풋귤 농약잔류 실태조사 및 가공방법에 따른 잔류특성

농약잔류 분석용 시료 채취

풋귤 생산단계 시료 채취는 740 농가('14~'15년 안전성조사 실적이 있는 농가)를 대상으로 하여 60 농가를 무작위로 선정한 후 재배포장에서 수거했으며, 제주지역을 4개의 지역(제주시와 서귀포시 각각 동과 서쪽)으로 구분하여 선정된 농가는 Fig. 1과 같다. 시료 채취 시기는 풋귤 수확시기인 8월에 맞춰 30일 전인 7월 상순에 지역별로 3곳을 선정 12개의 시료를 수거하였고, 수확시기에는 8월 상순과 하순두 차례 6곳을 각각 선정하여 48개의 시료를 수거하였다. 과원에서 시료채취 시 모집단의 대표성이 확보될 수 있도록 최소 6개소 이상의 지점을 무작위로 선정하여 재배지 형태를 감안 Z자형 또는 W자형으로 구분하여 수거하였고, 일정한 크기의 시료를 5 kg 이상 채취하였다.

Fig. 1.

Distribution of 60 test sites selected for immature citrus samples.

풋귤 판매단계 시료 수거는 8월 중에 전자상거래 및 직거래로 판매가 이루어져 생산자가 정확히 파악되는 40 농가를 선정하여 5 kg 포장단위로 구입하였다.

이렇게 채취된 100점의 시료에는 채취일 등 표찰 내용을 붙이고 지퍼백에 담아 실험실로 옮겨 -40^oC 이하의 초저온 냉동고에서 분석할 때까지 보관하였다.

분석시약 및 장비

다성분 동시분석에 사용한 표준품 320종은 ULTRA Scientific (Kingstown, USA)사에서 1,000 μg/mL 제품을 구입한 후 분석 장비에 따라 GC-MS/MS와 LC-MS/MS로 구분하여 acetone과 acetonitrile 각각으로 혼합표준용액(0.5, 5.0 μg/mL)을 조제하여 사용하였다. 다성분 동시분석을 위한 추출에는 Thermo (Rockwood, USA)사의 QuEChERS Extract Kit (4 g MgSO₄, 1 g NaCl, 1 g NaCitrate, 0.5 g disodium citrate sesquihydrate) 제품을 사용했으며, 정제에 사용한 Dispersive 2 mL Fruits and Veg (150 mg MgSO₄, 25 mg PSA)는 Agilent (San Francisco, USA) 제품을 이용하였다. 그 외 추출, 정제, 이동상 및 stock solution제조에 사용한 acetone, acetonitrile 및 methanol은 Merck (Darmstadt, Germany) 제품의 HPLC grade로 구입하여 사용하였고, 이동상에 첨가제로 사용한 ammonium formate와 formic acid (>95% purity)는 Sigma Aldrich (St. Louis, USA) 제품을 사용하였다. 그리고 보호제로 사용한 3-ethoxy-1,2-propanediol, D-(-)-gluconic acid-δ-lactone 및 shikimic acid는 Sigma Aldrich (St. Louis, USA) 제품을 그리고 sorbitol은 USP (Rockville, USA)사의 제품을 사용하였다.

Dithiocarbamate계 성분 신속분석에 사용한 표준품, Mancozeb (76.9%)와 Propineb (65.3%)는 Dr.ehrenstorfer (Augsburg, Germany)사에서 구입하였으며, 0.25 M EDTA (0.45 M NaOH)용액과 0.1 g L-cysteine으로 각각 100 μg/ mL 농도가 되도록 혼합액을 제조하였고, 0.1, 1, 5, 10 μg/ mL으로 유도체화 후 사용하였다. Dithiocarbamate계 성분 추출 및 유도체 반응에 사용된 1,2-propanediol, ethylenediaminetetraacetic acid disodium salt dihydrate, 및 tetrabuthylammonium bisulfate는 Sigma Aldrich (St. Louis, USA) 제품이었으며, dichloromethane, hydrochloric acid, L-cysteine, methyl iodide, n-hexane 및 sodium hydroxide는 Merck (Darmstadt, Germany) 제품이었다.

3차 증류수 제조장치는 Sartorius사의 arium 611UV (Germany)을 사용하였고, 다성분 동시분석 장비로는 Agilent 사의 GC-TQ 7000C (USA)와 Shimadzu사의 LCMS-8050 (Japan)을, Dithiocarbamate계 성분 분석은 AB Sciex사의 LC-MS/MS API 3200 (USA)을 사용하였다.

