배달식품용 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 및 폴리스티렌 기구류 중 ICP-MS를 이용한 중금속 이행량 연구 = A Study on the Migration of Heavy Metals from Delivery Food Contact Materials (Polypropylene, Polyethylene and Polystyrene) Using an Inductively Coupled Plasma ? Mass Spectrometer (ICP-MS)

국문 초록 (Abstract)

본 연구에서는 국내 유통되고 있는 배달식품용 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 및 폴리스티렌 기구류의 중금속 이행량(납, 카드뮴 및 비소)을 조사하였다. 본 연구 결과를 바탕으로 현재 유통되고 있는 배달식품용 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 및 폴리스티렌 기구류가 안전하게 관리되고 있는지 파악하고자 하였다.
모니터링에 사용된 시료는 용기, 뚜껑, 컵, 테이블용 기구, 파우치, 포장재로 총 6개의 품목으로 구성되어 있으며, 폴리프로필렌 51건, 폴리에틸렌 21건, 폴리스티렌 32건으로 총 104건의 시료를 ICP-MS를 이용하여 분석하였다.

납, 카드뮴 및 비소의 직선성은 결정계수(R²) 값이 0.9999 이상의 우수한 직선성을 보였으며, 납, 카드뮴 및 비소의 검출한계는 각각 0.001 µg/L, 0.001 µg/L 및 0.001 µg/L로 나타났으며, 납, 카드뮴 및 비소의 정량한계는 각각 0.002µg/L, 0.003 µg/L 및 0.003 µg/L로 나타났다.

납, 카드뮴 및 비소의 정확성(회수율)은 93.18~107.72%의 범위로 나타나 유럽연합집행위원회 합동연구센터(European commission Joint Research Centre, JRC)의 식품접촉물질 관리에 사용되는 분석법의 검증 가이드라인에서 제시하고 있는 기준(10 µg/L 미만의 농도에서 평균 회수율 40~120%) 이내를 만족하였다. 정밀도(RSD%)는 0.08~2.72%로 Horwitz 식에 의해 계산한 기준(0.1 µg/L : 63.2%, 1 µg/L : 44.8%, 10 µg/L : 31.7%) 이내를 만족하여 본 연구에서 사용한 분석법이 식품용 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 및 폴리스티렌 시료로부터 이행되는 납, 카드뮴 및 비소를 분석하는 데 적합함을 확인하였다.

측정불확도 추정 과정을 통하여 산출된 폴리프로필렌 중 중금속의 확장불확도는 납 0.10 µg/L, 카드뮴 0.08 µg/L 및 비소 0.08 µg/L이었다. 배달식품용 폴리프로필렌 기구류로부터 이행되는 납, 카드뮴 및 비소의 이행량 평가에서 표준검량곡선이 가장 큰 불확도 요인으로 작용함을 확인하였다.

납은 총 104건의 시료 중 98건이 검출되었으며, 검출된 납의 이행량은 평균 0.209±0.341 µg/L, 전체 시료의 납 이행량은 평균 0.197±0.334 µg/L로 나타났다. 재질별로는 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 및 폴리스티렌 시료 중 검출된 납의 평균 이행량이 각각 0.194±0.366 µg/L, 0.164±0.152 µg/L 및 0.260±0.389 µg/L로 나타났다. 납의 최대 이행량은 폴리프로필렌 시료의 테이블용 기구 중 스푼이었으며, 2.286 µg/L로 나타나 ｢식품용 기구 및 용기·포장 공전｣에서 설정된 용출규격인 1,000 µg/L 대비 약 0.23% 수준이었다.
카드뮴은 총 104건의 시료 중 55건이 검출되었으며, 검출된 카드뮴의 이행량은 평균 0.010±0.010 µg/L, 전체 시료의 카드뮴 이행량은 평균 0.005±0.009 µg/L로 나타났다. 재질별로는 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 및 폴리스티렌 시료 중 검출된 카드뮴의 평균 이행량이 각각 0.010±0.013 µg/L, 0.010±0.004 µg/L 및 0.009±0.005 µg/L로 나타났으며, 3가지 재질에서 카드뮴의 평균 이행량은 비슷한 수준이었다. 카드뮴의 최대 이행량은 폴리프로필렌 시료 중 용기였으며, 0.061 µg/L로 나타났고, 정량한계 미만으로 측정된 시료는 49건으로 전체 시료 중 카드뮴 이행량은 매우 낮은 수준이었다.
비소는 총 104건 시료 중 72건이 검출되었으며, 검출된 비소의 이행량은 평균 0.014±0.013 µg/L, 전체 시료의 비소 이행량은 평균 0.010±0.013 µg/L로 나타났다. 재질별로는 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 및 폴리스티렌 시료 중 검출된 비소의 평균 이행량이 각각 0.012±0.011 µg/L, 0.015±0.016 µg/L 및 0.017±0.014 µg/L로 나타났으며, 3가지 재질에서 비소의 평균 이행량은 비슷한 수준이었다. 비소의 최대 이행량은 폴리스티렌 시료의 테이블용 기구 중 포크였으며, 0.056 µg/L로 나타났고, 정량한계 미만으로 측정된 시료는 32건으로 전체 시료 중 비소 이행량은 매우 낮은 수준이었다.

