식품첨가물용 이온화 칼슘의 개발동향과 시장분석 Development of Ionic Calcium as

Biomaterials Research (2008) 12(4) : 141-147

Biomaterials Research

C The Korean Society for Biomaterials

식품첨가물용 이온화 칼슘의 개발동향과 시장분석 Development of Ionic Calcium as Food Additives; Market and Technology Trends Analysis 강남성1·최윤정2·박영서2·손은수3·표석능1·강세찬4·음현애1·손은화5* Nam-Sung Kang1, Yunjeong Choi2, Young-Seo Park2, Eun-Soo Sohn3, Suhkneung Pyo1, Se-Chan Kang4, Hyun-Ae Eum1, and Eun-Hwa Sohn* 1

성균관대학교 약학부, 2한국과학기술정보연구원(KISTI) TCI사업단, 3KISTI 정보분석센터, 세명대학교 자연약재과학과, 5강원대학교 생약자원개발학과 1 College of Pharmacy, Sungkyunkwan University, Suwon, Korea 2 Technology Commercialization Intelligence Division, Korea Institute of Science and Technology Information (KISTI), Seoul, Korea 3 Information Analysis Center, KISTI, Seoul, Korea 4 Department. of Natural Medicine Resources, Semyung University, Jecheon, Korea 5 Department. of Herbal Medicine Resource, Kangwon National University, Samcheok, Korea (Received September 5, 2008/Accepted November 18, 2008) 4

Calcium is an essential mineral in the maintenance of physiological functions of both plants and animals. Without an appropriate level of calcium, our body becomes more susceptible to many diseases with decreased resistance to unfavourable conditions. Current food additives, used to conserve food longer by suppressing the productions of gases and the growth of the bacteria, are either chemical conservatives or natural products. The chemical conservatives, however, has a potential to produce adverse effects in our body, whereas the natural products, such as grape fruit extract or Yuka extract, are expensive and alters the tastes of food. Due to these limits of currents food additives, the market has been looked for the safe, domestic and natural food additives, having good conservative function without side effects and alternation in food tastes. Among many natural food additives, the best candidate is calcium ion, an essential mineral which is necessary in biological activity in most organisms. With great interests of the market, manufacturing technology has rapidly developed to increase the absorption rate and the efficiency of utilization of high ionic calcium in food additives, and a positive prediction can be made on its marketability. This review demonstrates domestic and international trends in techniques and marketing dealing with high ionic calcium, and also suggests the prospects and the attractiveness of calcium in a food market. Key words: Ionic calcium, Mineral, Food additives, Research insight, Market trends

칼

서

론

식품첨가물은 세균증식을 방지하고 가스발생을 억제하여 식 품의 장기 보존용으로 사용된다. 몇몇 천연 식품첨가물이 상품 화되어 있으나 화학적 합성품이 주로 사용되고 있는데, 이는 인체에 미치는 부작용으로 인해 향후 사용이 제한적일 수밖에 없다. 반면 외국에서 개발된 자몽추출물, 유카추출물 등 천연 식품첨가물은 값이 비싸고 식품의 맛이 변질될 가능성 등의 단 점이 있다. 그러므로 화학적 합성품이 아니면서 세균증식과 가 스발생 억제효과가 탁월하고 식품의 맛을 유지할 수 있는 저 가의 식품첨가물 개발이 요구되고 있다. 이에 국내 원료가 풍 부하고 안전한 천연 식품첨가물 개발이 확대되고 있으며, 이러 한 천연 식품첨가물 중에서 주목 받고 있는 물질이 각종 생명 체의 구성과 활동에 있어서 필수 성분인 칼슘이다6). 칼슘은 여러 가지 대사과정을 거쳐 체내에서 약 20~30%가 흡수되며 나머지는 대·소변으로 배설된다. 식품이나 제재로 섭 취한 칼슘이 체내로 흡수되기 위해서는 위장에서 먼저 용해되

슘(calcium)은 각종 생명체의 구성과 활동에 필수적인 미네랄 성분 중 하나이다. 동물의 경우 뼈와 혈액의 조성 및 생성에 필요한 성분일 뿐만 아니라, 심장이나 뇌의 정보전달 기능을 담당한다1-3). 식물에 있어 칼슘은 분열 조직의 생장 및 뿌리 발육에 중요한 요소이다4). 신진대사의 결과로 생기는 유 기산을 중화하는 역할뿐만 아니라 마그네슘, 칼륨 및 나트륨의 과잉흡수를 억제하는 길항작용도 한다. 칼슘이 부족한 경우 여 러 종류의 병에 대한 저항력이 떨어지며, 이상 현상이 나타난 다. 이와 같이 칼슘은 동·식물의 생명체 활성 유지에 중요한 역할을 하는 원소로서, 건강기능식품이나 식품첨가물 등 다양 한 용도로 개발되고 있다5). *책임연락저자: [email protected]

