국내 유기농산물 시장 규모는 2007년 1,719억 원에서 2018년 3,761억 원으로 증가하였고, 소비자들의 유기 인증 농산물에 대한 선호도는 증가하고 있다(Jung 등, 2019). 생산성을 중시한 관행농업에서 화학비료 및 농약의 과다 사용은 농산물의 안전성에 대한 의구심을 가져왔고, 유기농산물과 같은 친환경 농산물에 관한 관심으로 이어졌다(Lee와 Lee, 2010; Jung 등, 2019). 유기농산물의 시장 규모와 수요는 증가하고 있는 반면, 농산물 시장에 대한 소비자들의 신뢰도를 나타낼 수 있는 농식품 구매 시 국가인증제도에 대한 고려 여부에서 유기농을 포함한 친환경 인증 고려율은 2013년 74.2%에서 2017년 62.5%로 감소하였다(Jung 등, 2019). 유기농산물의 신뢰도를 높이기 위해서는 생산자 및 성분표시가 필요하다고 보고한 바 있고 소비 확대를 위해서는 유기농산물의 인증제도 개선, 가격 인하 등이 요구되고 있다(Jo와 Yoo, 2009; Jung 등, 2019). 최근 판매되는 유기농산물은 생산자 표시가 되어 있지만 유기농산물의 생산 및 유통과정에 대한 객관성과 신뢰성에는 한계가 있다. 유기농산물의 진위가 소비자로부터 의심받고 있어 이러한 문제점을 해결하기 위해서는 농산물의 유기농 인증을 과학적으로 추적할 수 있는 기술 및 연구가 절실히 요구되고 있다.

Lee와 Lee(2010)는 유기벼와 관행벼를 판별하는 방법으로 Near Infrared Reflectance Spectroscopy(NIRS)를 이용하였으나 이 방법은 유기벼와 유기쌀의 판별방법으로 적절하지 않다고 하였다. 이는 연속적인 진동에 따른 흡광에 의해 스펙트럼을 얻게 되나 작물이 합성한 단백질이 화학비료와 유기 비료 중 어떤 질소원을 사용했는지를 구분할 만큼의 상세한 정보를 제공할 수 없기 때문이라고 추론하였다.

식물체 내 질소동위원소 조성은 뿌리에 공생하는 박테리아에 의해 영향을 받아 질소의 암모니아화, 질산화, 탈질화 과정을 거치므로 대기 중의 질소동위원소에 비해 낮은 동위원소 조성을 나타내며(Gremaud와 Hilkert, 2008), 식물 생산에 사용되는 비료의 종류나 재배지의 토양 내에 분포하는 동위원소 조성에 따라 각기 다른 값을 보여주기 때문에 재배지의 식물이 화학비료를 사용하여 재배되었는지 또는 유기질비료를 사용했는지에 대한 정보를 준다고 보고한 바 있다(Bahar 등, 2008).

2020년 국내 유기농산물의 인증건수는 8,102건으로 전년대비 23% 증가하였고, 농산물 인증 취소건수는 2,479건으로 그중 대부분이 농약사용 기준위반임을 발표한 바 있다(NAQS, 2021). 유기농산물은 농약과 화학비료를 사용하지 않고 유기재배에 허용되는 물질을 양분공급 및 병해충 관리 용도와 조건에 맞게 사용하는 것으로 유기농산물의 약 10% 정도가 가짜 또는 불량 친환경 농산물로 적발되고 있다(NAQS, 2021). 유기식품의 진위는 생산단계 재배 이력 및 잔류농약 검사에 의존하고 있으며, 유기식품 금지 조건인 화학비료 사용 여부에 대한 판별은 미흡하여 유통단계에서 유기식품 진위 판별이 어려운 것이 현재의 실정으로 유기농산물 증가 추세에 따라 과학적인 유기농산물의 판별이 중요해지고 있다.

