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문제 정의
- ECO-FOOD NET에서는 향후 매체통합분석을 위해 각 부처에서 생산한 모니터링 자료원의 오염 정도를 파악할 수 있도록 시스템을 구현하고자 한다. 먼저 매체통합 분석의 오염지도를 위해 오염물질 DB의해구 및 육상지리정보시스템(Geometric Information System, GIS)을 적용하여 이를 컴퓨터 모델로 확립하였다.
- 이와 같은 이유로 2015년 식품의약품안전처(이하, 식약처)를 컨트롤 타워로 하여 범부처 공동으로 환경유래 식품오염물질의 저감화 구축 과제를 개시하였다. 이에 본 연구는 환경유래 식품오염물질의 식품 공급사슬 단계별 모니터링 결과를 통합하고 부처간 도출된 연구결과를 상호 연계한 매체 통합적 도구로써 국가 통합 저감화 플랫폼인 ECO-FOODNET(Environmental COntaminant reduction platformfor FOOD by interagency collaboration NETwork)의 전체 프레임워크 설계 내용을 제시하고자 한다.
- 이에 본 연구에서는 미래부에서 주관하는 핵심 사회문제 해결을 위한 과학기술기반 다부처(식품의약품안전처(NIFDS), 해양수산부(NIFS), 환경부(NIER), 농림축산식품부(NAAS)) 연계·협력 방향에 근거하여 근원적인 오염원인 환경 분야 및 농작물의 이행 분야와의 연구 협업을 통해 식품공급사슬에 따른 오염물질(중금속, 과불화화합물등) 저감화를 위한 ECO-FOOD NET 설계를 진행하였다.
제안 방법
- DB 조회에서는 매체 분류(환경, 식품 등), 물질명 및 CASNo.(국문, 영문, 약어)에 따라 DB 조회가 가능하고, 매체별 모니터링 물질의 검출건수, 검출율, 모니터링 건수, 평균농도 등을 한 눈에 파악할 수 있도록 한다. 이렇게 설계된 시스템은 관련 자료의 상세정보를 통해 기본정보(매체분류, 화학물질명, CASNo.
- ECO-FOOD NET 시스템은 총 7개의 대메뉴(참여부처(About System, Introduction to Interagency Work), 독성 DB(Media – Chemicals Profiles), 분석법 DB(Method Bank), 저감화방법DB(Risk-Benefit Analysis), 모니터링 DB(Monitoring Data Base), 매체통합분석(Integrated Media Analysis),법령))로 구성(안)을 도출하였다(Table 2).
- ECO-FOOD NET 플랫폼은 특정 식품 공급사슬의전반적인 차원에서 환경오염물질의 노출 모니터링및 위해 수준 파악은 물론 공간적인 시각에서의 취약성 분석과 시간의 변화에 따른 위해 저감화 수준의 추이분석 등이 가능하도록 설계되었다. 따라서 향후에는 국가단위 식품 위해 관리 의사결정의 도구로써 범부처 차원에서의 사회 안전망 구축에 활용될 수 있을 것으로 생각한다.
- 각 부처별 식품공급사슬을 중심으로 단계별 모니터링 데이터를 통합하기 위하여 매체(환경, 식품등), 유입경로, 분석방법 및 식품 매트릭스 등에 대한 내용의 구성을 체계화하여 사용자가 효율적이고 효과적으로 이용할 수 있도록 상세 시스템 메뉴를 설계하였다. ECO-FOOD NET 시스템은 총 7개의 대메뉴(참여부처(About System, Introduction to Interagency Work), 독성 DB(Media – Chemicals Profiles), 분석법 DB(Method Bank), 저감화방법DB(Risk-Benefit Analysis), 모니터링 DB(Monitoring Data Base), 매체통합분석(Integrated Media Analysis),법령))로 구성(안)을 도출하였다(Table 2).