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어 칼슘이온(Ca2+)으로 전리되어야 한다. 즉, 칼슘의 용해 속도 가 빠르고 그 이온화도가 높을수록 칼슘의 흡수율과 이용률이 높다7,8). 따라서 칼슘이 적용되는 건강식품 및 식품첨가물 개발 의 경우, 칼슘의 형태에 따라 체내 흡수율이 크게 달라질 수 있다. 이러한 이유로 칼슘제품 제조 기술에 있어 체내 흡수율 및 이용률을 높일 수 있는 기술이 핵심 기술로 여겨지고 있다. 최근에는 천연자원인 패각류 등을 이용하여 식품첨가물용 고 이온화 칼슘을 제조하는 기술이 개발되고 있으며, 고이온화 칼 슘 개발 기술은 식품산업에서의 대량 생산과 저장성, 편리성, 안전성의 과제를 해결해 줄 수 있는 기반기술이 될 것으로 기 대되고 있다. 따라서 본 논문에서는 고이온화 칼슘 개발에 대 한 국내외 기술동향과 시장동향을 기술하고 이를 토대로 관련 사업예의 전망과 사업매력도의 분석 의견을 제시하였다9-14).

칼슘의 작용과 식품첨가물로서의 응용 인체 내에서의 칼슘 작용 생명 유지 및 골격대사 기능 칼슘은 뼈, 치아 및 혈액을 포함한 체액 속에 존재하여, 심 장박동, 신경전달, 혈액응고, 세포막을 통한 물질 이동 조절 등 주요 생명 유지 및 골격 대사 기능을 수행한다. 이러한 기능을 유지하기 위해 세포와 혈액의 칼슘 농도 항상성 유지는 필수 이다. 그 농도 차이는 매우 커 혈액내 칼슘농도를 1이라 할 때, 세포내의 칼슘농도는 그 1만분의 1로 유지해야 한다. 이 같은 큰 농도 차이를 유지해야만 칼슘은 전신의 세포에 정상 적으로 정보전달을 할 수 있다. 칼슘이 부족해지면 세포와 혈 액 간 농도 차의 균형도 깨져 정상적인 정보 전달을 받지 못 한 세포는 여러 가지 질병의 원인이 된다15). 대장암, 결장암, 위암 등의 암 예방 칼슘은 뼈 조직 유지 이외에 대장암 등 암 발병 위험을 줄 일 수 있는 것으로 알려져 있다. 혈액 내 칼슘 농도가 낮아지 면 부갑상선 호르몬이 분비되어 뼈에 있는 칼슘으로 보충하게 되는데 이때 칼슘이 세포 속으로 흡수된다. 그 결과 세포의 안 팎에서 절대적으로 유지되어야 하는 칼슘 농도의 균형이 깨져 일반세포 뿐만 아니라 면역세포도 정보를 올바로 전달할 수 없 게 된다. 칼슘 부족은 ‘칼슘 패러독스 (반대로 세포내의 칼슘 량이 증가되는 현상)’를 일으키고, 암 유전자를 활성화시켜 암 세포가 증식한다. 따라서 암 예방을 위해 충분한 칼슘 섭취가 필요하다16,17). 혈압 조절 및 동맥경화 고혈압도 칼슘 부족이 하나의 병인으로 알려져 있다. 혈관 바깥쪽은 평활근으로 둘러싸여 있는데, 이 근육이 수축되면 혈 관도 좁아지고, 근육이 팽창되면 혈관도 넓어진다. 혈관이 좁 아지면 혈액순환이 원활하지 못해 혈압이 상승하게 된다. 칼슘 이 부족하면 평활근이 수축되면서 혈관이 좁아져 혈액의 흐름 이 순조롭지 못해 그 결과 혈압이 올라가게 된다. 칼슘의 불균 Biomaterials Research 2008

