[논문]농산물 식중독 안전관리 패러다임의 전환-농촌유역 병원성 미생물거동 모형 개발-

홍은미

[국내논문] 농산물 식중독 안전관리 패러다임의 전환-농촌유역 병원성 미생물거동 모형 개발- 원문보기

홍은미 (강원대학교 환경융합학부)

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문제 정의

이에 축사, 영농, 하수처리장의 점·비점오염원 등으로부터 유역으로의 병원성 미생물 오염원 유입에 의한 농산물 식중독 발생이 증가하고 있는 현시점이, 유역 내 병원성 미생물 오염원 관리의 중요성에 대한 인식 재고가 필요한 시기라 판단된다. 따라서 본고에서는 농산물 식중독을 야기할 수 있는 농업유역 하천수 및 관개용수의 효율적인 관리를 위한 유역단위 병원성 미생물 거동 모델 개발의 필요성과 적용 사례를 기술하려 한다.

제안 방법

모델의 기본 매개변수 값은 현장 실험 결과나 기존 연구에서 참고하였으며, 뉴질랜드의 Toenepi 유역의 모니터링 결과를 활용하여 새롭게 개발된 APEX 미생물 거동 모듈을 검증하였다 (그림 4). 검증 연구 대상 지역의 주요 토지이용은 방목지였으며, 매일 가축분뇨 시비가 발생하는 지역이었다.

대상 데이터

모델의 기본 매개변수 값은 현장 실험 결과나 기존 연구에서 참고하였으며, 뉴질랜드의 Toenepi 유역의 모니터링 결과를 활용하여 새롭게 개발된 APEX 미생물 거동 모듈을 검증하였다 (그림 4). 검증 연구 대상 지역의 주요 토지이용은 방목지였으며, 매일 가축분뇨 시비가 발생하는 지역이었다. 모델 모의 결과 유역 최종 배출구에서 하천 유량뿐 아니라 박테리아 농도도 잘 재연함을 확인하였다 (그림 5).
실례로 최근 5년간 (‘12~’16년) 우리나라 식중독 환자 10명 중 4명 (41.8%)이 채소류를 섭취하여 발병하였으며, 이는 육류 (14.2%)나 김밥 등 복합조리식품 (2.6%)보다 압도적으로 높은 수치였다.

성능/효과

지역에서 관개용수 미생물 수질 관리에 있어 SWAT 모델을 활용한 FDA의 Food Safety Moernization Act (FSMA)의 적용 가능성을 판단하였다. 그림 2에서 볼 수 있듯이, SWAT 박테리아 모듈은 관개기간 (5-8월)에는 SWAT 모의 결과를 활용한 FSMA 규정이 모니터링 결과를 활용한 FSMA 규정을 잘 모의하는 것으로 분석되었다 (CW, correct warning). 또한, 과거 100년 동안 기상자료를 활용하여 하천에서의 미생물 농도를 모의하여 FSMA 규정에 적용해본 결과, 약 16-70%가 수질기준을 초과하여, 농업유역에서 하천수를 관개에 활용할 경우 지속적인 관리가 필요할 것으로 판단되었다.
그림 2에서 볼 수 있듯이, SWAT 박테리아 모듈은 관개기간 (5-8월)에는 SWAT 모의 결과를 활용한 FSMA 규정이 모니터링 결과를 활용한 FSMA 규정을 잘 모의하는 것으로 분석되었다 (CW, correct warning). 또한, 과거 100년 동안 기상자료를 활용하여 하천에서의 미생물 농도를 모의하여 FSMA 규정에 적용해본 결과, 약 16-70%가 수질기준을 초과하여, 농업유역에서 하천수를 관개에 활용할 경우 지속적인 관리가 필요할 것으로 판단되었다. 본 연구 결과는 SWAT 모델의 활용 가능성을 검증하였으며, 향후 관개수 수질 모니터링 가이드라인 및 정책 개발에 활용될 수 있을 것으로 분석되었다.
검증 연구 대상 지역의 주요 토지이용은 방목지였으며, 매일 가축분뇨 시비가 발생하는 지역이었다. 모델 모의 결과 유역 최종 배출구에서 하천 유량뿐 아니라 박테리아 농도도 잘 재연함을 확인하였다 (그림 5). 특히, 기존 모델들은 저유량시 박테리아 농도를 과소 모의하는 경향이 있었는데, 본 모델에서는 일정 수위 이하에서는 미생물 농도가 증가하는 현상을 잘 모의하여 농업유역에서 관개용수가 필요한 건기에도 미생물 거동 모의가 잘 반영된 모델임을 확인하였다.
모델 모의 결과 유역 최종 배출구에서 하천 유량뿐 아니라 박테리아 농도도 잘 재연함을 확인하였다 (그림 5). 특히, 기존 모델들은 저유량시 박테리아 농도를 과소 모의하는 경향이 있었는데, 본 모델에서는 일정 수위 이하에서는 미생물 농도가 증가하는 현상을 잘 모의하여 농업유역에서 관개용수가 필요한 건기에도 미생물 거동 모의가 잘 반영된 모델임을 확인하였다. 본 연구에서 개발된 APEX 미생물 거동 모델은 향후 영농에 따른 유역내 미생물 거동을 예측하고, 관개용수 관리를 위한 모니터링 기준 개발, 미생물 농도 관리 규제 및 관리 기법을 지원하는데 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

