패션프루트 중 Cyenopyrafen과 Flufenoxuron 합제의 잔류 및 분포 특성

서 론

아열대 과수 중 하나인 패션프루트 (Passion fruit)는 시계꽃과 (Passifloraceae)에 속하는 반목본성 다년생 덩굴식물로 브라질이 원산지이자 최대 생산국이며, 세계적으로 평균 140만 톤이 매년 생산되고 있다(Jeon et al.,2022; Jeong et al., 2022). 패션프루트는 산류, 당류, 영양성분 및 비영양성 식물화합물 등 여러가지 성분을 함유하고 있으며(Devi Ramaiya et al., 2013; Fonseca et al., 2022, RDA, 2022), 과즙에는 여러 당류, 비타민, 니아신, 칼륨, 카로틴, 향기성분(Whitfield and Sugowdz, 1979; Winterhalter, 1990), 종자에는 고농도의 리놀산 및 지질, 과피에는 상당량의 펙틴을 함유하고 있어 기능성 원료로써 식품개발에 활용되기도 한다(Kulkarni and Vijayanand, 2010; Liew et al., 2014; Lim and Cha, 2014; Silva et al., 2008).

우리나라에 패션프루트는 1989년 제주도 일부 농가에서 첫 도입 및 재배를 시작하여 2010년부터 담양 지역 등으로 재배가 확대되어 2015년 재배면적 7.3 ha에서 2021년 20.25 ha로 증가하였고, 농업경영체 수는 2015년 14호에서 2021년 94호로 매년 증가하고 있다(MAFRA, 2022). 하지만 국내에서 재배 면적과 재배 농가가 꾸준히 증가하고 있음에도 불구하고 패션프루트와 같은 소면적 재배 작물은 사용 등록된 농약이 없거나 부족한 실정이다(Ahn et al., 2014; Kang et al., 2018).

2019년 1월 1일 국내 유통되는 모든 농산물을 대상으로 잔류허용기준(MRL, Maximum Residue Limit)이 없는 농약과 미등록 농약에 대해 불검출 수준의 일률기준(0.01 mg/kg)을 적용하여 관리하는 허용물질목록관리제도(PLS, Positive List System)가 시행됨에 따라 농촌진흥청 및 식품의약품안전처에서는 소면적 재배 작물에 대한 농약의 확대등록을 위해 노력하고 있으나 발생 병해충의 다양화 및 이상기후 현상 등으로 농약 부족 문제가 계속적으로 대두되고 있다(Hwang et al., 2019). 2021년 기준 패션프루트에 등록된 농약 제품은 31개이나, 동일 성분을 제외할 경우 아족시스트로빈 21.7% 액상수화제 외 7 품목이며, 방제 대상은 잿빛곰팡이병, 역병, 파밤나방, 꽃노랑총채벌래, 톱다리개미허리노린재 등 5종에 불과하다 (RDA, 2021). 패션프루트에 발생하는 병해충은 이외에도 탄저병, 시들음병, 파리, 응애 및 진딧물 등 다양하게 보고되어 있으나(Aguiar-Menezes et al., 2002), 기등록 농약으로는 방제가 어려운 상황이다. 또한, 패션프루트에 잔류허용기준이 설정된 농약 29종 중 17종이 잠정잔류허용기준으로 PLS 시행 이후 유예기간인 2021년 12월 31일로 이런 잠정기준이 만료되었다.

Cyenopyrafen과 flufenoxuron 합제는 신규 계통 및 벤조일우레아계의 혼합살충제로 응애를 효과적으로 방제할 수 있는 약제로 (RDA, 2021), 잠정허용기준이 만료됨에 따라 MRL 설정 및 농약 등록을 위해 패션프루트에서의 잔류특성 연구가 필요한 실정이다.

패션프루트는 일반적으로 과피를 제거한 후 씨를 포함한 과육을 생과, 주스 혹은 잼으로 섭취하는데 (Kim, 2017), 농산업 폐기물로 버려지는 과피가 최근 기능성 성분을 포함하고 있어 다양한 식품산업에서 연구가 진행되고 있다 (Jeong, 2018; Perina et al., 2015).

따라서 본 연구를 통해 소면적 작물인 패션프루트를 대상으로 cyenopyrafen 및 flufenoxuron의 잔류 특성 및 과실 전과 (whole), 과육 및 과피 등 부위별 분포 특성을 구명하여 패션프루트에 적용 가능한 농약등록 확대 및 농약 안전성 확보를 위한 기초 자료로 활용하고자 하였다.

재료 및 방법

시약, 재료 및 기구

Cyenopyrafen (99.9%) 분석용 표준품은 Wako Pure Chemical Industry (Osaka, Japan)와 flufenoxuron (98.1%)의 Sigma-Aldrich (Saint Louid, USA)로부터 구입하여 사용하였으며, 본 연구에 이용된 두 약제의 물리 화학적 특성은 (Table 1)과 같다.

