초록 ▼

Polycyclic aromatic hydrocarbons(PAHs)은 전 세계의 해양계에서 널리 발견되는 오염물질이다. PAHs는 화석연료에 함유되어 있는 물질과 그 부산물들로서 급속한 산업화에 수반하여 유출량도 증가하고 있으며, 특히 최근의 잦은 해양 유류사고는 PAHs에 의한 해양오염의 급속한 증가의 원인이 되고 있다. 예로부터 우리는 다양한 해양 생물들을 식품으로 사용하고 있기 때문에, 해양오염은 곧 오염된 수산물 섭취 경로를 통하여 인간에게 독성을 미칠 가능성이 있다. 그러나 국내에서 생산·소비되는 수산물의 PAHs에 대한

Polycyclic aromatic hydrocarbons(PAHs)은 전 세계의 해양계에서 널리 발견되는 오염물질이다. PAHs는 화석연료에 함유되어 있는 물질과 그 부산물들로서 급속한 산업화에 수반하여 유출량도 증가하고 있으며, 특히 최근의 잦은 해양 유류사고는 PAHs에 의한 해양오염의 급속한 증가의 원인이 되고 있다. 예로부터 우리는 다양한 해양 생물들을 식품으로 사용하고 있기 때문에, 해양오염은 곧 오염된 수산물 섭취 경로를 통하여 인간에게 독성을 미칠 가능성이 있다. 그러나 국내에서 생산·소비되는 수산물의 PAHs에 대한 위해성 연구가 거의 수행되어 있지 않은 실정이다. 본 연구과제에서는 식품의 위해성 평가 기술을 개발하는 일환으로 PAHs에 오염된 수산물에 대한 위해성 평가의 단계별 과정 확립을 연구목표로 설정하였다. 대표적 PAHs의 환경오염과 식품오염의 상관성을 밝히고, 독성을 재검증하며, 수산물을 통한 인체로의 노출량을 조사 연구하였다. 한편, 환경 조건의 변화에 따른 PAHs의 독성 증감현상과 위해성 저감 방안도 병행하여 연구를 진행하였다.제 1 세부과제에서는 국내에서 소비하고 있는 해조류, 패류 및 어류 중, 그 소비량이 많아서 각각 대표적인 수산식품으로 간주할 수 있는 김, 굴 및 조파볼락에서의 PAHs 오염도를 평가하였다. 다양한 지역에서 생산되어 시중에서 유통중이거나 현장에서 채취한 시료들을 사용하여 여러 종류의 PAHs 잔류량을 분석한 결과, 시료별로 잔류량의 농도나 잔류 PAH 종류에 차이가 있기는 하지만, 발견 빈도만을 기준으로 평가하면 오염도는 굴>조피볼락>김의 순서로 수산식품의 종류에 따라 차이가 있음을 발견하였다. 또한, 이들 생물의 성장과정 중에 일어나는 PAH 오염 해수로부터의 생물축적도를 평가하였다. 패류(굴)에서는 매우 원활한 축적이 일어났고, 어류(조피볼락)의 경우, 비장이나 간장에 특히 높은 농도의 PAH가 분포되었으나 가식부인 근육에는 비교적 낮은 농도로 축적함을 관찰되었다. 이와는 달리, 해조류(김)에서의 생물농축현상은 미미하였다.제 2 세부과제의 주요 연구내용은 PAHs의 독성 및 노출도 평가이었다. PAHs의 독성을 Microtox 급성독성, Mutatox 유전독성, 세포독성 등으로 구분하여 평가하였다. 단일 또는 복합물질의 PAHs 총체적 독성, 그리고 수산식품속에 잔존하는 PAHs의 총 독성 등을 측정하고, 이를 PAHs의 총 함량과 상호 비교하였다. 한편, 수산물 섭취량을 조사하여 노출도 평가에 이용하고자 하였으며, 인체 노출된 PAHs의 각 장기별 축적현상을 PBPK modeling 기법으로 연구하였다. 이와 병행하여, 해양환경으로부터 어패류 속으로 PAHs가 농축되고 있는 사실을 확인하면서, 각 평가 단계별, 항목별 불확실성 유발 인자와 항목을 점검하였다.제 3 세부과제에서는 동물세포 모델계를 이용하여 PAH류의 photoinduced toxicity를 확인하고, 이를 낮추기 위한 방안을 검토하였다. 즉, 본 연구에서 사용한 PAH 가운데 anthracene과 fluoranthene이 UVA에 의하여 동물세포에 대한 독성이 10배정도 증가하는 것으로 나타났으며, fluoranthene은 낮은 파장의 자외선인 UVB에 의해서도 독성이 증가하는 것이 확인되어, PAH의 위해성을 평가할 때 빛에 의한 독성증강 효과를 고려해야 할 것으로 사료된다. 한편 PAH독성을 저감시키기 위한 방법으로 PAH에 대한 광변형 및 천연항산화제의 효과를 살펴본 결과, 비타민 E 첨가가 PAH의 광유발 세포독성(photoinduced cytotoxicity)을 감소시키는 것으로 나타났다. 김(Porphyra tenera)을 수산 식품모델로하여 PAH로 미리 오염시킨 다음, 건조 김을 제조하는 과정에서 PAH가 제거되는 정도를 조사한 결과, 단순히 해수로 보통 시행하는 것보다 긴 시간 세척하는 것만으로도 오염된 PAH량의 40% 이상이 제거되는 것으로 나타났다. 결론적으로 PAH의 위해성을 평가할 때 photoinduction을 고려하는 것이 필요? 위해수준 이하로 제거되도록 공정을 변형하는 것이 필요하며, 동물실험을 통하여 확증이 되어야겠지만 PAH의 독성을 낮추기 위하여 PAH 오염가능성이 높은 식품에 비타민 E를 보충제로 첨가하는 방안도 고려해볼 가치가 있는 것으로 판단된다.