풋귤 세척방법 및 껍질제거

잔류분석에 사용된 풋귤 시료 100점 중에서 잔류농약 모니터링 결과 검출된 농약이 모두 포함된 대표시료를 선정하여 풋귤 세척방법 및 껍질제거 여부에 따른 잔류농약 저감 효과를 확인하였다. 처리구별로 풋귤 10개씩을 골라 사용하였고 여분의 시료는 냉동고에 보관하였다.

풋귤의 세척방법으로는 수돗물, 탄산수소나트륨 및 치아 염소산나트륨 세척법 등 3가지 방법을 사용하였다. 수돗물 세척법은 일반주택(제주)에 제공되는 수돗물을 별도의 전처리 없이 3회 세척하였다. 탄산수소나트륨 세척법은 베이킹 소다(100% 베이킹소다, LG생활건강) 제품을 이용하여 1% 용액에 5분간 침지 후 5% 식초액에 5분간 침지한 후 수돗물로 3회 세척하는 방법을 사용하였다. 치아염소산나트륨 세척법은 쎄니크로(유효염소량 4%, ㈜한손하이젠) 제품을 100 ppm에 5분간 침지한 후 수돗물로 3회 세척하는 방법을 사용하였다. 세척 시에는 4 L 지퍼백에 풋귤 시료와 세척액 및 수돗물은 1회당 500 mL씩을 같이 넣어서 실시하였다. 세척액 처리방법은 주로 가정에서 사용방법인 Kwon (2013) 등이 실험했던 방법과 보건환경연구원에서 권장 및 제품설명에 표기되어 있는 사용기준대로 처리했고 위 방법들로 준비된 풋귤을 시료로 잔류량을 분석하였다.

풋귤 음료의 원료로 사용하기 위해 Song (2002)등 이 사용했던 박피 후 착즙 과정이 있어 껍질의 제거 여부에 따른 착즙한 액 중 잔류특성을 알기위한 방법은 세척방법에 사용된 동일 시료 20점을 착즙기(HD-DBF09)를 이용하여 과실 전체 착즙한 액과 껍질을 제거한 과육부분으로 착즙한 액을 구분하여 이를 시료로 잔류량을 분석하였다.

잔류농약분석

시료의 잔류농약 분석은 2016년 12월 26일에 식품의약품 안전처에서 고시한 320종 다성분 동시분석법을 기본적으로 이용하였으며, 개별분석으로 Dithiocarbamate계 성분 2종 (Mancozeb, Propineb)은 Jin and Kim (2013)이 개발한 신속 분석법을 이용하여 분석하였다.

다성분 동시분석을 위한 전처리는 시료의 균질화를 위해 Lee (2011)와 Kwon (2011)등이 사용했던 그리고 ISO 17025에서 규정하는 방법과 같이 드라이아이스를 이용하여 균질화 된 시료를 확보하여 다음과 같이 처리하였다. 시료를 드라이아이스와 함께 미세하게 균질화 하고 냉동 보관 후 50 mL 튜브에 10 g을 칭량하고 acetonitrile 10 mL를 주가하여 1분간 강하게 진탕하였다. 4 g MgSO₄, 1 g NaCl, 1 g trisodium citrate dihydrate, 0.5 g disodium hydrogen citrate sesquihydrate를 첨가하고 다시 1분간 강하게 진탕한 후 3,000 rpm으로 5분간 원심분리하였다. 상등액(acetonitrile 층)을 0.2 μm syringe filter로 여과하여 LC-MS/MS 시액으로 사용하고, GC-MS/MS의 경우 상등액 1 mL를 150 mg MgSO₄, 25 mg PSA가 들어있는 dispersive SPE tube에 넣고 1분간 진탕 후 10,000 rpm에서 2분간 원심분리하여 시액으로 사용하였다. 이때 보호제 혼합용액을 바이알에 첨가하였고, 정량 분석용 매질보정 검량법(matrix matched calibration)에 따라 농도별로 표준물질과 시료액을 만들어 분석했다(MFDS, 2016).