형은 동맥경화를 일으키기도 한다. 칼슘이 동맥에 축적되면 혈 관의 내벽이 단단해진다. 혈관 내벽은 원래 탄력성을 가지고 있으나 칼슘이 쌓이면서 점차 콜레스테롤도 축적되어 동맥경화 로 발전된다18,19). 알츠하이머 발병 예방 칼슘의 불균형은 암이나 고혈압, 동맥경화의 원인이 될 뿐만 아니라 알츠하이머 치매를 일으키는 것으로도 추정되고 있다. 실제로 알츠하이머 환자는 건강인보다 혈중 칼슘농도가 낮고 부갑상선 호르몬치도 높게 나타났다. 치매 정도가 심할수록 이 경향은 두드러진다20). 칼슘흡수율은 개인 간 차이를 보이는데, 칼슘흡수 보조인자 영향에 따라 그 차이가 크다. 칼슘 흡수율 은 식이급원의 영향을 받는데, 비타민 D도 그 중의 하나이며, 비타민 D의 결핍은 칼슘 결핍증을 초래한다. 단백질 함량 역 시 칼슘 흡수에 영향을 미친다. 이외 칼슘 흡수를 증가시키는 요인으로는 유당 섭취량, 장내 산도, 부갑상선 호르몬, 비타민 C 등이 있다.

식물에서의 칼슘 작용 칼슘은 식물의 세포막을 강화하고 냉해, 동해 회복에 영향을 주며 병해에 대한 저항력을 향상시킨다. 광합성을 도와 엽록소 형성을 촉진하고 식물의 저장성을 좋게 하며 건강한 생육상태 를 유지시켜 유기농 재배에 도움을 주는 것으로 알려져 있다. 따라서 유기농산품에는 칼슘 강화 비료를 많이 사용하고 있다. 칼슘 부족은 식물체내의 탄수화물 합성과 이동을 저해하고, 병 에 대한 저항력을 감소시킨다. 칼슘 결핍증의 예로는, 토마토 의 배꼽썩음병, 배추, 양배추, 양파 등의 가썩이나 속썩이, 오 이의 줄기마름병, 사과의 반점성 장해 등이 있다21,22). 우리나라와 일본의 토양은 약 200~250 ppm의 칼슘을 함유 하여, 4000~5200 ppm의 칼슘을 함유하는 유럽과 미국 토양 에 비해 칼슘 양이 매우 부족하므로, 국내에서 식물체를 건강 하게 재배하기 위해서는 별도의 칼슘 보충재가 필요하다. 식품첨가물로서의 칼슘 제품 현재 사용되고 있는 식품첨가물용 화학합성 칼슘으로는 탄산 칼슘, 구연산칼슘, 글루콘산칼슘, 젖산칼슘, 인산칼슘, 판토텐산 칼슘, 수산화칼슘, 염화칼슘, 황산칼슘 등이 있으며, 주로 음료 에 사용되고 있다. 유용성이 인정된 기능성 식품에 등재되어 있는 칼슘으로는 해조칼슘, 우골(牛骨)칼슘, 어골(魚骨)칼슘, 계 란껍질의 난각칼슘, 조게껍질의 패각칼슘, 유청칼슘, 발효생성 유기산칼슘, 산호칼슘, 섬게껍질분말, 상어연골분말, 오징어연골 분말이 있다. 기능성 식품 소재로 사용되는 주요 칼슘의 종류를 Table 1 에 나타내었다. 국내에서는 해조칼슘이 171개 건강기능식품의 원료로 비중이 45.6%로서 가장 높고, 유청칼슘이 24.6%로 그 다음 순이다. 고활성칼슘(high activated calcium)이라고도 하는 칼슘 흡수 율 및 이용률 증대를 위해, Ca2+이온을 고농도로 유지시킨 칼

식품첨가물용 이온화 칼슘

Table 1. Current applications of calcium from different sources in healthy food 칼슘

적용 품목수

해조칼슘 유청칼슘 패각칼슘 모려(굴껍질) 칼슘 젖산칼슘 인산칼슘 발효성 유기산칼슘 탄산칼슘 우골분 산호칼슘 어골분 미상(*) 기타(**)

171 90 19 18 15 15 9 9 7 4 3 9 6

375 계 *: represents products unidentified in all published information including Internet web sites. **: represents product with unknown calcium source

슘 개발 기술은 조개, 산호와 같은 패각류를 전기분해시켜 높 은 용해도와 강한 알칼리성을 나타내는 고농도의 Ca2+용액을 생성한다. 기존 산화칼슘들에 비해 순도가 높고, 생체내 활성도 와 흡수율이 높으며, 기준량 사용시 독성이 발현되지 않는다고 보고되고 있다. 또한, 주성분인 활성칼슘 이외에도 여러 종류의 천연 미네랄이 함유되어 있어, 영양성분의 원료물질로 활용이 기대된다. 이러한 고이온화 칼슘은 항균, 가미, 영양미네랄 보 충 효과 등을 이용하여 식품의 맛을 보존하고, 가스의 생성을 막아 식품의 저장성을 증가시키는 기능을 가지므로 식품 보존 제 및 방부제로 활용될 수 있다. 또한, 식물 생장에 있어서도 칼슘은 중요한 원소이므로, 식물체의 병충해 방지나 생장율 증 대를 위해 토양개선제로 사용될 수 있다. 또한, pH가 높아 농 산물 처리시설에서 농산물의 세척제로도 활용될 수 있다. 이 밖 에도 천연물 추출 용매 등의 다양한 분야에서 응용이 가능하다.