- 각 부처별 환경유래 식품오염물질의 모니터링 대상과 종류를 명확화하고 매체, 경로, 분석방법 및 식품 매트릭스 등에 대한 특이적 DB를 상세화하여 표준 프로토콜을 도출하였다. 표준 프로토콜의 각 변수별 데이터 타입 및 코드집 등을 담은 ‘환경유래식품 오염물질 다부처 데이터 표준 기술서’를 문서화하여 모니터링을 시작하기 전에 각 연구진에게 선제적으로 배포하였다(Table 1).
- 국가 서버에 이식성 및 코드 재활용성 측면에서효율성을 가진 행정자치부 표준인 전자정부 표준 프레임워크를 아키텍처로 채택하였다. 이로 인해 상용솔루션과 연계가 가능한 표준을 제시하여 상호 운용성이 보장되며, 모듈 간 변경에 있어 영향을 최소화할 수 있도록 하였다.
- 또한 물질의 국문명, 영문명, 축약어, CAS No. 등을 법정(고시상) 표기법 및 물질의 분류 체계(대분류, 중분류, 소분류)를 고려하여 표준화 하였다. 둘째, 각 부처에서 생산한 모니터링 자료를 통합적이고 복합적으로 활용할 수 있도록 데이터베이스 구축을 위한정제 및 변환을 통해 최종 표준화 작업을 완료하였다.
- 먼저 부처간 협업 대상 식품오염물질 자료의 표준화를 실시하여 다양한 표준 코드를 기반으로 식품매트릭스 등에 대한 내용의 구성을 체계화하였다. 또한 식품공급사슬에 따른 단계별 모니터링 자료를 바탕으로 모듈의 검색, 분석 및 시각화 방안을 수립하였다. 현재 ECO-FOOD NET은 모듈별로 개발 작업을 진행하고 있으며 구축이 완료되면 향후 다부처에서 생산되는 다양한 오염물질 모니터링 자료의 통합관리, 저감화 노력에 대한 현황 파악 및 미래예측도구로써 활용이 가능할 것으로 생각한다.
- 로그인 및 메인 페이지 등 시스템 내 디자인요소의 경우 HTML5 체계를 반영하여 최신 웹 분야 기술표준을 반영하고 마이크로소프트의 운영체제에서사용 가능한 웹 브라우저인 인터넷 익스플로러(Internet Explorer)와 크롬(Chrome)을 통해 일관성, 가독성 그리고 사용자 편의를 고려한 사용자 인터페이스를 구성하였다(Fig. 3).
- 마지막 법령 메뉴에서는 식품의 기준·규격 등 각 부처의 법령 자료와 법제처의 국가법령정보센터를 연계하여 최신 법령정보 및 관련 법규를 쉽게 확인할 수 있도록 설계하였다.
- )와 시료정보(검출시료, 불검출시료, 시료분포, 히스토그램)의 확인이 가능할 것이다. 맞춤통계에서는 사용자의 필요에 따라 맞춤으로 자료원을 선택할 수 있으며, 행(Row)항목(화학물질, 매체그룹, 시료채취 연도, 시료생산지, 시료채취장소), 출력항목(검출농도, 모니터링건수, 검출건수, 불검출건수, 검출비율)을 선택하여 표와 그래프(Column, Stack,Bar, Pie) 형태로 출력되도록 설계하였다.
- ECO-FOOD NET에서는 향후 매체통합분석을 위해 각 부처에서 생산한 모니터링 자료원의 오염 정도를 파악할 수 있도록 시스템을 구현하고자 한다. 먼저 매체통합 분석의 오염지도를 위해 오염물질 DB의해구 및 육상지리정보시스템(Geometric Information System, GIS)을 적용하여 이를 컴퓨터 모델로 확립하였다. 오염지도에서는 사용자가 자료원을 복수 선택할 수 있으며 오염물질의 분류(중금속, 과불화화합물), 매체분류(환경, 식품 등), 출력항목(검출농도, 모니터링건수, 검출검수, 불검출검수, 검출비율)에 따라 조회가 가능하도록 설계하였다.
