관련 제품명 : [Gerstel] Twister / TDS / CIS / [Agilent] 6890 GC / [Ionics IBG] SCD 

[서론]

우유와 유제품은 여러가지 성분이 혼합된 제품으로 독특한 향과 풍미를 가진다.

가공되지 않은 제품도 있지만 어떤 것은 과육, 주스, 엣센스, 쵸코렛, 허브 같은 천연성분과 함께 혼합되어 수백가지 향과 풍미를 가진 제품이 되어 소비자들에게 전해지고 있다.

풍미(flavor)는 향과 맛의 결합이라는 점에서 단순한 향(aroma)과는 다르다.

향이 휘발성 물질인데 반하여 풍미는 비휘발성이거나 중간휘발성 물질들이며, 이들은 입으로 들어갈 때 체온으로 데워져 부가적 화합물들이 휘발되고 결국 향 역할을 한다.

유제품 자체의 향과 풍미 성분 외에도 다른 미량 성분들도 풍미와 냄새에 영향을 미칠 수 있다.

예를 들면 원료에 오염물질로서 유입되거나 제조장비와 포장재로부터 유입될 수 있는 것들이다.

산화나 빛 또는 열 노출 등에 기인한 자연적으로 일어나는 풍미 화합물의 분해, 향 화합물의 상대적 농도 변화, 지방함량의 농도도 풍미를 변화시킬 수 있는 요소들이다. 

우유, 크림, 요구르트, 치즈 등의 유제품, 혹은 다른 영양 성분과의 혼합물 등을 분석할 경우에는, 액-액 추출, 고체상미세추출(Solid Phase Micro Extraction. SPME), 증류 등의 번거로운 전처리 과정을 거쳐야 하며 때로는 다량의 유기용제를 사용하기도 한다.

액-액 추출법은 지방 함량이 이러한 접근에 방해가 될 수 있다.

헤드스페이스나 Purge&Trap법은 유기용매를 사용하지는 않지만 분석물 범위가 휘발성 화합물로 제한되므로 향/냄새 물질은 분석할 수 있지만 풍미/맛 성분은 분석할 수 없다.

게다가, 유제품은 가열하는 경우 반응 부산물이 생겨나서 풍미/맛 성분을 완전히 바꿀 수 있기 때문에 그러한 방법은 옳지 않다.

SPME의 경우 코팅된 흡착제의 양이 제한됨으로 인해 감도의 제한이 있다.

또한 이러한 헤드스페이스, SPME, Purge&Trap법은 충분한 감도를 제공하지 못한다.

최근 벨기에 다이옥신 파동에 대한 솔류션을 제시한 벨기에겐트 대학의 Pat Sandra 등이 이러한 유제품의 풍미 분석에 교반막대수착추출(Stir Bar Sorptive Extraction, SBSE)이라는 새로운 방법을 기술했다.

이 방법은 조그만 교반막대(10~20 mm)에 Polydimethyl-siloxane (PDMS)을 코팅하여, 직접 시료 안에 넣어 교반시킨다.

1시간 정도의 교반시간 동안에 향 유기물들이 PDMS상에 추출된다.

추출물들은 열 탈착을 위해 Gerstel사의 열탈착기(Thermal Desorption Unit. TDS)와 냉각장치(Cooled Injection System, CIS)를 이용하였고 Agilent 6890 GC를 이용하여 분석하였으며, Agilent 5973 MSD와  Sievers사의 황분석검출기(SCD)로 검출하였다.

현재 SBSE법은 Gerstel사가 세계 최초로 TwisterTM로 상용화하였으며 현재 전세계에서 새로운 시료추출법으로 표준화되고 있다<그림 1>.

[응용분석]

1. 우유

생유나 저온처리 우유는 부드럽지만 독특한 맛을 가지고 있다.

지금까지 400가지 휘발성 화합물들이 규명되었는데 대표적 향 화합물들로는 dimethylsulfide, 2-methylbutanol, 4-cis-heptenal, 2-trans-nonenal 등이 있다.

저온 멸균 우유(예를 들면, 73 ℃에서 12초간 살균)는 익은 냄새(cooked flavor)가 안 난다.

고온에서 나타나는 그 향미는 주로 H2S와 메틸케톤에 기인한다.

<그림 3>과 <그림 4>는 생우유와 멸균우유를 비교한 자료이다.

그림3에서 보면 멸균우유에서 락톤의 함량이 증가하는 것을 볼 수 있고, <그림 4>에서는 멸균우유에서 H2S의 증가로 황의 미량변화를 보인다.

2. 연유

연유 생성과정에서의 반응은 가열우유와 비슷하나 반응의 차이는 크다. 

연유에서는  케톤과 락톤, 메일라드 생성물이 향을 결정한다<그림 5>.

포장재에서 유제품으로 들어가는 전형적 오염물질은 스티렌이다.

<그림 6>은 포장제로 사용되는 폴리스티렌과 폴리에틸렌의 차이를 보이는 크로마토그램이다.

폴리스티렌에서의 스티렌 함량은 폴리에틸렌의 것보다 100배나 더 많이 연유에서 보이고 있다<그림 6>.

3. 치즈

수많은 화합물들이 그 다양성과 제조공정에 따라 치즈의 향을 결정하게 된다. 

크림치즈는 멸균우유와 같이 락톤과 카르보닐 화합물에 의해 크림향을 가지지만 높은 함량의 지방산을 포함한다. 

크림치즈에 허브나 허브추출물을 첨가하면 마늘이나 양파에서 발견되는 황화합물에 의해 발생되는 향을 갖게 된다.

<그림 8>은 Sievers사의 황분석검출기(SCD)와 MSD를 동시에 사용하여 복잡한 물질을 분석한 자료이다.

위의 것은 보통의 크림치즈와 비슷한 허브향 크림 치즈의 총이온크로마토그램(Total Ion Chromatogram)이고, 아래의 것은 SCD로 분석한 크로마토그램으로서 미량의 황 분석에 놓은 감도를 나타내고 있다.

4. 요구르트

요구르트는 과일이나 과일 성분, 그리고 몇 가지 향물질과 혼합된 유제품이다. 

보통의 요구르트의 성분이 아닌 과일향 요구르트의 분석은 중요하며 <그림 9>는 딸기 요구르트의 크로마토그램과 화합물 리스트를 나타낸 것이다.

[결론]

다양한 유제품의 분석에 SBSE 이용방법은 사용의 편리성, 재현성, 감도가 높은 강점을 가지고 있어 향이 가미된 일상의 공산제품의 분석에 유용하게 사용할 수 있는 방법이다.

또한 시료 전처리나 분석과정과 관련해서 별도의 유기용매의 첨가가 없어 완전한 "환경친화적" 방법이라 할 수 있다.