식탁에서 체크해야 할 유해물질은 무엇일까? 유해물질은 음식을 통해 우리 입으로 들어오는 직접적인 경우도 있다. 가족의 건강을 지킬 수 있는 안전 대책이 궁금하다면 유해물질을 잘 파악하고 있는게 중요하다.

식품의약품안전처(처장 손문기)는 식품 및 의약품 등과 관련한 유해물질의 이해 증진 및 정보 제공을 위해 '유해물질 총서'를 제작해 홍보하고 있다. 총서에는 총 80종의 유해물질의 일반적 특성과 노출경로 등의 내용이 담겨 있다.

 
이에 본지는 식약처로부터 연재를 통해 황색포도상구균, 캠필로박터, 아크릴아마이드 등 생소한 용어들의 유해물질에 대해 알아보고자 한다. <편집자 주>

 

멜라민

 

멜라민의 물리화학적 특성 (HSDB, 2008)

 

멜라민은 1853년 독일의 화학자 Justus von Liebig에 의해 처음으로 합성되었다. 멜라민 (Melamine)이라는 용어는 ammoniumthiocyanate의 증류유도체를 뜻하는 Melam과 염기성 작용기인 Amine으로부터 유래 되었다.

개발초기에는 dicyandiamide를 녹는점까지 가열하여 멜라민을 합성하였으나 현재는 대부분 요소 (Urea)로부터 다음의 반응을 통해 공업적으로 합성하고 있다.

멜라민은 분자 내에 3개의 아민 (Amine) 작용기 (-NH3)를 가지고 있어 수용액은 약한 염기성을 띄며 분자 내에 6개의 질소 원자를가지고 있어 질소가 전체 분자량의 66%를 차지한다.

멜라민의 제조과정 중에는 시아뉼산 (Cyanuric Acid), 아멜린(Ammeline), 아멜라이드 (Ammelide) 등 멜라민 유사체가 불순물로 생성된다. 그리고 살충제인 시로마진 (cyromazine)을 포유동물이 섭취했을 때 대사체로 멜라민이 생성되며 식물에서 또한 시로마진이 멜라민으로 전환된다고 보고되었다.

멜라민의 생체 내 반감기는 약 3시간으로 대부분 신장을 통해 뇨로 배설되며 설치류에 경구투여 시 반수 치사량 (LD50)은 식용 소금과 유사한 수준인 3.2 g/kg 이상으로 독성이 낮다. 유전독성은 나타나지 않고 생식기 및 피부자극에도 영향이 없는 것으로 알려져 있으며 발암성에 대해서도 명확한 증거가 없다. 주로 방광 및 신장에 대해 영향을 나타내는 것으로 보고되어 있으며 많은 양의 멜라민을 오랫동안 섭취할 경우 방광결석 및 신장결석 등을 유발하여 건강상의 위해를 유발할 수 있다.

멜라민 수지는 1936년에 독일에서 개발되었으며 아미노기 (－NH)를 가지고 있어 아미노플라스틱이라 불린다. 제법은 용도에 따라 약간의 차이가 있으나, 약알칼리성의 포름알데히드(formaldehyde) 수용액에 적당량의 멜라민을 넣고 가열하여 시럽 형태의 1차 수지를 만든다. 여기에 셀룰로오스 분말, 석면, 유리섬유 등을 혼합하여 말린 후 성형용 (成型用) 혼합물 분말을 만드는데 이것을 틀에 넣고 가열 성형하면 멜라민 수지가 된다.

멜라민 수지는 재질이 무색․투명하기 때문에 아름답게 착색할수 있고, 또 열·산·용제에 강하고 전기적 성질이 뛰어나 식기·잡화·전기기기 등의 성형재료로 쓰인다. 또한 종이에 멜라민수지를 침투시킨 후 말리면 손을 닦을 때 쓰는 종이수건을 제조할 수 있으며, 섬유 가공에 사용하면 섬유의 구김을 방지할 수 있다.

내수성 (耐水性)이 우수하고 접착성이 강력하여 내구성이 있는 목재용 접착제나 금속 도료로도 유용하여 매년 사용량이 증가하고 있다.

