들깻잎 중 Afidopyropen, Pydiflumetofen 및 Mefentrifluconazole의 잔류특성 및 위해성 평가

서 론

농약의 사용은 작물로부터 다양하게 발생하는 각종 병해충을 방제하여 최종 농산물의 생산성을 증가시켰지만 사용된 농약의 일부가 농산물에 잔류하여 최종 소비자에 대한 안전성 문제를 발생시킬 수 있다. 농산물에 대한 농약의 안전성을 확보하기 위하여 우리나라는 작물별 농약 잔류허용기준(Maximin Residue Levels, MRLs) 및 안전사용기준을 설정하고 있다. 이러한 기준들을 설정하기 위하여 작물 중 농약의 잔류시험 결과와 약효, 약해 및 독성 시험의 결과가 종합적으로 활용된다. 우리나라는 2019년부터 농약허용물 질목록고시제(Positive List System, PLS)를 전면시행하여 잔류허용기준 미설정 농약에 대한 잔류허용기준을 0.01 mg/kg으로 일괄 적용하여 관리하고 있다(MFDS, 2022). 이에 따라 잔류허용기준 미설정 농약의 등록이 시급한 실정이나 소면적 작물은 재배면적이 1,000 ha 미만으로 작고 농약의 사용량도 적어 농약 회사들이 농약 등록에 미온적으로 잔류허용기준이 설정된 농약의 수가 제한적이다(Lee, 2013).

들깻잎은 소면적 작물로 재배면적은 전국에 약 900 ha이며 단위면적당 소득이 높고, 외식문화의 증가로 인한 소비의 증가로 전국 각지에서 재배면적이 늘어나고 있다(RDA, 2018). 2021년 농산물품질관리원의 농산물 잔류농약 분석결과에 따르면 2021년 8월 기준으로 용도변경, 출하연기 또는 폐기처분 등의 조치를 받은 부적합 건수가 279건이었으며, 전체 분석건수 28,550건 중 약 1.0%의 부적합 비율을 보였다(NAQS, 2021). 이 중 들깻잎의 부적합 건수는 15건으로 깻잎 분석 건수 409건 중 부적합 비율은 약 3.7%에 달하였다. 들깻잎을 포함한 상추, 부추, 시금치 등 엽경채류는 분석 건수 대비 부적합 비율이 가장 높은 것으로 나타났다(NAQS, 2021). 따라서 들깻잎과 같은 소면적 엽경채류 재배작물의 농약 등록 및 잔류허용기준 및 위해성에 대한 연구가 더욱 필요 할 것으로 사료된다.

Afidopyropen은 Pyropene계 신규 살충제로 Meiji Seika Pharma사와 BASF사가 공동 개발한 농약으로(Jeanmart, 2016) 진딧물, 온실가루이, 총채벌레 등 흡즙성 해충에 우수한 효과를 보인다. 이 농약은 주로 과수류, 채소류, 목화 등에 발생하는 해충 방제에 사용되며, 아직 밝혀지지 않은 독특한 작용기작으로 진딧물에 높은 효과를 나타낸다고 보고하고 있다(Leichter et al., 2013). 또한, 작물에서 afidopyropen의 대사체 M440I007은 모화합물의 23-91% 수준으로 생성되며, 모화합물 수준의 독성을 보여 afidopyropen과 함께 합산하여 잔류량을 평가하고 있다(JMPR report, 2019). Pydiflumetofen는 Syngenta사에서 개발한 Pyrazole Caboxamide계 살균제로 작물에 발생하는 흰가루병, 잿빛곰팡이병 등에 우수한 효과를 보이는 신규 약제이다. Pydiflumetofen은 식물 병원균의 호흡을 저해(Succinate Dehydrogenase Inhibitors (SDHI))하는 작용기작을 가지고 있으며(Avenot and Michailides, 2010), 기존의 살균제보다 효과가 우수하여 전 세계적으로 두류, 과일, 과채류 및 곡류 등 다양한 작물에 등록되어 사용된다. 국내에도 사용가능 작물의 범위를 넓히고 있어 더 많은 작물에 대한 연구가 필요한 실정이다(Noh et al., 2019). Mefentrifluconazole은 BASF사에서 개발한 신규 triazole계 침투성 살균제이다. 이 농약은 살포된 성분이 잎으로 흡수되어 증산작용에 의해 선단조직으로 이행되면서 식물체 표면과 조직 내부 모두에 잔류하여 약효를 나타내게 되며, 검은별무늬병, 균핵병, 흰가루병 등에 방제효과를 보인다(Park et al., 2020). 현재 afidopyropen, pydiflumetofen 및 mefentrifluconazole은 미국, 일본 등 해외에서 적용범위가 소면적 작물에 확대되고 사용량이 점차 증가하는 것에 비해 국내에서는 이러한 농약들의 소면적 작물에 대한 안전성 연구가 미흡하여 농약잔류허용기준 및 안전사용기준 설정을 위한 잔류시험 결과 확보가 시급한 실정이다.

