본 연구는 비소 함량이 높은 해조류(10-60 mg/kg) 중 무기비소 함량이 높은 톳을 대상으로 총 비소 함량 측정 및 비소종 분리, 분석을 실시하였으며, 그 결과를 바탕으로 PTWI와 비교하여 위해성 평가를 실시하였다. 전국 10곳의 지역에서 총 30종의 시료를 구입하여 ICP-MS로 총 비소 함량을 측정한 결과 건조시료를 기준으로 평균 45.65${\pm}$21.17 mg/kg(생물기준; 3.63${\pm}$2.19 mg/kg)의 함량을 보여 다른 나라의 여러 연구결과와 비교해 볼 때 상대적으로 낮게 확인되었다. HPLC-ICP-MS를 이용하여 분리, 분석된 톳의 주요 비소화학종은 상대적으로 독성이 강한 무기비소로 평균함량이 As(V) 40.36 mg/kg, As(III) 0.37 mg/kg으로 전체 비소함량의 88.6%를 차지하였다. 그러나 무기비소함량이 가장 높게 확인된 시료(생물기준; 9.19 mg/kg)를 대상으로 톳의 위해성을 JECFA의 PTWI와 비교해 볼 때 6.1%로 낮은 수준이었다. 따라서 연 평균 0.1 g의 톳을 섭취하는 한국인에게서는 14.0 g/day(98.3g/week) 이상의 톳을 지속적으로 먹지 않는 이상 톳의 섭취에 따른 위해 가능성은 미비하여 안전한 수준으로 판단된다.
본 연구는 비소 함량이 높은 해조류(10-60 mg/kg) 중 무기비소 함량이 높은 톳을 대상으로 총 비소 함량 측정 및 비소종 분리, 분석을 실시하였으며, 그 결과를 바탕으로 PTWI와 비교하여 위해성 평가를 실시하였다. 전국 10곳의 지역에서 총 30종의 시료를 구입하여 ICP-MS로 총 비소 함량을 측정한 결과 건조시료를 기준으로 평균 45.65${\pm}$21.17 mg/kg(생물기준; 3.63${\pm}$2.19 mg/kg)의 함량을 보여 다른 나라의 여러 연구결과와 비교해 볼 때 상대적으로 낮게 확인되었다. HPLC-ICP-MS를 이용하여 분리, 분석된 톳의 주요 비소화학종은 상대적으로 독성이 강한 무기비소로 평균함량이 As(V) 40.36 mg/kg, As(III) 0.37 mg/kg으로 전체 비소함량의 88.6%를 차지하였다. 그러나 무기비소함량이 가장 높게 확인된 시료(생물기준; 9.19 mg/kg)를 대상으로 톳의 위해성을 JECFA의 PTWI와 비교해 볼 때 6.1%로 낮은 수준이었다. 따라서 연 평균 0.1 g의 톳을 섭취하는 한국인에게서는 14.0 g/day(98.3g/week) 이상의 톳을 지속적으로 먹지 않는 이상 톳의 섭취에 따른 위해 가능성은 미비하여 안전한 수준으로 판단된다.
This study investigated arsenic speciation and risk assesment in 30 samples of hijiki purchased from local market in 10 Korean cities. The mean arsenic concentration of the hijiki samples was 45.65 mg/kg (dryness; moisture content of 91.1${\pm}$1.6%), and the major arsenic compound was ar...
This study investigated arsenic speciation and risk assesment in 30 samples of hijiki purchased from local market in 10 Korean cities. The mean arsenic concentration of the hijiki samples was 45.65 mg/kg (dryness; moisture content of 91.1${\pm}$1.6%), and the major arsenic compound was arsenate [As(V)]. The concentrations of As(V) and As(III), as inorganic arsenic compounds, were detected to be 40.36 mg/kg and 0.37 mg/kg, respectively, and made up 88.6% (40.46 mg/kg) of the arsenic in the hijiki. Among the samples, the highest inorganic arsenic concentration was identified at 9.19 mg/kg (wet), and for an adult with a body weight of 60 kg was within an acceptable level as 0.7% (6.43 mg/60 kg/week) when compared with the provisional tolerable weekly intake (PTWI) (900 mg/60 kg/week), and would be considered safe with respect to health-hazardous effects.
