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미생물이야기 아플라톡신은 누룩곰팡이의 일종인 Aspergillus flavus와 A. parasiticus가 주로 생산하는 독소이다.
2013-08-08 12:11:16
이엠생명과학연구원

곰팡이는 미생물의 일종으로서 균류(菌類)에 속한다. 미생물(微生物)의 ‘미(微)’는 ‘매우 작다’는 뜻으로, 생물의 분류에 대한 연구가 미흡하였던 시기에 눈으로 볼 수 없는 0.1mm 이하의 작은 생명체를 의미하는 말이었다. 그러나, 요즘은 크기보다는 유전적 특징이나 번식방법, 영양섭취 방법 등에 따라 분류하여 눈으로 확인할 수 있는 충분한 크기의 생물도 미생물로 불리던 것과 같은 종류로 분류하며, 보통 바이러스(Virus), 세균(Bacteria), 균류(Fungi), 원생동물(Protozoa), 조류(Algae) 등으로 나눈다.

바이러스는 지름이 0.02~0.25㎛ 정도로서 전자현미경을 사용하지 않으면 볼 수 없을 정도로 작은 크기이며, 생물과 무생물의 중간적 존재이다. 자신의 유전정보를 간직한 핵산(DNA 또는 RNA)과 소수의 단백질만을 가지고 있으며, 독자적으로는 살아갈 수 없고 다른 생물의 세포에 기생하여 증식을 한다.

세균(細菌)의 크기는 0.5㎛~0.5mm 정도로서 일반적으로 세포 하나로 구성되어 있으며, 고등생물에서 보이는 핵막이나 미토콘드리아, 엽록체 같은 것은 가지고 있지 않다. 지구상 생명체 중에서 가장 많이 번성하여 대기 중이나 흙, 물에도 존재하고, 다른 생물의 몸 속에서 살기도 한다. 보통 미생물이라고 할 때는 주로 세균을 지칭하는 것이다.

원생동물(原生動物)은 하나의 세포로 구성된 동물로서 크기는 2㎛ 정도의 작은 것에서부터 약 5cm에 이르는 것까지 다양하다. 고등동물이 서로 다른 세포들이 유기적인 관계를 이루어 하나의 생명체를 이루고 있는데 비하여 원생동물은 하나의 세포 안에 분화된 세포기관을 지니고 있어 다양한 생활 기능을 수행한다.

조류(藻類)는 물 속에 살며 광합성을 하는 식물을 총칭하는 이름으로서, 크기는 식물성 플랑크톤과 같이 2~3㎛에 불과한 것에서부터 김이나 미역과 같이 상당히 큰 것까지 다양하다. 고등식물의 특징인 뿌리, 줄기, 잎 등이 발달하지 않았다.

균류(菌類)는 일반 식물처럼 광합성을 통하여 영양분을 만들어내지 못하므로 다른 생물의 사체(死體)나 살아있는 몸에서 영양분을 흡수하여 살아간다. 대부분 균사(菌絲)라고 하는 가늘고 긴 실 모양의 세포로 이루어져 있고 효모, 곰팡이, 버섯 등이 이에 속한다. 효모(酵母)는 단세포성 균류로 출아법(出芽法)으로 번식하는 특징이 있고, 곰팡이는 포자낭(胞子囊)에서 생성되는 포자(胞子, spore)를 통하여 번식하며, 버섯은 갓처럼 생긴 자실체(子實體)를 형성하고 여기서 포자가 생겨나와 번식하게 된다.

곰팡이는 지구상 어디에나 존재하며 인간의 생활과 밀접한 관계를 맺고 있다. 각종 물질을 변질시키거나 부패시키는 유해한 것이 있는가 하면 김치, 장류(醬類), 치즈 등의 발효식품을 제조하거나, 의약품이나 공산품의 원료를 생산하는 등 유익한 것도 있다. 때로는 독소(毒素)를 생성하여 질병을 가져오기도 하는데, 곰팡이가 생성하는 곰팡이독(미코톡신, mycotoxin)은 현재까지 300여 종이 발견되었으며, 그 중에서 사람의 건강에 나쁜 영향을 끼치는 것은 약 20종으로서 대표적인 것으로는 아플라톡신(aflatoxin), 파튤린(patulin), 시트리닌(citrinin), 오크라톡신(ochratoxin), 제랄레논(zealalenone) 등이 있다.

