서
론
감귤류에 많이 함유되어 있는 flavonoid, carotenoid 및 limonoid 등은 항산화 및 항균성뿐만 아니라 항암이나 혈압저하 작용 등의 생리활성 기능을 가진다고 알려져 있다 (Lee et al. 2003; Lim and Lim 2006; Ahn et al. 2007; Su et al. 2008). 특히 감귤류 중의 carotenoid는 과육이나 주스보다 과피에 대부분 존재하며 (Kang et al. 2006), 항 암작용 (Kang et al. 2005)을 비롯하여 면역기능의 항진 (Choi et al. 2007; Jung et al. 2007), 항산화 (Kang et al.
2006; Rehman 2006) 등의 기능을 가져 감귤류를 기능성 식품으로 평가하는 데 기여하고 있다. 그러나 감귤류의 재배 및 수송 중에는 막대한 양의 농약을 살포하고 있 고 그들의 과피 중에는 농약성분이 잔류하여 과피를 이 용한 제품을 섭취하는 경우에는 인체 건강에 미치는 위 해성이 우려된다 (Lee 1999). 식량생산에서 농약은 병충해 및 잡초 방제를 위해 필 수불가결의 수단으로 이용되어 왔다. 그러나 1960년대에 들어와 잔류농약의 위해 가능성이 부각되면서 환경 및 식품원료에서 안전성의 새로운 관심사로 부각되었고 식 량생산자와 소비자, 그리고 관련 전문가 간의 논쟁거리 로 대두되기에 이르렀다. 그리하여 많은 나라에서는 국 민보건 및 환경보전을 위해 농약의 등록 및 사용 과정 ─ ─ 19 ──
감마선 조사에 의한 감귤의 잔류농약 저감화 연구
양희선∙박용대∙진창현∙최대성∙정일윤* 한국원자력연구원 정읍 방사선과학연구소 방사선전략기술개발부Study on Diminution of Pesticide Residues in Citrus Fruits
by
γ-Irradiation
Hee Sun Yang, Yong Dae Park, Chang Hyun Jin, Dae Seong Choi and Il Yun Jeong* Radiation Research Center for Innovative Technology, Advanced Radiation Technology Institute,
Korea Atomic Energy Research Institute, Jeoungeup 580-185, Korea
Abstract -- The citrus fruits were irradiated at different doses (25~~200 kGy) to remove pesti-cides such as diuron, dichlorbenil, trifluralin, dimetoate, chlorothalonil, fenitrothion, bromacil, phenthoate and norflurazon, and the rates of degradation were detected by using gas chro-matography electron capture detector (GC-ECD). The limit of detection (LOD) was in the range of 0.007~~0.105 ppm. The limit of quantification (LOQ) was in the range of 0.024~~0.352 ppm, and the recoveries of 9 pesticides were in the range of 71.5~~106.5%. The results demonstrated that the γγ-irradiation was effective method to remove pesticides such as diuron, dichlorbenil, trifluralin, dimetoate, chlorothalonil, fenitrothion, and norflurazon. However, the bromacil and phenthoate showed lower removal rates in the rate of 40.5 and 54.8%, respectively, at 200 kGy irradiation. Key words : Pesticide residues, Irradiation, GC-ECD, Citrus fruits
* Corresponding authors: Il Yun Jeong, Tel. +82-63-570-3150, Fax. +82-63-570-3159, E-mail. [email protected]
에서 그들의 독성뿐만 아니라 잔류성 측면의 규제조치 를 취하게 된 것이다 (Lee and Lee 2001). 이러한 차원에 서 국내 및 선진국에서는 식품 중 농약의 잔류 허용 기 준을 설정하여 규제하고 있는데 국내의 경우 현재 202 종 농약에 대하여 104종 농산물의 잔류허용기준이 설정 되어 있다 (Kim et al. 2000; Kim and Lee 2004).
국내 감귤산업은 최근 연평균 생산량이 60만 톤에 이 르고 있으나 생과소비가 많고 가공 시에도 역시 부산물 로 과피가 많이 발생하여 이의 처리에 따른 문제점이 발 생하고 있다 (Kang et al. 2003). 이러한 감귤 과피는 일부 만이 한약재, 동물 사료 또는 알코올 발효음료의 원료로 이용되나 대부분 폐기되어 왔으며, 최근 천연 재생자원 으로 감귤 과피를 사용하여 수용성 식이섬유로서 펙틴 의 이용 및 수식화 연구가 이루어지고 있다 (Whang and Yoon 1995). 그러나 여전히 대량으로 폐기되고 있는 감 귤 과피의 잔류 농약에 대한 명확한 대책 마련은 미미 한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 감귤 과피의 보다 안전하고 효 과적인 이용 방안을 모색하고자 식품의약품안전청에서 감귤류 잔류 허용기준으로 고시한 농약을 살포하여 다 성분 동시분석법으로 방사선 조사에 의한 잔류농약 경감 효과를 확인하고자 하였다.
