The Content and Risk Assessment of Heavy Metals in Herbal Pills

The objective of this study is investigation of contamination levels and assessment of health risk effects of heavy metals in herbal pills. 31 Items and 93 samples were obtained for this investigation from major herbal medicine producing areas, herbal markets and on-line supermarkets from Jan to Jun in 2010. Inductively coupled plasma mass spectrometer method was conducted for the quantitative analysis of Pb, Cd and As. In addition, the mercury analyzer system was conducted for that of Hg without sample digestion. The average contents of heavy metals in samples were as follows : 0.87 mg/kg for Pb, 0.08 mg/kg for Cd, 2.87 mg/kg for As and 0.16 mg/kg for Hg, respectively. In addition, the average contents of heavy metals in different parts of plants, including cortex, fructus, herba, radix, seed, algae and others were 0.63 mg/kg, 3.94 mg/kg, 1.42 mg/kg, 1.05 mg/kg, 0.16 mg/kg, 22.31 mg/kg and 10.17 mg/kg, respectively. After the estimations of dietary exposure, the acceptable daily intake (ADI), the average daily dose (ADD), the provisional tolerable weekly intake (PTWI) and the relative hazard of heavy metals were evaluated. As the results, the relative hazards compared to PTWI in samples were below the recommended standard of JECFA as Pb 3.1%, Cd 0.9%, Hg 0.5%. Cancer risks through slope factor (SF) by Ministry of Environment Republic Korea and Environmental Protection Agency was $4.24{\times}10^{-7}$ for Pb and $3.38{\times}10^{-4}$ for As (assuming that the total arsenic content was equal to the inorganic arsenic). Based on our results, possible Pb-induced cancer risks in herbal pills according to parts used including cortex, fructus, herba, radix, seed, algae and others were $1.95{\times}10^{-7}$, $1.45{\times}10^{-6}$, $2.14{\times}10^{-7}$, $6.27{\times}10^{-7}$, $1.99{\times}10^{-8}$, $3.61{\times}10^{-7}$ and $9.64{\times}10^{-8}$, respectively. Possible As-induced cancer risks in herbal pills by parts used including cortex, fructus, herba, radix, seed, algae and others were $1.54{\times}10^{-5}$, $7.24{\times}10^{-5}$, $1.23{\times}10^{-4}$, $2.02{\times}10^{-5}$, $3.25{\times}10^{-6}$, $2.18{\times}10^{-3}$ and $5.67{\times}10^{-6}$ respectively. Taken together, these results indicate that the majority of samples except for some samples with relative high contents of heavy metals were safe.

유통 환제의 유해 중금속 함량 및 위해도 평가

시중에서 유통 중인 환제 31종 93건을 수집하여 유해 중금속 (납, 카드뮴, 비소 및 수은)의 함량을 조사하고 유해성을 평가하였다. 중금속 중 납, 카드뮴, 비소는 Microwave dirgestion system를 이용하여 질산 분해 후 ICP-MS를 사용하였고, 수은은 시료를 수은분석기에 직접 주입하여 측정하였다. 중금속의 위해성 평가는 국제식품첨가물위원회(JECFA)의 잠정주간섭취허용량(PTWI)과 비교하여 %PTWI를 산출하였고 또한 참고섭취량(RfD)과 발암잠재력(SF)을 이용하여 비발암위해도와 발암위해도를 평가하였다. 전체 시료의 중금속의 평균 함량(mg/kg)은 납 0.87, 카드뮴 0.08, 비소 2.87 및 수은 0.16이었고, 재료별 평균 함량(mg/kg)은 표피 0.63, 열매 3.94, 잎 1.42, 뿌리 1.05, 종자 0.16, 해조류 22.31 및 기타 10.17이었다. 납은 전체 시료인 31개 중 28개 시료에서 0.01 mg/kg이상 검출되었으며 카드뮴은 31개 중 24개 시료에서 0.01 mg/kg이상 검출되었고, 비소는 31개 중 29개 시료에서 0.01 mg/kg 이상 검출되었다. 또한 수은은 31개 중 29개 시료에서 0.01 mg/kg 이상 검출되었다. 시료 중 석류환과 칡환은 납의 함량이 높았고, 톳환은 수은의 함량이 높았으며 다시마와 톳환은 비소의 함량이 높았다. 중금속의 위해지수 (비발암위해도)는 표피 0.09, 열매 0.51, 잎 0.33, 뿌리 0.21, 종자 0.02, 해조류 4.84, 기타 0.05이었다. 납의 평균 주간섭취량(${\mu}g$/kg/week)은 0.77로, 국제식품 첨가물위원회(JECFA)의 잠정주간섭취허용량(PTWI) 25의 3.1% 수준이었으며, 납의 초과발암위해도는 표피 $1.95{\times}10^{-7}$, 열매 $1.45{\times}10^{-6}$, 잎 $2.14{\times}10^{-7}$, 뿌리 $6.27{\times}10^{-7}$, 종자 $1.99{\times}10^{-8}$, 해조 $3.61{\times}10^{-7}$, 기타 $9.64{\times}10^{-8}$이었으며, 전체 시료에서는 $4.24{\times}10^{-7}$로 산출되어 평생 동안 섭취할 경우 천만명당 4명의 비율로 암이 발생하는 수준이었다. 카드뮴의 평균 주간섭취량(${\mu}g$/kg/week)은 0.06로 국제식품첨가물위원회(JECFA)의 잠정주간섭취허용량(PTWI) 7과 미국 환경보호청(U.S.EPA)의 참고섭취량(RfD) 0.001 mg/kg/day의 0.9%이었다. 비소의 평균 주간섭취량(${\mu}g$/kg/week)은 2.14이었으나, 비소의 %PTWI는 2010년 비소 독성에 대한 기존의 잠정주간섭취허용량(PTWI)값의 유지가 적절하지 못하다는 국제식품첨가물위원회(JECFA)(140)의 판단 하에 폐지되어 비교할 수 없었고, 미국 환경보호청(U.S.EPA)의 참고섭취량(RfD) 0.3 ${\mu}g$/kg/day을 기준으로 평가하면 참고섭취량(RfD)의 98.3%이었다. 또한 미국 환경보호청(U.S.EPA)의 발암 잠재력(SF)값을 적용하여 시료 중의 비소종이 모두 무기비소일 경우 초과발암위해도를 산출한 결과 표피 $1.54{\times}10^{-5}$, 열매 $7.24{\times}10^{-5}$, 잎 $1.23{\times}10^{-4}$, 뿌리 $2.02{\times}10^{-5}$, 종자 $3.25{\times}10^{-6}$, 해조 $2.18{\times}10^{-3}$, 기타 $5.67{\times}10^{-6}$이었고, 전체 시료에서는 $3.38{\times}10^{-4}$이었으나, 농산물 중의 무기비소 비율 약 23%를 감안하면 $7.78{\times}10^{-5}$이었으며, 비소 함량이 높게 나타난 해조류를 제외한 다른 시료들의 초과발암위해도는 $9.20{\times}10^{-6}$이었다. 수은의 주간 평균섭취량(${\mu}g$/kg/week)은 0.026로 국제식품첨가물위원회(JECFA)의 잠정주간 섭취허용량(PTWI) 5의 0.5%의 수준이었다. 유통 환제에서 중금속의 함량을 분석하고 위해성을 평가한 결과 중금속이 비교적 높게 검출된 일부 시료를 제외하고 대부분의 시료에서 자연 함량의 수준으로 측정되어, 안전한 수준으로 평가되었다.