- 먼저 부처간 협업 대상 식품오염물질 자료의 표준화를 실시하여 다양한 표준 코드를 기반으로 식품매트릭스 등에 대한 내용의 구성을 체계화하였다. 또한 식품공급사슬에 따른 단계별 모니터링 자료를 바탕으로 모듈의 검색, 분석 및 시각화 방안을 수립하였다.
- 모니터링 DB 정제 결과, 각 부처의 오염물질 모니터링 DB의 결과 단위가 산재되어있으므로 오염물질의 분석방법 조화를 위한 협의를 통해 시스템 내 구축된 농도 단위를 ppb(µg/kg, µg/L)로 통일하였다.
- 분석법 DB에서는 각 부처의 오염물질 분석법을 통합하여 분석법 DB 입력 플랫폼을 구축한 후 컨텐츠 등록 화면을 설계하였다. 분석법 기본 정보에서 가장 중요한 플로우차트(flowchart)를 이미지화하여 시험법의 단계를 쉽게 확인하고, 전처리 방법 및 본 분석법에 대한 체계적인 서비스를 제시한다.
- 분석법 DB에서는 각 부처의 오염물질 분석법을 통합하여 분석법 DB 입력 플랫폼을 구축한 후 컨텐츠 등록 화면을 설계하였다. 분석법 기본 정보에서 가장 중요한 플로우차트(flowchart)를 이미지화하여 시험법의 단계를 쉽게 확인하고, 전처리 방법 및 본 분석법에 대한 체계적인 서비스를 제시한다.
- 사용자의 맞춤형 모니터링 자료 조회가 가능한 모니터링 DB는 크게 자료원 조회, DB 조회, 맞춤 통계로 설계하였다. 모니터링 DB 정제 결과, 각 부처의 오염물질 모니터링 DB의 결과 단위가 산재되어있으므로 오염물질의 분석방법 조화를 위한 협의를 통해 시스템 내 구축된 농도 단위를 ppb(µg/kg, µg/L)로 통일하였다.
- 오염물질 거동(Trajectory)에 관한 컴퓨터 모델을 확립하여 시간, 공간 및 매체의 3차원 물질 거동 표현을 위한 컴퓨터 표현 모델을 도출하였다(Figs. 1, 2).
- 먼저 매체통합 분석의 오염지도를 위해 오염물질 DB의해구 및 육상지리정보시스템(Geometric Information System, GIS)을 적용하여 이를 컴퓨터 모델로 확립하였다. 오염지도에서는 사용자가 자료원을 복수 선택할 수 있으며 오염물질의 분류(중금속, 과불화화합물), 매체분류(환경, 식품 등), 출력항목(검출농도, 모니터링건수, 검출검수, 불검출검수, 검출비율)에 따라 조회가 가능하도록 설계하였다. 또한 사용자가 조회 기준인 검출건수와 모니터링 건수를 선택하고 상위 건수를 입력하게 되면 오염지도의 출력과 함께‘검출건수P(N)/모니터링건수(N)(검출율(%))’을 확인할 수 있도록 한다.
- 부처별 식품오염물질 모니터링 데이터는 방대하나사람이 수기로 작성을 하다 보니 산발적으로 생산되고 있어 무결성(Integrity) 문제가 존재하였다. 이를 해결하기 위해 데이터 모순점(inconsistency) 포착, 결측치(Missing value) 처리 및 이상치(Outlier) 검출 등의 작업을 통해 데이터 정제를 단계적으로 수행하였다. 첫째, 생산한 환경유래 식품 오염물질 다부처데이터 표준 기술서를 토대로 중금속(비소 포함), 과불화화합물에 대해 표준 코드를 부여하였다.