- 용도

개발 초기에는 곡물 재배를 위한 비료 등의 용도로 사용 되었으나 현재는 생산량의 90%이상이 포름알데히드와의 반응에 의해 멜라민 수지를 생산하는데 이용된다.

○ 멜라민 수지의 원료

약 250,000톤의 멜라민이 유럽에서 연간 사용되며, 유럽 사용량의 97%가 멜라민 수지 합성에 이용된다. 멜라민 수지는 플라스틱, 라미네이트, 코팅, 공업용 필터, 접착제, 그릇과 주방용품, 타일, 화이트보드, 단열재 등 광범위하게 사용된다.(WHO 28/10/98)

○ 공업적 용도

질소 함유 방염제, 녹 제거제, 금속표면 청소제, 반도체 에칭제, 불소화 시약, 접착제, 잉크나 플라스틱의 색소, 멜라민 폴리설포네이트 (melamine polysulfonate, 콘크리트 강화제)의 원료, 아프리카 트리파노소마증 치료제 원료(비소 유도체) 등에서 사용 된다.

비단백질소(non-protein nitrogen, NPN) 원료로 사료에 사용되어 왔으나 (1958년), 요소나 면실유 같은 다른 원료보다 가축에서 가수분해가 느리고 다른 질소 원료보다 효과가 낮아 미국의 경우 사용이 금지되었다 (1978년). (WHO, 25/9/08)

- 생성 기전

멜라민은 고압 또는 저압 방식에 의해 1단계 또는 2단계로 요소(urea)로부터 생산된다. 저압방식에선, 일반적으로 알루미나(alumina) 촉매를 이용하는 증기상 (vapor phase)에서 반응이 일어난다. 요소가 이소시안산 (isocyanic acid)으로 되고, 시안아미드(cyanamide)로 바뀐 후 멜라민으로 된다.

고압방식에선, 촉매 없이 액체상 (liquid phase)에서 반응이 일어나, 요소가 시아누르산(cyanuric acid)이 되고, 암모니아와 반응하여 멜라민이 된다.

이산화탄소와 암모니아 부산물이 요소로 재순환된다. 두 가지 생산 방식 모두 99.8% 이상의 멜라민을 생산하지만, 고압방식의 주요 이점은 설비 규모가 작기 때문에 자본 투자가 보다 적다는 점이다.

- 위해등급

○ IARC (1999) : Group 3 (Not classifiable as to carcinogenic-ity to humans)Group 2B (Possibly carcinogenic to humans)에서 등급이 하향 조정됨.

○ US NTP : 발암성 증거수준이 결석이 형성되는 조건하에서 수컷의 래트에서만 방광의 이행세포암종 유발

○ 노동환경건강연구소 발암물질목록 : Not Applicable

○ 국립환경과학원 : 잠재적 위해도가 낮음

- 노출원 및 노출경로

열에 의한 분해를 제외하면 멜라민 자체가 위험요소는 아니다. 피부가 반응하지 않은 수지와 접촉하지 않도록 한다.

NOES (National Occupational Exposure Survey, 1981-1983)에서 미국 43,104명의 근로자들이 멜라민에 잠재적으로 노출된다고 통계적으로 추정했다. 멜라민에의 직업적 노출은 멜라민이 생산되거나 사용되는 작업장에서 흡입 또는 피부 접촉을 통해 일어날 수 있다. 모니터링 자료에 의하면, 일반 대중은 오염된 식품의 섭취를 통해 멜라민에 노출된다. 인간에 대한 relevant risk는 검출되지 않았고, 안전역 (safety of margin) 추정치는 작업자의 경우 210 이상, 일반 소비자의 경우 6000 이상이다.

- 독성

 

○ 급성 독성

래트와 개에게 멜라민을 2,400 mg/kg을 경구로 1회 투여 시 이뇨와 결정뇨 (crystalluria)를 유발하였다. 뇨산물로 dimelaminemonophosphate가 발견되었다.