들깻잎에 대한 재배기간 동안의 시험 농약의 초기 잔류량 및 잔류농약의 반감기 반감기를(half-life)를 계산하여 시험 농약의 잔류특성을 구명하는 것은 최종 생산된 농산물에 대한 위해성 평가를 하기 위해 중요하다. 농약의 잔류특성을 예측하기 위한 다양한 방식들이 연구되었으나(Park et al., 2005; Fantke and Juraske, 2013), 최근에 보편적으로 사용하는 방식은 first order k inetics model을 사용하여 해석하고 있으며 이를 통하여 농약의 잔류량이 예측이 가능할 것으로 사료된다(Kim et al., 2012).

본 연구는 소면적 재배작물인 들깻잎에 대한 신규농약 afidopyropen, pydiflumetofen 및 mefentrifluconazole 3종에 대하여 국내 잔류허용기준 설정을 위한 자료로 사용하기 위해 경시적 잔류특성을 조사하였으며, first order kinetics model을 적용하여 각 농약의 소실반감기를 산출하여 잔류허용기준의 설정 근거를 제시하고, 위해성을 평가하기 위하여 수행하였다.

재료 및 방법

시험약제

들깻잎의 잔류특성을 구명하기 위하여 선정한 농약 afidopyropen (purity 94.52%), pydiflumetofen (purity 99.1%) 및 mefentrifluconazole (purity 99.26%)의 표준품은 Dr. Ehrenstorfer GmbH (Augsbug, Germany)의 제품을 구입하여 사용하였고, afidopyropen의 대사체 M440I007의 표준품(purity 89.9%)은 BASF (Ludwigshafen, Germany)의 제품을 구입하여 사용하였다. 시험에 사용된 농약은 아피도피로펜 2.5% 미탁제(상표명: 베르시스), 피디플루메토펜 18.35% 액상수화제(상표명: 미래빛) 및 메펜트리플루코나졸 10% 액상수화제(상표명 : 레빅사)를 사용하였다. 제품농약의 안전사용기준은 Table 1에 제시하였다.

Table 1.

Guidelines for the safe use of 3 pesticides

잔류농약 분석

들깻잎 중 afidopyropen, M440I007 및 pydiflumetofen의 잔류농약 분석은 QuEChERS 방법을 변형하여 적용하였다. 시료를 각각 10g씩 칭량한 후에 acetonitrile 20 mL와 sodium chloride 2 g을 첨가하여 30분간 진탕·추출하였다. 추출 후 3,500rpm에서 5분간 원심분리하여 상등액을 syringe filter (0.2 μm)로 여과한 후 LC-MS/MS에 5 μL씩 주입하였다. Mefentrifluconazole의 경우, 10 g의 시료에 acetone 60 mL를 첨가하고 homogenizer를 이용하여 10,000 rpm으로 5분간 고속마쇄·추출하여 추출물을 celite 545가 깔린 büchner funnel상에서 감압·여과하고 30 mL의 acetone으로 용기 및 잔사를 씻어 앞의 여액과 합하였다. 이 여액을 separatory funnel에 옮겨 증류수 150mL와 포화식염수 50 mL를 가하고 dichloromethane 50 mL로 2회 분배한 후 anhydrous sodium sulfate층에서 탈수하고 40^oC 수욕조상에서 감압·농축하였다. 농축 후 잔사를 acetonitrile 10 mL에 재용해하여 분석시료로 사용하였다. 시료의 정제를 위해 50 mg의 PSA 및 C18이 담긴 micro tube에 분석시료 1mL를 넣고 진탕·혼화한 후 10,000 rpm에서 3분간 원심분리하고 상등액을 syringe filter (0.2 μm)로 여과하여 LC-MS/MS에 2 μL씩 주입하였다. 정량분석을 위한 각 농약의 표준검량선은 각 표준품을 무처리 시료로 희석하여 afidopyropen 및 pydiflumetofen은 0.002, 0.005, 0.01, 0.02, 0.05, 0.08 및 0.1 mg/L의 calibration solution을 조제하여 각각 5 uL씩 주입하였고, mefentrifluconazole은 0.005, 0.01, 0.02, 0.05, 0.1 및 0.2mg/L의 calibration solution을 조제하여 각각 2 uL 씩 주입하였다. 기기분석조건은 Table 2 및 3에 나타내었다.

