메밀은 다른 곡물에 비하여 단백질 함량뿐만 아니라 미네랄과 비타민 함량이 높아 영향균형이 좋은 식품이다. 또한, 다른 곡류에서는 발견되지 않는 rutin을 함유하고 있어 rutin 섭취에 의한 기능성식품으로 주목받고 있는데, 특히 쓴 메밀에서 기능성성분 함량이 높은 것으로 알려져 있다. 그러나 일반메밀과 쓴메밀에서의 기능성성분 규명 및 생리활성 연구에 대한 체계적 연구는 미진한 실정이다. 따라서, 본 연구에서는 일반메밀과 쓴메밀에서의 기능성 성분인 rutin과 quercetin 함량 및 폴리페놀과 플라보노이드 성분을 측정하여 비교하였다. 또한, in vitro 상에서 일반메밀과 쓴메밀 추출물의 항산화 기능성을 DPPH 및 ABTS 라디칼 소거능 분석을 통해 연구하였으며, 메밀추출물의 세포수준 항산화 기능성 및 세포독성을 평가하였다. 그 결과, 쓴메밀의 rutin 함량이 일반 메밀대비 월등히 높은 것으로 확인되었으며 quercetin은 쓴메밀에서만 측정되었다. 쓴메밀에서의 폴리페놀과 플라보노이드 함량이 일반메밀 대비 유의적으로 높은 것이 나타났으며, DPPH 및 ABTS 라디칼 소거능 또한 쓴메밀이 일반메밀에 비해 유의적으로 높은 것으로 분석되었다. 이러한 연구는 메밀의 항산화 기능성을 체계적으로 제시함으로써 식품산업에서 메밀의 다양한 활용성을 높일 수 있을 것이다.

산화아연 나노입자는 식품산업에서 항균 식품포장재, 항균 식품첨가물 및 아연보충제로 사용되고 있다. 식품산업에서 나노물질 사용이 증가 됨에 따라 식품성분과의 상호작용 가능성이 제기되고 있는데, 이 같은 상호작용은 나노물질의 독성 및 체내 흡수에 영향을 줄 수 있다. 따라서 산화아연 나노입자와 식품성분과의 상호작용에 대해 규명하고자 본 연구에서는 아연강화성분으로 산화아연이 첨가될 수 있는 탈지분유를 사용하였으며, 탈지분유의 주된 구성성분인 카제인과 유당을 사용하여 비교 연구를 수행하였다. 산화아연 나노입자와 탈지분유의 상호작용에 의한 물리화학적 특성변화는 수분상 입자크기와 표면전하 변화를 측정하여 확인하였고, 단백질과 상호작용은 형광 쇠기 감쇠 정도로, 그리고 유당과 상호작용은 HPLC를 이용하여 정량분석 하였다. 또한 탈지분유, 카제인 및 유당 존재 하 산화아연 나노입자의 세포독성 및 세포 내 유입양상, 3D 인체 장관 모델을 통한 수송 기작을 확인하였다. 그 결과, 산화아연 나노입자의 상호작용 정도는 탈지분유 혼합성분으로 존재 시 더 많이 일어나는 것으로 확인되었으나, 이 같은 상호작용은 세포독성, 세포 내 유입 및 장내 수송 기작에는 영향을 미치지 않는 것으로 나타났다. 본 연구결과는 산화아연 나노입자가 식품성분에 따라 상호작용 정도가 달라질 수 있음을 규명함으로써, 향후 나노물질과 식품성분 상호작용에 따른 잠재적 독성을 예측하는 데에 유용하게 활용될 수 있을 것으로 보인다.