애완용 사료 관련 신부전이 발생했던 16마리의 동물 (2004년개 2마리, 2007년 고양이 10마리, 개 4마리)에서 조직병리학적, 독성학적 그리고 임상병리학적인 변화를 조사하였다. 16마리 동물 모두에게 식욕부진, 구토, 졸음증, 다뇨증, 질소혈증 및 고인산혈증 등의 요독증의 임상 증상, 실험실적 증거가 나타났다.

신부전 발생 전 모든 동물들의 혈청 간 효소의 수치는 정상이었다. 심각한 요독증 때문에 모든 동물이 사망하거나 또는 안락사 되었다. 16마리 동물 모두에게 원위세뇨관 병변이 나타났고 원위세뇨관 또는 집합관에서 횡문 (striations)을 가진 독특한 편극성 결정체 (unique polarizable crystals)가 발견되었으나, 근위세뇨관은 대부분 영향을 받지 않았다.

모든 발병의 경우에서 결정체와 조직학적인 모양이 동일하였고, 멜라민과 시아뉼산이 신장조직에서 발견되었다. 일부 동물에서는 섬유증과 감염으로 특징지어지는 조직학적 변화가 나타났다. 이러한 결과들은 2004년과 2007년에 발생한 애완용 사료와 연관된 신부전의 발병이 동일한 임상적, 조직학적 그리고 독성학적 소견을 공유한다는 것을 나타낸다.

래트를 이용하여 멜라민-시아뉼산 혼합물 (M+CA, 1:1) 섭취에 따른 신장 결정 형성 연구에서, M+CA는 직접적인 신장독성을 유발하지 않았으나, 3일간 M+CA를 50 mg/kg (멜라민 25 mg,시아뉼산 25 mg) 또는 100 mg/kg씩 경구투여했을 때 각각 10마리 중 2마리와 9마리 전체에서 혈청 BUN 및 크레아티닌 증가, 크레아티닌 청소율 감소, 신장 비대의 신장독성이 나타났다.

뇨 결정체는 25-100 mg/kg의 M+CA를 투여 받은 모든 동물에서 발견됐으나, 조직학적 검사에선 신독성의 상을 나타낸 동물의 신장에서만 신 결정체가 관찰됐다.

50 mg/kg의 M+CA 군에선 신장의 수질 (medulla) 부분에서 주로 결정체가 관찰된 반면, 100 mg/kg 투여군에선 피질에서 수질 부분까지 결정체가 퍼져 있었다. M+CA 섭취는 삼투압차에 따라 신세뇨관에서 결정을 형성하고, 신장 결정의 형성은 M+CA-유발 신독성과 밀접한 관련을 가진다.

○ 아만성 및 만성 독성

F344 래트에 14일 동안 멜라민을 섭식투여 시 방광에서 결정체가 발견되었고 NOEAL은 417 mg/kg bw/day이었다.

F344 래트에 13주 동안 멜라민을 섭식투여 시 방광결석, 방광의 상피성 비후 등이 관찰되었으며 NOAEL은 63 mg/kg bw/day 이었다.

○ 만성 독성

F344 래트에 103주 동안 2,250 및 4,500 ppm(수컷), 4,500 및 9,000 ppm(암컷) 섭식투여 시 독성영향은 관찰되지 않았으나 부검 시 수컷에서 용량의존적인 방광결석이 관찰되었다.

B6C3F 마우스에 103주 동안 2,250 및 4,500 ppm 섭식투여 시 독성영향은 관찰되지 않았으나 수컷 고농도 투여군에서 실험종료 시 생존율이 유의적으로 낮아졌으며 부검 시 투여군에서 방광결석, 방광염, 방광비후 등이 관찰되었다.

개에게 3%의 멜라민을 함유한 사료를 1년 간 투여 시 뇨의 비중 감소, 뇨량 증가, 멜라민 결정뇨, 단백뇨 및 혈뇨가 나타났다.

미국 수의학연구진단협회에 의하면 멜라민은 시아뉼산과 결합하여 신장에서 결정을 형성하고, 쉽게 용해되지 않으며 천천히 용해되므로 잠재적으로 만성독성을 보인다.