Dithiocarbamate계 농약 전처리 방법은 신속분석법을 개선하고자 시료 조제과정에서 드라이아이스를 이용하여 균질 성을 높였으며 시험법은 다음과 같았다. 드라이아이스와 함께 미세하게 균질화된 시료를 냉동 보관 후 5g을 50 mL 튜브에 칭량하고 0.1 g L-cysteine 첨가 후 0.25 M EDTA (0.45 M NaOH) 용액 20 mL를 넣고 강하게 1분간 진탕하였다. 여기에 0.41 M tetrabutyl ammonium bisulfate 용액 1.5 mL 및 3 g NaCl을 넣어 잘 흔들어 섞고 4 M HCl을 이용하여 pH를 7.0~8.0 수준으로 조절하였다. 위 추출액에 0.05 M methyl iodide가 함유되어 있는 dichloromethane:n-hexane (1:1) 혼합액 15 mL를 넣고 1분간 강하게 진탕 후 마개를 열고 10분 정도 방치하여 유도체화 하였고, 3,000 rpm으로 3분간 원심분리 후 용매층(위층) 6 mL를 추출한 후 dichloromethane에 녹인 20% 1,2-propanediol 0.2 mL 첨가하여 30^oC에서 1,2-propanediol만 남을 때까지 농축 후 methanol 2 mL로 재용해하여 0.2 μm syringe filter로 여과하여 LC-MS/ MS로 분석했다(Table 1).

Table 1.

LC-MS/MS conditions for analysis of Dithiocarbamates

다성분 동시분석법의 회수율 및 정량한계

다성분 동시분석법의 적정성을 확인하기 위하여 풋귤 시료에 10과 100 μg/kg 농도가 되도록 표준용액을 처리한 후 7반복 회수율 시험을 수행한 결과, 일부 성분을 제외하고는 Ahn (2015)과 Kim (2016) 등이 실험 결과와 유사하게 회수율은 70~130%, RSD 30% 이하의 식품공전상 가이드라인 수준을 대부분 충족하였다. 이성질체를 포함한 320성분 중에서 GC-MS/MS로 분석한 113성분(Table 2) 중 약 97.4% 이상의 성분과 LC-MS/MS로 분석한 207성분(Table 3) 중약 97.1% 이상의 성분이 기준을 만족하는 것으로 나타났다.

Table 2.

Mean recovery data of 113 pesticides in immature citrus sample by GC-MS/MS

Table 3.

Mean recovery data of 207 pesticides in immature citrus sample by LC-MS/MS

다성분 동시분석을 통한 회수율 시험에서 기준에 미달된 성분들은 GC-MS/MS에서 Dicofol, Endosulfan (beta) 및 Fenclorim이었고, LC-MS/MS에서 Gibberellic acid, Methiocarb, Pentoxazone, Pyriproxyfen, Quinalphos 및 Spirotetramet으로 총 9성분 이었는데, 이러한 성분들은 풋귤 잔류농약을 정성적으로 확인할 수는 있지만 정량적으로 평가하기에는 부족한 점이 있었다. 하지만 풋귤에 검출된 농약에는 해당 되지 않아 분석법으로 적용하여 활용할 수 있었다.

Dithiocarbamate계 농약 신속분석법의 회수율 및 정량한계

감귤 중 가장 많이 사용되는 농약 Mancozeb와 Propineb는 Dithiocarbamate계열의 농약으로 시료조제과정에서 수반 되는 환경(분쇄과정 중에 시료 고유 성분에 의해 분해)으로 전처리과정에서 회수율이 저하되기 때문에(Kim et al., 2010; Park, 2010) 이를 보완하고 시료의 균질성을 높이기 위해 드라이아이스를 이용하는 방법을 선택하여 분석하였다.

분석방법의 유효성을 검증하기 위하여 Mancozeb와 Propineb를 각각 0.5와 5.0 mg/kg 농도가 되도록 표준용액을 처리한 후 회수율을 분석한 결과, 회수율은 93.8~98.8%, RSD는 7.8% 이하였다(Table 4). 기기재현성을 확인하기 위하여 6회 연속으로 반복 측정한 결과, 변이계수 1.7% 이하로 나타나 재현성이 좋은 것으로 평가되었다.

Table 4.

Mean recovery data of Dithiocarbamates in immature citrus sample

기존 개별분석법의 경우 Mancozeb와 Propineb의 회수율이 각각 84.0%과 63.7% 수준이었는데(Kim et al., 2010), 본 연구에 사용한 신속분석법의 회수율은 두 성분 모두 90% 이상 수준인 것으로 확인되어 기존 분석법 보다 정량 분석에서도 효율적인 것으로 확인되었다.