Table. 1

Physico-chemical properties of cyenopyrafen and flufenoxuron (Turner JA, 2015)

시료의 전처리 및 기기분석에는 acetonitrile은 Burdick & Jackson (Muskegon, MI, USA)의 HPLC급을 사용하였으며 acetic acid는 Samchun Chemical (99.7%, Seoul, Korea), formic acid (≥99.5%) 는 Sigma-Aldrich (Saint Louid, USA), d-SPE (PSA 25 mg, MgSO₄ 150 mg)는 Chromatific (Heidenrod, Germany), QuEChERS EN 15662 Method Extraction Kit (MgSO₄ 4.0 g, NaCl 1.0 g, sodium citrate tribasic dehydrate 1 g, sodium citrate dibasic sesquihydrate 0.5 g)와 roQ QuEChERS Extraction Kit (original, MgSO₄ 6.0 g, NaCl 1.5 g)는 Phenomenex (Torrance, CA, USA)에서 구매하여 사용하였고, 증류수는 Zeneer Power Ⅱ (Human Co., Seoul, Korea)를 이용하여 18.2 ㏁의 저항값을 갖는 3차 증류수를 제조하여 사용하였다.

농약 제품은 cyenopyrafen·flufenoxuron 25(20+5)% 액상수화제(집중마크, ㈜경농)를 시중 농약판매업체를 통해 구매하여 사용하였다.

시료의 마쇄 및 균질화는 믹서기(NFM-8860, NUC, Korea)를 이용하였고, 수직진탕기(VIBA 330, Collomix, Germany)를 사용하여 추출하였으며, 원심분리기는 Heraeus Megafuge 16 R Thermo(Middlesex, MA, USA)를 이용하였다.

포장시험

제주특별자치도 제주시 조천읍 소재 비가림 재배 농가에서 포장 시험을 수행하였으며, 아열대지방에 넓게 분포하며 서늘한 기후를 선호하여 국내 남부지역 및 제주도에서 재배가 가능한 자색계 패션프루트 품종 중 대농 1호를 사용하였다. 충분한 수확량 확보를 위해 반복구 당 면적 10 m² 이상이 되도록 하여 3개의 반복구를 1처리구로 설정하고, 무처리구 및 처리구별 교차오염 방지를 위해 1 m 이상의 완충구를 두어 배치하였다. 시험 기간 동안 시설하우스 내부에 EL-USB-2-LCD data logger (LASCAR Electronics, Salisbury, China)를 설치하여 온도 및 습도를 지속적으로 측정하였다.

농약은 추천 사용 방법에 따라 농약을 희석하고(Table 2), 동력 분무기(MARUYAMA MS1015-Li, Model No. 91670934, Japan)를 이용하여 7일간격 2회(2021년 6월 27일 및 2021년 7월 4일) 경엽 살포하였다.

Table. 2

Plot design for spraying pesticides onto Passion Fruit

시료 채취는 최종 살포일을 0일차로 하여 0, 7, 14, 21일차에 수확하였고, 0일차의 경우 부착된 농약이 충분히 마르도록 3시간 경과 후 진행하였으며, 낙과 전 일정 크기 이상의 과피 색상이 변한 과실 위주로 반복구 당 500 g 이상 채취하였다.

패션프루트 중 농약의 부위별 분포 특성 파악을 위한 실험은 농약 최종 살포 후 21일차 시료를 이용하였고, 채취한 과실 전체를 과피와 과육(씨 포함)으로 분리하여 무게를 측정한 뒤 균질화하여 -20℃ 이하로 냉동 보관하였다.

패션프루트 중 cyenopyrafen 및 flufenoxuron의 회수율 시험

회수율 시험은 패션프루트 전과, 과육 및 과피 세 부분으로 각각 나누어 진행하였으며, 위의 잔류분석 과정과 동일한 방법으로 3반복으로 진행하였다. 과육 및 과피의 분리는 과도를 사용하여 2등분한 후 씨를 포함한 과육을 스푼으로 파내어 따로 모아 분석시료로 사용하였다. 회수율 처리 수준은 부위별 무처리 시료에 0.01(MLOQ)과 0.1 mg/kg(10 MLOQ) 수준이 되도록 각각 처리하였고, 과실 전과의 경우에만 cyenopyrafen 1.0 mg/kg 및 flufenoxuron 0.5 mg/kg의 고농도 수준을 추가로 처리하여 Table 3의 기기조건으로 분석하였다.

