Health Risk Assessment of Toxic Metal Accumulation in Pleurotus ostreatus Cultivated on Agricultural Residues Amended with Calcium Carbonate

기술 요약: 탄산칼슘을 첨가한 농업 잔사 기반 느타리버섯(Pleurotus ostreatus)의 중금속 축적에 따른 건강 위해성 평가

문제 제기
농업 잔사의 양이 증가하는 것은 심각한 환경적 과제를 제시하며, 이는 종종 야외 소각으로 이어져 오염과 기후 변화의 원인이 됩니다. 느타리버섯(Pleurotus ostreatus) 재배, 특히 리그노셀룰로오스 폐기물을 영양가 있는 식품으로 재활용하는 방식은 지속 가능한 방법이지만, 기질로부터 독성 중금속을 생물 농축할 수 있는 능력은 중요한 안전성 우려 사항으로 남아 있습니다. 필수 원소는 유익하지만, 카드뮴(Cd), 크로뮴(Cr), 니켈(Ni), 납(Pb)과 같은 비필수 금속은 심각한 건강 위험을 초래합니다. 나이지리아의 다양한 농업 폐기물 기질에서 재배된 버섯 소비와 관련된 구체적인 건강 위해성에 관한 포괄적인 데이터가 부족하며, 탄산칼슘과 같은 기질 첨가물이 중금속 흡수를 완화할 수 있는지에 대한 증거도 제한적입니다.

연구 방법
본 연구는 나이지리아 아베오쿠타 연방 농업 대학교의 버섯 연구소에서 통제된 환경 조건 하에 수행되었습니다.

• 기질: 네 가지 농업 잔사(벼 Straw(PS), 면화 줄기(CS), 옥수수 줄기(MS), 카사바 껍질(CP))가 사용되었습니다. 이들은 단독 및 이진 혼합물(1:1 w/w) 형태로 테스트되었습니다.
• 실험 설계: 40가지 처리 조합에 대해 완전 무작위 설계(CRD)가 채택되었습니다. 각 기질 배합물은 600g의 습윤 기질당 0, 5, 10, 15g의 네 가지 수준으로 탄산칼슘(CaCO₃)을 첨가하였습니다.
• 재배: 기질을 100°C에서 90분 동안 살균한 후, 느타리버섯 종자를 접종하고 완전히 균사체가 형성될 때까지 배양하였습니다. 자실체는 7주에 걸쳐 수확되었습니다.
• 분석: 건조된 버섯 샘량을 왕수(aqua regia)로 분해하였습니다. Cd, Cr, Ni, Pb의 농도는 원자 흡광 광도계(Atomic Absorption Spectrophotometry)를 사용하여 정량화되었습니다.
• 위해성 평가: 미국 환경보호청(USEPA) 모델을 사용하여 인체 건강 위해성을 평가하였습니다. 여기에는 추정 일일 섭취량(EDI), 표적 위해 지수(HQ), 비발암성 효과를 위한 위해 지수(HI), 발암성 효과를 위한 평생 암 발생 위험(CR) 계산이 포함되었습니다. 매개변수로는 섭취율 17g/일, 체중 60kg, 특정 노출 기간이 고려되었습니다.

주요 기여 및 결과
본 연구는 기질 조성과 탄산칼슘 보충이 재배된 버섯의 중금속 축적을 결정하는 주요 요인임을 입증했습니다.

• 중금속 축적 패턴:

  • 벼 Straw (PS): 벼 straw 기반 기질은 Cr, Ni, Pb의 농도가 일관되게 가장 높게 축적되었습니다. 처리되지 않은 PS는 가장 높은 Ni 수준(21.42 mg kg⁻¹)과 상당한 Pb 수준을 보였습니다.
  • 카사바 껍질 (CP): 카사바 껍질을 포함한 기질은 일반적으로 더 높은 카드뮴(Cd) 농도를 나타냈으며, 가장 높은 수치는 처리되지 않은 PS+CP 혼합물에서 발견되었습니다(0.90 mg kg⁻¹).
  • 옥수수 및 면화 줄기: 옥수수 줄기, 면화 줄기 및 그 혼합물을 기반으로 한 기질은 특히 CaCO₃를 첨가했을 때 낮은 중금속 축적 결과를 보였습니다.

