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1 키토산

2 머리말 게나새우의껍질로부터추출되는키토산은자원고갈과환경오염이라는문제가심각하게대두되는시점에서, 자원으로재활용할수있는유용한천연고분자물질이며, 현재의약, 섬유, 화장품, 생화학, 환경, 식품, 방부제, 식품첨가제, 농업항균제, 제지등수많은분야에서연구및상용화가진행되고있습니다. 그러나, 최근까지도키틴ㆍ키토산의기능및생산과정에대한논란이지속되고있는데, 이러한논란의종식은지속적 R&D를통한기술적문제의해결을전제로한다고볼수있습니다. 또한, 다양한기능을실제적용할수있는응용분야의개발또한지속적 R&D를통해서가능하며, 현재전세계적으로이분야의연구개발열기는 2000년대이후로도식지않고이어지고있는상황입니다. 한편, 국내키토산업체는기술수준이다양하게발전되지못하여새로운유도체의개발이나의약품등으로서의고부가가치창출이이루어지지않고있는상황입니다. 또한, 건강보조식품분야에서의업체간과당경쟁및왜곡된유통구조는기술개발의저해요소로작용하고있습니다. 즉, 키토산의시장구조에서는참여기업의내제된문제, 즉, 기술개발이큰관건이되고있으며, 원료공급및대체재의위협등불가피한위협요인도존재하고있어, 기술및산업에대한심도있는제고가선행되어야할분야로볼수있습니다. 이에따라, 본보고서에서는키토산및응용제품을분석대상기술로선정하고, 심도있는기술동향분석, 특허정보분석, 산업및시장분석을수행하였으며, 이를통해자원의효율적활용과 R&D의성공가능성을높일수있는기초분석자료를제공하고자하였습니다. -2-

3 끝으로본보고서는고병열선임연구원, 김상우선임연구원, 박영서책임연구원이집필한것으로노고에감사드리며, 수록된내용은한국과학기술정보연구원의공식의견이아님을밝혀두고자합니다. 2002년12월한국과학기술정보연구원원장조영화 -3-

4 목 차 제1장서론 1. 연구의배경및필요성 2. 연구의목적 3. 연구의방법 제2장기술동향분석 1. 키토산의개요가. 키토산의개발역사나. 키토산의최근역사 2. 키토산의특성가. 키토산의성질 (1) 용해성 (2) 반응성및안정성나. 키토산의생산방법 (1) 키틴ㆍ키토산의생산 (2) 키틴ㆍ키토산올리고당의생산 3. 키토산의연구개발동향가. 생리작용에대한연구동향 (1) 콜레스테롤저하작용 (2) 면역증강에의한항암작용 (3) 혈압강하작용 (4) 간기능개선및혈당저하작용 (5) 항균작용 -4-

5 나. 산업응용에대한해외개발동향 (1) 식품분야 (2) 화장품분야 (3) 의료용분야 (4) 의약품분야 (5) 섬유분야다. 국내개발동향 4. 키토산의개발전망및과제 제3장기술ㆍ특허정보분석 1. 기술문헌정보분석가. 분석방법 (1) 정보분석대상DB (2) 분석범위및방법나. 키토산의문헌정보동향 (1) 기술문헌발표건수추이 (2) 주요국가별현황 (3) 주요저자현황 (4) 주요연구기관현황 (5) 주요저널의현황 (6) 기술분야별동향 2. 특허정보분석가. 분석의범위및방법나. 키토산의특허출원동향 (1) 키토산의특허출원동향 (2) 국가별특허출원동향 (3) 출원인별특허출원동향 (4) 기술별특허출원동향다. 국내특허동향 (1) 특허출원현황 (2) 출원인별특허출원현황 (3) 국적별특허출원동향 (4) 기술분류별특허출원동향 3. 비교분석 -5-

6 제4장시장동향및전망 1. 시장의개요및특성가. 시장의개요나. 시장의특성 (1) 시장구조상의특성 (2) PLC(Products Life Cycle) 상의특성 (3) 시장창출메카니즘상의특성 2. 시장환경분석가. 시장기회요인나. 시장위협요인 3. 국내외시장동향분석가. 시장규모 (1) 해외시장규모 (2) 국내시장규모나. 업체동향 (1) 해외업체동향 (2) 국내업체동향다. 가격동향라. 수요예측 (1) 키토산건강보조식품수요예측 (2) 기타수요전망 제 5 장결론 < 참고문헌 > -6-

7 표목차 < 표 2-1> 분야별키틴ㆍ키토산의응용 < 표 2-2> 키틴ㆍ키토산및그올리고당의기능과식품에의이용 < 표 2-3> 화장품에서의키틴ㆍ키토산의활용 < 표 2-4> 생체재료로서의키틴응용 < 표 2-5> 생체재료로서의키토산응용 < 표 2-6> 의약품에서의키틴ㆍ키토산의활용 < 표 2-7> 키토산산업의문제점과개선방안 < 표 3-1> 국가별특허수록연도 < 표 3-2> 상위출원인의 IPC분류별건수 < 표 3-3> 특허분석에이용된데이터베이스 < 표4-1> 키토산관련주요역사적사건 < 표 4-2> 국내홍게어획량 < 표 4-3> 미국의잠재적키틴ㆍ키토산시장규모 < 표 4-4> 키틴ㆍ키토산의국내시장규모추이 < 표 4-5> 주요키틴ㆍ키토산제품의가격동향 < 표 4-6> 과거건강보조식품상위 5개품목군별점유율 < 표 4-7> 키토산건강보조식품의향후수요예측 -7-

8 그림목차 < 그림 3-1> 연도별문헌건수및누적건수 < 그림 3-2> 상위 15저자의국적별문헌건수 < 그림3-3> 최근상위4개국의연도별발표동향 < 그림 3-4> 상위12권내의저자별문헌건수 < 그림 3-5> 연구기관별문헌건수비율 < 그림3-6> 상위연구기관들의연도별발표문헌건수 < 그림 3-7> 저널별문헌건수비율 < 그림 3-8> 연구분야별비율 < 그림 3-9> 용도별연구분야응용기술분포 < 그림 3-10> 상위용도별연구분야의시계열연구추이 < 그림 3-11> 출원된특허의연도별추이 (82년 현재) < 그림 3-12> 특허출원국별출원건수동향 < 그림 3-13> 출원국상위4개국의연도별동향 < 그림 3-14> 출원인별건수추이 < 그림 3-15> 상위출원인의연도별특허출원추이 < 그림 3-16> IPC 대분류기술분포추이 < 그림 3-17> 상위 IPC분류의연도별출원건수동향 < 그림 3-18> 국내에출원된특허의연도별건수동향 < 그림3-19> 국내특허의출원인별건수추이 < 그림 3-20> 국내출원특허의외국인출원현황 ( 우선권기준 ) < 그림3-21> 국내출원특허의IPC별기술분류 < 그림 3-22> 키토산관련문헌ㆍ특허누계비교 < 그림3-23> 키토산관련문헌ㆍ특허연도별비교 < 그림 3-24> 키토산관련국가별학술논문과특허출원의비교 < 그림 4-1> 키틴ㆍ키토산시장의구조 < 그림 4-2> PLC에서의키틴ㆍ키토산사업의위치 < 그림 4-3> Market pull과 technology push에의한기술상용화개념도 < 그림 4-4> 주요국의건강보조식품시장규모 -8-

9 < 그림 4-5> 주요국의건강보조식품법제정전후시장성장률 < 그림 4-6> 키틴ㆍ키토산생산공정 < 그림 4-7> 키틴ㆍ키토산일본시장규모 < 그림 4-8> 키틴ㆍ키토산의일본수요동향 (1997년. 수량 Base) < 그림 4-9> 키틴ㆍ키토산의일본수요동향 (2001년, 수량 Base) < 그림 4-10> 일본건강식품소재시장규모 < 그림 4-11> 키틴ㆍ키토산의국내시장규모추이 < 그림 4-12> 키틴ㆍ키토산수요비중 (1997년) < 그림 4-13> 키틴ㆍ키토산수요비중 (1999년) < 그림 4-14> 키틴ㆍ키토산수요비중 (2000년) < 그림 4-15> 건강보조식품의시장현황 < 그림 4-16> 키틴ㆍ키토산건강보조식품의시장현황 < 그림 4-17> 건강보조식품중키틴ㆍ키토산제품의점유율변화 < 그림 4-18> 주요일본기업의시장점유율 < 그림4-19>LGCI의매출동향 < 그림 4-20> 한국의건강보조식품시장주도품목군의변화-시장규모 < 그림 4-21> 한국의건강보조식품시장주도품목군의변화-시장점유율 < 그림 4-22> 키토산건강보조식품의향후수요예측 -9-

10 제 1 장서론 1. 연구의배경및필요성 지구상에서생산되는키틴의양은연간약 1천억톤으로추정되며, 이는식물이생산하는셀룰로오스에필적하는양이다. 이두개의고분자물질이지구환경과생태계의밸런스를유지하는데있어서매우큰역할을수행하고있다. 또한, 키틴과셀룰로오스는존재량이무한하고, 잉여퇴적이발생하지않기때문에이들을유용하게활용하기위한노력이계속되고있다. 초기의키틴ㆍ키토산의주요용도는폐수처리에서의응집제나탈수제와같은수처리제였으나, 인간의면역력을높여 self care 작용을도와줄수있다는사실이밝혀지게됨에따라건강보조식품시장에서유력한소재로대두되기시작하였다. 또한, 건강보조식품이외에도많은분야에사용되고있는데특히최근에는일반식품에의이용빈도가높아지고있는추세이고, 식품이외의분야로는축산ㆍ어업용사료, 살충ㆍ살균제, 오수처리제, 화장품의용제, 각종막이나랩, 의료용인공피부, 수술용봉합실등용도가실로매우다양하다. 한편, 국내에서는키틴ㆍ키토산이시장에출현한지 10여년이경과했지만거의대부분이건강보조식품으로이용되고있어, 매우편협한시장구조를가지고있다. -10-

11 게다가국내키틴ㆍ키토산업체는대부분영세하여자체적으로연구시설을갖추지못하고있는경우가많을뿐만아니라관련대기업들도자체기술개발보다는외국과의기술제휴나국내영세업체들로부터원료를공급받아상품으로만들고있기때문에연관기술이다양하게발전하지못하고있으며, 새로운유도체의개발이나의약품으로서의고부가가치창출이제대로이루어지지않고있는상황이다. 국내키토산가공식품은식품공전에올라있는 25개의건강보조식품중알로에, 칼슘제품과함께최근 3대건강보조식품군을형성하는히트제품의반열에올라서있는데, 이는국내키토산시장형성의큰견인요인으로작용할수있지만, 저품질키토산문제가지속적으로대두되고이러한문제가기술적으로해결되지못할경우급격한시장점유율의감소현상으로이어질수있는취약한시장구조임을의미한다. 즉, 현재국내키토산시장은건강보조식품및환경용소재분야로치중되어형성되어있으며, 기술수준에비하여시장이비교적일찍형성된 bubble 성격을보이고있다. 이에따라, 고품질의키토산유도체의개발의추진이향후키토산시장의지속적성장을가능하게하는중요한요소로작용할것이다. 이처럼키토산관련산업은기술정도에따라부가가치의극대화가가능한산업으로, 지식화사회에적합한산업으로평가되는바, 현재의기술수준의문제및시장왜곡현상을극복하기위해서는국가차원의관심및심도있는정보분석을통한정책수립이필요한산업이라할수있다. -11-