This study investigated arsenic speciation and risk assesment in 30 samples of hijiki purchased from local market in 10 Korean cities. The mean arsenic concentration of the hijiki samples was 45.65 mg/kg (dryness; moisture content of 91.1${\pm}$1.6%), and the major arsenic compound was arsenate [As(V)]. The concentrations of As(V) and As(III), as inorganic arsenic compounds, were detected to be 40.36 mg/kg and 0.37 mg/kg, respectively, and made up 88.6% (40.46 mg/kg) of the arsenic in the hijiki. Among the samples, the highest inorganic arsenic concentration was identified at 9.19 mg/kg (wet), and for an adult with a body weight of 60 kg was within an acceptable level as 0.7% (6.43 mg/60 kg/week) when compared with the provisional tolerable weekly intake (PTWI) (900 mg/60 kg/week), and would be considered safe with respect to health-hazardous effects.
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문제 정의
따라서 본 연구에서는 영양가가 풍부하고 생리활성 작용 및 건강기능성을 가지고 있는 자연식품 및 건강기능성 식품의 원료로서 이용이 증가하고 있는 톳의 총비소 함량을 확인하고, 총비소를 구성하고 있는 각각의 비소화학종들을 분리, 동정하여 톳의 비소오염실태 및 위해성을 확인하고자 하였다.
제안 방법
Japan), arsenocholine Bromide(Wako), monomethylarsonic acid (ChemService, West Chester, PA, USA), dimethylarsonic acid (Strem Chemicals, Newburyport, MA, USA), arsenate(Merck, Darmstadt Germany)와 arsenite (Fluka, Buchs, Germany)를 사용하였으며 1000 mg/kg stock solution을 제조하여 매 분 석 시 working standards를 만들어 사용하였다. HPLC에 사용된 이동상은 ammonium bicarbonate(Merck), ammonium phosphate(Sigma, St. Louis, Mo, USA)와 ammonium nitrate (Sigma)이며, ammonia solution(Merck) 을 사용하여 pH를 조절하였다. 비소종의 분리에 사용된 methanol 과 ethanol은 HPLC 등급을 사용하였다.
본 연구에 사용한 톳은 전국 10개 지역(강원, 군산, 포항, 목포, 부산, 서울, 여수, 인천, 통영, 제주)의 수산물 시장에서 총 30종을 2006년에 구입한 후 총비소 함량을 추정하였으며, 비소종 분리, 분석을 실시하였다. 각 지역에서 시료를 3개씩 채취하였으며, 채취한 시료는 이 물을 제거하고, 증류수를 이용하여 수회 세척한 후 가식부를 취해 적당한 크기로 세절하고 건조한 후 blending하여 분해용 시료로 사용하였다.
본 연구는 비소 함량이 높은 해조류(10-60 mg/kg) 중무기비소 함량이 높은 톳을 대상으로 총 비소 함량 측정 및 비소종 분리, 분석을 실시하였으며, 그 결과를 바탕으로 PTWI와 비교하여 위해성 평가를 실시하였다. 전국 10곳의 지역에서 총 30종의 시료를 구입하여 ICP-MS로 총비소 함량을 측정한 결과 건조시료를 기준으로 평균 45.
Selecta, Barcelona, Spain)에서 180℃로 가열하여 내용물이 암갈색이 되기 시작하면 질산과 과산화수소 2-3 mL를 추가하면서 내용물이 미 황색-무색이 될 때까지 계속 가열하였다. 분해의 종결은 무색의 분해액에 황산 1방울적하 후색의 변화 유무를 확인하여 판단하였다. 분해가 완료된 후 증류수로 일정량(10배 희석을 기준)으로 하여 시험용액으로 사용하였다.
