우리나라 연안해역 생산 패류 중 다환방향족탄화수소 분석

Analysis of Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (PAHs) in Shellfishes from Korean Coastal Area

Abstract

Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (PAHs) were analyzed and safety evaluation was carried out in Korean coastal area. The target congeners were benzo[a]pyrene, benzo[a]anthracene, benzo[b]fluoranthene, and chrysene. The method of analysis was significant. The highest PAHs 4 congener concentrations (12.2 ㎍/kg) was found in the mussel of Gangwon area. Comparison among the average concentration of PAHs for each congener showed that, benzo[a] anthracene was found in mussel (0.276 ㎍/kg), oyster (0.463 ㎍/kg), ark shell clam (1.92 ㎍/kg), and chrysene was found in mussel (0.848 ㎍/kg), oyster (1.36 ㎍/kg), scallop (0.489 ㎍/kg), sea squirt (3.07 ㎍/kg), and ark shell clam (0.449 ㎍/kg). In addition, benzo[b]fluoranthene was found in mussel (0.253 ㎍/kg), scallop (0.244 ㎍/kg), and sea squirt (1.64 ㎍/kg). The most hazardous benzo[a]pyrene was found in mussel (0.147 ㎍/kg), and scallop (0.244 ㎍/kg), it was not detected in the other shellfishes. However, all the PAHs levels recorded in this study did not exceed international MRLs. There was no significant difference among the PAHs concentration in shellfish based on sampling area or species. Body exposure was calculated based on PAHs concentration and intake rate. The results of this study indicated that PAHs in shellfish were within acceptable safe levels.

서론

다환방향족탄화수소(polycyclic aromatic hydrocarbons, PAHs) 는 유류 유출, 자동차 매연, 하수 및 폐수 등 다양한 경로를 통하여 연안 해역에 유입되어 퇴적물 또는 수중 유기체에 흡착 및 축적이 된다. 이러한 이유로 PAHs는 가공되지 않은 생산단계 수산물 및 조리된 수산물에도 존재할 수 있으며, 특히 수산물 중 패류는 주변 환경의 농도보다 높은 농도의 PAHs를 축적하게 된다(Vives et al., 2004; Oliveira Ribeiro et al., 2005; Johnson-Restrepo et al., 2008). 패류는 인간에게 단백질과 지질 등을 공급하는 주요 공급원으로 패류의 섭취로 인한 PAHs 에 대한 노출은 흡연자와 직업적으로 노출된 사람을 제외하고는 PAHs에 인간이 노출되는 가장 중요한 경로로 보고된 바 있다(Guillén et al., 1997; Scherer et al., 2000; Falcó et al., 2003). 또한, 일반적인 집단보다 PAHs에 오염된 식품을 섭취한 집단에서 건강에 대한 위해성이 높았다는 연구도 있다(Martí-Cid et al., 2007, 2008). 이에 각국에서는 식품 중 PAHs에 대한 기준을 설정하여 관리하고 있으며, PAHs의 성분 중 benzo(a)py- rene은 높은 잔류성 및 독성이 있는 위해 물질로 국제암연구소 (IARC, 2006)에서는 group 1의 인체발암물질로 분류하고 있다. 특히 식품 중 benzo(a)pyrene의 기준은 우리나라에서는 식품공전에 패류 중의 benzo(a)pyrene이 10 µg/kg으로 설정되어있으며, EU에서는 benzo(a)pyrene이 5 µg/kg, PAHs 4종 성분 (benzo(a)pyrene, benzo(a)anthracene, benzo(b)fluoranthene, chrysene)의 합이 30 µg/kg으로 설정되어 있다. 수산물 중 패류는 부착성 생물로 이동성이 거의 없고 서식 분포가 넓고 긴 수명을 가지므로 여러 오염물질의 기원 및 실태를 파악할 수 있는 유용한 지표생물(Viarengo and Canesi, 1991)로서 우리나라에서 식품으로 즐겨 섭취하는 패류에서의 PAHs 오염농도를 조사하는 것은 매우 의미 있는 것이라 사료된다.