래트에게 멜라민 133-1,267 mg/kg을 4주간 계속 사료에 넣어 경구로 투여하였다. 관찰 결과 용량 의존적 체중증가의 억제가 나타났고 멜라민은 용량 의존적으로 방광 결석과 방광 비대를 유발하였다. 1마리를 제외하고 방광 비대를 나타낸 모든 동물에서 결석이 나타났다. 결석에서 멜라민, 인, 황, 칼륨과 염화물이 나타났다. 뇨검사에서 용량 의존적으로 산성뇨와 결정뇨가 나타냈다.

암컷과 수컷 래트에게 멜라민 480-4,280 ppm (357 mg/kg까지의 용량)을 28일 동안 경구 투여 시 방광 결석의 모양과 발생률은 투여한 용량과 직접적으로 연관이 있었다. 큰 결석은 단백질, 요산과 인의 기질(matrix)로 된 미변화체 멜라민으로 발견 되었다.

래트에게 2년 동안 멜라민 1,000 ppm, 개에게 1년 동안 멜라민 30,000 ppm의 농도에 해당되는 사료를 주는 장기적인 사육시험을 실시하였다. 60-90일 후의 전반적인건강상태는 대조군과 비교하여 현저하게 다르지는 않았다. 그러나 개에서 멜라민 결정뇨가 나타났고 1년 동안 지속적으로 관찰되었다. 부검 시 조직의 육안적 검사와 현미경 검사에서 멜라민 사료와 관계된 이상이 발견되지 않았다.

내분비계 독성
자료 없음 (INCHEM 2005, HSDB 2008)

기타 (피부, 눈, 체중, 대사 등)
기니아픽의 피부와 토끼의 눈 및 피부에 대한 시험에서 안자극 및 피부 자극을 나타내지 않았으며, 인간과 기니아픽 대상의패치 시험에서 감작성을 나타내지 않았다. (INCHEM 2005)

면역독성(Immunological toxicity)
자료 없음 (INCHEM 2005, IARC 1986, HSDB 2008)

신경독성(Neurotoxicity)
마우스에 치사량을 투여 시 눈물 흘림, 호흡 곤란, 간헐적 떨림, 사망 전 혼수 등이 나타났다. 또한 꼬리와 귀에 혈관확장과 앞다리의 마비가 나타났다 (Bingham. E, 2001).

생식독성(Reproductive toxicity)
아만성독성시험과 발암성시험 외 일부 시험에서 어떠한 생식독성도 관찰되지 않았다. (Helwig등, 1996)

발생독성(Developmental toxicity)

○ 래트에서 발생독성이 관찰되지 않았다. 태아에게 미치는 영향을 기준으로 한 NOAEL*은 1,060 mg/kg/bw/day였으며, 모체를 기준으로 한 NOAEL은 400 mg/kg/bw/day였다. (Helwig 등,1996)

○ Wister 래트 암컷에 교배후 20일 동안 1,500, 4,500, 15,000ppm (136, 400, 1060 mg/kg)을 섭식투여 시 모체에 서는 고용량에서 체중감소, 사료섭취 감소, 혈뇨, 옆구리 팽창이 관찰되었다(NOAEL : 4,500 ppm (400 mg/kg bw/day). 태아에서는 최기형성을 포함한 배․태자 발생 독성이 관찰되지 않았다 (NOAEL :15,000 ppm (1,060 mg/kg bw/day)).

○ 기형유발성
래트에게 임신 초기 2일 동안 70 mg/kg을 투여했을 때 기형이 유발되지 않았으나 태자로의 흡수는 높은 비율로 나타났다.

