2013년도 생명공학백서

세계 각국에서 자국의 전통발효식품의 세계시장을 겨냥한 고부가 가치화 전략기술 개발이 활발하게 진행되고 있다. 발효식품은 각 나라마다 고유한 방식으로 제조되는 오래된 역사를 가진 식품이 대부분으로 건강과 문화를 동시에 제공하고 있다. 각 나라마다 고유의 발효식품에 대한 균주개발과 기능성 물질 탐색 및 증진, 표준화 등에 대해 연구를 지속적으로 진행해 오고 있다. 그러나 최근에는 오믹스 기술을 활용하여 게놈, 트란스크립톰, 프로테옴, 메타볼롬 등의 해독으로 보다 근원적인 해석을 시도하고 새로운 균주개발 등을 통하여 자국 전통발효식품의 부가가치 제고에 연구역량을 집중하고 있다. 세계바이오식품 시장은 약 2,585억 달러로 연간 약 17%의 성장률을 보이고 있으며 이 중 약 73억 달러가 발효제품이다. 생물공정을 이용한 발효 화학 물질의 생산은 중국에서 폭발적으로 증가 하고 있다. 중국은 약 700 여개의 전문회사와 수백의 작은 회사들을 중심으로 아미노산, 메티오닌, 비타민 C, 구연산 및 기타 발효화학 물질들을 생산하는 바이오텍 산업의 제조 허브가 되고 있다. 이 회사들 중에서 1/3정도는 제약 제품을 생산하고 있고, 1/3은 아미노산과 관련제품들을 생산하고 있고, 나머지 1/3 정도의 기업은 식품 및 음료와 기타 화학 물질들을 생산하고 있다. 지난 3년간 중국의 생명공학 제품 생산량은 두 배로 증가하였으며 각 기업체들은 공격적으로 생산 능력을 확대하고 있다. 중국은 최대 항생제 생산국으로 전 세계 생산량의 50%를 담당하고 있고, 효소와 아미노산도 주요 생산국이 되고 있다. 중국의 급속한 생산능력 확대는 우리나라에서는 큰 위기이자 기회가 될 것으로 전망된다. 그 이유는 기술 및 경제성을 가지지 못한 발효생산공정의 경우 중국에 대하여 비교우위를 가지지 못하여 국내 생산기반이 와해될 가능성이 있는 반면 비교우위를 가질 경우 중국의 넓은 시장 기반을 십분 활용할 수 있기 때문이다. 대표적인 수송용 연료의 하나인 바이오 에탄올의 경우 2007~2015년 연 평균 성장률 5.1%를 기준으로 2015년 세계시장 규모가 257억 달러로 전망된다. 다음으로는 2010년 현재 년 51억 달러의 시장을 갖고 있는 발효 유기산(예; 젖산, 유기산 등)으로 연평균 5.4%씩 성장하여 2015년에는 63억 달러의 시장을 형성할 것으로 전망된다. 전통적으로 유기산은 식품첨가물의 용도로 사용되었으나, 최근 이러한 유기산을 바이오플라스틱 단량체로 이용하려는 시도가 활발히 진행되고 있다. 대표적인 것은 젖산을 단량체로 한 PLA (polylactic acid)이다. 최근 증가하고 있는 젖산 생산량은 주로 PLA 생산을 위한 것이라 할 만큼 바이오플라스틱 생산량의 증가는 기대할만하다. 이외에 숙신산, 아디픽산 등 고분자 단량체로 이용될 수 있는 유기산 생산에 대한 관심이 증가하고 있으며, 이러한 유기산은 폴리에스테르 고분자, 폴리아마이드 고분자와 같은 바이오플라스틱에서 핵심역할을 할 것으로 전망된다. 생물공정 기술에 의한 원료 및 제품 생산은 고부가 의약품을 제외하고는 핵심기술이 개발된 이후부터는 원료가격에 경제성이 크게 좌우 된다. 즉, 무엇보다도 저렴하고 풍부한 탄소원의 확보가 관건이다. 특히 최근 바이오 에탄올의 생산 증가에 기인한 곡류 및 설탕 가격의 급등으로 발효산업의 경쟁력이 저하되고 있는 추세이다. 