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문제 정의
- 본 연구에서는 생물검정을 이용하여 수계에 미치는 영향을 판단하고자 하였다. 생물검정 (Bioassay)은 여러 시험 종에 대한 독성물질의 유해성의 특성과 독성영향 등에 관한 물질의 관련 정보를 얻기 위하여 개발되었다.
제안 방법
- 4)는 모두 타르계 색소로 작물의 염색뿐만 아니라 식품 가공에도 많이 사용되는 합성 색소이며 색소를 이용한 산업의 폐수 발생량은 다른 산업보다 높은 편이다. 그러므로 위의 색소들을 생물 검정의 시료로 선택을 하였다.
- 대상 시료들의 각각의 독성정도를 알아보기 위하여 Microtox 급성독성시험(Acute Toxicity Test)을 수행한다. 형광성 박테리아에 의한 독성 시험은 Microtox Model 500 Analyzer (Strategic Diagnostics Inc.
- 배양액을 주기적으로 교환하지 않으면 배설물이나 탈피한 표피가 축적되어 물벼룩에 악영향을 주거나 수컷, 또는 교배란이 발생되므로 24 시간 주기로 배양액을 교체하였다. 물벼룩을 새로운 배양액으로 옮기기 위해서는 끝부분이 잘 손질되어 교체시 물벼룩에 손상을 주지 않는 pipette 을 사용하였으며 옮길 때에는 물벼룩이 공기에 접촉이 않되도록 하였다.
- 물벼룩을 이용한 각각 색소들의 독성시험은 24 시간, 48시간 동안 색소에 노출 후 급성 독성값을 구하였으며 각각의 결과를 Table 1과 같이 나타내었다.
- 본 연구는 타르색소 중 국내에서 식용으로 사용되는 적색 2호, 적색 3호, 황색 4호, 황색 5호, 청색 1호에 대하여 독성평가 실험을 수행하였다. 시험공간, 시험생물의 확보, 시험의 용이성 및 유해물질에 대한 민감성, 시험비용 등에서 상대적으로 장점을 가지고 있는 형광 박테리아와 물벼룩을 이용하여 독성을 평가의 실험 결과와 결론을 요약하면 다음과 같다.
- 본 연구에서는 시험공간, 시험생물의 확보, 시험의 용이성 및 유해물질에 대한 민감성, 시험비용 등에서 상대적으로 장점을 가지고 있는 물벼룩 (Daphna magna)과 형광성 박테리아(Vibrio fischeri)를 이용하여 타르색소 중 식용으로 허용된 식용색소 적색 제2호, 식용색소 적색 제3호, 식용색소 황색 제4호, 식용색소 황색 제5호, 식용 색소 청색 제1호를 시험하여 타르색소의 독성과 수계에 미치는 영향을 판단하였다.
- 본 연구는 타르색소 중 국내에서 식용으로 사용되는 적색 2호, 적색 3호, 황색 4호, 황색 5호, 청색 1호에 대하여 독성평가 실험을 수행하였다. 시험공간, 시험생물의 확보, 시험의 용이성 및 유해물질에 대한 민감성, 시험비용 등에서 상대적으로 장점을 가지고 있는 형광 박테리아와 물벼룩을 이용하여 독성을 평가의 실험 결과와 결론을 요약하면 다음과 같다.
- 시험은 24시간과 48시간 LC50(Lethal concentration 50%)의 급성독성 시험으로 Standard Method에 의해 범위조사시험(Range assay)을 한후, 확정시험(Definitive assay)을 하였다. 125ml의 비이커에 100ml의 시험용액을 넣은 후, 10마 리의 물벼룩 유생을 넣어 각 농도별로 3개씩 준비하였다.
대상 데이터
- 물벼룩(D. magna)을 이용한 급성독성 실험결과 대상 시료인 적색 2호, 적색 3호, 황색 4호, 황색 5호, 청색 1호의 24hr-LC 50 은 각각 14006. 59ppm, 379.
- 본 연구에 사용된 D. magna는 한강물환경연구소로부터 분양 받았다. Biesinger 등(1987)은 물벼룩을 배양액으로 자연수를 추천하였으며, 본 실험은 배양액으로는 먹는 생수(크리스탈)를 사용하였다.
- 0ml의 먹이를 공급하였다. 시험 종에 사용되는 물벼룩은 3~4주된 어미가 낳은 6~24시간 된 유생으로, 매일 배양기에서 어미와 유생을 분리하여 준비하였다.
- 실험에 사용한 색소들은 식용으로 사용되는 색소들이다. 이 색소들은 우리가 먹는 음식물 중에 서도 흔히 접하는 빙과류, 빵, 음료수 등에 많이 쓰이며, 단독으로도 사용빈도가 높지만 혼용해서 사용하는 경우도 많이 있다.
이론/모형
- 대상 시료들의 각각의 독성정도를 알아보기 위하여 Microtox 급성독성시험(Acute Toxicity Test)을 수행한다. 형광성 박테리아에 의한 독성 시험은 Microtox Model 500 Analyzer (Strategic Diagnostics Inc., Newark, New Jersey, USA)를 사용하여 측정하였다. Microtox Model 500 측정기의 구성은 빛 발산량을 측정할 수 있는 측정구(Read Well)와 동결 건조된 형광성 박테리아를 활성시키는 Reagent Well 그리고 15℃로 유지되는 항온구(Well)로 구성되며, 항온 구에는 3㎖ 시험관이 30개가 들어갈 수 있게 배열되어 있다.
