식품 중 무기비소에 관한 연구 = Research of Inorganic Arsenic in Food

국문 초록 (Abstract)

Ⅰ. 제 목
식품 중 무기비소에 관한 연구
Ⅱ. 연구개발의 목적 및 필요성
비소는 유해원소이면서 인체 필수원소이다. 비소는 인체에 대한 독성이 강하여 식품 중의 총 비소 함량에 대해 엄격한 기준치를 정해 놓고 있다. 비소는 농약으로 오랫동안 사용되어 왔고, 환경과 식품 중에 미량으로 널리 존재하는 비소는 결합하고 있는 원소의 종류나 산화상태에 따라 서로 다른 물리, 화학적 성질과 독성을 지닌다. 비소는 식품 내에서 유기물과 결합되어 안전한 상태로 존재하지만 환원성 조건이나 생물 작용 하에서는 독성이 큰 As(m) 형태의 화합물로 환원되거나 독성이 있는 MMA나 DMA로 변환되어 식품 중에 존재할 수 있다고 알려져 있다. 그러므로 식품 중에 이들 독성 화합물들의 존재를 확인할 필요가 있다. 일반적으로 무기비소 화합물은 유기비소 화합물보다 독성이 크며, 무기비소 화합물 중 비소는 As(m)의 독성이 As(V)보다 크고, 유기비소 화합물 중에서는 MMA나 DMA가 독성이 있다고 하며 이들의 독성은 As(ffl) > As(V) > MMA > DMA 의 순서라고 알려져 있다. 비소화합물의 이와 같은 독성 때문에 외국에서는 1970년대 초부터 각종 식품 중의 비소의 총 함유량은 물론 상태분석 연구가 시작되었다. 무기 비소의 독성 때문에 3가와 5가의 분리 분석 연구가 이루어졌고, 유기비소화합물 중 MMA와 DMA의 유해성이 알려지면서 유기 • 무기 비소화합물의 분리 분석 연구가 활발하게 이루어지고 있다. 그러나 우리 나라에서는 각종 식품 중의 총 비소 함유량조차 체계적으로 연구되지 않았다. 식품의 종류에 따라 비소 화합물의 결합상태에 차이가 있을 수 있으므로 총 비소 분석 자료라 해도 전처리 방법에 따라 큰 차이가 있다. 그러므로 통일된 분석 방법과 결과의 품질관리가 필요하다. 더욱이 상태 분석 연구가 전혀 이루어지지 않았으므로 국민 보건을 위해서 총 비소 함량의 연구는 물론 유해 비소 화합물의 상태분석 연구가 반드시 필요하다고 본다.
Ⅲ. 연구개발의 내용 및 범위
본 연구에서는 식품 중의 총 비소 함유량의 분석 방법을 확립하기 위해 표준품으로 NIST SRM 1566a oyster tissue(14.0±1.2 mg As/kg)를 선정하고, 건식회화 법과 습식회화법을 비교 실험함으로써 HNO3-H2SO4-HCIO4 전처리 방법이 식품 중의 총 비소의 함유량을 분석하는 가장 좋은 방법임을 확인하였다. 우리들의 식단에 가장 많아 오르는 식품과 비소가 많이 존재한다고 알려진 해조류를 선정하여 ICP-AES로 총 비소의 함유량을 분석하고, HG-AAS법과 HPLC�ICP-MS법으로 무기비소(3가와 5가)를 분석하고자 시도하였다. 각종 식품 중의 총 비소 함유량은 다음과 같다. 선정된 식품 중 보리, 무, 배추, 사과, 감, 귤, 쇠고기, 닭고기, 돼지고기에서는 비소가 검출되지 않았다(정량한계 0.05 mg/kg 이하). 또한 식품 중의 무기비소 함유량은 물을 이용하여 용출했을 경우 검출되지 않았다.
IV. 연구개발결과
총 비소 및 무기비소(3가와 5가)의 분석 방법을 확립하고, 선정된 식품 시료에 적용시켜 총 비소 및 무기비소의 시험 결과를 얻었으며, 이미 발표된 국내외의 자료들을 정리하여 서로 비교하였다.
