인삼의 생육 및 가공에 따른 살균제 Propamocarb의 잔류특성

대상 농약 및 작물

시험에 사용한 농약은 propamocarb 50% 액상수화제(상표명 : 인피니트 , 바이엘크롭사이언스)로 1,000배 희석하여 경엽 살포하였으며, 인삼에 대한 안전사용기준 및 잔류허용기준은 Table 1과 같다.

Table 1.

Pre-harvest intervals of the commercial products of propamocarb in ginseng

시험작물은 고려인삼(Panax ginseng C.A. Mayer)으로 현재 가장 많이 재배되고 있는 자경종이며, 포장은 전북 정읍시 신태인면 연정리와 충북 괴산군 사리면 중흥리의 인삼재배 농가 재배 포장을 임차하여 사용하였다. 두 재배지 모두 5년근이였다.

포장시험

포장시험은 2018년 8월부터 10월까지 일반적인 해가림 재배 포장에서 수행하였으며, 처리구는 각 지역별 45m²(0.9 m width×50 m length), 무처리구는 각 지역별 29 m²(0.9 m width×32.4 m length) 이상이었다.

약제 처리는 농약사용지침서에 제시한 안전사용기준에 준하여 1,000배 희석하여 정읍은 7월 31일, 괴산은 8월 7일을 시작으로 각 포장별 10일 간격으로 1칸(1.6m²) 당 1L씩 4회살포하였으며, 채취한 수삼은 뇌두를 포함하여 세척하고 분쇄한 후 -20^oC 이하에서 냉동 보관하여 분석에 사용하였다.

인삼 생육기간의 잔류량 변화 조사를 위하여 최종 약제 살포일(0일차)부터 7일, 14일, 21일, 30일, 50일차까지 시료을 채취하여 분석하였다.

인삼 가공품 제조 및 가공계수 산출

건삼과 홍삼은 일반적인 가공방법으로 제조하였다. 수확한 처리구 수삼과 무처리구 수삼을 각각 세척하여 60^oC의 열풍건조기를 사용하여 수분함량이 14% 이하까지 건조하여 건삼을 제조하였고, 홍삼은 수삼 세척 후 98^oC의 증기로 3시간가량 증자하고 수분함량이 14% 이하가 될 때까지 65^oC의 열풍으로 건조하여 제조하였다.

건삼 및 홍삼 중 propamocarb의 가공계수는 식 (1)을 이용하여 산출하였다.

표준용액 조제

Propamocarb (98.2%) 101.18 mg을 100 mL volumetric flask에 측량 후 methanol로 용해하여 1,000mg/L의 용액을 조제하고, 이를 다시 methanol로 10배 희석하여 100mg/L stock standard 용액을 조제하였다. Matrix-matched calibration을 위해 표준 용액에 무처리 추출액(하기 시험방법을 거친 무처리 시료용액)을 이용하여 단계적으로 희석하여 0.01 mg/L, 0.02 mg/L, 0.05 mg/L, 0.1 mg/L, 0.2 mg/L, 0.3 mg/L 및 0.5 mg/L의 matrix-matched 표준용액을 조제하였다.

조제한 matrix matched standard 용액을 2μl씩 UPLC/MS/MS에 주입하여 chromatogram상의 peak area를 기준으로 검량선을 작성하였다.

잔류 분석

수삼시료는 균질하게 분쇄하여 혼합 한 후 30 g을 정밀히 달아 추출기병(250 mL)에 넣고 여기에 acetonitrile 90 mL를 가하여 10,000 rpm으로 3분간 균질화 한 후 NaCl 3 g을 넣고 5분간 진탕하였다. 이를 원심분리하여 용매층(acetonitrile) 15 mL를 취하여 40^oC 이하의 수욕조에서 질소 가스를 통과시키면서 완전히 농축한 후 methanol 2 mL로 재용해하여 syringe filter 후 LC/MS/MS로 분석하였다.