비소화학종의 분석을 위해 건조시료 1g을 정확히 칭취하여 2%에탄올 용액 10 mL로 5분 동안 실온에서 교반한 후 ultra sonicator(Hwa Shin Instrument, Power Sonic 420, Seoul, Korea)를 이용하여 20분간 용출하였다. 이후 다시 1분 동안 교반한 후 centrifuge((4000 rpm(2898×g), Hanil Science, Seoul, Korea))를 이용하여 원심분리하였다.
원심분리 한 후 상층액은 0.45 µm membrane filter로 여과하고, 여과액은 비소의 형태별 분리 분석을 위해 HPLC-ICP-MS에 주입하였다.
또한, 비소화학종중 zwitterion인 AsB를 제외한 나머지는 알칼리성이동상 안에 일정한 해리 범위를 가지는 음이온 형태로 존재하는 특성을 가지고 있어 ion exchange column을 사용하였다 (18). 이동상으로 ICP-MS에서의 검출 신호를 안정화시키고 sodium에 의한 감도 저하를 방지하기 위해서 알카리성인 ammonium bicarbonate(20 mM, pH 8.5)와 ammonium nitrate + ammonium phosphate(1 : 1, 20 mM, pH 9.4)를 사용하여 gradient 용 리조건으로 분석하였다 (Fig. 1).
총 30종의 톳을 대상으로 하여 비소화학종을 분리, 동정하였고, 분리된 chromatogram과 그 결과 값을 Fig. 2과 Table 4에 나타내었다. 톳을 포함한 해조류의 높은 비소 함량이 여러 연구에서 확인된 평균 비소 함량에 만족되는 수준이라 할지라도 일반 평야지대의 식품(야채, 곡류, 육류 ; 0.
총비소 함량을 분석하기 위해 ArCl+(m/z 75)에 의한 간섭을 제거할 수 있는 DRC(dynamic reaction cell) mode가 장착된 ICP-MS (ELAN 6100 DRC II, Perkin Elmer Sciex, Waltham, MA, USA)를 사용하였고, 비소화학종의 분리 및 동정을 위해서 HPLC의 분리 능력과 ICP-MS의 검출 능력을 이용하여 두 장비를 coupling 한 HPLC-ICP-MS(HPLC, 200 series, Perkin Elmer Sciex)를 이용하여 Table 1의 조건으로 분리, 분석하였다. 또한, 비소화학종중 zwitterion인 AsB를 제외한 나머지는 알칼리성이동상 안에 일정한 해리 범위를 가지는 음이온 형태로 존재하는 특성을 가지고 있어 ion exchange column을 사용하였다 (18).
총비소의 분석은 각각의 건조된 시료 3g을 정확히 칭취하여 분해플라스크에 HNO3 30 mL와 함께 넣고 혼합하여 하룻밤 방치한 후 온도를 조절할 수 있는 digestion block(Block-Digest 20, J. P. Selecta, Barcelona, Spain)에서 180℃로 가열하여 내용물이 암갈색이 되기 시작하면 질산과 과산화수소 2-3 mL를 추가하면서 내용물이 미 황색-무색이 될 때까지 계속 가열하였다. 분해의 종결은 무색의 분해액에 황산 1방울적하 후색의 변화 유무를 확인하여 판단하였다.
대상 데이터
본 연구에 사용한 모든 시약은 특급시약을 구입하여 사용하였고, 증류수는 Milli-Q ultrapure water purification system (Millipore Co., Boston, MA, USA)에 의해 정제된 물을 사용하였다. 비소종분화 분석에 사용된 표준물질은 arsenobetaine(Wako, Osaka.