재료 및 방법
1. 시료 및 감마선 조사 실험에 사용한 감귤은 전북 정읍시 시장에서 구입한 것으로 2008년 5월에서 6월 사이에 구입하였다. 구입한 감귤은 과육과 과피를 분리하여 냉장 보관하여 사용하였다. 준비된 시료를 30 g씩 polyethylene (PE) bag에 넣 고 감압 밀봉하여 한국원자력연구원의 Co-60 감마선 조 사 시설 (KAERI, 100kCi, Nordion, Ontario, Canada)을 이
용하여 상온에서 80 Gy min-1선량율로 각 시료마다 25,
50, 150, 200 kGy의 총 흡수선량을 얻도록 조사하였다. 2. 시험농약
조사 대상으로 선정한 농약은 총 9종으로 GC 분석의 가능성을 고려하여 감귤류의 잔류농약 허용기준이 설정 되어 있는 농약 (Table 1) 중 Diuron, Dichlorbenil, Triflura-lin, Dimetoate, Chlorothalonil, Fenitrothion, Bromacil, Phen-thoate, Norflurazon을 선정하였다. 회수율 시험 시 사용 한 표준품 9종은 Dr. Ehrenstorfer (99% purity, Germany) 에서 구입하여 사용하였다. 각각의 표준품은 메탄올에 녹여 1 ml 당 1,000μg (1,000 ppm)을 함유하도록 표준 원 액을 만들어 냉장보관하였으며 사용 전에 희석하여 사 용하였다. 3. 시험용액의 조제 감귤 과피의 표면적을 최대한으로 넓힌 후 농약 표준
Table 1. Maximum residue limits in citrus fruits
Pesticides Maximum residue limits (ppm)
Bromacil 0.10 Chlorothalonil 5.00 Dichlorbenil 0.15 Dimethoate 2.00 Diuron 1.00 Fenitrothion 2.00 Trifluralin 0.10 Norflurazon 0.20 Phentoate 1.00
Table 2. Operating conditions of GC and GC-MS
MSD ECD NPD
Column flow He N2
1.0 ml min-1, constant flow 1.0 ml min-1, constant flow
Inj. temp. 260�C 260�C 260�C
Inj. mode Splitless mode Split mode Splitless mode
(Purge time 0.9 min) (50 : 1) (Purge time 0.9 min)
Det. temp. - 280�C
Oven temp. 80�C (2 min)-7�C min-1-250�C-5�C min-1 80�C (2 min)-7�C min-1-250�C -280�C (20 min)-10�C min-1-300�C (5 min) -280�C (15 min)-10�C min-1-300�C (10 min)
Inj. vol. 1μl
Make up gas - N2 N2
60 ml min-1 5 ml min-1
H2gas - 3.6 ml min-1
Air gas 60 ml min-1
품 9종을 섞은 혼합액을 스포이드로 고르게 살포한 후 24시간 실온에서 건조하였다. 건조된 시료는 감마선 조 사 시료와 비조사 시료로 구분하였으며, 식품공전 중 일 반분석법을 참조하여 추출∙정제하여 분석용으로 사용 하였다. 즉, 분쇄한 감귤 시료 30 g을 취해 아세토니트릴 100 ml을 가하고 30분 간 추출한 다음 여과하여 NaCl 5 g을 첨가하여 1시간 방치하여 층을 분리시켰다. 유기 용매 층과 물 층이 분리되면 유기용매 층 20 ml을 취하 여 40�C 수욕 상에서 증발 농축하였다. 잔사를 20% 아 세톤이 함유된 헥산 3 ml에 재 용해 후 GC 후로리실카 트리지를 이용하여 정제하고 증발시켰다. 아세톤 1 ml에 완전히 녹여 GC 분석용 시료로 하였다. 4. 기기 및 장치
Electron capture detector (ECD)와 Nitrogen phosphorous detector (NPD)는 Agilent Technologies 6890 (Varian Tech-nologies Ltd., USA)를, Mass selective detector (MSD)는 Agilent Technologies 5975 (Varian Technologies Ltd., USA) 를 사용하였다. 이들 각각의 분석 조건은 식품의약품안 전청 잔류농약 분석 조건을 따른 것이며, Table 2에 나 타내었다. 5. 회수율 시험 농약이 검출되지 않은 시료 약 30 g에 농약 혼합표준 용액을 10 ppm 수준으로 조제한 후 각각의 분석법에 따
Fig. 1. GC-ECD Chromatogram of standard solution with 10 ppm of 9 pesticides.
Fig. 2. GC-NPD Chromatogram of standard solution with 10 ppm of 9 pesticides.
