현미 도정과정에 따른 살균제 Hexaconazole, Tricyclazole 및 살충제 Etofenprox, Imidacloprid 잔류량 변이
초록
본 연구는 살균제 Hexaconazole, Tricyclazole과 살충제 Etofenprox, Imidacloprid을 벼에 살포 후 현미와 백미에서 농약잔류량을 분석하여 비교하고자 하였다. 시험은 전북 완주 포장에서 수행하였으며 조평벼를 시험대상으로 하였다. Hexaconazole+tricyclazole (4.5+22.5%, 액상수화제)은 750배, etofenprox (10%, 유탁제)는 1,000배, imidacloprid (8%, 액상수화제)는 5,000배로 희석하여 표준살포농도(기준량) 및 2배농도(배량)로 경엽살포 하였다. Hexaconazole과 tricyclazole 3회 처리구는 수확 전 44-37-30, 2회 처리구는 44-37일에 약제를 처리하였고, etofenprox와 imidacloprid 3회 처리구는 수확 전 30-21-14, 2회 처리구는 21-14일에 약제를 처리하였고, 수확 후 현미 및 백미로 시료를 가공한 다음 GC (ECD) 및 HPLC (UVD)를 사용하여 잔류량을 분석하였다. Hexaconazole, tricyclazole, etofenprox및 imidacloprid의 회수율 및 RSD는 각각 80.5-91.1, 72.7-88.0, 72.8-96.6 및 77.6-96.6%, 2.4-5.4, 0.3-5.1, 0.5-3.4, 및 1.1-5.1%이었다. 검출한계는 hexaconazole과 etofenprox 0.005, tricyclazole과 imidacloprid 0.01 mg/kg이었다. 시료 중 hexaconzole의 잔류량은 현미 <LOD-0.09, 백미 <LOD-0.04 mg/kg, tricyclazole은 현미 0.32-1.37, 백미 0.17-0.88 mg/kg, etofenprox는 현미 0.03-0.26 mg/kg, 백미 <LOD, imidacloprid는 현미 <LOD-0.07, 백미 <LOD-0.02 mg/kg 수준으로 검출되었다. 본 연구에서의 현미, 백미 시료의 잔류량은 모든 시험농약에서 현미 중 잔류량이 백미로 가공 시 감소하므로, 백미로의 가공이 농약의 잔류량을 감소시키는 효과적인 방법임을 확인하였다.
Abstract
This study was performed to elucidate pesticide residues of hexaconazole, tricyclazole, etofenprox and imidacloprid in polished and unpolished rice. The pesticides were sprayed two and three times onto the crops at recommended and double dose, and the residue of them were determined in polished and unpolished rice after harvested. Hexaconazole residues of polished and unpolished samples were <LOD-0.04 and <LOD-0.09 mg/kg, respectively. Tricyclazole residues of polished and unpolished samples were 0.17-0.88 and 0.32-1.37 mg/kg, respectively. Etofenprox was not detected on polished samples at recommended and double dose, but the residues in unpolished samples were 0.03-0.26 mg/kg. Imidacloprid residues of polished and unpolished samples were <LOD-0.02 and <LOD-0.07 mg/kg, respectively. The pesticide residues were notably decreased in polished rice. These results showed that polishing would be an effective method to reduce the residue of hexaconazole, tricyclazole, etofenprox and imidacloprid residues in rice.
Keywords:
Pesticide residue, Polished and unpolished rice, Safety키워드:
현미, 백미, 농약잔류, 안전성서 론
쌀은 전세계 인구의 절반이상이 주식으로 삼는 매우 중요한 곡물이다(Guraya et al., 1985; Lee, 2012). 국내에서는 2016년에 778,734 ha의 재배면적에서 419만 7천톤의 쌀이 생산되어 농산물 중 생산량 1위로 중요한 위치를 점유하고 있다(KOSIS, 2017). 쌀은 벼 재배과정을 거쳐 수확된 조곡(unhulled rice)의 최외각층인 왕겨(hull)만 벗긴 현미 혹은 도정한 백미로 이용한다(Choi et al., 2008; Sung et al., 2011). 소비자들은 거친 식감 등의 이유로 현미보다 백미를 과거에는 선호하였으나 근래에는 백미에 비해 현미에는 섬유질을 비롯한 각종 식이섬유, γ-amino butyric acid (GABA), 비타민(B1, B2, E), 지방, 단백질이 풍부하며 칼슘, 철분을 비롯한 미네랄 등이 다량으로 함유되어 있기 때문에 당뇨예방, 혈당강하 등의 건강증진을 목적으로 현미섭취를 선호하고 있다(Kim et al., 2011; Krishna et al., 2001; Sung et al., 2011).