풋귤 중 농약잔류 실태

제주도 일대에 재배되고 있는 노지감귤을 대표성 있게 선정한 장소를 바탕으로 풋귤 수확시기에 맞춰 생산단계 60점과 판매단계 40점의 시료를 수거하여 분석한 결과, Table 5에 나타낸 것과 같이 총 30종의 잔류농약 성분이 검출되었으며, 그 중에서 Mancozeb가 가장 많이 검출됐고, Acetamiprid, Diflubenzuron 등이 그 뒤를 이었다. 2016년에 감귤에서 사용할 수 있는 농약이 126성분인데 비해(RDA, 2016) 풋귤에서 검출된 농약은 30성분으로 예상보다 적은 수의 농약 성분이 검출된 것은 풋귤 생산시기까지는 감귤 주요 병해충방제를 위하여 특정 농약을 주로 사용하기 때문인 것으로 판단되었다.

Table 5.

Detection frequencies of pesticide residue in immature citrus fruitsa) in 2016, Jeju

검출된 농약 성분 중에서 14종은 제주지역 감귤 농가에 2015년도에 가장 많이 유통 및 판매 되었던 상위 20개 농약 성분과 일치하는 것으로 확인되어 풋귤로 출하 시 농약사용에 주의가 필요할 것으로 판단되었다. 시기별로는 8월(수확시기)에 수거된 시료가 7월(30일전)에 수거된 시료보다 다소 많은 종류의 농약이 검출되었는데, 이는 7~8월에 병해충 방제를 위한 농약 사용이 집중되었기 때문으로 사료되었다. 하지만 풋귤에서 검출된 30종의 농약 성분은 모두 잔류허용 기준 미만인 것으로 확인되어 현재 농가에서 사용하는 수준으로 농약을 처리하는 것은 풋귤의 생산 및 판매에는 큰 문제가 없어 보였다(MFDS, 2016).

농산물의 농약 잔류량은 외부의 기상변화에 따라 많은 영향을 받는다는 것을 감안하였을 때(Hwang and kim, 2013), 본 연구에 사용한 풋귤의 시료채취 시기(2016.7.1.~8.31.)의 평균 기온과 강우량은 각각 27.1^oC (평년 26.3^oC)와 2.8 mm (평년 8.0 mm)으로 제주지방기상청 자료에 의하면 평년에 비해 상대적으로 기온은 높고 강우량이 적은 것을 알 수 있었다. 따라서 풋귤의 잔류농약은 지속적인 모니터링과 연차적인 연구가 필요하다고 생각되었다.

풋귤 세척 및 가공방법에 따른 농약잔류 양상

위 실험에서 사용된 풋귤 시료 100점 중에서 모니터링 결과 검출된 잔류농약 30종이 모두 분포되도록 20점을 선정하였고, 시료 20점을 대상으로 세척방법에 따른 잔류농약 감소율을 분석한 결과 Table 6과 같았다. 검출된 성분 중 감소율이 높은 성분은 11개 성분이었고, 평균 16.7~100%까지 감소되는 경향을 보였다. 물 세척만으로도 일부 농약이 상당량 제거되는 것을 알 수 있었다. 대체적으로 식품의약품안전처에서 권장하는 농산물 중 잔류농약 제거방법과 유사한 결과로 나타났다(MFDS, 2016). 하지만 나머지 19개 성분에서는 세척과정이 잔류농약 성분을 감소시키는데 별다른 영향을 주지는 못했다. 본 세척 실험에서는 냉동 중인 풋귤을 해동시켜 세척하고 잔류분석을 실시하였으므로 생과실을 직접 수확하여 세척한 잔류실험결과와는 다를 수 있다. 다만, 간접적으로나마 세척방법에 따른 잔류정도를 비교하는 데는 유용할 것이다.

Table 6.

Reduction rate (%) of pesticide residue according to washing and processing methods of putgyul samples

풋귤 시료를 과실 전체와 과육(과피 제거)을 구분하여 착즙 후 분석한 결과 Table 6과 같이 과실 전체를 착즙한 시료에서는 잔류농약이 그대로 검출된 반면 과피를 제거하여 착즙한 시료에서는 잔류농약이 대부분 검출되지 않았다. 비록 농약잔류량이 법정 MRL 훨씬 이하이기는 하지만 신체적으로 민감한 소비자의 경우 착즙하여 음용할 때 과피를 제거하여 착즙하는 것이 우발적 부작용을 줄일 수 있을 것으로 보인다.