건삼 및 홍삼시료는 균질하게 분쇄하여 10 g을 정밀히 달아 추출기병에 넣고 물 20mL를 가한 후 1시간 방치하였다. 여기에 acetonitrile 50 mL를 가하여 10,000 rpm으로 3분간 균질화 한 후 NaCl 3 g, MgSO₄ 4 g을 넣고 5분간 진탕하였다. 이를 원심분리하고 용매층(acetonitrile) 20 mL를 취하여 40^oC 이하의 수욕조에서 질소 가스를 통과시키면서 완전히 농축한 후 5% methanol 함유 dichloromethane 2 mL로 용해하였다. 미리 준비한 dichloromethane 으로 세척 한 NH₂ 카트리지(1 g, 6 mL)에 2mL로 용해한 시료를 흘려보내 시험관에 받고 다시 카트리지에 10% 메탄올 함유 dichloromethane 10 mL를 흘려보내 동일 시험관에 받아 40^oC 이하의 수욕조에서 농축시킨 후 5% methanol 함유 dichloromethane2 mL으로 재용해하여 LC/MS/MS로 분석하였다.

기기분석 조건은 Table 2와 Table 3에 나타내었다.

Table 2.

Analytical condition for the determination of propamocarb

Table 3.

Selected ion of UPLC/MS/MS for propamocarb

회수율 시험

인삼 및 인삼 가공품의 시험농약 분석법을 검증하기 위하여 회수율 시험을 수행하였으며, 회수율 시험은 수삼, 건삼 및 홍삼의 무처리 시료에 propamocarb의 표준물질을 0.01 mg/kg (LOQ 수준), 0.1 mg/kg (LOQ 10배 수준), 0.5 mg/kg (잔류허용기준 수준)이 되도록 처리하고 상기 분석과정과 동일한 방법으로 분석하여 회수율을 측정하였으며, 모든 회수율 시험은 5반복 시행하였다.

분석법 검증

수삼, 건삼 및 홍삼에서의 propamocarb 정량한계는 각각 0.01 mg/kg이며, 분석법의 회수율은 수삼은 74.8-83.3%, 건삼 74.8-80.7%, 홍삼 77.6-89.6%였고 변이계수(coefficient of variation, CV)는 0.8-4.4% 이였다(Table 4). 분석법에 대한 적합성은 농촌진흥청에서 권장하는 회수율 70-120% 및 변이계수 20% 이내 범위 안으로 분석법은 적합한 것으로 판단되었다.

Table 4.

Limits of quantitation (LOQ) and recoveries of propamocarb in ginseng

시험 기간 중 인삼의 생육변화

괴산과 정읍 포장 사진은 Fig. 1에 나타내었고, 생육기간별 인삼개체 중량변화는 Table 5에 나타내었다. 정읍의 인삼 지하부 무게는 괴산에 비해 매우 낮았다.

Fig. 1.

Photos for experimental field of ginseng.

Table 5.

Weight of fresh ginseng at the sampling date

인삼은 한 토양에서 4-6년을 자라기에 일년생 작물에 비하여 주변 환경에 많은 영향을 받는 작물로 인삼의 생육은 온도, 광, 토양수분, 토양 화학성, 병해충 발생 등에도 많은 영양을 받는다(Moon et al., 2019). 정읍포지는 임차하여 사용된 포지로 정확한 사인은 알 수 없지만, 이러한 환경영향들 중 하나로 인하여 저년근에서 생육에 저해를 받았을 것으로 보인다. Park 등(Park et al., 1987)에 따르면 인삼 근중 증가율은 지상부의 생육기간이 길어질수록 증가되고 낙엽시기가 빠를수록 감소된다고 하였다. 이처럼 특히 근중 증가 율은 지상부의 생육상태에 많은 영향을 받는데 포장 사진에서 볼 수 있듯이 정읍포지의 지상부는 괴산포지에 비하여 생육상태가 좋지 않아 뿌리의 생육에 상당한 영향을 미쳤을 것으로 보인다. 또한 인삼은 고온에 영향을 많이 받는 작물로 정읍의 평균 기온이 괴산보다 높아 인삼의 생육에도 영향을 미친 것으로 보인다.

