미나리, 로즈마리, 배초향 및 음나무순 중 Chlorfenapyr의 잔류특성 및 식이섭취 노출평가

시험약제 및 시약

미나리, 로즈마리, 배초향 및 음나무순에 처리한 시험약제는 chlorfenapyr 10% 액상수화제(섹큐어, 팜한농)를 사용하였다. 표준품은 AccuStandard (USA) 1,000 mg/L standard solution 및 Sigma-aldrich (USA) 제품의 순도 99.5%를 사용하였으며, 약제의 화학구조는 Fig. 1과 같다. 분석을 위해 사용된 유기용매 acetone, acetonitrile, dichlormethane, n-hexane은 HPLC grade의 Burdick&Jackson (USA) 제품을 사용하였고, 시약은 anhydrous sodium sulfate (GR급)는 Junsei Chemical (Japan) 및 sodium chloride (GR급)는 SAMCHUN Chemical (Korea) 제품을 사용하였다. 시료 정제에 사용한 Solid phase extraction (SPE)은 silica SPE cartridge (1,000 mg, 6 mL, Pheonomenex (USA))와 NH₂ SPE cartridge (1,000 mg, 6 mL, Pheonomenex (USA))를 사용하였다.

Fig. 1.

Chemical structures of chlorfenapyr.

포장시험

미나리는 2022년 8월부터 충청북도 청주시 소재, 로즈마리 및 배초향은 각각 2023년 5월 및 6월부터 충청북도 괴산군 소재에서 시설포장을 임차하여 수행하였으며, 음나무순은 2023년 4월부터 충청북도 괴산군 소재 노지포장을 임차하여 수행하였다.

포장구획으로 약제 처리구는 각 3반복 및 무처리구 1반복으로 구성하였으며, 약제처리는 수확전 처리일을 다르게 설정하여 약제처리구를 설정하였다. 약제처리는 시험농약을 2,000배 희석하여 펌프식 분무기(AE-40N, 아성정공, 대한민국)를 이용하여 약액이 흐를 때까지 충분히 묻도록 골고루 살포하였다(Table 1). 시료채취는 처리구별로 일정한 크기의 시료를 채취하였으며, 채취한 시료는 바로 실험실로 운반하여, 변질잎을 제거한 시료전체를 분석 전까지 -20^oC 이하에서 냉동보관하였다.

Table 1.

Summary of the application information of chlorfenapyr in test crops

검량선 작성 및 회수율시험

미나리 시험에 사용한 chlorfenapyr는 표준용액 1,000 mg/L 중 1 mL을 9 mL의 acetonitrile에 녹여 100 mg/L 농도의 저장표준용액을 만들었으며, 로즈마리, 배초향 및 음나무순 시험에 사용한 chlorfenapyr는 표준품(99.5%)을 일정량 취하여, acetone에 녹여 100 mg/L 농도의 저장표준용액을 만들었다. 이 저장표준용액에서 일정량을 취한 후 acetone과 acetonitirle으로 희석하여 0.1, 0.25, 0.5, 1.0, 2.5 및 5.0 mg/L의 작업표준용액을 조제하였다. 무처리 시료 전처리용액(1 mL)을 완전 농축 후 작업표준용액(1 mL)으로 재용해하여, matrix matched working standard solution을 제조하였다. 이후 시료분석 전후로 gas chromatography-mass spectrometer (GC/MSMS, GC/MS-8040, Shimadzu Co., Kyoto, Japan) 및 gas chromatography-electron capture detector (GC-ECD, 7890B, Agilent Techlnologies Inc., Santa Clara, CA, USA)에 2회 주입하여, chromatogram상의 peak 면적을 기준으로 표준검량선을 작성하였다.

회수율 시험은 정량한계(Limit of Quantification, LOQ) 수준과 LOQ의 10배의 수준으로 무처리 시료 50 g에 0.5 및 5.0 mg/L chlorfenapyr 표준용액을 각각 1 mL 처리한 후 상기한 잔류농약 분석과정과 동일한 방법으로 3반복 분석하여 산출하였다.

잔류시료 분석

마쇄한 미나리 시료 50 g에 acetone 100 mL를 가하여 180 rpm으로 30분간 진탕 추출한 후 흡인여과하였다. 여과 후 dichloromethane 100 mL과 50 mL로 2회 분배추출한 후 anhydrous sodium sulfate에 통과시킨 뒤 감압농축하였다. 농축액은 acetonitrile 5 mL로 재용해한 후 0.22 µm syringe filter(PTFE)로 여과하여 GC-MS/MS로 분석하였다(Table 2).