현재까지 우리나라에서 패류의 위생관리체계는 대부분 수출중심으로 이루어지고 있어 내수 공급 패류에 대한 안전관리를 위하여 수출용 패류생산 지정해역 이외의 일반 해역에서 생산되는 패류에 대한 PAHs 잔류조사 및 위해도 평가 연구가 필요한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 국내 생산 수산물 중 패류의 안전성 확보 및 식품 오염 방지를 위한 기초자료를 제공하여 국민 보건향상에 기여하고자 일반해역 생산패류 7종에서 PAHs 4 종을 모니터링 하고, 검출된 PAHs의 위해평가를 수행하였다.

재료 및 방법

시료 채취 및 방법

패류 시료는 2018년 12월부터 2019년 1월까지 매월 1회 부산, 울산, 경상남도, 경상북도, 강원도 연안의 총 25개소에서 채취한 것을 사용하였다(Fig. 1). 조사대상 패류는 지중해담치 (Mytilus galloprovincialis) 17개, 굴(Crassostrea gigas) 3개, 참 가리비(Patinopecten yessoensis) 5개, 떡조개(Gomphina ven- eriformis) 1개, 참전복(Nordotis discus discus) 2개, 우렁쉥이 (Halocynthia roretzi) 4개, 피조개(Scapharca broughtonii) 2개였으며, 채취한 시료는 식품공전의 수산물 중 중금속 검사를 위한 검체 손질 실무 해설서(MFDS, 2014)에 따라 근육부 또는 전체로 구분해 처리하고, 시험시까지 -18°C 이하에 보관하였다.

Fig. 1. Sampling stations of shellfishes from the Korean coastal area. ●, Mussel; ■, Scallop; ▲, Equilatera venus; ◇, Abalone; ▼, Sea squirt; ★, Ark shell clam; ☆, Oyster.

시약

다환방향족탄화수소(PAHs) 표준물질 4종(benzo[a]anthra- cene, chrysene, benzo[b]fluoranthene, benzo[a]pyrene)과 전처리 시 오차를 보정하기 위한 대체표준물질(surrogate stan- dard) chrysene-d₁₂는 AccuStandard (New Haven, CT, USA) 에서, 전처리 후의 기기분석 시 오차를 보정하기 위한 내부표준물질(internal standard) 2-fluorobuphenyl은 Sigma-aldrich (St. Louis, MO, USA)에서 구입하여 사용하였다. 표준물질 희석, 추출, 정제 용매인 n-헥산, 디클로로메탄은 GC grade (Merck, Darmstadt, Germany)를 사용하였고, 추출액의 세정을 위한 정제수는 Milli-Q water purification system (Millipore, Bedford, MA, USA)에서 탈이온화하여 사용하였다. 또한, 정제를 위한 카트리지는 Sep-Pak florisil Vac (Waters, Milford, MA, USA) 를 사용하였고, 무수황산나트륨은 GR grade (Junsei, Tokyo, Japan)을 사용하였다. 이외의 기타 시약은 특급시약 또는 잔류농약 분석급 이상을 사용하였다.