Abstract ▼

Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) are found ubiquitously in the ocean worldwide. Since PAHs are primarily derived from fossil fuels and in their by-products, output of PAHs are increasing due to rapid industrialization and frequent oil spill accidents. Koreans have traditionally been utilizing

Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) are found ubiquitously in the ocean worldwide. Since PAHs are primarily derived from fossil fuels and in their by-products, output of PAHs are increasing due to rapid industrialization and frequent oil spill accidents. Koreans have traditionally been utilizing a variety of sea organisms as food which range from seaweeds to fishes. PAH pollution to the ocean is inevitably carried over to marine organisms used for food, and thus may induce toxicity in humans. The increase in sea PAH pollution can be a reasonable cause for a public concern if accurate estimation on the contamination status of seafoods is not made. For these reasons. we carried out to develop the processes for assessing risk from seafoods contaminated with PAHs. The relationship between the marine contamination and bioaccumulation of PAHs was studied and toxicities of those compounds were reestimated. Also, exposure to PAHs was assessed via consumption rate and scenarios of seafoods. In addition the modulatory effects of ambient condition as well as certain chemicals on the toxicity of PAHs were studied to reduce the risk of PAHs contaminated seafoods.In this project, we aimed to estimate the current PAH contamination status in three representative seafoods in terms of consumption quantity: a seaweed (Porphyra spp.), oyster (Crassostrea gigas), and rockfich (Sebastes schlegeli). To understand PAH accumulation potential during their growth stage, these organisms were cultured at least for 4 weeks in seawater artificially contaminated with the frequent sea contaminants, anthracene or fluoranthene, and tissue concentration of these PAHs was analyzed overtime. It was found that PAH scarcely accumulates to seaweed whereas it does very