Ex) Article Title, Author, Keywords
Online ISSN 2288-5978
Ex) Article Title, Author, Keywords
Journal of the Korean Society of Food Science and Nutrition 2023; 52(8): 830-835
Published online August 31, 2023 https://doi.org/10.3746/jkfn.2023.52.8.830
Copyright © The Korean Society of Food Science and Nutrition.
Doseung Lee , Hyun-Jeong Oh
, Mi-Kyung Kim, and Chan-Ok Ko
Institute of Health and Environment, Jeju Special Self-Governing Province
Correspondence to:Hyun Jeong Oh, Department of Food Analysis Division, Institute of Health and Environment, Jeju Special Self-Governing Province, 41, Samdong-gil, Jeju-si, Jeju 63142, Korea, E-mail: hyunohj@gmail.com
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.
Bisphenol A (BPA) is a major monomer used in various industries, primarily in production of polycarbonate plastics for food contact materials and epoxy resins for interior food can coatings. However, BPA is known to be an endocrine-disrupting chemical that can have harmful effects on human health. Therefore, this study investigated the residual levels of BPA in canned beverages targeted towards children and adolescents, based on data obtained from distribution markets in Jeju. The BPA analysis was performed using high-performance liquid chromatography with a fluorescence detector after purification using solid phase extraction. The value of the correlation coefficient (R2) was 0.9999. The limit of detection and quantification were 4.20 μg/L and 13.37 μg/L, respectively. The recovery rates for carbonated drinks, mixed drinks, fruit and vegetable drinks, coffee, and energy drink products were 93.33∼ 110.27%, 87.33∼93.60%, 99.33∼111.20%, 95.00∼96.00%, and 88.00∼89.27%, respectively. The results of analyzing the residual amount of BPA in 100 canned beverages revealed that it was absent in all samples. Thus, these results indicate that the canned beverage products distributed in Jeju are safe.
Keywords: bisphenol A, children, adolescent, canned beverages, HPLC-FLD
비스페놀 A[bisphenol A, BPA; 2,2-bis(4-hydroxyphenyl)propane]는 아세톤과 2분자의 페놀 축합에 의해 합성되는 단량체(monomer) 유기화합물로서(Fig. 1), 전 세계적으로 많이 생산되는 화합물 중 하나로 폴리카보네이트와 에폭시 수지의 합성 기본 원료이다(Abraham과 Chakraborty, 2020). 폴리카보네이트 플라스틱은 내구성, 투명성이 뛰어나 식품과 음료의 포장・용기, 유아용 젖병, 장난감, 물병 등 다양한 용도로 사용되어 왔다(Vandenberg 등, 2007). 에폭시 수지는 화학물질에 의한 변형이 적어 식품이나 음료 캔의 보호용 코팅제, 병마개 등의 소재로 사용되고 있으며(Siddique 등, 2021; Vandenberg 등, 2007), 2021년에는 약 6백만 톤의 BPA가 생산, 판매되어 산업적으로 다양하게 사용되고 있다(Mordor Intelligence, 2023). BPA는 통조림의 보관 상태와 보관 온도에 따라 식품으로의 이행과 임신기간 동안 BPA에 노출 시 유아기 아동의 성장에 영향을 줄 수 있다고 보고되었다(Braun 등, 2011; Goodson 등, 2004).
BPA는 대표적인 내분비계장애물질(Endocrine disrupting chemicals)로 에스트로겐 및 항안드로겐성 유사물질로 알려져 있으며, 인체에 노출 시 면역, 신경, 생식능력 저하, 발달장애, 대사장애, 성조숙 유발, 비만, 알레르기, 당뇨병 등 인체의 건강에 유해한 영향을 미치는 것으로 보고되고 있다(Siddique 등, 2020; Siddique 등, 2021).
Geens 등(2010)은 통조림 식품과 캔 음료에서 BPA 농도(1.0 ng/mL, 40.3 ng/g)가 신선 식품, 음료에서의 BPA 농도(0.02 ng/mL, 0.46 ng/g)보다 높게 검출되었다고 보고하였다. 다양한 신선식품과 음료보다 통조림 식품, 캔 음료에서 BPA 검출이 많다고 보고되어 캔 용기가 BPA 노출의 주요 원인으로 보고되었다(Lorber 등, 2015; Yonekubo 등, 2008). 또한, 캔 내부 코팅제나 포장용기 자체에서 식품과 음료에 BPA가 이행되는 위험성에 대해 보고되었다(Almeida 등, 2018; Cooper 등, 2011; Ozaki 등, 2004).
BPA의 위험성에 대해 유럽연합(EU) 위원회는 식품과 접촉하는 포장용기의 BPA 용출기준(specific migration limit)을 0.05 mg/L 이하로 설정하고 있다(European Commission, 2018). 또한, 2011년부터 BPA가 사용된 유아용 젖병의 제조 판매수입을 금지하고 있다(Barroso, 2011). 국내에서는 유아용 젖병(젖꼭지 포함), 영유아용 기구 등 포장에 대한 BPA 사용 금지 및 합성수지제 어린이 용품 중 BPA 용출량이 0.6 mg/kg 이하로 안전기준을 설정하여 관리하고 있다(MFDS, 2020). 그러나 식품에 대한 안전관리 기준은 미설정된 상태이다.
