포도 및 복숭아 과수원 토양 및 과실 중 잔류성유기염소계 농약류 잔류량 조사

시약 및 표준품

실험에 사용한 acetone은 J.T. Baker (New Jersey, USA) 사의 잔류농약분석용 제품을 구입하여 사용하였고, activated carbon, magnesium sulfate, sodium chloride 및 sodium citrate는 Sigma-Aldrich (Saint Louis, USA), Q-sep® Quick, easy, cheap, effective, rugged, and safe (QuEChERS) dispersive solid phase extraction (dSPE, 150 mg magnesium sulfate, 50 mg primary secondary amine (PSA), 50 mg C₁₈, 2 mL)은 Restek (Pennsylvania, USA)사의 제품을 사용하였다. 잔류성유기염소계 농약 aldrin, dieldrin, endrin, α-endosulfan, β-endosulfan, endosulfan sulfate, α-HCH, β-HCH, γ-HCH, δ-HCH, hexachloro benzene, heptachlor, heptachlor epoxide, 2,4-DDE, 4,4-DDE, 2,4-DDD, 4,4-DDD, 2,4-DDT 및 4,4-DDT 표준품은 순도 97% 이상의 Dr. Ehrenstorfer GmbH (Augsburg, Germany)사의 제품을 구입하여 분석에 사용하였다.

시료채취 및 조제

본 연구에서는 과수원(포도, 복숭아) 토양 및 과실을 조사 대상으로 하였다. 토양시료는 2017년 4-6월에 경상북도 등 제주도를 제외한 전국 8개도에서 각각 62 및 65점을 토양시 료채취기로 각 과수원의 10개 지점에서 10 cm 깊이로 100-200 g을 채취하여 혼화한 다음 음건하고, 이를 2 mm 체를 통과시켜 시료로 사용하였고, 과실 시료는 7-8월에 잔류성 유기염소계 농약이 50 μg/kg 이상으로 검출된 과수원 토양에서 재배된 과실만을 대상으로 포도 2점, 복숭아 3점을 Lim et al. (2016a, 2016b, 2016c, 2017a)의 방법에 따라 채취하고, 이를 믹서기로 분쇄하여 시료로 사용하였다.

잔류성유기염소계 농약 분석

과수원 토양 및 과실 중 잔류성유기염소계 농약 분석을 위한 전처리는 Lim et al. (2016a, 2016b, 2016c, 2017a)의 QuEChERS 방법을 다소 변형한 방법을 사용하였다(Fig. 1). 토양 (50 g)을 삼각플라스크에 넣은 후 magnesium sulfate (20 g), sodium chloride (5 g) 및 sodium citrate (5 g)를 첨가하고, acetone을 가하여 2회(100+50 mL) 진탕·추출(2 hr)한 다음 여과하였다. 이를 40^oC에서 감압 농축한 다음 4 mL acetonitrile로 재용해하고, 1.5 mL를 취하여 QuEChERS dSPE Tube에 가하였다. QuEChERS dSPE Tube를 5분간 진탕한 다음 10분간 원심분리(3,000 rpm, Combi 514R, Hanil, Incheon, Korea)하고, 상등액을 여과(syringe filter, 0.22 μm)한 후 gas chromatography (GC, Agilent Technologies, Santa Clara, USA)-micro electron capture detector (μECD)로 Table 1의 기기조건에서 분석하였다.

Fig. 1.

Flow chart for residual organochlorine pesticides in soil (left) and fruit (right).

Table 1.