다환방향족탄화수소 분석

시료의 전처리는 식품공전(MFDS, 2019)을 참고하였다. 균질화한 시료 10 g에 chrysene-d₁₂ 200 µg/kg을 주입한 후 1 M KOH/ethanol 100 mL를 넣어 2시간 동안 혼합하였다. 반응시킨 혼합액은 n-헥산 100 mL를 이용하여 2회 추출하였다. 추출액은 정제수 100 mL로 총 3회 세정 후 무수황산나트륨을 이용하여 수분을 제거하고, 질소농축기(EYELA, Tokyo, Japan) 를 이용하여 약 2 mL로 농축한 다음 Sep-pak florisil Vac 카트리지에 통과시켜 정제하였다. 이때 카트리지는 디클로로메탄 10 mL와 n-헥산 20 mL로 활성화 시켰으며, 이후 n-헥산 10 mL, n-헥산:디클로로메탄(3:1) 8 mL, 디클로로메탄 6 mL 순으로 유기용매를 흘려 용출하였다. 용출액은 질소농축기로 1 mL까지 농축한 다음 2-fluorobiphenyl 200 µg/kg을 넣어 시험용액으로 하였다. GC-MS 기기분석 조건은 Table 1과 같다. 다환방향족탄화수소의 정량분석을 위한 검량선은 각각의 표준물질을 n-헥산에 녹여 100 µg/kg의 stock solution을 조제하고 동일용매로 희석하여 0.1, 0.5, 1.0, 2.5, 5.0, 10.0 µg/kg의 농도로 조제한 후 이들 표준물질을 3 µL씩 기기에 주입하여 얻은 크로마토그램 상의 피크의 면적을 기준으로 각 성분별 표준검량선을작성하여 다환방향족탄화수소를 정량하였다.

Table 1. GC-MS operating conditions for the analysis of polycyclinc aromatic hydrocarbons (PAHs)

^aGC-MS, gas chromatograph-mass spectrometer.

인체노출량 산정을 통한 위해평가

위해평가는 본 연구에서 도출된 패류의 PAHs 농도와 패류 섭취량으로부터 인체노출량을 산출하여 유해물질의 인체 노출안전기준 설정을 위한 용량반응 평가 연구(MFDS, 2016) 및 유럽식품안전청(EFSA, 2008)의 인체안전기준과 비교하여 수행하였다.

\(\text { 만성인체노출량 }=\sum_{i-1}^{n} \frac{\mathrm{Ci}^{\times} \mathrm{IR} i}{\mathrm{BW}}\)

Ci, 패류 i에 함유된 해당 PAHs의 잔류량

IRi, 패류 i의 섭취량

BW, 체중

패류 섭취량은 국민건강영양조사(KHIDI, 2016)의 원시자료를 이용하여 산정하였고, 영양조사 중 식품섭취조사의 3차 식품 코드명을 기준으로 각 패류의 개인별 24시간 회상조사 자료를 추출하여 영양조사 가중치가 적용된 가중 평균을 산출하였다 (Table 4). 또한, 인체 노출량은 국민건강영양조사의 전체 조사자에 대한 가중평균과 섭취자만을 대상으로 한 가중평균 두 가지 경우에 대해서 각각 산출하였다. 체중은 화학물질 위해성 평가의 구체적 방법 등에 관한 규정(NIER, 2020) 중 위해성 평가를 위한 인체 노출계수에 수록된 64.2 kg을 적용하였다.

Table 4. Ingestion rate (g/day) of shellfishes based on national food and nutrition statistics