최근 동위원소를 활용한 농산물의 판별 연구는 식품 원재료의 주요 성분에 대한 동위 원소를 측정하여 상대적인 비율의 차이를 통해 판별하는 방법인 동위원소 질량분석기(Isotope Ratio Mass Spectrometer, IR-MS) 방법이 유럽연합 등 각국에서 활용되고 있다(Rossmann, 2001; Kelly 등, 2005; Aoyama 등, 2017). 동위원소를 활용한 유기농산물 판별에 관한 연구로는 질소, 산소 동위원소비를 이용하여 유기적으로 재배된 감자, 양배추, 당근의 진위판별 연구(Novak 등, 2019), 탄소, 질소, 황 동위원소비를 이용한 치커리 판별 연구(Sinkovič 등, 2020), 유기 당근 판별 연구(Magdas 등, 2018) 등이 있으나, 동위원소 분석 기술을 활용한 유기농산물 및 식품 판별에 관한 연구 자료는 그다지 많지 않다. 보다 정확한 유기농산물을 추적하기 위해서는 다양한 농산물을 대상으로 한 동위원소 분석 기술의 개발과 많은 자료의 축적이 필요하다. 현재까지 국내에서 유기농산물의 추적을 위한 동위원소 연구 자료는 일부분에 국한되어 있다(No, 2015; Oh 등, 2021; Bong 등, 2012).

따라서 본 연구에서는 소비자에게 유기농산물에 대한 신뢰를 줄 수 있는 방법을 모색하고자 질소 안정동위원소 자연 존재비(δ¹⁵N)를 이용하여 양배추, 당근, 브로콜리 등 유기 채소류와 비유기 채소류의 판별 지표로 사용할 수 있는지를 조사하였다.

실험재료

본 실험에 사용된 유기농 채소류 102점, 비유기농 채소류 88점은 3~9월경 제주지역 유기농 매장과 유통마켓에서 구입하여 사용하였다. 화학비료는 남해화학(Namhae Chemical Corp., Yeosu, Korea)에서, 유기질 비료는 자농보카시(Janong Bokashi Co., Ltd., Seogwipo, Korea) 제품을 구입하여 사용하였다. 본 연구에서 구입한 채소 시료들은 동결 건조한 후 믹서기(Blixer3, Robot-Coupe Co., Ltd., Bourgogne, France)로 분쇄하여 분말화한 후 -20°C에 보관하며 실험에 사용하였다. 분석 전에 데시케이터(Sanplatec Co., Ltd., Osaka, Japan)에서 3일 정도 보관 후 분석에 사용하였다.

안정동위원소의 분석

각 시료에 존재하는 안정동위원소 중 질소, 탄소 동위원소비를 측정하기 위해 시료 당 3회 반복하여 분석하였다. 질소와 탄소 동위원소비 분석은 각 시료를 소량 채취(1~2 mg)하여 주석 캡슐(5×8 mm)에 넣고 원소분석기(elemental analyzer)가 연결된 동위원소 질량분석기 IR-MS(Delta V, ThermoFisher Scientific Inc., Waltham, MA, USA)로 분석하였으며, 산화관과 환원관의 온도는 각각 1,020°C, 650°C로 하였고 오븐 온도는 50°C로 하였다. 동위원소분석을 위한 표준 가스로는 이산화탄소(CO₂), 질소(N₂), 헬륨(He)을 이용하였다.

탄소 및 질소 동위원소 비율의 측정을 위한 질량분석기의 조건으로 electron voltage는 80 eV, extraction voltage는 85.01%AV로 하였다. 동위원소비율의 측정방법은 표준물질 PeeDee Belemnite(PDB)의 동위원소비율에 대한 시료의 동위원소비율을 다음과 같은 식에 의해 계산된 값으로 표시하였고(Werner와 Brand, 2001), 각 샘플이 나타내는 안정동위원소비 값은 천분율(‰)로 나타내었다.

δ₁₃C (‰)＝(R_sample-R_standard)/R_standard]×10³

δ₁₅N (‰)＝[(R_sample-R_standard)/R_standard]×10³

표준물질로는 glutamic acid(δ¹³C–26.3±0.04‰, δ¹⁵N–4.52±0.1‰)를 사용하여 분석하였다.

통계분석

모든 실험은 3회 이상 반복 측정하여 결과를 평균과 표준편차로 나타내었고, 각 실험 결과에 대한 통계분석은 SPSS(Ver 21.0, Chicago, IL, USA) program을 이용하여 각 실험군 간의 유의적 차이를 독립표본 t-검정(P<0.05)으로 하였으며, 그룹 간의 상관분석은 scatter plot 그래프를 통해 검증하였다.