현재 쌀 중 농약잔류량 시험은 현미시료를 대상으로 수행하게 되어 있다(MFDS, 2017). 잔류농약 분석기준인 현미로 생산된 쌀의 농약잔류량을 분석 시 잔류기준치를 초과하였으나, 백미에서의 분석결과가 잔류기준에 적합하다면 농민에게는 경제적 손실, 소비자에게는 혼란 및 농식품 불신 등이 야기될 수 있다. 농약잔류량은 농약의 작물잔류성, 작물체 표면의 굴곡, 융모의 양과 형태, 중량에 대한 표면적 비 등에 따라 달라지므로 쌀 중 농약잔류량의 정확한 분석을 위해서는 현미와 백미에 대한 비교연구가 필요하다(Kwon et al., 2004; Ha and Ra, 2016; Wang and Liu, 2007; Kim et al., 2011).
국내에서는 벼 재배 시 침투이행성, 내우성 농약으로 예방 및 치료효과가 좋은 ergosterol biosynthesis inhibitor(EBI)계 살균제 hexaconazol, 도열병 방제에 많이 사용되는 침투성 농약으로 melanin 생합성을 저해하는 살균제 tricyclazole, 멸구류 등 다양한 해충의 동시 방제가 가능한 비침투성 농약인 살충제 etofenprox 및 약효지속기간이 길고 침투이행성인 살충제 imidacloprid가 많이 사용되고 있다(KCPA, 2016; Kim et al., 2012; Manclús et al., 2008; Otake et al., 2008; Pareja et al., 2011; Tomlin, 2009; Tsochatzis et al., 2011). 따라서 본 연구에서는 벼 재배 시 많이 사용되고 있는 hexaconazole, tricyclazole, etofenprox 및 imidacloprid를 살포하고, 벼 수확 후 현미 및 백미 중 이들의 잔류량을 분석·비교하여 쌀 도정에 따른 농약잔류량의 감소효과를 구명하고자 하였다.
재료 및 방법
시험포장 및 대상작물
전북 완주군의 시험포장에 2016년 4월에 파종한 조평벼를 5월에 이앙하였다. 처리구는 30 m2(폭 10.0 m × 길이 3.0 m) 크기로 3반복을 무작위로 배치하였다. 교차오염을 방지하기 위해 처리구 사이에 완충지대(폭 10.0 m × 길이 1.0 m)를 설치하였으며 대조구(폭 10.0 m × 길이 9.0 m)를 동일 포장 내에 배치하였다.
시험약제, 약제살포 및 시료조제
시험약제는 모두 시중에서 구입하였고, 농약안전사용기준에 따라 hexaconazole+tricyclazole (4.5+22.5%, 액상수화제)은 750배, etofenprox (10%, 유탁제)는 1,000배, imidacloprid(8%, 액상수화제)는 5,000배 희석하여 조제한 다음 표준살포농도(기준량)와 이의 희석배수가 1/2인 2배농도(배량)를 배부식 동력분무기(Maruyama, Tokyo, Japan)로 살포하였다. 시험에 사용된 약제의 특성, 종류 및 안전사용기준은 Table 1과 Table 2에 나타냈다.
Physico-chemical properties and MRLs of the pesticides
Pesticide products for spraying and their safe guidelines
Hexaconazole과 tricyclazole 3회 처리구는 수확 전 44-37-30, 2회 처리구는 수확 전 44-37일에 처리, etofenprox와 imidacloprid 3회 처리구는 수확 전 30-21-14, 2회 처리구는 수확 전 21-14일에 처리하였다. 수확 후 탈곡(SY21F.TH.PS, Ssangyong, Incheon, Korea)하여 일광건조하고 제현기(FC2K, Otake, Ama, Japan)로 왕겨를 제거하여 현미시료를 준비하였고, 현미 시료 중 절반을 정미기를 사용하여 시중 백미와 동일한 12분도로 도정(VP-32T, Yamamoto, Higashine, Japan)한 다음 분쇄하고 40 mesh 이상 통과분을 시료로 사용하였다. 또한, 모든 시료는 균질화한 다음 폴리에틸렌백에 넣어 냉동보관(–20oC)하며 일정량을 취하여 분석에 사용하였다.