○ 임신 중 영향
암컷 래트에게 1,500 ppm, 4,500 ppm, 15,000 ppm을 경구투여 하였다. 15,000 ppm을 투여한 경우에만 기관형성 단계의 임신 래트에게 사료섭취 저하, 체중 증가 저하 및 감소의 모체독성 징후가 유발되었다. 25마리 중 23마리에서 혈뇨, 7마리에서는 팽창된옆구리, 1마리에서는 털 세움증 (piloerection)이 나타났다. 투여 중단 후에는 거의 모든 모체독성 증상이 완전히 회복되었다. 멜라민은 임신성 지표에 영향을 미치지 않았고 발달 독성도 유발하지 않았다. 특히 최고용량 (15,000 ppm)에서도 기형유발에 관한 징후가 발견되지 않았다.

- 유전독성(Genotoxicity)
멜라민은 생체 내‧외 시험결과 유전독성이 없는 것으로 보고되고 있다 (IARC, 1999)

- 발암성(Carcinogenicity)

인간

인체에서의 발암성에 대한 명확한 증거가 없어 국제암 연구소(IARC)에서는 ‘인체 발암성으로 분류할 수 없음 (Not Classifiable
as to Carcinogenicity to Humans)'으로 분류되어 있다.

동물

암수 각 50마리의 F344 래트와 B6C3F1 생쥐에게 103주 동안 멜라민을 함유한 먹이를 주었을 때 (암수 생쥐와 수컷의 래트에겐 2250 또는 4500 ppm, 암컷의 래트에겐 4500 또는 9000 ppm), 대조군 (0/45)에 비해 고용량군 (4500 ppm)의 수컷 래트 (8/45)의 방광에서 이행세포암종 (transitional-cell carcinoma)의 발병률이 유의하게 높았다 (p≤0.016). 방광에 이행세포암종이 발병한 8마리 중 7마리에선 방광결석도 나타나서, 방광암과의 통계적으로 유의한 연관성을 보였다 (p≤0.001). 저용량 (2250ppm)의 수컷 래트군 중 한 마리에서 방광결석이 나타났으나 방광암은 관찰되지 않았다. 암컷의 래트와 암수 생쥐군들에선 방광암이 발생되지 않았다.

- 기타

사람에 대한 멜라민의 경구독성자료는 없다. 래트와 생쥐에서 멜라민의 식이 노출에 따른 주요 독성은 결석 형성, 염증반응 및 방광의 비대다.

- 이슈화 사례

국내

○ 국내 수입 식품의 멜라민관련 파동

중국에서 분유에 멜라민이 오염되어 유아 등에서 건강 위해가 발생함에 따라 식약청에서 ’08. 9. 18일부터 10. 6일까지 중국산 분유․우유 등 함유 식품과 뉴질랜드산 락토페린과 이를 원료로 사용한 이유식, 건강기능식품 및 수입 채소․버섯류 등 495개 품목 1,935건에 대하여 ‘멜라민 혼입’ 여부를 조사하여 발표 하였다.

중국산 분유․우유 등 함유 식품 428개 품목 (미수거 26품목) 뉴질랜드에서 수입된 락토페린 (10건)과 이를 원료로 사용한 이유식, 분유, 건강기능식품 등 53개 제품 수입된 표고버섯, 채소류 등 13종 27건 식약청, 지자체, 소비자감시원 등 총 3만9천명이 수거․검사에 참여 하였다.

검사결과 중국산 과자류 등 10개 품목에서 멜라민이 검출되었으며, 락토페린 원료 2건에서 멜라민이 검출되어 회수․압류․폐기되었다.

중국산 과자류 등에서 검출된 수준은 TDI (내용일일섭취량)를 고려할 때, 건강상 위험을 줄 정도는 아니었다.

- 피해 감소방안 및 정부 권고사항

2009년 8월 미국 FDA CDER (Center for Drug Evaluation andResearch) 및 CVM (Center for Veterinary Medicine)에선 멜라민 관련 CGMP (Current Good Manufacturing Practice) 권장사항을 발표했다. 21 CFR 211.84(b)&(d) CGMP 규정에서 공급업체의 과거 신뢰도뿐만 아니라 성분확인 시험 시 신뢰수준(confidencelevels) 및 정확도 (degree of precision)를 요구한다.

완제의약품 제조업체는 의약품의 제조에 사용을 승인하기 전에 위험성분 (at-risk components) 내의 멜라민을 검사한다.