칼슘 제조기술 현황 및 전망 식품용 칼슘 개발 동향 식품용 칼슘은 형태와 원료에 따라 다양하며, 현재 개발되고

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있는 식품용 칼슘의 종류를 제조법에 따라 분류하면 Table 2 와 같다. 식품용 칼슘은 크게 식품첨가물용과 기능성식품 소재용으로 개발되고 있다. 현재 사용되고 있는 식품첨가물용 칼슘은 대부 분 화학적 합성품이다. 탄산칼슘, 구연산칼슘, 글루콘산칼슘, 젖 산칼슘, 인산칼슘, 판토텐산칼슘, 수산화칼슘, 염화칼슘, 황산칼 슘 등이 주요 화학적 합성 식품첨가물용 칼슘이며, 음료식품에 주로 사용되고 있다. 이중 수산화칼슘, 염화칼슘은 생산량 기 준으로 국민 다소비 식품첨가물 순위에서 68개 중 각각 20 위, 23위를 차지하였다23). 젖산칼슘은 음료, 요구르트, 고추장, 김치 등으로 적용이 시도되고 있다. 탄산칼슘염은 산과 반응하 면 CO2가 발생하는 문제점이 있어 최근에는 탄산칼슘염의 단 점보완과 젖산칼슘의 응용성을 갖춘 제품화 기술 개발이 진행 되고 있다. 기능성 식품군에 등재되어 있는 칼슘으로는 해조칼슘, 우골 (牛骨)칼슘, 어골(魚骨)칼슘, 계란껍질의 난각칼슘, 조게껍질의 패각칼슘, 유청(우유)칼슘, 발효생성유기산칼슘, 산호칼슘, 섬게 껍질분말, 상어연골분말, 오징어연골분말 등이 있다. 각 제품들 의 칼슘 함량은 해조칼슘이 34%, 유청칼슘이 26%, 돈골분이 38%, 어골분이 25%, 인산칼슘류가 16~32% 정도이다. 이에, 칼슘 이용도를 높이기 위한 칼슘흡수율 관련 연구들이 진행되 고 있는데, 인 성분이 칼슘의 흡수에 방해된다고 알려져, 인 함량이 0.08% 이하로 적은 칼슘을 제조하기 위한 기술 개발 이 이루어지고 있다. 또한 최근 연구결과, 다양한 미네랄이 칼 슘과 상호작용을 통해 칼슘흡수율을 증진시키는 것으로 밝혀 져, 미네랄과 칼슘 복합제제 개발에 식품용 칼슘 관련 업체들 이 주력하고 있다. 칼슘 흡수율을 높이기 위한 고이온화 칼슘제조 기술개발이 각국에서 이루어지고 있다. 특히 일본 감귤가공공장과 중국 춘 장공장에서 이온화 칼슘제조 관련 기술에 주력하고 있다. 일본 의 경우 감귤가공공장에서 개발된 이온화 칼슘 분말을 물에 1,000~2,000배 희석한 후 수확된 감귤에 처리하여 감귤의 신 선도 및 저장성을 높이고 있다. 중국 춘장공장에서는 춘장 제 조 시 이온화 칼슘 분말을 사용하여, 곰팡이와 가스발생을 억 제시켜 저장성과 유통기간이 증대될 수 있도록 반응조건의 최 적화 기술을 개발하고 있다.

Table 2. Types of dietary calcium 종 류 탄산칼슘 산화칼슘 수산화칼슘 염화칼슘 젖산칼슘 구연산칼슘 글루콘산칼슘 기타칼슘

내

용

난용성. 석회석(방해석), 난각껍질(달걀껍질), 패각칼슘(굴, 조개껍질), 해조칼슘(불가사리, 산호), 진주칼슘(진주) 등의 형 태가 있음. 물과 반응하여 수산화칼슘이 됨. 탄산칼슘을 900oC에서 소성하여 제조함 0.18% 산화칼슘에 물을 반응시켜 제조함. 작은 용해도, 강알칼리성 수용성. 탄산칼슘을 염산과 반응시켜 제조함. 소다회 생산시 부산물로 생산되기도 함. 수용성. 탄산칼슘을 젖산과 반응시켜 제조함. 요구르트, 김치, 우유에 식품첨가물로 사용 수용성. 탄산칼슘과 구연산을 반응시켜 제조함. 기능성음료, 된장에 식품첨가물로 사용 수용성. 글루콘산과 반응시켜 제조함. 젖산칼슘과 혼용시 생체흡수에 유리함. 식품첨가물로 사용 제일인산칼슘, 제이인산칼슘, 제삼인산칼슘, 5'-리보뉴클레오티드칼슘 카르복시메틸셀룰로오스칼슘, 키토산칼슘 등