표준품 및 시약
농약표준품 etofenprox (97.7% purity), hexaconazole(99.0% purity), imidacloprid (98.0% purity) 및 tricyclazole(98.5% purity)은 Dr. Ehrenstorfer (Augsburg, Germany)에서 구입하여 사용하였다. 분석시료의 전처리에 필요한 acetone, acetonitrile, Celite 545, dichloromethane, ethyl acetate, n-hexane, sodium chloride 및 sodium sulfate는 Merck사(Darmstadt, Germany)의 HPLC grade 제품을 사용하였고, Florisil solid phase extraction (SPE) cartridge(1,000 mg, 6 mL), Silica SPE cartridge (1,000 mg, 6 mL)과 NH2 SPE cartridge (1,000 mg, 6 mL)는 Agilent사(California, USA) 제품을 사용하였다.
잔류분석
마쇄한 시료 20 g에 증류수 20 mL를 첨가하여 1시간 동안 습윤시키고, acetone 100 mL를 가하여 homogenizer(IKA, Staufen, Germany)로 5분간 균질화한 후 추출물을 Celite 545를 사용하여 흡인여과하고, 여분의 50 mL acetone으로 잔사와 용기를 씻어내어 앞의 여액과 합하였다. 여액을 농축한 다음 증류수 100 mL와 포화식염수 50 mL를 가하고 dichloromethane (100+50 mL)으로 2회 분배·추출하였다(hexaconazole은 n-hexane (100+50mL)으로 2회 분배·추출).
Hexaconazole은 n-hexane 추출액을 anhydrous sodium sulfate로 탈수하고 40oC에서 감압농축한 다음 2 mL n-hexane에 재용해하여 정제에 사용하였다. n-Hexane 5 mL를 사용하여 활성화한 Florisil SPE (1,000 mg, 6 mL)에 시료액 2 mL를 loading한 후 n-hexane 5 mL를 흘려버리고, n-hexane/acetone (90/10, v/v) 15 mL로 용출시킨 용리액을 감압농축하고, 이를 acetone 2 mL에 재용해하여 Table 3의 조건에서 GC-ECD로 분석하였다.
GC conditions for hexaconazole analysis
Tricyclazole은 dichloromethane 추출액을 anhydrous sodium sulfate로 탈수하고 40oC에서 감압농축한 다음 2 mL n-hexane에 재용해하여 cartridge 정제에 사용하였다. n-Hexane 5 mL를 사용하여 활성화한 Silica SPE (1,000 mg, 6mL)에 시료액 2 mL를 loading한 후 n-hexane/ethyl acetate(40/60, v/v) 5 mL를 흘려버리고, ethyl acetate 15 mL로 용출시킨 용리액을 감압농축하고, 건고물을 acetonitrile 2 mL에 재용해하여 Table 4의 조건에서 HPLC-UVD로 분석하였다.
HPLC conditions for tricyclazole, etofenprox and imidacloprid analysis
Etofenprox는 dichloromethane 추출액을 anhydrous sodium sulfate로 탈수하고 40oC에서 감압농축한 다음 2 mL n-hexane에 재용해하여 cartridge 정제에 사용하였다. n-Hexane 5 mL를 사용하여 활성화한 Silica SPE (1,000 mg, 6 mL)에 시료액 2 mL를 loading한 후 n-hexane 3 mL를 흘 려버리고, n-hexane/ethyl acetate (95/5, v/v) 5 mL로 용출시킨 용리액을 감압농축하고, 건고물을 acetonitrile 2 mL에 재용해하여 HPLC-UVD로 분석하였다(Table 4).
Imidacloprid는 dichloromethane 추출액을 anhydrous sodium sulfate로 탈수하고 40oC에서 감압농축한 다음 2 mL dichloromethane에 재용해하여 cartridge 정제에 사용하였다. Dichloromethane 5 mL를 사용하여 활성화한 NH2 SPE (1,000 mg, 6 mL)에 시료액 2 mL를 loading한 후 dichloromethane/methanol (97/3, v/v) 6 mL로 용출시킨 용리액을 감압농축하고, 건고물을 acetonitrile 2 mL에 재용해하여 HPLC-UVD로 분석하였다(Table 4).