성능/효과
- (1) 형광성 박테리아를 이용한 적색 2호, 적색 3호, 황색 4호, 황색 5호, 청색 1호의 5min-EC50은 각각 3910ppm, 1786ppm, 14140ppm, 1984ppm, 36120ppm이었으며, 15min-EC50은 각각 4533ppm, 3079ppm, 15860ppm, 1975ppm, 35040ppm나왔다. 그리고 30min-EC50은 각각 4509ppm, 2318ppm, 15360ppm, 15360ppm, 1571 ppm, 29230ppm이었다.
- (2) 큰물벼룩을 이용한 적색 2호, 적색 3호, 황색 4호, 황색 5호, 청색 1호의 24hr-LC 50은 각각 14006.59ppm, 379.24ppm, 16168.38ppm, 4095.33ppm, 23716.43 ppm으로 나왔으며, 48hr-LC50은 각각 12927.76ppm, 210.57ppm, 14151.50ppm, 3939.32ppm으로 나왔다. 물벼룩의 독성순위는 24hr-LC50일 때와 48hr-LC50일 때는 적색 3호, 황색 5호, 적색 3호, 황색 4호, 청색 1호순으로 나왔다.
- (3) 5종의 타르색소의 급성독성시험결과 물벼룩시험에서 가장 큰 독성을 나타낸 적색 3호는 24hr-LC50을 기준으로 약 60배 정도이며, 형광성 박테리아는 15min-EC50을 기준으로 황색 5호가 청색 1호보다 19배 정도로 크게 나왔다.
- Microtox를 이용한 급성독성 실험결과 대상 시료인 적색 2호, 적색 3호, 황색 4호, 황색 5호, 청색 1호의 5min-EC50은 각각 3910ppm, 1786ppm, 14140ppm, 1984ppm, 36120ppm과 같고 15min-EC50은 각각 4533ppm, 3079ppm, 15860ppm, 1975ppm, 35040ppm과 같고 30min-EC50은 각각 4509ppm, 2318ppm, 15360ppm, 1571ppm, 29230ppm과 같다. 이상의 결과를 정리하면 아래의 Fig.
- 7을 비교하여 보면 각각의 시료들이 형광성 박테리아와 큰물벼룩의 민감성에 영향을 주는 것을 알 수 있다. 따라서 적색 3호와 청색 1호만이 물벼룩이 더 민감한 것으로 판단되며, 일반적으로 물벼룩 LC50이 형광성 박테리아 EC50 보다 상대적으로 민감한 반응을 보이나, 본 실험에서는 적색 3호와 청색 1호를 제외하고는 하고는 모두 형광성 박테리아가 민감한 반응을 보였다. 이는 물벼룩과 형광성 박테리아의 서로 다른 생리구조 때문으로 사료된다.
- 의 경우 적색 3호와 황색 5호의 순위가 바뀌었고, 다른 시료들의 독성순위는 바뀌지 않은 황색 5호, 적색 3호, 적색 2호, 황색 4호, 청색 1호 순으로 나왔다. 물벼룩과 형광성 박테리아 모두 청색 1호의 경우 가장 독성이 작은 것으로 나왔다.
- 물벼룩을 이용한 24hr-LC50와 24hr-LC50 그리고 형광성 박테리아를 이용한 5min-EC50의 독성순위는 적색 3호, 황색 5호, 적색 2호, 황색 4호, 청색 1호 순으로 나왔으나, Microtox 급성독 성시험의 15min-EC50와 30min-EC50의 경우 적색 3호와 황색 5호의 순위가 바뀌었고, 다른 시료들의 독성순위는 바뀌지 않은 황색 5호, 적색 3호, 적색 2호, 황색 4호, 청색 1호 순으로 나왔다. 물벼룩과 형광성 박테리아 모두 청색 1호의 경우 가장 독성이 작은 것으로 나왔다.
- 본 연구의 결과로 얻어진 독성치보다 높은 농도가 유출되었을 경우 먹이사슬에 의한 생물농축 현상(bioconcentration)으로 인해 수계와 인간에게까지 영향을 줄 것으로 사료된다.
- 이상 결과를 통해 색소마다 독성이 상이한 것을 알 수 있으며, 수계에 미치는 영향도 다름을 알 수 있다. 그러나 색소는 혼용으로도 많이 사용되므로 혼용과 만성에 미치는 영향에 대한 연구가 필요할 것으로 사료된다.
- 그리고 30min-EC50은 각각 4509ppm, 2318ppm, 15360ppm, 15360ppm, 1571 ppm, 29230ppm이었다. 형광성 박테리아의 독성순위는 5min-EC50일 때 적색 3호, 황색 5호, 적색 2호, 황색 5호, 청색 1호순이며, 15min-EC50일 때와 30min-EC50일 때는 황색 5호, 적색 3호, 적색 2호, 황색 5호, 청색 1호 순으로 나타났다.
후속연구
- 이상 결과를 통해 색소마다 독성이 상이한 것을 알 수 있으며, 수계에 미치는 영향도 다름을 알 수 있다. 그러나 색소는 혼용으로도 많이 사용되므로 혼용과 만성에 미치는 영향에 대한 연구가 필요할 것으로 사료된다.
- 형광성 박테리아는 성장이 빠르고 수생환경에 넓게 분포하며, 표준적 방법으로 그들을 유지 및 성장시키는 비용이 저렴하기 때문에 독성시험에 사용하기가 적합하다. 또한 비교적 단순하고 신속하며, 재현성이 양호하여 소량의 시료만으로도 검정이 가능하다.
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