지구상에는 2000종 이상의 광물이 존재하고 있으며 환경, 건축, 축산, 화학, 의약 등의 다양한 분야에서 활용되고 있
다. 그중 점토광물은 흡착과 방출을 통해 물리 화학적인 성질이 변할 수 있는 특징이 있다. 국내 비금속 광물자원의 매
장량은 약 96억 톤으로 그 자원 효용이 높은데 반해 고부가가치화를 이루지 못하고 있는 실정이다. 또한 벤토나이트
와 제올라이트를 이용한 제품들이 화장품과 생활용품, 포장재 등에 일부 사용되고 있지만 잠재적인 가치 측면에서 무
한한 가능성을 지닌 식품산업에 활용된 사례는 사실상 전무하다. 광물자원에 대한 식품/약용으로의 섭취기록은 이미
오래전부터 문헌상으로 존재하고 있으며, 국내 매장량이 높은 자원임을 감안할 때 식품 소재로서의 활용가치는 상당
하리라 생각된다. 점토광물의 특허 동향 조사를 통해 미국, 유럽을 비롯한 세계 각국이 기업체를 중심으로 광물자원
을 식품산업에 적용하기 위한 기술을 개발 중이며, 관련 산업이 성장 시기에 있다는 것을 확인할 수 있었다. 따라서 본
논문에서는 국내외 광물자원 관련 식품산업분야 특허 동향과 광물자원의 식품산업분야 이용 및 규제 현황에 관한 정
보를 제공하고, 이를 바탕으로 향후 광물자원을 식품분야에 어떻게 활용할 지에 대한 적용 방안을 제시하고자 한다.
1. 서 론
점토광물은 입자와 구조의 특성상 활성표면적이 넓어 각종 성분의 흡착과 방출을 통해 물리 화학적인 성질을 변화시키는 것으로 알려져 있다. 이들은 이온 교환성과 화학약품과의 반응, 촉매 능, 팽윤성, 점성 등의 특성을 가지며, 특히 가축분야에서는 사료 첨가물로 적용 시, 미량 무기물과 영양소 이용을 개선하고 장 내 유해가스를 흡착시키는 기능을 가지고 있다는 사실이 오래전부터 인정되어 왔다(Britton et al., 1978).
그러나 국내 식품공전에 식품첨가물로서 지정되어 있는 광물질은 총 6종에 불과하며 이들 또한 식품의 제조 또는 가공상 필요 불가결한 경우 이외는 사용할 수 없고, 식품 내 잔존량 또한 엄격히 제한하고 있다. 우리나라의 광물약품 시장은 수 백억 원대의 시장규모를 형성하고 있으며, 이중 비금속광물자원의 가채매장량은 약 96억 만 톤으로 그 잠재가치가 170조 원(점토광물 자원은 1.5조원)으로 평가되나, 한정적인 활용분야로 그 효용이 상대적으로 낮은 상황이다. 해외에서는 보조식
품 용도로 벤토나이트(bentonite)와 제올라이트(zeolite)를 이용한 제품들이 이미 상용화되어 있지만, 국내에서는 마스크와 흡착제 용도의 미용, 생활용품류 일부와 용기/포장재 용도 이외에 [식품의 제조 또는 가공상 여과 보조제로 이용되고 있으며 국내산 점토광물을 식품 분야에 활용한 위한 연구가(Jeong et al., 2005) 일부 존재하나, 이를 식품소재로서 직접적으로 활용한 연구는 거의 없는 실정이다. 하지만, 광물자원에 대한 식품/약용으로의 섭취기록이 문헌상 존재하고 국내 매장
량이 높은 자원임을 감안할 때 활용가치가 상당하며, 고부가가치 신규 소재 시장 개척과 동반 산업계의 발전을 위해 국내광물의 학술적, 산업적 잠재가치 또한 클 것으로 기대된다. 본 논문에서는 점토광물의 식품분야 활용에 관한 특허동향과 관련 규제 현황을 요약하고자 한다.
2. 본 론
1. 국내외 광물자원 관련 식품산업분야 특허 동향
우리나라를 비롯한 미국, 일본, 유럽 특허청의 2014년 9월까지의 출원공개 및 출원등록된 특허를 분석대
상)으로 광물자원을 활용한 식품의 4가지 세부 기술의특허 출원 경향을 살펴보면 용기 및 포장재, 식품, 의약,
사료의 순이며, 2000년대 초반에 이들 특허는 전체적으로 급격한 출원건수의 증가를 보였으나 이후 점차
감소하는 추세로 나타났다(Fig. 1). 일본과 유럽은 특허출원 및 등록 건수에 있어 정체 또는 감소 단계에 있
으나 한국과 미국의 경우 지속적으로 증가하고 있는 것으로 나타났다. 특히 미국은 1979년 이래로 꾸준한
증가 추세에 있으며 타국가에 비해 출원건수가 많은것으로 조사되었다.