채소류의 질소안정동위원소 분석 결과

질소원으로 작물에 사용되는 화학비료와 유기질 비료의 질소동위원소비는 Table 1과 같다. 대기 중의 질소는 경질소(δ¹⁴N)가 99.63%, 중질소(δ¹⁵N)는 0.36%로, 화학비료의 질소동위원소비(δ¹⁵N)는 대기 중의 질소를 화학반응에 의해 생산하기 때문에 공기의 조성과 거의 같아 0‰에 가까운 분석치를 나타낸다(Ko 등, 2005; Lim 등, 2010). 반면, 가축분뇨 퇴비 등의 유기질 비료는 상대적으로 질량이 가벼운 δ14N이 δ¹⁵N보다 질소의 생물학적 반응이 빠르게 이용되거나 암모니아 휘산에 의해 소실되기 때문에 δ¹⁵N이 농축되어 δ¹⁵N의 값이 10‰ 이상의 값을 가지는 것으로 보고되었다(Choi, 2005; Ko 등, 2005). 본 연구에서 분석한 화학비료인 요소비료와 복합비료의 δ¹⁵N의 값의 범위는 요소비료가 -0.95‰, 복합비료는 1.32‰을 보였다. 한편 골분 같은 유기질 비료는 6.72‰을 보였고, 식물성 유기질 비료 및 혼합유기질 비료는 3.16~4.87‰의 범위를 보여 화학비료와는 차이가 있음을 알 수 있었다. 이 범위는 화학비료는 -3.7~2.3‰, 가축분뇨가 5.3~7.2‰, 가축분뇨 퇴비는 9.3~26.7‰로 Ko 등(2005)과 Lim 등(2010)이 보고한 결과와 유사하게 나타났다. 농업에 이용되는 질소원에 따라 δ¹⁵N의 값이 확연한 차이를 가지고 있기 때문에 유기농산물에서 질소원의 기원을 구분하는 데 유용하게 적용할 수 있을 것으로 보인다.

Table 1 . The nitrogen isotope values (δ¹⁵N) of nitrate sources in different fertilizers commonly used in agriculture.

Fertilizer	δ15N (‰)	Materials
Urea fertilizer	−0.95±0.18
Compound fertilizer	1.32±1.59
Organic fertilizer	A	3.71±0.24	Microbial culture, rapeseed husk
	B	4.26±0.46	Animal organic matter (bone powder＋fish powder) 50%, vegetable organic matter (rapeseed husk) 50%
	C	3.16±0.39	Rapeseed husk 100%
	D	4.61±0.15	Animal organic matter (bone powder＋fish powder) 50%, vegetable organic matter (rapeseed husk) 50%
	E	4.87±0.07	Fish powder 100%
	F	6.72±0.88	Bone powder 100%
	G	3.99±0.23	Castor 100%

The data were expressed as mean±SD of three independent determinations..

유기농과 비유기농 채소류의 질소동위원소비를 분석한 결과는 Table 2와 같다. 유기농 채소류의 질소동위원소비는 양배추가 2.1~11.7‰, 당근은 3.0~7.2‰, 브로콜리는 3.0~15.5‰, 대파는 2.5~15.3‰, 무는 2.0~3.6‰의 범위를 보였다. 또한 양파는 7.4~16.2‰, 애호박은 2.7~17.2‰, 고추는 4.8~14.2‰, 파프리카는 7.3~9.4‰, 파슬리는 3.6~6.0‰ 범위를 보였다. 유기농 채소류의 질소동위원소비는 2.03~17.16‰의 범위를 보였다. Ko 등(2005)의 복합비료 δ¹⁵N 값의 범위는 -3.7~2.3‰의 분포를 보인다고 보고하였는데 본 연구 결과 유기농 채소류 중 질소동위원소비 2.3‰ 이상은 97.1%, 2.3‰ 이하는 3.0%로 나타남을 보였다.

Table 2 . Stable isotope ratios of nitrogen and carbon in organic and non-organic vegetables commonly consumed in Korea.