본 연구에 사용한 톳은 전국 10개 지역(강원, 군산, 포항, 목포, 부산, 서울, 여수, 인천, 통영, 제주)의 수산물 시장에서 총 30종을 2006년에 구입한 후 총비소 함량을 추정하였으며, 비소종 분리, 분석을 실시하였다. 각 지역에서 시료를 3개씩 채취하였으며, 채취한 시료는 이 물을 제거하고, 증류수를 이용하여 수회 세척한 후 가식부를 취해 적당한 크기로 세절하고 건조한 후 blending하여 분해용 시료로 사용하였다.
, Boston, MA, USA)에 의해 정제된 물을 사용하였다. 비소종분화 분석에 사용된 표준물질은 arsenobetaine(Wako, Osaka. Japan), arsenocholine Bromide(Wako), monomethylarsonic acid (ChemService, West Chester, PA, USA), dimethylarsonic acid (Strem Chemicals, Newburyport, MA, USA), arsenate(Merck, Darmstadt Germany)와 arsenite (Fluka, Buchs, Germany)를 사용하였으며 1000 mg/kg stock solution을 제조하여 매 분 석 시 working standards를 만들어 사용하였다. HPLC에 사용된 이동상은 ammonium bicarbonate(Merck), ammonium phosphate(Sigma, St.
1 mg/kg as As)를 사용하였다. 총비소 정량을 위해 1000 mg/kg 농도의 비소 표준원액(Merck, Germany)을 희석하여 사용하였고, 전처리에 사용한 nitric acid, sulfuric acid 및 hydrogen peroxide(Dong Woo Fine Chem. Co. Ltd., Iksan, Korea)는 모두 EP-S급(electronic grade)을 구입하여 사용하였다.
회수율 시험을 위해 사용된 시료는 한국표준과학연구원의 CRM(쌀분말, 2.02 mg/kg)과 NRCC (National Research Council Canada)의 CRM(Certified Reference Material)인 DORM-2(Dogfish muscle, 18.0 ± 1.1 mg/kg; arsenobetaine 16.4 ± 1.1 mg/kg as As)를 사용하였다.
성능/효과
3가(trivalent) 비소로서 독성도가 15-42 mg/kg으로 비소종 중 가장 독성이 강한 무기비소인(24) As(III)은 총 30종의 시료 중 8종에서만 확인되었으며, 그 함량은 0.04-0.84 mg/kg(평균0.37±0.29/kg) 으로 확인되어 큰 위해요소가 아닌 것으로 생각된다.
As(V)은 무기 비소로 독성이 상대적으로 높은 비소화학종으로 30종의 시료 모두에서 검출되었으며, 그 함량이 17.11-92.91 mg/kg이었고, 평균 40.46 mg/kg으로 총비소 함량의 88.6%를 차지하여 톳의 주요 비소 화학종으로 확인되었다. Salgado 등의 2006년과 2008년의 보고에서도 톳에서는 As(V)만 검출되었으며, 그 함량은 각각 총비소 72±4 mg/kg과 61±3 mg/kg중 62±7 mg/kg과 46±2 mg/kg으로 전체 약 86%와 75%라고 보고하여 본 연구의 결과와 유사하게 확인되었다 (10,22).
19 mg/kg) 의 함량을 보여 다른 나라의 여러 연구결과와 비교해볼 때 상대적으로 낮게 확인되었다. HPLC-ICP-MS를 이용하여 분리, 분석된 톳의 주요 비소 화학종은 상대적으로 독성이 강한 무기 비소로 평균 함량이 As(V) 40.36 mg/kg, As(III) 0.37 mg/kg으로 전체 비소 함량의 88.6%를 차지하였다. 그러나 무기비소함량이 가장 높게 확인된 시료(생물기준 ; 9.
HPLC-ICP-MS에 의해 톳을 분석한 결과 As(III), As(V), MMA, DMA, AsC 그리고 AsB 등 총 6종의 비소화학종 중 As(V), As(III) 2종이 높은 함량으로 확인되었으며, 비소의 함량에는 큰 영향을 미치지 않는 미량의 미확인 peak들이 2-5종 검출되었다. HPLC-ICP-MS에 의해 확인된 미확인 비소화합물들을 제외한 검출된 비소화학종들의 총함량은 평균 40.