Table 2.

Analytical condition of GC-MS/MS

마쇄한 로즈마리 및 배초향 시료 50 g에 acetone 100 mL를 가하여 180 rpm으로 30분간 진탕 추출한 후 흡인여과하였다. 여과 후 n-hexane 100 mL과 50 mL로 2회 분배추출한 후 anhydrous sodium sulfate에 통과시킨 뒤 감압농축하고 n-hexane 5mL로 재용해하였다. n-Hexane 5 mL로 활성화시킨 Silica SPE cartridge (1,000 mg, 6 cc)에 시료 5 mL 중 1 mL를 loading 한 후 n-hexane 10 mL과 n-hexane/acetone (95/5, v/v) 5 mL로 세정하여 버리고, n-hexane/acetone(60/40, v/v) 3mL로 용출시킨 용출액을 질소농축기를 이용하여 농축한 후 각 시료의 건고물은 acetone 1 mL로 재용해하여 GC-ECD로 분석하였다(Table 3).

Table 3.

Analytical condition of GC-ECD

마쇄한 음나무순 시료 50 g에 acetone 100 mL를 가하여 180 rpm으로 30분간 진탕 추출한 후 흡인여과하였다. 여과 후 n-hexane 100 mL과 50 mL로 2회 분배추출한 후 anhydrous sodium sulfate에 통과시킨 뒤 감압농축하고 n-hexane 5 mL로 재용해하였다. n-Hexane 5 mL로 활성화시킨 Silica SPE cartridge (1,000 mg, 6 cc)에 시료 5 mL 중 1 mL를 loading 한 후 n-hexane 10 mL과 n-hexane/acetone (95/5, v/v) 5 mL로 세정하여 버리고, n-hexane/acetone (60/40, v/v) 3mL로 용출시킨 용출액을 질소농축기를 이용하여 농축하였다. 건고물은 n-hexane 1 mL로 용해하여 n-hexane 5 mL로 활성화시킨 NH₂ SPE cartridge (1,000 mg, 6 cc)에 loading한 후 n-hexane 10 mL로 세정하여 버리고, n-hexane/acetone(80/20, v/v) 4 mL로 용출시켜 질소농축기로 농축한 후 건고물을 acetone 1 mL로 재용해하여 GC-ECD로 분석하였다(Table 3).

생물학적 반감기 및 감소 상수

잔류량을 일차 반응속도식(Ct = C₀× e^−kt)에 대입하여 감소상수를 산출하였다. 일차 반응속도식에서 C_t는 특정 경과일 후 잔류량, C₀는 초기 잔류량, k는 감소상수, t는 경과시간을 나타내며 산출된 k 값을 이용하여 생물학적 반감기(t_1/2)를 다음식에 따라 산출하였다: t_1/2= ln2/k (Lee et al., 2022; Park et al., 2024).

식이섭취 노출평가

시험 작물 중 chlorfenapyr의 일일섭취허용량(Acceptable Daily Intake, ADI) 대비 일일섭취추정량(Estimated Daily Intake, EDI)인 %ADI를 토대로 평가하였다. EDI는 각 처리구에서 시료 중 chlorfenapyr의 최고잔류량과 식품섭취량을 곱한 후 한국인 평균 체중인 60 kg을 고려하여 각 작물의 섭취에 따른 잔류농약 노출평가를 진행하였다. 작물별 일일섭취량은 국민영양통계(KHIDI, 2023)를 이용하였으며, 로즈마리, 배초향은 일일섭취량이 존재하지 않아 허브류에 분류되어 있는 작물 중 고수에 대한 일일섭취량이 존재하여 그 값(0.00001 kg/day)을 적용하였으며, 음나무순도 일일섭취량이 존재하지 않아 섭취시기 및 형태가 비슷한 두릅(0.00044 kg/day)을 적용하여 실시하였다.

분석법 확립 및 회수율시험

미나리, 로즈마리, 배초향 및 음나무순 중 chlorfenapyr의 표준검량선의 회귀방정식은 모두 결정계수(R²)가 0.995 이상이었다(Table 4). 정량한계(Limit of Quantification, LOQ)는 모두 0.01 mg/kg 이었으며, 회수율 결과는 회수율 범위 70~120%와 변이계수(coefficient of variation, C.V.) 20% 이내로 농약 및 원제의 등록기준(RDA, 2025b)과 SANTE/11312/2021 가이드라인(European Commission, 2024) 기준을 만족하였다(Table 5).

