메탄올(Methanol, CH3OH)은 무색의 휘발성 액체로 자 동차의 워셔액, 부동액, 페인트 제거제, 세제, 살균제, 소 독제 및 공업용매 등 다양한 분야에서 사용되는 독성 알 코올이다1-2). 메탄올은 섭취, 경피흡수 및 흡입을 통해 인 체에 노출되며, 인체 내에서 알코올탈수소효소(Alcohol dehydrogenase, ADH)에 의해 포름알데히드(Formaldehyde) 로 산화되고, 포름알데히드는 다시 ADH에 의해 포름산 (Formic acid)으로 산화된다1,3). 이렇게 생산된 포름산은 대 사산증(Metabolic acidosis)과 시신경장애(시력 감소, 광 공 포증, 동공반사 감소, 실명 등)를 일으키며, 심한 경우 사 망에 이르기도 한다1,3-4). Table 1
세척제란 야채, 과일, 식품의 기구·용기, 식품 제조·가공 용 기구 등을 씻는 용도로 사용되는 제제이며, 헹굼보조 제란 자동식기세척기의 최종 헹굼과정에서 식기류에 남아 있는 잔류물 제거, 건조촉진 등 보조적 역할을 위해 사용 되는 제제를 말한다5). 세척제는 1종, 2종, 3종으로 구분되 고 있으며, 1종 세척제는 사람이 그대로 먹을 수 있는 야 채, 과일 등을 씻는데 사용되는 세척제이고, 2종 세척제는 가공기구, 조리기구 등 식품 기구(자동식기세척기 포함)· 용기를 씻는데 사용되는 세척제를 말하며, 3종 세척제는 식품의 제조장치, 가공장치 등 제조·가공용 기구 등을 씻 는데 사용되는 세척제를 말한다5). 세척제 중 메탄올의 관 리기준은 한국, 일본, 중국, 대만 등의 아시아권 국가에서 는 1 mg/g의 수준으로 관리되고 있다(Table 2)5-9). 미국, 캐 나다, 유럽 등은 식기용 세척제에 관한 규제가 없으며, 메 탄올은 일반 화학물질로 규제되고 있다10).
안전한 식품을 확보하기 위해서는 식품 및 식품이 접촉 하는 기구 및 용기가 오염되지 않도록 미생물, 세균 및 화 학물질 등을 제거하는 것이 효과적이며, 식품제조가공업 체와 외식산업체에서는 경제적인 측면과 편리성을 고려하 여 세척제 및 헹굼보조제 등을 사용하고 있다. 국내 위생 용품관리법5)에 명시된 위생용품의 표시기준에 따르면 위 생용품의 제조에 사용된 모든 원료명 또는 성분명을 표시 하여야 한다고 되어 있다11).
세척제 및 헹굼보조제의 성분은 사용과정에서 경피를 통 해 흡수될 가능성이 있으며12-13), 메탄올의 휘발성을 고려 하면 흡입을 통해서도 인체에 노출될 수 있기 때문에14-17) 유통중인 세척제 제품들의 메탄올 모니터링이 필요하다.
현행법상 세척제 및 헹굼보조제 중 메탄올의 정량은 시 료를 증류하여 정제한 후 기체크로마토그래피-불꽃이온화 검출기(Gas chromatography-flame ionization detection, GC-FID)로 분석하고 있다5). 이 분석법은 별도의 증류장치 를 구비해야 하며 실험자의 숙련도에 따라 결과가 상이하 게 도출될 수 있으므로, 본 연구에서는 헤드스페이스 (Headspace, HS)법을 이용하여 시료의 전처리가 간편하고, 경제적인 분석법을 사용하였다.
Materials and Methods
대상시료 수집
본 연구의 대상시료는 한국에서 유통 중인 세척제 및 헹굼보조제이며, 세척제는 1종(109건), 2종(72건), 3종(10 건)을 포함하여 191건, 헹굼보조제는 13건으로 총 204건 의 시료를 오프라인(대형마트, 슈퍼 및 편의점 등)과 온라 인(인터넷 쇼핑몰 등)을 통해 수집하였다.
시약 및 재료
메탄올(≥ 99.9%)과 이소프로판올(Isopropanol, ≥ 99.7%) 은 Sigma-Aldrich (St. Louis, MO, USA) 로부터 구입하여 사용하였으며, 증류수는 Merck Millipore사의 초순수제조 장치로 제조한 3차 증류수(>18.2 MΩ cm resisitivity)를 사 용하였다.