결과 및 고찰

분석방법의 유효성 검증

본 연구의 분석결과는 해양환경공정시험법(MOF, 2020) 및 CODEX alimentarius commission (2008)의 기준에 따라 검정곡선(직선성), 검출한계(limit of detection, LOD), 정량한계 (limit of quantitation, LOQ), 바탕시료, 첨가시료(정확도 및 정밀도), 대체표준물질을 이용한 회수율 등으로 유효성을 검증하였다. 다환방향족탄화수소 4종(benzo[a]anthracene, chrysene, benzo[b]fluoranthene, benzo[a]pyrene)의 표준물질을 각각 희석하여 만든 단계별 표준용액을 분석하여 얻은 검정곡선의 결정계수(R²)는 benzo[a]anthracene은 0.9993, chrysene은 0.9996, benzo[b]fluoranthene은 0.9994, benzo[a]pyrene은 0.9996이었다. 시험방법의 유효성 검증 결과는 table 2에 나타내었다. 식품공전(MFDS, 2019)에 규정된 수산물 중 benzo[a]pyrene의 정량한계인 0.9 µg/kg 부근의 농도로 시료에 표준물질 0.1 µg/ kg을 주입하여 준비하고, 7회 분석하여 구한 농도의 표준편차에 3.14를 곱한 값을 LOD로, 10을 곱한 값을 LOQ로 결정하였다. 본 분석법에서 LOD는 0.222-0.283 µg/kg 범위, LOQ는 0.706-0.901 µg/kg 범위로 나타났다. 또한, 이전에 PAHs에 오염되지 않은 것으로 확인된 바탕시료를 준비하여 시료와 동일한 과정을 거쳐 분석하여 시험과정의 오염 유무를 파악한 결과시험에 영향을 미치지 않는 것으로 나타났다. 시료에 10 µg/kg 농도의 각각의 표준물질을 첨가한 후 7회 분석하여 대상물질의정확도 및 정밀도를 산출하였다. 그 결과, 정확도는 97.3-110% 범위, 정밀도는 2.97-4.00% 범위로 매우 유의미한 결과를 나타내었다. CODEX alimentarius commission (2008)에서는 첨가한 표준물질의 농도가 0.1-10 µg/g 범위에서는 80-110%, 0.01 µg/g에서는 60-115%, 0.001 µg/g에서는 40-120%의 정확성을 요구하고 있는데, 본 연구에서의 정확도는 CODEX 기준을 만족하였다. 한편, 시료 전처리 전 시료마다 주입한 대체표준 물질인 chrysene-d₁₂의 회수율은 61.2-108% 범위로 우리나라의 해양환경공정시험법에 규정된 회수율 60-130%의 범위를 만족하여 본 시험방법은 유효성이 있는 것으로 확인되었다.

Table 2. Results of accuracy, precision, LOD, LOQ and recovery of the method

^an=7 replicate sample. ^bRSD, related standard deviation. ^cLOD, limits of detection. ^dLOQ, limits of quantitation. ^en=34 replicate sample.

패류 중 다환방향족탄화수소 모니터링

본 연구에서 조사한 패류는 지중해담치 17개, 굴 3개, 참가리비 5개, 떡조개 1개, 참전복 2개, 우렁쉥이 4개, 피조개 2개였으며, 총 34개의 시료에 대한 패류별 PAHs 분석 결과를 Fig. 2 에 나타내었다. 모든 종에서 4종 PAHs의 합의 평균 농도를 비교하였을 때 우렁쉥이가 4.71 µg/kg로 가장 높았으며, 피조개 (2.37 µg/kg), 굴(1.823 µg/kg), 지중해담치(1.52 µg/kg), 가리비(0.978 µg/kg) 순으로 나타났고, 떡조개와 참전복에서는 정량한계 이하로 검출되지 않았다. 한편, PAHs 각 성분별로 평균 농도를 비교하여 보았을 때, benzo[a]anthracene은 지중해담치(0.276 µg/kg), 굴(0.463 µg/kg), 피조개(1.92 µg/kg) 순으로 검출되었고, chrysene은 지중해담치(0.848 µg/kg), 굴(1.36 µg/kg), 참가리비(0.489 µg/kg), 우렁쉥이(3.07 µg/kg), 피조개 (0.449 µg/kg) 순으로 검출되었다. 또한, benzo[b]fluoranthene 은 지중해담치(0.253 µg/kg), 참가리비(0.244 µg/kg), 우렁쉥이 (1.64 µg/kg) 순으로 검출되었고, 위해성이 가장 높은 benzo[a] pyrene은 지중해담치(0.147 µg/kg), 참가리비(0.244 µg/kg) 순이었으며, 다른 패류에서는 검출되지 않았다.

Fig. 2. Comparison of PAHs concentrations in shellfish samples from Korean coastal area. PAHs, polycyclic aromatic hydrocarbons.