따라서 본 연구에서는 제주도 내 유통되고 있는 캔 음료에서 어린이 및 청소년기에 노출 시 잠재적 위험성이 있는 BPA의 잔류량을 조사하여 식품 안전 관리의 기초자료로 활용하고자 하였다.
실험재료 및 시약
본 실험에 사용된 캔 음료는 마트에서 유통되고 있는 캔 음료를 구입한 후 4°C에 보관하여 분석에 사용하였다. 캔 음료 종류로는 탄산음료 23개, 혼합음료 31개, 과채음료 5개, 차음료 2개, 커피 27개, 에너지드링크 12개로 총 100개의 캔 음료를 분석에 사용하였다. 표준품은 bisphenol A(FUJIFILM Wako Pure Chemical Co.)를 구입하여 사용하였으며, 분석에 사용된 용매로는 메탄올(Merck Co.), 아세토니트릴(Fisher Scientific Korea Ltd.)을 구입하여 사용하였고, 증류수는 Mili-Q ultrapure water purification system(Direct Q3, Milipore Co.)에 의해 18.2 MΩ 수준으로 정제된 증류수를 사용하였다.
Solid-phase extraction(SPE) 정제
분석에 사용된 캔 음료 시료는 Sep-pak C18 카트리지(6 mL/500 mg, Waters Co., Ltd.)를 사용하여 정제하였다. 정제과정은 Mercogliano 등(2021)의 방법을 조금 변형하여 수행하였다. 음료 1 mL와 증류수 3 mL를 유리 바이알에 첨가한 후 상온에서 15분간 탈기 후 정제 과정을 수행하였다. SPE 카트리지 정제는 10 mL 아세토니트릴으로 컨디셔닝 후 동일 양의 증류수로 equilibration 하였다. 그 후 탈기된 시료를 카트리지에 첨가하여 용출하였으며, 증류수 8 mL, 20% 메탄올 8 mL, 40% 메탄올 10 mL로 순차적으로 세척하였다. 최종적으로 4 mL의 아세토니트릴로 용출된 액을 질소 농축기(Auto EVA-100, Reeko Instrument Co., Ltd.)로 건고 후 1 mL로 정용한 후 0.45 μm nylon syringe filter(Chemco Scientific Co., Ltd.)로 여과하여 액체크로마토그래피(High Performance Liquid Chromatography, Waters Alliance 2695 HPLC System with Waters 2475 Multi-Wavelength Fluorescence Detector, Waters Co., Ltd.) 분석에 사용하였다.
HPLC-FLD 분석
BPA 검량성 작성을 위해 표준용액을 조제하여 분석을 수행하였다. BPA 10 mg을 정밀히 달아 메탄올에 녹여 100 mL로 한 액을 혼합표준원액으로 하였다. 표준용액은 혼합표준원액에 메탄올을 가하여 20~2,000 μg/L가 되도록 제조하였다. BPA 분석의 정확성 및 정밀성을 확인하기 위해 BPA가 검출되지 않는 시료에 BPA 표준용액 20 μg/L를 첨가하여 10회 반복 측정한 값으로 계산하였다. 시료 분석은 음료 1 mL와 증류수 3 mL를 유리 바이알에 첨가하여 상온에서 15분간 탈기 후 정제 과정을 수행하여 질소 농축기로 건고하였다. 1 mL로 정용한 후 0.45 μm nylon syringe filter(Chemco Scientific Co., Ltd.)로 여과하여 액체크로마토그래피(HPLC, Waters Alliance 2695 HPLC System with Waters 2475 Multi-Wavelength Fluorescence Detector)로 분석하였다. 분석 컬럼은 Capcell pak C18 UG120(4.6 mm I.D×250 mm, 5 μm, Shiseido Co., Ltd.)을 사용하였다. 형광검출기 조건은 여기파장 270 nm, 형광파장 300 nm로 설정하여 분석하였다. 기기 분석조건은 Park 등(2017)이 보고한 내용을 참조하여 수행하였으며 Table 1에 나타냈다.
Table 1 . Instrumental conditions of HPLC-FLD
Parameter | Condition |
---|---|
Column | Capcell pak C18 UG120 (4.6 mm I.D×250 mm, 5 μm) |
Detector | Fluorescence detector (Ex. 270 nm, Em. 300 nm) |
Oven temperature | 40°C |
Mobile phase | A: deionized water, B: acetonitrile |
A:B=50:50 | |
Injection volume | 10 μL |
Flow rate | 1 mL/min |
회수율
회수율 분석은 BPA가 검출되지 않은 캔 음료 중 탄산음료, 혼합음료, 과채음료, 커피, 에너지드링크에 대하여 비스페놀 A 표준품의 최종농도 50, 500 μg/L로 첨가하여 SPE 정제 조건과 동일하게 분석을 수행하여, 3회 반복 시험한 후 평균을 구하였다.