efficiently to oysters. In the rockfish the accumulation potential was in between seaweed and oysters, and the PAH distributes in the highest concentration to spleen followed by liver. The concentration of PAH in the rockfish muscle, the main edible site, was very low. To relate the effect of the above-described accumulation potential to the seafood PAH residues, different seaweed samples produced in various locations were analiyzed for PAHs. The result indicates that the prevalence rank order was oyster>rockfish>seaweed, although the comcncentration of each PAH varied.The third sub-project was aimed to reduce health risk by PAH contaminated in marine fodds. Anthracene and fluoranthene showed about 10-fold increase in cytotoxicity by ultraviolet irradiation on cultured animal cells. Especially fluoranthene's cytotoxicity was greatly enhanced by short ultraviolet light (UVB) as well as long ultraviolet light (UVA) irradiation, suggesting that its contamination into foods poses a serious threat to human health. Photomodification of PAH and use of natural antioxidants were examined as the possible measures to lower photoinduced cytotoxicity of PAH. Vitamin E was moderately effective in decreasing photoinduced cytotoxicity of PAH such as anthracene while photomodification did not affect phototoxicity of three PAH tested. In a model experiment using Porphyra tenera (laver), PAH contaminated laver was effectively removed by lengthened washing with seawater alone, resulting in removal of more than 40% of original PAH level. In conclusion augmentation of PAH toxicity by exposure to ultraviolet light is practically important and thus should be considered in risk assessment of PAH. Health hazard from suspected to be contaminated with PAH might be effectively reduced by introduction of additional step for removal of PAH and/or incorporation of vitamin E into processed foods which will suppress post-absorptive PAH toxicity in human body.

목차 Contents

• 1. 최종연국개발과제의 최종 연구개발 목표...17
• 1.1. 총괄 연구개발 과제의 최종 연구개발 목표...17
• 1.1.1. 총괄 연구개발 과제의 최종 연구개발 목표...17
• 1.1.2. 총괄 최종 연구목표 설정 동기...17
• 1.1.3. 현행 식품 위해성 평가의 한계점과 새로운 접근 방식...18
• 1.2. 총괄 연구개발 목적...20
• 1.3. 연구개발 주요 내용 및 범위...21
• 1.3.1. 총괄 연구개발의 내용...21
• 1.3.2. 위해성 평가 대상 식품의 화학적 위해인자...21