Analytical conditions (GC-μECD) for residual organochlorine pesticides

포도 및 복숭아 중 잔류성유기염소계 농약류의 잔류량은 과수원 토양을 분석한 후 검출된 농약만을 분석대상으로 하였다. 포도 및 복숭아 10 g을 칭량하여 삼각플라스크에 옮긴 후 sodium chloride (1 g), sodium citrate (1 g) 및 activated carbon (1 g)을 첨가하고, 2시간 동안 acetone으로 2회(100+ 50 mL) 진탕·추출한 다음 여과하였다. 여액을 40^oC에서 감압 농축하고 4 mL acetonitrile로 재 용해한 다음 1.5 mL를 취하여 QuEChERS dSPE Tube에 가하였다. QuEChERS dSPE Tube를 5분간 진탕한 다음 10분간 원심분리하고, syringe filter (0.22 μm)를 이용하여 상등액을 여과한 후 GC-μECD로 분석하였다(Table 1, Fig. 1). GC-μECD 분석을 통해 확인된 토양 및 과실 중 잔류성유기염소계 성분에 대해서는 GC-quadrupole time of flight (QTOF)-mass spectrometry (MS) (Pegasus HT, LECO, Michigan, USA)로 동일성분임을 재확인하였다(Table 2).

Table 2.

Analytical conditions (GC-QTOF-MS) for residual organochlorine pesticides

분석법의 유효성

과수원 토양 및 과실 중 잔류성유기염소계 농약 19종의 잔류량 확인을 위한 분석법의 유효성은 검량선의 직선성, 검출한계(limits of detection, LOD), 회수율 및 상대표준편 차(relative standard deviation, RSD)로 검증하였다. 검량선의 직선성은 조사대상 잔류성유기염소계 농약 19종을 각각 100 mL acetone에 용해하여 100 mg/L의 stock solution을 제조하고, 효율적인 분석을 위하여 2개의 그룹(Group I (10종): α-HCH, β-HCH, γ-HCH, δ-HCH, α-endosulfan, β-endosulfan, endosulfan sulfate, endrin, 4,4-DDE 및 2,4-DDT, Group II (9종): Aldrin, dieldrin, HCB, heptachlor, heptachlorepoxide, 2,4-DDD, 2,4-DDE, 4,4-DDD 및 4,4-DDT)으로 나누어 stock solution을 희석·혼합하여 1-5,000 μg/L의 혼합표준용액을 제조한 다음 Table 1의 기기조건에서 분석하여 작성한 검량선의 상관계수(relative coefficient, R²)로 확인하였다(Lim et al., 2016a, 2016b, 2016c, 2017a, 2017b). 잔류성유기염소계 농약 각 성분의 LOD는 S/N비 (signal to noise ratio)가 3.3이 되는 농도로 하여 아래 식을 사용하여 산출하였다.

토양 회수율 시험은 Fig. 1의 전처리 방법, Table 1 및 2의 기기분석 조건에서 시험대상 농약으로 오염되지 않았음을 확인한 토양 50 g에 Group I 및 II 혼합표준용액을 각각 저농도(4 μg/kg) 및 고농도(20 μg/kg) 수준으로 처리한 후 토양에 충분히 결합될 수 있도록 24시간(암조건) 동안 방치한 다음 Fig. 1의 방법에 따라 3회 반복하여 수행하였다(Lim et al., 2016a). 과실 중 회수율 시험은 토양시료에서 검출된 endosulfan sulfate, 2,4-DDT, 4,4-DDT 및 4,4-DDE 만을 대상으로 수행하였고, 포도 및 복숭아 10 g에 토양에서 검출된 4 성분을 저농도(10 μg/kg) 및 고농도(50 μg/kg) 수준으로 처리한 다음 Fig. 1의 방법에 따라 3회 반복하여 수행하였다. 회수율은 각 성분의 검량선에 대입하여 산출한 농도와 첨가농도의 비로부터 구하였고, 분석기기의 실험실 내 정밀성(intermediate precision) 시험은 5회 반복하여 실시한 다음 상대표준편차(relative standard deviation, RSD, %)로 검증하였다.