통계분석
모든 실험은 3회 이상 반복 측정하여 결과를 평균과 표준편차로 나타내었고, 각 실험 결과에 대한 통계분석은 SPSS(Ver 21.0, IBM) 프로그램을 이용하여 분산분석(ANOVA)하였다. 각 실험군 간의 유의적 차이는 Duncan’s multiple range test(
BPA의 HPLC-FLD 분석 및 회수율
BPA 표준용액의 검량선은 20, 50, 100, 500, 1,000, 2,000 μg/L의 농도 범위로 HPLC-FLD 분석(Fig. 2) 결과 머무름시간은 약 5분이었고, 해당 피크의 면적을 기준으로 검량선을 작성하였으며, 검량선의 상관계수값(R2)은 0.9999로 확인되었다(Fig. 3). 검출한계 및 정량한계를 측정하기 위해 검출한계로 추정되는 농도의 표준물질을 BPA가 검출되지 않은 시료에 소량 첨가한 10개의 시료를 분석한 후 측정결과에 대한 표준편차(σ)와 검량선에서의 기울기(S)를 사용하여 검출한계와 정량한계를 (3×σ)/S 및 (10×σ)/S의 수준에서 결정하였다. BPA 검출한계(LOD)는 4.20 μg/L, 정량한계(LOQ)는 13.37 μg/L로 Vilarinho 등(2020)과 Lestido-Cardama 등(2021)은 다양한 통조림 식품에 대하여 BPA를 HPLC-FLD로 분석한 결과 LOD 및 LOQ가 0.005 mg/kg, 0.01 mg/kg으로 본 실험 결과와 유사한 수준이었다. 본 연구에서의 정밀도는 7.87%, 정확성은 117.65%를 보였다(Table 2).
Table 2 . The limit of detection, limit of quantification and repeatability of bisphenol A standard (n=10)
Compound | LOD1) (μg/L) | LOQ2) (μg/L) | RSD3)% | Accuracy (%) |
---|---|---|---|---|
Bisphenol A | 4.2 | 13.37 | 7.87 | 117.65 |
1)Limit of detection.
2)Limit of quantification.
3)Relative standard deviation.
회수율 분석을 위해 시료에 BPA 표준품을 50 μg/L, 500 μg/L의 농도로 첨가하여 SPE 정제 및 HPLC-FLD로 분석 수행하였다. 분석된 시료의 크로마토그램 상 BPA 머무름시간은 표준품의 머무름시간과 비교하여 검토하였으며 5분으로 나타났다(Fig. 4). 시험 결과, 각 농도에서 평균 회수율은 탄산음료, 혼합음료, 과채음료, 커피, 에너지드링크에 대해 93.33~110.27%, 87.33~93.60%, 99.33~111.20%, 95.00~96.00%, 88.00~89.27%로 나타났으며, 이때 상대표준편차는 각각 1.40~3.06%, 3.89~5.77%, 10.49~11.55%, 0.72~3.46%, 1.03~13.86%로 나타났다(Table 3). 따라서 이는 AOAC 시험법 검증 가이드라인(AOAC, 2012)에서 제시하고 있는 분석물의 농도가 10 μg/kg일 때 회수율 70~125%에 부합하는 결과임을 확인할 수 있었다(Table 3).
Table 3 . The recovery of bisphenol A standard in different canned drinks
Canned drink | Recovery (%) | |
---|---|---|
Spiked level (50 μg/L) | Spiked level (500 μg/L) | |
Carbonated drink | 93.33±3.06NS | 110.27±1.40b |
Mixed drink | 93.60±3.89 | 87.33±5.77a |
Fruit and vegetable drink | 99.33±11.55 | 111.20±10.49b |
Liquid coffee | 96.00±3.46 | 95.00±0.72a |
Energy drink | 88.00±13.86 | 89.27±1.03a |
The data were expressed as mean±SD of three independent determinations. Different letters (a,b) in each column are significantly different at the 5% level using Duncan’s multiple range in ANOVA test. NS: not significant.
Poustka 등(2007)은 다양한 범주의 통조림 식품에 대해서 HPLC-FLD로 BPA 분석 결과 회수율은 83%, LOD 및 LOQ는 각각 0.002 및 0.01 mg/kg이라고 보고했으며, Errico 등(2014)은 SPE 정제 후 HPLC-FLD로 분석한 결과, 토마토 캔에서 LOQ는 0.26 μg/kg, 회수율은 78.77~118.96% 범위의 결과를 얻었다. 또한, Vilarinho 등(2020)과 Lestido-Cardama 등(2021)은 다양한 통조림 식품에서 HPLC-FLD로 BPA 회수율을 분석한 결과 72~90%, 74~114%라고 보고했다. 이러한 보고는 본 실험에서 유통 캔 음료에 대한 회수율 실험과 유사한 결과임을 보였다.
캔 음료 제품의 BPA 잔류량 조사
제주도 내 마트에서 유통되고 있는 탄산음료(n=23), 혼합음료(n=31), 과채음료(n=5), 차음료(n=2), 커피(n=27), 에너지드링크(n=12)의 캔 음료에 대하여 HPLC-FLD 분석을 수행하였다. 본 연구에서는 제주도 내 유통 캔 음료에서의 BPA 분석 결과 모든 시료에서 불검출을 나타냈다(Table 4).
Table 4 . Concentrations of bisphenol A in different types of 100 canned drinks collected from Jeju markets
Canned drink | No. of samples | BPA1)(μg/L) |
---|---|---|
Carbonated drink | 23 | ND2) |
Mixed drink | 31 | ND |
Fruit and vegetable drink | 5 | ND |
Liquid tea | 2 | ND |
Liquid coffee | 27 | ND |
Energy drink | 12 | ND |
1)Bisphenol A. 2)Not detected.