분석법의 유효성 검증
시험약제의 정량분석을 위한 시험방법의 유효성은 검량선의 직선성, 검출한계(limit of detection, LOD), 회수율을 사용하여 검증하였다. 검량선의 직선성은 약제를 각각 100 mL acetonitrile에 용해하여 100 mg/L의 stock solution을 제조하고, 이를 동일 용매로 희석하여 hexaconazole 및 etofenprox는 0.005-5 mg/L, tricyclazole 및 imidacloprid는 0.1-10.0 mg/L 표준용액을 제조한 다음 검량선을 작성하였다. 현미, 백미 중 모든 시험약제의 LOD는 아래의 식으로부터 산출하였다.
| (1) |
국내의 회수율 시험 기준은 분석성분의 처리수준을 검출한계의 5-10배(저농도)와 50-100배(고농도) 농도의 2 수준에서 수행할 것을 요구하고 있다. 본 시험에서는 무처리 시료 20 g에 LOD의 10배 및 50배 농도수준인 hexaconazole 및 etofenprox는 0.05 및 0.25, tricyclazole및 imidacloprid는 0.05 및 0.25 mg/kg 수준으로 첨가하였다. 시험약제 첨가 후 균일하게 혼합한 다음 30분간 방치하고, 상기의 잔류분석방법에 따라 3회 반복 수행하였다. 회수율은 각 물질의 검량선에 대입하여 얻은 농도와 첨가농도의 비를 백분율(%)로 산출하였다.
결과 및 고찰
검량선, 회수율 및 검출한계
Hexaconazole과 etofenprox, tricyclazole과 imidacloprid의 검량선은 각각 0.005-5, 0.1-10 mg/L 표준용액을 제조한 다음 Table 3과 Table 4의 기기조건에서 분석하고, 각 성분의 피크면적으로부터 작성하였다. Hexaconazole, tricyclazole, etofenprox 및 imidacloprid의 머무름 시간은 각각 6.6, 17.2, 14.4 및 8.3분 이었고(Fig. 1, Fig. 2), 검량선의 회귀방정식은 각각 y=5939.7x-974.66 (R2=0.9992), y=75.394x+0.652 (R2=0.9999), y=45.299x-0.8564 (R2=0.9996) 및 y=45.884x-4.4133 (R2=0.9969)으로 검량선의 직선성과 결정계수(R2)는 모두 양호하였다.
Representative standard, control, recovery and sample chromatogram of hexaconazole (A) and tricyclazole (B).
Representative standard, control, recovery and sample chromatogram of etofenprox (A) and imidacloprid (B).
시험농약 hexaconazole, tricyclazole, etofenprox 및 imidacloprid의 LOD는 각각 0.005, 0.01, 0.005 및 0.01 mg/kg이었고, 현미와 백미 중 회수율과 상대표준편차(RSD, relative standard deviation)는 각각 hexaconazole 80.5-91.1, tricyclazole 72.7-88.0, etofenprox 72.8-96.6 및 imidacloprid 77.6-96.6%, 2.4-5.4, 0.3-5.1, 0.5-3.4 및 1.1-1.5%로 농촌진흥청에서 권장하는 회수율 70-120%, RSD 20% 이내의 조건을 충족하였다(RDA, 2016, Table 5).
Recoveries and limit of detection for tested pesticides
현미와 백미 중 시험농약의 잔류 양상 비교
현미와 백미 중 시험농약의 농약잔류 양상은 농약안전사용의 기준량과 2배량으로 각각 hexaconazole과 tricyclazole을 수확 전 2회(37, 30 일)처리 및 3회(44, 37, 30일)처리, etofenprox와 imidacloprid를 수확 전 2회(21, 14일)처리 및 3회(30, 21, 14일)처리하고, 수확 후 농약잔류량을 조사하여 비교하였다(Table 6, 7)
Pesticide residues in unpolished/polished rice with recommended dose
Pesticide residues in unpolished/polished rice with double dose
Hexaconzole은 기준량 처리구에서 현미와 백미 모두 잔류량이 검출한계 미만이었고, 배량 처리구에서 현미 0.05-0.08, 백미 0.03-0.04 mg/kg 수준으로 검출되어 현미에서 백미 보다 1.7-2.0배 높은 잔류량을 나타냈으나 쌀 중 hexaconazole 최대잔류허용량(maximum residue level, MRL) 0.3 mg/kg 보다는 현저히 낮은 수준이었다(Table 6, 7).