Sample	Organic/Non-organic	Number of samples	Statistical index	δ15N (‰)	δ13C (‰)
Cabbage	O	17	Min	2.08	−29.4
			Max	11.65	−27.8
			Average	6.30±3.28***	−26.28±0.94***
	NO	11	Min	−1.31	−26.22
			Max	2.26	−24.80
			Average	1.72±2.26***	−25.43±0.46***
			t-value	6.23	−3.169
Carrot	O	11	Min	3.04	−29.5
			Max	7.23	−27.5
			Average	4.81±1.64***	−27.25±0.82
	NO	8	Min	1.34	−28.54
			Max	3.92	−25.84
			Average	2.48±0.98***	−26.47±0.85
			t-value	4.108	−2.020
Broccoli	O	14	Min	2.97	−28.5
			Max	15.48	−27.3
			Average	5.54±3.50	−27.88±0.61
	NO	6	Min	2.13	−28.63
			Max	5.87	−26.75
			Average	3.51±2.06	−27.79±0.39
			t-value	1.473	−0.338
Green onion	O	15	Min	2.52	−31.02
			Max	15.32	−23.70
			Average	7.83±3.56***	−28.15±1.84
	NO	12	Min	−0.26	−28.13
			Max	4.65	−25.69
			Average	2.16±1.69***	−27.23±0.74
			t-value	5.074	−1.619
Radish	O	3	Min	2.03	−29.22
			Max	3.64	−28.83
			Average	2.86±0.81*	−28.97±0.22*
	NO	8	Min	−2.08	−29.11
			Max	2.42	−26.84
			Average	−1.54±2.42*	−27.74±0.78*
			t-value	2.996	−2.617
Onion	O	5	Min	7.36	−28.64
			Max	16.22	−25.23
			Average	10.58±3.61***	−27.02±1.33**
	NO	7	Min	−0.66	−26.17
			Max	2.44	−23.75
			Average	0.89±1.55***	-24.47±0.90**
			t-value	6.412	−3.990
Parsley	O	4	Min	3.57	−31.90
			Max	6	−30.92
			Average	4.54±1.06**	-30.14±1.35***
	NO	3	Min	3.46	−28.13
			Max	4.04	−25.69
			Average	3.75±0.29**	−28.51±0.98***
			t-value	3.71	−4.775
Aehobak	O	6	Min	2.72	−27.82
			Max	17.16	−26.26
			Average	8.69±6.60*	−26.88±0.69
	NO	5	Min	−1.34	−27.48
			Max	2.64	−25.81
			Average	0.65±1.99*	−26.65±0.61
			t-value	2.829	−0.595
Pepper	O	19	Min	4.83	−28.88
			Max	14.22	−23.73
			Average	8.33±2.67***	−28.03±1.25
	NO	21	Min	2.8	−29.68
			Max	6.86	−26.80
			Average	4.83±2.03***	−28.14±0.77
			t-value	4.69	0.357
Paprika	O	8	Min	7.33	−27.59
			Max	9.41	−26.47
			Average	8.48±0.84***	−26.97±0.43**
	NO	7	Min	−1.84	−30.02
			Max	4.14	−27.37
			Average	1.15±2.99***	−28.88±1.09**
			t-value	6.277	4.351

The data were expressed as mean±SD of three independent determinations..

^*P<0.05, ^**P<0.01, ^***P<0.001..

비유기농 채소류의 질소동위원소비는 양배추가 -1.3~2.3‰, 당근은 1.3~3.9‰, 브로콜리는 2.1~5.9‰, 대파는 -0.3~4.7‰, 무는 -2.1~2.4‰의 범위를 보였다. 또한 양파는 -0.7~2.4‰, 애호박은 -1.3~2.6‰, 고추는 2.8~6.9‰, 파프리카는 -1.8~4.1‰, 파슬리는 3.5~4.0‰ 범위를 보였다. 본 연구 결과 비유기농 채소류의 질소동위원소비는 -2.08‰~6.86‰의 범위를 보였고, 비유기농 채소류 중 질소동위원소비 0‰ 이하는 16.86%, 2.3‰ 이하는 52.81%를 보였다.

유기농 채소류와 비유기농 채소류 간의 t-검정을 한 결과는 Table 2와 같다. 질소동위원소비는 양배추, 당근, 대파, 무, 양파, 파슬리, 애호박, 고추, 파프리카의 P-value가 0.05 이하를 보여 브로콜리를 제외하고는 유기 채소와 비유기 채소 간에 통계적으로 유의함을 보였다.

