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문제 정의
- 본 논문에서는 2010년 이후에 국내 RPC에서 수집한 벼(원곡) 및 다양한 가공부산물 내 곰팡이와 독소생성 곰팡이 발생실태를 조사하고 Fusarium 독소 오염을 분석함으로써 국내 미곡의 안전성 확보를 위한 기초 자료를 제공하고자 하였다.
제안 방법
- 02 mg/kg이었으며, 분석한 모든 독소에 동일하게 적용되었다. 2010년 수집시료는 DON, NIV, ZEA 3종의 독소를 대상으로 분석하였으며, 2011년과 2012년 수집 시료는 위의 3종 외에 DON과 NIV의 아세틸 유도체인 4-ANIV, 3-ADON, 15-ADON 및 diacetoxyscirpenol(DAS), T-2 toxin(T-2), HT-2 toxin(HT-2) 등 6종을 추가로 분석하였다. 분석결과는 Table 4와 같다.
- 2010년부터 2013년까지 매년 2-3월에 전국의 RPC에서 저장 중인 벼(원곡)과 당시 가공부산물인 왕겨, 현미, 청치미, 쇄미, 색채미, 백미를 Table 1과 같이 500-1000 g씩 수집한 후 4℃에 보관하며 분석하였다. 각 시료의 곰팡이 발생 조사는 Lee 등(2011)의 방법대로 무작위 낟알 100개를 취해 이를 표면살균한 후에 감자한천배지에 배양하여 실시하였다.
- 국내 미곡종합처리장(RPC)에서 벼와 이의 가공산물인 왕겨, 현미, 청치미, 쇄미, 색채미, 백미시료를 2010-2013년 동안 수집하고 미곡에 발생하는 곰팡이와 곰팡이독소 오염을 조사하였다. 전체 곰팡이와 Fusarium 속 곰팡이의 발생은 모든 시료 중 벼에서 가장 높았고, 왕겨가 다음이었으며 도정과정을 따라 감소하였다.
이론/모형
- 각 시료는 Lee 등의 방법 (2013)에 따라 다성분 분석을 위한 전처리 후 LC-MS로 분석하였다. 정량한계(LOQ)는 0.
- 2010년부터 2013년까지 매년 2-3월에 전국의 RPC에서 저장 중인 벼(원곡)과 당시 가공부산물인 왕겨, 현미, 청치미, 쇄미, 색채미, 백미를 Table 1과 같이 500-1000 g씩 수집한 후 4℃에 보관하며 분석하였다. 각 시료의 곰팡이 발생 조사는 Lee 등(2011)의 방법대로 무작위 낟알 100개를 취해 이를 표면살균한 후에 감자한천배지에 배양하여 실시하였다. 분리한 Fusarium 곰팡이는 Lee 등(2010)의 방법에 따라 TEF(translation elongation factor 1) 유전자의 염기서열을 분석하여 동정하였다.
- 각 시료의 곰팡이 발생 조사는 Lee 등(2011)의 방법대로 무작위 낟알 100개를 취해 이를 표면살균한 후에 감자한천배지에 배양하여 실시하였다. 분리한 Fusarium 곰팡이는 Lee 등(2010)의 방법에 따라 TEF(translation elongation factor 1) 유전자의 염기서열을 분석하여 동정하였다.
성능/효과
- Fusarium 속 곰팡이의 종 발생분포는 연도별로 큰 변화를 나타냈다. 2011년부터 2013년까지 분리한 Fusarium 속 곰팡이의 발생빈도를 분석한 결과, 2011년은 푸모니신(fumonisin) 생성능이 있는 F. fujikuroi 종복합체(F. fujikuroi species complex, FFSC)가 40% 발생한 반면 붉은곰팡이 종복합체인 FGSC는 35%로 FFSC가 우점하였고 F. incarnatum-equiseti 종복합체(F. incarnatum-equiseti species complex, FIESC)는 19% 발생하였다(Fig. 1). 그러나 2012년에는 FGSC가 87%로 우점한 반면 FFSC는 5% 미만 발생하여 전년과 대조되는 결과를 나타내었다.
