국내 ㆍ 외 기술개발 현황
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제2장 국내 ․ 외 기술개발 현황 제1절 국내 기술개발 현황
○ 국내 기술을 이용한 해양조류의 특허 시장현황은 최근 5년간 출원건수가 급증하여 양 적으로 급성장하고 있으나, 해외 출원인 출원비중의 10%미만으로서 아직 큰 시장을 형 성하지는 못하고 있다.
○ 국내의 경우 대부분이 담수 미세조류의 생리 활성에 대한 연구와 이들의 제품화에 치 중되어 있으며 이들의 대량 생산에 관한 연구는 극히 적은 실정으로 필요한 원재료를 전적으로 수입에 의존하고 있는 실정이다.
○ 해산미세조류의 대량배양 연구는 먹이생물 공급을 위한 목적이 대부분이며, 기능성 물 질 추출을 위한 대량배양 설비 수준은 미달이나, 미세조류의 small scale 배양 공정 시 설을 위한 특허는 다수 출원되어 있다.
○ 국내 식품과학 관련 기술들의 최고 선진국 대비 기술수준은 약 65%선에 위치하고 있 지만 핵심기술의 기술격차는 5년 이상을 보이고 있을 뿐만 아니라 대부분의 기술들이 도입기에 있어 기능성식품의 기반인 식품과학 관련 기술의 선진화가 요구되고 있다.
○ 선진국 대비 한국 기술수준의 특징은 down-stream 기술에서는 60% 이상의 수준을 보이 고 있는 반면 up-stream 기술, 핵심기술에서는 20~30% 수준에 머무르고 있어 기능성식 품 소재산업의 국제경쟁력이 매우 취약하다.
○ 지금까지의 연구 결과들은 주로 담수 미세조류인 클로렐라가 인체 면역력강화, 중금속 배출, 골밀도 및 장기능 개선 등에 매우 효과적인 것으로 알려지고 있고, 최근 들어서 는 클로렐라 추출물인 C.G.F(클로렐라 성장인자)가 어린이 성장 발육에 좋은 것으로 알 려져 우유, 음료수, 라면, 피자 등의 일반 식품 첨가물로 수요가 급증하고 있으며, 피부 노화방지, 세포재생 촉진작용이 알려지면서 심지어는 화장품 관련 제품까지 출시돼 활 용범위가 확대되고 있다. 그 예로 (주) 태평양의 인텐시브 셀룰라이트 프로그램과 해라 를 출시했고 LG생활건강의 팩제품, 샤몽의 로션 스킨 제품들이 시판되고 있다.
○ 국내․외적으로 미세조류를 이용하는 연구의 대부분이 담수 미세조류에 치우쳐 있으며 생리활성을 이용한 제품화에 대한 연구는 3~4종의 미세 조류에 국한되어 있는 실정이다.
○ 스피룰리나의 경우, 국내에서는 대부분이 활성에 대한 연구만 중점적으로 진행되고 있 어 경제성 있는 대량 생산에 관한 연구는 전무한 실정으로 필요한 원료의 대부분을 외 국에서 수입에 의존하는 실정이다.
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제2절 국외 기술개발 현황
○ 미세조류의 산업적 이용에 대한 본격적 연구는 1940년대 2차 세계 대전 중 규조류의 대량배양에 의하여 식물성 지방과 oil의 생산 목적으로 독일에서 시작했다.
○ 미세조류는 어패류 양식을 위한 Rotifer등 동물성 플랑크톤의 먹이생물로 이용되거나, 연료, 비타민, β-carotene, EPA와 같은 고도 불포화 지방산, 단백질 및 천연색소 등의 고부가가치 소재의 공급원으로도 이용될 수 있어서 효율적 이용을 위한 다양한 연구가 진행되어 오고 있다.
○ 현재 미국과 일본이 연구를 주도하고 있다. 미국은 1990년대 중반까지 탄화수소 함량이 높은 미세조류를 배양하여 바이오에너지 원료를 생산하는 공정 실용화 연구에 주력하 였으나, 실용성 문제로 인해 고부가 생물제품화로 연구 방향을 정하여 생산 가능한 유 용 물질의 규명 및 활용 기술 등을 연구하고 있다.