미국의 경우 특허의 범위가 용기, 포장재, 첨가물에 고르게 분포돼있지만, 일본은 전반적인 특허건수도 작고 포장재와 관련된 등록이 주를 이루었다. 유럽의 경우는 용기, 첨가물 분야에 특허 출원 및 등록 건수가 많은 것으로 나타났으며 한국은 식품 관련 특허가 2000년도 들어서 증가하다 2006년 최대 출원을 보인 이후 유사한 수준에서 등락을 반복하고 있는 것으로 나타났다(Fig. 2).
광물자원을 식품으로 활용한 분야의 나라별 특허출원 동향을 분석한 결과, 대한민국은 개인 출원인이 많았으며, 미국과 유럽, 일본은 주로 기업 출원이 많았다. 한국의 특허 출원 및 등록은 식품, 특히 발효와 관련된 것들이 많은 것으로 조사되었으며, 그 예로는 황토를 해조류와 현미를 발효시켜 식품(떡, 죽)을 제조하는 방법(Joung, 2006; Cheon, 2008)과 활석(Talc)을 포함하는 항비만 예방용 한약재 혼합 추출물(Shin et al, 2012), 그리고 식품용 발효 용기의 제조방법(Kim, 2010; Yang, 2005; Chae, 2007) 등이 확인되었다. 이외에도 광물 미네랄수 티백(Lee, 2003)과 같이 첨가제로도 활용한 사례가 있었지만 특허의 대다수는 선도 유지용 필름 또는 항균성 및 내열성 포장재 제조(Kwon, 2009)와 같은 용기 및 포장재 관련 사항으로
분석되었다.
관련 특허 분석에서 한국특허의 기술 위치는 1979년부터 2012년까지 출원 건수와 출원인의 수가 증가하는 추세에 있어 관련 기술의 성장기 단계에 접어들고 있는 것으로 분석된다.
2. 광물자원의 식품산업분야 이용 현황 및 규제 현황
Food and Drug Administration)에서 발행하는 식품첨가물 공전에 등재된 광물원료는 규조토(Diatomaceous earth)와 백도토(Kaolin), 벤토나이트(Bentonite), 산성 백토(Acid clay), 탈크(Talc), 퍼라이트(Perlite) 등 총 6종이다. 산성 백토는 강한 흡착 능을 가져 음료와 양조 공업에서 여과보조제로 사용되며, 규조토와 퍼라이트는 간장이나 설탕의 정제에, 그리고 탈크는 츄잉검의 물성 개선을 위해 사용되고 있다. 이들 불용성 광물질 모두는 식품의 제조 또는 가공상 여과 보조제의 목적 이외에는 사용할 수 없고, 최종 제품 완성 전에 제거하여야만 하며 식품 중의 잔존량은 0.5%(다른 불용성 광물질과 병용할 때에는 전 잔존량의 합계가 0.5%) 이하여야 한다고 식품공전상에 공시되어 있다.
식품 관련 기구나 용기와 관련하여 광물자원을 활용한 도기나 옹기 형태의 기구는 원적외선 방사에 의한 식품의 신선도 증가에 효과적인 것으로 알려져 시중에 다양한 제품이 제작되어 사용되어지고 있으며, 포장재는 필름이나 코팅제 형태로 제작되어 식품 보관에 주로 사용되고 있다. 이와 관련하여 식품기구 및 용기포장제의 기준 및 규격 고시에서는 성분에
따른 특정을 별도로 하고 있지 않지만, 납(0.5 ug/mL이하), 카드뮴(0.05 ug/mL 이하) 등의 중금속에 대하여 서는 성분 용출 제한 규격이 존재한다.
건강기능식품 공전에는 영양소 중 비타민 및 무기질(또는 미네랄)로서 칼슘, 마그네슘, 철, 아연, 구리, 셀레늄, 요오드, 망간, 몰리브덴, 칼륨, 크롬 등의 광물성 물질에 대한 고시형 규정이 존재하며, 광물질을 이용한 건강기능식품 개별인정형 원료로는 게르마늄 효모 등 총 2종이(2015년 5월 기준) 등록되어있다. 미국과 캐나다, 일본에서는 점토광물의 일종인 벤토나이트와 제올라이트를 이용한 헬스케어용 보조식품이 시중에 판매되고 있으며 이들 제품의 효능은 주로 독성물질의 흡착과 체내 배출로 표기되어 있다(Fig. 3).