매실은 식이섬유, 비타민, 칼륨, 각종 유기산을 풍부하게 함유하고 있어 음료, 절임 등 각종 가공식품으로 개발되어 있으며 그 수요가 점차 증가하고 있다. 그러나 매실에 함유되어있는 시안배당체의 일종인 amygdalin은 체내 존재하는 β-glucosidase 효소에 의해 시안화물 대사체를 생성할 수 있으며, 이는 호흡 저하 등의 독성을 유발할 수 있는 것으로 알려져 있다. 따라서 소비자의 매실가공제품에 대한 안전성 우려가 높아지고 있으나, 독성에 관한 체계적 연구는 미진한 편이다. 따라서 본 연구에서는 amygdalin의 세포독성을 세포생존율, 산화스트레스 및 콜로니 형성능에 미치는 영향을 확인하여 연구하였으며, 약동학적 연구를 통하여 amygdalin 자체의 체내 흡수율을 확인하였다. 아울러 매실가공제품인 매실청의 약동학적 연구 및 반복경구독성 연구를 수행하여 독성영향을 비교하였다. 세포 독성 결과, amygdalin 자체의 독성은 나타나지 않았으나, β-glucosidase 효소와 동시처리 시 대사체 생성에 의한 독성이 증가하였으며, 약동학적 연구 결과 체내 흡수율은 매우 낮은 것으로 확인되었다. 또한 매실청의 반복투여에 의한 독성영향도 관찰되지 않았다. 본 연구 결과는 amygdalin, 대사체 및 매실가공제품의 안전성에 관한 중요한 정보를 제공함으로써 매실산업 발전에 기여할 수 있을 것이다.

산화아연 나노물질(나노 ZnO)은 식품산업에서 식품포장재, 식품첨가물 및 아연 보충제 등과 같이 다양한 분야에 사용되고 있으나 생체 내 단백질과의 상호작용 및 그에 따른 독성연구는 미진한 실정이다. 나노물질은 체내에서 생체단백질과의 흡착에 의한 나노-단백질 코로나를 형성할 수 있는데, 이 같은 현상은 나노물질의 흡수, 조직분포 및 독성에 영향을 미칠 수 있을 것이다. 본 연구에서는 입자크기(나노 vs 벌크)에 따른 산화아연의 체내 단백질과 상호작용을 생체모사용액(위액, 장액, 혈장) 및 ex vivo 조직추출액을 이용하여 연구하였다. 그 결과, 모든 생체모사조건에서 나노 ZnO의 표면전하는 벌크 ZnO와 유의적으로 다르게 변화하는 것이 관찰되었고, 혈액모사조건에서 단백질과 상호작용 정도가 더 큰 것으로 확인되었다. 반면, 입자크기에 따른 용해도 및 장관 상피세포 흡수기작의 차이는 나타나지 않았다. 프로테오믹스 분석 결과, 입자크기에 관계없이 알부민, 피브리노겐 및 피브로넥틴이 ZnO-단백질 코로나 형성에 주로 관여하는 혈장단백질로 확인되었으나, 벌크 ZnO 대비 나노 ZnO와의 상호작용 정도가 더 큰 것으로 나타났다. 본 연구결과는 식품용 ZnO의 입자 크기에 따라 체내 단백질과의 상호작용 정도가 달라질 수 있음을 규명함으로써, 향후 나노물질과 생체 내 단백질의 상호작용에 따른 잠재적 독성을 예측하는데 중요한 자료로 활용될 수 있을 것이다.

건강기능성식품에 대한 소비자들의 관심이 높아짐에 따라 생리활성 성분이 다량 함유되어 있는 원료를 가공한 제품들이 다양하게 출시되고 있다. 그 중 매실은 다양한 유기산에 의한 항산화 기능성과 향균 및 약리 효과가 있는 것으로 알려져 점차 수요가 증가하고 있으며, 음료, 술, 절임 등 다양한 제품으로 개발 및 가공되고 있다. 그러나 매실에 함유된 amygdalin은 시안배당체의 일종으로 체내 존재하는 β-glucosidase 효소 작용에 의해 대사되어 시안화물을 생성하며, 이는 호흡 저하 등의 독성을 유발할 수 있다. 매실 및 매실가공품의 수요가 증가함에 따라 amygdalin의 독성 영향에 대한 소비자의 불안이 증가하고 있지만 이에 대한 연구는 극히 미비한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 amygdalin 자체의 세포독성을 세포증식, 산화스트레스 및 콜로니 형성능에 미치는 영향 관점에서 연구하였으며, 독성 메커니즘 또한 규명하였다. 아울러 약동학적 연구를 통해 amygdalin 자체 및 매실청에서의 흡수율을 규명하고, 랫드에 반복투여에 의한 경구독성 연구를 수행하였다. 세포독성 결과, amygdalin 자체의 독성은 높지 않았으나 β-glucosidase 효소에 의해 분해되면서 독성이 증가하는 것으로 확인되었다. 약동학적 연구 결과 amygdalin의 체내 흡수율은 극히 낮은 것으로 나타났고 반복투여에 의한 독성영향도 관찰되지 않았다. 본 연구 결과는 매실 amygdalin의 독성 및 매실가공품의 안전성에 대한 유용한 정보를 제공하여 매실산업의 활성화에 크게 기여할 수 있을 것으로 보인다.