Table 2.

LC-MS/MS conditions for residual analysis of 3 pesticides

Table 3.

MRM conditions for residual analysis of 3 pesticides

결과 및 고찰

정량한계 및 회수율

들깻잎 중 afidopyropen, 대사체 M440I007, pydiflumetofen 및 mefentrifluconazole 분석법의 정량한계는 모두 0.01mg/kg이었으며, 회수율은 72.7-107.9%로 나타났다. 이는 작물 잔류성 시험의 기준인 회수율 범위 70-120%를 나타내어 잔류농약 분석법 기준을 만족하였다(Table 4).

Table 4.

Recoveries of the analytical method and storage stability of three pesticides in perilla leaves

들깻잎 수확일에 따른 잔류량 변화

들깻잎의 최종 약제 살포 후 경과일에 따른 afidopyropen, pydiflumetofen 및 mefentrifluconazole의 잔류농도 변화는 Table 5에 나타내었다. 들깻잎 중 afidopyropen의 초기 잔류량은 0 .34 ± 0.10mg/k g이었고, 최종약제 살포 7일 및 10일 경과 후 잔류량은 각각 0.10 ± 0.01 mg/kg 및 0.06±0.01 mg/kg으로 초기 잔류량 대비 각각 약 70% 및 82% 감소하였다. Pydiflumetofen의 경우 초기 잔류량은 28.52±0.59 mg/kg이었고, 7일 및 10일 경과 후 잔류량은 각각 17.83 ± 0.64 mg/kg 및 12.90 ± 0.59 mg/kg으로 초기 잔류량에서 약 36% 및 54% 감소한 수치를 보였다. 또한, mefentrifluconazole의 초기 잔류량은 5 .96 ± 0.13mg/k g으로 나타났으며, 7일 및 10일 경과 후의 잔류량 결과는 각각 3.39 ± 0.44 및 2.59 ± 0.22 mg/kg이었고, 이는 초기 잔류량의 결과에서 각각 43% 및 57% 감소한 결과를 나타내었다(Table 5). Lee 등(2008)의 연구에 따르면 들깻잎과 같이 단기간에 성장이 빠른 작물의 경우 작물 중 잔류농약의 반감기에 영향을 미치는 가장 큰 요인은 작물의 비대성장으로 보고하였다. 본 연구의 잔류량의 소실 또한 각 농약의 특성보다는 작물의 비대성장이 가장 큰 요인으로 작용한 것으로 사료된다. 또한, Afidopyropen의 초기 잔류량이 pydiflumetofen 및 mefentrifluconazole 보다 상대적으로 낮은 잔류양상을 나타내고 있으며 이는 시험농약의 실질적인 유효함량에 영향을 받은 것으로 사료된다.

Table 5.

Residual amount of three pesticides for cultivation period in perilla leaves

Afidopyropen, pydiflumetofen 및 mefentrifluconazole의 다른 작물에서 잔류허용기준을 보면 딸기의 경우는 각각 0.2, 2.0, 1.0 mg/kg이었고 피망의 경우 각각 0.07, 2.0, 1.0 mg/kg이었다(MFDS, 2022). Ripley 등(2003)에 따르면 들깻잎과 같은 엽채류의 경우 부피에 대한 노출된 표면적이 넓기 때문에 잔류량이 높은 특성을 보인다고 보고되었다.