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공업용 칼슘 개발 기술 동향 공업용 칼슘은 주로 일본에서 연구되고 있으며, 제조방법으 로는 전해법(電解法)과 열환원법 두 가지가 있다. 전해법은 염 화칼륨이 15% 정도 혼합된 염화칼슘을 융해시킨후(약 800oC), 흑연을 양극, 철을 음극으로 전기분해하여 칼슘을 제조하는 방 법이다. 이를 통해 순도 85% 정도의 칼슘이 제조된다. 열환원 법은 1,200oC의 고온 및 진공 하에서 산화칼슘을 알루미늄에 의해 환원시키는 방법이다. (6CaO+2Al → 3Ca+3CaO· Al2O3)와 같은 반응을 통해 수득된 칼슘은 증기로부터 결정(結 晶)화 되므로 98%로 순도가 높다10,12). 식물용 칼슘 기술개발 동향 식물의 칼슘 결핍을 막기 위해 산화칼슘과 탄산칼슘을 이용 하는 연구가 진행되었으나, 식물체내 흡수보다는 오히려 식물 표면을 덮어 동화작용을 방해하는 등의 단점이 나타났다. 물론 식물 하단부의 일부에 대해서는 칼슘보충 효과를 보여 주었으 나, 상단부의 칼슘결핍 증세는 여전히 나타났다. 즉, 탄산칼슘 이 뿌리에서 흡수된다 하더라도 식물체내에서 이동이 활발하지 못해, 비록 토양 중에 다량의 칼슘이 있더라도 식물의 잎, 줄 기, 열매 등의 지상부분에는 칼슘결핍 증상이 나타난다. 따라 서 비료업체는 식물체 내부에서 이동성 및 흡수율이 높은 칼 슘형태 개발에 주력하고 있다. 패각류를 이용한 칼슘 제조 및 고이온화도 칼슘 개발 동향 굴이나 피조개 껍질 등의 패각류를 소성한 후 마그네슘과 인 등의 불순물을 연소하고 그 결과물을 CaO와 CO2로 분리시켜 순도 97% 이상의 산화칼슘을 제조하는 기술이 개발되고 있 다. 탄산칼슘의 경우 순도 99%까지 제조할 수 있는 기술을 보유한 업체도 있으나 아직까지는 대부분 순도가 낮은 칼슘을 이용한 토양비료로의 활용에 주력하고 있다. 영구자석의 자력과 압력을 이용하여 이온화 칼슘을 개발하는 연구도 진행되고 있다. 또한 고온(1000oC 이상의 온도)에서 소 성시켜 제조된 산화칼슘을 물에 용해시켜 수산화칼슘 수용액을 만들고, 미생물을 주입하여 식물체에 원활하게 흡수될 수 있는 이온화 칼슘 개발도 진행 중이다. 또한 물에 잘 용해되지 않 는 수산화칼슘의 결정구조를 변화시켜 칼슘이 이온화된 수용 액 형태로 식물체에 잘 공급되도록 하는 기술개발도 이루어지 고 있다. 향후 기술 전망 칼슘은 생체의 필수 미네랄 영양성분일 뿐 아니라 항균효과 등의 다양한 효과를 나타내고 있다. 따라서 식품첨가물, 기능 성 식품, 토양개선제를 포함한 식품학, 의약학, 농학 등의 다양 한 분야에서 그 제품개발이 요구되고 있다. 칼슘 부족에 의해 다양한 질환이 발생할 위험이 있으며, 칼슘이 농산물의 재배 및 보존에 있어 생장촉진 및 병충해 방지 등의 긍정적인 작용 을 하므로 그 수요는 더욱 높아질 것으로 전망되고 있다. 이러 Biomaterials Research 2008