생육 기간의 잔류량 변화

안전사용 기준에 따라 최종 4회 약제 살포 후 수삼에서의 초기 잔류량(0일차)은 괴산포지는 0.011mg/kg, 정읍포지는 0.102 mg/kg으로 나타났다. 근채류인 인삼에서 초기 잔류량은 침투성 살균제인 propamocarb의 지상부 흡수 이행보다는 인삼은 줄기와 토양 사이의 간극이 크기 때문에 약제 살포 후 줄기를 타고 뇌두 부위로 흘러내려가 잔류되는 영양이 큰 것으로 보인다.

정읍의 인삼 생육상태는 괴산보다 좋지 않았는데 이로 인해 약제 살포시 괴산 시험포지는 지상부의 옆면에 부착된 약량이 상대적으로 정읍보다 많은 반면 정읍 시험포지는 옆면에 부착되는 약량이 적어 토양에 낙하하거나 줄기를 타고 인삼 뇌두 부위로 흘러내려가 잔류되는 양이 더 많은 것으로 보인다. 실제로 Kim 등(Kim et al., 2008) 및 Lee 등(Lee et al., 2015)에 따르면 인삼재배 기간 중 토양과 줄기주변의 간극을 막고 azoxystrobin과 difenoconazole을 살포한 후 관행재배 방법과 비교했을 시 간극을 막고 재배한 수삼에서의 잔류량이 현저히 감소하는 것을 확인하여 시험농약의 흡수 이행력을 고려하더라도 줄기 주변의 구멍을 통해 유입되는 농약이 인삼의 잔류량에 영향을 주는 주된 요인일 것으로 판단했다. 또한 작물의 농약 잔류수준은 작물체 단위중량에 대한 농약의 양으로 환산하여 표현되는데 괴산의 수삼무게가 정읍보다 많아 무게에 대한 상대적 희석효과도 초기 잔류량에 영향을 미쳤을 것으로 보인다(Hwang et al., 2019). 이러한 이유로 처리량은 동일하였으나 두 포장의 초기 잔류량은 괴산포지가 더 적은 것으로 보인다.

작물 재배기간 동안 살포된 농약의 작물 잔류특성은 농약 자체의 물리화학적 특성에 영향을 받는 것은 물론 제제형태, 처리방법 및 조건, 작물의 재배환경, 기상조건, 처리 후 수확까지의 경과일수에 따른 작물의 비대 생육 등에 의해 좌우된다(Kim et al., 2009). 인삼의 propamocarb 약제 처리 후 생육기간에 따른 경시적인 잔류량 변화는 Fig. 2에 나타냈다. 두 포장 모두 미량으로나마 초기 잔류량이 괴산은 14일까지, 정읍은 21일까지 증가하다가 감소하는 경향을 보였다. 나 등(Na et al., 2013)에 의하면 인삼에서 clothianidin의 잔류량은 표준량 처리 시 살포 후 2일차에서, 배량 처리 시에는 5일차에서 최대 잔류농도를 보이는데 이는 일정기간동안 지상부 및 토양 등에서 뿌리로의 흡수이행 되는 경향으로 뿌리작물의 특성에 기인한 것으로 보았다.

Fig. 2.

Degradation of propamocarb during cultivation period of ginseng.

인삼에 살포한 propamocarb의 잔류 감소 회귀식에 따른 시간 경과별 생물학적 반감기는 정읍은 21.7일, 괴산은 43.3일로 괴산이 더 길게 나타났다. 이처럼 동일 농약이어도 생물학적 반감기는 주변 환경 및 생육에 따라 달라짐을 알 수 있었다.