- 저감화 연구결과를 담은 모듈로써 저감화 단계별데이터를 평균값으로 제시하고, 저감화 프로세스를 시각화 한다. 저감화 방법은 사용자가 저감화 대상매체와 물질명(CAS No.
- 이를 해결하기 위해 데이터 모순점(inconsistency) 포착, 결측치(Missing value) 처리 및 이상치(Outlier) 검출 등의 작업을 통해 데이터 정제를 단계적으로 수행하였다. 첫째, 생산한 환경유래 식품 오염물질 다부처데이터 표준 기술서를 토대로 중금속(비소 포함), 과불화화합물에 대해 표준 코드를 부여하였다. 또한 물질의 국문명, 영문명, 축약어, CAS No.
- 표준 프로토콜의 각 변수별 데이터 타입 및 코드집 등을 담은 ‘환경유래식품 오염물질 다부처 데이터 표준 기술서’를 문서화하여 모니터링을 시작하기 전에 각 연구진에게 선제적으로 배포하였다(Table 1).
성능/효과
- 1) 2016년 한국보건사회연구원의 ‘식품 안전 체감도 조사’에 의하면 제조·유통 식품 안전 분야에서 ‘불안하다’고 응답한 비율은 2013년19.2%, 2014년 20.5%, 2015년 28.1%, 2016년30.7%로 국민의 불안감은 여전히 지속적으로 증가하고 있는 추세이다.
- 7%로 국민의 불안감은 여전히 지속적으로 증가하고 있는 추세이다.2) 실례로 우리나라 국민의 식품 평균섭취로 인한 카드뮴의 일일노출량은 인체노출안전기준 대비 약 35% 수준으로,3) 카드뮴이 검출된 낙지를 계속 섭취한다 할지라도 인체 안전에는 전혀 문제가 없음에도 2010년 낙지 카드뮴 사건은 사회적 갈등과 막대한 비용을 유발하였고,2012년 미국 Consumer Report에 의해 발표된 미국산 수입쌀의 무기비소 검출은 쌀을 주식으로 하는 우리나라 국민들의 농산물 안전성에 대한 우려를 가중시켰다.4) 또한 최근 지구온난화에 따른 기후환경변화로 인한 생태계에서의 기온, 습도, 강수량 증가 등은 독소를 생성하는 곰팡이, 그리고 이들의 숙주식물과의 상호작용에 영향을 미쳐 재배환경에서 곰팡이독소와 같은 오염물질을 증가시킨바 있다.
- 2) 실례로 우리나라 국민의 식품 평균섭취로 인한 카드뮴의 일일노출량은 인체노출안전기준 대비 약 35% 수준으로,3) 카드뮴이 검출된 낙지를 계속 섭취한다 할지라도 인체 안전에는 전혀 문제가 없음에도 2010년 낙지 카드뮴 사건은 사회적 갈등과 막대한 비용을 유발하였고,2012년 미국 Consumer Report에 의해 발표된 미국산 수입쌀의 무기비소 검출은 쌀을 주식으로 하는 우리나라 국민들의 농산물 안전성에 대한 우려를 가중시켰다.4) 또한 최근 지구온난화에 따른 기후환경변화로 인한 생태계에서의 기온, 습도, 강수량 증가 등은 독소를 생성하는 곰팡이, 그리고 이들의 숙주식물과의 상호작용에 영향을 미쳐 재배환경에서 곰팡이독소와 같은 오염물질을 증가시킨바 있다.8) 곰팡이독소를 비롯한 식품 중 중금속, 과불화화합물 등의 오염물질들은 공기, 수질, 토양을 오염시키고 잔류하면서 식품의 공급사슬에서 다양한 환경매체 및 경로로 노출되며, 먹이사슬을 통해농·축·수산물로 유래되어 최종적으로 인체에 영향을 미치게 된다.