한 칼슘에 대한 높은 수요에도 불구하고, 대부분 제품화된 칼 슘은 그 흡수율이 낮아 활용 확대에 있어 한계점으로 지적되 어 왔다. 따라서 이를 해결할 수 있는 고이온화 칼슘 제조기술 은 향후 유망 기술로 인식되고 있다. 웰빙 시대에 맞춰 칼슘제품 수요자들은 화학적 합성품보다 천연제재를 요구하고 있어, 천연추출을 통한 칼슘개발도 확대 될 전망이다. 또한 가격경쟁력을 가진 칼슘제품화 기술 개발도 이루어질 것으로 예상된다. 칼슘의 함량뿐만 아니라 생체 이용률이 중요하다는 보고에 따라, 칼슘의 이용률을 증진시킬 수 있는 다양한 기술 개발들 이 시도되고 있는데, 대표적인 예로 나노 칼슘(nano calcium), 수용성 유청칼슘, CMA(calcium magnesium acetate)이온칼슘 분말 활용기술 등이 있다. 나노칼슘은 나노분쇄기술을 이용하 여 침상형의 칼슘입자를 구상형의 미세한 입자로 분쇄하여 흡 수증가율을 높인 칼슘이다. 유청(乳淸: milk serum)은 우유(또는 탈지유)에 산 등을 가했 을 때 생성되는 카세인 응고물을 제거하고 남아있는 황록색 용 액이다. 유청에는 주성분인 젖당이외에 고농도의 칼슘을 포함 한 무기염류와 유청 단백질(α-락트알부민, β-락토글로불린 등), 수용성 비타민류(B1, B2, C, 니코틴산)등이 함유되어 있다. 칼 슘 및 다른 무기물의 농도는 유청 처리 조건에 따라 변화될 수 있기 때문에 이를 이용하여 수용성 칼슘을 얻을 수 있는데 이를 유청칼슘이라 한다. 유청칼슘은 쓴맛이 없는 양질의 칼슘 원이지만 그 체내 흡수율이 30% 이하이고 불용성의 침전을 형성하는 등의 사용 제한 단점이 있다. 최근에는 유청칼슘을 수용화, 이온화하여 체내 흡수율을 2배 이상 높이고, 침전 형 성을 방지하여 기능성을 향상시킨 유청칼슘 분말이 기능성 소 재 물질로 대두되고 있다. 친수성 혹은 이온화성 칼슘 제조기 술도 지속적으로 개발되고 있는데 그 중 하나가 CMA이온칼슘 분말이다24,25).

특허 및 시장 분석 특허 분석 고순도의 이온화된 산화칼슘에 관한 기술로, 천연 패각류를 화학적인 처리 없이 열과 전기만을 이용하여 생산함으로써, 생 체내 활성도와 용해도가 높은 고활성 칼슘을 제조하는 것을 특 징으로 한다. 본 절에서는 이에 대한 국내외 특허 동향 및 주 요 핵심특허를 분석하여 특허 선행기술의 존재여부를 검토하였 다. 각국별 고활성 칼슘 관련 특허를 검색한 결과 한국 184 건, 미국 32건, 일본 23건, 유럽 6건이 출원되었다(Figure 1). 세계적으로 활성칼슘과 관련되어 출원된 특허는 1977년 최 초 출원을 시작으로 꾸준한 성장을 보이고 있으며, 한국이 전 체의 약 75%를 차지하며 기술개발을 선도하고 있다. 2006년 이후 출원율의 감소경향은 공개제도에 따른 미공개 특허의 영 향으로 실제 출원 건수보다 적게 조사되기 때문인 것으로 사 료된다. 미국은 1977년에 출원이 시작되어 1995년부터 2003 년까지 활발한 특허활동을 보이다가 최근 감소하는 경향을 나

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다. 제품차별화가 용이하지 않는 경우에는 보통 시장에서 경쟁 이 심해지고 결국에는 가격경쟁으로 경쟁패턴이 전환되어 산업 전체 기업의 평균 이익률이 감소하며 또 한계기업들은 시장퇴 출의 압력을 받는다.

Figure 1. Overall status of patent application by country. EP: European Patent, JP: Japanese Patent, KR: Republic of Korean Patent, US: United States Patent.

타내고 있다. 일본은 증가율은 낮으나 꾸준한 출원이 이어지고 있다(Figure 2). 주요 출원인으로는 Zengen가 최다 출원하였다.