Table 4.

Linear equation of calibration curve for the quantification of chlorfenapyr in the test crops

Table 5.

LOQs and recovery rates of the analytical method of chlorfenapyr in the test crops

Chlorfenapyr의 잔류특성

미나리 중 chlorfenapyr의 잔류량은 0.06~2.26 mg/kg이었다. 수확 21일전 2회 처리구의 평균 잔류량은 0.08 mg/kg으로 수확전 2회 처리구의 평균 잔류량 1.93 mg/kg보다 96% 감소한 수준이었다. 미나리 중 chlorfenapyr의 MRL은 1.0 mg/kg으로 수확 7일전 2회 처리구에서부터 MRL 이하로 확인하였다. 로즈마리의 잔류량은 0.70~6.21 mg/kg이었고, 수확 21일전 2회 처리구의 평균 잔류량 0.71 mg/kg으로 수확 수확전 2회 처리구 5.93 mg/kg보다 88% 감소한 수준이었다. 로즈마리의 MRL은 설정되어 있지 않으며, 엽경채류 MRL 3.0 mg/kg과 비교해본 결과 로즈마리는 수확 7일전 2회 처리구에서부터 MRL 이하로 확인하였다. 배초향의 잔류량은 0.07~23.86 mg/kg이었고, 약제처리 후 14일차 평균 잔류량 0.08 mg/kg으로 약제처리일 평균 잔류량 22.54 mg/kg보다 99% 이상 감소하였다. 배초향의 MRL도 설정되어 있지 않아, 엽경채류 MRL 3.0 mg/kg과 비교해본 결과 약제처리 후 7일차에 MRL 이하로 확인하였다. 음나무순의 잔류량은 0.01~1.26 mg/kg이었으며, 약제처리 후 21일차 평균 잔류량 0.01 mg/kg으로 약제처리일 평균 잔류량 1.25 mg/kg보다 99% 이상 감소하였다. 음나무순의 MRL도 설정되어 있지 않아, 엽경채류 MRL 3.0 mg/kg과 비교해본 결과 수확전 2회처리구부터 MRL 이하로 확인되었다(Table 6).

Table 6.

Residual amounts of chlorfenapyr in the test crops

본 시험에서는 4개 작물에 동일한 약제 chlorfenapyr 10% 액상수화제를 살포하였으며, 시험시기, 시험작물 그리고 작물의 특성에 따른 재배조건(시설재배, 노지재배)만 다르게하여 시험을 진행한 결과, 배초향의 초기 잔류량이 23.86 mg/kg으로 4개 작물 중 가장 높았으며, 배초향의 초기 잔류량이 미나리의 초기 잔류량의 약 10.6배, 로즈마리의 약 3.8배 및 음나무순의 약 18.9배 더 높은 잔류량을 확인하였다. 작물 중 농약의 부착량에 영향을 미치는 요인은 농약의 물리화학적 특성, 작물체의 생육특성 및 재배조건 등으로 알려져 있으며(Park et al., 2012), 그중 작물 표면적이 넓은 시료에서 잔류량이 높게 나온 것은 작물의 특성으로 인한 것으로 보고하였다(Park et al., 2018). 시료의 무게는 비슷하나, 평균 초장이 크면 더 많은 표면적에 농약 부착이 용이하며, 잎의 표면이 거칠고 줄기와 함께 시료를 채취하는 작물에서 농약의 부착량이 더 높다고 보고하였다(Kang et al., 2024). 또한 작물체의 표면에 존재하는 융모는 엽면에 살포된 농약이 부착할 수 있는 표면적을 증가시켜 융모가 없는 작물보다 최대 5.4배 많은 농약 잔류물을 부착할 수 있다고 보고하였다(Kim et al., 2012). 이 연구에서 부착량 차이의 주된 요인은 잎의 형태 및 표면의 미세한 털의 유무, 즉, 작물의 형태학적 특성에 따른 것으로 판단되었다. 본 시험에서 수확한 시료의 평균 초장은 미나리, 로즈마리, 배초향 및 음나무순 각각 58.79 ± 5.31 cm(n=20), 23.6 ± 3.6 cm(n=20), 22.5 ± 2.4 cm(n=20) 및 20.8 ± 0.5 cm(n=20)이었으며, 각 작물의 모든 시료는 생육정도가 비슷한 크기의 시료를 채취하였다. 미나리를 제외한 3개의 작물의 초장은 모두 비슷하였으나, 배초향의 초기 잔류량이 높게 나온 것은 작물의 표면과 형태 따른 것으로 미나리와 로즈마리는 잎의 크기가 작고 줄기가 긴 작물이며, 음나무순은 잎이 겹겹이 쌓여있는 작물인 반면 배초향은 잎의 크기가 미나리와 로즈마리에 비해 크며 표면이 거칠고, 줄기마다 잎이 붙어있는 형태를 가지고 있어 농약의 부착에 유리할 수 있다고 판단된다.