표준용액의 조제
메탄올 표준용액은 증류수로 희석하여 1,000 mg/L으로 조제하여 이를 표준원액으로 하였다. 표준용액은 실험 직 전에 1, 2, 5, 10, 20, 50 및 100 mg/L가 되도록 증류수에 희석하여 사용하였다. 표준원액은 -20ºC에 보관하였고, 표 준용액은 각 배치별로 조제하여 사용하였다. 내부표준용 액(Internal standard, IS)은 이소프로판올을 이용하였으며, 증류수에 희석하여 200 mg/L이 되도록 하여 사용하였다.
시료의 전처리
시료 0.5 g을 칭량하여 50 mL 원심분리관에 담고 증류 수를 첨가하여 10 mL가 되게 하였다. 희석된 시료를 헤드 스페이스용 바이알에 1 mL씩 담고, IS (200 mg/L) 100 μL 씩 첨가한 후 밀봉하여 기기분석에 이용하였다.
기기분석
밀봉된 바이알을 MPS2 자동 시료 주입기(Gerstel, Germany)에 부착된 헤드스페이스용 교반기에 넣고 70ºC 에서 10분 동안 교반 시킨 후, 기체 1 mL을 GC-MS (Mass spectrometry)에 주입하여 정량분석 하였다. 분석에 사용된 컬럼은 DB-624 (60 m × 250 × 1.4 μm)이었으며, 이동상 기 체(carrier gas)는 헬륨(He)을 사용하였고, 유량은 1.5 mL/ min이었다. 컬럼 오븐 온도는 초기에 40ºC에서 3분간 유 지하고, 분당 10ºC씩 증가시켜 150ºC가 되도록 하여 2분 간 유지하였다. 메탄올과 이소프로판올의 정량을 위해 선 택이온 검색(selected ion monitoring mode, SIM) 모드로 진행하였다. 구체적인 기기조건은 Table 3에 제시하였다.
분석법 검증
분석법의 유효성 검증을 위해 직선성, 검출한계(Limit of detection, LOD), 정확도 및 정밀도 실험을 실시하였다. 직 선성은 검량선의 회귀식의 상관계수(Correlation coefficient, r2)으로 평가했으며, 검출한계는 USFDA에서 제시한 방법 으로 계산하였다18). 일내 정확도와 정밀도 실험은 세척제 및 헹굼보조제 시료에 표준물질(2, 10 및 50 mg/L)을 첨 가하여 각각 7개씩 준비하고, 시료와 동일한 전처리 및 분 석방법으로 진행하였으며, 일간 정확도와 정밀도 실험은 일내 시험과 동일하게 3일 동안 반복 진행하였다. 정확도 와 정밀도는 각각 회수율(%)과 상대표준편차(%)를 계산하 여 평가하였다.
또한 시료의 분석결과를 검증하기 위해 분석방법에 따 른 회수율 실험을 진행하였다. 본 연구에서는「위생용품 의 기준 및 규격」5)에서 제시한 세척제 중 메탄올 분석법 (MFDS) 및 시료의 전처리는 MFDS를 따르고 분석기기는 HS-MS를 사용한 분석법(MFDS-HS-MS) 등 3가지 분석방 법으로 진행하였다. LOD이하로 검출된 시료에 메탄올을 200, 1,000 및 2,000 mg/L의 농도로 첨가하여 분석방법에 따른 회수율을 비교하였다.
Results & Discussion
분석법검증 결과
GC-HS-MS를 이용한 정량분석을 통해 얻어진 총 이온 크로마토그램(Total Ion Chromatogram, TIC)에서, 메탄올 은 5.1분, 이소프로판올은 7.1분에 피크가 나타났고(Fig. 1, A), 메탄올과 이소프로판올(IS)의 이온을 추출하여 얻은 EIC (Extracted ion chromatogram) 결과는 Fig. 1의 B와 C 와 같다. 직선성은 r값이 0.999이상으로 Codex에서 권장 하는 r2>0.95에 적합한 수준을 보였고19) (Fig. 2), USFDA 에서 제시한 방법으로 계산한 검출한계(LOD)는 1.09 mg/ kg이었다. 일간 및 일내 정확도는 91.1-97.9%이었고, 정밀 도는 10%이하로 정량분석에 적합한 수준을 보였다(Table 4).
분석방법에 따른 회수율 실험을 200 mg/kg, 1000 mg/kg, 2000 mg/kg에 대하여 진행한 결과(Table 5), MFDS 분석 방법의 회수율은 60.0±0.08, 64.3±0.99 및 55.3±0.64% 이 었고, MFDS의 전처리와 HS-MS로 분석한 분석법은 66.8±0.02, 70.4±1.02 및 72.6±0.64%으로 약 10%정도 높 게 나타났다. 본 연구에서 진행한 분석방법의 회수율을 84.3±0.04, 87.9±1.03 및 90.3±0.64%로 MFDS에서 제시한 분석법보다 우수한 회수율을 보이는 것이 검증되었다.