현재 식품의약품 안전처의 규정상 식품원료로 사용하기 위해 자료를 제출하는 경우 [식품원료 사용을 위한 의사결정도]
를 참고(Fig. 4) 할 수 있으며, 이에 따라 식품원료로 승인받기 위해 제출해야 하는 자료에는 원료의 기본 특성자료와 식용 근거자료, 독성이나 부작용이 있는 경우 분자구조와 특성에 관한 자료와 부작용에 대한 자료, 독성물질의 분석방법, 독성물질이 완전히 제거되는 경우 이를 입증할 수 있는 자료가 필요하며, 독성물질에 대한 잔류기준이 설정되어 있는 경우 최종 제품 내독 성물 질의 함유량에 대한 자료 등을 제출하여야만 한다. 광물자원의 경우 식품원료 사용을 위한 의사결정
도에서 ‘라’에 해당하므로, ‘식품의 한시적 기준 및 규격 인정’을 통해 식품원료로 사용할 수 있다. 다만 이에 필요한 자료는 원료의 기원과 개발 경위, 국내·외 인정, 사용현황(사용용도, 유통량, 제조사, 섭취 실태 등)에 관한 자료, 제조방법에 관한 자료(생산공정도, 함량, 제조방법, 제조에 사용된 용매와 기구의 명칭과 안전성 평가 사항 등), 원료의 특성에 관한 자료(성상, 물성, 주요 성분, 중금속, 미생물 등), 안전성에 관한 자료 (안전성, 영양평가자료, 항영 양 성분과 알레르기성 자료,
동물 독성시험자료, 섭취량 평가자료)를 제시하여야 한다. 따라서 광물자원을 식품으로 사용하기 위해서는 이와 관련된 연구가 선행되어 식품원료 사용을 위한 자료로 활용되어야 한다.
3. 광물자원의 식품분야 적용 가능 분야
Suzuki et al.(1999)의 연구에 의하면 쌀의 저장기간에 따라 휘발성 향기성분이 감소하고 묵은 냄새의 원인인 유리지방산의 함량이 변화한다고 하였다. 이에 착안하여 Jeong et al.(2005)의 연구에서는 점토광물 처리에 의한 쌀 고미(苦味)의 향기성분 분석 결과 유리지방산과 지방산 화물과 같은 고미 취의 원인 화합물이 흡착되어 사라졌음을 확인하였다. 또한 내열성 외 독소를 생산하여 식중독을 일으키는 Staphlyococcus aureus(황색 포도상구균)의 성장 억제 효과를 시험한 결과, 사용된 광물 중 벤토나이트와 질석, 제올라이트, 일라이트 순으로 억제 효능이 컸으며 이는 광물이 배지 내의 수분과 염기 치환을 조절하여 유해균의 성장환경을 악화시켰을 것이라 추측된다. 점토광물의 대표적 특성인 흡착 능을 이용한 여과와 탈취에 대한 연구와 사용 예는 매우 일반적이나, 유해 미생물에 대한 생장억제와 관련된 연구는 드물다. 이러한 연구결과는 우리나라 발효식품의 장기 발효와 보관 중 발생하는 유해균의 오염 문제, 그리고 이와 연관된 이상 발효에 적용할 수 있으며, 발효식품의 해외 수출 시 문제점으로 대두되었던 가스와 냄새 제거를 위한 소재로도 활용 가능할 것으로 사료된다. 그리고 Dai et al.(2014)의 연구결과에 따르면 토양에서 분리한 Bacillus litoralis를 벤토나이트가 함유된 배지에서 배양시킨 결과 광물
로부터 방출된 Ca과 Mg의 함량이 증가하였으며 미생물 생장의 지표인 글루코스 섭취량(Glucose consumption rate) 또한 증가하였다. 그리고 벤토나이트 함량이 증가할수록 미생물이 생장하는데 필요한 pH의 범위를 유지하는 현상을 보였다.
이러한 특성은 식품용으로 인정되고 있는 GRAS(Generally recognized as safe) 미생물의 생장과 생리학적 활성에 긍정적인 영향을 주는 것은 물론, 세포의 고농도 배양에 적용하여 균체의 생산성을 향상하는데 도움을 줄 수 있을 것으로 예
상된다. 또한 pH 완충능력은 저장식품의 보존제와 같이 다양한 식품분야에서 활용할 만한 가치가 발견된다.
3. 결 론
광물은 건축, 환경, 의료, 미용 등 산업 전반에 걸쳐 다양한 분야에서 활용되고 있는 자원이지만 식품분야에서는 관련 연구와 산업적 활용이 미흡한 실정이며, 특히 5조 달러 이상의 규모를 가진 세계 식품시장에서도 제대로 된 제품을 찾기 어렵다. 점토광물 자원의 특허 동향 분석 결과, 최대 경쟁국인 미국은 기업을 중심으로 광물자원과 관련한 식품분야의 개발이 활발
히 진행 중인 반면, 기업보다 개인 출원이 많았던 한국은 산업적 활용도를 높이기 위해 더 많은 노력이 필요한 것으로 예측되었다. 앞서 언급된 특허동향과 식품산업 관련 규제, 그리고 연구들은 관련 산업이 성장할 수 있는 시기에 있다는 것을 확인시켜주었으며 자국이 보유한 자원의 부가가치와 산업 경쟁력을 높이기 위한 기술개발이 필요한 시점이 도래했음을 시사한다.
따라서 광물과 식품분야의 융합 연구를 통해 국내 광물 자원 중 우선적으로 활용할 가치가 있는 자원을 전략적으로 선별하여 전문 연구인력을 투입하고 창의적인 기술을 개발한다면 점토광물의 식품분야 미래 시장을 선도할 수 있으리라 생각한다.
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