다양한 캔 음료에서의 BPA 분석 연구 결과를 보면, Kawamura 등(1999)은 커피(n=13), 홍차(n=9) 및 기타 차음료(n=8)에서 각각 3.3~213 μg/L, 8.5~90 μg/L, 3.7~22 μg/L, Kang 등(2000)은 에폭시 코팅한 통조림관 음료 중 커피, 콜라, 홍차, 식혜, 과일주스에서 1.3~11.6 μg/L, 0.5~0.9 μg/L, 1.0~1.3 μg/L, 2.4~7.9 μg/L, 3.0~3.4 μg/L 검출되었다고 보고하였다. 또한, 유아용 캔 음료(n=21) 제품에서 2.27~10.2 μg/L(Cao 등, 2008), 소프트드링크 제품(n=72)에서 0.032~4.5 μg/L(Cao 등, 2009), 에너지드링크(n=4)에서 0.16~4.79 μg/L(Geens 등, 2010), 캔 음료(n=21)의 BPA가 0.03~4.70 μg/L(Cunha 등, 2011), 에너지드링크(n=40)에서 0.50~3.30 μg/L(Gallo 등, 2017) 검출되었다고 보고되었다.
Choi 등(2018)은 캔 음료(n=10)에서 불검출~5.00 μg/kg, 커피(n=10)에서는 9.10~24.40 μg/kg, Lestido-Cardama 등(2021)은 지역 마켓에서 구입한 채소류 및 해산물 등이 포함된 통조림 식품(n=12)에서 BPA가 불검출~202 μg/kg, Cao 등(2021)은 중국 내 마켓에서 구입한 통조림 식품(n=151)에서 BPA 분석 결과 불검출~837 μg/kg 수준으로 검출되었다고 보고하였다. 채소류 및 해산물 등이 포함된 통조림은 BPA가 불검출~837 μg/kg 범위, 캔 음료는 불검출~24.40 μg/kg으로 통조림 식품 종류별로 상이함을 보여주고 있으며, 채소류 및 해산물이 포함된 통조림보다 캔 음료가 낮은 농도로 검출되고 있음을 나타내고 있다. Vilarinho 등(2020)은 토마토 통조림 등 다양한 채소류 통조림 식품(n=19)에서는 BPA가 불검출되었다고 보고하여 본 연구 결과와 유사함을 보였다.
본 연구에서는 제주도 내에서 유통되는 어린이와 청소년들의 다소비 캔 음료 제품들에 대해 BPA를 분석한 결과 모든 시료에서 불검출을 보였다. 이는 본 연구에 사용된 제주도 내 유통 캔 음료 제품에 대해서 BPA가 안전한 수준이라고 생각된다. 또한, BPA가 인체에 노출 시 유해성으로 인하여 향후 어린이, 청소년 등이 주로 소비하는 캔 음료 제품 외에도 다양한 통조림 식품 등에 대한 비스페놀류에 대한 지속적인 모니터링이 필요할 것으로 사료된다.
비스페놀 A는 주로 폴리카보네이트 플라스틱 생산과 식품용 캔의 내부 코팅제 등에 사용되는 에폭시 수지를 생산하는 원료이다. BPA는 인체에 유해한 영향을 줄 수 있는 내분비계장애물질로, 본 연구는 제주도 내 유통마켓으로부터 어린이 및 청소년들의 다소비 캔 음료를 대상으로 BPA 잔류량 조사를 수행하였다. BPA 분석은 SPE 정제 과정을 통해 HPLC-FLD로 분석하였다. 표준품 BPA 검량선의 상관계수값(R2)은 0.9999로 확인되었으며, BPA 검출한계(LOD)는 4.20 μg/L, 정량한계(LOQ)는 13.37 μg/L 수준이었다. 탄산음료, 혼합음료, 과채음료, 커피, 에너지드링크 제품에서 회수율은 각각 93.33~110.27%, 87.33~93.60%, 99.33~111.20%, 95.00~96.00%, 88.00~89.27%로 나타났다. 캔 음료(n=100)의 BPA 잔류량 분석 결과, 모든 시료에서 불검출을 보여 본 연구에 사용된 캔 음료 제품들에 대해서 BPA는 안전한 수준이라고 생각된다.
본 논문은 제주특별자치도 보건환경연구원 연구사업의 연구비 지원으로 이루어졌으며, 이에 감사드립니다.
Journal of the Korean Society of Food Science and Nutrition 2023; 52(8): 830-835
Published online August 31, 2023 https://doi.org/10.3746/jkfn.2023.52.8.830
Copyright © The Korean Society of Food Science and Nutrition.
이도승․오현정․김미경․고찬옥
제주특별자치도 보건환경연구원
Doseung Lee , Hyun-Jeong Oh
, Mi-Kyung Kim, and Chan-Ok Ko
Institute of Health and Environment, Jeju Special Self-Governing Province
Correspondence to:Hyun Jeong Oh, Department of Food Analysis Division, Institute of Health and Environment, Jeju Special Self-Governing Province, 41, Samdong-gil, Jeju-si, Jeju 63142, Korea, E-mail: hyunohj@gmail.com
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.