12 2. 연구의목적 최근산ㆍ학ㆍ연등각분야에서관심있는주요산업에대한종합적이고신뢰성있는분석정보의수요가증대하고있으나, 실제연구ㆍ분석기관들을통한공급은미미한실정이다. 따라서한국과학기술정보연구원 (KISTI) 에서는최근시장성, 기술성면에서향후주목할만한산업으로각광받고있는키토산을분석대상기술로선정하고, 이에대한심도있는기술동향분석, 연구개발동향분석, 특허정보분석, 산업및시장분석을수행하였다. 이를통해국가정책수립자에게는국가연구개발자원의효율적활용과 R&D의성공가능성을높일수있는기초분석자료를제공하고, 정보획득및분석에한계가있는기업및연구기관의기획및전략수립자들에게는, 기업의사업계획또는 R&D계획수립시객관적이고, 충실한정보를제공하는데연구의목적을두었다. 3. 연구의방법 제 2 장기술동향분석에서는한국과학기술정보연구원 (KISTI) 이보유하고있는문헌과최근해외발표저널, 전문가자문등을통해키토산의기술및 R&D 전반과, 최근이슈화되고있는문제들에대해체계적이고종합적인정보분석을수행하였다. 제 3 장특허정보분석에서는키토산에관해조사된특허정보를중심으로특허맵핑 (Patent Mapping) 을행하여, 20여년간의기술흐름추이, 최근의기술동향, 주요출원인등을국가및기술분야별등으로세분화ㆍ체계화하여다각적으로분석하였다. -12-

13 특허정보분석에는한국과학기술정보연구원 ( 에서제공하는각국의특허정보데이터베이스를활용하였다. 제 4 장시장동향및전망에서는광섬유의산업구조및환경을우선분석하고, 국내의시장동향을조사ㆍ분석하였다. 그리고美, 日의최근분석보고서, 국내조사전문기관의발표자료, 업계및연구소의실태조사를통해향후국내의시장을전망하였다. -13-

14 제 2 장기술동향분석 본장에서는키토산의기술개요ㆍ내용및세부기술의특징과국내외기술현황을서술하였고, 최신키토산의개발의특징과연구개발동향및향후키토산의개발전망등에대하여분석하였다 1. 키토산의개요 가. 키토산의개발역사키틴ㆍ키토산과화학적구조가거의유사한셀룰로오스가 1930년대에체계적인연구가시작되었으나큰발전이없었던것처럼키틴ㆍ키토산도 1960년대부터연구가시작되어여러산업분야에서개발가능성이타진되었으나진정한산업화는이루어지지않고있다. 1960년대이태리의 Muzzarelli에의해키틴ㆍ키토산에대한체계적인연구가시작되었는데, 키틴ㆍ키토산의물리화학적특성연구가주류를이루고있다. 키틴ㆍ키토산의특성인중금속이온흡착성을폐수처리에이용한것을필두로오늘날에는정밀화학이나생물산업분야를위해고순도원료와차별화된다양한종류의키틴ㆍ키토산이요구되고있다. -14-

15 1970년대는공장폐수처리가산업적응용분야였으며수산물가공업체에서폐기되는갑각폐기물의부패에의한오염을방지하고키틴ㆍ키토산을폐수처리와단백질회수에응용하려는연구개발이주목적이었다. 키틴ㆍ키토산은순도가높지않아도슬러지처리와중금속과같은유해화합물의흡착에사용할수있다. 1970년대의주요과제는게, 새우, 크릴등의갑각폐기물로부터키틴과키토산을제조하는것이었으며수득된키틴ㆍ키토산의분자량, 결정화도, 물리화학적특성에관한연구가병행되었다. 1978년미국 MIT대학에서국제키틴ㆍ키토산학회가처음개최되었는데키틴ㆍ키토산의제조법, 물리화학적특성분석, 키틴ㆍ키토산유도체의제조법, 의료, 폐수처리, 섬유가공, 농업등의응용분야로분류된것을보면관련연구가다양해지고학문적수준도향상되었다. 제1 세대연구시기라고하는이시기의세계적연구중심지는미국과유럽지역이었으나산업화된예는없었다. 주로대학이나연구소가참여하였고 1978년부터물질의분리, 회수분야에관한세계각국에서의특허가증가되었다. 1980년대에연구중심이미국ㆍ유럽에서일본으로옮겨졌고, 이시기를제2세대연구시기라고도한다. 1982년일본농림수산성에서 10개년계획으로이용되지않는생물자원의활용중게껍질의이용에대한연구로본궤도에올랐고응용할수있는분야가전부연구에참여하였기때문이다. 식품, 의료용재료, 건강식품등의분야에서연구되었으며, 1980년대일본에서 1000여건에달하는특허출원과 편의학술논문이발표되었는데연구개발의주축은기업체였다. 1980년대후반일본은우리나라를최대의원료시장으로하여동해안에서폐기되는양질의홍게갑각을확보하였으며일본으로수출된홍게갑각은일본의키틴ㆍ키토산생산에상당한도움이되었다. -15-

16 1989년노르웨이의제4회학회에서는관련연구가고부가가치창출로방향이선회되면서정밀화학이나의료분야응용이강조되었다. 나. 키토산의최근역사 3년마다열리는국제키틴ㆍ키토산학회는 1991년미국프린스톤에서제5회가개최되었는데정밀화학, 유전공학, 고순도의키틴ㆍ키토산제조, 의료분야등으로연구개발방향이완전히선회되었고천연고분자화합물로서의중요성이인식되면서연구중심이다시유럽으로옮겨졌고제3세대연구시기라고도한다. 1990년대중반이태리의 Muzzarelli를중심으로프랑스, 독일, 영국, 노르웨이등이주축이되어유럽키틴ㆍ키토산학회가창립되어 2년마다열리고있다. 유럽학회의연구방향은정밀화학, 생명공학, 생물산업으로서의료용소재, 향장첨가제, 의약품분야에집중되어있다. 1997년프랑스에서제7회학회가개최되었는데고부가가치창출의선두를달리고있는유럽지역에서학회가개최되어기대되는바가컸던만큼 21세기에전개될키틴ㆍ키토산산업의방향을제시해주었다. 2000년일본에서제8회학회는새로운자원을이용한키토산의생산과더불어다양한생리활성, 키틴ㆍ키토산관련효소에연구가집중되었으며, 여러산업분야에서활발히연구개발되고있는일본에서개최된만큼관심을모았다. 이밖에도아시아ㆍ태평양키틴ㆍ키토산심포지움이 2년마다개최되고있고일본키틴ㆍ키토산학회도해마다열려관련된기초연구및응용연구가활발히발표되고있다. 이와같이키틴ㆍ키토산은지구의환경과생태계를보전할 21세기의기능성신소재로서국제적으로주목을받고있다. -16-

17 우리나라는 1996년 8월한국키틴ㆍ키토산학회가결성되어약 200명의키틴ㆍ키토산연구자들이참여하고있으며이를계기로국내에서도유기적인연구가이루어질수있게되어활성화가기대되고있다. 2. 키토산의특징 가. 키토산의성질셀룰로오스의화학구조에서당구조에존재하는수산기중 1개가 NHCOCH 3 로치환된것이키틴이며, 키틴에서아세틸기가탈리되어 NH 2 로치환된것은키토산이다. 키틴ㆍ키토산은물성이나기호성등에제한이있어식품및의약품등관련분야에응용하기위해기초연구가필요하다. 최근에키토산의양친매성은키토산의당사슬차이와아세틸화도에의존하고용해성의 ph 의존성과생체내분해성에영향을주며, 미공성키토산막형성에서의미공크기의제어법, 키토산의분자량과탈아세틸화도의측정방법및부분적아세틸화키토산의분해패턴에서아세틸화의영향등에대해연구되고있다. (1) 용해성키틴은물, 유기용매에는녹지않아키틴을성형가공할때용매가상당히유용하다. -17-

18 에탄올, 물, 초산등에는녹지않기때문에키틴을용액상태로만들기어렵다. 그러나키토산은물이나알코올에는녹지않지만포름산, 유산, 아스코르브산, 초산등유기산의수용액, 묽은염산과같은무기산에도용해된다. 키토산용액의 ph는사용한산과첨가량에의존하는데, 초산을사용할경우용액의 ph를 6이하로하면키토산은용액상태이지만그이상이면응집한다. 황산, 옥살산등에는실온에서용해되기어렵지만가열하면용해되고냉각시키면부드러운겔을형성한다. 맛, 냄새는분말상태에서무미무취이나용액이되면독특한에이는맛을낸다. 키토산용액은점도가높은특징이있는데분자량, 탈아세틸화도, 이온강도, ph 등에따라차이가있다. 키토산은분자내에아미노기를가지고있는고분자전해질로서분자내에하전된부분을가지고있기때문에일반중성고분자와다른용액거동을나타낸다. 키토산용액에염을첨가하면용액의점도는저하된다. 키토산초산용액의초산농도를증대시켜 ph가낮아지면점도는상승한다. 한편키토산용액의점도는온도에영향을받는다. 온도가상승하면키토산용액의점도가저하하며다시원래의온도가되면처음과같은점도가된다. 또키토산의점도는조제후시간경과에따라저하된다. 저점도의키토산용액점도는조제후조금밖에저하되지않지만고점도키토산용액의점도는조제후 3일까지점도가저하하며 20일째에도점도가저하된다. 키토산용액의점도저하의원인은주사슬이절단되거나분자회합상태가풀어지기때문이다. -18-

