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올리브유의 산화 안정성 분석에서 Oxitest 와 Rancimat 두 장비의 성능 비교 연구 |
Abstract
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다양한 방법으로 추출한 올리브유의 산화 안정성을 두 가지 가속 산화 방법인 Oxitest 와 Rancimat 을 사용하여 90~160℃ 온도 범위에서 측정하였다.
두 기술 간에는 매우 높은 상관관계를 확인할 수 있었다 (r² = 0.996). 그러나 Oxitest 는 더 짧은 유도 시간과 더 적은 시료량 (Rancimat의 3g 대비 1g) 을 요구하여,
유지의 산화 안정성 평가에서 Rancimat 을 대체할 수 있는 훌륭하고 빠른 대안이 될 수 있음을 시사한다. |
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Rancimat 과 Oxitest 를 이용하여 추출 방법이 서로 다른 올리브유의 산화 안정성 측정 결과를 oxidative stability indexes at 20°C (OSI20)로 비교한 결과
Rancimat 에서 38.5개월, 43.3개월, 138.6개월로 측정 되었고 Oxitest 에서 42.5개월, 67개월 그리고 142개월의 OSI 20 값을 나타냈다.
Oxitest는 시료가 포함하고 있는 휘발성 천연 항산화 물질의 휘발을 억제하여, 시료 본연의 천연 항산화 물질까지 보존된 상태에서 산화 안정성을 측정함하여 더욱 정확한 결과를 얻을 수 있었다.
Introduction
Virgin Olive Oil (VOO) 은 정제하지 않고 소비되는 몇 안 되는 오일 중 하나이다. 주로 단일불포화 지방산으로 구성된 지방산 프로파일 덕분에 매우 안정적이며,
미량의 항산화 화합물 (폴리페놀 및 토코페롤) 함량이 높아 산화 저항성이 가장 강한 식물성 유지 중 하나이다.
그러나 일단 산화가 시작되면 오일의 품질에 영향을 미치는 바람직하지 않은 변화가 발생하고 건강에 잠재적으로 해로운 화합물이 생성된다.
이는 산화적 산패로 알려져 있으며, 오일의 감각적·영양적 특성에 부정적인 영향을 미쳐 수용 불가능한 불쾌한 냄새, 색상 및 질감의 변화, 비타민 및 미량 성분의 감소를 초래하므로
가장 중요하게 고려되어야 할 품질 요소이다.
올리브유의 산화는 생산 및 저장 중 산소와 접촉할 때 시작되며, 개시(Initiation), 전파(Propagation), 종결(Termination)의 3단계를 거친다.
개시 단계 : 자유 라디칼이 리놀레산과 같은 다가불포화 지방산(PUFA)의 수소 원자를 이탈시켜 알킬 라디칼(R·)을 형성한다.
전파 단계 : 이 라디칼이 산소와 반응하여 퍼록실 라디칼(ROO·)을 형성하고, 이는 다른 PUFA와 반응하여 1차 산화 생성물인 하이드로퍼록사이드(ROOH)를 생성한다.
하이드로퍼록사이드의 분해는 지방산의 이중결합 수에 영향을 받으며, 리놀레산 유래 하이드로퍼록사이드가 올레산 유래 하이드로퍼록사이드보다 더 빠르게 분해된다.
하이드로퍼록사이드(ROOH)는 불안정하여 금속이 존재할 때 알콕실 라디칼(RO·)을 형성하고, 이는 알데하이드 및 케톤과 같은 2차 산화 생성물로 이어진다.
종결 단계 : 라디칼들이 서로 결합하여 이합체(Dimers) 및 중합체(Polymers)와 같은 비휘발성 화합물(3차 산화 생성물)을 형성할 때 연쇄 반응이 종료된다.
초기에 버진 올리브유의 산화는 오일 자체의 항산화 화합물이 자유 라디칼 생성을 비활성화하여 자동산화를 방지하기 때문에 느리게 진행된다.
주로 폴리페놀인 이러한 항산화 화합물은 영양 가치에 필수적이며 오일의 산화 안정성을 향상시켜 유통기한에 크게 기여한다.