Bisphenol A (BPA) is a major monomer used in various industries, primarily in production of polycarbonate plastics for food contact materials and epoxy resins for interior food can coatings. However, BPA is known to be an endocrine-disrupting chemical that can have harmful effects on human health. Therefore, this study investigated the residual levels of BPA in canned beverages targeted towards children and adolescents, based on data obtained from distribution markets in Jeju. The BPA analysis was performed using high-performance liquid chromatography with a fluorescence detector after purification using solid phase extraction. The value of the correlation coefficient (R2) was 0.9999. The limit of detection and quantification were 4.20 μg/L and 13.37 μg/L, respectively. The recovery rates for carbonated drinks, mixed drinks, fruit and vegetable drinks, coffee, and energy drink products were 93.33∼ 110.27%, 87.33∼93.60%, 99.33∼111.20%, 95.00∼96.00%, and 88.00∼89.27%, respectively. The results of analyzing the residual amount of BPA in 100 canned beverages revealed that it was absent in all samples. Thus, these results indicate that the canned beverage products distributed in Jeju are safe.
Keywords: bisphenol A, children, adolescent, canned beverages, HPLC-FLD
비스페놀 A[bisphenol A, BPA; 2,2-bis(4-hydroxyphenyl)propane]는 아세톤과 2분자의 페놀 축합에 의해 합성되는 단량체(monomer) 유기화합물로서(Fig. 1), 전 세계적으로 많이 생산되는 화합물 중 하나로 폴리카보네이트와 에폭시 수지의 합성 기본 원료이다(Abraham과 Chakraborty, 2020). 폴리카보네이트 플라스틱은 내구성, 투명성이 뛰어나 식품과 음료의 포장・용기, 유아용 젖병, 장난감, 물병 등 다양한 용도로 사용되어 왔다(Vandenberg 등, 2007). 에폭시 수지는 화학물질에 의한 변형이 적어 식품이나 음료 캔의 보호용 코팅제, 병마개 등의 소재로 사용되고 있으며(Siddique 등, 2021; Vandenberg 등, 2007), 2021년에는 약 6백만 톤의 BPA가 생산, 판매되어 산업적으로 다양하게 사용되고 있다(Mordor Intelligence, 2023). BPA는 통조림의 보관 상태와 보관 온도에 따라 식품으로의 이행과 임신기간 동안 BPA에 노출 시 유아기 아동의 성장에 영향을 줄 수 있다고 보고되었다(Braun 등, 2011; Goodson 등, 2004).
BPA는 대표적인 내분비계장애물질(Endocrine disrupting chemicals)로 에스트로겐 및 항안드로겐성 유사물질로 알려져 있으며, 인체에 노출 시 면역, 신경, 생식능력 저하, 발달장애, 대사장애, 성조숙 유발, 비만, 알레르기, 당뇨병 등 인체의 건강에 유해한 영향을 미치는 것으로 보고되고 있다(Siddique 등, 2020; Siddique 등, 2021).
Geens 등(2010)은 통조림 식품과 캔 음료에서 BPA 농도(1.0 ng/mL, 40.3 ng/g)가 신선 식품, 음료에서의 BPA 농도(0.02 ng/mL, 0.46 ng/g)보다 높게 검출되었다고 보고하였다. 다양한 신선식품과 음료보다 통조림 식품, 캔 음료에서 BPA 검출이 많다고 보고되어 캔 용기가 BPA 노출의 주요 원인으로 보고되었다(Lorber 등, 2015; Yonekubo 등, 2008). 또한, 캔 내부 코팅제나 포장용기 자체에서 식품과 음료에 BPA가 이행되는 위험성에 대해 보고되었다(Almeida 등, 2018; Cooper 등, 2011; Ozaki 등, 2004).
BPA의 위험성에 대해 유럽연합(EU) 위원회는 식품과 접촉하는 포장용기의 BPA 용출기준(specific migration limit)을 0.05 mg/L 이하로 설정하고 있다(European Commission, 2018). 또한, 2011년부터 BPA가 사용된 유아용 젖병의 제조 판매수입을 금지하고 있다(Barroso, 2011). 국내에서는 유아용 젖병(젖꼭지 포함), 영유아용 기구 등 포장에 대한 BPA 사용 금지 및 합성수지제 어린이 용품 중 BPA 용출량이 0.6 mg/kg 이하로 안전기준을 설정하여 관리하고 있다(MFDS, 2020). 그러나 식품에 대한 안전관리 기준은 미설정된 상태이다.
따라서 본 연구에서는 제주도 내 유통되고 있는 캔 음료에서 어린이 및 청소년기에 노출 시 잠재적 위험성이 있는 BPA의 잔류량을 조사하여 식품 안전 관리의 기초자료로 활용하고자 하였다.
실험재료 및 시약
본 실험에 사용된 캔 음료는 마트에서 유통되고 있는 캔 음료를 구입한 후 4°C에 보관하여 분석에 사용하였다. 캔 음료 종류로는 탄산음료 23개, 혼합음료 31개, 과채음료 5개, 차음료 2개, 커피 27개, 에너지드링크 12개로 총 100개의 캔 음료를 분석에 사용하였다. 표준품은 bisphenol A(FUJIFILM Wako Pure Chemical Co.)를 구입하여 사용하였으며, 분석에 사용된 용매로는 메탄올(Merck Co.), 아세토니트릴(Fisher Scientific Korea Ltd.)을 구입하여 사용하였고, 증류수는 Mili-Q ultrapure water purification system(Direct Q3, Milipore Co.)에 의해 18.2 MΩ 수준으로 정제된 증류수를 사용하였다.
