식품 첨가물이란 식품의 제조와 가공, 조리 후 보존에 이르기까지 전 과정에서 맛과 향, 색을 더하거나 장기간 보관할 목적으로 식품에 첨가되는 화학 물질이다.¹⁾ 그 중 인공감미료는 식품에 단맛을 첨가하기 위한 화학 합성 물질이며, 설탕의 200배에 달하는 단 맛을 가진 대체당으로 아스파탐과 아세설팜-K가 대표적이다.^2-4) 또한, 식품이 미생물에 의해 부패되거나 변질되지 않도록 방지해 식품의 보존기간을 연장시키는 식품첨가물인 보존제는 대표적으로 소브산이 있다. 보존제는 사용할 수 있는 식품과 사용량이 정해져 있어 식품마다 사용 기준이 존재한다.⁵⁾

최근 세계보건기구(WHO) 산하 국제 암연구소(International Agency for Research on Cancer, IARC)와 국제연합식량농업기구(Food and Agriculture Organization of the United Nations, UN FAO) 공동 산하기구인 식품 첨가물 전문가 위원회(Joint FAO/WHO Expert Committee on Food Additives, JECFA)는 아스파탐을 발암 가능 물질 등급인 2B 등급으로 분류하였다.⁶⁾ JECFA는 아스파탐의 일일섭취허용량(Acceptable Daily Intake, ADI) 기준을 40 mg/kg·bw/day으로 권장하고 있고, 이는 미국 식품의약국(Food and Drug Administration, FDA)의 기준인 50 mg/kg·bw/day보다 엄격한 기준이다.⁶⁾ 그러나 무열량 감미료로 설탕, 소비톨, 포도당, 과당 등과 병용하면 감미의 상승효과를 보이는 아세설팜-K는 JECFA 기준으로 ADI를 15 mg/kg·bw/day로 설정하고 있지만, 발암 가능 물질에서 제외되어 여전히 안전성에 대한 의혹이 제기되고 있다.⁷⁾ 또한 식품 보존제로 사용되는 소브산도 식품첨가물 기준 및 규격에 의해 관리되고 있으나 식품 원료에 천연으로 함유되어 있거나, 발효에 의해 생성되는 경우 정확한 함량을 알기 어려운 한계가 있다.⁸⁾ 식품의약품안전처의 식품공전에 따르면 막걸리 등 발효주에 인공감미료에 대한 기준은 설정되어 있지 않으며,^3,4) 보존제인 소브산은 0.2 g/kg 미만으로 검출되어야 한다.⁹⁾

한국 농수산 식품 유통공사(aT)에 따르면 2016년 이전까지 3,000억 원대에 그쳤던 국내 막걸리 소매시장 규모는 2019년 4,500억 원, 지난해 2022년 기준 5,000억 원대로 성장하였다.¹⁰⁾ 또한, 농식품수출정보에 따르면 지난해 2022년 막걸리 수출량은 1만 5천 396 t (톤)으로 지난 2020년 1만 2천 556 t (톤)과 비교해 22.6% 증가하였다.^11,12) 막걸리 소비량이 증가함에 따라 막걸리에 함유된 식품 첨가물(인공감미료 및 보존제)에 대한 인체 노출 또한 증가될 우려가 있다.

따라서 본 연구는 국내에서 제조 및 유통되고 있는 막걸리에 함유된 인공감미료(아스파탐, 아세설팜-K)와 보존제(소브산)의 함량 실태를 파악하고, 일일추정섭취량(Estimated Daily Intake, EDI)을 산출함으로써 막걸리 섭취에 대한 안전성을 평가하고자 한다.

1. 시료 선정

본 연구의 시료 수집 시 대규모 막걸리 제조업체의 주류 판매 순위는 회사 내부 사항으로 인해 파악할 수 없어 국내 여론조사 사이트의 막걸리 판매 순위와 온라인 판매 사이트의 소비자 구매 순위를 참고하여 경기도 성남시의 대형마트와 편의점에서 구매할 수 있는 막걸리 20종을 수집하였다. 시료는 50 mL 튜브에 분주한 후 0~4°C에서 분석 전까지 보관하였다.