분석법의 유효성 검증

잔류성유기염소계 농약의 머무름 시간은 Fig. 2에 나타낸 바와 같이 그룹 I 성분 α-HCH 34.33, β-HCH 37.75, γ-H CH 38.37, δ-HCH 41.46, α-endosulfan 60.97, 4,4-DDE 64.73, endrin 67.22, β-endosulfan 68.20, 2,4-DDT 69.43 및 endosulfan sulfate 71.91분, 그룹 II 성분 hexachloro benzene 35.11, heptachlor 47.04, aldrin 51.26, heptachlor epoxide 56.53, 2,4-DDE 60.52, dieldrin 64.43, 2,4-DDD 65.89, 4,4-DDD 69.22 및 4,4-DDT 72.40분이었고, 각 성분에 대한 검량선의 직선성은 결정계수(R²)가 ≥0.9993으로 모두 양호한 결과를 나타냈다.

Fig. 2.

Representative standard (A), recovery in soil (B), recovery in grape and peach (C), and soil and fruit sample chromatograms (D) of residual organochlorine pesticides.

잔류성유기염소계 농약 그룹 I과 그룹 II의 토양 중 회수율과 RSD는 각각 82.0-101.2와 76.4-93.4%, 1.6-3.8과 1.6-4.0% 범위이었으며, LOD는 0.01-0.08 μg/kg 범위로 나타났 다(Table 3). 포도와 복숭아에 대한 잔류성유기염소계 농약 회수율 시험은 각 과수원의 토양시료에서 검출된 2,4-DDT, 4,4-DDE, 4,4-DDT 및 edosulfan sulfate만을 대상으로 수행하였고, 포도와 복숭아에서 중 이들의 회수율과 RSD는 각각 76.4-90.4와 76.5-86.2%, 1.9-4.8과 2.0-4.2% 범위이었으며, LOD는 0.2-0.4 μg/kg 수준이었다(Table 4). 이상의 포도 및 복숭아 과수원의 토양 및 과실에 대한 회수율 및 RSD 결과는 농촌진흥청에서 권장하는 회수율 70-120%, RSD 10% 이내의 조건을 만족하였다(RDA, 2011).

Table 3.

Recovery of residual organochlorine pesticides in orchard soil

Table 4.

Recovery of endosulfan sulfate, 2,4-DDT, 4,4-DDD, 4,4-DDE, and 4,4-DDT in grape and peach

과수원 토양 중 잔류성유기염소계 농약의 잔류량

제주도를 제외한 전국 8개도 포도(62지점) 및 복숭아(65지점) 과수원 토양에서 검출된 잔류성유기염소계 농약은 두과수원 모두 조사대상 19종 성분 중 2,4-DDT, 4,4-DDE, 4,4-DDT 및 endosulfan sulfate 4개 성분만이 검출되었다(Table 5). 이들 4 성분의 검출범위와 검출빈도는 포도 과수원 토양의 경우 각각 3.3, 2.3-7.1, 4.5 및 19.2-73.4 μg/kg과 1.6, 4.8, 1.6 및 8.1% 이었고, 복숭아 과수원 토양에서는 각각 31.9, 26.0-119.3, 42.6 및 444.9 μg/kg과 1.5, 6.2, 1.5 및 1.5% 이었다(Table 5).

Table 5.

Residues of residual organochlorine pesticides in orchard soil

포도 및 복숭아 과수원 토양에서 검출된 2,4-DDT, 4,4-DDE, 4,4-DDT 및 endosulfan sulfate 성분에 대해서는 GC-MS 질량스펙트럼의 대표적 이온분자량(m/z) 2,4-DDT 165, 235, 246, 4,4-DDE 176, 246, 318, 4,4-DDT 165, 199, 235 및 endosulfan sulfate 272, 274, 387을 확인하여 동일성분임을 재확인하였다(Fig. 3).

Fig. 3.

Representative GC-QTOF-MS chromatogram (left) and mass spectrum (right) of detected 4,4-DDE in orchard soil samples.