아플라톡신은 누룩곰팡이의 일종인 Aspergillus flavus와 A. parasiticus가 주로 생산하는 독소로서 현재까지 B1, B2, G1, G2, M1, M2, H, L, P1, Q 등16종의 이성질체가 알려져 있다. 그 중에서 아플라톡신 B1은 지금까지 발견된 천연물질 중 가장 강력한 발암물질로서 간, 신장, 허파, 피부 등에 암을 유발하며, 특히 간에 치명적이어서 간염, 간경화, 간암을 유발한다. 아플라톡신B1은 발생빈도와 독성 측면에서 가장 위해도가 높기 때문에 보통 곰팡이독이라 하면 아플라톡신B1을 떠올리게 되며, 일반적으로 아플라톡신이라고 하면 아플라톡신B1을 의미한다. 아플라톡신M1의 ‘M’은 독소의 유래가 우유(milk)임을 의미하며, 아플라톡신B1에 오염된 사료를 먹은 젖소의 대사산물이다. 아플라톡신M1이 포함된 우유를 생산하는 젖소라도 오염된 사료의 급여를 중지하면 3~4일 후부터는 아플라톡신M1이 없어진다. 우리나라의 경우 우유류에서의 아플라톡신M1 허용기준은 0.5μg/kg(ppb) 이하로 규정하고 있다.

아플라톡신은 모든 식품에서 발견될 수 있으나 곡류, 두류, 견과류 등에서 자주 발견되며, 특히 땅콩과 콩에서 주로 발견된다. 아플라톡신은 1960년 영국 스코틀랜드 동남부에 있는 한 농장에서 10만 마리 이상의 칠면조가 급사한 원인을 추적하는 과정에서 발견되었다. 처음에는 원인을 몰라서 ‘칠면조X질병(turkey X disease)’이라고 불렀으며, 사료공장에서 사용한 브라질산 원료땅콩에 증식한 곰팡이가 원인일 것으로 추정하였다. 그 후 1962년 ‘아스페루길루스 플라부스(A. flavus)’가 생성한 독소(toxin)가 원인으로 판명되었으며, 이 곰팡이의 이름을 따서 ‘아플라톡신(aflatoxin)’이라고 명명하였다. 아플라톡신의 발견 이후 세계적으로 곰팡이독에 대한 연구가 본격화되었다.

아플라톡신이 주목을 끌자 우리나라에서는 메주의 발암성 문제가 큰 논란거리가 된 일이 있었다. 개량메주는 삶은 콩에 A. oryzae 또는 A. sojae와 같은 곰팡이(種麴)를 접종하여 발효시키므로 아플라톡신이 생성될 위험이 없으나, 재래식 메주는 콩을 삶은 후 덩어리로 뭉쳐서 자연에 존재하는 미생물로 발효하기 때문에 A. flavus가 증식할 수 있으며, 아플라톡신이 생성될 수 있기 때문이다. 1969년 미국 타임(Time) 잡지가 한국의 된장에서 A. flavus가 검출되었다고 보도하여 된장이 암의 원인식품으로 의심받게 되었다.

그러나, 이 기사에 영향을 받아 재래식 메주에 관심을 갖고 지속적인 연구를 한 부산대 박건영 교수의 논문에 의하면 재래식 메주는 취급만 잘 하면 아플라톡신의 위험은 없고 오히려 항암작용이 있다는 것이 밝혀졌다. 박 교수의 연구에 의하면, 재래식 메주 발효의 핵심 미생물은 Bacillus subtilis, A. oryzae 등이며 아플라톡신을 생산하는 A. flavus는 이들에 비하여 경쟁력이 약하여 번식하기 어렵다고 한다. 또한 소량 생성되는 아플라톡신도 수 개월 동안 숙성시켜 된장을 담그는 과정에서 다른 미생물에 의해 분해된다고 한다. 그리고, 햇빛이나 재래식 된장을 숙성시킬 때 사용하는 숯에 의해서도 아플라톡신이 제거되는 효과가 있다고 한다.

