | 0.545±0.026 | ||
0.156±0.004 | |||
0.210±0.008 | |||
0.170±0.002 |
All results were expressed as the mean±SD of triplicate determination..
곡류 가공품 중 밀 가공품의 비오틴 함량은 Table 5에 나타내었다. 밀 가공품의 비오틴 함량 범위는 0.133~13.876 µg/100 g의 범위로 쌀 가공품에 비해 대체적으로 높은 비오틴 함량을 나타내었다. 가장 높은 비오틴 함량은 조리한 팬케이크 가루(13.876 µg/100 g)였으며, 다음으로 팬케이크 가루(4.703 µg/100 g), 통밀 또띠아(4.658 µg/100 g), 호두과자(4.305 µg/100 g), 또띠아(3.931 µg/100 g), 에그누들(3.886 µg/100 g) 등의 순이었다. 팬케이크 가루의 원재료 중 탈지분유는 농촌진흥청에서 발간한 국가표준식품성분표(RDA, 2021)에 따르면 11.56 µg/100 g의 높은 비오틴 함량을 가지고 있으며, 팬케이크 조리에 사용되는 우유 및 계란은 비오틴의 급원식품으로 알려져 있다(De Clercq, 1997). 따라서 조리한 팬케이크 가루가 가장 높은 비오틴 함량을 나타내는 것으로 사료된다. 또띠아의 원재료는 비오틴의 급원 식품인 우유, 효모 등으로 만들어져 비오틴의 함량이 높으며, 덴마크 기술대학교 국립식품연구소의 데이터베이스(DTU National Food Institute, 2023)에 따르면 통밀가루의 비오틴 함량은 6.70 µg/100 g으로 나타나 있다. 반면 시중에 판매되는 또띠아는 통밀 또띠아와 달리 통밀가루 대신 쇼트닝, 또띠아 전용분 등을 사용하여 가공되므로 비오틴의 함량이 낮게 나타난다고 생각된다. 비오틴이 다량 함유된 것으로 알려진 견과류를 사용하는 호두과자는 호두(18.80 µg/100 g)와 2.5 µg/100 g의 비오틴 함량으로 보고된 팥앙금 페이스트로 인해 높은 비오틴 함량을 가진 것으로 보인다(RDA, 2021). 에그누들 또한 계란을 주원료로 하여 제조한 면으로 계란 난황으로 인해 다른 밀 가공품들에 비하여 높은 비오틴 함량(3.886 µg/100 g)을 나타내었으며, 에그누들을 삶았을 때 1.913 µg/100 g으로 비오틴의 함량이 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 냉면 사리와 중화면 또한 생것에 비해 삶았을 때 비오틴 함량이 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 수용성 비타민은 조리 과정을 거치게 되면서 잔존율이 낮아지므로(Hwang 등, 2014) 에그누들을 삶는 과정에서 비오틴 성분이 조리수로 용출되어 에그누들 생것보다 삶은 에그누들에서 더 낮은 비오틴 함량이 나타난 것으로 사료된다. 본 연구 결과에서 가장 높은 비오틴 함량을 보인 조리한 팬케이크(13.876 µg/100 g)를 약 216 g 섭취 시 비오틴 1일 충분섭취량인 30 µg을 충족시킬 수 있을 것으로 사료된다(MOHW와 KNS, 2022). 밀 가공품에서는 대체로 쌀 가공품에 비해 높은 비오틴 함량을 나타내었다. 이는 주로 쌀을 원료로 사용한 쌀 가공품과 달리 밀 가공품에서는 비오틴 함량이 많은 난황과 우유, 탈지분유 등 다양한 식품이 첨가되어 제조되었기에 쌀 가공품에 비하여 더 높은 비오틴 함량을 나타내는 것으로 생각된다.
Table 5 . Biotin contents of wheat products and other grain products consumed in Korea.