- 위 결과는 RPC의 경우 보관환경에 따라 저장곰팡이가 특발할 수 있음을 시사한다. Alternaria 속 곰팡이는 전체 곰팡이의 발생유형과 유사하게 벼와 왕겨에 가장 많이 발생하였고 발생빈도는 Fusarium속 곰팡이와 유사하였다. 이밖에Nigrospora 속, Epicoccum 속, Phoma 속, Colletotrichum 속 등이 Alternaria 속 곰팡이와 유사한 유형과 빈도로 발생하였으며 Cladosporium 속, Dreschlera 속, Myrothecium속 등이 낮은 빈도로 관찰되었다.
- Fusarium 속 곰팡이 중에서 붉은곰팡이 종복합체의 비율은 2012년에 87%로 가장 높았고, 2011년과 2013년에는 30%대에 머물렀다. Aspergillus 속과 Penicillium 속의 경우 발생빈도는 낮았으나 특정 RPC의 미곡시료에 높은 빈도로 발생하는 유형을 보였고 Alternaria, Nigrospora, Epicoccum 속 곰팡이의 발생유형은 전체 곰팡이의 것과 유사하였다. 미곡 시료의 곰팡이독소 오염여부를 조사하기 위해 2010-2012년 시료를 대상으로 데옥시니발레놀, 니발레놀, 제랄레논과 기타 트라이코쎄신을 분석한 결과, 가공산물 중 색채미의 오염빈도, 검출량, 독소 중복오염비율이 가장 높았고 다음은 청치미였다.
- Fusarium 속 곰팡이의 발생도 전체 곰팡이 발생과 유사하게 벼에서 가장 높은 발생빈도를 나타냈으며 가공과정을 따라 빈도가 감소하는 유형을 보였다(Table 3). 그러나 전체 곰팡이와 달리 Fusarium의 경우 현미와 색채미 내 발생율이 현저하게 감소한 반면 쇄미는 상대적으로 발생빈도가 높았다.
- Fusarium외 독성 곰팡이인 Aspergillus, Penicillium, Alternaria 속 곰팡이의 발생빈도를 조사한 결과, Penicillium과 Aspergillus 속은 Fusarium과 달리 도정과정을 거쳐도 감소되지 않는 저장곰팡이의 특성을 보였다(Fig. 2). 또한 연도별 발생빈도의 변화폭이 컸다.
- 2012년에는 백미시료의 2%에서 DON이 검출되고 청치미를 제외한 모든 미곡 시료에서 DAS 독소가 검출되었으며, 백미를 제외한 모든 시료에서 NIV가 검출되는 등 모든 미곡 및 부산물이 독소에 오염되었으나 독소의 총량은 색채미를 제외하고 높지 않았다. 가장 오염이 높은 시료는 색채미로 최대 독소 총량이 6.6 mg/kg, 독소 중복 오염 비율이 44%이었으며 DON과 NIV가 각각 38%, 56% 발생하였고 HT-2 toxin도 2%의 시료에서 검출되었다.
- 이는 곰팡이 발생이 벼의 껍질부분에 집중되어 있음을 보여주며, 일차 가공의 결과 발생하는 왕겨의 오염이 그 다음으로 높은 이유이다. 다음으로 현미, 청치미와 색채미에서 유사한 수준의 곰팡이가 발생하였으며, 이러한 결과는 현미의 경우 속껍질 부위에, 청치미와 색채미의 경우 각각 미성숙 낟알과 변색된 낟알부위에 곰팡이가 아직 남아있음을 보여준다. 백미의 경우 2010년에 곰팡이 발생 비율이 예외적으로 높았던 것으로 보이며 2011-2013년의 경우 평균 1.
- 본 연구결과 2010-2012년 수집한 대부분의 RPC 가공부산물에서 Fusarium 곰팡이독소가 검출되었다. 독소의 발생빈도와 수준은 연도와 RPC에 따라 달랐으며 백미의 오염수준이 가장 낮았다. Fusarium 곰팡이의 발생이 높았던 2011년의 경우 Fusarium 독소의 발생빈도와 오염수준도 높아진 경향을 보였는데 이는 Fusarium 발생빈도 점검을 통해 독소의 발생정도를 예상할 수 있음을 시사한다.