• 탄산칼슘의 효과: CaCO₃ 보충량을 증가시킴에 따라(최대 15g), 대부분의 기질 조합에서 네 가지 금속 모두의 축적이 일관되게 감소했습니다. 이러한 감소는 기질의 pH를 높여 독성 금속의 이동성을 높이고 생물 이용 가능성을 낮추는 데 기인합니다.

• 비발암성 건강 위해성:

  • 모든 처리는 개별 금속에 대한 위해 지수(HQ) 및 누적 위해 지수(HI) 값이 USEPA 안전 임계치인 1.0 미만으로 나타났습니다.
  • Cd와 Ni가 HI의 주요 기여 요인이었습니다. 대부분의 기질(CP, MS, CS)에서 Cd가 주요 위해 요인이었습니다. 그러나 벼 straw 기반 기질에서는 Ni가 주요 기여 요인이 되었습니다.
  • 본 연구는 이러한 처리를 거친 버섯의 소비가 무시할 수 있는 수준의 비발암성 건강 위험을 초래한다고 결론지었습니다.

• 발암성 건강 위해성:

  • 평생 암 발생 위험(CR)은 기질에 따라 크게 달랐습니다. 처리되지 않은 벼 straw 및 그 혼합물(PS, PS+CP, PS+CS)은 높은 Ni 수준에 의해 주로 구동되어 가장 높은 누적 암 위험을 보였습니다.
  • Cd는 낮은 절대 농도에도 불구하고 높은 암 발생 기울기 계수(cancer slope factor) 때문에 카사바 껍질, 옥수수 줄기, 면화 줄기 기반 기질에서 주요 발암 기여 요인이었습니다.
  • 일부 처리되지 않은 기질(PS, CP, PS+CP, PS+CS)은 허용 한계인 1 × 10⁻⁴를 초과하는 CR 값을 나타냈으나, 10–15g의 CaCO₃ 보충은 이러한 위험을 실질적으로 감소시켜 많은 처리를 허용 범위(1 × 10⁻⁶ ~ 1 × 10⁻⁴) 내로 가져왔습니다.

의의 및 주장
본 논문은 적절한 기질을 선택하고 탄산칼슘으로 보충한다면 농업 폐기물을 느타리버섯 재배에 안전하게 활용할 수 있다고 주장합니다. 본 연구는 다음을 입증합니다:

1. 기질 선택의 중요성: 농업 잔물의 선택이 최종 제품의 독성 금속 프로파일을 직접 결정합니다. 벼 straw는 Ni와 Pb에 대한 높은 위험을, 카사바 껍질은 Cd에 대한 높은 위험을 초래합니다.
2. 완화 전략으로서의 탄산칼슘: CaCO₃의 첨가는 중금속 생물 이용 가능성을 줄이기 위한 간단하고 비용 효율적이며 친환경적인 전략입니다. 이는 특히 15g 보충 시 비발암성 및 발암성 위험을 모두 효과적으로 낮춥니다.
3. 식품 안전성: 석회 처리를 통해 적절히 관리될 경우, 농업 잔물을 이용한 버섯 재배는 소비자에게 심각한 건강 위험을 초래하지 않으며, 이는 지속 가능한 식품 시스템 및 폐기물 가치화 전략으로의 통합을 뒷받 p니다.

저자들은 현재의 결과가 안전한 활용을 지지하지만, 향후 연구에서 CaCO₃의 장기적인 효과, 금속 고정화의 구체적인 메커니즘, 그리고 조리 및 소화 과정 중의 금속 생체 이용률(bioaccessibility)을 조사해야 한다고 결론지었습니다.