살충제 Tebufenozide와 Teflubenzuron의 아로니아 중 경시적 잔류량 변화와 잔류 안전성 평가
초록
20% Tebufenozide 액상수화제와 5% teflubenzuron 액상수화제를 아로니아 노지 재배지에 살포하여 이들의 경시적 잔류변화와 작물 잔류 반감기(Dissipation time, DT50) 및 잔류 안전성을 평가하였다. 약액 살포 후 tebufenozide와 teflubenzuron의 초기 잔류량은 각각 2.585-3.237 mg kg-1과 0.972-1.151 mg kg-1이었고, 최종 약제 처리 21일 경과 후 잔류량은 각각 1.348-1.935 mg kg-1과 0.319-0.415 mg kg-1으로 감소함을 확인하였다. Tebufenozide와 teflubenzuron의 DT50은 아로니아에서 각각 33.6일과 16.4일이었다. 아로니아에 대한 tebufenozide와 teflubenzuron의 최대잔류허용기준(maximum residue limit, MRL)은 2022년 현재 잠정 잔류허용기준으로 각각 2.0 mg kg-1과 1.0 mg kg-1으로 설정되어 있다. 따라서, 20% tebufenozide 액상수화제와 5% teflubenzuron 액상수화제의 아로니아에 대한 안전사용기준은 수확 21일 전까지 2,000배 희석액을 사용하여 7일간격 2회 처리를 고려해 볼 수 있을 것이다.
Abstract
The time-course residue pattern, dissipation time (DT50), and residual safety of tebufenozide and teflubenzuron on black chokeberry were investigated under open field trial. The 2,000-fold dilute solution of 20% tebufenozide (suspension concentrate, SC) and 5% teflubenzuron (SC) were sprayed twice on black chokeberry at the intervals of 7-day before the harvest day, respectively. The initial residue of tebufenozide and teflubenzuron on the black chokeberry after final treatment were detected to 2.861 ± 0.337 mg kg-1 and 1.035 ± 0.101 mg kg-1, respectively. The residues were decreased to 1.658 ± 0.295 mg kg-1 and 0.362 ± 0.048 mg kg-1 after 21 days from the final treatment. The DT50s were estimated to 33.6 days for tebufenozide and 16.4 days for teflubenzuron on the black chokeberry fruit. The residues of tebufenozide and teflubenzuron on 21 days after final treatment did not exceed the currently available temporal maximum residue limit (MRLT) on black chokeberry in Korea.
Keywords:
Black chokeberry, Dissipation time, Residual safety, Tebufenozide, Teflubenzuron키워드:
테부페노자이드, 테플루벤쥬론, 잔류 반감기, 잔류 안전성, 아로니아서 론
현재 국내에서 재배되는 소면적 작물들은 재배기술의 표준화와 병해충 방제력이 명확히 확립되어 있지 않으며, 등록된 농약의 수가 적어 병해충 발생시 피해가 심각한 실정이다(Kim et al., 2012; Son et al., 2012; Abou Zeid et al., 2021). 또한, 2019년부터 모든 농산물에 대해 농약 허용물질 목록관리제도(Positive list system, PLS)가 시행됨에 따라 등록된 농약 수가 적은 소면적 작물의 경우 잔류농약 초과문제 발생우려가 높아 보다 적극적인 농약 등록시험과 연구가 필요한 실정이다(Kim et al., 2017; Oh et al., 2021; Lee et al., 2022).
최근 경기도에서 조사된 연구결과에 따르면, 농약 PLS 시행에 따른 검출기준 강화의 영향으로 유통 농산물 중 부적합 빈도가 지속적으로 증가하는 경향이 나타났으며, 잔류허용기준 초과 비율 중 일률기준(0.01 mg kg-1) 적용에 따른 기준 초과 비율이 PLS 전면시행 원년인 2019년 48%에서 2020년에는 57%로 증가하였다(Song et al., 2021). 특히, 농산물 중 과일류의 검출빈도가 최대 7배까지 증가하였으며, 이 중 아로니아, 포도 등이 포함된 장과류의 검출빈도는 2018년 6.4%에서 2019년 39.4%, 2020년 45.3%로 지속적인 증가추세를 보이고 있다(Song et al., 2021). 이러한 문제 해결을 위해서는 소면적 재배작물인 아로니아의 병해충 방제에 사용가능한 등록농약을 늘리고, 적절한 안전사용기준을 제시해야 할 것이다.