2. 시약 및 표준물질

분석대상물질인 아스파탐, 아세설팜-K, 소브산과 내부표준물질(Internal Standard, IS)로 사용한 아세트아미노펜은 시그마-알드리치 사(Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA)에서 구입하였으며, 대상 물질에 대한 정보는 Table 1에 제시하였다. 전처리와 이동상에 사용된 아세토니트릴과 메탄올은 J.T Baker 사(Phillipsberg, NJ, USA), 인산은 시그마-알드리치 사(Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA)에서 구입하였으며, 증류수는 초순수제조장치(Q-Tech, Human science, Korea)로 제조한 3차 증류수(>18.3 MΩcm resistivity)를 사용하였다.

Table 1 . Chemical structure of aspartame, acesulfame-K, sorbic acid.

3. 표준물질의 제조

각각의 용해도를 참고하여, 아스파탐과 아세설팜-K는 10 mg을 정확히 칭량해 10 mL의 메탄올에 용해시켜 1,000 µg/mL를 제조하였다. 소브산은 100 mg을 칭량해 1 mL의 메탄올에 용해시켜 10,000 µg/mL를 제조하였다. 이를 메탄올에 희석하여 1, 2.5, 5, 10, 25, 50, 100 µg/mL의 농도가 되도록 검량선을 작성하였다. IS는 아세트아미노펜 50 mg을 정확히 칭량하고 10 mL의 메탄올에 용해시켜 5,000 µg/mL를 제조하였다. 이를 메탄올에 희석하여 100 µg/mL가 되도록 제조하였다.

4. 시료 전처리

막걸리 시료를 흔들어서 50 mL 튜브에 30 mL를 옮긴 후. 알코올 성분과 탄산가스를 제거하기 위해 30분간 초음파 처리를 진행하였다. 볼텍싱 후 15 mL 튜브에 시료 1 mL와 아세토니트릴 9 mL를 혼합 후 10,000 rpm에서 5분간 원심분리를 진행한 뒤 상등액 1 mL를 취해 0.45 µm 셀룰로오스 시린지 필터(VWR International, China)로 여과하였다. 여과된 시료 0.5 mL와 아세트아미노펜(IS) 0.5 mL 혼합한 후, 고성능 액체크로마토그래피(High-Performance Liquid Chromatography, HPLC)를 사용하여 정량분석을 진행하였다. 시료 전처리 방법은 Fig. 1에 나타내었다.

Figure 1. Schematic diagram of the analysis process

5. 기기조건

아스파탐, 아세설팜-K, 소브산의 검출을 위해 DAD (Diode Array Detector)가 결합된 HPLC (Agilent 1100 series, Agilent Technologies, CA, USA)를 사용하였다. 분석대상물질의 분리에 사용된 컬럼은 CapcellPak C18 (4.6 mm×250 mm, 5 μm, Shiseido, Japan)이며, 샘플은 10 µL씩 주입하고 유량은 0.8 mL/min으로 유지하였다. 이동상 용매는 A는 0.1% 인산이 함유된 물, B는 0.1% 인산이 함유된 메탄올을 이용하였다. 피크는 경사용매법(Gradient mode)으로 분리하였으며, 자세한 기기 조건은 Table 2에 제시하였다.

Table 2 . HPLC condition for the analysis of aspartame, acesulfame-K, sorbic acid.

Parameters		Conditions
HPLC (Agilent 1100 HPLC)	Column	SHISEIDO CAPCELL PAK C18 UG80 (250 mm × 4.6 mm, 5 µm)
	Column oven	40°C
	Mobile Phase	A: 0.1% Phosphoric acid in water B: 0.1% Phosphoric acid in methanol
	Gradient	Time (min)	0	10	13	13.1	20
		A (%)	80	5	5	80	80
		B (%)	20	95	95	20	20
	Flow rate	0.8 mL/min
	Injection volume	10 µL
Diode array detector	Signals	A		210 nm		Aspartame
		B		230 nm		Acesulfame-K
		C		260 nm		Sorbic acid