본 연구에서 패류를 채취한 해역에서 검출된 결과를 비교하여 Table 3에 나타내었다. 지역별로 검출된 시료와 검출되지 않은 시료가 모두 발견되었고, 동일한 지역에서도 다양한 농도로 검출되어 지역별로 유의한 차이는 없는 것으로 확인되었으며, 이 결과는 지역별 차이가 아닌 시료의 개별 차이인 것으로 사료된다. 한편, 국내 일반해역에서 생산된 패류의 안전성 평가를 위하여 국내·외 기준과 본연구결과를 비교하였다. 본 연구의 패류에서 검출된 benzo[a]pyrene의 최대 농도는 강원도 양양에서 채취한 진주담치에서 2.49 µg/kg으로 국내 및 EU의 기준보다는 낮았고, 4종 PAHs의 합은 최대 12.2 µg/kg으로 검출되어 EU의 기준인 30 µg/kg 이하의 수준인 것으로 나타났다.

Table 3. Concentrations of PAHs (μg/kg) in shellfishes collected from Korean coastal areas.

Mussel Mytilus galloprovincialis; Oyster Crassostrea gigas; Scallop Patinopecten yessoensis; Equilatera venus Gomphina veneriformis; Abalone Nordotis discus discus; Sea squirt Halocynthia roretzi; Ark shell clam Scapharca broughtonii; PAHs, polycyclic aromatic hydro-carbons; LOQ, limit of quantitation.

인체 노출량 산정을 통한 위해평가

인체 노출량은 국민건강영양조사(KHIDI, 2016)의 전체 조사자에 대한 가중평균과 섭취자만을 대상으로 한 가중평균 두 가지 경우에 대하여 각각 산출하고 그 결과는 Table 5에 나타내었다. 전체 조사자에 대한 인체노출량은 섭취를 하지 않은 경우도 포함된 평균값이므로 실제 섭취자에 대한 영향을 알아보기 위하여 본 조사에서는 섭취자만을 대상으로 한 인체노출량도 추가로 산출하였다. 국민건강영양조사(KHIDI, 2016)의 조사자 전체에 대한 인체노출량은 각 PAHs 물질별로 합계를 나타내었으나 섭취자만을 대상으로 한 경우는 모집단이 서로 상이하여 인체 노출량의 합계는 산출하지 않았다.

Table 5. Exposure assessment of PAHs in shellfishes

Mussel Mytilus galloprovincialis; Oyster Crassostrea gigas; Scallop Patinopecten yessoensis; Equilatera venus Gomphina veneriformis; Abalone Nordotis discus discus; Sea squirt Halocynthia roretzi; Ark shell clam Scapharca broughtonii; PAHs, polycyclic aromatic hydro-carbons.

PAHs의 인체안전기준은 benzo[a]pyrene이 0.07 mg/kg b.w./d (BMDL₁₀)이고, 4종 PAHs의 합은 0.34 mg/kg b.w./d (BMDL₁₀)이다. 본 연구에서의 PAHs의 인체노출량은 조사자 전체 및 섭취자 대상의 모든 경우에서 인체안전기준 미만으로 패류 섭취로 인한 PAHs의 위해도는 허용 가능한 수준이었다.

본 연구에서의 분석방법은 유의성이 있어 PAHs 검출에 유효한 것으로 판단되었다. 또한, 국내 일반해역 생산패류 중의 PAHs 분석 결과는 국내외 기준보다 낮은 수준이었고, 패류 섭취량 및 PAHs 검출 농도를 이용하여 산출한 인체노출량 역시 인체안전기준을 만족하였다. 이 결과는 일반해역 생산패류에 함유된 PAHs에 대한 기초자료 및 안전한 수산물 공급을 위한 정책자료로 활용 가능할 것이라 사료된다. 그러나, 국내외에서 위해 물질에 대한 관심이 고조되고 있고, 특히 PAHs는 환경에 의한 비의도적인 오염을 통해 수산물을 오염시킬 가능성이 있으므로 생산단계 수산물에 대한 지속적인 모니터링이 필요할 것으로 사료된다.