후속연구

물론 SWAT, APEX 등 유역모델에서 구현 가능한 미생물 거동 모듈이 개발되긴 하였으나, 질소나 인 등의 영양물질과 비교하여, 국내 농업유역에서의 병원성 미생물 오염원 배출 특성, 거동 및 최종 사용자를 고려한 미생물 거동 모델의 적용은 아직까지 미흡한 실정이다. 국내에서 수인성 전염병과 병원성 미생물에 의해 야기 되는 식품 안전성에 대한 개념을 사후 관리에서 유역 내 오염원 사전 관리와 예측으로 패러다임을 전환하고, 합리적인 연구성과를 확보하기 위해서는 한국 유역환경에 맞는 모듈, 파라메터 등에 대한 연구가 장기적으로 필요할 것으로 판단된다.
향후 지속적인 모니터링과 모델 개발, 적용 연구가 지속된다면, 유역 내 농촌 비점오염원, 생활하수, 축산폐수 포함 수생태환경 그리고 대기로부터 수계로의 병원성 미생물 오염원 유입으로 인한 수인성 전염성과 식중독 취약성을 예측할 수 있을 것이다. 그리고 병원성 미생물 오염 취약 지역을 미리 파악하고 관리함으로써 과거 사후 역학조사 및 관리에 초점을 맞춘 식품 안전성 관리에서 병원성 미생물 오염원 원인 조사를 통한 관리 방식으로 전환 가능할 것이다. 또한, 관개용수의 미생물 수질 농도를 예측하여 농산물 출하시 안전성을 확보할 수 있을 것으로 판단된다.
그리고 병원성 미생물 오염 취약 지역을 미리 파악하고 관리함으로써 과거 사후 역학조사 및 관리에 초점을 맞춘 식품 안전성 관리에서 병원성 미생물 오염원 원인 조사를 통한 관리 방식으로 전환 가능할 것이다. 또한, 관개용수의 미생물 수질 농도를 예측하여 농산물 출하시 안전성을 확보할 수 있을 것으로 판단된다.
유역환경에서 병원성 미생물 거동을 모의하고 예측하기 위한 모델 개발 및 적용은 농업유역 수질관리 및 의사결정에 중요한 역할을 한다. 또한, 미생물 거동 모형은 수질 농도를 반영한 환경 정책 및 식중독 취약성에 대한 보건 정책의 우선순위를 정하는데 정책 결정 모델로서 중요한 역할을 할 것으로 판단된다. 물론 SWAT, APEX 등 유역모델에서 구현 가능한 미생물 거동 모듈이 개발되긴 하였으나, 질소나 인 등의 영양물질과 비교하여, 국내 농업유역에서의 병원성 미생물 오염원 배출 특성, 거동 및 최종 사용자를 고려한 미생물 거동 모델의 적용은 아직까지 미흡한 실정이다.
또한, 과거 100년 동안 기상자료를 활용하여 하천에서의 미생물 농도를 모의하여 FSMA 규정에 적용해본 결과, 약 16-70%가 수질기준을 초과하여, 농업유역에서 하천수를 관개에 활용할 경우 지속적인 관리가 필요할 것으로 판단되었다. 본 연구 결과는 SWAT 모델의 활용 가능성을 검증하였으며, 향후 관개수 수질 모니터링 가이드라인 및 정책 개발에 활용될 수 있을 것으로 분석되었다.
특히, 기존 모델들은 저유량시 박테리아 농도를 과소 모의하는 경향이 있었는데, 본 모델에서는 일정 수위 이하에서는 미생물 농도가 증가하는 현상을 잘 모의하여 농업유역에서 관개용수가 필요한 건기에도 미생물 거동 모의가 잘 반영된 모델임을 확인하였다. 본 연구에서 개발된 APEX 미생물 거동 모델은 향후 영농에 따른 유역내 미생물 거동을 예측하고, 관개용수 관리를 위한 모니터링 기준 개발, 미생물 농도 관리 규제 및 관리 기법을 지원하는데 활용될 수 있을 것으로 판단된다.
향후 지속적인 모니터링과 모델 개발, 적용 연구가 지속된다면, 유역 내 농촌 비점오염원, 생활하수, 축산폐수 포함 수생태환경 그리고 대기로부터 수계로의 병원성 미생물 오염원 유입으로 인한 수인성 전염성과 식중독 취약성을 예측할 수 있을 것이다. 그리고 병원성 미생물 오염 취약 지역을 미리 파악하고 관리함으로써 과거 사후 역학조사 및 관리에 초점을 맞춘 식품 안전성 관리에서 병원성 미생물 오염원 원인 조사를 통한 관리 방식으로 전환 가능할 것이다.

