Distribution of Foreign Mineral Materials and Heavy Metals Contained in Herbal Medicines, and Effect of Washing

한약재에 함유된 광물성이물과 중금속의 분포 및 수세효과

Abstract

This study was conducted to investigate the content of foreign mineral materials and heavy metals (Pb, As, Cd, Hg) contained in commercial herbal medicines (1504 samples) classified by parts used, and the effect of removing heavy metals by washing treatment (take 50 g of the sample and put 1000 ml of distilled water, shake it gentle by hand for 1 min). The 5% trimmed means of acid-insoluble ash value (%) were as follows; above ground parts (0.76) and underground parts (0.52). Those of the total amount of individual heavy metals value (mg/kg) were as follows; caulis (1.33), flos (1.23), herba (0.91), cortex (0.76), rhizoma (0.73), radix (0.67), semen (0.44) and fructus (0.39). Acid-insoluble ash content was correlated with Pb in herbal medicines of underground parts (r=0.446) (p<0.01). After washing, the removal rate of heavy metals contained in 6 radix herbal medicines shows 33-13% respectively.

재료 및 방법

한약재료 −서울시 동대문구 약령시장에서 유통되는 한약재를 포장단위로 구매한 시료는 본 연구원 관능검사위원으로 위촉된 중앙약사심의위원회의 동국대학교 한의과대학 이제현교수와 서울대학교 약학대학 지형준명예교수가 대한민국약전8) 및 대한민국약전외규격집9)의 성상 기준에 따른 기원, 약용부위, 형상, 이물혼입, 명칭 오류 등을 감정하였다. 약용작물에 대한 명칭과 분류는 약재의 성질과 효능을 파악하는데 중요한 자료가 되며 형태, 산지, 효능, 색채, 약용부위 등으로 분류할 수 있다.16) 본 연구에서는 1504건(84품목)의 시료를 약용부위에 따라 줄기, 표피, 꽃, 과일, 씨, 잎의 지상부위 539건(40 품목)과 뿌리, 뿌리줄기의 지하부위 965건(44품목)로 각각 분류하였다(Table I). 모든 시료는 규격품이고 포장상태가 양호하였고, 증류수로 세척한 분쇄기(DA-280, DaeSung, Seoul, Korea)에서 포장단위로 분쇄 후 50호(300 μm)체로 쳐서 기밀용기에 넣고, 본 검사소 냉장고에 보관하며 실험하였다.

Table I.1)Number of items (Total number of analyzed samples)

회분, 산불용성회분 −회분은 무게를 알고 있는 도가니에 시료 2 g을 넣고 가열 후 550℃에서 약 4 hr 이상 강열하고 식힌 후 무게를 함량(%)으로 하였다. 산불용성회분은 회화한 도가니에 10% 염산 25 ml를 넣고 5 min 가온 후 정량용 여과지(No. 5A, Toyo, Japan)으로 여과하고 잔류물은 뜨거운 증류수로 씻은 뒤 건조, 회화하여 함량(%)을 계산하였다.

중금속 −납, 비소, 카드뮴의 분석에는 극초단파시료전 처리장치(MARS 5 Version 194A01, CEM, NC, USA)을 이용하였다. 분해용기에 시료 0.5 g을 정밀하게 넣고 질산(70%, Electronic grade, DongWoo, Seoul, Korea) 12 ml가하여 가스를 방출하고 밀폐 후 1200W에서 15 min, 190℃까지 상승시키고 15 min 분해하였다. 이를 실온까지 식힌 후 탈기하고, PE재질의 플라스크에 증류수제조장치(MQ Gradient, Millipore, MA, USA)에서 제조한 증류수(18.2MΩ)를 넣어 여과하여 50 g으로 희석하여 시험액을 제조하였다. 분석은 Octapole reaction system(ORS)이 부착된 ICP-MS(Agilent 7500ce, Agilent, Tokyo, Japan)를 사용하였으며, 검량선은 multi-element calibration standard 2A(8500-6940, 10 μg/mg, Agilent, Tokyo, USA)을 시험용액과 비슷한 농도의 표준용액으로 작성하였으며, 시험액과 공시험액을 함께 분석하여 함량(mg/kg)을 구하였다. 그리고 기기상태 및 외부오염으로 인한 분석오차는 표준시험방법서(SOP)에 따라 일정시료의 분석주기마다 표준용액(10, 100 μg/kg)으로 확인하였다. 수은의 분석은 시료 50 smg을 정밀하게 달아 수은분석기(Model MA-2, Nippon. Japan)를 사용하여 가열기화금아말감법으로 253.7 nm에서 분석하였다. 검량선은 원자분광분석용 수은 표준용액(25828-1B, 1,000 mg/kg, kanto, Japan)을 0.001% L-cysteine(98%, Sigma, St. Louis, USA)으로 조제하여 사용하였고, 첨가제는 HG-MHT, HG-BHT(Nippon, Japan)을 사용하였다. 무기성분들을 동시에 분석하기 위한 분해효율 및 측정감도를 비교하는 방법으로 표준인증물질을 이용하였다. 인증물질은 Institute of Standard and Technology의 Peach Leaves(1547)를 분석시료와 동일한 조건에서 3개 이상의 시료를 분석하여 시험결과를 토대로 각 원소의 회수율, 표준편차 그리고 변동계수를 구하였다. 검출한계(LOD)와 정량한계(LOQ)는 반응의 표준편차와 건량선의 기울기에 근거하는 방법에 따라 표준용액을 5회 반복측정하여 평균값으로 검량 y를 작성하여 다음의 식에 따라 계산하였다. 표준시료는 서울시보건환경연구원 강북농수산물검사소에 보관되어있다.