○ 미국과학재단(NSF)에서 하와이대학에 MarBEC를 설립하여 유용물질 생산을 추진하고 있으며, 빅아일랜드의 서부에 위치한 Cyanotech에서는 스피룰리나의 색소 및 기능성 식 품을 위한 대량생산이 이뤄지고 있고 세계 최고 수준의 품질 및 세계 최고 시장경쟁력 을 형성을 갖고 있다.
○ 미국과 일본의 경우, 대부분의 스피룰리나에서 항균, 항박테리아, 항암 등의 생리작용들 을 확인하여 의약품, 건강기능식품, 식품첨가제 및 항산화제 원료로 사용 중이며 이에 대한 연구 및 산업화 증가세가 폭발인 추세이다.
○ 스피룰리나를 각종 건강식품 소재와 함께 섭취하면 이들 소재의 유효 성분이 더욱 효 과적으로 작용할 수 있게끔 체내 환경을 조정하는 기초적인 효과를 얻게 되기 때문에 최근 일본에선 스피룰리나와 각종 건강 소재를 배합한 건강보조식품이 새롭게 주목받 고 있다.
○ 국가별 해조류를 이용한 특허출원현황을 보면 일본에 출원된 특허 건수가 양적으로 월 등하며, 최근 5년간 출원된 특허의 비중도 가장 높아서, 일본이 가장 유망한 시장으로 나타났으며, 미국, 유럽도 최근 특허출원이 활발해지고 있어 향후 유망한 시장이 될 것 으로 추정되고 있다.
○ 일본의 경우, 1990년부터 1999년까지 10년간 신규 생물의 유용 물질 탐색 및 고효율 광생물반응기 개발에 따른 제품화 방안 등의 광범위한 분야에서 기반 기술 확보를 위 한 연구를 수행하였고, 해양생명공학연구소(MBI)에서 2003년 기준, 약 15.8억 엔을 투 자하여 연구를 주도하고 있다.
○ 일본에서 스피룰리나의 톱 메이커인 다이니폰잉키화학공업에선 식품용으로 약 160톤을
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공급하고 있다(색소 제외). 건강식품 용도로는 물론이고 음료용으로 내열성이 있는 열 수 추출 ‘스피룰리나 엑기스’도 공급하고 있다. 또한 정제 제품의 특정 보건용 식품 허 가도 받게 될 것으로 기대하고 있다.
○ 도요(東洋)효소화학사에선 미국 사이아노텍사의 `하와이안 스피룰리나´를 공급하고 있
다. 미국의 인증 기관인 QAI/San Diego CA로부터 규격 승인을 받은 유기 배양품으로 ISO 9002 인증공장에서 배양․생산되고 있다. 하와이 앞바다 수심 600m 의 해양 심층 수를 이용하기 때문에 해양 심층수의 각종 미네랄이 많이 포함돼 있다. 또한 카로티노 이드를 파괴함이 없이 건조하는 독자 기술도 갖고 있다. 그 밖의 원료 공급 업체로는 스피룰리나 연구 도카이 로쿠소 등이 있다.
○ 2006년 제주HiDI의 해조류 특허맵에 대한 최종보고서에서는 피인용도 상위 20% 특허 의 주요 출원인 분석결과, Kurorera Kogyo, LION, Kawasaki Steel, Agency of Ind Science
& Technology가 핵심 player로 나타났으며, 대부분 일본의 식품, 화장품 업체가 시장을 주도하고 있다고 보고하고 있다.
○ 고부가가치 생물자원 제품화 기술은 미국 및 일본 등에서 상용화 하였다는 점을 고려 할 때 국내에서도 외국 기술에 비해 가격 경쟁력이 높은 기술 개발을 위해 생산성을 획기적으로 향상시킬 수 있는 기반기술 개발이 필요한 상황이다.
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제3절 기술연구 현황 분석
1. 국외 연구사례
○ 미국에서는 스피룰리나를 이용한 의료용 연구 분야에 약 200여 편의 논문이 발표되었 으며, 건강 및 의료용 원료로서의 잠재적 효과들을 증명하였다.
○ 스피룰리나가 가지는 인체 필수 영양소들(약49종)의 분석 및 칼슘 스피루란, 베타카로 틴, 감마리놀렌산, 과산화물 분해효소, 엽록소, 피코시아닌, 크로로필, 다당체(glycogen) 등 여러 약리활성 성분에 대한 적용 연구가 다양하게 수행되고 있다.