19 (2) 반응성및안정성화학구조가유사한셀룰로오스와마찬가지로화학적으로변형시킨후, 첨가제로서이용된다. 알칼리키틴에 2-프로판올을가하여모노클로로초산을반응시켜수용성의카르복시메틸키틴나트륨을, 또키틴과황산디메틸과수산화나트륨을사용하여 45시간동안반응시켜메틸키틴을얻는다. 키틴ㆍ키토산의수용성유도체로서는글리콜키틴, 디히드록시프로필키틴, 인산화키틴, N-카르복시메틸키토산, 글리콜키토산, N-디히드록시프로필키토산등이조제되었다. 키틴ㆍ키토산유도체중공업적규모로제조된것은카르복시메틸키틴만이화장품원료로서이용되고있다. 또한, 키틴ㆍ키토산은금속이온과킬레이트를형성하여흡착성을나타내는데 Mg, Cu, K, Na, Li 등이다량으로존재하여도킬레이트형성에는크게영향을주지않는다. 이와같이특이한흡착성을갖기때문에여러물질의비소화성운반체로서이용될수있다. 또방사선물질을흡착하므로체내에서의배설촉진으로방사선물질제거라고하는보건물리학분야에응용된다. 한편, 키토산의안정성을검토하기위해가열처리에따르는키토산의구조변화를조사하였을때, 모든조건에서처리한키토산은가열에따른구조변화가없었다. 고온가열조건에서키토산분말의열분해곡선을검토하였을때무산소조건하에 250 부근에서분해되지않았다. 키토산분말을실온에서최대 181일간차광및실내자연빛하에보존하고외관, 용액으로했을때의상태, 탈아세틸화도를조사하였을때, 모두커다란변화는없었다. -19-

20 나. 키토산의생산방법키틴ㆍ키토산의자원으로지금까지게, 새우등의갑각류가주로이용되었는데최근관심이집중되고있는균류의세포벽에서의키토산유용성이소개되었다. 균류로부터싼비용으로키토산을생산하기위해생물반응기 ( 바이오리액터 ) 에의한연속배양법이이용되고효모세포에비해균사상세포가많은키토산을함유함이보고되었다. 키틴ㆍ키토산의조제법으로는화학적처리외에환경친화적인효소를이용한단백질제거와키틴ㆍ키토산올리고당제조로서는감마선이나발효법을포함한미생물을이용한방법이소개되었다. 또키틴에서키토산으로탈아세틸화에있어효소적방법의유효성이밝혀졌다. 대부분의생물에서의키틴은 α키틴 ( 키틴분자쇄가인접분자와역평행 ) 인것에비해오징어껍질에존재하는키틴은 β키틴 ( 키틴분자쇄가인접분자와평행 ) 이므로, 키틴사슬중에물분자가침입하여겔화하기쉽기때문에기초및응용연구에관심이집중되고있다. (1) 키틴ㆍ키토산의생산키틴은 N-아세틸글루코사민이베타-1,4 결합한뮤코다당류로서새우, 게, 바닷가재등갑각류의껍데기, 곤충류의표피, 버섯이나균류의세포벽이구성성분으로함유하고있고식물에서는셀룰로오스와같이생물의지지체와보조역할을하는천연고분자물질이다. 키토산은 2-아미노-2-데옥시-D-글루코스가베타-1,4 결합한다당류로서키틴을탈아세틸화하여제조되기때문에분자량이키틴보다약간작다. -20-

21 게와새우등의외피는키틴 (25 35%), 단백질 (20 30%), 무기질 ( 탄산칼슘 40 50%) 및색소로구성되어있는데, 이들물질을차례로제거하여키틴을얻는다. 먼저무기질은 1 5% 의염산수용액또는 EDTA를사용하여제거하고, 단백질은 3 5% 의저농도 NaOH로열처리하거나 papain, pronase 및 pepsin 등의단백질분해효소혹은 Pseudomonas maltophihia LC 102에의한방법으로제거하며색소는차아염소산소다또는에탄올등의알코올류로제거할수있다. 키틴은분자내에아세틸아미노기를가지며, 이아세틸아미노기의분자간수소결합이대단히강하여화학약품에대한내성이강하고물과유기용매에도녹지않는다. 자연계에서양적으로섬유소다음으로풍부하게존재하고있으면서도이를제대로이용하지못한가장근본적인이유는쉽게녹일수있는용매가없었다는것과반응성이약하다는것이다. 그러나키틴으로부터키토산이제조되면서약산인유기산에녹고반응성도풍부해지면서여러가지기능성이밝혀져그활용도가넓어지기시작하였다. 한편, 키토산은키틴구조중아세틸기를 40 50% 수산화나트륨용액으로가열처리하거나 Mucor 등의사상균에존재하는탈아세틸화효소등을이용하여제거한것이다. 그러나모든화학반응은부반응을수반하기때문에 100% 순수한키토산이만들어지지않아키틴의아세틸기가 70% 이상제거된것을키토산이라고한다. 최대한순수한키토산을제조하고자할경우에수산화나트륨의용액의온도를높이고온도를 100 의고온으로가열하면서반응시간을길게하면가능하지만, 키토산의점도가떨어져결국분자크기가감소하는결과를초래할수있다. 키토산의물리적성질과기능성을크게좌우하는요인은점도와탈아세틸화도이며, 키토산의점도는키토산의분자량에따라좌우되므로탈아세틸화도, 구조특성, 분자량및첨가농도를모두고려한구체적연구가필요하다. -21-

22 따라서키토산은사용하고자하는목적에따라제조공정이달라져야한다. (2) 키틴ㆍ키토산올리고당의생산키틴ㆍ키토산자체보다키틴ㆍ키토산올리고당이생리활성을발현하는경우가많다. 올리고당이란키틴ㆍ키토산이분해되어단당류가 10개내외로이루어진당을말한다. 올리고당은점도가낮고수용성이크며항암활성등생리활성이높고약간달콤한맛을내어키틴ㆍ키토산에비해먹기에도좋다. 올리고당은키틴ㆍ키토산을강한염산으로분해시키는화학적인방법과키티나제혹은키토사나제등의효소를사용하는생물학적방법이있다. 현재국내에서는대부분이염산에의한올리고당이제조되어시판되고있는실정이다. 염산으로키틴ㆍ키토산을분해시킬경우인체에유해한부반응물질이생성될뿐만아니라염산을완전히제거하지않은제품을사용하면이것이당대사에큰영향을미치게되고, 이로인해인슐린작용에이상이생겨당뇨병에걸릴수도있게된다. 따라서우리나라보건복지부식품공전에는키틴ㆍ키토산의효소분해물인올리고당만을식품첨가제이나건강식품소재로사용할수있도록하였다. 국내에서는이미키토사나제를이용한막효소생물반응기장치를개발함으로써효소를재순환시켜사용하여키토산올리고당을연속적으로대량생산할수있는방법이개발되었고 ( 주 ) 키토라이프에서이장치를사용하여키토산올리고당을생산하고있다. -22-

23 3. 키토산의연구개발동향 가. 생리작용에대한연구동향키틴ㆍ키토산및그올리고당은사람을포함한동물, 식물에대한생리활성을가지기때문에넓은분야에서응용및이용되고있다. 동물에서는면역활성, 항종양활성, 암전이억제작용, 생체친화성, 창상치유효과등이있다. 식물에대해서는생체방어효소의유도활성, 호르몬유사세포증식및발근작용, 병원균에대한항균작용등을들수있다. 또우리생활에서는모발용품, 로션, 피부보습제, 피부활성제등의화장품및피부세정제 ( 비누 ) 로광범위하게사용되고있다. (1) 콜레스테롤저하작용근래에키토산이혈중콜레스테롤저하효과가있다고알려지면서영양학을비롯한생명과학분야에서키토산의생리작용에관심을갖게되었다. 혈중콜레스테롤의저하작용기전에담즙산은간에서콜레스테롤로부터생성되는소화액의하나로서장에서분비되어재흡수된다. 그러나키토산과콜레스테롤이결합하여대변에배설되면필요한담즙산을만들필요가있다. 이를위해혈액중의콜레스테롤이사용되고, 혈중총콜레스테롤이저하하는것으로추측된다. 이근거로서말단조직으로부터운반되어간에서담즙산으로변화하는좋은작용을하는 HDL-콜레스테롤이키토산섭취에의해증가하고, 키토산이소화관내에서담즙산과결합하여대변에배설됨으로써담즙산의腸肝순환을방지한결과체내총콜레스테롤이감소하고혈중콜레스테롤치를저하시킨다. -23-

24 키토산의콜레스테롤저하효과는분자량 5000 이상에서잘나타난반면에, 그이하에서는뚜렷한차이를보이지않아키토산의콜레스테롤저하효과는분자량과밀접한관계가있음을보여준다. 일반적으로생체고분자의물성은평균분자량이같더라도그분자량의분포에의해많은차이를가지며생리적인특성도물성에의해많이좌우되기때문에분자량의분포가상당한역할을할것으로예상된다. 아직까지키토산의분자량분포에따른생리적인특성을연구한보고가없으며, 저분자구조가매우다양한생리적특성을나타내는키토산은단순평균분자량보다그분포가매우중요한생리요인으로작용할수있기때문에이에대한연구가필요하다. (2) 면역증강에의한항암작용키틴및키토산유도체는마우스종양에서면역계의항체생산, 킬러 T세포생산, natural killer 세포생산, 활성화헬퍼 T세포의유도, 인터페론에의한마크로파지의활성화작용을나타내었다. 키토산은면역부활에의해항종양성을보이지만고분자이고물에용해되지않는물리적제약으로인해정맥내투여가불가능하여응용이제한적이다. 또한식품으로이용하기위해경구투여에의한키틴올리고당의면역부활효과, 노화에의해 T세포의분화ㆍ유도를담당하는흉선기능의저하억제및단구ㆍ과립구계세포수의증가로식세포를통한비특이적감염방어기전의활성화가확인되었다. 따라서키틴올리고당을식품으로섭취하면면역기능이증강될것으로보인다. -24-

25 국내에서는동화약품과원자력연구소가공동개발한방사선동위원소홀뮴-166을이용한홀뮴-키토산복합체 ( 밀리칸주 ) 가간암치료항암제로출시되었는데, 키토산을담체로사용하여암부위에직접삽입시켜홀뮴을머무르게함으로써이복합체는이전의간암치료법에비해부작용도적고간암색전술과병행시높은치료효과가기대되고있다. 키틴의구성요소인 N-아세틸키토올리고당과키토올리고당에면역부활작용이있고그작용에의해항암작용을나타낸다. 이들은분자가작음에도불구하고고분자인레시틴에필적할면역부활작용을가지며발열성이나독성은매우낮다고한다. 앞으로이작용을더욱강화하는것이가능하게되면우수한항암제나면역부전증치료제를개발할가능성이있다. (3) 혈압강하작용식염의나트륨이온이혈압상승의원인으로알려져왔으나최근에키토산으로연구한실험에서염소이온이혈압상승물질로밝혀졌다. 장에서흡수되지않고체외로배출되는식이섬유인키토산은구조중에아미노기 (+ 전하 ) 를가지고있어소금중의염소이온 (- 전하 ) 과결합하여체외로배설시켜고혈압을일으키는물질인염소이온이체내에남아있지않게된다. 식염의과잉섭취는고혈압을일으키는요인으로서식염의염소이온이혈압을상승시킨다. 키토산은염소이온을흡착하고장관으로부터의흡수를억제하고배설시키는작용이확인되었다. 고혈압환자의반정도는식염의제한에의해개선된다고한다. 키토산을섭취하면맛이떨어지는저염식사로부터해방되고치료효과를높이는것이기대된다. -25-