Lim 등(2007)은 화학비료를 사용한 토양에 비해 유기질 비료를 사용한 토양의 질소동위원소 조성이 높고 가축분뇨를 비료로 사용하는 경우 가장 높은 질소동위원소 특성을 보인다고 보고하였으며, 기존 선행 연구와 유사하게 Krauß와 Vetter(2019)도 독일에서 재배된 일반 재배 파프리카의 질소동위원소비는 2.6~5.3‰, 네덜란드의 경우에는 -2.0~2.3‰, 스페인은 3.6~7.2‰임을 보고하였는데, 0‰ 이하 질소동위원소를 보이는 것은 관행적인 화학비료 시비와 연관이 있고, >10‰은 유기질 동물성 유래 비료 사용과 관련 있음을 보고하였다. Bateman과 Kelly(2007) 또한 화학비료 사용 시 0‰, 퇴비 및 가축분뇨 유기질 비료는 4~16‰의 질소동위원소비를 보인다고 보고하였다. 본 연구결과에서도 이러한 재배 환경 특성에 의해 유기농과 비유기농 채소류의 질소동위원소비 차이가 나타나는 것이라 보이며, 특히 유기농 양배추, 당근, 대파, 양파, 애호박, 파프리카 질소동위원소비(4.5~10.6‰)는 비유기농 채소류(0.7~3.8‰)와 유의적인 차이가 있음을 보였는데(P<0.05), 이는 재배지의 토양 및 작물에 시비된 비료 성분의 차이로 양배추 등의 유기 채소류는 퇴비 및 유기질 비료를 사용하여 재배되었고 비유기농 채소류는 화학비료를 사용하여 재배된 것으로 사료된다.

Ko 등(2005)은 화학비료인 요소비료와 복합비료의 δ¹⁵N 값의 범위는 -3.1~-1.7‰과 -3.7~2.3‰의 분포를 보이는 것으로 분석한 반면, 가축분뇨는 δ¹⁵N 값이 10‰(12.5~26.7‰) 이상의 값을 가지는 것으로 보고하였다. 농업에 이용되는 질소원에 따라 δ¹⁵N 값이 확연한 차이를 가지고 있기 때문에 자연계에서의 질산태 질소의 기원을 구별하는 것이 가능하다고 보고한 바 있다.

또한 Lim 등(2010)은 화학비료가 -1.5±0.5‰, 가축 분뇨가 6.3±0.4‰, 가축 퇴비가 16.0±0.4‰로 질소동위원소비 분석을 통해 화학비료와 퇴비 두 가지 질소원을 구분할 수 있음을 보고하였고, Novak 등(2019)은 유기농으로 재배된 질소동위원소비는 양배추가 4.2~7.5‰, 당근은 3.9~5.2‰ 관행농법으로 재배된 양배추는 2.9‰, 당근은 2.7‰이며, Magdas 등(2018)은 유럽지역의 유기농으로 재배된 당근의 질소동위원소비는 4.9~6.9‰, 관행농법으로 재배된 질소동위원소비는 -2.3~-1.6‰임을 보고하였다. Opatić 등(2017)은 유럽지역에 유통되는 sweet pepper의 질소동위원소비를 1.9~6.0‰로 보고하였는데, 본 연구 결과 비유기농 고추의 질소동위원소비는 2.8~6.9‰로 유사함을 보였다. 비유기 브로콜리 등 높은 질소동위원소비를 나타내는 채소류는 유기농 인증을 받지 않았으나 유기질 비료를 사용했을 것으로 추정된다.

채소류의 탄소안정동위원소 분석 결과

식물의 주요 구성성분인 탄수화물은 식물체의 종류에 따라 두 가지의 서로 다른 광합성 경로에 의하여 만들어지며 광합성 되는 경로에 따라 축적되는 탄소동위원소의 비율이 다르다. 탄소동위원소는 식물의 광합성 작용에 따라, 캘빈회로(Calvin Cycle) 신진대사를 하는 C3 식물의 δ¹³C(‰) 값은 -24~-30‰이며, 해치-슬랙(Hatch-Slack) 신진대사를 하는 C4 식물의 δ¹³C(‰) 값은 약 -10~-12‰로 식물군에 따라 다른 탄소동위원소비 값을 가진다(Gremaud와 Hilkert, 2008).