6%를 차지하였다. 그러나 무기비소함량이 가장 높게 확인된 시료(생물기준 ; 9.19 mg/kg)를 대상으로 톳의 위해성을 JECFA의 PTWI와 비교해볼 때 6.1%로 낮은 수준이었다. 따라서 연평균 0.
또한 시료속의 비소 함량에 대한 회수율 측정을 위해 한국표준과학연구원의 CRM(쌀분말, 2.02 mg/kg)과 캐나다 NRCC의 DORM-2(18±1.1 mg/kg)를 사용하였으며, 회수율 측정결과 쌀분말 CRM에서는 총비소 함량이 2.25±0.1 mg/kg으로 111.4%의 회수율을 보였고, NRCC의 DORM-2에서는 18.26±0.3 mg/kg으로 101.4%의 회수율을 보였다(Table 2).
본 연구에서 확인된 톳의 총 비소 함량은 일반적인 해조류의 총비소 함량이 10-60 mg/kg이라는 R. D. Johnson 등의 보고(2)와 비교해봤을 때 한 지역의 시료들을 제외한 모든 시료가 이 범위에 포함되는 수준이었으나 그 또한 다른 연구들과 비교해볼 때 평균 이하 수준이었다. 또한, 톳에 대한 총비소 함량 결과에서는 Salgado 등이 2006년과 2008년의 연구에서 스페인에서 판매되고 있는 톳의 총비소 함량을 측정한 결과 각각 평균 61±3과 72±4 mg/kg 이었다고 보고하였고 (10), Rose 등은 영국 런던과 인근에서 구입한 톳의 총비소 함량이 95-124 mg/kg이라고 발표하였으며(5), Wondimu 등은 일본에서 구입한 톳의 총비소 함량이 99.
비소 화학종에 대한 회수율 측정은 NRCC의 DORM-2(total As, 18±1.1 mg/kg; AsB, 16.4±1.1 mg/kg) 를 사용하여 확인하였으며, 결과 값이 17.2±0.5 mg/kg으로 95.7%의 회수율을 보였다.
5 mg/kg이 무기비소인 것으로 보고하였다 (26). 이렇듯 톳에 함유되어 있는 비소화학종은 대부분이 무기 비소 형태였으며, 그 중 As(V)가 주요 비소 화학종으로 확인되었다.
이상의 네 지역의 시료들을 제외한 나머지 전체 시료의 총 비소 함량은 20.69-44.06 mg/kg의 범위를 보였으며, 이들의 평균 함량은 31.66±1.29 mg/kg으로 나타났다.
전국 10곳의 지역에서 총 30종의 시료를 구입하여 ICP-MS로 총 비소 함량을 측정한 결과 건조시료를 기준으로 평균 45.65 ± 21.17 mg/kg(생물기준; 3.63 ± 2.19 mg/kg) 의 함량을 보여 다른 나라의 여러 연구결과와 비교해 볼 때 상대적으로 낮게 확인되었다.
총 비소 함량이 가장 낮은 지역의 평균 함량은 21.19±0.67 mg/kg으로 나타났다.
총비소에 대한 회수율 측정을 위해 표준품을 시료와 동일 조건으로 전처리를 한 후 측정한 결과 평균 98.1%의 회수율을 보였다. 또한 시료 속의 비소 함량에 대한 회수율 측정을 위해 한국표준과학연구원의 CRM(쌀분말, 2.
톳(30종)의 총 비소는 ICP-MS를 이용하여 분석하였으며, 평균 함량이 45.65±21.17 mg/kg으로 20.69-96.51 mg/kg의 범위로 확인되어 넓은 분포를 보였다.