Table. 3

LC-MS/MS conditions for cyenopyrafen and flufenoxuron

결과 및 고찰

재배기간 중 기상조건 및 패션프루트의 중량

패션프루트 재배기간(2021년 6월 27일~7월 25일) 동안 실내 평균 온도는 23.7~29.9℃, 상대습도는 60.9~84.2% 범위로 패션프루트 생육에 필요한 온도 및 습도 조건으로 적합하였다(ARS, 2022). 최종 약제 살포 후 0, 7, 14, 21일차에 채취한 패션프루트의 무게는 각각 82.0±7.7 g, 84.6±6.7 g, 88.2±12.8 g, 83.2±6.2 g으로 일차별로 균일하게 채취하였음을 확인하였다(Fig. 1). 패션프루트의 부위별 무게는 과피에서 37.0±1.9 g, 과육에서 47.6±2.9 g이었으며, 과피 및 과육은 전체 시료 중 각각 43.7% 및 56.3%의 비율을 차지하는 것으로 조사되었다(Table 4).

Fig. 1

Changes of Passion Fruit weight during experimental period

Table. 4

Fruit weight (whole) and proportion of fruit tissues in the Passion Fruit

분석법 검증

패션프루트 중 cyenopyrafen와 flufenoxuron의 잔류분석법은 표준검량선의 직선성, 회수율시험을 통해 정확성 및 정밀성을 검증하였다. 표준검량선의 직선식과 결정계수(R²)는 (Table 5)와 같이 나타났으며, matrix matched 검량선의 R²는 모두 0.998 이상으로 나타나 높은 직선성을 보였다. 패션프루트 중 두 성분의 MLOQ는 모두 0.01 mg/kg으로 정량분석에 적합하였고, 잔류분석법에 따른 회수율 시험결과, cyenopyrafen의 경우 85.4-97.4%이었고, flufenoxuron의 경우 78.9-97.0%이었으며, 변이계수(Coefficient variation, CV)는 3.2%이내로 나타나, 농약의 등록시험 기준과 방법에서 권고하는 회수율 70~120%, CV 20%이내를 만족하였다(Table 6).

$\[ \begin{array}{c}\text{패션프루트 중 cyenopyrafen의 MLOQ}\hfill \\ 0.01 \left(\mathrm{m}\mathrm{g}/\mathrm{k}\mathrm{g}\right)=\frac{0.004 \left(\mathrm{n}\mathrm{g}\right)\times 10 \left(\mathrm{m}\mathrm{L}\right)\times 5}{2 \left(\text{μ}\mathrm{L}\right)\times 10 \left(\mathrm{g}\right)}\hfill \end{array} \]$

$\[ \begin{array}{c}\mathrm{패}\mathrm{션}\mathrm{프}\mathrm{루}\mathrm{트}\mathrm{ }\mathrm{중}\mathrm{ }\mathrm{f}\mathrm{l}\mathrm{u}\mathrm{f}\mathrm{e}\mathrm{n}\mathrm{o}\mathrm{x}\mathrm{u}\mathrm{r}\mathrm{o}\mathrm{n}\mathrm{의}\mathrm{ }\mathrm{M}\mathrm{L}\mathrm{O}\mathrm{Q}\mathrm{ }\hfill \\ 0.01 \left(\mathrm{m}\mathrm{g}/\mathrm{k}\mathrm{g}\right)=\frac{0.015 \left(\mathrm{n}\mathrm{g}\right)\times 10 \left(\mathrm{m}\mathrm{L}\right)\times 2}{3 \left(\text{μ}\mathrm{L}\right)\times 10 \left(\mathrm{g}\right)}\hfill \end{array} \]$

Table. 5

Linear equations of calibration curves for the quantitation of two pesticides in Passion Fruit

Table. 6

Recoveries of the analytical method of two pesticides in each compartment of Passion Fruit

패션프루트 재배기간 중 잔류 및 부위별 분포 특성

패션프루트 재배기간 중 cyenopyrafen·flufenoxuron 25(20+5)% 액상수화제를 7일간격 2회 살포한 후 일차별 잔류량을 (Table 7)에 나타내었다. Cyenopyrafen의 경우, 최종 약제 살포 후 0, 7, 14, 21일차의 평균 잔류량은 각각 0.71±0.08 mg/kg, 0.62±0.04 mg/kg, 0.50±0.07 mg/kg, 0.37±0.04 mg/kg이었으며, flufenoxuron의 평균 잔류량은 0.26±0.03 mg/kg, 0.23±0.01 mg/kg, 0.22±0.03 mg/kg, 0.16±0.02 mg/kg으로, 이는 0일차 평균 잔류량 대비 21일 경과 후 각각 47.9% 및 38.5% 감소한 것을 알 수 있었다.