• 1.3.3. 식품의 위해성 평가 대상 수산식품...21
• 1.3.4. 연차별 연구개발 내용 및 범위...22
• 1.4. 연구개발 추진 체계...26
• 1.4.1. 세부과제간의 연계성...26
• 1.4.2. 세부과제별 기능적 추진체계도...27
• 2. 총괄 연구개발과제의 연구 내용 및 결과...28
• 2.1. 연구방법...28
• 2.1.1. 국내 연근해 유류 유출사고 현황과 수산물 생산 현황 조사...28
• 2.1.2. 국내 유통 수산물의 PAHs 오염 환경조사와 생물농축성 연구...28
• 2.1.3. PAHs 독성 평가...28
• 2.1.4. 수산물 내의 PAHs의 독성 변화...29
• 2.1.5. PAHs의 인체 노출도 평가...29
• 2.2. 주요 연구 내용의 결과...30
• 2.2.1. 국내 연근해 유류 유출사고 현황과 수산물 생산 현황 조사...30
• 2.2.2. 국내 유통 수산물의 PAHs 오염 현황조사와 생물농축성 연구...32
• 2.2.3. PAHs 독성 평가...35
• 2.2.4. 수산물 내의 PAHs의 독성 변화...36
• 2.2.5. PAHs의 인체 노출도 평가...38
• 3. 총괄 연구과제의 연구결과 고찰 및 결론...40
• 3.1. 고찰...40
• 3.1.1. 정서적 위해성 평가의 정의...40
• 3.1.2. 식품 내의 화학적 위해 인자의 위해성 평가...40
• 3.1.3. 위험성 확인(Hazard Identification)...41
• (1) 우선관리대상 물질로서의 PAHs...41
• (2) PAHs의 생물농축성...42
• (3) PAHs의 독성 및 Reference Dose...42
• 3.1.4. 양-반응 관계 평가 (독성평가)...46
• 3.1.5. 노출도 평가(Exposure Assessment)...46
• 3.1.6. 위해도 결정 (Risk Charcterization)...50
• 3.2. 결론...50
• 4. 총괄연구개발과제의 연구성과 및 목표 달성도...53
• 5. 총괄연구개발과제의 활용계획...56
• 6. 첨부서류...57
• 표지 (제 1 세부연구개발과제 연구 결과)...58
• 1. 제1세부연구개발과제의 최종 연구개발 목표...59
• 1.1. 연구배경...59
• 1.2. 연구목적...60
• 1.3. 연구개발 범위...61
• 2. 제1세부연구개발과제의 연구대상 및 방법...63
• 2.1. 연구의 대상...63
• 2.2. 연구개발방법...63
• 2.2.1. 연구수행과정: 아래와 같은 과정을 거쳐서 연구를 수행하였다....63
• 2.2.2. 방법...63
• (1) 김 유리사상체의 배양...63
• (2) 김사상체 성장의 측정...64
• (3) 김사상체로부터 flioranthene의 추출...64
• (4) 김엽체의 배양...64
• (5) 김엽체에서의 성장의 측정...64
• (6) 실험용 굴...64
• (7) 굴의 사육의 조직의 처리...65
• (8) Nuceloside 및 uncleotide 함량 분석...65
• (9) 수용성 단백질 함량 분석...65
• (10) Glycogen 함량분석...65
• (11) 지질 과산화물가의 분석 (thiobarbituric acid 법)...66
• (12) 조피볼락의 사육...66
• (13) 사육수에서의 PAH의 추출...66
• (14) 사상체 및 배양 김 엽체에서의 PAH의 추출...66
• (15) 유통중인 김시료에서의 PAH추출...66
• (16) 굴 및 조피볼락에서의 PAH추출...66
• (17) HPLC-fluorescence detection을 이용한 PAH의 분석...67
• 3. 제1세부연구개발과제의 최종 연구개발 결과...69
• 3.1. 배양해수(PES media)에서의 PAH농도...69
• 3.2. 김사상체에서의 PAH 농축현상연구 : Fluorantene을 사용한 연구...69
• 3.2.1. Fluoranthene에 노출시킨 김 유리사상체의 fluoranthene...69
• 3.2.2. Fluoranthene에 노출시킨 김 유리사상체의 중량 변화...72
• 3.2.3. Fluoranthene에 노출시킨 김 유리사상체에 광합성 색소량...72
• 3.3. 김엽체에서의 PAH 농축현상연구 :Anthracene을 사용한 연구...74
• 3.3.1. 7℃에서 anthracene에 노출시킨 김엽체에서의 anthracene의 농도...74
• 3.3.2. 7℃에서 anthracene에 노출시킨 김엽체의 성장( 절대무게)...74
• 3.3.3. 7℃에서 anthracene에 노출시킨 김엽체의 색소함량...75