장과류인 아로니아는 2007년 소규모 농가에서 재배하기 시작된 작물로, 아로니아 열매의 색에 따라 black chokeberry (Aronia melanocarpa)와 red chokeberry (Aronia arbutifolia), purple chokeberry (Aronia prunifolia)로 구분되며, 국내에서는 주로 노지에서 재배하고 있다(Choi et al., 2015). 아로니아는 안토시아닌, 플라보노이드, 폴리페놀 화합물이 풍부하여 항산화 작용, 면역증진 및 암 예방 등의 효과가 보고되었다(Han et al., 2005; Lala et al., 2006; Hwang and Tai, 2014; Wathon et al., 2018). 현재 우리나라 재배 아로니아에 피해를 주는 해충으로는 갈색날개미충과 꽃노랑총채벌레, 꽃매미, 미국선녀벌레, 미국흰불나방, 볼록총채벌레, 파밤나방 등 14종이 알려져 있으며, 이들에 대한 방제농약이 등록되어 있다(KCPA, 2022).
파밤나방(Spodoptera exigua)은 파를 가해하는 대표적인 해충으로, 유충은 잡식성으로 채소, 화훼류, 밭 작물 등 거의 모든 농작물을 가해하여 피해를 유발하는 광식성 해충이다(Han et al., 2015; Park et al., 2021). 파밤나방은 6월부터 10월까지 발생하며, 노지에서 1년에 4-5회 발생하고, 날씨가 따뜻한 제주도 및 남부 해안 지역에서는 1회 이상 더 발생할 수 있다(Kang et al., 2008; RDA, 2022). 현재 아로니아의 파밤나방 방제를 위해 등록된 농약은 fluxametamide와 novaluron 2종으로 병해충 방제 효율 증진과 저항성 발현억제를 위해 다양한 유효성분에 대한 병해충 방제 활용 연구가 필요한 실정이다(Kim et al., 2021; Lee et al., 2022).
Tebufenozide는 benzoyl hydrazine계 농약으로 탈피호르몬 수용체 기능을 활성화시켜 살충효과를 나타내며(Lin et al., 2018; Smagghe et al., 2019), 20% tebufenozide (SC)는 배추와 파의 파밤나방, 복숭아의 복숭아 순나방, 사과의 사과굴나방 등의 해충 방제에 사용가능 하도록 등록되어 있다(KCPA, 2022). Teflubenzuron은 benzoyl urea계 농약으로 키틴생합성을 저해하여 살충효과를 나타내는 농약으로 알려져 있으며(Meng et al., 2018; Bezerra do Nascimento et al., 2022), 가지, 상추, 부추, 시금치, 파세리, 당근, 양배추 등 18작물의 파밤나방 방제를 위해 등록되어 있다(KCPA, 2022). 2022년 현재 아로니아에 대한 tebufenozide와 teflubenzuron의 최대잔류허용량(maximum residue limit, MRL)은 잠정기준으로 각각 2.0 mg kg-1과 1.0 mg kg-1으로 설정되어 있고(MFDS, 2022), 아로니아의 파밤나방 방제를 위한 농약안전사용기준은 설정되어 있지 않다. 이에 따라, 본 연구에서는 아로니아에서 20% tebufenozide 액상수화제와 5% teflubenzuron 액상수화제 살포 후 유효성분의 경시적 잔류변화와 잔류 안전성을 평가하였다.