두 포장의 마지막 약제처리일(0일차)은 괴산 9월 6일, 정읍 9월 3일이며, 마지막 시료 채취일(50일차)은 괴산 10월 26일, 정읍 10월 23일이다. 이기간의 인삼 개체별 생육 증가 율은 그리 크지 않아 실질적인 비대 생육에 따른 잔류량 희석효과는 많지 않은 것으로 보이지만 생육기간에 미량으로 나마 잔류량은 감소하는 경향을 나타내었다. 안전사용기준으로 약제 처리 후 50일 기간 동안의 잔류량은 두 지역모두 수삼의 잔류허용기준인 0.5 mg/kg을 초과하지 않았다.

인삼 가공품 중 잔류량 변화

시험 포장별 수삼 및 가공품(건삼, 홍삼)에서의 propamocarb 잔류량은 Table 6에 제시하였다. 안전사용기준에 따라 처리한 propamocarb의 수확 시 수삼 잔류량은 괴산포장은 0.027 mg/kg, 정읍 포장은 0.042mg/kg으로 모두 수삼에서의 propamocarb 잔류허용기준인 0.5mg/kg 이하로 나타났다.

Table 6.

Residual amount of propamocarb in fresh ginseng and its processed products

건삼의 잔류량은 괴산에서는 검출한계 이하인 반면 정읍은 0.033mg/kg으로 나타났으며 홍삼은 괴산 0.053 mg/kg, 정읍 0.107mg/kg으로 나타났다. 건삼과 홍삼 모두 '20년 4월 현시점 잔류허용기준(건삼 1.0 mg/kg, 홍삼 2.0mg/kg) 이하로 나타났다.

일반적으로 홍삼의 가공조건은 건삼의 가공조건에 비해 증삼과정을 거치는데 증삼과정과 열풍건조 시 가해지는 온도가 건삼제조에 비해 높기 때문에 홍삼의 잔류량이 더 낮을 것으로 생각되지만 본 연구에서는 홍삼의 잔류량이 건삼보다 다소 높게 나타났다. 이는 Lee 등(Lee et al., 2015)의 인삼에 경엽 처리한 azoxystrobin의 수삼, 건삼 및 홍삼 잔류량이 LOQ 수준으로 비교적 낮기 때문에 가공 시 홍삼의 잔류량이 건삼의 잔류량보다 높게 나타났다고 보고한 사례와 유사했다. 이번 연구 또한 홍삼의 잔류량이 건삼보다 높은 이유가 시험포장 수삼의 propamocarb 잔류량이 비교적 매우 낮아 근채류인 인삼의 개체 간 편차의 영향이 컸기 때문이라고 판단된다.

가공계수

인삼 가공품의 propamocarb 가공계수는 Table 7에 나타내었다. 괴산지역의 건삼 잔류량이 검출한계이하로 가공계수 산출은 어려웠지만 식 (1)을 적용한 정읍포지의 건삼 가공계수는 0.8이었다. 홍삼의 가공계수는 괴산 2.0, 정읍 2.5로 비슷한 경향을 나타냈다. 건삼의 잔류량은 수삼보다 감소하여 1 이하가 나타났으나 홍삼의 경우 약 2배가량 잔류량이 증가하는 것으로 나타났다.

Table 7.

Residual amount of propamocarb in fresh ginseng and its processed products

현행 식품공전에서는 인삼의 경우 수삼을 기준으로 인삼가공품인 건삼, 홍삼, 건삼농축액 및 홍삼농축액에 대한 별도의 잔류허용기준을 정하여 관리되고 있으나 별도의 기준이 없는 경우 수삼을 기준으로 건삼 및 홍삼은 4배, 농축액은 8배를 적용하여 관리하고 있다. 하지만 농약은 이화학적, 물리적 특성에 따라 농약별 가공계수는 다르게 나타날 수 있다. 임 등(Im et al., 2006)에 따르면 인삼포에 직접 농약을 살포하여 구한 건삼에서의 가공계수는 azoxstrobin 2.33, fenhexamid 3.11, cyprodinil 0.77로 약제마다 상이한 결과을 얻었다. 따라서 일괄기준이 아닌 가공계수 등을 활용하여 합리적으로 잔류허용기준을 설정할 필요가 있다.