송경모 한국식품연구원 기능성식품연구본부 선임연구원

전 세계적으로 기능성 식품 시장의 급속한 성장과 함께, 다양한 기능성 소재에 대한 연구개발도 활발히 진행되어 왔다. 그러나 신규 기능성 식품 소재 개발은 이제 한계에 이른 것으로 보이며, 기능성 식품 시장 진출을 위한 새로운 기술 개발이 요구된다.

이러한 상황에서 최근 생물전환 기술이 한 방법으로 각광받고 있다. 생물전환이란, 미생물 혹은 효소의 생물학적 반응을 이용하여 기존 소재를 변환시키는 기술이다. 기존 소재에 적용하면 안전성 증대, 흡수율ㆍ기능성 증진, 신규 기능성 부여 등 다양한 개선이 가능하다는 결과들이 보고된 바 있다.

생물 전환을 통해 기존 소재의 경우 활용성을 제고할 수 있고, 식품 내 미량 존재하는 소재는 추출하는 것에 비해 저비용으로 생산효율을 높일 수 있다는 장점이 있다. 뿐만 아니라, 다양한 소재와 미생물 혹은 효소의 매칭을 통해 무수히 많은 신규 소재를 확보할 수 있다는 것 역시 매력적인 점이다.

효소의 경우 기질 특이성을 가지고 있어 원하는 반응을 유도할 수 있기 때문에 식품산업만이 아니라 의약품, 신소재 합성 등 다양한 분야에서 활용되고 있다. 효소 반응은 다음과 같은 장점을 가진다. 반응 자체가 생체 내에서 일어나는 만큼 대부분이 온화한 조건에서 반응하여 많은 경우 온도나 pH 등의 조건을 맞추어 주는 것만으로 반응을 유도할 수 있다.

화학 촉매에 비하여 효율성이 높아 공정 시간과 비용을 절감할 수 있고, 유기용매 등 독성물질을 사용하지 않으므로 친환경적 공정 개발 또한 가능하다. 특히, 효소의 기질특이성 덕분에 특정 산물의 생산수율을 증대시키면서도 원치 않는 부산물은 최대한 줄여 공정 효율성을 높일 수 있다. 이종 숙주 대량 발현이 용이하고 단백질 공학 기법을 활용하여 비교적 간단하게 효소 특성을 개선할 수 있어 적용성 확장과 공정 개선이 용이하다.

최근 효소를 이용한 식품소재 개발 연구가 활발해짐에 따라 생물전환 원천기술과 소재 확보의 필요성이 대두되고 있다. 2015년 기준 세계 효소시장 규모는 120억 달러로 추산되며, 이 중 식품ㆍ화장품 분야는 42억 달러(34%) 규모인 것으로 알려져 있다. 그러나 전 세계 시장의 약 70%를 노보자임(Novozyme)과 제넨코(Genencor) 등 특정기업이 독점하고 있는 상황이며 국내 식품 효소 시장에서 노보자임, 제넨코, 듀폰(DuPont) 등 해외 3개사의 점유율은 무려 84%에 이른다.

이처럼 세계적으로 효소 시장이 성장하고 있는 상황에서 국내에서조차 자국에서 개발한 효소 자원 사용이 미비하다는 것은 정말 안타까운 상황이다. 더구나 나고야 의정서가 발효됨에 따라, 해외 생물자원을 이용하면 비용 부담이 가중되고 이는 제품의 원가상승으로 이어진다. 따라서 국내 생물자원 유래 유용 신규 효소를 확보하기 위한 노력이 무엇보다 필요한 때이다.