6. 분석법 검증

본 연구의 분석법을 검증하기 위해 아스파탐, 아세설팜-K, 소브산을 대상으로 내부표준법(Internal standard calibration)에 따라 검량선의 반복 실험을 통해 검량선의 직선성, 검출한계(Limit of detection, LOD), 정확도 및 정밀도에 대한 실험을 진행하였다. 직선성은 검량선의 회귀직선식의 결정계수(r²)값을 평가하였고, 검출한계(LOD)는 회귀직선식의 y절편 오차를 기울기로 나눈 후, 3.143을 곱하여 산출하였다. 정량한계(LOQ)는 LOD에 3.3을 곱한 값으로 나타냈다. 정확도는 반복 측정한 결과의 평균값을 참값으로 나누어 백분율로 나타내었고, 참값의 80~120% 이내로 평가하였다. 정밀도는 반복 측정한 결과의 표준편차를 평균으로 나누어 백분율로 나타내며 측정값이 20% 이내인지 평가하였다.

1. 분석법 검증 결과

본 연구에서 인공감미료 2종(아스파탐, 아세설팜-K)과 보존제 1종(소브산)의 동시 분석법의 정확도 검증을 위해 저(5 µg/mL), 중(10 µg/mL), 고(50 µg/mL) 농도별로 5회 반복 실험을 진행하였다. 검량선은 각 표준물질과 IS 100 µg/mL를 각 500 µg씩 1:1로 혼합하여 조제하였다. 검량선의 직선성은 결정계수(r²)가 0.999 이상으로 우수한 직선성을 보였으며, LOD는 아스파탐은 1.99 µg/mL, 아세설팜-K는 0.97 µg/mL, 소브산은 0.83 µg/mL이었다. 정확도는 회수율로 평가하였으며 아스파탐은 94.57~100.35%, 아세설팜-K는 97.62~116.08%, 소브산은 98.31~107.65%이었다. 정밀도는 10% 미만으로 안정적인 값을 얻었다. 절대 회수율은 표준물질과 IS 100 µg/mL이 500 µg씩 1:1로 희석된 25 µg/mL를 표준물질 10 µg/mL로 나눈 후 100을 곱한 값으로 구했으며 모두 100% 이상이 나왔다. 따라서 이 분석법이 막걸리 내 아스파탐, 아세설팜-K, 소브산의 함량 분석에 적합하다고 판단된다. 분석법 검증 결과는 Table 3, 각 물질의 크로마토그램은 Fig. 2에 나타내었다.

Table 3 . Analysis method verification results for aspartame, acesulfame-K and sorbic acid.

Substance		Aspartame	Acesulfame-K	Sorbic acid
LOD (µg/mL)		1.99	0.97	0.83
LOQ (µg/mL)		6.57	3.2	2.74
Calibration curve range		1~100 µg/mL	1~100 µg/mL	1~100 µg/mL
Linear equation		Y=0.0012x–0.0002	Y=0.0035x–0.0034	Y=0.0185x–0.0024
r²		0.9992	0.9997	0.9999
Absolute recovery (%)*		138.8	123.8	129.3
Accuracy (%)	5 µg/mL	90.5	91.3	96.7
	10 µg/mL	105.7	95	88
	50 µg/mL	114.1	102.9	108.5
Precision (%)	5 µg/mL	2.7	5.8	2.2
	10 µg/mL	1.9	2.5	3.7
	50 µg/mL	1.0	1.0	1.2

*Absolute recovery was calculated using a consumption of 10 µg/mL..

Figure 2. Chromatogram of aspartame, acesulfame-K, sorbic acid and acetaminophen

2. 막걸리 중 인공감미료 및 보존제 분석 결과

국내에서 유통되는 막걸리 총 20개 제품 중 아스파탐은 85% (17개), 아세설팜-K는 50% (10개)의 검출률을 보였으며, 소브산은 모두 검출되지 않았다. 아스파탐의 중앙값은 59.14 µg/mL (0.006%), 최고값은 126.5 µg/mL (0.013%)이었고, 아세설팜-K의 중앙값은 18.18 µg/mL (0.002%), 최고값은 82.96 µg/mL (0.008%)이었다. 자세한 결과는 Table 4에 제시하였다.

Table 4 . Detected levels of aspartame, acesulfame-K and sorbic acid in domestic makgeolli.