- 8) 곰팡이독소를 비롯한 식품 중 중금속, 과불화화합물 등의 오염물질들은 공기, 수질, 토양을 오염시키고 잔류하면서 식품의 공급사슬에서 다양한 환경매체 및 경로로 노출되며, 먹이사슬을 통해농·축·수산물로 유래되어 최종적으로 인체에 영향을 미치게 된다.
- 등을 법정(고시상) 표기법 및 물질의 분류 체계(대분류, 중분류, 소분류)를 고려하여 표준화 하였다. 둘째, 각 부처에서 생산한 모니터링 자료를 통합적이고 복합적으로 활용할 수 있도록 데이터베이스 구축을 위한정제 및 변환을 통해 최종 표준화 작업을 완료하였다. 또한, 자체 생산한 표준 분류 코드에 의해 매체코드, 물질코드, 지역코드, 해구코드 및 단위코드 표준화 작업을 완료하였다(Table 3).
- 둘째, 각 부처에서 생산한 모니터링 자료를 통합적이고 복합적으로 활용할 수 있도록 데이터베이스 구축을 위한정제 및 변환을 통해 최종 표준화 작업을 완료하였다. 또한, 자체 생산한 표준 분류 코드에 의해 매체코드, 물질코드, 지역코드, 해구코드 및 단위코드 표준화 작업을 완료하였다(Table 3).
후속연구
- ECO-FOOD NET 플랫폼은 특정 식품 공급사슬의전반적인 차원에서 환경오염물질의 노출 모니터링및 위해 수준 파악은 물론 공간적인 시각에서의 취약성 분석과 시간의 변화에 따른 위해 저감화 수준의 추이분석 등이 가능하도록 설계되었다. 따라서 향후에는 국가단위 식품 위해 관리 의사결정의 도구로써 범부처 차원에서의 사회 안전망 구축에 활용될 수 있을 것으로 생각한다.
- 현재 ECO-FOOD NET은 모듈별로 개발 작업을 진행하고 있으며 구축이 완료되면 향후 다부처에서 생산되는 다양한 오염물질 모니터링 자료의 통합관리, 저감화 노력에 대한 현황 파악 및 미래예측도구로써 활용이 가능할 것으로 생각한다. 본 연구는 향후 식품공급사슬 전 주기에 걸친 식품오염물질의 저감화 체계를 마련하는데 도움이 될 것으로 기대한다.
- (국문, 영문, 약어)에 따라 DB 조회가 가능하고, 매체별 모니터링 물질의 검출건수, 검출율, 모니터링 건수, 평균농도 등을 한 눈에 파악할 수 있도록 한다. 이렇게 설계된 시스템은 관련 자료의 상세정보를 통해 기본정보(매체분류, 화학물질명, CASNo.)와 시료정보(검출시료, 불검출시료, 시료분포, 히스토그램)의 확인이 가능할 것이다. 맞춤통계에서는 사용자의 필요에 따라 맞춤으로 자료원을 선택할 수 있으며, 행(Row)항목(화학물질, 매체그룹, 시료채취 연도, 시료생산지, 시료채취장소), 출력항목(검출농도, 모니터링건수, 검출건수, 불검출건수, 검출비율)을 선택하여 표와 그래프(Column, Stack,Bar, Pie) 형태로 출력되도록 설계하였다.
- 또한 식품공급사슬에 따른 단계별 모니터링 자료를 바탕으로 모듈의 검색, 분석 및 시각화 방안을 수립하였다. 현재 ECO-FOOD NET은 모듈별로 개발 작업을 진행하고 있으며 구축이 완료되면 향후 다부처에서 생산되는 다양한 오염물질 모니터링 자료의 통합관리, 저감화 노력에 대한 현황 파악 및 미래예측도구로써 활용이 가능할 것으로 생각한다. 본 연구는 향후 식품공급사슬 전 주기에 걸친 식품오염물질의 저감화 체계를 마련하는데 도움이 될 것으로 기대한다.
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