LOD=3.3×σ/S, LOQ=10×σ/S (σ: 반응의 표준편차, S: 검량선의 기울기)

수세처리 −수세 1; 시료 50 g과 증류수 1000 ml를 깨끗한 PE재질의 용기에 넣고 손으로 1 min 진탕 후 채로 걸러서 건조기(50℃)에서 24 hr 건조하였다. 수세 2; 수세 1을 3회 반복하였다.

중금속 제거율(%) = [(수세 전 중금속 −수세 후 중금속)/수세 전 중금속]×100

통계분석 − SPSS 통계프로그램(version 12.0 KO, SPSS Inc., Chicago, IL, USA)을 이용하여 약용부위에 따른 5% 절삭평균(trimmed mean), 상자도표(box plot) 그리고 상관계수 구하였고, 이들 값은 ANOVA 분석 후 Duncan’s test(p<0.05)을 실시하여 유의성을 검증하였다.

 

결과 및 고찰

회수율 검정 −표준인증물질을 이용하여 측정한 회수율은(%) 납 90.8, 비소 100.5, 97.3, 수은 96.1이었다. 납, 비소, 카드뮴의 검량선은 0.5-100 μg/kg 농도에서 R2는 0.9992-0.9999으로, 수은은 0.5-20 μg/kg에서 0.9994로 양호한 직선성을 보였다. 또한 납, 비소, 카드뮴, 수은의 검출한계는 0.036, 0.011, 0.020, 0.009 μg/kg, 정량한계는 0.108, 0.034, 0.064, 0.026 μg/kg으로 이는 고시에 따른 식물성 생약의 개별중금속 기준보다 훨씬 낮은 값으로 분석결과에 타당성이 있었다(Table II).

Table II.1)Measured ICP/MS and mercury analyzer 2)Mean values obtained from three measurements 3)Coefficient of variation = (standard deviation/mean value)×100 (n=3) 4)Limit of detection (LOD) = 3.3×σ/S, Limit of quantitation (LOQ) = 10×σ/S(σ: the mean standard deviation, S: the individual slope)

약용부위별 함량 −회분, 산불용성회분, 중금속의 함량은 극단적인 결과값의 영향을 줄이기 위하여 양쪽에서 5%씩 제거한 절삭평균을, 이들의 분포는 변수를 통계량으로 보여주는 상자도표를 이용하였다. 회분, 산불용성회분의 함량(%)은 지상부위(6.31, 0.76)가 지하부위(4.43, 0.52)보다 많았고, 상자도표에서 이들의 범위도 지상부위가 지하부위보다 넓었다(Table III, Fig. 1). 특히 표피(6.53, 1.02), 잎(8.70, 0.83)에서 많았다. 즉 약용작물의 수확 및 가공과정에서 선별되지 않은 이물의 혼입될 가능성이 지상부위 한약재에서 높은 것으로 생각한다. 김 등17)은 산불용성회분에 대한 개별기준을 초과 가능성이 있는 약재에는 지상부위의 목적, 구맥, 포공영, 몰약이라고 보고하였고, 박 등18)은 자연상태에서 재배되는 약용작물은 물로 세척하면 한약재료에 함유된 광물성이물은 감소하나, 유효성분이 추출되어 빠져나가지 않도록 짧은 시간에 끝내야 한다고 하였다. 전체시료에서 중금속 함량(mg/kg)은 납 0.39, 비소 0.20, 카드뮴 0.09, 수은 0.008으로 납의 검출이 높았다(Table III). 약용부위에 따른 중금속들의 함량을 더한 값은 줄기에서 높았고 꽃, 잎, 표피, 뿌리줄기, 뿌리, 씨, 과일 순이었다. 정 등19)의 연구에서는 줄기 > 잎 > 꽃 > 표피 > 뿌리 > 뿌리줄기 > 열매 > 버섯 > 씨 순으로, 공통적으로 지상부위의 꽃, 잎, 줄기, 표피에서 중금속 함량이 많았고, 토양과 직접 접촉하지 않는 과일, 씨에서는 낮았다. 납의 경우, 지상부위는 0.48으로 지하부위 0.34 보다 함량의 분포가 넓었다(Fig. 1). 정 등19)은 지상부위 한약재에서 납 허용기준 5 mg/kg을 초과한 시료가 많았다고 보고하였다. 비소는 지하부위 0.23으로 지상부위 0.14보다 많았고, 허용기준 3 mg/kg을 초과하는 시료는 없었다. 카드뮴은 지하부위 0.10으로 지상부위 0.07보다 많았고, 특히 줄기 0.21, 뿌리줄기 0.17에서 높았다. 수은의 검출함량은 0.007-0.014으로 모든 약용부위에서 낮았고, 허용기준 0.2 mg/kg을 초과한 시료는 없었다. 이는 김 등20)의 연구 결과와 같았다. 산불용성회분, 회분, 중금속의 상관관계는 Table IV와 같았다. 산불용성회분과 회분은 상관관계(r=0.569)가 있었고, 특히 잎(r=0.837)에서 높았으나, 줄기, 표피에서는 관련성이 없었다(p<0.01). 전체시료에서 산불용성회분은 중금속들 중 납과 상관관계(r=0.312)가 있었고, 비소, 카드뮴, 수은과는 관련성이 없었다(p<0.01). 특히 지하부위 한약재에서 상관관계가 있었다(r=0.446). 그리고 중금속들 상호간에는 상관관계가 있었다(p<0.01) (Table V).