Table. 7

Residue level of two pesticides in Passion Fruit

작물체에 부착된 농약은 대부분 광분해, 강우에 의한 제거, 대기 중 확산, 식물체 내 대사 및 가수분해 등으로 시간이 지남에 따라 소실되는 것으로 알려져 있으나(Seo et al., 2010, Shin et al., 2022), 패션프루트의 경우 시설하우스 재배 및 차광막 설치로 광분해 및 강우에 의한 영향은 적었을 것으로 판단된다. 또한 작물 중 농약의 잔류량은 작물 재배조건, 농약의 제형, 살포액의 농도, 농약의 이화학적 특성 등의 영향을 받는 것으로 알려져 있다(Farha et al., 2016; Jo et al., 2022; Lee et al., 2004; Na et al., 2013;). 본 시험에서는 합제를 살포하여 작물 재배조건 및 농약의 제형은 동일하기 때문에 나머지 두 특성에 의한 영향을 더 크게 받았을 것으로 생각된다. 특히 작물 중 cyenopyrafen 및 flufenoxuron의 수확당일의 초기 잔류량은 각각 0.71 mg/kg 및 0.26 mg/kg로 cyenopyrafen가 약 2.7배 더 높은 것으로 나타났다. 이는 유효성분 함량 및 희석배수를 고려하여 살포액 농도를 계산한 결과 cyenopyrafen 100 mg/L, flufenoxuron 25 mg/L 로 cyenopyrafen이 flufenoxuron에 비해 약 4배 높았으므로 살포액의 농도가 초기 잔류량 차이에 영향을 준 것으로 판단된다. 또한 패션프루트 중 cyenopyrafen의 생물학적 반감기는 23.9일, flufenoxuron는 35.0일로 flufenoxuron이 1.5배 길게 나타났는데(Fig. 2), 농약의 물리화학적 특성 중 증기압은 휘발성의 지표로 수치가 소수점 이하로 내려갈수록 비휘발성을 나타내는데 cyenopyrafen의 증기압은 5.20 x 10^-4 mPa, flufenoxuron이 6.52×10^-9 mPa로 cyenopyrafen의 증기압이 약 100,000배 이상 높은 것으로 보아 이 요인이 생물학적 반감기 차이에 가장 큰 영향을 준 것으로 추측된다(Turner JA, 2015).

Fig. 2

Dissipation patterns of two pesticides in Passion Fruit

시험 농약의 타 과실에서의 생물학적 반감기를 비교한 결과, cyenopyrafen의 경우딸기에서 6.4일 (Kim et al., 2017), 포도에서 8.0일 (Lee et al., 2011)로 보고한 바 있으며, flufenoxuron의 경우 사과에서 21.7~23.1일 (Hwang and Kim, 2014), 복숭아에서 4.9~7.1일 (Moon et al., 2013), 포도에서 64.2일 (Likas and Tsiropoulos, 2011) 로 보고한 바 있다. 이러한 반감기의 차이는 패션프루트를 재배하는 지역과의 기상환경 차이 또는 시험 작물의 특성차이 때문일 것으로 사료된다.

작물의 비대생장 또한 농약의 잔류 소실에 영향을 주는 요인으로 오이, 애호박 및 브로콜리와 같은 빠른 증체율을 보이는 작물은 비대생장에 의한 희석효과가 큰 반면 (Choi et al., 2018; Park et al., 2011; Yang et al., 2020), 포도 및 착색 단고추와 같이 중량 변화가 크지 않은 작물에서는 희석효과에 의한 잔류 소실은 거의 없는 것으로 보고된 바 있다 (Lee et al., 2011; Shin et al., 2022). 이에 패션프루트의 경우도 처리구별 중량의 변화가 거의 없이 착색만 진행되었기 때문에 작물 비대생장에 의한 농약 잔류량의 희석 효과는 미미할 것으로 판단된다. 또한, 부위별 농약의 분포 양상은 과피의 경우 cyenoprafen은 평균 0.61 ± 0.14 mg/kg, flufenoxuron은 평균 0.26 ± 0.04 mg/kg으로 나타났으며, 씨를 포함한 과육의 경우 모두 분석법상의 정량한계 미만으로 확인되었다(Table 8).

Table. 8

Residue level of fruit tissue for Passion fruit

두 성분 모두 과피에서 대부분의 농약이 검출이 되었는데 이는 과피를 벗겨 과육을 섭취하는 패션프루트의 경우 과실에 잔류하는 cyenopyrafen 및 flufenoxuron의 대부분이 제거되어 식품안전성에는 문제가 없을 것으로 생각된다. 하지만 과피를 원료로 사용하거나 가공하여 과피를 섭취하게 되는 경우 과피에 잔류하는 농약 제거에 주의가 요구된다고 할 수 있으며 과실류 중 농약의 특성에 따른 농약의 분포 양상에 대한 지속적인 연구의 필요성을 시사하고 있다.

Acknowledgments

본 연구는 2021년도 농촌진흥청 연구사업(PJ015949)" 및 한경국립대학교 “대학원 연구역량 장학생 지원 사업”의 지원을 받아 수행되었으며, 이에 감사드립니다.

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