실제로 우리 민족이 오래 전부터 된장을 먹어왔으나 아플라톡신에 중독된 사례는 보고되지 않았다. 그러나, 메주나 된장에서 아플라톡신이 검출된 사례는 종종 있었다. 1977년 대도시에서 판매되고 있는 메주 및 된장에서 아플라톡신이 검출되었다는 보고가 있었고, 1996년 식약청에서 조사한 결과에서도 전남 진도에서 생산된 된장과 서울에서 판매되는 메주에서 아플라톡신이 검출되었다. 식약청의 그 후의 조사에서도 된장, 고추장, 수입 고춧가루 등에서 아플라톡신이 발견되어, 종전까지 곡류, 두류, 견과류 등에만 10μg/kg 이하로 허용기준을 두던 것을 2007년 12월부터 된장, 고추장 및 고춧가루에까지 확대하여 적용하게 되었다. 높은 온도(약 25℃)에서 잘 자라는 A. flavus의 성장을 최소화하기 위하여 메주를 발효시키거나 된장을 숙성시키는 기간 동안 가능한 한 0℃~10℃ 정도의 저온으로 유지하는 것이 좋다고 한다.

아플라톡신은 강산 및 강알칼리로는 분해되지만 열에 대하여는 안정하여 270~280℃ 이상으로 가열하지 않으면 분해되지 않기 때문에, 가공식품 특히 땅콩 및 견과류를 원료로 사용한 가공식품에서는 아플라톡신이 종종 검출된다. 2007년 10월 국회의 국정감사에서 일본에 수출한 국산 땅콩강정에서 아플라톡신이 기준치(10ppb)를 초과한 양이 검출되어 전량 폐기된 사실이 밝혀졌고, 이에 따라 어린이들이 간식으로 많이 섭취하는 땅콩강정, 한과류 등의 안전관리가 필요하다는 여론이 형성되었다. 이에 따라 식약청에서는 2007년 9월 땅콩 및 견과류가 함유된 과자류에 대하여 아플라톡신을 10μg/kg 이하로 하는 기준을 마련하여 입법예고 하였으며, 2008년 1월부터 적용되었다. 종전까지는 땅콩 및 견과류 가공품에 대하여만 10μg/kg 이하로 관리하고 있었다.

파튤린은 Penicillium patulum, P. expansum, P. griseofulvum, A. clavatus, Byssochlamys nivea 등의 곰팡이에 의해 생성된다. 사과, 배, 포도, 복숭아 등 과일의 상한 부분이나 이들로 가공된 음료에서 발견되며, 특히 사과의 상한 부분에서 가장 흔히 발견된다. 그러나, 알코올성 과일음료나 과일식초에서는 발견되지 않아 발효에 의해 이 독소가 파괴되는 것으로 짐작된다. 파튤린은 아플라톡신보다 앞선 1952년 젖소 집단사망의 원인물질로 처음 발견되었으며, 신경조직과 소화기관에 나쁜 영향을 미치고 DNA 손상, 면역억제작용 등의 독성이 있는 것으로 알려져 있다. 우리나라에서는 다른 여러 국가와 마찬가지로 사과주스에 대하여만 50μg/kg 이하의 허용기준을 설정하고 있다.

시트리닌은 곰팡이독 중 가장 먼저 1931년에 처음 발견된 황색의 유독색소로서, Penicillium citrinum, P. viridicatum, A. niveus 등의 곰팡이에 의해 생성되며, 이들 곰팡이는 주로 건조가 덜 된 곡물에 잘 자란다. 시트리닌은 요세관(尿細管)에서의 수분 재흡수를 저하시켜 소변의 양을 증가시키는 등 주로 신장(腎臟)에 장애를 유발하는 것으로 알려져 있다. 종전까지는 규제가 없었으나, 2007년 12월부터 고추장 및 향신료조제품(다대기) 등에서 검출되지 않을 것이 규격으로 신설되었다. 이는 이들 제품을 만들 때 품질이 떨어지는 고춧가루를 사용하면서 색깔을 좋게 하기 위하여 홍국색소를 사용하는 일이 있어, 홍국색소 사용을 금지하면서 함께 규제하게 된 것이다. 홍국색소란 Monascus purpureus, M. anka 등의 홍국균(紅麴菌)이 만들어내는 색소로서 적색과 황색이 있다. 이때 홍국균은 주로 쌀에 배양하며, 유해 곰팡이에 오염된 오래된 쌀을 원료로 사용할 경우 시트리닌이 검출될 수 있다.