• 3.3.4. 14℃에서 anthracene에 노출시킨 김엽체에서의 anthracene의 농도...75
• 3.3.5. 14℃에서 anthracene에 노출시킨 김엽체의 성장(절대무게)...76
• 3.3.6. 14℃에서 anthracene에 노출시킨 김엽체의 색소함량...76
• 3.3.7. 21℃에서 anthracene에 노출시킨 김엽체에서의 anthracene의 농도...76
• 3.3.8. 21℃에서 anthracene에 노출시킨 김엽체의 성장(절대무게)...77
• 3.3.9. 21℃에서 anthracene에 노출시킨 김엽체의 색소함량...77
• 3.4. 유통중인 김시료에서의 PAH 잔류량 분석...78
• 3.5. 굴에서의 PAH 농축현상연구 : Anthracene을 사용한 연구...79
• 3.5.1. 폐사율...79
• 3.5.2. 조직내 anthracene의 농축량...79
• 3.5.3. 생화학적 변수의 변화...82
• (1) Nucleoside 및 nucleotid, RNA,DNA 함량변화...82
• (2) 수용성 단백질과 glycogen 함량...83
• (3) 지질 과산화물 함량의 변화...83
• 3.6. 현장 및 시중에서 채취한 굴 중의 PAHs 잔류량...85
• 3.7. 조피볼락에서의 PAH 농축성 연구: Anthracene을 사용한 연구...86
• 3.7.1. 조피볼락에서의 실험실적 노출시 anthracene의 농축도...86
• 3.7.2. 유통중인 조피볼락에서 15종 PAH 잔류량 분석...88
• 4. 제1세부연구개발과제의 연구결과 고찰 및 결론...92
• 5. 제1세부연구개발과제의 연구성과 및 목표달성도...97
• 6. 제1세부연구개발과제의 활용계획...98
• 6.1. 연구종료 2년후 예상 연구성과...98
• 6.2. 연구성과의 활용계획...98
• 7. 참고문헌...99
• 표지(제2세부과제)...103
• 1. 제 2 세부연구개발 과제의 최종연구개발 목표...104
• 1.1. 연구배경...104
• 1.2. 연구목적...105
• 1.3. 연구개발 내용 및 범위...107
• 2. 제 2 세부연구개발 과제의 연구대상 및 방법...108
• 2.1. Microtox 독성 평가 기법에 의한 대표적 PAH의 급성 독성 평가...108
• 2.2. Mutatox 독성평가 기법 확립 및 대표적 PAH 의 유전독성 평가...108
• 2.3. 세포배양 기법에 의한 대표적 PAH의 세포독성 평가...109
• 2.4. PAH에 강제 노출시킨 수산물(생물체)로 부터 PAH류 추출 및 복합독성 평가...109
• 2.5. 수산물 섭취량 조사...109
• 2.6. 인체의 노출도 평가...109
• 3. 제 2세부연구개발과제의 최종 연구개발 결과...110
• 제 1 편. PAHs에 의한 해양 오염과 수산물 오염...111
• 제 I 절 PAHs의 오염원과 환경보건 문제...111
• 1.1. 해양 환경내 잔존하는 PAHs의 주요 오염원...111
• 1.2. 유류의 해상 유출 사고에 의한 연근해 오염...111
• 1.3. 유류 유츌로 인한 오염 해역의 인체 보건학적 문제...113
• 1.4. 유류내 주요 독성 물질인 PAHs의 생태 독성...116
• 제 II 절. PAHs의 특성 및 생물 농축...121
• 2.1. PAH의 해양 환경내 거동...121
• 2.2. 해양 생물체의 PAHs 생물학적 이용도...121
• 2.3. 해양 생물체의 PAHs 흡수, 대사 및 배설...122
• 2.4. PAHs의 생물학적 축적(Bioaccumulation)과 생물학적 농축 (Bioaccumulation)...124
• 제 2 편 PAHs의 독성 평가 연구...126
• 제 III 절. PAHs의 급성 독성과 혼합 독성...126
• 1. 서론...126
• 2. 연구수행 방법...127
• 가. Microtox bioassay 기법을 이용한 PAH류의 급성 독성 평가...127
• 나. Microtox bioassay--$2^{3}$ Factorial Experimental Design 기법을 이용한 세가지 PAH 복합물물의 혼합독성 평가...128
• 3. 연구수행 내용 및 결과...129
• 가. 연구내용...129
• 나. 연구결과...130
• 1.Microtox bioassay 기법의 Quality Assurance/Quality Control(QA/QC)...130
• 2.Microtox bioassay에 의한 DMSO 독성 평가...130
• 3.Microtox bioassay에 의한 PAH EC50 결정...137