Sample	Substance	N	Detected samples	Detection frequency (%)	Concentration (µg/mL)
					25th	50th	75th	90th	Max
Makgeolli	Aspartame	20	17	85	12.19	59.14	79.48	117.89	126.5
	Acesulfame-K		10	50	ND*	18.18	40.86	65.05	82.96
	Sorbic acid		0	0	ND	ND	ND	ND	ND

*ND: not detected..

제품 표시사항과 실제 검출 상태를 비교한 결과, 표시사항에 무아스파탐이라고 명시되어 있는 생막걸리 1종과 캔 막걸리 1종에서는 아스파탐, 아세설팜-K, 소브산이 모두 검출되지 않았다. 그 외 인공감미료가 검출된 제품들은 제품 표시사항에 아스파탐과 아세설팜-K가 함유되어 있다고 표시되어 있었고, 1종의 제품 외에 실제 분석결과와도 일치하였다.

1. 인공감미료의 일일추정섭취량(EDI) 산출 및 위해도 평가

19세 이상 평균체중(남성: 73.7 kg, 여성: 58.7 kg)을 고려하여 일일섭취허용량(ADI)을 기준으로 막걸리의 최대 허용량을 계산하였다. 아스파탐의 ADI는 40 mg/kg·bw/day으로 최고 농도 126.5 µg/mL 기준 막걸리(750 mL)를 남성은 23병 이상, 여성은 18병 이상 섭취하게 되면 허용량을 초과한다. 또한 아세설팜-K의 ADI는 15 mg/kg·bw/day이며 최고 농도 82.96 µg/mL 기준 남성은 13병 이상, 여성은 10병 이상 섭취하게 되면 허용량을 초과한다.

아스파탐과 아세설팜-K의 EDI 산출은 본 연구에서 검출된 최고 농도와 한국보건산업진흥원에서 실시한 2021년 국민건강영양조사의 식품별 섭취량 분포 자료의 막걸리 1일 섭취량¹³⁾을 곱한 후, 19세 이상 평균체중으로 나누어 계산하였다. 막걸리 섭취자와 비섭취자를 포함한 1일 섭취량¹³⁾으로 EDI를 산출한 결과, 남성은 아스파탐 22.6 µg/kg·bw/day, 아세설팜-K 14.8 µg/kg·bw/day이며, 여성은 아스파탐 73.3 µg/kg·bw/day, 아세설팜-K 48.1 µg/kg·bw/day이다. 위해지수(HQ)를 계산한 결과 0.003 이하 수준으로 건강상 위해도는 매우 낮은 편이었다.

국민건강영양조사에서 섭취자만 포함한 1일 섭취량¹⁴⁾으로 EDI를 계산하면 남성의 경우 아스파탐 1,126.5 µg/kg·bw/day, 아세설팜-K 738.7 µg/kg·bw/day 이며, 여성의 경우 아스파탐 754.9 µg/kg·bw/day, 아세설팜-K 495.1 µg/kg·bw/day이었다. HQ를 계산하면 남성의 경우 아스파탐 0.028, 아세설팜-K 0.049 이며, 여성의 경우 아스파탐 0.019, 아세설팜-K 0.033으로 권고치에 미치지 않는 수준이었다.

또한, 섭취자의 상위 1%에 대한 1일 섭취량¹⁴⁾을 바탕으로 EDI를 계산한 결과, 남성은 아스파탐 3,569.8 µg/kg·bw/day, 아세설팜-K 2,341.1 µg/kg·bw/day이었다. 여성은 아스파탐 1,544.8 µg/kg·bw/day, 아세설팜-K 1,013.1 µg/kg·bw/day 이었다. HQ를 계산하면 남성은 아스파탐 0.089, 아세설팜-K 0.156, 여성은 아스파탐 0.039, 아세설팜-K 0.068이었다. 이 결과도 위해도가 낮은 수준이지만 아스파탐과 아세설팜-K가 포함된 식품과 함께 섭취하거나 두 물질이 동시에 함유된 막걸리를 섭취할 경우 위해도가 증가하기에 주의할 필요가 있다. EDI 계산을 정리한 결과는 Table 5에 제시하였다.

Table 5 . Estimated daily intake and Hazard quotient of aspartame and acesulfame-K.