V. 연구개발결과의 활용결과 및 계획
1차년도의 결과를 토대로 하여 2차년도에는 무기비소는 물론 유해 유기 비소화합물이라고 알려진 MMA와 DMA까지 분석하는 방법을 확립하여 식품의 종류에 따른 무기비소 시험 방법을 확립하고, 식품의 종류를 확대하여 대부분의 식품 중의 유해 비소를 분석함으로써 국민 건강에 보탬이 되는 연구를 수행하고자 한다.O 연구목표
국내에서 유통되고 있는 식품 중 가장 많이 식단에 오르는 식품을 선정하여，총 비소 함유량을 분석하고，인체 유해한 무기 비소 함유량을 분석한 후 안전성을 평가하는 것이 연구목표이다. 비소는 인체 필수 원소인 동시에 유해원소로 알려져 있으며，우리 주위의 어디에든 비 소가 존재한다. 식품에도 비소가 존재함이 알려져 있지만 막연하게 유해성이 있다고만 알려져 있을 뿐 정리되지 않았다. 국내에서의 무기비소에 대한 체계적인 연구는 수행된 바 없으며 총 비소 함유량의 분석도 단편적으로만 수행되었을 뿐이다. 우리가 많이 섭취 하는 식품 중 야채나 과일，곡류，육류 등의 농산물에는 비소의 함유량이 낮지만 해산물 에는 비소의 함유량이 대단히 높다고 알려져 있다. 특히 김이나 미역 및 다시마 등에서 는 비소가 많이 검출되고 있다. 본 연구에서는 우리 식탁에 많이 오르는 식품과 비소가 많다고 알려진 쌀，보리, 무， 배추, 고추，사과，감，귤，쇠고기，닭고기，돼지고기，조기，갈치，고등어，조개，오징어，새 우，김，미역 및 다시마를 선정하여 총비소 함유량과 무기 비소 함유량을 분석하고자 시 도했다. 외국에서는 비소에 대한 연구가 1970년대 초부터 많이 수행되어，분석기술이 축적되 어 있고, 식품의 연구에 대한 자료가 많으므로 외국으로부터 비소의 분석에 관한 문헌이 나 자료를 수집하여 정리하고, 이를 토대로 비소의 총 함유량 분석방법과 부기비소 (As(III)과 As(V≫의 분석방법을 확립하여 선정된 식품에 적용시키고자 시도했다. 안전성 평가는 이미 발표된 분석결과들을 가지고 평가하고자 했으나 현싯점에서의 시 험결과가 아니고，단편적으로 이루어진 것이므로 3년 정도의 체계적인 연구 수행으로 얻 어진 결과로부터 평가하고자 한다.
O 연구내용
본 연구에서는 식탁에 많이 오르는 식품과 비소함유량이 높다고 알려진 식품을 선정하 여 총 비소 함유량과 무기 비소 함유량을 분석하고자 시도했다. 선정된 식품은쌀，보리，무，배추，고추，사과，감，귤，쇠고기, 닭고기，돼지고기，조기， 갈치，고등어，조개，오징어，새우, 김，미역 및 다시마로서 시장에서 구입하거나 동해안에서 구입하였다. 이미 발표된 논문 중 2 0 0여편의 국내외 자료를 수집하여 정리 중에 있으며 이들을 토 대로 하여 다음의 실험들을 수행하였다，이들 자료의 일부를 종합하여 농산물과 해산물 중 의 비소함유량을 비교하였다.
1. 총 비소 함유량 분석 식품 중의 비소는 유기성분과 안정하게 결합하고 있어 전처리하기 어렵다. 건식회화 법과 습식회화법의 7가지 전처리 방법을 NIST의 SRM 1566a oyster tissue (14.0 노 1.2 mg As/kg) 에 적용시켜 인증값과 비교하였다. 이미 발표된 자료와 본 실험 자료로부터 HNO3-H2SO4-HCIO4 전처 리 방법을 선정된 식품에 적용시켜 다음과 같은 결과들을 얻었다. 쌀 0.10 ? 0.22 mg/kg 김 18.0 - 39.7 mg/kg 조기 1.9 一 4.7 mgAg 미역 32.1 - 52.2 mg/kg 갈치 0.2 一 1.5 mgAg 다시마 28.0 - 73.2 mg/kg 고등어 2.3 ~ 2.9 mgAg 오징어 4.1 - 6.4 mg/kg 조개 3.8 一 29.2 mg/kg 새 우 1.5 一 25.7 mg/kg 고추 0.03 - 0.06 mgAg 선정된 식품 중 보리, 무，배추，사과，감，귤，쇠고기, 닭고기, 돼지고기에서는 비소가 검출되지 않았다(정 량한계 0.05 mg/kg 이하).
2. HPLC-ICP-MS# 이용한 무기 비소의 분석 연구 식품시료를 물로 용출하여 여과 후 HPLC-ICP-MS 에 의해 무기비소의 상태분석을 시 도하였다. 본 방법을 검증하기 위해 NIST SRM 1571 orchard leaves (10±2 mg As/kg)를 분석한 결과 As(III)은 3.5 mg/kg, As(V)는 4.0 mg/kg이 얻어졌다. 이와 같은 결과는 실험 방법은 다르지 만 Yasui등21〉의 연구결과 {4.69 mg/kg As(III), 5.63 mg/kg As(V)}와 Aggett 등58)의 연구결과 {4.90 mg/kg As(III), 13.5 mg/kg total As}를 비교할 때 유사한 결과임을 알 수 있었으나 선정된 식품에 적용시켰을 때 무기 비소가 검출되지 않았다. 외국의 논문 과 비교할 때 정량한계가 너무 높지만 앞으로 보다 낮은 함량까지 분리분석 연구가 필요함 을 말해준다.