나노기술은 식품 분야와 융합되어 에멀젼/캡슐화와 같은 전달체 시스템이나 나노 코팅, 식품 첨가제, 식품 포장재 등으로 널리 적용되면서 장래 고부가 가치를 이끌 수 있는 분야로 각광받고 있다. 대표적인 나노물질은 이산화규소(SiO2 NPs)로 고결방지제, 가스 차단 필름 등의 다양한 형태로 식품 산업에서 사용되고 있다. 하지만 식품 상에 적용된 나노물질과 식품 성분과의 상호작용에 관하여 충분한 검증이 이루어지지 않은 상태이기 때문에 안전성이 우려 되고 있는 현실이다. 이에 따라 본 연구에서는 식품 성분으로 지질로서 올리브 오일, 무기질로서 PBS buffer 를 사용하여 식품용 SiO2 NPs 과의 상호작용 정도와 이에 따른 물리화학적 특성 변화를 규명하고자 하였다. 각 온도(4, 25, 40°C)와 시간(1 min, 1, 24, 48 h, 7 d)에 따라 반응 후 지방산과 상호작용은 GC-MS로, 무기질과 상호작용은 ICP-AES 를 이용하여 정량분석하였다. 또한 DLS, zeta potential 측정을 통해 물리화학적 특성 변화를 확인하였다. 그 결과, SiO2 NPs 는 지방산과 0.4-1.8% 반응하는 것으로 나타났으며, 무기질 성분과는 최대 1.7% 상호작용 하는 것으로 확인하였다. 또한, 무기질 성분은 온도, 시간 조건에 관계 없이 나노물질의 크기 및 표면전하에 영향을 주지 않는 것으로 나타났다. 따라서 SiO2 NPs 은 지질, 무기질 성분과 극미량 상호작용 하는 것으로 보여진다. 본 연구에 이어 다양한 나노 소재와 식품성분 간의 상호작용에 대한 연구가 활발히 이루어질 것으로 예상되며, 식품 산업 발전을 기여할 수 있을 것이다.

식품첨가물로 이용되고 있는 이산화규소는 주로 고결방지의 목적으로 널리 사용되고 있는데, 나노물질이 첨가된 식품을 섭취하였을 때 나노물질의 거동 및 독성평가에 앞서 식품 성분 혹은 생체 내 성분과의 상호작용은 기본적으로 고려되어야 할 사항이다. 하지만 이러한 식품수준의 나노물질이 식품에 첨가되었을 때 일어나는 상호작용에 대한 연구는 미비한 실정이다. 본 연구에서는 식품의 기본 영양 성분이 될 수 있는 탄수화물을 파라메터로 설정하여 식품성분-이산화규소 나노물질 간 상호작용 관점에서 물리화학적 특성의 변화를 zeta potential과 hydrodynamic size로 분석하였으며, 당류와의 상호작용 정도를 HPLC를 이용하여 정량 분석 및 비교하였다. 식품 매트릭스로써는 아카시아 꿀 용액 조건과 단당류 및 이당류를 동량 혼합한 당 혼합용액을 모사조건으로 설정하였고, 이를 일정 온도(4, 25, 40°C)에서 일정 시간(1 min, 1, 24, 48 h, 7 d) 동안 이산화규소 나노물질과 반응시켰다. 꿀 용액의 농도가 증가할수록 나노입자의 크기는 증가하였고, 음전하를 띠는 이산화규소의 표면전하가 고농도의 꿀 용액과 반응 시 증가하는 경향을 보였다. 반면, 당 혼합용액과 반응 시 농도에 따라 나노입자 크기의 증가는 나타나지 않았으며 표면전하의 유의적인 변화 또한 관찰되지 않았다. 전체 상호반응에 있어서는 당 혼합 용액 대비 아카시아 꿀 용액에서 나노물질과 당류와의 반응 정도가 높게 나타났다. 결과적으로 식품 내에서 당류를 제외한 미량의 영양성분들이 식품성분-나노물질 상호작용에 영향을 줄 수 있다는 점과 단당류 및 이당류가 나노입자의 분산제로 사용될 가능성에 대해 제시할 수 있다.