핵심어

질문

논문에서 추출한 답변

농산물 식중독이 수질오염에 기인하여 발병하는 경로는 무엇인가?

농산물 섭취로 인한 식중독의 발생 경로를 살펴보면, 재배단계에서부터 유통단계까지 전 단계 에서 발생할 수 있으며 오염된 물이 강력한 전염 원으로 작용할 수 있다. 농산물의 세척, 가공 단계에서는 병원성 미생물에 의해 오염된 물을 이용한 비위생적인 작업에 의해 노출될 수 있다. 재배 단계에서는 분변, 축산 폐수 등에 오염된 지하수, 하천수를 관개하여 채소를 재배하면 수확 직후 잎표면이 토양 또는 물에 의해 노출된 병원성대장균에 의해 오염될 수 있다.

농업유역 미생물 거동 모듈의 역할은 무엇인가?

유역환경에서 병원성 미생물 거동을 모의하고 예측하기 위한 모델 개발 및 적용은 농업유역 수질관리 및 의사결정에 중요한 역할을 한다. 또한, 미생물 거동 모형은 수질 농도를 반영한 환경 정책 및 식중독 취약성에 대한 보건 정책의 우선순 위를 정하는데 정책 결정 모델로서 중요한 역할을 할 것으로 판단된다. 물론 SWAT, APEX 등 유역모델에서 구현 가능한 미생물 거동 모듈이 개발 되긴 하였으나, 질소나 인 등의 영양물질과 비교하여, 국내 농업유역에서의 병원성 미생물 오염원 배출 특성, 거동 및 최종 사용자를 고려한 미생물 거동 모델의 적용은 아직까지 미흡한 실정이다.

식중독 발생 원인은 무엇인가?

우리나라 식중독 발생 원인을 분석해보면 식중독 발생 전체의 98% 이상이 미생물에 의한 식중독이었으며, 특히 최근 10년(‘06-’15년) 식중독 발병 누적 건수 2위, 환자수 1위 원인 미생물은 병원성대장균이었다 (식품 의약안전처, 2017). 흔히, 식중독이라 하면 상한 음식을 생각하기 쉽지만 실제로 식중독의 큰 원인 중 하나는 병원성대장균에 의해 오염된 물과 채소 등 농산품 섭취에 의한 감염이었다.

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