Benzo(a)pyrene은 국제암연구소(IARC)에서 인체발암물질 group 1으로 분류되어 강력한 독성을 지니고 있는 것으로 잘 알려진 물질이다. 전 세계적으로 가공식품 및 어패류에 대한 benzo(a)pyrene의 안전사용기준 설정 및 위해도 평가 등과 같은 연구가 원활하게 이루어지고 있으나, 농산물 중 benzo(a)pyrene에 대한 안전사용기준 설정 및 위해도 평가 등의 연구는 상대적으로 미비한 실정이다.
Benzo(a)pyrene의 현행 분석방법은 속슬렛 추출법(soxhlet extraction), 초음파 추출법(ultrasonic extraction), 액-액 추출법(liquid-liquid extraction) 등이 많이 사용되고 있으나, 이와 같은 분석법은 분석에 많은 시간이 소요되며, 과량의 용매가 사용되는 문제점을 안고 있다.
본 연구는 농산물과 토양 중의 benzo(a)pyrene에 대한 신속잔류분석법을 개선하여, benzo(a)pyrene의 안전관리체계 구축에 기여하기 위하여 수행하였다. 분석대상 시료는 우리나라 국민들의 주식인 쌀과, 양념 농산물 중 다소비되는 풋고추, 홍고추를 선정하였으며, 작물을 재배하는 토양을 시료로 선정하였다.
본 연구에서는 최근 전 세계적으로 시용되고 있는 신속분석법인 QuEChERS 분석법을 활용하여 전처리법의 확립을 시도하였으며, 감도와 선택성이 우수한 GC-MS/MS, LC-MS/MS, HPLC-FLD 등 3종의 분석기기로 분석을 수행하였다.
전처리법 확립을 위해 QuEChERS 분석법 중 MgSO4, NaCl이 함유된 QuEChERS 분석 kit를 활용한 분석방법을 사용했으며, acetonitrile을 추출용매로 사용하였다. 이때의 회수율은 쌀에서 106.1±4.4%, 풋고추 93.7±2.6%, 홍고추 86.7±5.3%, 토양 88.4±4.5%이었으며 이 외의 분석방법 및 추출용매를 사용하여 분석하였을 때보다 가장 안정적인 결과를 보였다.
dSPE에 따른 간섭물질 제거효율을 평가하기 위해서 본 연구에서 확인된 신속잔류분석법에 다양한 dSPE를 사용하여 간섭물질 제거효율을 평가한 결과, 4종의 dSPE 모두 뚜렷한 간섭물질의 제거 효율은 확인하지 못하였으며, benzo(a)pyrene 분석에서 dSPE 과정은 불필요하다고 판단되었다.
현행 benzo(a)pyrene 분석법 중 추출효율이 가장 우수하다고 알려진 속슬렛 추출법과 본 연구의 신속잔류분석법을 비교한 결과, 속슬렛 추출법의 경우, 분석 시 한 샘플 당 약 16시간 이상의 시간과 300 mL 이상의 유기용매가 소요되지만, 본 연구에서 수행한 추출법에서는 20분이내의 짧은 시간과 10 mL 이하의 유기용매로 분석이 가능하기 때문에 본 연구의 신속잔류분석법은 기존의 benzo(a)pyrene 분석법을 대체할 수 있는 효율적인 분석법이라고 사료된다.
농산물 및 토양 중 benzo(a)pyrene의 신속잔류분석법에 대한 유효성의 검증결과는 4종의 시료(쌀, 풋고추, 홍고추, 토양)에서 모두 0.999이상의 높은 직선성을 확인할 수 있었다. 검출한계 및 정량한계는 모두 1 μg kg-1 수준 이하로 산출되어 1 μg kg-1 수준의 검출이 가능함을 확인하였으며, 회수율 및 반복?재현성은 85.8~111.9%, 0.6~8.7%로 산출되어 본 논문에서 수행한 분석법의 신뢰성을 확인할 수 있었다.
농산물(쌀, 풋고추, 홍고추) 및 토양 중의 benzo(a)pyrene에 대한 분석을 시행하는 경우, 본 연구에서 시행한 분석법을 활용한다면 효율적인 분석이 가능할 것으로 사료되며, 양곡창고의 화재와 산불과 같은 재해로 농산물 및 토양 중 benzo(a)pyrene이 실제로 발생할 수 있는 상황에서 benzo(a)pyrene 발생여부를 신속하게 판단함으로써 benzo(a)pyrene의 안전관리체계 구축에도 크게 기여할 수 있을 것으로 판단된다.

Benzo(a)pyrene is listed as a Group 1 carcinogen by the international agency for research on cancer (IARC) due to its strong toxicity. While many studies on the establishment of the safety use standards and risk assessment of benzo(a)pyrene in processed food, fish and shellfish have been conducted around the world, studies on benzo(a)pyrene''s safety use standards and risk assessment in agricultural products are relatively scarce.
Currently, soxhlet extraction, ultrasonic extraction, and liquid-liquid extraction techniques are widely used to analyze benzo(a)pyrene, but these techniques have some drawbacks such as time-consuming and require large volumes of solvents.
The present study aimed to contribute to the establishment of safety management of benzo(a)pyrene by examining rapid residual analysis of benzo(a)pyrene in agricultural products and soil samples. In this study, rice (one of the most essential crops), green and red pepper (extensively consumed spices), and soils from agricultural fields were selected as test samples.
In this study, the QuEChERS (Quick, Easy, Cheap, Effective, Rugged, and Safe), a popular worldwide method for rapid residual analysis, was applied to develop a pretreatment method, and analysis was conducted using GC-MS/MS, LC-MS/MS, and HPLC-FLD with excellent sensitivity and selectivity. QuEChERS kits that contained MgSO4 and NaCl were used to develop the pretreatment method, and acetonitrile was chosen as an extraction solvent. The analysis produced more stable results than other analysis methods and extraction solvents. In the results, recoveries were measured at 106.1±4.4% in rice, 93.7±2.6% in green pepper, 86.7±5.3% in red pepper, and 88.4±4.5% in soil.
Various types of dSPE were then applied to the rapid residual analysis method to evaluate the removal efficiency of interfering substances, but all of the four types of dSPE did not show distinct removal efficiency. Hence, the dSPE step in benzo(a)pyrene analysis seemed unnecessary.
The comparison between soxhlet extraction, which is known to have the highest extraction efficiency among the existing pretreatment methods, and the rapid residual analysis method of this study showed that while soxhlet extraction requires more than 16 hours per sample and more than 300 mL of organic solvent, the extraction method employed in this study could analyze samples within 20 minutes with less than 10 mL of organic solvent. Therefore, the extraction method used in this study is an effective pretreatment analysis approach that can replace the existing benzo(a)pyrene analysis methods.
The verification of the effectiveness of rapid residual analysis of benzo(a)pyrene in agricultural products and soil confirmed high linearity in all four types of samples (rice, green pepper, red pepper, and soil) at higher than 0.999. The limit of detection and the limit of quantification were all below the level of 1 μg kg-1, indicating that detection at the concentration of 1 μg kg-1 would be possible. Recovery yields and repeatability/reproducibility were 85.8~111.9% and 0.6~8.7%, respectively, confirming the reliability of the analysis method used in this study.
The analysis method presented in this study could be useful for effectively analyzing the level of benzo(a)pyrene in agricultural products (rice and pepper) and soil samples. It is also expected to significantly contribute to addressing the safety issues involving benzo(a)pyrene by rapidly detecting the presence of benzo(a)pyrene in agricultural products and soils in the event of disasters such as granary fire and forest fire.