26 (4) 간기능개선및혈당저하작용키틴, 키토산의분해물인 N-아세틸글루코사민이나 D-글루코사민은간에분포하는미주신경을자극하여부교감신경을흥분시키고이것이전신의부교감신경을흥분시켜모세혈관을확장시킨다. 따라서혈액의흐름이증가되어근육등혈관이외의세포로산소나혈당의공급이증가되어세포간질액에머무르는탄산가스와물을체외로배출시킴으로써 ph를상승시켜결국인슐린이정상적으로작용하도록한다. 당뇨병에는비교적분자량이적은키토산올리고당을섭취하는것이효과적이라고할수있다. 이와같은혈당저하작용과간기능개선작용은키토산올리고당의새로운기능으로서기대할수있다. (5) 항균작용키토산의생리작용을활용하여가장넓게응용되고있는것은항균작용이다. 세균과곰팡이의생육억제효과는고분자일수록커서중합도에의한의존성을나타내었다. 저점도인저분자키토산이보다강한증식억제작용을나타내며키토산올리고당보다키토산부분분해물이항균활성이높았다고보고하였다. 키토산의항균작용은양이온화된아미노기에의해발현되는것으로알려져있고, 또아미노기에인접한히드록시기도중요하다는견해도있다. 양이온화된키토산의아미노기와세균의세포벽을구성하는시알산, 인지질등의산성기간에이온결합이일어나고분자전해질복합체를형성한결과, 세포막중인지질의극성화로접촉면반대측의세포막조직이파괴되고그로인해세포내의원형질이누출되어세균이죽게된다. -26-

27 따라서키토산의암모늄이온이세균에접촉할수있는한항균효과는지속된다. 지금까지의연구결과에서저분자키토산이고분자키토산보다항균성이우수하다고하였는데, 저분자키토산은용해성이우수하며 ph가 7 근처에서고분자키토산은쉽게겔화가유발되나저분자키토산은겔화에의한침전이현저히떨어지므로겔화가일어나지않는저분자키토산의항균력이우수하다고할수있다. 그러나분자량이낮은키토산은고분자키토산의분자사슬을절단하여저분자화시키는과정에서산화제, 환원제또는효소에의해아미노기의함량이낮아지면항균력이다소저하되며, 분자량이낮은키토산은항균력이아니라반대로균의증식을촉진한다는결과도보고된바있다. 키토산의항균작용은키토산분자내의아미노기와분자량에깊은관계가있는것으로추정되며키토산을항균제로응용하기위해탈아세틸화도, 분자량과그분포도및 ph 등이고려되어야할것이다. 나. 산업응용에대한해외개발동향키틴ㆍ키토산의산업적응용에관해대학, 연구소뿐만아니라기업체에서많은시도를하였으나현시점에서기업체에서의키틴ㆍ키토산연구개발사업은기업이윤추구면에서는성공하지못한것으로평가된다. 일본에서식품또는건강보조식품분야가응용의주류를이루었던이유는정밀화학분야에서요구되는고순도의키틴ㆍ키토산원료의제조가원활치않았기때문이라고판단된다. -27-

28 일본에서기능성식품으로인식되기시작하면서우리나라도영향을받아기능성이강조된기능성식품정도밖에인정받지못하고있다. 키토산은그장점과특징이밝혀지면서용도가더욱넓어지고고급화되고있다. 키토산은천연고분자로서생체에무해하여가공기술의진보에따라섬유상, 부직포상, 입자상, 비드상, 필름상등으로성형할수있어여러용도로이용할수있다. 건강식품, 식품첨가제, 화장품, 모발제외에부가가치가높은의료용재료등에이용되고있다. 특히기능개발을위한기초연구로는세균과의결합성키토산의가교화와흡착능력과의관계, 紡績을위한키토산용액의점성에서의용매의영향, 선택투과성키틴키토산의막과겔의형성조건과투과성, 전도성의해석, 키틴키토산을담체로한고정화효소의개발, 중금속흡착능의키틴ㆍ키토산및중금속크롬에의한염색키토산의개발, 흡습성 ( 보습성, 팽윤성 ), 생분해성의 graft 공중합에의개발 ( 메르캅토키틴 ), 종이의강도를증가시키기위한키토산의혼입방법등이최근에연구되어발표되었다. 또키틴ㆍ키토산및올리고당의생리활성분자를다른폴리머분자 ( 단백질 ) 로분지시키거나역으로키틴ㆍ키토산을주사슬로하고기능성분자를분지시키는방법도기대되고있는연구다. 해외에서의산업적응용에대한개발동향을살피기위해고부가가치가있는식품, 화장품, 의료용, 의약품분야및섬유분야에서검토하여본다. 현재까지연구되고있는키틴ㆍ키토산의분야별응용사례에대해서 < 표 2-1> 에정리하였다. -28-

29 < 표 2-1> 분야별키틴ㆍ키토산의응용 분야기능제품 식품 화장품 의료용 의약품 섬유 농업 응집제ㆍ세정제 수지ㆍ필름 식이섬유, 콜레스테롤저하. 식품첨가물의 점도증가 및 안정 제. 항균ㆍ항곰팡이제. 식품보존제 ( 선 도유지 ) 보습성ㆍ유화성. 피막형성, 항균 성 지혈효과, 상처치유촉진효과 ( 상처치유후에도제거필요없음 ) 담체 ( 캐리어 ) 면역부활 투습방수성, 흡습성항균ㆍ탈취, 황갈변방지. 유연성, 세탁후변형방지 항균성, 식물성장촉진, 식물자기방어향상담체 응집성, 중금속흡착성식품제조폐수중단백질회수능력분리다공성 미생물에의해완전분해, 산소투과도높음 건강보조식품, 기능성 9 건강 ) 음료, 식품첨가제, 유화제ㆍ분산제비스켓, 국수, 빵, 껌 피부보습제, 두발보호제, 유화제목용용품, 기초화장품, 화장품용부직포, 비누ㆍ샴푸 창상피복재ㆍ화상치료제, 지혈제, 인공피부, 치과용재료, 수술용봉합사, 정형외과재료. 서방성약제 ( 항암제, 진통제등 ) 항암제, 면역증강제, 뼈형성촉진제 스포츠웨어, 시트, 직물, 블라우스, 화이트셔츠손수건, 부직포, 냅킨, 양말 토양개선제, 종자코팅제비료, 살충제, 서방성농약 배수처리용응집제, 탈수제, 여과보조제, 청징제침강제, 단백질회수제물ㆍ알코올분리막, 이온수송막마이크로비드, 효소고정화담체, 크로마토그래피 생분해성수지, 포장용필름 기타항균ㆍ항곰팡이종이펄프, 식기세척기, 세탁기 (1) 식품분야식품분야에서의응용은주로일본과한국에서활발하게전개되고있으며특히건강보조식품으로홍보되고있다. -29-

30 전병등의스낵과자에첨가된식품소재외에점도증가안정제, 식품보존제등의식물첨가제로서응용된다. ( 가 ) 식이섬유키틴ㆍ키토산은식품과관련된여러가지생리기능을가지고있어건강식품소재로서이용되는데, 특히소화효소에의해분해되지않기때문에식이섬유로이용된다. 콜레스테롤개선작용을응용한특정보건용식품으로서비스켓, 생선어묵, 즉석면, 빵, 과자, 유제품등이개발되고있다. 건강보조식품용키토산은 1995년 6월일본후생성산하의재단법인일본건강ㆍ영양식품협회로부터규격기준 (JHFA규격) 이공시되어건강식품소재로인정되었다. 비교적응용가능성이높은것은콜레스테롤과담즙산저해제인데, 이분야에응용되기위해적정한분자량을가지는키토산이절대적으로요구된다. 또한 Lactose intolerance 현상은유제품을소화시키는능력이없는특정인들에게나타나는현상인데키틴유도체인알킬 -N-아세틸글루코사민글리코사이드나키티나제와함께키틴을유제품에첨가함으로써해결된다고알려져있으나아직키티나제가저렴하게생산되지않아키티나제의대량생산이가능해져야만응용할수있을것으로기대된다. ( 나 ) 항균ㆍ항곰팡이제키토산의항균력을이용하여무독성천연식품보존제로서유망시되고있다. 그러나모든키토산이항균력을나타내지않으며어떤특정분자량범위를만족시키도록분자량이조절되어야만항균력을발휘한다. -30-

31 비교적분자량이낮은키토산들이우수한항균력을나타낸다고하였으나, 최근실험결과에의하면키토산의분자량자체는항균력에큰영향을미치지않으며단지아미노기가항균작용을일으킬수있는조건에좌우된다는가설이있다. 키토산은분자량이저하됨에따라고유의떫은맛이감소되며높은항균력을나타내는저분자키토산은고분자키토산에비해떫은맛이매우약하다. 김치나두부등에키토산을첨가하면제품의저장수명을연장시킬수있고제품의탄력등물성도개량되는효과가있어이상적인천연식품보존제로이용할수있다. 키토산의초산용액은 ph가 5.6 부근으로 ph가 6 이상이면콜로이드상태가되어 ph 상승에따라항균력이저하된다. 또단백질을다량으로함유한시료에첨가하면응집작용을일으켜항균력은 1/2 1/4로떨어진다. 따라서키토산의이용대상식품은산성이고비단백질액상식품이어야한다. 향후식품의식염함량을감소시킬수있는대체제로서이용이기대된다. 고혈압환자용으로저염의된장, 장유가시판되고있으나저염인것은개봉후의보존성이낮은단점이있다. 종래의저염된장, 장유는항곰팡이제를넣어곰팡이발생을방지하고있다. 鳥取縣食品加工硏究所, 鳥取大學農學部平野茂博교수와마루테장유社는공동으로키틴ㆍ키토산의항곰팡이작용에착안하여방부제를첨가하지않은 100% 천연의저염된장, 장유를개발하였다. 키토산을된장등에첨가하면떫은맛이생기는결점이있지만좋은맛을주는아미노산을결합시킴으로써합성첨가제를전혀사용하지않은저염장유를상품화하였다. 마루테장유는 1992년부터키틴ㆍ키토산장유로서시판하고있다. -31-