따라서 이를 극복하기 위한 대안으로 섬유질계 바이오매스 원료를 사용한 발효성 당 생산 기술개발이 당면과제가 되고 있다. 따라서 앞으로의 과제는 저가의 발효가능당 생산기술과 동시에 발효산물의 바이오화학소재로의 전환기술 개발이 핵심이 될 것이다. 이를 위해서는 바이오화학소재를 발효를 통하여 생산할 수 있는 미생물개발 기술과 더불어 생산된 소재를 효율적으로 분리할 수 있는 분리기술의 개발이 시급하다. 국내 건강기능식품 시장의 2011년 생산액은 1조 3,682억원이었다. 전체생산액 중 국내 판매금액이 1조 3,126억원(95.9%), 수출액은 556억원(4.1%)으로 내수시장을 중심으로 빠르게 성장하는 것으로 나타났다. 홍삼이 건강기능식품 중 가장 큰 시장을 형성하며, 2011년 전체 건강기능식품 생산액의 52.6%(7,000억원)를 차지하고 있다. 최근 홍삼제품의 면역효과 이외에도 피부미용 및 주름개선 등의 미용기능이 각광받기 시작하면서, 전년 대비 성장률이 23.6%를 기록하면서 국내 건강기능식품 시장의 성장을 주도하고 있다. 이러한 홍삼제품에 대한 주요 소비계층이 기존의 40·50대 중장년위주에서 미용에 관심이 많은 20·30대 젊은 층으로 확장되면서 연령에 구분 없이 홍삼의 수요는 지속적으로 증가할 것으로 전망된다. 국내에서는 정부차원의 다양한 지원에 의해 기능성 식품 및 소재에 관한 연구개발이 진행되고 있다. 2차 생명공학육성계획 2단계에서도 생명공학 기법을 이용한 개인 맞춤형 기능성 식품 원천 기술 연구 등이 포함되어 있다. 농식품부는 고부가가치식품기술개발사업을 통한 기능성식품 및 소재개발 연구, 차세대 바이오그린21사업을 통한 농식품 원료를 이용한 기능성 식품 및 소재 개발 기술 강화 및 실용화 연구를 지원하고 있다. 교육부와 미래창조과학부는 이공분야 기초연구사업, 유전자-동의보감 사업 등을 통해 기능성 식품 및 소재 개발을 위한 원천기술 개발을 지원하고 있다. 한국식품연구원에서도 식품 소재의 기능성 탐색 및 발굴, 질병 예방과 건강 증진용 식품 개발, 이들의 기능성을 평가하는 기술 개발을 지원하여 비만억제, 정신건강(수면조절, 기억력향상, 스트레스해소 등), 개인맞춤형 식품 등에 관한 연구가 진행 중에 있다. 식품안전기술은 인류에게 건강 기능성의 안전한 식품공급을 위한 가장 직접적인 기술 분야이다. 선진국에서는 정부차원에서 식품안전연구를 주도하고 있고 민관합동으로 국가 식품안전 프로그램 및 안전한 식품공급을 위한 기반기술을 연구하고 있다. 유전자재조합이나 나노기술은 식품 및 관련 산업의 성장 동력을 제공하는 기술로 부상되고 있으나 안전성 평가가 주도권을 선점하는데 핵심이 되고 있다. 최근 독일엔지니어협회 산하 기술센터(VDI Technologiezentrum) 미래기술컨설팅(ZTC) 연구팀은 세계 8개국 기술예측 조사에서 바이오칩이 중요한 역할을 할 것이라고 예상했으며 덴마크와 남아프리카 보고서는 식품 안전을 높이고 식품이력추적관리를 강화하기 위한 센서 및 정보통신기술 투입을 강조하고 있다. 또한 바이오센서의 감도를 증진시키기 위해 나노기술(NT)을 이용한 항체 고정화 및 최적화 배열에 많은 연구가 이루어지고 있으며, 마이크로 어레이 및 미세채널 칩 등의 상용화가 가속화되고 있다.