오크라톡신은 1965년 A. ochraceous의 대사산물에서 처음 발견되었으며, 그 후 A. sulphureus, A. melleus, P. viridicatum, P. palitans 등의 곰팡이도 오크라톡신을 생성하는 것이 확인되었다. A, B, C 등 17종이 있으며, 그 중에서 오크라톡신A가 독성이 가장 강하고, 일반적으로 오크라톡신이라 하면 오크라톡신A를 말한다. 오크라톡신A는 세계보건기구, 국제암연구소 등에서 발암가능물질로 분류하고 있으며, 신장 및 간장에 치명적인 손상을 주는 것으로 알려져 있다. 오크라톡신을 생성하는 곰팡이는 곡류, 견과류 및 육류, 커피, 빵, 건어물 등에서 검출되며, 특히 보리의 오염 가능성이 높다. 우리나라에서는 아직 오크라톡신이 발견된 사례가 없고 허용기준도 없으나 프랑스, 스위스, 오스트리아, 덴마크 등에서는 곡류에 대하여 5-50ppb의 허용기준을 설정하여 규제하고 있다.

제랄레논은 1962년 처음 발견되었으며, Fusarium graminearum, F. culmorum 등의 곰팡이가 생성하는 독소이다. 이들 곰팡이는 건조가 불충분한 옥수수, 맥류(麥類) 등에서 주로 검출된다. 우리나라에서는 1998년 수입산 옥수수에서 최대 60ppb가 검출되었으며, 경남지방에서 수확된 보리에서 112~625ppb 수준으로 검출되었다는 보고가 있다. 국립독성과학원에서 최근(2007.10) 발표한 자료에 따르면, 한국인 401명을 대상으로 한 실험에서 혈액은 18개 시료에서 1.4~14.1ng/ml(ppb), 소변에서는 12개 시료에서 2.3~47.2ng/ml의 제랄레논이 검출되었다고 한다. 제랄레논은 여성호르몬의 일종인 에스트로겐과 비슷한 성질을 가지고 있어 생식기능 장애와 불임, 유산 등을 유발한다. 국내에는 아직까지 제랄레논의 허용기준이 설정되어 있지 않으며, 유럽의 여러 나라에서는 30~1,000ppb 정도의 최대허용치를 설정하고 있다.

곰팡이는 자연 환경 중에 널리 존재하고 온도, 습도 등의 조건만 맞으면 급속히 번식하기 때문에 WHO나 FAO 같은 국제기구에서는 식품의 안전성 문제에 있어서 식품첨가물이나 잔류농약보다 곰팡이독의 위험이 더 큰 것으로 논의되고 있다. 또한 일단 생성된 곰팡이독은 일반적인 가공, 조리시의 열처리 정도로는 파괴되지 않기 때문에 곰팡이독에 오염된 농산물이나 이를 사료로 섭취한 가축을 원료로 한 가공식품에도 이전되게 되며, 곰팡이가 눈에 보이지 않아도 곰팡이독에 오염되어 있을 수 있다. 식품 중의 곰팡이독을 제거하는 효과적인 방법은 현재로서는 없기 때문에 오염된 식품을 섭취하지 않는 것이 최선이다.

예방적 차원에서는 곡류, 견과류 등의 농산물이나 식품 등에 곰팡이가 번식하지 않도록 하는 것이 중요하다. 곰팡이가 잘 자라는 조건은 종류에 따라 다르기는 하나 일반적으로 적당한 온도와 습도가 필요하다. 따라서 식품 등은 습기가 차지 않는 서늘한 곳에 보관하고, 마른 용기에 넣어 밀봉상태로 보관하는 것이 좋다. 곰팡이독은 일부 곰팡이에서만 생성되는 2차적인 대사산물이므로 눈에 보일 정도로 곰팡이가 피었다고 반드시 곰팡이독이 존재하는 것은 아니다. 또한 지속적으로 곰팡이독에 오염된 식품을 먹지 않으면 서서히 분해되어 체외로 배출되므로 FAO/WHO 합동 식품첨가물전문가위원회(JECFA)에서도 아직까지 잠정주간섭취허용량(PTWI)을 설정하지 못하고 있다. 현재까지 우리나라에서 곰팡이독이 문제가 되어 질병이 생긴 사례는 없으므로 지나친 우려를 할 필요는 없다.




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