32 최근식품첨가제의안전성의기준과고찰방법이엄해지고있어안전성이높으면서소비자를이해시키기쉬운천연계첨가제의요구가높아지고있다. 키틴ㆍ키토산올리고당도식품첨가제로서의이용이기대된다. 키틴올리고당은감미료, 키토산올리고당은증점안정제로서기존의첨가제에기재되어있으나, 특히키토산올리고당은증점제보다실제로항균성을이용한보존향상제로서응용되고있다. 예를들어절임식품중에서저염분과야채의신선함이소비자의건강지향에일치하고, 절임식품은유통단계에서의효모나유산균의증식에의한조미액의혼탁이문제가되었으나키토산올리고당을조미액의 % 첨가함으로써방지할수있다. 칼슘이온을절임류에첨가하면텍스쳐를개선시키는효과가알려져있다. 식품회사에서생산되는식품들은항상세균에노출될우려가많아항균제를첨가하는경우가많은데, 키토산은인체에무해하면서도우수한식품보존제로서제안된다. 따라서다양한키토산염과고온ㆍ균질화처리로결합된키토산유도체는피클, 국수등식품의보존첨가제로사용되고있다. 한편, 장내세균의이용성에대해키틴올리고당은비피더스균, 유산균에많이이용되고있다. 키토산올리고당은여러유산균에대해증식촉진효과를나타내고, 요구르트조제시에첨가한것은산의생성이나응고시간이단축되어그유용성이확인되었다. 현재키틴ㆍ키토산올리고당은키토산의건강식품에일부배합되고있는데, 최근수용성과감미를살린청량음료수형태로도개발되었다. 가공식품분야에서의이용으로는키틴ㆍ키토산올리고당은다른식물유래의올리고당에비해가격이비싸비교적단가가높은캡슐이나정제, 드링크형태의건강식품에이용된다. 고분자키토산은건강식품으로서콜레스테롤저하작용으로이용되는외에최근에는섭취지방의분해, 흡수저해작용을응용한다이어트용식품으로사용된다. -32-

33 또한충치균의증식을억제하여충치예방식품소재로서주목된다. 키틴ㆍ키토산올리고당은조미, 증점, 항균, 難소화, 정장, 면역부활이라고하는여러가지특성을가지는식품신소재이다. 향후연구를발전시켜고령화나식생활의변화에따르는여러생활습관병을둘러싼현대인의건강유지에큰역할을수행할것이다. ( 다 ) 선도보존키토산의성형성이우수하여쉽게응용이기대되는분야는식품포장이다. 즉, 식품의보존기간을연장시키는포장재와가식성필름의제조를고려할수있다. 과일이나채소는쉽게부패되므로보존기간을 2 3일만연장시킨다고해도생산자에게막대한이익을주며소비자측면에서는신선한과일이나채소를구입할수있어매우바람직하다. 키토산은코팅제와항곰팡이제로서과일과채소의품질향상과보존에효과가있어분무하여키토산피막을입히면선도가유지되어보존기간을연장할수있다. 이것은야채나과일로부터이산화탄소나에틸렌의蒸散을막고숙성을늦추어부패균의감염을방지하기때문이다. 키토산으로제조한필름은식품산업에서요구하고있는생분해성과낮은산소투과도를동시에만족시킨다는점에서큰장점을가진다. 키틴ㆍ키토산필름은인장강도, 유연도, 산소투과도, 생분해성을만족스럽게충족시키나가교제를사용하여가교를도입하거나가소제를약간첨가하여키토산유도체로변형시켜더욱우수한물성을갖는필름을제조할수있다. -33-

34 필름외에키토산이용해된용액을과일이나채소에코팅분무하는방법이있다. 코팅분무된키토산성분은먹기직전에물로세척하면쉽게용해되어제거되며, 잔류된유해농약성분이나중금속성분이키토산에용이하게흡착되므로식품류의오염을방지할수있다는장점이있다. 키토산용액에사용되는키토산의분자량이적절히조절되어야용액의제조가간편해지고용액의점도도적정수준으로유지되어야과일이나채소에의분무코팅이가능하다. 분자량이너무크면용해성이낮아제조가곤란하며용액이제조되었다고해도분무코팅이제대로수행되지않으며, 분자량이너무낮으면용액의제조와분무는용이하나코팅이제대로되지않는다. 특히사과와같은과실류표면은친수성의왁스성분을다량함유하고있어키토산용액의점도가너무낮으면분무한후에흘러내리기때문에코팅이불가능해진다. 다양한기능을나타내는키틴ㆍ키토산및올리고당의생물활성을활용한식품소재화는앞으로개척해야할중요한과제이다. 키틴ㆍ키토산및그올리고당의식품분야에대한기능과활용에대해 < 표2-2> 에정리하였다. (2) 화장품분야키틴ㆍ키토산은천연보습물질인히알우론산과비슷한구조를지니고있어화장품의유화제또는보습제로서사용가능하며, 더구나항균력을가지므로피부에트러블을일으키지않는이점이있다. 마우스, 랫트에키토산의피하투여에의한급성독성, 랫트에키토산의피하투여에의한아급성독성, 모르모트에키토산의경피투여에의한피부일차자극성과피부누적자극성, 키토산의경점막투여에서안점막일차자극성은없어화장품소재로서안전하게사용할수있다. -34-

35 키토산 < 표 2-2> 키틴ㆍ키토산및그올리고당의기능과식품에의이용 물질 기능 이용분야 항콜레스테롤작용 키틴ㆍ키토산올리고당키틴ㆍ키토산올리고당키틴ㆍ키토산올리고당키토산키토산키토산 저분자키토산키틴키토산키틴키토산키토산 Bifidus 균증식촉진 Lactase 효소유도세포면역부활균의증식억제유기산명의쓴맛특이단백질흡착 빵의팽화력향상열분해겔화고분자전해질복합체 단백질의분자인식 착체형성 증점작용. 保水기능보습작용. 유화작용 고콜레스테롤혈증예방제. 동맥경화증예방제. 기능성식품소재정장제, 유아식품의첨가제유당을함유한탈지유의소화제, 사료첨가제기능성식품소재일반식품의항균제 ( 보존제 ) 식품의맛조정제우유로부터 lactoferrin 의분리담체. 커피나홍차로부터카페인의제거제빵유기산 pyrazine 등향기생산막. 스펀지, 특이단백질흡착담체쥬스, 식초, 간장, 청주, 맥주등에서산성단백질의침정에따른청징폐수처리, 식품가공폐수로부터산성단백질의회수, 미생물균체분리, 원료당액의정제오수로부터중금속이온의제거, 경수의연수화과자, 면류, 된장. 아이스크림. 치즈제조 키틴은동물조직중에서라이소자임효소로분해되고키토산은지혈작용, 창상치유촉진작용등의생체적합성이우수하며, 키틴과키토산의열분해물은독성이나발암성을나타내지않는다. 키틴과키토산은겔, 막, 비드, 실, 시트, 스폰지등으로가공할수있고보습성, 점성등물리적성질이나면역부활, 창상치유촉진, 항균등생리작용을가져향기의유지나서방성기제로연구되고있다. -35-

36 이생리작용을나타내는화장품소재로서개발되고있다. 물이나알코올등에녹지않는키틴과키토산을카르복시메틸, 하이드록시프로필기로치환시킴으로써물과다른용매에완전히녹는키틴과키토산유도체를만들어사용한다. 카르복시메틸키틴은피부의보습과눈주름의회복효과를가지며하이드록시프로필키토산은모발표면에보호피막을형성하여우수한모발제로개발되고있다. 또한, 민감한피부를대상으로한비누제조및화장용부직포로의응용이기대된다. 키틴ㆍ키토산의화장품분야에대한기능과활용에대해 < 표 2-3> 에정리하였다. 키토산은 ph 4 5 전후에서최대의모발흡착성을나타내어모발용화장품으로이용된다. 키토산은모발에흡착한후보습성, 대전방지성, 피막형성등의기능을나타내고더욱이제제로이용할때의기능으로증점, 보호콜로이드형성, 금속봉쇄성질을나타내어헤어스프레이, 샴푸등에응용할수있다. < 표 2-3> 화장품에서의키틴ㆍ키토산의활용 물질생리기능용도 N- 아실키토산겔 N- 알킬리텐키토산겔 N- 아실키토산키토산비드저분자키토산 O- 카르복시메틸키틴 N- 카르복시메틸키토산 O- 메틸키틴 향기서방성향기서방성향기고정ㆍ투과향기서방성피막형성, 향기서방성보습성, 점성, 향기서방성보습성, 점성, 향기서방성보습성, 점성, 향기서방성 향기고정화향기고정화향기막, 섬유, 비드등향기고정화모발용품피부용품, 모발용품피부용품피부용품 -36-

37 키토산은분자내에아미노기와수산기를가지므로매우친수성이높다. 이수분보유성은글리세린과프로필렌글리콜의중간정도로서, 일반적으로모발의수분함량을일정하게유지하는것이모발의건강유지에중요하다고하므로키토산의높은보습성을살려이용하는것이다. 키토산은모발에흡착하여피막을형성함으로써모발표면이평활화되고마찰저항이감소된다. 또높은보습성을유지하기때문에모발표면의도전성 ( 導電性 ) 이높아지고정전기가축적되지않게된다. 키토산이중성혹은알칼리용액혹은단백질및음이온계면활성제등의존재시불용화하는결점이있어수용성의키틴유도체등이개발되어화장품에응용되고있다. 카르복시메틸키틴은모발화장품외에피부용화장품으로도응용이확대되었다. 카르복시메틸키틴은키토산과달리모든 ph에서물에용해되므로보습성이라는특징이있다. 0.25% 카르복시메틸키틴나트륨염수용액은프로필렌글리콜과거의같은보습작용을나타내었고, 또카르복시메틸키틴나트륨염수용액을피부표면에도포하였을때피부표면의요철상태가미세하게균일한상태가되었음을확인하였다. 또한카르복시메틸키틴도피막형성성질에의해대전방지효과를나타냄이확인되었다. (3) 의료용분야생체의료공학분야에서우수한인체적합성과거부반응이최소인고분자소재로서천연고분자화합물로대체하려고연구되고있는가운데키틴ㆍ키토산을이용하려는개발이 1990년대부터활발히전개되고있다. 순도가높은의약품용키틴ㆍ키토산의제조가능성이제시되면서창상보호재, 창상연고, 치과용재. 정형외과재료, 수술용봉합사등의인체적합성생체고분자소재로서각광을받게되었다. -37-

38 키틴과키토산을생체의료용제재로응용한사례에대해 < 표 2-4> 와 < 표2-5> 에각각정리하였다. ( 가 ) 창상피복보호재일본에서 90% 이상의전신화상을섬유상키토산으로회복시킨것을계기로. 환자의상처통증을완화하고상처부위에쉽게접착되어피부재생을촉진하고상처에서분비되는삼출액 (exudate) 의제거에사용되고있다. 1990년대초 Kendall 社는키틴을직포시트상에습식방사시켜창상보호재를제조하였는데, 이시트를상처부위에접촉시키면상처의회복속도가빠르고통증이현저히감소되었다. 또한유니티카社는키틴용액으로부터습식방사에의해균질하고기계적강도가높은키틴섬유를세계에서처음으로제조하였다. 이새로운섬유는생체친화성이높고부직포이므로삼출액의흡수성이좋으며항원성이거의없고 1회부착으로치유될때까지떼어낼필요가없고적당한유연성을가져환부에밀착하고통증을완화시키며필요에따라겹쳐붙일수가있는점때문에상처를피복하는재료로서우수하다. 이창상피복보호재는森下루세루社가베스키틴W( 부직포형 ) 로발매하였는데, 상처부위에키토산아세테이트용액을적용시킴으로써키토산필름을형성하며자체무게의 50% 까지수분을흡수할수있고라이소자임에의해서서히붕괴되기때문에상처가완치된후에제거할필요가없다. 박형으로만든부직포키틴은고막재생, 耳內수술후창상보호재로바람직하며, 이를보완한면상키틴은종래의창상보호재로충분하지않았던피부궤양이나욕창등의깊은상처에잘이용되고있다. -38-