올리브유의 유통기한을 결정하기 위해 Schaal 오븐 테스트 (60℃에서 수주일간 보관) 와 같은 방법이 있으나 시간이 너무 많이 걸리기 때문에, Rancimat 및 Oxitest 와 같은 가속 시험법이
더 널리 받아들여지고 있다.
Rancimat 테스트는 연속적인 공기 흐름에 의해 지방산의 산화를 강제하고, 최종 단계에서 발생하는 휘발성 유기산(아세트산, 포름산 등)이 물에 용해되어 전기전도도를 증가시키는
시점 (OSI) 을 재는 방식이다. 반면 Oxitest 는 최대 120℃ 의 온도와 8 bar 의 산소 압력 가속 조건 하에서 지질 매트릭스에 존재하는 반응성 성분들의 산소 흡수량 (압력 강하) 을 모니터링하여
산화 안정성을 평가한다. 본 연구는 이 두 장비를 사용하여 추출 기술별 올리브유의 안정성을 비교하였다
Results
Oxitest method 최적화 및 두 장비의 상관관계
Oxitest 분석 시 시료량을 1g, 3g, 10g 으로 달리하여 테스트한 결과, OSI 수치가 24.5 ~ 25.3 시간 범위로 통계적인 유의차가 없었다 (p = 0.454).
따라서 고부가가치 지질 연구 시 샘플 소모를 최소화하기 위해 최적 시료량을 1g 으로 확정하였다.
상업용 버진 올리브유 (VOO) 를 사용해 두 장비의 유도시간을 비교한 결과, r² = 0.996 (p < 0.01) 으로 극도로 높은 선형 상관관계를 보였다.
그러나 Oxitest 로 측정된 OSI 값은 Rancimat 방법보다 평균적으로 약 3.5배 더 빠르게 측정되었다. 이러한 성능 차이는 두 장비가 잡아내는 화학적 시점이 다르기 때문이다.
Oxitest는 지질 하이드로퍼록사이드 (1차 산화물) 가 형성되는 매우 초기 단계의 산소 소비를 측정하는 반면, Rancimat 은 사슬이 끊어지는 2차 산화 반응의 결과물인
휘발성 유기산 가스를 기록하기 때문에 시간차가 발생하는 것이다. 결과적으로 Oxitest는 분석 시간을 획기적으로 줄이면서도 대등한 신뢰도의 데이터를 준다.
20℃ 실온 유통기한(OSI 20) 예측 결과
온도별 가속 데이터를 바탕으로 소프트웨어가 선형 외삽하여 계산한 20℃ 실온에서의 최종 유통 수명(OSI 20) 결과는 다음과 같다.
Expeller press extraction Olve Oil (eOO) 과 Supercritical CO2 extraction Olive Oil (SCOO) 의 OSI20 에서 장비 간 차이가 발생하는 이유는 분석 환경의 특성에 있다.
개방형 구조인 Rancimat 는 고온에 의해 올리브유 속 휘발성 항산화 물질이 함께 증발하여 소실되는 반면, Oxitest 는 챔버내 높은 산소 압력이 휘발성 항산화 물질의 휘발을 억제하게 된다.
결과적으로 Oxitest 는 시료 본연의 천연 항산화 물질까지 온전히 보존된 상태에서 산화 안정성을 측정함으로 더욱 정확한 결과를 얻을 수 있었다.
Conclusions
본 연구는 추출 공정이 다른 올리브유들의 산화 안정성을 Rancimat과 Oxitest 가속 시험법으로 정밀 검증하였다. Oxitest 는 산화의 초기 단계 (하이드로퍼록사이드 형성) 를 측정하기 때문에
Rancimat 보다 유도 시간이 3.5배 짧아 실험 속도가 훨씬 빠르다.
두 장비의 결과는 완벽한 선형 상관관계를 공유하므로, Oxitest 는 시료 소모량이 적고(1g) 분석 시간을 대폭 단축할 수 있는
Rancimat 의 매우 강력하고 우수한 대안 장비로 사용할 수 있음을 확인할 수 있었다.
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