시장의 특성 제품정보 및 사회적 인식에 따른 수요 탄력성 식품첨가물용 칼슘은 제품의 기능 자체보다는 오히려 제품에 대한 정보와 사회적인 인식에 따라 붐이 조성되기도 하고 사 라지기도 하는 등 그 수요량이 크게 영향을 받는다. 따라서 제 품에 대한 효능입증, 홍보, 마케팅 등이 시장 확대의 중요한 요소들이며, 건강식품과 같은 관련업체들의 협력에 의한 동반 시장창출도 중요하다. 제품 차별화가 용이하지 않은 시장 천연 식품첨가물의 고부가가치화는 대부분의 식품첨가물 업 체가 지향하는 전략방향이며 원재료도 국제시장에서 어렵지 않 게 구입할 수 있어 제품측면에서의 시장진입장벽은 높지 않다 고 할 수 있다. 따라서 식품첨가물 시장에는 다양한 브랜드의 제품이 존재하고 있으며 이들 브랜드간의 경쟁은 치열한 편이

기회 및 위협요인 건강식품 시장규모 확대에 따른 천연 식품첨가물 시장의 동 반 성장 산업의 발달, 현대화, 경제성장, 생활수준의 향상 등에 따라 고혈압, 스트레스 등의 성인병이 증가되고 있고, 이러한 외부 환경에 대한 자극들을 극복하기 위한 신체조절 기능향상 목적 의 건강 기능식품에 대한 수요가 증대하고 있다. 이러한 사회 적 배경과 더불어 건강식품 시장은 매년 증가하는 추세이며, 관련 시장은 2006년 2조 3000억원의 규모로 매년 10% 이상 성장하고 있으며, 2010년에는 약 4조원까지 성장할 것으로 예 상되고 있다. 건강식품 시장규모 확대에 따른 기능성 천연 식 품첨가물 시장의 동반성장도 기대된다26). 식품첨가물에 대한 부정적 소비자 인식 식품첨가물은 소비자의 식생활에 긍정적인 면에서 기여를 하 고 있지만 한편으로는 안전성 문제로 끊임없는 논란의 대상이 되고 있다. 작년에는 ‘식품첨가물의 아토피피부염 유발 가능 성’이 언론에서 보도되어 식품첨가물에 대한 부정적 인식이 팽 배해 지는 현상이 나타났다. 이러한 상황에서 성공적으로 시장 을 개척해 나가기 위해서는 효능성 및 안전성 자료를 바탕으 로 소비자들의 인식 전환을 꾀할 필요가 있다. 첨가물 소재 산업의 영세성 국내 식품 첨가물 소재산업은 주요 핵심기술의 해외 의존도 가 높고 국내 시장이 크지 않다. 또한 많은 비용의 투자와 상

Source: KIPRIS (www.kipris.or.kr) data base and DELPHION (www.delphion.com) data base

Figure 2. Annual patent trend in different countries from 1977 to 2007.

Vol. 12, No. 4

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강남성·최윤정·박영서·손은수·표석능·강세찬·음현애·손은화

위 기술이 적용되어야 하는 기술적인 특성으로 국내 식품 첨 가물 소재산업이 활성화되지 못하고 있는 상황이다. 국내 식품 첨가물 소재산업의 성장을 위해서는 국내 시장규모의 한계를 극복할 수 있는 세계시장을 겨냥한 제품 생산이 필요하다. 그 러나, 소재 생산의 원천 기술이 부족한 국내 현실로는 쉬운 일 이 아니며 또한 기업자체의 영세성 및 협소한 기업의 인적자 원으로 인하여 국내 개별기업 단독으로는 세계적인 식품첨가물 을 개발하기가 어려운 실정이다.

시장 규모와 수요 예측 해외 식품 첨가물 시장 중 가장 큰 시장을 형성하고 있는 미국 시장은 Figure 3에 나타낸 바와 같이 2001년 50억 달 러에서 2006년까지 58억 달러로 연평균 성장률 약 3.2% 정 도로 증가해 왔다. 국내 2005년 식품첨가물 시장규모는 출하량 기준으로 약 6,633억원로 추정되고 있고, 2002년과 비교하여 13.1% 증가 하였다(Figure 4). 2005년 식품 첨가물 시장에서 칼슘관련 분야가 차지하는 비 중은 0.6%로, 과거 2002년도와 비교해볼 때 비중의 차이는

Table 3. Domestic demand on natural calcium as food additives (unit : million dollars) 구분 (년도)

2008

2009

2010

2011

2012

증가율 (%)

국내시장

4.97

5.37

5.79

6.25

6.74

0.79

Sourse : KISTI prediction refered from “식품유통연감” and “한 국식품의약품안전청 KFDA,” in 2007.