Distribution of intake		Aspartame			Acesulfame-K
		Male	Female		Male	Female
All average (include non-eater)	EDI† (µg/kg‧bw/day)	22.6	73.3		14.8	48.1
	HQ‡	0.0006	0.002		0.001	0.003
Eater average*	EDI (µg/kg‧bw/day)	1,126.5	754.9		738.7	495.1
	HQ	0.028	0.019		0.049	0.033
Eater top 1% average	EDI (µg/kg‧bw/day)	3,569.8	1,544.8		2,341.1	1,013.1
	HQ	0.089	0.039		0.156	0.068

The subjects of the survey were over 19 years old, and 68 male and 25 female consumed makgeolli..

*Makgeolli consumption was calculated according to the National Nutrition Statistics Survey 2021..

^†EDI: Estimated daily intake (µg/kg‧bw/day)=Makgeolli highest concentration×Makgeolli daily intake/average weight over 19 years old..

^‡HQ: Hazard quotient=EDI/reference dose (ADI)..

2. 다른 연구와의 비교

본 연구에서는 시중에서 구매할 수 있는 막걸리 내 인공감미료(아스파탐, 아세설팜-K)와 보존제(소브산)의 함량 분석을 진행하였다. 이와 관련된 연구보고서와 본 연구를 비교해보면 다음과 같다.

한국인의 인공감미료 일일추정섭취량을 평가한 자료¹⁵⁾에서 아스파탐은 주로 약주 및 탁주에서 60%로 가장 높게 나왔고 총 584개의 식품에서 평균 12.2% 검출률을 보였으며 아세설팜-K는 껌과 탄산음료에서 많이 검출되었고 총 584개의 식품에서 10.6%의 검출률을 보였다. 과자나 껌 등 다른 시료가 포함된 농도의 평균은 아스파탐 546.8 mg/kg, 아세설팜-K 421.8 mg/kg으로 비교적 높게 검출되었다.¹⁵⁾ 이는 본 연구와는 다르게 막걸리 외 식품도 포함한 결과이기 때문에 높은 농도의 평균값이 나온 것으로 보인다.

또한, 인공감미료는 음료와 과자 등 어린이와 청소년의 수요도가 높은 식품에 주로 함량되어 있음을 확인하였다.¹⁵⁾ 인공감미료의 인구 집단별 섭취 형태에 대한 국외 선행 연구¹⁶⁾에 따르면 6~10세 어린이의 경우 ADI 대비 54%를 초과하였다. 이는 ADI의 30%를 초과하여 FAO/WHO의 권고사항에 의해 위험 경고를 해야 하는 수준이다.¹⁷⁾

본 연구는 HPLC를 이용하여 시중에서 구매할 수 있는 막걸리 20개 제품 중 아스파탐, 아세설팜-K, 소브산의 함유량을 분석하여 EDI와 위해도를 평가하였다. 연구 결과, 최고농도를 참고하여 EDI를 산출하였을 때 ADI 대비 건강상 위해도가 낮은 편이다. 섭취자가 막걸리 뿐만 아니라 인공감미료가 함유된 다른 식품군과 함께 다량 섭취함으로써 체내에 흡수되는 양을 가늠할 수 없기 때문에 식품의약품안전처에서는 막걸리에 대한 인공감미료의 명확한 함량을 표기할 필요가 있다.

식품의약품안전처에 따르면, 아스파탐의 현재 섭취 수준이 안전하다고 평가하지만¹⁸⁾ 섭취 패턴과 이에 따른 인체 영향 감수성을 고려하여 고령자의 경우 건강상 위해성에 대한 주의가 필요하다. 아스파탐의 발암 유발 가능성에 대한 문제가 제기되었지만, 여전히 함량에 대한 표기 의무와 조치는 없기 때문에 본 연구를 바탕으로 인공감미료에 대한 기준 및 규정을 개선할 필요가 있다.

이 연구는 2023년 을지대학교 대학혁신지원사업 지원을 받아 진행한 연구임.

No potential conflict of interest relevant to this article was reported.

신혜원(학생), 김민서(학생), 김예지(학생),

박나연(박사수료), 고영림(교수)