Table III.1)The mean computed by excluding the 5% largest and 5% smallest values from the sample 2)Number of analyzed samples

Fig. 1.The box plots of total ash, acid-insoluble ash and heavy metals by the parts used, Box plot: 1) Maximum (Greatest value), 2) Upper quartile (25% of data greater than this value), 3) Median, 4) Lower quartile (25% of data less than this value), 5) Minimum (Least value).

Table IV.**p<0.01, *p<0.05, respectively NS; Not significant 1)Number of analyzed samples

Fig. 2.Comparison of content of heavy metals in herbal medicines before and after washing treatment, 1) The same lower case letters(a-c) in the same column are not significantly different at p<0.05, 2) 1st washing; take 50 g of the sample and put 1 L of distilled water, shake it gentle by hand for 1 min, 3rd washing; repeated 1st washing three times, 3) Dry the washed sample in a drying machine (50℃) for 24 hours

Table V.**p<0.01, respectively 1)Number of analyzed samples

수세효과 −한방처방에 많이 사용되는 지하부위의 당귀, 황기, 감초, 작약, 길경, 숙지황에 대하여 수세 1, 수세 2에 따른 중금속의 제거효과를 조사하였다(Table VI). 전체시료에서 원료한약, 수세 1, 2 처리 후 시료 중 중금속 함량은 Fig. 2와 같았다. 납의 함량(mg/kg)은 0.27, 0.18, 0.14, 비소는 0.12, 0.09, 0.08, 카드뮴은 0.08, 0.07, 0.06. 수은은 0.005, 0.005, 0.004으로 차이가 있었으나, 수세 1 과 2 처리간에는 중금속 함량의 유의적인 차이는 보이지 않았다(p<0.05). 시료와 수세 1, 2 처리 후 건조 시료 간에는 건조감량에서 유의적 차이가 없어 중금속 값을 보정하지 않았다(p<0.05). 즉 뿌리부위 한약재의 경우, 깨끗한 물을 이용하여 1분간 손으로 진탕 처리하는 것으로도 납 33%, 비소 25%, 카드뮴 13%을 제거할 수 있었다(Fig. 2). 한약재에 함유된 중금속을 감소하기 위하여 제조과정에서 세척이 중요하나, 물에 오래 담가두면 유효성분이 추출되어 빠져나가기 때문에 가능한 짧은 시간 안에 끝내야 할 것으로 생각한다.

Table VI.1)The same lower case letters (a-c) in the same column are not significantly different at p<0.05 2)Number of analyzed samples 3)1st washing; take 50 g of the sample and put 1 L of distilled water, shake it gentle by hand for 1 min, 3rd washing; repeated 1st washing three times 4)Dry the washed sample in a drying machine (50℃) for 24 hours

 

결 론

1504건의 유통한약재에 함유된 광물성이물과 중금속들(납, 비소, 카드뮴, 수은)의 약용부위에 따른 함량 및 수세처리(시료 50 g과 증류수 1000 ml을 용기에 넣고 1분간 손으로 진탕) 전/후의 중금속의 제거효과를 조사하였다. 산불용성회분의 5% 절삭평균(%)은 지상부위(0.76), 지하부위(0.52)으로 차이가 있었고, 중금속(mg/kg)은 줄기(1.33), 꽃(1.23), 잎(0.91), 표피(0.76), 뿌리줄기(0.73), 뿌리(0.67), 씨(0.44), 과일(0.39)의 순이었다(p<0.05). 산불용성회분은 중금속들 중납과 지하부위 한약재에서 상관관계가 있었다(r=446) (p<0.01). 뿌리부위 한약재에 대한 수세처리 전/후 비교에서, 중금속들은 각각 33-13% 감소하였다. 따라서, 유통한약재의 중금속 저감방안으로 약용작물의 수확 및 한약재 제조과정에서 오염된 토사가 혼입되지 않도록 주의하며, 특히 뿌리부위 한약재의 경우에는 적절한 수세처리 등 광물성이물을 제거하는 표준화된 선별공정이 필요하다고 생각한다.