완제의약품 제조업체는 위험성분의 생산 및 공급과정 (supplychain)을 알고 관리해야 한다. 완제의약품 제조업체는 위험성분제조업체로부터 멜라민 오염이 되지 않았다는 시험증명서(certification)를 확보하고 공급업체를 검사 (audit)해야 한다.

시험증명서 (certification)를 확보해야 한다.

의약품 혼합시 위험성분을 사용하는 혼합자는 멜라민 시험을 실시하거나 신뢰할 수 있는 공급업체가 그러한 시험을 실시했음을 확인해야 한다.

-생산 및 수입현황

멜라민은 2007년에만 120만 톤이 생산됐다. 전 세계적으로 약 30개의 제조업체에서 약 600천 톤/년을 생산하고, 약 250천 톤/년이 유럽에서 사용된다. 유럽 사용량의 97%가 멜라민 수지 합성에 이용된다.

 

<멜라민 관련 Q&A>

Q. 멜라민은 몸에 축적되나요?

A. : 몸에 들어간 멜라민은 대부분 신장을 통해 뇨로 배설되는 것으로 알려져 있으며(생체내 반감기는 약 3시간), 실험용 흰쥐 (래트)의 경우 24시간 내에 90% 정도가 뇨로 배설되고, 24시간 이후에는 신장과 방광에만 잔류하는 것으로 알려져 있습니다.

Q. 멜라민은 발암물질인가요?

A. : 인체에서의 발암성에 대한 명확한 증거가 없어 국제암연구소(IARC)에서는 ‘인체 발암성으로 분류할 수 없음 (Not Classifiableas to Carcinogenicity to Humans)’ (그룹 3)으로 분류하고 있습니다.

Q. 멜라민은 신장이나 방광이외에 다른 장기에는 독성을 나타내지 않나요?

A. : 현재까지 수행된 연구에서 신장과 방광이외의 장기에서 독성을 나타냈다는 결과는 보고된 바 없습니다.

Q. 멜라민을 식품에 사용할 수 있나요?

A. : 멜라민은 식품제조·가공에 사용할 수 없는 물질이며 여러 국가 및 국제규격식품위원회(CODEX) 등도 식품에 사용을 허용하고 있지 않습니다. 참고로, 미국 FDA에서는 멜라민 및 관련 화합물에 대한 식품 및 사료의 내용일일섭취량 (TDI)☜를 일일 체중 1kg당 0.63 mg으로, 유럽식품안전청은 TDI를 일일 체중 1kg 당 0.5mg로 적용할 것을 권고하고 있습니다.

Q. 멜라민 오염 사료를 먹인 양식 수산물을 사람이 먹었을 경우 위험한가요?

A. : 멜라민에 오염된 사료를 먹은 동물의 체내에서 멜라민은 급속하게 배출되기 때문에 동물 체내에 거의 축적되지 않으며, 미국 FDA에서는 멜라민 (또는 대사산물)이 함유된 사료를 먹인 동물을 사람이 식품으로 섭취했을 경우에 사람의 건강을 위협할 가능성이 없다☜고 밝히고 있습니다.

따라서, 멜라민 오염 사료를 먹인 양식어류, 돼지, 닭 등을 사람이 섭취하더라도 인체에 멜라민이 들어올 가능성은 거의 없습니다.

양식어류 및 사료에 대한 멜라민 잔류 검사결과, 사료에서는 53～400 mg/kg이 검출되었으나, 멜라민 오염 사료를 먹인 어류에서는 불검출됨(미국 FDA).

Q. 멜라민수지로 만든 식기는 안전한가요?

A. : 국내의 멜라민수지 사용 식품용기에 대한 멜라민의 용출규격은 30 mg/L이하이며, EU도 30 mg/kg입니다. 일본과 미국에서는 멜라민에 대한 용출규격을 별도로 규정하고 있지 않습니다. 2007년도 식품의약품안전청에서 수행한 멜라민수지 중 멜라민에 대한 용출시험☜ 결과 모두 적합하였습니다.