톳의 수분 함량을 고려하여 생물로 환산한 총비소 함량은 평균 4.09 mg/kg으로 확인되었으며, 무기비소의 평균 함량은 3.63(1.46- 9.19) mg/kg이었다(Table 4). FAO/WHO합동 식품첨가물 전문가 위원회(JECFA : FAO/WHO Joint Expert Committee on Food Additives)에서 정하고 있는 비소의 잠정주간섭취 허용량 (Provisional tolerable weekly intake, PTWI)은 총비소 350 µg/kg bw/week, 무기비소 15 µg/ kg bw/week이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
품 중 비소함량과 실질적인 독성도를 정확히 알기 위해서는 비소 종 분리를 통하여 각각의 비소 화학종들을 분리, 분석 하여야 하는 이유는?
비소에 관한 연구로는 세계적으로 농수산물 등에서의 함유량 측정과 인체에 미치는 독성에 관한 연구들이 이루어져 왔으나(8), 국내에서는 아직 식품의 비소 오염에 대해 위해성을 크게 인식 하지 못하고 있으며, 국내 연구도 활발하게 진행되고 있지 않는 실정이어서 큰 위험 요소로 작용하고 있다. 특히, 해조류의 경우 김의 총비소 함량이 8.5-39.7 mg/kg, 미역이 15.1-52.2 mg/kg 그리고 다시마가 16.3-73.2 mg/kg으로 높은 함량을 보였으며(4,9), 톳도 다른 해조류와 마찬가지로 약 60 mg/kg 정도의 높은 비소함량을 보이고 있다(10). 해양생물에는 약 32종 이상의 무기비소와 유기비소가 존재한다고 보고되고 있으며(11), 그 중 해조류는 높은 비소함량에도 불구하고 대부분이 독성이 거의 없다고 알려진 AsB (LD50=10,000 mg/kg) 형태로 존재하기 때문에 안전하다고 이야기하고 있다(7). AsB의 인체에 미치는 독성도는 rat을 이용한 ethyl alcohol의 LD50 값이 7,060 mg/kg인 것과 비교해 볼 때 미미한 수준이라고 볼 수 있다(12). 그러나 해조류 중 갈조식물 (Phaeophyta) 모자반과와 같이 종류에 따라서는 존재하는 비소가 무기비소 형태로 되어있는 종들이 존재하며(13), 그중 대표적인 종은 갈색말무리에 속하는 톳(Hijiki, Hizikia fusiforme)이 있다. 톳은 식이섬유소가 풍부하고 칼슘(1250 mg%)과 철분(47 mg%)의 함량이 매우 높아(14) 건강식으로 많이 소비되고 있으며, 식품의 국제무역이 증가함에 따라 이러한 비소의 높은 함량이 식품위생의 중요한 문제로 대두될 것으로 예상되고 있다. 따라서 식품 중 비소함량과 실질적인 독성도를 정확히 알기 위해서는 비소 종 분리를 통하여 각각의 비소 화학종들을 분리, 분석 하여야 한다.
비소는 총비소 함량으로는 그 독성을 직접적으로 판단하기가 어려운 이유는?
비소는 그 결합 형태에 따라 다른 독성도를 가지고 있기 때문에 사실상 총비소 함량으로는 그 독성을 직접적으로 판단하기가 어렵다. 비소 화학종 중 arsine gas(AsH3)가 가장 강한 독성을 가지고 있으며, 일반적으로 잘 알려진 6가지 비소 화학종중 무기비소 형태인 arsenite(As(III))와 arsenate(As(V))가 유기비소인 monomethylarsonic acid(MMA), dimethylarsinic acid(DMA), arsenocholine (AsC), arsenobetaine(AsB) 보다 독성이 크며, As (III) > As(V) > MMA > DMA > AsC > AsB의 순으로 독성의 강도를 보이고 있다(6).
비소는 어떤 특징이 있는가?
비소는 토양이나 물질 그리고 공기 중에 널리 분포하고 있는 자연계에 흔히 존재하는 원소이며, 식품에서도 미량의 비소가 함유되어 있다(1). 일반적으로 야채, 곡류, 육류에는 0.
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