Food group | Sample | Biotin (µg/100 g) | |
---|---|---|---|
Wheat products | Bread | Pizza steamed bread | 1.376±0.008 |
Vegetables steamed bread | 1.100±0.133 | ||
Adzuki bean steamed bread | 0.635±0.002 | ||
Baked garlic bread | 0.692±0.000 | ||
Garlic bread | 1.249±0.001 | ||
Cream bread | 2.072±0.033 | ||
Baked bulgogi pizza | 1.196±0.014 | ||
Baked combination pizza | 1.308±0.008 | ||
Wheat donut flour | 0.601±0.001 | ||
Wheat tortilla | 3.931±0.049 | ||
Whole wheat tortilla | 4.658±0.012 | ||
Wheat pancake flour | 4.703±0.023 | ||
Cooked wheat pancake flour | 13.876±0.961 | ||
Noodle | Egg noodle | 3.886±0.002 | |
Boiled egg noodle | 1.913±0.003 | ||
Buckwheat noodle | 0.632±0.001 | ||
Boiled buckwheat noodle | 0.461±0.000 | ||
Chinese noodle | 0.344±0.002 | ||
Boiled Chinese noodle | 0.296±0.006 | ||
Boiled spaghetti noodle | 0.454±0.020 | ||
Snack | 4.305±0.136 | ||
0.864±0.042 | |||
Peanut | 2.054±0.062 | ||
Green laver | 2.105±0.040 | ||
Cracker | 1.520±0.002 | ||
Vanilla wafer | 3.246±0.002 | ||
Crispy puff wheat cereal | 2.044±0.009 | ||
Alcoholic drink | 0.588±0.018 | ||
0.133±0.001 | |||
Other grain products | 1.284±0.006 | ||
0.499±0.001 | |||
Sesame seed | 3.919±0.028 | ||
Buckwheat | 0.207±0.001 |
All results were expressed as the mean±SD of triplicate determination..
쌀과 밀 가공품을 제외한 곡류 가공품에서는 참깨 강정이 3.919 µg/100 g으로 가장 높은 비오틴 함량을 가진 것으로 나타났다. 일본표준식품성분표(MEXT, 2016)에 따르면 건조한 참깨의 비오틴 함량은 10.6 µg/100 g이었으며, 참깨를 이용한 일본 과자인 센베이는 3.2 µg/100 g의 비오틴 함량을 나타내어 본 연구에서 분석한 참깨 강정과 유사한 결과인 것으로 보고되었다.
본 연구에서는 비오틴 분석법에 대한 분석법 검증을 실시하고, 국내의 쌀 가공품, 밀 가공품, 기타 곡류 가공품의 비오틴 함량을 분석하였다. 본 연구에서 사용한 비오틴 분석법의 직선성, 검출한계, 정량한계, 정확성, 정밀성은 모두 AOAC 분석법 검증 가이드라인을 충족하였고, 내부분석품질관리를 통해 비오틴 분석의 신뢰성을 확보하였다. 곡류 가공품의 분석 결과, 쌀 가공품에서는 떡뻥이 2.813 μg/100 g으로 가장 높은 비오틴 함량을 나타내었고 소주가 0.156 µg/100 g으로 가장 낮은 비오틴 함량을 나타내었다. 쌀 가공품 중 떡류의 비오틴 함량은 0.196~1.904 µg/100 g 범위로 나타났으며, 가장 크게 차이 나는 것은 약 10배로 떡에 함유된 곡물에 따라 함량 차이가 큰 것으로 나타났다. 쌀 가공품 중 주류 비오틴 함량은 떠먹는 막걸리, 액상 막걸리, 약주 및 소주 순으로 곡물 고형분의 함량이 많을수록 더 높은 비오틴 함량을 나타내는 것으로 확인되었다. 밀 가공품에서는 팬케이크와 또띠아, 호두과자, 에그누들과 같이 비오틴의 급원 식품인 난황과 우유, 견과류 등을 함유한 식품들의 비오틴 함량이 높은 것으로 나타났고, 곡물만을 주로 이용하는 쌀 가공품에 비해 다양한 재료가 첨가된 밀 가공식품의 비오틴 함량이 대체로 높은 것을 확인하였다. 기타 곡류 가공품에서는 참깨강정이 3.919 μg/100 g으로 가장 높은 비오틴 함량을 나타내었다. 본 연구를 통해 우리나라에서 소비되는 곡류 가공품에 함유된 비오틴의 함량을 알 수 있었으며, 이는 국가표준식품성분표의 데이터베이스 구축에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.
이 성과는 농촌진흥청 연구사업(연구개발과제번호: RS-2023-00229794)과 부산광역시 및 (재) 부산테크노파크의 BB21 플러스 사업에 의하여 지원되었으며, 이에 감사드립니다.
Table 1 . The linearity, LOD, and LOQ of biotin.
Component | Calibration curve equation (Y=aX+b)1) | Correlation coefficient (R2) | LOD2) (ng/injection volume (100 μL)) | LOQ3) (ng/injection volume (100 μL)) |
---|---|---|---|---|
Biotin | Y=711,274.8484X-1,649.6552 | 0.9998 | 0.009 | 0.028 |
1)Y and X indicate peak area and concentration, respectively..
2)LOD: limit of detection..
3)LOQ: limit of quantification..