39 < 표 2-4> 생체재료로서의키틴응용 형태 種 응용임상예 개 농양 ( 종기 ). 창상. 타박상. 좌상 ( 골절 ) 고양이농양. 창상. 타박상면피부궤양. 욕창등의심재성조직결손 ( 인공피부, 인공진피 ): 육아인체형성효과가우수함. 삼출액. 괴사물질. 세균의흡착제거우수함. 소 욕창 : 농양, 관절염, 타박상, 외과적조직결손강 ( 腔 ) 개 농양, 창상, 타박상, 외과적조직결손강 ( 종양적출강, 헤르니아整復후의腔, 골절 ), 열상, 치조골염 고양이 농양, 창상, 타박상, 외과적조직결손강 ( 종양적출강, 헤르니아整復후의腔, 골절 ) 스폰지 토끼농양원숭이창상 비출혈, 축농증등의鼻내수술후창상 ( 인공점막 : 키틴스폰지로 코팅된거즈 ); 제거시출혈, 통증전혀없고, 환자통증이경감 인체 됨. 피부및유연조직결손, 개방골절 ( 인공진피 ): 정상육아형성을촉 진하고, 창상을피부이식가능한상태로이행시킴 소 관절낭성형술, 헤르니아봉합술, 건 ( 힘줄 ) 성형술, 안구내번증 개 회음헤르니아, 피부결손, 피하조직의인공삽입물 고양이피부결손키틴- 부직포열상등의피부결손 ( 인공피부 ); 창상치유촉진하고, 재생된표피는부드러움. 인체고막재생, 耳내수술후창상 ( 인공고막 ; 박형 ); 보존적으로고막을 폐쇄할수있음. 수술후탐폰제거시통증이나출혈이전혀없음 개 타박상 고양이창상파우더수술창상, 외과절개회음부상처의완만한치료인체 keratosis( 각화조직 ) 의절제술, 궤양, 외상, 절단 필름 인체 피부절제창상, 화상 : 인공피부 면면상키틴을 Cisplatin( 항암성백금착체 ) 에화학적으로결합 ; 암인체 Plachitin 제거수술후매립하여서방성항암효과, 신독성경감 섬유 인체 국소지혈제 ; 겔화성, 수중에서 ph4.8로생체에대해마일드 -39-

40 < 표 2-5> 생체재료로서의키토산응용 형태 응용임상예 개 농양, 창상, 염상, 타박상, 괴저성유방염, 수술감염 고양이 농양, 창상, 열상, 타박상, 외과적조직결손강 토끼농양, 창상면농양, 패혈성발굽피부염, 지간결합조직염과과형성, 관절염, 소관절주위염, 열상, 타박상, 제염 ( 배꼽염 ), 유방염 말 蹄癌 키토산- 개 타박상 부직포 고양이 피부결손 소유방염미세개농양, 열상파우더고양이농양, 창상, 열상, 타박상, 농흉 ( 膿胸 ), 유방암, 구내염 스틱 소 유두관의손상 속빈 고양이 설하부에생긴낭포 방적사 개 설하부에생긴낭포 스폰지 토끼 실험적수술창상 필름 토끼 실험적수술창상, 각막손상 개 실험적수술창상, 신장, 요도및음경포피 키토산 인체 화상 초산액 원숭이 피부염 소 유두-밀봉재 수용액 ; 손상, 섬유연골반월판의손상, 인공삽입물의코팅재키토산 1인체유도체 * 겔 ; 욕창 2 토끼피부표피이식재 * 키토산유도체 : 1 5-메틸피롤리돈키토산 (MPC) 2 N-카르복시부틸키토산 그러나이제품은고가이지만세계적수요량이크지않으며고부가가치제품으로서의기대했던이윤추구에는미치지못하였다. 또한, 유니티카社는키틴의의료용응용의제 2단계로서키틴을원료로한스폰지상태의비강내창상치료제를개발하였다. -40-

41 흡수성과보수성이뛰어나며키틴의분자구조는인체내에도다량존재하기때문에상처에붙인경우생체와의친화성이높고육아생성을촉진한다. 더구나피부와유착하지않기때문에거즈와같이떼어낼때출혈과동통이적고, 특히흡수시에매우유연한성질을나타낸다. 따라서축농증등의수술후거즈교환으로고통을겪는환자에게응용된다. 이비강내창상치료제도森下루세루社에의해베스키틴F( 스폰지형 ) 로서발매되었다. 또외상성고막공용베스키틴T( 얇은막형 ), 욕창궤양형베스키틴C( 면형 ) 등이병원에서의료용구로사용되고있고약국에서취급하는밴드에이드등간이형의반창고타입도개발되었다. 片倉치카린社는키토산을화학변형한 N-석시닐키토산과저항원성아테로콜라겐으로이루어진복합스폰지시트로서황산겐타마이신을함유한폴리우레탄필름의 2중구조로된우레자크C를개발하고공동개발업체인高硏을통해판매하고있다. ( 株 ) 富士紡績은손수건업체인나가마쯔와공동으로키토산을섞어짠섬유를이용하여무좀을억제하는양말을개발하였다. 이섬유는현재병원내에서의감염으로큰문제가되고있는 MRSA( 메티실린내성황색포도상구균 ) 의증식을억제하는효과도있어수술복등의의료용유니폼등에도응용할수있다. 그리고키틴섬유를부직포화한베스키틴 (Beschitin) 은키틴인공피부로써일본에서상업화되었으며이는키틴이선상의아세포를활성화하여肉芽를재생시키는창상치유촉진작용을이용한것이다. 또한키틴ㆍ키토산을이용한부직포를제조하거나부직포의후가공제를이용함으로써위생용및의료용부직포의고급화와용도확대가기대된다. -41-

42 신소재업체인산파이브社는키토산을잘게부수어면상으로만든카이트팩C를동물용의료용재료로서개발하고일본농수성의승인을받았다. 이것은키토산이동물백혈구를활성화함으로써화농성질환, 피부결손에효과를발휘하는특성을이용하고있다. 탈아세틸화한면상키틴을시스플라틴에화학적으로결합시킨국소투여형서방성항암제 (Plachitin) 가개발되었다. 동물실험에의해장기간서서히방출되고항종양효과가확인되었으며신독성도감소되었음이보고되었다. 플라키틴은면상또는과립상등의제형을용이하게선택할수있는데, 면상제형은수술로도려내고남은암에대해체내매립형의서방성항암제로서기대되며, 과립상은간암등의경동맥치료에동맥주사화학요법제로응용된다. 지금까지예시된창상피복재는키토산자체만을사용하고있지만형상을유지하기위해보조제 (support) 로서실리콘, 폴리우레탄, 염화비닐, 발포스틸렌등을사용하여이들의높은투습성과공기투과능을이용한시도도있다. 키틴이나키토산은상처치유를촉진하고보조제는상처를보호하는역할을한다. 키틴이나키토산의작용으로상처가치유되면보조제는쉽게제거할수있는데, 이보조제를이용하는방법도많이연구되고있다. 키토산은피부병의원인균인 Trichophyton equinum의성장을억제하는효과가있고, 항균성과보습성을지니고있어상처치유촉진과화상치료제로서이용가능성을지닌다. 창상연고는키틴분말을빠른속도와고압으로작은직경의구멍을통과시켜키틴을부풀린다음동결건조시키고분쇄하여석유젤리나다른물질속에분산시켜제조한다. -42-

43 최근에키토산을중성영역에서가용화하고光가교기를도입시켜단시간의자외선조사로불용성의겔체를형성하여창상의접착ㆍ보호와치유에간편하게도포할수있게만든光가교성키토산은재해구급의료의지혈ㆍ창상피복제로서외과수술의생체접착제로사용될수있음이밝혀졌다. 이와같은생체재료로서의연구성과로부터키틴ㆍ키토산의특성을살리면어떤창상에대해서도대응할수있음이밝혀졌고, 치료조건이항상열악한동물의치료에있어치료횟수의감소, 수술등의치료방법의간소화라고하는과제해결에크게기대된다. ( 나 ) 치과용재키틴ㆍ키토산의항균성을이용하여치약이나치분의첨가제로사용하면충치를예방할수있다. 구강충치발생에관여하는 Streptococcus mutans을흡착혹은구강이 ph 유지효과를발휘하여치아의부식이나플라그형성을방지하며, 인산화키틴은구강내다른연쇄구균에대해강한흡착력을보여충치억제제로서기대되고있다. 치과용재로서사용되는경우특히저분자량키토산은치과수술시, 특히이빨을뺀후잇몸절개, 절단수술을하였을때치아와잇몸을연결시키는결합조직에대한재생능력이매우크기때문에사용되고있으며키틴스폰지로수술부위를덮어주면세균번식도억제되고치유력도높으며상처부위와의유착성이없어구강외과용소재로실용화가능성을지닌다. 최근수용성고분자키토산을이용한치과용임플란트를개발하려는연구도진행되고있다. 충치가원인이되어치주조직에생긴세균감염성병변을치료하는방법은창상피복재로사용되는부직포키토산 ( 유니티카社의베스키틴W) 으로조직액흡착, 항염증작용을통해배농및출혈이감소되었고삼출액중에함유되어있는라이소자임활성, 사이토카인중염증의대표격인 IL-1β양을변화시킴을확인하였다. -43-

44 또한치조농루라고알려진치주병에도수술후치조골내에소량의부직포키토산을첨부하고봉합하면우수한치료효과를얻을수있다. 이밖에안과분야에서도키틴ㆍ키토산의이용이점점증가되고있는추세이다. 콘택트렌즈는가스의선택적투과성이가장중요하므로렌즈의착용중에도각막은연속적으로산소공급을받아야하고발생된이산화탄소는밖으로배출되어야하는데, 선택적투과성이불량한재질로제조된렌즈의착용으로각막에산소가결핍되고동시에이산화탄소와대사물질이축적되면통증이수반된다. 키틴ㆍ키토산으로제조된렌즈는높은산소투과력을지니고있고안구의상처치료가매우우수하여손상된안구에키틴필름을부착하거나키토산액체를주입-하면상처치유가촉진될수있다. 인공렌즈를안구에삽입시키는외과수술에서 N-카르복시아세틸키토산또는 O-카르복시알킬키틴을함유한유동액이사용되기도하며콘택트렌즈세척액에키틴을첨가하기도한다. ( 다 ) 수술용봉합사 1990년대말일본정부는키틴으로제조한수술용봉합사의시판을허가하였는데, 키틴봉합사는강도가매우커서봉합부위가완치될때까지세포속에오랫동안머물러있을수있으며서서히용해되기때문에나중에제거할필요가없다. 생체내에서흡수되는다른봉합사와달리알레르기반응을일으키지않으며비뇨기관이나창자내의약알카리성체액에서도안정성이유지된다. 전통적봉합사로봉합된부위와비교할때키틴봉합사로봉합된부위에서는콜라겐이매우빠른속도로합성된다. -44-