Solid-phase extraction(SPE) 정제
분석에 사용된 캔 음료 시료는 Sep-pak C18 카트리지(6 mL/500 mg, Waters Co., Ltd.)를 사용하여 정제하였다. 정제과정은 Mercogliano 등(2021)의 방법을 조금 변형하여 수행하였다. 음료 1 mL와 증류수 3 mL를 유리 바이알에 첨가한 후 상온에서 15분간 탈기 후 정제 과정을 수행하였다. SPE 카트리지 정제는 10 mL 아세토니트릴으로 컨디셔닝 후 동일 양의 증류수로 equilibration 하였다. 그 후 탈기된 시료를 카트리지에 첨가하여 용출하였으며, 증류수 8 mL, 20% 메탄올 8 mL, 40% 메탄올 10 mL로 순차적으로 세척하였다. 최종적으로 4 mL의 아세토니트릴로 용출된 액을 질소 농축기(Auto EVA-100, Reeko Instrument Co., Ltd.)로 건고 후 1 mL로 정용한 후 0.45 μm nylon syringe filter(Chemco Scientific Co., Ltd.)로 여과하여 액체크로마토그래피(High Performance Liquid Chromatography, Waters Alliance 2695 HPLC System with Waters 2475 Multi-Wavelength Fluorescence Detector, Waters Co., Ltd.) 분석에 사용하였다.
HPLC-FLD 분석
BPA 검량성 작성을 위해 표준용액을 조제하여 분석을 수행하였다. BPA 10 mg을 정밀히 달아 메탄올에 녹여 100 mL로 한 액을 혼합표준원액으로 하였다. 표준용액은 혼합표준원액에 메탄올을 가하여 20~2,000 μg/L가 되도록 제조하였다. BPA 분석의 정확성 및 정밀성을 확인하기 위해 BPA가 검출되지 않는 시료에 BPA 표준용액 20 μg/L를 첨가하여 10회 반복 측정한 값으로 계산하였다. 시료 분석은 음료 1 mL와 증류수 3 mL를 유리 바이알에 첨가하여 상온에서 15분간 탈기 후 정제 과정을 수행하여 질소 농축기로 건고하였다. 1 mL로 정용한 후 0.45 μm nylon syringe filter(Chemco Scientific Co., Ltd.)로 여과하여 액체크로마토그래피(HPLC, Waters Alliance 2695 HPLC System with Waters 2475 Multi-Wavelength Fluorescence Detector)로 분석하였다. 분석 컬럼은 Capcell pak C18 UG120(4.6 mm I.D×250 mm, 5 μm, Shiseido Co., Ltd.)을 사용하였다. 형광검출기 조건은 여기파장 270 nm, 형광파장 300 nm로 설정하여 분석하였다. 기기 분석조건은 Park 등(2017)이 보고한 내용을 참조하여 수행하였으며 Table 1에 나타냈다.
Table 1 . Instrumental conditions of HPLC-FLD.
Parameter | Condition |
---|---|
Column | Capcell pak C18 UG120 (4.6 mm I.D×250 mm, 5 μm) |
Detector | Fluorescence detector (Ex. 270 nm, Em. 300 nm) |
Oven temperature | 40°C |
Mobile phase | A: deionized water, B: acetonitrile |
A:B=50:50 | |
Injection volume | 10 μL |
Flow rate | 1 mL/min |
회수율
회수율 분석은 BPA가 검출되지 않은 캔 음료 중 탄산음료, 혼합음료, 과채음료, 커피, 에너지드링크에 대하여 비스페놀 A 표준품의 최종농도 50, 500 μg/L로 첨가하여 SPE 정제 조건과 동일하게 분석을 수행하여, 3회 반복 시험한 후 평균을 구하였다.
통계분석
모든 실험은 3회 이상 반복 측정하여 결과를 평균과 표준편차로 나타내었고, 각 실험 결과에 대한 통계분석은 SPSS(Ver 21.0, IBM) 프로그램을 이용하여 분산분석(ANOVA)하였다. 각 실험군 간의 유의적 차이는 Duncan’s multiple range test(
BPA의 HPLC-FLD 분석 및 회수율
BPA 표준용액의 검량선은 20, 50, 100, 500, 1,000, 2,000 μg/L의 농도 범위로 HPLC-FLD 분석(Fig. 2) 결과 머무름시간은 약 5분이었고, 해당 피크의 면적을 기준으로 검량선을 작성하였으며, 검량선의 상관계수값(R2)은 0.9999로 확인되었다(Fig. 3). 검출한계 및 정량한계를 측정하기 위해 검출한계로 추정되는 농도의 표준물질을 BPA가 검출되지 않은 시료에 소량 첨가한 10개의 시료를 분석한 후 측정결과에 대한 표준편차(σ)와 검량선에서의 기울기(S)를 사용하여 검출한계와 정량한계를 (3×σ)/S 및 (10×σ)/S의 수준에서 결정하였다. BPA 검출한계(LOD)는 4.20 μg/L, 정량한계(LOQ)는 13.37 μg/L로 Vilarinho 등(2020)과 Lestido-Cardama 등(2021)은 다양한 통조림 식품에 대하여 BPA를 HPLC-FLD로 분석한 결과 LOD 및 LOQ가 0.005 mg/kg, 0.01 mg/kg으로 본 실험 결과와 유사한 수준이었다. 본 연구에서의 정밀도는 7.87%, 정확성은 117.65%를 보였다(Table 2).