유기농과 비유기농 채소류의 탄소동위원소비를 분석한 결과는 Table 2와 같다. 유기농 채소류의 탄소동위원소비는 양배추가 -29.4~-27.8‰, 당근은 -29.5~-27.5‰, 브로콜리는 -28.5~-27.3‰, 대파는 -31.0~-23.7‰, 무는 -29.2~-28.8‰의 범위를 보였다. 또한 양파는 -28.6~-25.2‰, 애호박은 -27.8~-26.3‰, 고추는 -28.9~-23.7‰, 파프리카는 -27.6~-26.5‰, 파슬리는 -31.9~-30.9‰ 범위를 보여 주었다.

비유기농 채소류의 탄소동위원소비는 양배추가 -26.2~-24.8‰, 당근은 -28.5~-25.8‰, 브로콜리는 -28.6~-26.8‰, 대파는 -28.1~-25.7‰, 무는 -29.1~-26.8‰의 범위를 보였다. 또한 양파는 -26.2~-23.8‰, 애호박은 -27.5~-25.8‰, 고추는 -29.7~-26.8‰, 파프리카는 -30.0~-27.4‰, 파슬리는 -28.1~-25.7‰ 범위를 보였다.

유기농 채소류와 비유기농 채소류 간의 탄소동위원소비를 t-검정을 한 결과는 Table 2와 같다. 그 결과, 양배추, 무, 양파, 파슬리, 파프리카가 0.05 이하를 보여 유기 채소와 비유기 채소 간에 통계적 유의성이 나타났으며, 당근, 브로콜리, 대파, 애호박, 고추의 경우는 통계적인 유의성을 보이지 않았다.

Novak 등(2019)은 유기농으로 재배된 탄소동위원소비는 양배추가 -23.8~-23.9‰, 당근은 -27.8‰, 관행농법으로 재배된 양배추는 -24.0‰, 당근은 -27.8‰로 유기농과 관행농법으로 재배된 채소류의 탄소동위원소비가 차이가 없다고 보고하였고, Magdas 등(2018)도 유럽지역의 유기농으로 재배된 당근의 탄소동위원소비는 -27.3~-25.9‰ 관행농법으로 재배된 당근은 -27.1~-25.7‰로 유기농과 관행농법으로 재배된 채소류의 탄소동위원소비가 차이가 없다고 보고하였는데 당근의 경우에는 본 연구 결과와 유사함을 보였지만, 양배추는 유기농(-26.3‰)과 비유기농(-25.4‰) 채소 간에 차이를 보였다.

고추는 Kelvin cycle에 의하여 광합성을 하는 식물로 C3 식물군에 속하는데, 국내에서 유통되는 유기농 고추의 탄소동위원소비는 -28.9~-23.7‰, 비유기농은 -29.7~-26.8‰로 차이가 없음을 보였다. Marincaş 등(2018)의 모로코, 스페인, 터키의 고추 탄소동위원소비가 -29.2~-28.0‰이라는 보고와 Opatić 등(2017)의 유럽지역의 유통되는 sweet pepper의 탄소동위원소비는 -27.7~-25.8‰로 보고한 결과는 본 결과와 유사함을 보였다. Krauß와 Vetter(2019)의 독일에서 재배된 파프리카의 δ¹³C(‰)가 -38.4~-28.5‰을 나타낸다는 보고는 기존에 보고된 C3 식물보다 낮은 탄소동위원소 값을 보였는데 이는 온실재배 효과에 기인한다고 하였다. 이러한 탄소동위원소 조성은 생화학적 과정 중에서 나타나는 동위원소의 분별 정도를 반영하며, 동위원소 조성의 차이는 성장환경보다 식물 자체의 대사활동에 의해서만 영향을 받는다고 알려져 있다(Gremaud와 Hilkert, 2008). 본 결과로부터 탄소동위원소비는 농산물의 품종 및 시비 방법 등 재배 환경의 차이보다는 광합성 작용에 의한 차이로 사료된다.

또한 Kaler 등(2018)은 콩의 유전자형과 재배 환경, 식물 부위별 탄소동위원소비를 비교한 결과, 환경영향과 유전자형에 따른 콩의 탄소동위원소비는 유의적인 차이가 없었고 콩식물 조직 중 성숙한 잎, 중앙 잎, 성숙콩 조직 사이에는 유의적인 차이가 있음을 보고하였다. 이는 탄소동위원소비는 품종 및 재배환경과는 영향이 없으며 작물의 광합성 작용에 의해 차이가 나타난다는 것을 보여주는 결과였다. 통계적 유의성이 보인 일부 유기농 채소류는 온실재배에 의한 효과 또는 광합성 작용에 의한 것으로 생각된다.