최근 나노 기술이 발전함에 따라 식품, 의약품, 바이오, 식품산업 등 다양한 분야에 나노물질이 널리 사용되고 있으며 독성에 대한 연구도 활발히 이루어지고 있다. 특히, 식품 산업에 있어 이산화규소 나노물질은 고결방지제나 향미성분의 운반체로 많이 사용되고 있다. 나노물질이 식품첨가물로써 다양하게 사용됨에 따라 그 독성에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있지만 식품 성분과의 상호작용에 의한 독성영향이나 생체이용률에 대한 연구는 미진한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 다양한 식품 성분 중에서도 단백질 성분과 이산화규소 나노입자의 상호작용에 대해 규명하고자 하였으며 단백질 식품으로는 탈지분유와 탈지분유의 주 단백질 성분인 카제인을 선정하였다. 상호작용 반응은 저온(4°C), 상온(25°C), 고온(40°C) 조건에서 반응직후부터 7일차까지 관찰하였다. 단백질과 이산화규소 나노물질의 상호작용에 의한 물리화학적 특성 변화는 각 조건 별로 hydrodynamic size와 zeta potential을 측정하여 확인하였으며, 단백질형광 쇠기 감쇠를 비교하여 단백질과 나노입자의 quenching 정도를 분석하여 상호작용을 규명하였다. 그 결과, 이산화규소 나노물질과 카제인 반응 시 표면 전하의 특성이 변화하였지만 다른 조건에서의 물리화학적 특성 변화는 관찰되지 않았다. 또한 탈지분유와 카제인의 형광 쇠기 감쇠 비율은 유사한 경향을 보였고, 4°C 조건에 비해 25°C와 40°C 조건에서 더 많이 반응하며 나노물질의 농도가 증가함에 따라 단백질과의 반응 정도가 높아지는 것으로 나타났다. 그러나 전체적으로 40% 미만의 단백질 형광 쇠기 감쇠 비율을 나타내는 것으로 보아, 이산화규소 나노물질과 단백질은 약하게 상호작용하는 것으로 판단된다. 이와 같은 연구결과는 추후 식품첨가물로 사용되는 나노물질의 잠재적 독성영향과 관련된 연구의 기반으로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

다양한 무기나노물질은 기존의 물질과는 다른 특성을 보유하고 있어, 식품첨가물, 식품포장재 및 보충제 등으로 식품산업에서 널리 사용되고 있다. 이와 같이 나노물질의 사용이 증가함에 따라 독성 및 안전성 평가가 함께 요구되는데, 상대적으로 이와 관련된 연구는 부족한 실정이다. 특히 나노물질은 작은 입자크기로 인해 기존의 물질과는 다른 특성을 보유하고 있어, 나노물질의 잠재적 독성 평가를 위한 독성동태 및 생체 내 거동 연구가 필수적인데 이 같은 연구를 위해서는 우선적으로 나노물질의 생체 내 정량기법 확립되어야 한다. 이에 따라 본 연구에서는 식품분야에서 널리 응용되고 있는 이산화티타늄(TiO2) 및 산화아연(ZnO) 나노물질의 생체 내 정량분석법 확립 및 정량결과에 있어서 크기 및 입자형태에 의한 영향을 확인하고자 하였다. 정량분석을 위한 전처리 방법은 질산, 황산 및 과산화수소의 첨가량, 반응시간과 온도 등을 조절하여 확립하였으며, 이후 각 나노물질의 Zn와 Ti의 원자방출 특성을 활용하여 ICP-AES (inductively coupled plasma-atomic emission spectroscopy)로 분석하였다. 최종적으로 각 정량결과의 회수율, CV (coefficient of variation), RE (relative error)값을 산출하여 확립된 정량분석법의 정확성 및 정밀도를 검증하였다. 그 결과, 본 연구에서 확립한 정량방법을 통해서 물질의 형태(이온 및 크기)에 의한 정량결과에 영향은 없음이 확인되었으며, 생체 매트릭스에 의한 효과 또한 없는 것으로 확인되었다. 또한 최종적으로 분석된 정량결과가 정량분석의 기준치인 회수율 90%이상, CV 15% 이내, RE ±10% 이내에 들어오는 것이 확인되어 정량분석법의 정밀성 및 정확도를 검증하였다. 본 연구결과는 식품용 무기나노물질의 생체 내 정량분석법을 제시함으로써, 생체 내 거동 및 독성동태 연구를 통하여 향후 잠재적 독성 예측을 위한 기반 자료로 활용될 것으로 기대된다.