Table 2 . The limit of detection, limit of quantification and repeatability of bisphenol A standard (n=10).
Compound | LOD1) (μg/L) | LOQ2) (μg/L) | RSD3)% | Accuracy (%) |
---|---|---|---|---|
Bisphenol A | 4.2 | 13.37 | 7.87 | 117.65 |
1)Limit of detection..
2)Limit of quantification..
3)Relative standard deviation..
회수율 분석을 위해 시료에 BPA 표준품을 50 μg/L, 500 μg/L의 농도로 첨가하여 SPE 정제 및 HPLC-FLD로 분석 수행하였다. 분석된 시료의 크로마토그램 상 BPA 머무름시간은 표준품의 머무름시간과 비교하여 검토하였으며 5분으로 나타났다(Fig. 4). 시험 결과, 각 농도에서 평균 회수율은 탄산음료, 혼합음료, 과채음료, 커피, 에너지드링크에 대해 93.33~110.27%, 87.33~93.60%, 99.33~111.20%, 95.00~96.00%, 88.00~89.27%로 나타났으며, 이때 상대표준편차는 각각 1.40~3.06%, 3.89~5.77%, 10.49~11.55%, 0.72~3.46%, 1.03~13.86%로 나타났다(Table 3). 따라서 이는 AOAC 시험법 검증 가이드라인(AOAC, 2012)에서 제시하고 있는 분석물의 농도가 10 μg/kg일 때 회수율 70~125%에 부합하는 결과임을 확인할 수 있었다(Table 3).
Table 3 . The recovery of bisphenol A standard in different canned drinks.
Canned drink | Recovery (%) | |
---|---|---|
Spiked level (50 μg/L) | Spiked level (500 μg/L) | |
Carbonated drink | 93.33±3.06NS | 110.27±1.40b |
Mixed drink | 93.60±3.89 | 87.33±5.77a |
Fruit and vegetable drink | 99.33±11.55 | 111.20±10.49b |
Liquid coffee | 96.00±3.46 | 95.00±0.72a |
Energy drink | 88.00±13.86 | 89.27±1.03a |
The data were expressed as mean±SD of three independent determinations. Different letters (a,b) in each column are significantly different at the 5% level using Duncan’s multiple range in ANOVA test. NS: not significant..
Poustka 등(2007)은 다양한 범주의 통조림 식품에 대해서 HPLC-FLD로 BPA 분석 결과 회수율은 83%, LOD 및 LOQ는 각각 0.002 및 0.01 mg/kg이라고 보고했으며, Errico 등(2014)은 SPE 정제 후 HPLC-FLD로 분석한 결과, 토마토 캔에서 LOQ는 0.26 μg/kg, 회수율은 78.77~118.96% 범위의 결과를 얻었다. 또한, Vilarinho 등(2020)과 Lestido-Cardama 등(2021)은 다양한 통조림 식품에서 HPLC-FLD로 BPA 회수율을 분석한 결과 72~90%, 74~114%라고 보고했다. 이러한 보고는 본 실험에서 유통 캔 음료에 대한 회수율 실험과 유사한 결과임을 보였다.
캔 음료 제품의 BPA 잔류량 조사
제주도 내 마트에서 유통되고 있는 탄산음료(n=23), 혼합음료(n=31), 과채음료(n=5), 차음료(n=2), 커피(n=27), 에너지드링크(n=12)의 캔 음료에 대하여 HPLC-FLD 분석을 수행하였다. 본 연구에서는 제주도 내 유통 캔 음료에서의 BPA 분석 결과 모든 시료에서 불검출을 나타냈다(Table 4).
Table 4 . Concentrations of bisphenol A in different types of 100 canned drinks collected from Jeju markets.
Canned drink | No. of samples | BPA1)(μg/L) |
---|---|---|
Carbonated drink | 23 | ND2) |
Mixed drink | 31 | ND |
Fruit and vegetable drink | 5 | ND |
Liquid tea | 2 | ND |
Liquid coffee | 27 | ND |
Energy drink | 12 | ND |
1)Bisphenol A. 2)Not detected..
다양한 캔 음료에서의 BPA 분석 연구 결과를 보면, Kawamura 등(1999)은 커피(n=13), 홍차(n=9) 및 기타 차음료(n=8)에서 각각 3.3~213 μg/L, 8.5~90 μg/L, 3.7~22 μg/L, Kang 등(2000)은 에폭시 코팅한 통조림관 음료 중 커피, 콜라, 홍차, 식혜, 과일주스에서 1.3~11.6 μg/L, 0.5~0.9 μg/L, 1.0~1.3 μg/L, 2.4~7.9 μg/L, 3.0~3.4 μg/L 검출되었다고 보고하였다. 또한, 유아용 캔 음료(n=21) 제품에서 2.27~10.2 μg/L(Cao 등, 2008), 소프트드링크 제품(n=72)에서 0.032~4.5 μg/L(Cao 등, 2009), 에너지드링크(n=4)에서 0.16~4.79 μg/L(Geens 등, 2010), 캔 음료(n=21)의 BPA가 0.03~4.70 μg/L(Cunha 등, 2011), 에너지드링크(n=40)에서 0.50~3.30 μg/L(Gallo 등, 2017) 검출되었다고 보고되었다.