우리나라 농업환경 중 최근(2011)에 사용 및 제조가 금지된 endosulfan을 포함한 잔류성유기염소계 농약의 잔류수준은 제한적으로 보고된 바 있다(Lee et al., 2015; Lim et al., 2016a, 2016b, 2016c, 2017a, and 2017b). 이들 보고에 따르면 딸기, 들깨, 참외, 상추, 풋고추 시설재배지 토양에서 dieldrin, β-endosulfan 및 endosulfan sulfate 만이 각각 1.4-72.5, 0.1-78.7 및 0.0-214.1 μg/kg 수준(Lim et al., 2016a, 2016b, and 2016c), 논, 밭 농경지 토양에서는 α-endosulfan, β-endosulfan 및 endosulfan sulfate 만이 각각 2.0-12.0, 1.2-53.1 및 2.2-329.8 μg/kg 수준(Lim et al., 2017a), 농업용수에서는 α-endosulfan, β-endosulfan 및 endosulfan sulfate 만이 각각 0.04-0.44, 0.01-0.55 및 0.11-1.13 μg/L 수준(Lee et al., 2015; Lim et al., 2017b)으로, 본 연구의 포도 및 복숭아 과수원 토양에서 검출된 endosulfan sulfate 잔류량은 19.2-444.9 μg/kg 수준으로 시설재배지 토양 및 농경지(논, 밭) 토양의 잔류수준과 현저한 차이가 없었다. 또한 본 연구에서는 시설재배지 및 농경지(논, 밭) 토양에서 검출되지 않은 DDT류 농약이 2.3-119.3 μg/kg 수준으로 검출되었으며, 이는 DDT의 잔류성, 사용량 및 사용기간에 기인된 것으로 서, 1972년 사용이 제한될 때까지 잔류성유기염소계 농약인 dieldrin이 10년 사용된 것에 반해 DDT는 20년 이상 사용되었고, 농경지 별 잔류성유기염소계 농약의 사용량에 관한 통계자료는 없으나 DDT는 대부분 과수원에 사용되었기 때문으로 판단된다(Park and Ma, 1982).

과실 중 잔류성유기염소계 농약 잔류수준

우리나라 식품의약품안전처(Korea Food Additives Code, 2016)는 농약의 잔류허용기준(maximum residue level, MRL)을 작물별로 설정·관리하고 있다(Lim et al., 2016a, 2016c, and 2017a). 본 연구에서 검출된 DDT의 MRL은 곡류 등 12개 식품에 대하여 2,4-DDT, 4,4-DDT, 4,4-DDE 및 4,4-DDD의 합으로 0.01-5.0 mg/kg, endosulfan의 MRL은 고추 등 28개 식품에 대하여 α-endosulfan, β-endosuflan 및 endosulfan sulfate의 합으로 0.05-0.2 mg/kg으로 설정하고 있다.

포도 및 복숭아 과수원 토양에서 DDT 및 endosulfan이 각각 최대 82.1 및 444.9 μg/kg 수준으로 검출되었음에도 불구하고, 모든 과실(포도 및 복숭아) 시료에서는 검출되지 않았다(Table 6). DDT류 및 endosulfan류의 과실 중 정량한 계(1.2 및 0.6 μg/kg)를 잔류수준으로 적용한다 하더라도, 두물질의 MRL이 가장 낮은 식품의 기준(0.01 및 0.05 mg/kg) 보다 각각 8.3 및 83.3배 낮은 수준이었다(Table 6).

Table 6.

Residues of residual organochlorine pesticides in fruits

이상의 결과는 우리나라 포도 및 복숭아 과수원 토양에서 잔류성유기염소계 농약 2,4-DDT, 4,4-DDE, 4,4-DDT 및 endosulfan sulfate가 낮은 수준으로 검출되었으나, 토양 중 이들의 잔류수준은 포도 및 복숭아로 흡수·이행되지 않는 수준으로, 과수원 토양이 농산물의 안전성을 위협할 정도로 잔류성유기염소계 농약으로 오염되지 않았음을 나타냈다.