45 키틴봉합사는키틴을아마이드염화리튬에용해시키고부탄올용액에서추출시켜 5μm정도의직경인필라멘트를얻는다. 필라멘트다발을꼬아서따고실제사용될수있는봉합사가되도록표면을코팅한다음산화에틸렌으로살균하여제조하는데이필라멘트의장력은약 50kg/ cm3정도이다. (4) 의약품분야 ( 가 ) 서방성약제에의이용키토산은산성에서팽윤, 용해하는양이온성고분자전해질특성이있고成形과成膜性이우수하여서방성의약품으로개발되고있다. 직접분말압축용부형제, 조립형결합제, 정제용붕해제, 혼합분쇄용재료, 특효성제제등의약품제재의소재로서폭넓게응용되고있다. 키틴ㆍ키토산의의약품분야에대한활용에대해 < 표 2-6> 에정리하였다. 키토산은아미노기를가지므로키틴과달리염산이나초산등의산용액에용해하여겔을형성하는성질을가진다. 키토산을비스테로이드성항염증제인인도메타신및이부프로펜약물의서방성제제의기제로서사용하였는데, 약물의소화관통과시간을연장시켜지속성을얻기위해제제를위내용액에부유시켜서방성제제로개발하였다. 키토산과립은염산수용액에서부유하기때문에경구투여후위내에서팽윤하고위내용액에부유된다. 키토산을사용함으로써약물의서방화와위내부유를동시에할수있고, 또키토산은소화관에대해제산작용및항궤양작용이있어위장장해가있는약물의키토산서방성제제의치료효과는현저하게개선될것이기대된다. -45-

46 종류 경 구 제 < 표 2-6> 의약품에서의키틴ㆍ키토산의활용 용도특성및방법응용사례및효과 제제첨가물 위내부유성서방성제제키토산소구체 (microcapsule microsphere) 이온교환성키토산소구체 필름제 구강점막부착제제 < 정제및필름제 > ( 설하 ) 비내투여제 ( 비점막 ) 직장투여제 ( 항문 ) 경피흡수제 ( 피부 ) 부위특이성약물송달시스템 대장붕괴성캡슐 위내특이성약물송달시스템 (DDS) ㆍ무독성 ( 안전성 ) ㆍ생체내분해성ㆍ성형성ㆍ염산산성용액에서부유ㆍ위내에서팽윤ㆍ용해 ㆍ수μm ~ 수백μm의미립자ㆍ油中에키토산용액을분산 ㆍAcetaminophen 정제의붕해제ㆍ수용성약물의습식과립용첨가물, 직타용부형제ㆍ위장장해유발약물 (Indometacin) 의서방성제제 치료효과개선 ㆍTheophylline( 기관지확장제 ). Aspirin, Griseofulvin( 항진균제 ). Furosemide( 이뇨제, 혈압강하제 ) ㆍ열에불안정한약물 (Ketoprofen) ㆍ산성약물을음이온형태로결합, 소화ㆍ알데하이드로로처리한관내에서음이온에의해약물방출겔 음이온교환수지기능ㆍIbuprofen( 진통제 ) ㆍ가교화된키토산소구체ㆍ현탁형의서방성제제 ( 노인, 어린이용 ) ㆍ필름성형성 ㆍ정제코팅제 ㆍ생체내분해성 ㆍ마이크로캡슐의피막제 ㆍ안전성 ㆍIndometacin, Ketoprofen( 진통제 ) ㆍ점막부착성 Diltiazem HCl( 칼슘길항제, 혈압약 ) ㆍ성형성 ㆍ적절한약물방출, 지속적혈중농도 ㆍ알긴산나트륨과혼합 ㆍ작용지속화및부작용경감 ㆍ점막부착성 ㆍInsulin( 난흡수성, 펩타이드의약품 ) 의 ㆍ낮은비점막자극성 경비흡수개선, 경비투여제의흡수촉진 ㆍ서방성좌제 ㆍKetoprofen( 진통제 ) ㆍ약물-키토산겔상혼합물ㆍ경구투여에의한부작용 ( 위장장해, 식 을 PEG중에분산 욕부진 ) 을해결 ㆍ키토산과 콜라겐의 복합 막 ㆍ막의팽윤성조절 ㆍ Propranolol HCl( 베타차단제 : 혈압약 ) 피부자극성없음 ㆍ대장은경구투여가곤란한펩타이드ㆍ약물넣은키토산캡슐을의약품및단백의약품 (Insulin, 하이드록시프로필메틸셀룰 alcitonin) 의유용한흡수부위로오스로장용성코팅ㆍ궤양성대장염치료제 ㆍ산성에서팽윤, 약물방출ㆍ위궤양유발균 (Hericobacter pylori) 에ㆍ키토산과 PEO로조제한유효한 Amoxacillin, etronidaxole 제제하이드로겔을동결건조에응용 치료효과개선 -46-

47 체내의특정환부에만약물을도달시키는약물송달시스템 (DDS) 은부작용이적고효과적인새로운약물투여방법으로주목받고있다. 항암제의캐리어가될소재를개발하기위해키토산을글루타르알데히드로가교한키토산겔의미소구체를 DDS의신소재로서개발하였다. 부작용이강한항암제 5-FU(5-Fluorouracil) 를포함하는키토산의염산용액에계면활성제를함유한톨루엔용액을가하고이혼합액에초음파를조사하여소구체를미소화시킨다. 이용액에글루타르알데히드를혼합하면키토산이가교되는데, 이미소구체는 37 의체액중에주입한 1주후부터천천히약물이방출되어 8주이상약물이계속방출됨으로써부작용을경감시켰다. 마이크로캡슐이나마이크로스피어 ( 소구체 ) 는직경이수 수백μm의미립자로서약물의안정화, 교미ㆍ교취, 약물방출의서방화등에응용하는유용한제형의하나이다. 키토산용액을유분에분산시키고고화시켜소구체를조제할수있는데, 가교화키토산소구체에테오필린, 아스피린, 글리세오훌빈등을넣고인공위액및인공장액중에서약물방출성을검토한결과약물방출속도는가교밀도, 입자직경및약물부하량에의존하였다. 또한열에불안정한약물의마이크로캡슐화에이용되는유화 / 용매제거법에의해제조된케토프로펜함유키토산소구체는소구체의형태, 표면상태, 입자경분포및약물함량을통해입자경분포가작은양호한형태를가지는키토산소구체임이보고되었다. 그밖에프로세미드의키토산소구체와테오필린의키토산마이크로캡슐등도시도되었다. 키토산은초산, 염산, 석신산등의산성수용액에용해하고캐스팅에의해양호한필름形成性을나타낸다. 키토산필름은정제코팅이나마이크로캡슐의피막등에이용된다. -47-

48 또키토산이양이온성고분자전해질임을이용하여히알우론산과같은음이온성고분자와복합막을만들어생체내분해성필름으로서이용할수있다. 약물의투여경로로서구강내송달은흡수가빠르기때문에작용발현이신속하고초기통과효과나소화관에대한부작용을회피할수있다. 점막부착성고분자를이용하여약물을구강점막에유지시키는부착제제는작용을지속시키고부작용을줄이는데큰효과가있다. 키토산의정제성형성및알긴산나트륨의점막부착성에착안하여개발된구강점막부착성제제는점막부착성, 약물방출성, 토끼에의구강점막투여시혈장중약물농도에서유용함이평가되었다. 인도메타신및케토프로펜을약물로서이용한결과, 키토산과알긴산나트륨혼합물로타정한정제는성형성이우수하고점막부착성이충분하였으며적절한약물방출성을나타내었다. 또한초기통과대사가커서반감기가짧은칼슘길항제인염산딜티아젬을이용한부착성정제로부터의약물방출성및구강점막흡수성을검토하였다. 알긴산나트륨과배합하여조제한염산딜티아젬의점막부착성정제에는경구투여시나타났던높은일과성의혈중농도는보이지않고지속적인혈중농도를나타내며알긴산나트륨과키토산의배합에따라약물흡수성을제어할수있다. 그리고키토산과알긴산나트륨으로딜티아젬의구강점막부착성필름제를조제하고약물방출성을검토한결과, 시판구강점막부착성제제에필적할점막부착성을나타냈고부착성필름제로부터의약물방출은빠르고 2 3시간에약물이 100% 방출되었다. 이필름제를토끼의설하에투여하였을때딜티아젬은구강점막에서신속하게흡수되었다. 딜티아젬경구투여시의생체이용률은 30% 임에비해키토산과알긴산나트륨의키토산비가 1:3인필름제는약 60% 였다. -48-

49 따라서구강점막부착제제에의해생체이용율을개선함으로써초기투과대사가현저한칼슘길항제의구강내투여가유용하게되었다. 최근약물의전신작용을목적으로한투여경로로서직장투여가주목되고있다. 직장투여에는경구투여에의한위장장해나초기통과효과를회피할수있고흡수가양호하며가정요법에적합하다. 경구투여에의해부작용이있는비스테로이드성항염증제인케토프로펜의서방성좌제는키토산의겔매트릭스를이용하여제조하였다. 대조좌제는 4 5.5시간내에약물의거의대부분이방출된반면, 키토산함유좌제는 8시간의방출율이 60% 80% 나타내어키토산첨가에의해좌제로부터의약물방출이억제되었다. 한편, 부위특이성약물송달시스템으로서대장붕괴성캡슐이있다. 최근대장이펩타이드나단백성의약품의흡수에적합한부위로서알려졌고, 소장에비해단백질분해효소활성이낮고, 제제의이동이적어약물이높은농도를유지할수있어경구투여가곤란한펩타이드성의약품의유효한흡수부위로서주목된다. 이에위장이나소장에서분해되지않은채대장에도달하고대장에존재하는장내세균의작용에의해붕괴되는양이온성고분자인키토산에주목하여키토산을이용한대장붕괴성캡슐이고안되었다. 키토산캡슐을이용한인슐린의대장특이적송달법은경구투여후위에서붕괴되는것을막기위해캡슐표면에하이드록시프로필메틸셀룰로오스프탈레이트로장용성코팅을한것이다. 위장에서소장으로이행된키토산캡슐은표면의장용성코팅이용해되어대장으로이행된다. 대장내의 ph 및장내세균에의해키토산막이팽윤하고키토산이붕괴하여함유된인슐린이방출된다. 또인슐린은같이함유되어있던단백질분해효소저해제나흡수촉진제의작용에의해전신순환계로이행하게된다. -49-