ICP-MS를 이용한 중금속 분석 결과를 토대로 총 104건의 시료에서 검출된 납, 카드뮴 및 비소의 이행량은 평균 0.009 ~ 0.260 µg/L로 ｢식품용 기구 및 용기·포장 공전｣에서 설정된 용출규격인 1,000 µg/L 대비 매우 낮은 수준이었으며, 현재 유통되고 있는 배달식품용 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 및 폴리스티렌 기구류의 중금속 함량이 안전한 수준으로 관리되고 있음을 확인하였다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The necessity of this study emerged as the use of food contact materials for delivery increased due to the recent growth of the delivery industry after COVID-19. In the present study, samples (n = 104) of polypropylene (PP), polyethylene (PE) and polystyrene (PS) distributed in Korea were tested for migration of lead, cadmium and arsenic. 4% v/v acetic acid was used as the food simulant. Pb, Cd and As were analyzed by ICP-MS. The tests were performed at 100℃ (in harsh conditions) for 30 min. The migration of Pb, Cd and As in polypropylene (PP), polyethylene (PE) and polystyrene (PS) was very low. The maximum level of Pb corresponded to 0.23% of the migration limit. There were no samples exceeding the limit. Expanded uncertainty calculated of Pb, Cd and As was 1.03 ± 0.10 µg/L, 0.99 ± 0.08 µg/L and 0.99 ± 0.08 µg/L, respectively. Through this process of estimating uncertainty, it was confirmed that the calibration curve was as the largest uncertainty contribution factor. As a result of this study, it was confirmed that the heavy metal contents of food contact materials for delivery distributed in Korea was safely managed. The data based on this study represent an invaluable source for science-based safety management of hazardous heavy metals migrating from food contact materials for delivery.

목차 (Table of Contents)

• I. 서 론 1
• 1. 연구의 배경 및 목적 1
• II. 이론적 고찰 4
• 1. 기구 및 용기포장 4
• 1) 기구 및 용기포장의 정의 4
• 2) 식품위생과 기구 및 용기포장의 관계 4
• 2. 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 및 폴리스티렌의 특성 및 용도 5
• 1) 폴리프로필렌 5
• 2) 폴리에틸렌 5
• 3) 폴리스티렌 6
• 3. 기구 및 용기포장에 대한 국내외 관리현황 및 기준 6
• 4. 중금속 7
• 1) 납 8
• 2) 카드뮴 8
• 3) 비소 9
• 5. 기기분석 동향 9
• III. 실험 재료 및 실험 방법 10
• 1. 대상시료 10
• 2. 표준품 및 시약 12
• 3. 분석 조건 12
• 4. 표준원액 및 표준용액의 조제 13
• 5. 시험용액의 조제 13
• 6. 분석법 검증 13
• 1) 직선성 13
• 2) 검출한계 및 정량한계 13
• 3) 정확성 및 정밀성 14
• 7. 측정불확도 14
• IV. 실험 결과 및 고찰 15
• 1. 분석법 검증 15
• 1) 직선성 15
• 2) 검출한계 및 정량한계 17
• 3) 정확성 및 정밀성 19
• 2. 측정불확도 23
• 3. 이행량 모니터링 26
• 1) 납 이행량 26
• 2) 카드뮴 이행량 32
• 3) 비소 이행량 38
• 4) 납, 카드뮴 및 비소의 이행량 추이 44
• 5) 납, 카드뮴 및 비소의 히스토그램 48
• V. 결 론 50
• 참고문헌 52
• 영문초록(Abstract) 55