재료 및 방법
표준품 및 시약
Tebufenozide와 teflubenzuron의 분석용 표준품은 Kemidas Co. (Suwon, Korea)에서 구입하여 사용하였으며, 시험대상 성분의 이화학적 특성은 Table 1과 같다. Acetonitrile (ACN)과 methanol, water는 Burdick & JacksonTM (Honeywell International Inc, Morris Plains, NJ, USA)의 high-performance liquid chromatography (HPLC) grade를 사용하였고, ammonium formate (Kanto Chemical Co., Inc., Tokyo, Japan)와 formic acid (Merck KGaA, Darmstadt, Germany)는 순도 >98%를 사용하였다. 아로니아 중 tebufenozide와 teflubenzuron의 추출은 Phenomenex Inc. (Torrance, CA, USA)의 QuEChERS extraction kit (4 g MgSO4 anhydrous, 1 g NaCl, 1 g sodium citrate tribasic dihydrate 및 0.5 g sodium citrate dibasic sesquihydrate)를 사용하였고, 추출 시료의 정제를 위한 dispersive-solid phase extraction (d-SPE)는 primary-secondary amine (PSA) 25 mg과 C18 25 mg 및 MgSO4 150 mg으로 구성된 Agilent Technologies, Inc. (Santa Clara, CA, USA)의 d-SPE kit와 Supelclean ENVI-CarbTM (Supelco®, Sigma-Aldrich, Inc., Bellefonte, PA, USA)를 사용하였다.
시험포장 및 약제 처리
아로니아의 잔류성 시험은 경상남도 진주에서 7월부터 8월까지 실시하였으며, 시험기간 동안 시험포장의 일일 평균 온도는 22.3-29.1oC이었고, 일 최대 강수량은 142.7 mm이었다(Fig. 1). 잔류 시험 품종은 블랙초크베리였고, 수령은 8-10년이었다. 잔류시험포장의 대조구는 10.5 m2 (7.0 m × 1.5 m)로 조성하였으며, 시험구는 27 m2 (18 m× 1.5 m)로 조성하여 시험구별 3반복 배치하였고, 시험구의 시험약제간 교차오염을 방지하기 위해 완충구를 3 m 이상 두었다. 아로니아에 대한 tebufenozide와 teflubenzuron의 잔류시험은 20% 액상수화제와 5% 액상수화제를 ㈜경농(Seoul, Korea)에서 구매하여 사용하였고, tebufenozide와 teflubenzuron 2,000배 희석액을 충전식 분무기로 시험구 전체에 약액이 충분히 흐를 정도로 균일하게 7일간격 2회 살포 후 일시 수확하였다. 잔류분석을 위한 시료는 수확 당일 반복구당 1.0 kg 이상 수확하였으며, 수확한 시료는 냉장상태로 실험실로 옮긴 후 드라이아이스와 함께 곱게 분쇄하고 잔류분석 전까지 냉동 보관하였다.
잔류분석 시료 전처리
Tebufenozide 잔류분석 시료는 균질화된 아로니아 시료 10.0 g에 ACN 10.0 mL를 가한 후 QuEChERS extraction kit를 첨가하여 30분간 진탕 및 초음파 추출(Powersonic 410, Hawshin Tech Co., Ltd., Seoul, Korea)하였다. 추출시료는 4oC, 4000 rpm에서 10분간 원심분리(LABOGENE 1580R, LabogenTM, Bio-Medical Science Co., Ltd., Seoul, Korea)하고, 상등액 1 mL를 취하여, d-SPE kit와 ENVI-CarbTM 25 mg이 든 microtube에 넣고 3분간 vortexing한 후 syringe filter (PTFE, 0.22 μm, BIOFACT Co., Ltd., Daejeon, Korea)로 여과하여 잔류분석용 시료로 제조하였다. Teflubenzuron 잔류분석 시료는 tebufenozide와 동일한 방법으로 추출하였으며, 정제는 ENVI-CarbTM 이 포함되지 않은 Agilent Technologies, Inc. (Santa Clara, CA, USA)의 d-SPE kit (PSA 25 mg, C18 25 mg, MgSO4 150 mg)를 사용하였다.