유기농과 관행농법으로 재배된 채소류의 질소동위원소비와 탄소동위원소비를 다중 분석 비교한 결과(Fig. 1), 탄소동위원소비는 구분이 명확하지 않았고 유기농과 비유기농간의 질소동위원소비는 구분이 명확함을 보였다. 그러나 유기농이지만 화학비료 사용이 의심되는 질소동위원소비 결과와 비유기농이지만 유기질 비료 사용이 추정되는 질소동위원소비 결과로 인해 유기농과 비유기농 식품을 정확히 판별하는 데 있어 추후 연구가 필요하다고 보인다. 유기농 채소류의 질소동위원소비 차이는 유기질 비료 중 분뇨퇴비(15‰~25‰), 유박(4‰~5‰) 등 유기질 비료 사용종류, 토양 종류, 토양 비옥도 등 재배환경 및 채소류 특성에 따라 차이가 나타나는 것으로 보인다. 유기농과 비유기농 채소류의 질소동위원소비 차이로 유기농과 비유기농 채소류의 판별이 가능할 것으로 판단되며, 이로써 질소동위원소비가 유기 채소와 비유기 채소 간에 지표로 활용이 가능할 것으로 보인다(Fig. 1).

Fig 1. Multiple analysis of nitrogen and carbon isotope ratios in vegetables. A: Stable nitrogen isotope, B: Stable carbon isotope, C: Multiple analysis of nitrogen and carbon isotope ratios.

Marincaş 등(2018)은 유럽지역의 생산지역별 고추의 탄소 및 산소 동위원소, 플라보노이드, 캡사이신 등을 비교하여 원산지 판별 및 성숙도 결과를 보고하였는데, 유기농산물 판별은 질소동위원소비뿐만 아니라 스트론튬 동위원소비, 토양 및 수확 전후의 작물 질소동위원소비를 추가 연구하면 유기인증 판별에 도움이 될 것으로 보인다. 또한 질소동위원소비는 소비자에게 정확한 정보를 제공하여 유통시장의 질서를 바로잡는 지표 및 부정 유통 단속을 위한 과학적인 근거자료로써 활용이 가능할 것으로 생각된다.

본 연구에서는 소비자에게 유기농산물에 대한 신뢰를 줄 수 있는 방법을 모색하고자 질소 안정동위원소 자연 존재비(δ¹⁵N)를 이용하여 양배추, 당근, 브로콜리 등 유기 채소류와 비유기 채소류의 판별 지표로 사용할 수 있는지를 조사하였다. 동위원소 질량분석기로 국내에 유통되는 유기 채소류(102점), 비유기 채소류(88점)의 질소, 탄소동위원소비를 분석한 결과, 유기 채소류의 질소동위원소비는 2.9~10.6‰, 비유기 채소류는 -1.5~4.8‰로 브로콜리를 제외하고 유기 채소와 비유기 채소류의 질소동위원소비는 차이를 보였는데, 이는 재배 시 사용된 비료 성분의 차이로 보인다. 또한 국내에 유통되는 유기‧비유기 채소류의 탄소동위원소비를 분석한 결과, 유기 채소류의 탄소동위원소비는 -30.1~-26.3‰, 비유기 채소류의 탄소동위원소비는 -28.9~-24.5‰을 보였다. 통계적 유의성을 보인 일부 채소류는 온실효과 또는 작물의 광합성 차이에 의한 것으로 보인다. 유기농과 관행농법으로 재배된 채소류의 질소동위원소비와 탄소동위원소비를 다중 분석 비교한 결과, 탄소동위원소비는 구분이 명확하지 않았고 유기농과 비유기농 간의 질소동위원소비는 구분이 명확함을 보였다. 따라서 국내 유통 유기 제품의 판별에 질소동위원소비가 지표로 활용이 가능할 것으로 보인다.

본 논문은 제주특별자치도 보건환경연구원 연구사업의 연구비 지원으로 이루어졌으며, 이에 감사드립니다.