10 20 30 40 50 Min 17500 15000 12500 10000 7500 5000 2500 0 11.207 17.351 18.343 21.328 23.062 26.270 21.485 12.013 Dichlorbenil 19.583 Chlorothalonil Diuron Trifluralin Dimetoate Phenthoate Bromacil Norflurazon Fenitrothion 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0
12.914 Dichlorbenil 18.285 Trifluralin 20.506 Chlorothalonil
24.022 Phenthoate 27.237 Norflurazon 19.318 Dimetoate 22.263 Fenitrothion 10 20 30 40 50 Min
라 분석하여 회수율을 구하였다.
결과 및 논의
1. 표준농약의 chromatogram
표준농약의 chromatogram을 확인한 결과는 Fig. 1과
Fig. 2에 나타내었다. GC-ECD로 분석 시에는 표준 농약
9종인 Diuron, Dichlorbenil, Trifluralin, Dimetoate, Chloro-thalonil, Fenitrothion, Bromacil, Phenthoate, Norflurazon 이 동시에 분석 가능하였으나, GC-NPD 분석에서는 Di-chlorbenil, Trifluralin, Chlorothalonil, Norflurazon의 검출 이 상대적으로 용이하지 않았으며, 표준 농약 중 Dime-toate와 Diuron, Phenthoate와 Bromacil의 peak이 겹쳐 동시 분석이 어려웠다. 감귤 관련 9종의 표준 농약은 GC-ECD에서 더욱 용이하게 분석됐으며, 용리되는 순서 와 머무름 시간이 각각 다르게 되어 성분 동정의 신뢰 도를 높일 수 있었다. 이상의 결과로 보아 방사선 조사 에 따른 감귤의 잔류농약 저감화 분석은 식품공전에 나 타난 농약분석 GC 조건 (Table 2)을 따를 때 GC-ECD로 분석하는 것이 보다 효과적이라고 판단하였다. 2. 표준농약의 검량선, 검출한계 및 정량한계 표준 농약의 농도를 0.1, 0.5, 1, 5, 10 ppm으로 희석하 Table 3. Correlation coefficients, LOD and LOQ of pesticides
No. Pesticides Retention Correlation LOD* LOQ � time (min) coefficients (ppm) (ppm)
1 Diuron 11.2 0.9976 0.105 0.352 2 Dichlorbenil 12.0 0.9998 0.029 0.098 3 Trifluralin 17.4 0.9998 0.019 0.064 4 Dimetoate 18.3 0.9999 0.065 0.217 5 Chlorothalonil 19.6 0.9989 0.007 0.024 6 Fenitrothion 21.3 0.9999 0.021 0.069 7 Bromacil 21.5 0.9999 0.011 0.037 8 Phenthoate 23.1 0.9999 0.062 0.205 9 Norflurazon 26.3 0.9999 0.029 0.097 *Limit of detection �Limit of quantification
Table 4. Recovery rate of pesticides
No. Pesticides Recovery rate (%)
1 Diuron 94.5±5.9 2 Dichlorbenil 72.4±13.9 3 Trifluralin 84.3±4.6 4 Dimetoate 106.5±10.5 5 Chlorothalonil 72.5±22.2 6 Fenitrothion 82.7±2.1 7 Bromacil 105.3±5.2 8 Phenthoate 71.5±16.9 9 Norflurazon 73.0±7.2
Table 5. Degradation of pesticide in citrus fruits by gamma
irradi-ation (%)
Pesticides Irradiation dose (kGy)
25 50 150 200 Diuron 49.2 71.5 78.3 89.0 Dichlorbenil 89.9 86.1 90.7 -Trifluralin 96.6 98.3 - -Dimetoate 47.0 51.5 77.3 83.4 Chlorothalonil 8.3 74.4 97.8 -Fenitrothion 75.0 80.1 77.3 83.1 Bromacil 3.4 29.3 31.1 40.5 Phenthoate 49.1 57.8 49.2 54.8 Norflurazon 71.0 84.1 88.2 90.0
Fig. 3. Comparison of chromatogram: chromatogram A (upper) citrus fruits extract spiked without irradiation; chromatogram B (lower) citrus