거의 없다. 2005년 국내 식품첨가물용 칼슘 시장 규모는 약 40억원 규모로 추정된다. 식품 첨가물용 칼슘시장을 구성하고 있는 품목별 비중은 탄산칼슘이 36%로 가장 높고, 염화칼슘 (35%), 수산화칼슘(18%), 제일인산칼슘(4%), 제삼인산칼슘(4%), 제이인산칼슘(2%), 젖산칼슘(2%) 등의 순이다(출처: 2007 식품 의약품안전청). 천연 첨가물 시장은 2002년부터 2005년까지 연평균성장률 7.9%를 보이며 시장이 확대되고 있다 (출처: 식 품의약품안전청 통계자료, 2007). 국내 식품첨가물용 칼슘시장은 천연 식품첨가물에 대한 수요 자 니즈 증대 및 기능성식품 산업의 발달과 함께 확대될 것으 로 전망된다. 국내 식품첨가물용 칼슘시장은 마이너스 성장을 하여 2005년에 약 40억원의 시장을 형성하였다. 신청업체의 목표시장은 향후 국내 천연 식품첨가물용 칼슘시장의 수요예측 을 위해 현재의 식품첨가물용 칼슘 제품 시장규모(약 46.1억 원; 일차목표시장은 천연 식품첨가물 칼슘시장이므로, 현재 국 내 식품첨가물 칼슘시장의 규모와 천연 식품첨가물시장의 연평 균성장률을 자료를 바탕으로 현재시장(2007년 기준)을 약 46.1 억원으로 추정하였음)와 향후 천연 식품첨가물 연평균 성장률 (7.9%)을 고려하여 추정한 수요예측 결과에 의하면, 국내의 천 연 식품첨가물용 칼슘시장은 2008년 49.7억원, 2009년 53.7 억원, 2010년 57.9억원, 2011년 62.5억원, 2012년 67.4억원 정도의 시장규모를 창출할 것으로 예상되고 있다(Table 3).

요 Source : Business Communications Company, Inc. 2007

Figure 3. Food additive market trend in USA.

Source : “식품유통연감”, 2007

Figure 4. Food additive market trend in Korea.

Biomaterials Research 2008

약

칼슘은 동·식물의 생명체 활성 유지에 매우 중요한 역할을 하고 있는 원소이다. 식물에 있어서 칼슘은 식물체내의 대사과 정에서 과잉되는 유기산을 중화하고, 펙틴과 결합하여 세포막 을 강하게 하고 병에 대한 저항성을 강하게 하며 뿌리의 발육 을 도와 생산량을 증가시킨다. 칼슘이 부족한 경우 여러 종류 의 병에 대한 저항력이 떨어지며 이상 현상을 나타낸다. 동물 의 경우에는 뼈나 치아 등을 형성하는 필수영양소의 하나일 뿐 만 아니라, 심장이나 뇌를 움직이게 하는 정보 전달기능에도 중요한 역할을 담당한다. 따라서 칼슘은 다양한 형태의 식품첨 가물이나 건강기능식품으로 개발되고 있다. 식품첨가물은 식품 의 효율적인 보존을 위해 세균증식 방지, 가스발생 억제를 위 하여 다양한 화학적인 방부제나 일부 천연물을 사용되고 있 다. 그러나 화학적 첨가물이 인체에 미치는 부작용으로 인하여 향후 사용이 제한적일 수밖에 없고 외국에서 개발된 자몽 추 출물, 유카추출물 등의 천연물 제제는 값이 비싸고 식품의 맛

식품첨가물용 이온화 칼슘

이 변질되는 이유로 사용에 많은 제약이 있다. 그러므로 화학 적 합성물이 아니면서 세균증식 및 가스발생 억제효과가 탁월 하고, 식품의 맛을 유지하면서, 인체에 필요한 영양성분을 함 유하는 국내 원료가 풍부한 안전한 천연 식품첨가물에 대한 시 장 요구도가 증가하고 있다. 천연 식품첨가물 중에서 주목 받 고 있는 물질은 각종 생명체의 구성과 활동에 있어서 필수적 인 미네랄 성분인 칼슘이다. 특히, 고순도의 이온화된 산화칼 슘에 관한 기술에 대한 특허 기술은 국내 및 해외에서도 지속 적으로 증가하고 있는 추세이다. 아직은 식품첨가물에 대한 소 비자 인식의 전환이 충분히 이루어지고 있지는 않으나, 식품 첨가물용 칼슘으로 이루어진 제품에 대한 사회적 인식이 지속 적으로 변화되고 있고, 건강식품 시장규모의 확대에 따라 식품 첨가물용 칼슘의 시장도 성장이 동반되고 있다. 이러한 시장 상황에서 칼슘 흡수율 및 칼슘 이용률을 높인 고이온화 칼슘 기술개발은 식품첨가물용으로서 빠른 속도로 제조기술이 개발 되고 있으며 농업분야, 두부, 야채류 등의 유통기한 연장이 중 요한 요소인 식품을 제조하고 있는 식품제조업체 등의 시장진 입을 이룰 수 있을 것으로 전망되고 있다.

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