• 4.Microtox bioassay에 의한 PAH Dose-Response Relationship...141
• 5.Microtox bioassay-$2^{3}$ Factorial Experiment...147
• 4. 요약 및 결론...151
• 제 IV 절. 수산물 내 잔류 PAH류의 독성 평가 연구...152
• 가. 서론...152
• 나. 재료 및 방법...152
• 다. 결과 및 고찰...153
• 1. 김 가공 과정에 따른 김 추출액의 독성 변화...153
• 2. 현장에 이식하였던 생물농축기액내 PAHs 함량과 Microtox 독성...154
• 제 V 절. 대표적 PAHs의 유전독성 연구...158
• 가. 서론...158
• 나. 재료 및 방법...158
• 다. 결과 및 고찰...159
• 제 3 편 PAHs 노출도 연구...161
• 제 VI 절. 조간대에 이식한 패류의 PAH류 생물축적 연구...161
• 가. 서론...161
• 나. 재료 및 방법...161
• 다. 결과...165
• 라. 토론...173
• 마. 요약 및 결론...174
• 제 VII 절 수산물 섭취량 조사(부제: 여수지역 주민의 수산물 섭취량 간이조사)...175
• 1. 서론...175
• 2. 연구방법...175
• 3. 연구결과...176
• 4. 향후 연구 계획 및 정량적 노출량 평가를 위한 제안...177
• 제 VIII절. PAHs 인체 노출량 평가 연구...178
• 가. 서론...178
• 나. 연구방법...178
• 다. 연구 결과...180
• 라. 요약 및 결론...181
• 4. 제2세부연구개발과제의 연구결과 고찰 및 결론...183
• 5. 제2세부연구개발과제의 연구성과 및 목표달성도...184
• 6.제2세부연구개발과제의 활용계획...185
• 7. 참고문헌...186
• 표지(제3세부연구개발과제 연구결과)...189
• 1. 제3세부연국개발과제의 최종 연구개발 목표...190
• 2. 제3세부연구개발과제의 연구대상 및 방법...191
• 2.1. PAH용액의 제조...191
• 2.2. 자외선 조사에 의한 PAH의 독성변화...191
• 2.3. 수산물 가공중 독성변화...191
• 2.4. PAHs의 1상 효소계 유도능 측정...191
• 2.5. PAH에 의한 김의 오염 및 건조 김의 제조...192
• 2.6. 오염 김 시료로부터 flouranthene의 추출...192
• 2.7. Fluoranthene의 함량 측정...193
• 2.7.1. 김 시료에의 PAH 추출 및 cleanup...193
• 2.7.2. HPLC-fluorescence detection...193
• 2.8. PAH로 오염된 김 시료 추출물의 세포독성 및 photoinduced cytotoxicity...193
• 2.9. PAH로 오염된 김으로부터 오염성분의 제거...193
• 2.10. PAH의 위해성 감소 방안 연구...194
• 2.10.1. 광조사에 의한 PAH의 독성완화 효과...194
• 2.10.2. 식품성분에 의한 PAH의 독성완화효과...194
• 3. 제3세부연구개발과제의 최종 연구개발결과...195
• 3.1. PAH의 세포독성...195
• 3.2. PAH photoinduced toxicity...195
• 3.3. PAH에 의한 1상계효소 (arylhydrocarbon hydroxyase)의 변화...197
• 3.4. 김의 가공 및 전처리과정 중 fluoranthene의 농도 변환...198
• 3.5. 김의 가공 및 전처리 단계의 추출물이 1상효소계에 미치는 영향...199
• 3.6. Fluoranthene으로 오염된 김의 가공 및 전처리 단계의 추출물이 나타내는 독성 및 phototinduced cytotoxicity...200
• 3.7. Fluoranthene으로 오염된 김의 수세과정 중 함량 변화...202
• 3.8. 현장김시료 추출물이 나타내는 photoinduced cytotoxicity...203
• 3.9. PAH의 생체에 대한 독성 완화 방법...209
• 3.9.1. PAH의 광변형...209
• 3.9.2. 독성물질 대사 효소계 modulator가 PAH의 세포독성에 미치는 영향...212
• 4. 제3세부연구개발과제의 연구결과 고찰 및 결론...217
• 5. 제3세부연구개발과제의 연구성과 및 목표달성도...219
• 6. 제3세부연구개발과제의 활용계획...220
• 6.1. 연구종료 2년후 예상 연구성과...220
• 6.2. 연구성과의 활용계획...221
• 7. 참고문헌...221
• 부록...223