생물학적 반감기 및 감소상수

시험기간 중 들깻잎 중 잔류하는 각 농약에 대한 감소회귀식은 f irst o rder k inetics model의 반감기 산출 공식에 적용하여 계산하였다. Afidopyropen은 y=0.3028e^-0.1659x(R²=0.9512), pydiflumetofen은 y=29.9791e^-0.0794x(R²=0.9810), mefentrifluconazole은 y=6.1385e^-0.0837x(R²=0.9896)와 같은 식을 얻을 수 있었고(Fig. 1), 각각의 식을 이용하여 반감기를 산출한 결과 각각 4.2일, 8.7일, 8.3일로 나타났다. Chen 등(2018)의 연구에서 afidopyropen의 밀 작물에 대한 반감기를 1.65일이라고 보고하였고, Xie 등(2019)의 연구에서는 오이 및 복숭아에서 afidopyropen의 초기 반감기는 1.1일 및 2.0일이라고 밝혔다. Pydiflumetofen은 이전 연구에서 2년동안 4개 지역의 논에서 실험한 결과 볏짚에서의 반감기는 1.09-9.34일이라고 보고된 바 있으며(Bian et al., 2021), mefentrifluconazole의 반감기 연구에서는 오이에서 약 4.0일의 반감기를 가진다는 연구결과가 보고되었다(Li et al., 2021). 본 연구에서도 이전의 연구결과와 유사하게 afidopyropen의 반감기가 pydiflumetofen 및 mefentrifluconazole에 비해 상대적으로 빠른 것으로 나타났으며, 시험농약의 물리화학적 특성을 보면 수중광분해의 반감기가 afidopyropen은 6-19.3일, pydiflumetofen은 95.3일, mefentrifluconazole은 313일로 알려져 있다(MDA, 2022). Afidopyropen의 반감기가 상대적으로 빠른 것은 시험농약의 물리화학적 특성인 광분해 영향으로 판단되었다.

Fig. 1.

Dissipation patterns of (a) Afidopyropen, (b) Pydiflumetofen and (c) Mefentrifluconazole.

안전성 평가

들깻잎에 대한 afidopyropen, pydiflumetofen 및 mefentrifluconazole의 안전성을 평가하기 위해 일일섭취허용량과 일일섭취추정량으로 %ADI를 산출하였다. 각 농약의 %ADI는 afidopyropen은 0.00-0.02%으로 매우 낮은 수준으로 확인되었고, pydiflumetofen 및 mefentrifluconazole은 각각 0.60-1.31%, 0.33-0.73%로 확인되었다(Table 6). pydiflumetofen과 mefentrifluconazole의 %ADI는 afidopyropen에 비하여 높은 수치를 보였지만, FAO/WHO에서 %ADI가 10% 미만인 경우 잔류농약 위험성이 낮다고 보고되고 있으며(Lee, 2019), 시험 농약의 최대 잔류량을 기준으로 하여도 각 농약 모두 1.5% 미만으로 나타났기 때문에 안전한 것으로 판단된다.

Table 6.

Risk Assessment of three pesticides for cultivation period in perilla leaves

들깻잎은 조리하지 않은 생야채나 고추와 젓갈 등의 양념재료를 사용한 절임 가공법이 가장 선호도가 높은 섭취방법인데, 들깻잎과 같은 엽채류의 경우 데쳐먹는 등의 조리·가공과정을 거지거나 세척과정을 거치면 잔류농약을 크게 감소시킬 수 있다고 보고된 바 있다(Choi et al, 2000; Cung et al, 2010; Kwon et al, 2009). 따라서 세척과정과 조리과정을 거친 들깻잎의 경우 afidopyropen, pydiflumetofen 및 mefentrifluconazole의 실질적 식이 섭취 단계에서는 더욱 안전할 것으로 판단되었다.

본 연구에서 afidopyropen, pydiflumetofen 및 mfentrifluconazole의 잔류특성 및 반감기 결과를 토대로 안전사용기준 및 잔류허용기준 설정에 대한 자료로 충분히 활용될 수 있을 것으로 보이며 %ADI가 1.5% 이하로 재배 작물의 안전성을 충분히 확보한 것으로 사료된다.

Acknowledgments

이 논문은 식품의약품안전처 연구사업(00-21-8-032000)의 지원을 받아 수행되었으며, 이에 감사드립니다.

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