기기분석 조건
아로니아 중 tebufenozide와 teflubenzuron의 잔류분석은 LC-MS/MS (LC-MS 8050 Triple Quadrupole, Shimadzu Co., Kyoto, Japan)를 사용하여 Table 2의 조건에 따라 분석하였다. 이동상 용매는 5 mM ammonium formate를 포함한 0.1% formic acid 수용액과 5 mM ammonium formate와 0.1% formic acid를 포함한 methanol을 사용하였고, Phenomenex Inc. (Torrance, CA, USA)의 Kintex phenyl-hexyl (2.1 × 100 mm, 2.6 μm) 칼럼을 사용하여 분리하였다.
분석법 검증
Tebufenozide와 teflubenzuron의 검량선 작성은 표준품을 이용하여 100 mg L-1 stock solution을 제조한 후 무처리 아로니아 시료의 추출물로 희석하여 matrix-matched standard를 제조하였다. Tebufenozide와 teflubenzuron의 검량선은 0.005-0.500 mg kg-1의 범위에서 작성하였고, signal/noise비 10이상을 기준으로 정량한계(limit of quantitation, LOQ)를 산출하였으며(Oh et al., 2020), 회수율 시험은 0.01 mg kg-1과 0.1 mg kg-1에서 3반복 수행하였다.
잔류 반감기 산출
약제 처리 후 경과일수에 따른 잔류량 변화에 대한 회귀식을 Eq. 1에 적용하여 산출하였고, 작물 잔류 반감기(dissipation time, DT50)는 Eq. 2를 사용하여 산출하였다(Lee et al., 2022).
(Eq. 1) |
(Eq. 2) |
잔류 안전성 평가
Tebufenozide와 teflubenzuron의 잔류 안전성 평가를 위한 이론적 일일최대섭취량(theoretical maximum daily intake, TMDI)은 식품의약품안전처(Ministry of Food and Drug Safety, MFDS)의 잔류물질정보에 등록되어 있는 MRL과 2019년 국민영양통계 중 전체 연령의 식이 섭취량 자료와 국민 평균 체중(61 kg)을 Eq. 3에 적용하여 산출하였다(KHIDI, 2019; Lee et al., 2021). MFDS의 잔류물질정보에 등록되어 있는 일일섭취허용량(Acceptable daily intake, ADI)과 산출한 TMDI를 Eq. 4에 적용하여 %ADI를 산출하였다.
(Eq. 3) |
(Eq. 4) |
결과 및 고찰
분석법 검증
아로니아 중 tebufenozide와 teflubenzuron의 잔류분석을 위한 검량선의 직선성(R2)은 모두 0.999 이상으로 양호하였고, 아로니아에서 tebufenozide와 teflubenzuron의 LOQ는 0.005 mg kg-1이었다. 아로니아에서 분석대상 성분의 회수율은 0.01 mg kg-1와 0.1 mg kg-1에서 시험하였고, 그 결과 tebufenozide의 평균 회수율은 93.7-98.2%이었으며, teflubenzuron의 평균회수율은 94.1-95.9% 이었다. 이들 정량분석에 대한 변이계수(Coefficient of variation, CV)는 0.6-3.9%이었다(Table 3).
아로니아 중 tebufenozide의 경시적 잔류 변화와 잔류 반감기
20% Tebufenozide (SC) 2,000배 희석액을 7일간격 2회 살포 후 tebufenozide의 잔류량을 조사하였다. 수확 당일 약액 살포 후 tebufenozide의 초기 잔류량은 평균 2.861±0.337 mg kg-1 (2.585-3.237 mg kg-1) 이었고, 최종 약액 살포 21일 경과 후 잔류량은 평균 1.658 ± 0.295 mg kg-1 (1.348-1.935 mg kg-1) 이었다(Table 4). 최종 약액 살포 후 경과일수에 따른 tebufenozide의 잔류량은 Fig. 2와 같이 감소함을 확인할 수 있었다. 최종 약액 살포 14일 경과 후 잔류량은 초기 잔류량 대비 16.2% 감소하였으며, 21일 경과 후 시료의 잔류량은 초기 잔류량 대비 42.1%로 감소하였다. 시험기간 동안 아로니아 중 tebufenozide의 잔류량은 50% 이하로 감소하지 않았으며, 회귀식을 이용하여 산출한 잔류 반감기는 33.6일이었다. 이는 포도에서 보고된 tebufenozide의 작물 잔류 반감기(37.9-68.6일)와 유사하였다(Likas and Tsiropoulos, 2011).