- Aspergillus 속과 Penicillium 속의 경우 발생빈도는 낮았으나 특정 RPC의 미곡시료에 높은 빈도로 발생하는 유형을 보였고 Alternaria, Nigrospora, Epicoccum 속 곰팡이의 발생유형은 전체 곰팡이의 것과 유사하였다. 미곡 시료의 곰팡이독소 오염여부를 조사하기 위해 2010-2012년 시료를 대상으로 데옥시니발레놀, 니발레놀, 제랄레논과 기타 트라이코쎄신을 분석한 결과, 가공산물 중 색채미의 오염빈도, 검출량, 독소 중복오염비율이 가장 높았고 다음은 청치미였다.
- 미곡의 곰팡이 발생빈도는 연도에 따라 변화가 있으나 대체로 벼, 왕겨, 현미, 청치미, 색채미, 쇄미, 백미의 순으로 빈도가 감소하였다(Table 2). 이는 곰팡이 발생이 벼의 껍질부분에 집중되어 있음을 보여주며, 일차 가공의 결과 발생하는 왕겨의 오염이 그 다음으로 높은 이유이다.
- 2010년 시료의 경우 현미와 백미를 제외한 모든 미곡에서 독소오염이 발생했으며, 이중 청치미 시료의 82%에서 ZEA이 검출되었다. 벼, 왕겨, 청치미에서는 ZEA만 검출되었으나, 쇄미에서는 NIV만 검출되었다. 색채미는 DON, NIV, ZEA이 모두 검출되었으며, 시료의 12%가 이 중 2개 이상의 독소에 동시에 오염되었다.
- 2 mg/kg이었다. 벼의 오염 빈도는 4% 이하로 낮았으나 검출량 최대치는 2.6 mg/kg이었으며, 현미의 28%와 15%가 NIV와 ZEA에 각각 오염되었다. 2012년에는 백미시료의 2%에서 DON이 검출되고 청치미를 제외한 모든 미곡 시료에서 DAS 독소가 검출되었으며, 백미를 제외한 모든 시료에서 NIV가 검출되는 등 모든 미곡 및 부산물이 독소에 오염되었으나 독소의 총량은 색채미를 제외하고 높지 않았다.
- 본 연구결과 2010-2012년 수집한 대부분의 RPC 가공부산물에서 Fusarium 곰팡이독소가 검출되었다. 독소의 발생빈도와 수준은 연도와 RPC에 따라 달랐으며 백미의 오염수준이 가장 낮았다.
- 본 연구에서 조사한 다양한 미곡시료의 개별 곰팡이독소 검출농도는 ZEA을 제외하고 대부분 현행 국내 곰팡이독소 안전관리기준에서 허용하는 최대 기준치 이하의 수준이었다. 그러나 한 시료에 발생하는 여러 독소의 중복오염으로 인해 시료 내 독소의 총량이 증가할 수 있으므로 독소의 안전관리 측면에서 정량적인 위해 평가를 실시하고 필요시 독소의 총합을 시료의 독소 오염수준으로 고려하는 것이 필요할 것으로 보인다.
- 벼, 왕겨, 청치미에서는 ZEA만 검출되었으나, 쇄미에서는 NIV만 검출되었다. 색채미는 DON, NIV, ZEA이 모두 검출되었으며, 시료의 12%가 이 중 2개 이상의 독소에 동시에 오염되었다. 2011년 시료는 쇄미와 백미를 제외한 시료에서 독소가 검출되었는데, 이 중 청치미와 색채미의 오염 수준이 특히 높았다.
- 이상의 결과는 원곡의 곰팡이 오염이 가장 높고 가공이 진행될수록 오염율이 감소한다는 기존의 보고를 뒷받침한다(Lee 등, 2011; Son 등, 2011). 원료벼의 곰팡이 오염은 2010년 61%에서 2011년과 2012년 90% 이상으로 증가하였으나 2013년에는 70%로 감소하여 곰팡이 발생이 연도별 재배 및 저장 환경에 따라 달라짐을 보였다.