Tricyclazole은 기준량 처리구에서 현미 0.33-0.42, 백미 0.17-0.22 mg/kg 수준으로 검출되어 현미에서 백미 보다 1.9배 높은 잔류량을 나타냈고, 배량 처리구에서 현미 0.93-1.22, 백미 0.64-0.79 mg/kg 수준으로 검출되어 현미에서 백미 보다 1.5배 높은 잔류량을 나타냈다. 이상의 결과는 tricyclazole 기준량 처리구에서는 쌀 중 MRL 0.7 mg/kg 보다 현저히 낮은 수준이었으나, 배량 처리구에서는 2회 처리 백미를 제외하고 모두 MRL을 초과하는 결과를 나타냈다(Table 6, 7).
Etofenprox는 백미의 경우 기준량 및 배량 처리구에서 모두 잔류량이 검출한계 미만이었고, 현미의 경우 기준량 처리구에서 0.03-0.04, 배량 처리구에서 0.16-0.21 mg/kg 수준으로 검출되어 etofenprox 기준량 및 배량 처리구 모두 쌀 중 MRL 1.0 mg/kg 보다 현저히 낮은 수준으로 잔류하는 결과를 나타냈다(Table 6, 7).
Imidacloprid는 기준량 처리구에서 현미와 백미 모두 잔류량이 검출한계 미만이었고, 배량 처리구에서 현미 0.06-0.07, 백미 0.02 mg/kg 수준으로 검출되어 현미에서 백미 보다 3.0-3.5배 높은 잔류량을 나타냈다. 이상의 결과는 기준량 처리구의 현미 및 백미, 배량 처리구의 백미의 경우 imidacloprid의 쌀 중 MRL 0.05 mg/kg 보다 현저히 낮은 수준이었나, 배량 처리구 현미의 경우는 MRL을 초과하는 결과를 나타냈다(Table 6, 7).
상기의 현미 및 백미 중 hexaconazole, tricyclazole, etofenprox 및 imidacloprid 잔류량 시험결과는 벼 재배 시 농약안전사용 기준을 준수하여 농약을 살포하면 안전한 농산물을 확보할 수 있고, 현미 중 4개의 시험농약 잔류량이 백미에 비해 1.7배 이상 높은 결과를 나타내어 백미로의 가공이 잔류량을 감소시키는 효과적인 방법임을 확인하였다. 본 연구의 결과는 쌀 중 침투성 농약 isoprothiolane과 acephate의 현미 중 잔류량이 백미에 비해 2-4배 높게 나타난 결과와 동일하였고, 이러한 차이는 현미를 백미로의 가공과정에서 작물표면 특성, 비표면적 등의 변화로부터 기인된 것으로 판단된다(Baik et al., 1982; Kwon et al., 2004). 또한 본 연구의 결과에 나타난 바와 같이 쌀의 도정 여부에 따라 농약의 잔류량이 현저히 달라짐에도 우리나라 식품의 약품안전처(Ministry of Food and Drug Safety, MFDS)는 잔류허용기준을 쌀로 설정하고 있고, 쌀 중 농약 잔류량 시험은 현미시료를 대상으로 수행하게 되어 있다(MFDS, 2017). KOSIS에 따르면 2016년도에 현미는 778,734 ha 농경지에서 4,517,430 ton이 생산되어 4,083,756 ton (90.4%)이 12분도의 백미로 도정되었고, Lee and Kim (2011)은 우리나라에서 쌀은 식미 향상을 위해 현미를 도정하여 백미로 소비되고 있음을 보고한 바 있다. 따라서 생산된 쌀의 대부분이 백미로 소비되므로 농약의 잔류허용기준을 현미와 백미에 대하여 각각 설정하고, 농약 잔류량 시험의 시료 또한 현미와 백미를 구분하여 수행되어야 할 것으로 판단된다.
Acknowledgments
본 연구는 농촌진흥청 국립농업과학원 농업과학기술 연구개발사업(과제번호: PJ010161022015)의 지원에 의하여 이루어진 것입니다.
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