아로니아 중 teflubenzuron의 경시적 잔류 변화와 잔류 반감기
5% Teflubenzuron (SC) 2,000배 희석액을 7일간격 2회 살포 후 경과일수에 따른 teflubenzuron의 잔류량을 조사하였다. 수확 당일 약액 살포 후 teflubenzuron의 초기 잔류량은 평균 1.035 ± 0.101 mg kg-1 (0.972-1.151 mg kg-1) 이었고, 최종 약액 살포 21일 경과 후 잔류량은 초기 잔류량 대비 65.0% 감소한 0.362 ± 0.048 mg kg-1 (0.319-0.415 mg kg-1)이었으며, 아로니아 중 teflubenzuron의 잔류 반감기는 16.4일이었다(Table 4). Teflubenzuron의 작물 잔류 반감기는 복숭아에서 11.5일로 유사하였으나, 초기 잔류량은 0.26 mg kg-1으로 아로니아의 초기 잔류량이 4배 높았다(Yoon et al., 2012). 이러한 차이는 두 작물의 무게대비 표면적 비 등 작물의 형태적 특성에 의한 초기 잔류량의 차이로 판단되었다(Lee et al., 2022).
아로니아 중 tebufenozide와 teflubenzuron의 잔류 안전성 평가
현재 우리나라에서 tebufenozide는 56종의 작물, teflubenzuron은 58종의 작물에 MRL이 각각 설정되어 있으며, 아로니아에 대한 tebufenozide와 teflubenzuron의 잠정 MRL은 각각 2.0 mg kg-1과 1.0 mg kg-1으로 설정되어 있다(MFDS, 2022). 이에 따른 전체 등록 작물에 대한 TMDI를 국민건강 영양조사의 농산물 식이 섭취량을 기준으로 산출하면 tebufenozide는 6.94×10-1mg kgbw-1 day-1, teflubenzuron은 5.26×10-3mg kgbw-1 day-1로 각각 ADI의 34.7%와 52.6%이었다. 다만, 아로니아에 설정된 잠정 MRL의 %ADI는 tebufenozide가 1.3%, teflubenzuron이 0.02%로 높지 않았다(MFDS, 2022). 다만, 20% tebufenozide와 5% teflubenzuron 2,000배 희석액을 7일간격 2회 살포할 경우 최종 약액 살포 21일 경과 이후 수확할 때 잠정 MRL 기준을 충족할 수 있으므로, 아로니아에 대한 20% tebufenozide와 5% teflubenzuron 액상수화제의 안전사용기준은 2,000배 희석액을 사용하되, 수확 21일 전까지 7일간격 2회 처리로 고려해 볼 수 있을 것이다.
Acknowledgments
This study was supported by the “Research Program for Agricultural Science & Technology Development (Project No. PJ01610808)”, Rural Development Administration, Republic of Korea.
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Kyeong-Yeol Oh, Department of Agricultural Chemistry, Institute of Agriculture and Life Science (IALS), Gyeongsang National University, Ph.D. student, https://orcid.org/0000-0002-1699-4164
Deuk-Yeong Lee, Department of Agricultural Chemistry, Institute of Agriculture and Life Science (IALS), Gyeongsang National University, Ph.D. student, http://orcid.org/0000-0001-6047-5276
Tae-Bok Song, Department of Agricultural Chemistry, Gyeongsang National University, Ph.D. student; Gumi-si Agriculture technology & extension center, Researcher, https://orcid.org/0000-0003-1938-9151
Yeong-Jin Kim, Department of Agricultural Chemistry, Gyeongsang National University, Ph.D. student; Environmental Chemistry Research Group, Korea Institute of Toxicology, Researcher, https://orcid.org/0000-0002-3926-9387
Jin-Hyo Kim, Department of Agricultural Chemistry, Institute of Agriculture and Life Science (IALS), Gyeongsang National University, Professor, https://orcid.org/0000-0002-0341-7085