Choi 등(2018)은 캔 음료(n=10)에서 불검출~5.00 μg/kg, 커피(n=10)에서는 9.10~24.40 μg/kg, Lestido-Cardama 등(2021)은 지역 마켓에서 구입한 채소류 및 해산물 등이 포함된 통조림 식품(n=12)에서 BPA가 불검출~202 μg/kg, Cao 등(2021)은 중국 내 마켓에서 구입한 통조림 식품(n=151)에서 BPA 분석 결과 불검출~837 μg/kg 수준으로 검출되었다고 보고하였다. 채소류 및 해산물 등이 포함된 통조림은 BPA가 불검출~837 μg/kg 범위, 캔 음료는 불검출~24.40 μg/kg으로 통조림 식품 종류별로 상이함을 보여주고 있으며, 채소류 및 해산물이 포함된 통조림보다 캔 음료가 낮은 농도로 검출되고 있음을 나타내고 있다. Vilarinho 등(2020)은 토마토 통조림 등 다양한 채소류 통조림 식품(n=19)에서는 BPA가 불검출되었다고 보고하여 본 연구 결과와 유사함을 보였다.
본 연구에서는 제주도 내에서 유통되는 어린이와 청소년들의 다소비 캔 음료 제품들에 대해 BPA를 분석한 결과 모든 시료에서 불검출을 보였다. 이는 본 연구에 사용된 제주도 내 유통 캔 음료 제품에 대해서 BPA가 안전한 수준이라고 생각된다. 또한, BPA가 인체에 노출 시 유해성으로 인하여 향후 어린이, 청소년 등이 주로 소비하는 캔 음료 제품 외에도 다양한 통조림 식품 등에 대한 비스페놀류에 대한 지속적인 모니터링이 필요할 것으로 사료된다.
비스페놀 A는 주로 폴리카보네이트 플라스틱 생산과 식품용 캔의 내부 코팅제 등에 사용되는 에폭시 수지를 생산하는 원료이다. BPA는 인체에 유해한 영향을 줄 수 있는 내분비계장애물질로, 본 연구는 제주도 내 유통마켓으로부터 어린이 및 청소년들의 다소비 캔 음료를 대상으로 BPA 잔류량 조사를 수행하였다. BPA 분석은 SPE 정제 과정을 통해 HPLC-FLD로 분석하였다. 표준품 BPA 검량선의 상관계수값(R2)은 0.9999로 확인되었으며, BPA 검출한계(LOD)는 4.20 μg/L, 정량한계(LOQ)는 13.37 μg/L 수준이었다. 탄산음료, 혼합음료, 과채음료, 커피, 에너지드링크 제품에서 회수율은 각각 93.33~110.27%, 87.33~93.60%, 99.33~111.20%, 95.00~96.00%, 88.00~89.27%로 나타났다. 캔 음료(n=100)의 BPA 잔류량 분석 결과, 모든 시료에서 불검출을 보여 본 연구에 사용된 캔 음료 제품들에 대해서 BPA는 안전한 수준이라고 생각된다.
본 논문은 제주특별자치도 보건환경연구원 연구사업의 연구비 지원으로 이루어졌으며, 이에 감사드립니다.
Table 1 . Instrumental conditions of HPLC-FLD.
Parameter | Condition |
---|---|
Column | Capcell pak C18 UG120 (4.6 mm I.D×250 mm, 5 μm) |
Detector | Fluorescence detector (Ex. 270 nm, Em. 300 nm) |
Oven temperature | 40°C |
Mobile phase | A: deionized water, B: acetonitrile |
A:B=50:50 | |
Injection volume | 10 μL |
Flow rate | 1 mL/min |
Table 3 . The recovery of bisphenol A standard in different canned drinks.
Canned drink | Recovery (%) | |
---|---|---|
Spiked level (50 μg/L) | Spiked level (500 μg/L) | |
Carbonated drink | 93.33±3.06NS | 110.27±1.40b |
Mixed drink | 93.60±3.89 | 87.33±5.77a |
Fruit and vegetable drink | 99.33±11.55 | 111.20±10.49b |
Liquid coffee | 96.00±3.46 | 95.00±0.72a |
Energy drink | 88.00±13.86 | 89.27±1.03a |
The data were expressed as mean±SD of three independent determinations. Different letters (a,b) in each column are significantly different at the 5% level using Duncan’s multiple range in ANOVA test. NS: not significant..
Table 4 . Concentrations of bisphenol A in different types of 100 canned drinks collected from Jeju markets.
Canned drink | No. of samples | BPA1)(μg/L) |
---|---|---|
Carbonated drink | 23 | ND2) |
Mixed drink | 31 | ND |
Fruit and vegetable drink | 5 | ND |
Liquid tea | 2 | ND |
Liquid coffee | 27 | ND |
Energy drink | 12 | ND |
1)Bisphenol A. 2)Not detected..
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