화장품 중 메탄올을 분석한 연구에서는 대한약전 알코 올수 측정법에 따른 증류법과 희석법으로 전처리하여 GCFID로 정량분석 하였으며, LOD는 4.3 ppm이었다20). Chio 등21)의 연구에서는 물휴지 중 메탄올의 정량을 HS-GCFID로 분석하였으며, LOD는 0.36 μg/mL이었다21). 동일한 GC-FID를 이용하였을 때 증류법이나 희석법 보다는 헤드 스페이스 방법이 낮은 LOD를 나타냈다. 또한 Chio 등21) 의 연구는 본 시료 사용량이 3 mL로 본 연구보다 3배 많 아 LOD가 낮아진 것으로 사료된다. 식품공전에서 주류 중 메탄올 분석은 비색법, 시료 전처리 없이 시료를 바로 주입하는 직접 주입법, 증류법으로 전처리한 후 GC-FID 로 정량 분석하도록 제시하고 있지만, 세계보건기구(World Health Organization, WHO)의 환경보건기준(Environmental Health Criteria, EHC)에서는 주류를 직접 주입법으로 GCFID 혹은 GC-MS로 정량 분석하는 방법을 이용하고 있다 22-23).
따라서 MFDS 분석법은 절차가 복잡하고 전처리에 많 은 시간이 소요되는 반면, 본 연구에서 진행한 분석법은 시료를 물에 희석하여 헤드스페이스용 용기에 담기만 하 면 되는 비교적 간단하고 빠르며, 회수율 또한 우수한 방 법이다. 본 연구에서 확립된 세척제 및 헹굼보조제 중 메 탄올 정량법은 품질 관리 및 안전관리에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.
시료 분석결과
세척제 및 헹굼보조제 제품 총 204개의 메탄올 분석결 과는 Table 6에 제시하였다. 시료 중 메탄올의 검출율은 3 종 세척제(80.0%), 2종 세척제(55.6%), 헹굼보조제(38.5%) 그리고 1종 세척제(29.4%)순이었으며, 전체 시료 중 메탄 올의 검출율은 41.7%이었다. 시료 중 상위 90퍼센타일 (Percentile) 농도는 헹굼보조제(153.7 mg/kg), 2종 세척제 (146.6 mg/kg), 3종 세척제(7.4 mg/kg) 그리고 1종 세척제 (6.7 mg/kg) 이었으며, 시료의 최고 농도 값은 2종 세척제 (2,013.2 mg/kg), 1종 세척제(253.7 mg/kg), 헹굼보조제 (191.5 mg/kg) 및 3종 세척제(17.8 mg/kg)이었다.
현재까지 세척제 중 메탄올 함량 모니터링 결과는 발표 된 적이 없었다. Chio 등21)의 연구에서는 시중에 유통되 는 인체세정용 물휴지 20종에서 메탄올 함량은 평균 6.213 μg/mL(1.67~15.65 μg/mL)이었다21). Zhang 등24)의 연 구에서는 중국의 종이 제품 중 메탄올 농도를 측정하였고, 표백 화학 열기계 펄프(Bleached chemical thermal mechanical pulp, BCTMP)는 2,966±72 mg/kg, 표백된 크래프트 펄프 (Bleached kraft pulp)는 277±5 mg/kg, 컵 펄프(Cup paper) 는 132±5 mg/kg 및 티슈 펄프(Tissue paper)는 341±20 mg/ kg의 농도로 검출되었다고 보고하였다24).
국문요약
메탄올은 부동액, 세제, 살균제, 소독제 및 공업용매 등 다양한 분야에서 사용되는 독성 알코올이며, 섭취, 경피흡 수 및 흡입을 통해 인체에 노출된다. 체내에서 메탄올은 포름알데히드와 포름산으로 산화되며, 이러한 생성물을 대 사산증, 시신경장애를 일으키고, 심한 경우 사망에 이르기 도 한다. 본 연구에서는 국내에서 유통되는 세척제 및 헹 굼보조제 중 메탄올의 함량을 모니터링하고자 하였으며, 기존의 식약처에서 고시한 방법보다 더 간단하고 빠른 GCHS- MS방법으로 진행하였다. 본 분석법은SIM 모드로 진 행하였고(메탄올 31 m/z 및 이소프로판올 45 m/z), LOD는 1.09 mg/kg으로 계산되었으며, 정확도와 정밀도는 각각 91.1-97.9%와 10%이하로 나타나 정량분석에 적합한 수준 임을 확인하였다. 본 연구는 세척제 중 메탄올 함량을 모 니터링한 최초의 연구로써 가치가 있다고 판단된다.