생물학적 반감기 및 감소 상수

각 작물에 chlorfenapyr 약제처리 후 일자별 평균 잔류량을 확인하여 경시적인 잔류량 변화로부터 반감기를 산출하였다. 작물별 평균 잔류량을 이용하여 회귀분석을 실시하였으며, 회귀식을 산출한 결과 미나리 y = 4.8461e^−0.0473x(R² = 0.9670), 로즈마리 y = 5.8654e^−0.1104x(R² = 0.9927), 배초향 y = 22.5621e^−0.2899x(R² = 0.9996) 그리고 음나무순 y=1.2529e^−0.5688x(R² = 0.9996)이었으며, 각각의 식을 이용하여 산출된 반감기는 각각 14.7일, 6.3일, 2.4일 및 1.2일로 확인되었다(Fig. 2).

Fig. 2.

Degradation patterns of chlorfenapyr in water dropwort(a), rosemary(b), korean mint(c) and Kalopanax pictus shoots(d).

이전 연구에서 쪽파, 부추 및 들깻잎 중 chlorfenapyr의 생물학적 반감기는 각각 13.35일, 6.59일 및 7.3일이었으며(Park et al., 2012, Jeon et al., 2015), 아욱에서의 생물학적 반감기는 포장1, 포장2 각각 5.6일 및 6.8일이었다(Jeong et al., 2022). 들깻잎, 아스파라거스 및 갓과 같이 단기간에 생장속도가 빠른 작물의 경우 잔류농약의 반감기에 영향을 미치는 가장 큰 요인은 작물의 비대성장으로 보고하였으며(Park et al., 2022b, Kim et al., 2015, Kim et al., 2025), 배초향의 경우 수확일자가 경과됨에 따라 약제 노출이 적은 잎이 일정한 크기까지 생장하면서 희석되어 잔류량에 영향을 미친 것으로 보고하였다(Kang et al., 2024). 본 시험에서도 모든 작물은 일정한 크기의 시료를 채취하였으며, 반감기가 짧은 배초향과 음나무순은 약제살포 후 수확일까지 생장속도가 급격하여 수확일자가 경과됨에 따라 약제 노출이 적은 잎이 수확 크기까지 생장하였기 때문에 희석되어 잔류량 감소에 영향을 미친 것으로 판단되었다. 그리고 음나무순은 노지재배 특성상 약제살포 및 수확기간 동안 7차례의 강우가 있었으며, 시설재배 작물보다 기상조건의 영향이 잔류량 감소에 영향을 미친 것으로 판단된다.

식이섭취 노출 평가

각 작물의 식이 섭취량을 고려하여 각 처리구의 최대 잔류량 기준으로 %ADI를 산출한 결과, 미나리 0.0070~0.1318%, 로즈마리 0.0005~0.0040%, 배초향 0.0001~0.0153% 및 음나무순 0.0003~0.0355%이었다(Table 7). 위해지수는 0.2% 미만으로 확인하였으며, 위해성 판단 기준 값인 1이하로 확인되어 식이 섭취량에 의한 위해 가능성은 매우 낮은 것으로 평가된다. 미나리에 설정되어 있는 MRL과 안전사용기준은 적정하게 설정되어 있다고 판단되며, 음나무순은 MRL은 설정되어 있지 않지만, 안전사용기준은 보수적으로 안전하게 설정되어 있다고 판단되어진다. 2개 작물에 대한 안전사용기준 및 MRL 설정은 아직 이루어지지 않았으며, 본 연구 결과는 향후 기준을 설정하는데 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

Table 7.

Risk assessment of chlorfenapyr in the test crops

이해상충관계

저자는 이해상충관계가 없음을 선언합니다.