○ 미국 트리스대학 의대 휘즈 교수는 제자 50명과 함께, 다른 음식은 안 먹고 스피룰리나 만을 복용하면서 107일을 지냈다는 기록을 수립함으로써 스피룰리나가 균형 있는 영양 제임을 증명하였다.
○ 미국은 특수 생리활성물질이 강화된 식품(항암식품, 혈압강하식품, 항알레르기 식품 등)
을 medical food로 정의하고 기초적인 연구를 행하고 있으며 또한 성인병을 억제하는
방향의 대체소재 개발이 진행되어 상업적인 생산도 일부 이루어지고 있다.
○ 일본에서는 노인 인구가 증가함에 따라 신경통, 류머티스성 관절염 및 골 관절염 등의 증가 추세에 따라 스피룰리나를 임상적으로 투여하여 이러한 질병이 개선되었다는 연 구보고가 2002년 7월까지 임상 실험 및 학술논문 1,000여 편 이상, 자국 물질 특허가 730편 이상 나와 있다. 이것은 스피룰리나에 들어있는 각종 비타민류와 미네랄 등의 영양소들이 균형 있게 들어있기 때문이다.
○ 일본여자 영양대학 영양학 연구팀은 자연 발생 고혈압 쥐와 인위적으로 고혈압으로 만 든 실험쥐에다 스피룰리나의 엑기스를 음료로 투여한 경우 양쪽 실험구에서 모두 6~8 주 후에 혈압 억제효과가 나타남을 증명하였다.
○ 일본의 동경여자의과대학 연구팀은 스피룰리나와 에탄올을 투여한 실험쥐에서 에탄올 과 그 대사산물인 아세트알데히드와 아세트산의 혈중농도와 간 농도가 빠르게 감소한 연구를 보고하였다.
○ 일본여자영양대학 하야시 교수는 스피룰리나를 첨가한 사료를 쥐에 투여하여 혈액 중 의 항체 및 면역체계를 비교한 결과, 면역력 향상을 증명하였다.
○ 일본의 도야마의약대학의 사이끼 교수는 스피룰리나의 병균 감염 방어 및 항암 작용에 중요한 역할을 하는 인터류킨의 생성도 촉진하는 효과도 있음을 증명하였다.
○ 일본은 높은 수준의 전자 및 자동화 기술을 식품가공기술에 도입하여 기능성 식품소재 인 식이섬유, 올리고당 등을 생명공학적 공정으로 생산하고 있다. 일본은 1980년 중반
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부터 스피룰리나, 클로렐라 가공식품에 대한 일본 건강식품협회의 자율건강식품규격기 준이 제정 공시되면서 관련특허의 출원율이 가장 높게 나타나고 있다.
○ 일본인에 의한 특허출원이 전체의 70%이상이며, 자국 및 해외 출원에서도 30% 내외의 점유율을 보이는 등 해양조류 분야의 특허출원을 주도하고 있어 일본의 기술경쟁력이 앞서 있는 것으로 판단된다.
○ 스피룰리나에 함유된 카로틴과 핵산은 활성산소를 무해화하여 노화를 지연시켜 젊음을 오래 유지시켜 주고, 면역기능 향상, 혈중 콜레스테롤을 감소, 미네랄 흡수율 증가 및 강력한 살균작용, 심장기능 강화, 변비해소작용, 빈혈의 예방과 치유 등에 효과를 나타 고 있다.
○ 스피룰리나는 체질개선, 위궤양, 간장질환, 당뇨병, 췌장염, 백내장, 원형탈모증, 백혈구 감소증에 대한 치료효과가 있고, 암 예방, 다이어트 보조식품, 항스트레스작용 등이 있 음을 연구하고 있다.
[그림 2-1] 국내외 해양바이오산업 현황(임번삼, 해양바이오산업, 과학기술정보연구원 2002)
○ 미세조류 및 대형해조류에서 추출된 다당류 및 색소, 기타 활성물질에 대한 연구가 진 행되고 있으며, 의약 연구 분야에 활용을 유도하고 있다.
○ 전 세계적으로 식품생명공학기술 및 그에 대한 연구에 대한 관심이 고조되어 그 결과, 인류의 식량문제와 그와 관련된 보건, 에너지, 환경문제 해결의 주요수단으로써 식품생 명공학기술의 필요성을 인식하였고, 생명과학기술 중 식품공학기술을 고부가가치의 첨 단 산업기술로 육성하여 국가차원의 육성 정책을 경쟁적으로 수립하여 투자를 촉진하 고 있다.