12-3-2 용출시험
식품분석에는 없는 포장재료에 특유의 분석시험이다. 시료를 식품에 견주어 식품 의사(擬似) 용매와 접촉시켜, 식품 의사 용매 중에 녹아 나온 목적 물질의 량을 측정한다(도12.2). 본래대로 하면 식품과 시료를 접촉시켜 식품 중에 용출된 물질의 량을 구하는 것이 요망되는데, 시장에는 무수히 많은 식품이 있고, 그 모든 식품을 이용하는 것은 현실적으로 불가능하다. 또한, 식품을 이용한다고 해도, 식품에는 협잡물이 많이 존재하기 때문에 낮은 농도까지 분석하는 것이 곤란하다. 그렇기 때문에 포장 재료의 분석에서는 식품 의사 용매가 이용된다. 식품 의사 용매와 시료를 특정 조건(온도, 시간, 용출 비율)으로 접촉시켜, 얻어진 용출액을 분석하고 식품으로의 이행량을 시뮬레이션 한다.
(1) 식품 의사 용매
일본, 미국, 유럽에서 이용되고 있는 식품 의사 용매의 일례를 표12.9에 나타내었다. 이 중, 유성 및 지방성 식품의 식품 의사용매로 해외에서는 heptane이 아니고, 식물유(올리브유나 옥수수유 등), isooctane, 95% 에탄올 등이 사용된다. Heptane, isooctane, 95% 에탄올은 화학 공업품이므로 분석을 진행하는 데에서도 매우 취급이 저렴한데, 식물유와 비교하여 추출력이 강하고, 재질에 의해 실제에 사용되는 유지 및 지방성 식품 보다도 이행량이 커지는 경우가 있다. 한편, 식물유는 실제의 식품에 가깝기 때문에 이상적인 식품 의사 용매인데, 식물유 중의 협잡물의 영향에 의해 분석의 난이도가 올라가, 목표의 정량 한계까지 분석이 가능하지 않은 경우가 많다.
표12.9 일본, 유럽, 미국의 용출 시험에서 사용되는 식품 의사 용매 예
식품 종 | 일본*1 | 미국*2 | 유럽*3 |
수성식품 | 물 | 10% 에탄올 | 10% 에탄올 |
산성식품 | 4% 초산 | 10% 에탄올 3% 초산 | 3% 초산 |
주류 | 20% 에탄올 | [저농도 알코올] 10% 에탄올 [고농도 알코올] 50% 에탄올 | [저농도 알코올] 20% 에탄올 [고농도 알코올] 50% 에탄올 |
유지 및 지방성 식품 | Heptane | 식용유 HB307(tryglyceride) Miglyol812 기타 대체용매*4
| 식물유 기타 대체 용매*5 |
건조식품 | - | - | Poly (2,6-diphenyl-p-phenylene oxide) |
*1: 식품, 첨가물 등의 규격기준(후생성 고시 제370호) 재질별 규격 합성수지
*2: Guidance for Industry: Preparation of Premarket Submissions for Food Contact Substances (Chemistry Recommendation)
*3: Commission Regulation (EU) No. 10/2011
*4: 일부 합성 수지에 대해서는 50% 에탄올 또는 95% 에탄올
*5: isooctane 또는 95% 에탄올
(2) 용출조건
일본, 미국, 유럽의 용출 조건을 표12.10~표12.12에 나타내었다. 일본에 비해 크게 차이가 있는 것이 현상이다. 본래는 어떠한 조건(온도, 시간)으로 식품과 접촉하는지, 실제의 사용 상황을 상정한 상에서 설정하는 것이 요망된다.