fruits extract spiked after irradiation at 200 kGy. 8000 6000 4000 2000 0 -2000 -4000 -6000 -8000 -10000 1 2 3 4 5 6 7 9 1. Diuron 6. Fenitrothion 2. Dichlorbenil 7. Bromacil 3. Trifluralin 8. Phenthoate 4. Dimetoate 9. Norflurazon 5. Chlorothalonil 8 10 20 30 40 50 Min A B
여 검량선을 작성한 결과는 상관계수, 기기의 검출한계
(LOD)와 정량한계 (LOQ)를 Table 3에 나타내었다. 상관
계수는 0.9976~0.9999로 농도와 기기와의 관계가 양호 함을 확인하였다. 검출한계는 0.007~0.105 ppm이었으 며, 정량한계는 0.024~0.352 ppm으로써 식품공전에 나 타낸 감귤류 잔류농약 기준 규격 (Table 1)은 0.1~5.0 ppm 범위로 검출 가능한 범위로 판단되었다. 3. 표준농약의 회수율 표준농약의 회수율을 구한 결과를 Table 4에 나타내었 다. Dichlorbenil, Chlorothalonil, Phenthoate은 비교적 낮 은 회수율을 보였지만, 표준농약 회수율은 71.5~106.5% 로 나타나 비교적 양호한 결과를 보였다. 4. 방사선 조사에 의한 잔류농약의 감소 방사선 조사에 의한 잔류농약 감소 효과를 알아보기 위해 감귤 과피에 10 ppm 표준 농약을 고르게 살포하고 완전히 흡수시킨 후 밀봉하여 25와 50 kGy로 방사선 조 사하여 감귤 과피의 표준농약의 변화를 확인한 결과를 Table 5에 나타내었다. 9종의 표준농약 모두 방사선 조 사에 의해 잔류농약이 감소하였으며, 특히 Trifluralin이 25 kGy 조사 후 96.6%, 50 kGy 조사 후 98.3% 감소를 보 여 방사선 조사에 의해 영향을 가장 많이 받는 것으로 확인되었다. Dichlorbenil, Fenitrothion, Norflurazon도 50
kGy 조사 후 80% 이상 Diuron, Chlorothalonil은 70% 이
상 감소하는 효과를 보여 감귤 표준농약이 방사선 조사 에 의해 쉽게 파괴됨을 알 수 있었다. 그러나 Bromacil 과 Phenthoate의 경우는 50 kGy 조사 후에도 각각 29.3
%와 49.1%의 감소만을 보여 방사선 조사 선량을 150과
200 kGy로 증가시켜 그 변화를 다시 확인하였다. 그 결
과 (Table 5) Bromacil과 Phenthoate를 제외한 표준농약들 은 150 kGy 조사 후 70% 이상, 200 kGy 조사 후 80% 이 상의 잔류농약 감소 효과를 보였으나, Bromacil과 Phen-thoate는 200 kGy 조사 후에도 각각 40.5%와 54.8% 정 도의 감소를 보여 비교적 방사선 조사에 안정한 것으로 확인되었다. Table 5와 Fig. 3에서와 같이 감귤관련 농약 은 방사선 조사에 의해 대부분 손실되어 감귤 과피에 잔류하는 양이 매우 적었으며, 일부 잔류하는 농약 중 Bromacil은 물에 잘 녹는 농약이고 Phenthoate는 세척에 의해 50% 이상 제거된다는 Kim et al. (1996)의 보고에 따라 방사선 조사와 함께 수세하는 방법을 병행하면 잔 류량을 더욱 감소시킬 수 있을 것으로 생각되었다. 이는 대량으로 폐기되는 감귤 과피를 방사선 조사함으로써 잔류농약 오염으로 인한 피해를 줄이고 고부가가치 자 원으로 활용할 수 있을 것으로 판단되었다.
결
론
감귤 과피의 잔류농약을 경감시키기 위해 방사선 조 사하여 그 변화를 확인하였다. 감귤류의 잔류농약 허용 기준이 설정되어 있는 농약 중 Diuron, Dichlorbenil, Tri-fluralin, Dimetoate, Chlorothalonil, Fenitrothion, Bromacil, Phenthoate, Norflurazon을 선정하였으며, 총 25~200 kGy 선량이 흡수되도록 방사선 조사하여 잔류농약의 변화를 GC-ECD로 분석하였다. 그 결과 표준 농약 검출한계는 0.007~0.105 ppm, 정량한계는 0.024~0.352 ppm, 회수율 은 71.5~106.5%로 양호하였으며, 방사선 조사 후 감귤 과피에 잔류하는 농약은 모두 흡수 선량에 비례하여 감 소하였다. 방사선 조사에 의해 대부분의 농약은 잔류량 이 감소되었으나 Bromacil과 Phenthoate은 200 kGy 조사 후에도 40.5%와 54.8% 감소를 보여 비교적 안정한 것 으로 확인되었다. 이상의 결과들로 보아 감귤관련 농약 들은 방사선 조사에 의해 감귤 과피에 잔류하는 양이 감소되어 방사선 조사로 폐자원을 보다 안전하고 효과 적으로 활용할 수 있을 것으로 생각된다.사
사
본 연구는 교육과학기술부에서 주관하는 원자력연구개 발사업의 지원으로 수행되었습니다. 이에 감사 드립니다.참 고 문 헌
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Manuscript Received: January 21, 2009 Revision Accepted: February 25, 2009