3. HG-AAS를 이용한 무기 비소의 분석 연구 식 품 중 의 무 기 비 소 를 분 석 하 기 위 해 물 로 용 출 한 후 H G - A A S 로 상 태 분 석 을 시 도하 였다. 본 방법을 검증하기 위해 N I S T S R M인 1 5 7 1 o r c h a r d l e a v e s를 분석한 결과 A s (I I I) 2 . 4 m g / k g과 A s ( V ) 6 . 1 m g / k g을 얻었다. 이러한 결과는 H P C L - I C P - M S의 결과와도 약간 의 차 이 가 있 으 며 외 국 논 문 의 경 우 2 예 와 도 차 이 가 있 는 데 보 다 정 확 도 높 은 시 험 결 과 를 얻기 위한 연구가 계속되어야만 할 것으로 사료된다. 마찬가지로 H G - A A S로도 선정된 식 품에서 무기 비 소가 검출되 지 않는 것으로 나타났다.
4. 식품 중 무기비소 섭취량에 대한 안전성 평가 식품 중와 무기비소에 대한 안전성 평가는 총 비소의 함유량만으로는 평가할 수 없으 며，유해비소 화합물인 A s (III)과 A s ( V), M NI A 및 D M A의 분석이 이루어져야만 하고，무해 한 비소화합물이라 해도 섭취 한 후의 체내에서 의 거동에 대한 연구가 동반되지 않는 한 안 전성을 평가할 수 없다. 본 연구는 3년 정도 수행이 되어야만하고，이 기간 내에 식품 중의 유해 비소 전반에 대한 자료가 축적되어 평가가 이루어질 것으로 사료된다.
O 연구성과(응용분야 및 활용범위포함) 본 연 구 에 서 는 식 탁 에 많 이 오 르 는 식 품 과 비 소 가 많 다 고 알 려 진 식 품 들 을 선 정 하 고 분석하여 다음과 같은 결과들을 얻었다. 농산물에서는 비소의 함유량이 비교적 낮았고，해산물에서는 비소의 함유량이 높았다. 특 히 해 조 류 중 의 비 소 의 함 유 량 이 높 았 으 며 다 시 마 중 에 비 소 가 가 장 높 음 을 알 수 있 었 다. 이들 결과는 국내외의 비소 관련 논문들을 정리하여 얻은 결과와 유사하다. 앞으로 식 품 전 반 에 결 쳐 총 비 소 함 유 량 을 분 석 하 여 유 해 비 소 화 합 물 연 구 의 기 초 자 료 로 활 용 할 수 있도록 관련 연구가 지속적으로 이루어 져 야만 하겠다. 한 편 H P L C - I C P - M S 방 법 과 H G - A A S 법 에 의 한 무 기 비 소 의 분 석 방 법 은 외 국 에 서 발표된 자료보다는 아직 정량한계가 높은 실정이지만 보다 많은 연구를 수행하여 식품 중의 유해 비소 화합물을 극미량까지 분석할 수 있도록 비소 분석 방법을 확립할 필요가 있다. 또한 총 비소 함유량 연구와 유해 비소의 상태 분석 연구가 계속 시행되어 비소의 섭 취량에 따른 안전성 평가까지 이루어지게 되고，이로 인해 유해 중금속으로부터의 안전 대 책이 강구되어 국민 보건에 크게 기 여하리라 본다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

I. Title
Research of inorganic arsenic in foods
II. Objective and necessity of research development
Arsenic serves as a necessary element as well as a harmful element in human body. Arsenic is a very toxic element, and the maximum tolerance limit to human body is prescribed. Arsenic had been used as one of agricultural chemicals for long period of time and arsenic has been remained in foods and environments. Also, arsenic has its own physical and chemical toxicity depending on their oxidation states and their own types. It has been known that arsenic can be remained in foods as stable form bound to organic compound, the forms of toxic MMA, DMA or reduced form of As(III) in the condition of biological reaction and reduction. Therefore, it is necessary whether arsenic would be contained in foods. Inorganic arsenic compounds are generally more toxic than organic arsenic compounds, and As(III) compounds is more toxic than As(V) compounds in inorganic arsenic compounds. MMA and DMA have been known to be toxic in organic arsenic compounds, and their toxicity orders are As(III) > As(V) > MMA > DMA.
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