표12.10 일본의 용출조건
사용온도 구분 | 식품 의사 용매 | 용출조건 |
100℃ 이하 | Heptane | 25℃, 1시간 |
20% 에탄올 | 60℃, 30분 |
물 |
4% 초산 |
100℃ 초과 | Heptane | 25℃, 1시간 |
20% 에탄올 | 60℃, 30분 |
물 | 95℃, 30분 |
4% 초산 |
* 식품, 첨가물 등의 규격기준(후생성 고시 제370호) 재질별 규격 합성수지
표12.11 미국의 용출규격
사용 용도 | 용출조건 |
100℃를 초과하는 가열 살균 또는 레토르트 | 121℃ * 2시간 + 40℃ * 10일간 |
비등수(100℃) 살균 | 100℃ * 2시간 + 40℃ * 10일간 |
66℃를 초과하는 열충전 또는 살균 | 100℃ * 30분(또는 66℃ * 2시간) + 40℃ * 10일간 |
66℃ 이하의 열충전 또는 살균 | 66℃ * 30분 + 40℃ * 10일간 |
실온 충전 및 저장 | 40℃ * 10일간 |
냉장저장 | 20℃ * 10일간 |
냉동저장 | 20℃ * 5일간 |
냉장 또는 냉동 저장으로 사용 시에 재가열 | 100℃ * 2시간 |
121℃ 초과하는 고온조리 | 조리에 상정하는 최고온도 * 최장시간 |
* Guidance for Industry: Preparation of Premarket Submissions for Food Contact Substances (Chemistry Recommendation)
표12.12 유럽*의 용출조건
식품과의 접촉시간(t) | 용출시간** | 식품과의 접촉온도(T) | 용출온도** |
t ≤ 5분 | 5분 | T ≤ 5℃ | 5℃ |
5분 < t ≤ 0.5시간 | 0.5시간 | 5℃ < T ≤ 20℃ | 20℃ |
0.5시간 < t ≤ 1시간 | 1시간 | 20℃ < T ≤ 40℃ | 40℃ |
1시간 < t ≤ 2시간 | 2시간 | 40℃ < T ≤ 70℃ | 70℃ |
2시간 < t ≤ 6시간 | 6시간 | 70℃ < T ≤ 100℃ | 100℃ 또는 환류(還流) |
6시간 < t ≤ 24시간 | 24시간 | 100℃ < T ≤ 121℃ | 121℃ |
1일 < t ≤ 3일 | 3일 | 121℃ < T ≤ 130℃ | 130℃ |
3일 < t ≤ 30일 | 10일 | 130℃ < T ≤ 150℃ | 150℃ |
30일을 초과 | 가속시험 | 150℃ < T ≤ 175℃ | 175℃ |
| 175℃ < T ≤ 200℃ | 200℃ |
200℃ < T | 225℃ |
* Commission Regulation (EU) No. 10/2011
** 사용 실태에 가까운 용출 시간과 용출 온도를 조합시킴
(3) 용출비율(액비)
용출 시험을 실시하기 위해서는 시험에 대하여 어느 정도의 량의 식품 의사 용매에 용출을 행할지(용출 비율)를 적절하게 설정할 필요가 있다. 일반적으로는 시료의 접액(接液) 부분의 표면적으로부터 용매량을 산출한다. 식품 위생법에서는 2ml/cm2로 규정되어 있고, 미국에서는 2ml/in2(0.31ml/cm2)이나 10ml/in2(1.55ml/cm2), 유럽에서는 20ml/dm2(0.2ml/cm2) ~ 167ml/dm2(1.67ml/cm2)가 이용되고 있다. 액량당의 농도(㎍/ml)로서 평가하는 경우는 용출 비율의 영향을 크게 받는데, 시료의 단위 면적당의 용출량(㎍/cm2)이로 평가하는 경우는 일정 범위 내에 있다면 용출 비율은 시험 결과에 거의 영향이 없다. 그렇기 때문에 미국의 FDA의 규격 시험에서는 용출 비율의 지정이 없는 경우도 있다.
(4) 용출 방법
용출방법에는 3종류가 있다.
1) 침적 용출법
시료 전체를 용매에 침투시켜, 이른바 하수구에 담그는 방법이다. 시료가 단일 재질의 경우 등에 이용된다.
2) 편면 용출
시료의 내외면의 재질이 다른 경우 등에 이용된다. 전용의 기구(도12.3)을 이용하는 것에 의해 시료의 편면만을 용매에 접촉시키는 것이 가능하다.
3) 충전 용출법
용매를 가득 채우는 것이 가능한 형상의 시료에만 이용하는 것이 가능하다. 이 경우, 용출 비율을 지정하여 용출 하는 것이 불가하다.