Table 2 . Accuracy result of biotin contents for SRM 3290.
Sample | Biotin (mg/kg) | RSD3) (%) | Recovery (%) | |
---|---|---|---|---|
Reference value1) | Analysis value2) | |||
SRM 3290 | 1.42±0.234) | 1.403±0.019 | 1.357 | 98.835 |
1)Reference value is the true value provided by NIST..
2)Analysis value is the experimental value obtained by HPLC assay for biotin..
3)Relative standard deviation..
4)All values are expressed as the mean±SD of triplicate determinations..
Table 3 . Precision of biotin contents for commercial infant formula (µg/100 g).
Sample | Precision | |||
---|---|---|---|---|
Repeatability1) | Reproducibility2) | |||
Mean±SD | RSD (%) | Mean±SD | RSD3) (%) | |
Infant formula | 31.878±0.1454) | 0.456 | 31.994±0.531 | 1.659 |
1)Repeatability refers to the results of 5 independent determinations carried out for the same sample on the same day..
2)Reproducibility refers to the results of 5 independent determinations carried out on a sample by analyzing 3 replicates of the sample at each day for 5 days..
3)Relative standard deviation (%)..
4)All values are expressed as the mean±SD of triplicate determinations..
Table 4 . Biotin contents of rice products consumed in Korea.
Food group | Sample | Biotin (µg/100 g) | |
---|---|---|---|
Rice products | Rice cake | Black rice | 1.079±0.000 |
Brown rice | 0.196±0.006 | ||
Black bean | 0.963±0.042 | ||
Sesame | 1.258±0.026 | ||
Chestnut | 0.522±0.001 | ||
0.513±0.000 | |||
Mugwort | 0.743±0.005 | ||
1.014±0.005 | |||
0.433±0.020 | |||
Assorted glutinous rice cake | 1.904±0.108 | ||
Grain | 0.321±0.020 | ||
Shrimp fried rice | 1.567±0.084 | ||
0.980±0.000 | |||
Boiled | 0.960±0.008 | ||
Boiled | 1.279±0.001 | ||
Boiled | 0.177±0.006 | ||
Snack | Puffed rice cake | 2.813±0.027 | |
Puffed Korean rice popper | 0.916±0.001 | ||
0.366±0.028 | |||
0.722±0.003 | |||
Alcoholic drink | 1.555±0.033 | ||
0.953±0.032 | |||
0.535±0.009 | |||
0.582±0.021 | |||
Beer (rice) | 0.545±0.026 | ||
0.156±0.004 | |||
0.210±0.008 | |||
0.170±0.002 |
All results were expressed as the mean±SD of triplicate determination..
Table 5 . Biotin contents of wheat products and other grain products consumed in Korea.
Food group | Sample | Biotin (µg/100 g) | |
---|---|---|---|
Wheat products | Bread | Pizza steamed bread | 1.376±0.008 |
Vegetables steamed bread | 1.100±0.133 | ||
Adzuki bean steamed bread | 0.635±0.002 | ||
Baked garlic bread | 0.692±0.000 | ||
Garlic bread | 1.249±0.001 | ||
Cream bread | 2.072±0.033 | ||
Baked bulgogi pizza | 1.196±0.014 | ||
Baked combination pizza | 1.308±0.008 | ||
Wheat donut flour | 0.601±0.001 | ||
Wheat tortilla | 3.931±0.049 | ||
Whole wheat tortilla | 4.658±0.012 | ||
Wheat pancake flour | 4.703±0.023 | ||
Cooked wheat pancake flour | 13.876±0.961 | ||
Noodle | Egg noodle | 3.886±0.002 | |
Boiled egg noodle | 1.913±0.003 | ||
Buckwheat noodle | 0.632±0.001 | ||
Boiled buckwheat noodle | 0.461±0.000 | ||
Chinese noodle | 0.344±0.002 | ||
Boiled Chinese noodle | 0.296±0.006 | ||
Boiled spaghetti noodle | 0.454±0.020 | ||
Snack | 4.305±0.136 | ||
0.864±0.042 | |||
Peanut | 2.054±0.062 | ||
Green laver | 2.105±0.040 | ||
Cracker | 1.520±0.002 | ||
Vanilla wafer | 3.246±0.002 | ||
Crispy puff wheat cereal | 2.044±0.009 | ||
Alcoholic drink | 0.588±0.018 | ||
0.133±0.001 | |||
Other grain products | 1.284±0.006 | ||
0.499±0.001 | |||
Sesame seed | 3.919±0.028 | ||
Buckwheat | 0.207±0.001 |
All results were expressed as the mean±SD of triplicate determination..
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