- 국내 미곡종합처리장(RPC)에서 벼와 이의 가공산물인 왕겨, 현미, 청치미, 쇄미, 색채미, 백미시료를 2010-2013년 동안 수집하고 미곡에 발생하는 곰팡이와 곰팡이독소 오염을 조사하였다. 전체 곰팡이와 Fusarium 속 곰팡이의 발생은 모든 시료 중 벼에서 가장 높았고, 왕겨가 다음이었으며 도정과정을 따라 감소하였다. 현미, 청치미, 색채미의 발생빈도는 서로 유사하였으며 백미가 가장 낮았다.
- 청치미와 색채미는 각각 10%와 86%가 DON에 오염되었으며 4-ANIV, 3-ADON, 15-ADON도 검출되었고, ZEA의 오염은 각각 65%와 41%이었으며, 색채미의 56%는 2가지 이상의 독소에 중복 오염되었다. 중복오염된 시료에서 검출된 개별 독소의 총량 중 최대치는 청치미가 3.2 mg/kg, 색채미는 5.2 mg/kg이었다. 벼의 오염 빈도는 4% 이하로 낮았으나 검출량 최대치는 2.
- 2011년 시료는 쇄미와 백미를 제외한 시료에서 독소가 검출되었는데, 이 중 청치미와 색채미의 오염 수준이 특히 높았다. 청치미와 색채미는 각각 10%와 86%가 DON에 오염되었으며 4-ANIV, 3-ADON, 15-ADON도 검출되었고, ZEA의 오염은 각각 65%와 41%이었으며, 색채미의 56%는 2가지 이상의 독소에 중복 오염되었다. 중복오염된 시료에서 검출된 개별 독소의 총량 중 최대치는 청치미가 3.
후속연구
- 본 연구에서 조사한 다양한 미곡시료의 개별 곰팡이독소 검출농도는 ZEA을 제외하고 대부분 현행 국내 곰팡이독소 안전관리기준에서 허용하는 최대 기준치 이하의 수준이었다. 그러나 한 시료에 발생하는 여러 독소의 중복오염으로 인해 시료 내 독소의 총량이 증가할 수 있으므로 독소의 안전관리 측면에서 정량적인 위해 평가를 실시하고 필요시 독소의 총합을 시료의 독소 오염수준으로 고려하는 것이 필요할 것으로 보인다. 아플라톡신의 발생이 자주 보고되는 동남아시아 국가의 경우 RPC 시료에서도 아플라톡신 오염이 보고되었으나(Kumar 등, 2008) 국내 RPC의 백미와 현미에서는 아플라톡신이 검출되지 않았다 (미발표 결과).
- 본 연구에서는 2012년 현미와 백미시료에서 모두 국내 식품의 곰팡이독소 안전관리기준(식약처 고시 제2014-146호)에서 설정한 기준치 이하의 수준만 검출되었다. 본 연구와 이상의 기존결과를 고려할 때 미곡의 종류에 따른 독소의 발생빈도와 오염수준은 조사 연도와 지역에 따라 차이가 있으므로 정확한 오염실태를 알기 위해서는 상시적인 미곡의 곰팡이독소 모니터링이 필요하다. DON의 경우 2011년과 2012년 색채미 시료의 14%와 4%에서 각각 1 mg/kg 이상의 독소가 검출되었으며(최대 검출량 2011년 1.
- 또한 색채미에서는 매년 독소의 중복오염이 관찰되었다. 이상의 결과를 보면 색채미는 오염수준이 식품의 기준치(DON의 경우 기준치 1 mg/kg 이하)를 초과하는 경우가 빈번히 발생하므로 식용으로 적합하지 않은 것으로 판단되며, 식용 외에 활용할 경우에도 곰팡이독소에 대한 안전성을 미리 점검하는것이 필요할 것으로 보인다. RPC 미곡 중 상대적으로 색채미의 곰팡이독소 오염이 가장 높은 것은 변질미를 포함하는 색채미의 특성과 관련이 있는 것으로 추정된다.
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