50 현재인슐린, 칼시토닌등의펩타이드성의약품에대해검토하고있고대장국소작용약인궤양성대장염치료제의대장특이적송달법에도유용한것이보고되었다. 위내의부위특이적약물송달시스템에있어, 위궤양발현의주된원인인 Helicobacter pylori 감염의치료에는아목시실린과메트로니다졸등의항생제가사용되나, 위장의 ph에서약물이불안정하고막투과성이나쁘며경구투여후환부의약물농도가치료농도이하인경우치료효과를기대할수없다. 이에위에부위특이적으로약리효과를발휘하기위해산성에서팽윤하고약물을방출하는시스템으로서키토산과폴리에틸렌옥사이드로조제한하이드로겔이개발되었다. 키토산소구체에의한화학요법을개선할수도있다. 시스플라틴은암의화학요법제로서소화기암, 폐암, 뇌종양등에널리사용되는백금착체이다. 경구투여시생체이용율이작기때문에용량에따른점적으로정맥주사하나신독성, 오심ㆍ구토등의심한부작용을가진다. 시스플라틴의치료효과는투여량에비례하기때문에신독성을경감하면서고용량의시스플라틴을투여하기위해투여법이나투여제형이연구되고있다. 특히, 신독성은혈중농도의존성이므로종양세포나장기에안전하게국소투여할수있는국소요법이부작용경감에효과적이라고생각된다. 소구체를이용한화학요법에서종양조직에서의항암제의농도를일정하게유지하고전신적부작용을감소시켜높은항종양효과를나타내었다. 시스플라틴을내포하는키토산소구체는생체이용율 57.6% 로화학요법시의전신독성은감소하고투여24시간후의간조직중의시스플라틴농도는대조군보다높았으므로시스플라틴-키토산소구체는화학요법에유용함을시사하였다. -50-

51 ( 나 ) 의약품원료의약품분야에서는콜레스테롤강하제, 항암제, 뼈형성촉진제등으로그응용이기대되고있으며의약품이되기에는아직이른것으로판단된다. 여러가지약리작용이있는것으로보고되지만확실한임상데이터가없고특히실험에사용된키틴이나키토산들이대부분특정 분자량범위로조절된것이한정적으로사용되고있어일반적으로키틴ㆍ키토산이약리작용이있다고말하는것은아직무리이다. 키토산의콜레스테롤강하작용은탈아세틸화도가높을수록즉키토산에존재하는아미노기의함량이상승될수록콜레스테롤저하능이높아지기때문에키토산은콜레스테롤이나담즙산에일정한상호작용을유발하여체내흡수를저하시키는것으로평가된다. 장내에서키토산의겔화는콜레스테롤이나담즙산에대한작용을소실시키며위장에서용해된키토산이장내에서겔화되는것을방지할수있는방법으로키토산의분자량을저하시키는방법이제시되었으나너무분자량이저하되면콜레스테롤에대한작용이없어지고분산성이낮아져콜레스테롤이나담즙산의흡수저해능이없어진다. 키틴유도체들은면역보조제로작용할수있음이증명되었는데, 20% 탈아세틸화키틴은장기간의면역보조활성을유지하였으며, 80% 카르복시메틸키틴은치환도가낮은카르복시메틸키틴과함께단기간의면역보조활성을유지하였다. 카르복시메틸키틴은합텐수송체로작용하면서 Freund's complete adjuvant 존재하에합텐특이성항체의생성을유도한다. 카르복시메틸키틴과탈아세틸화키틴은종양의성장을억제시킬수있음이확인되었다. 키틴올리고머와키토산올리고머는단독또는기존항암제와혼합하여종양치료에사용될수있는데, 이것은기존항암제의투여량을감소시킬수있어항암제에의한부작용이경감된다. -51-

52 블레오마이신이나시스플라틴의부작용을현저히저하시킨다는보고도있다. 키토산을완전가수분해하여얻은글루코사민은황산염으로서유럽에서항류마티스, 관절염의치료제로서개발되어오래전부터판매되고있으나, 최근미국에서관절염을타겟으로건강식품에배합하여커다란화제를일으키고있다. 일본에서도글루코사민을배합한건강식품이상품화되었다. 또한대사경로가글루코사민과동일한것으로밝혀지고식품소재로서우수한감미성을가지는 N-아세틸글루코사민이개발되었다. C 라벨화한 N-아세틸글루코사민을랫트에경구투여하고생체내동태를시험한결과, 투여량의약25% 는체내의지방조직이나연골조직등에널리이행되고생체내구성물질로서이용됨을시사하였다. 연골조직으로의이행은관절염치료와중요한상관성이있을것으로추측된다. 아직일본에서는단당류의건강식품에서의사용실적은거의없지만, 원래생체내의세포당사슬에보편적으로존재하는당이고금후생리활성연구의진전과함께용도개발이기대된다. (5) 섬유분야섬유분야에서키토산의응용은항균성을이용한것이다. 폴리노직비스코스에넣어혼합방사하여얻은섬유키토폴리 (Chitopoly) 가일본 ( 株 ) 富士紡績에의해제조되었다. 키토폴리는키토산첨가에의한물성의변화는거의없고키토산을첨가하기이전의섬유인폴리노직레이온과비교하여손색이없다. 항균성은쉐이크플라스크법을이용하여측정한결과, 키토산을첨가하지않은폴리노직레이온은28% 의세균억제율을보인반면키토폴리는 99.3% 라는세균억제율을보였다. -52-

53 세탁내구력시험결과, 50회세탁후키토폴리의세균억제율은 91.9% 로매우우수하였는데, 키토폴리가키토산을미립자상태로방사원액에혼합하여제조되었기때문이다. 이밖에도키토폴리와다른섬유를혼방하여제작한직물이속옷, 트렁크, 셔츠, 블라우스, 파자마등의의류품부터침대커버, 시트등침구용품, 타월, 매트, 손수건, 포대등잡화품에이르기까지응용범위가넓다. 키토폴리와면을혼방한키토사니 (Chitosany) 는우수한항균성및내세탁성과함께피부접촉감이좋고장시간사용후에도변하지않고부드러운촉감을유지하므로속옷, 티셔츠, 운동복, 양말등직접피부에접촉하는소재로적합하다. 키토폴리와방염아크릴섬유혼방에의한방염항균방취섬유파레키오는앞치마, 작업복등의의류품과커튼, 이불커버등에사용되고있다. 키토폴리를위사로사용하고레이온필라멘트와아세데이트필라멘트를각각경사로교직한직물 ( 샌틸시 ) 은부인용의류와모피제품의안감과피혁제품및가방내장재로사용된다. 이러한키토산과혼방한항균섬유는생체의학용부터산업용에이르기까지다양한분야에응용될수있다. 키토산을폴리우레탄과혼합방사하여방수성과투과성의향상뿐만아니라항균방취효과까지겸비한바이오키톤 (Biochiton) 을생산하여실외스포츠웨어로제품화되었다. 후처리가공제로키토산의이용은주로셀룰로오스직물을대상으로하며모직물등에도시도되었다. 셀룰로오스직물에키토산처리시키토산의탈아세틸화도에따른세균억제율은같은농도에서는탈아세틸화도가높을수록항균성이증가하였다. 또한, 키토산을열처리하면항균성에큰영향을주지않고세탁내구력에긍정적인효과를준다. 셀룰로오스직물에저분자키토산을사용하여세균억제율 100% 를얻었고가교제를처리액에첨가하여내세탁성을향상시켰다. -53-

54 섬유의후가공제로사용을확대하기위해서는가장효과적인처리방법과내세탁성향상문제가해결되어야한다. 다. 국내개발동향자연계에풍부한천연고분자화합물이라고하나, 화학적또는생물학적처리에의해생산될수밖에없는키틴은우리나라동해안인근에서수확되는홍게로부터다량으로얻어져상대적으로많은연구개발이이루어지고있다. 앞으로키틴ㆍ키토산의사업성과시장규모는정밀화학과생명공학분야에서요구되는물성을만족시키는키틴ㆍ키토산이저렴한가격으로생산될수있느냐에달려있으며, 고부가가치의상업적응용분야를추구하지않는한전망이밝다고볼수없다. 키토산의항암작용에대한보고가있지만항암작용을나타낼수있기위해좁은특정분자량범위가만족되어야하며, 특정분자량크기로조절되지않은키토산은아무런효과가없는것으로알려져있다. 그러나특정분자량범위로조절된키토산은제조하기가어려우며대량생산이될수없기때문에산업분야에서직접적인응용은쉽지않다. 국내에서키틴ㆍ키토산이시장에출현한지 10여년이지났지만키틴ㆍ키토산제품이품질면에서많은문제점이있어다양한용도개발이이루어지지못하였다. 그러나키틴ㆍ키토산유도체의제조생산에가장많은특허를확보하고있고활발한연구를하고있는이화여대전동원교수팀은다양한용도에따른분자량을확보한키토산을생산하고있어그응용개발이기대된다. -54-

55 건강보조식품용키토산은 1995년 6월일본건강ㆍ영양식품협회로부터규격기준이공시되었고, 우리나라는 1998년 7월에키토산가공식품및키토산함유식품의규격기준이채택되었다. 이기준에의해키토산의점도나탈아세틸화도, 중금속함유량등이규정되어품질보증된제품은수요량이증가되고있다. 건강식품으로의키토산올리고당은소비자가격이비싸기때문에품질보증된제품에따라전체수요가계속성장할지에대해시장동향을주시해볼필요가있다. 키틴ㆍ키토산의분야별세계시장을보면고부가가치를창출할수있는의료분야가가장중요시되고있다. 미국시장에서도의료분야가 80% 를넘는것은산업방향이고부가가치창출이기대되는의료분야에집중되고있음을알수있다. 세계적으로는의료분야가시장의90% 를넘고있으며농업, 폐수처리및식품분야는시장이사라져가고있다. 다만건강보조식품과식음료관련분야는이분야에서요구되는특정한기준의키토산원료의개발과대량생산에의해좌우될것으로예측된다. 국내에서주된시장을형성하고있는건강보조식품은콜레스테롤저하, 노화방지, 면역증강을목표로제품화하여 46개업체가판매하고있고, 키토산관련제품만을전문으로판매하고있는벤처기업이다수있다. 또한피로회복, 숙취예방, 비만방지, 체질개선을목표로한기능성음료및자외선차단과보습작용을꾀한화장품, 샴푸, 비누등이제품화되었다. 의료용창상피복재로는벤처기업인 ( 주 ) 바이오폴에서폴리우레탄을이용한박막형태 ( 메디폼 ) 로제조하여일동제약을통해판매하고있는데항균성을확보한키토산을혼합하여화상등에유용한피복제로개발하고있다. 그밖에의료용소재로개발하기위한다양한연구가대학및 ( 주 ) 리젠바이오텍등의벤처기업에서이루어지고있다. -55-

56 또한키토산을의약품으로이용한것은동화약품의홀뮴과키토산복합체인간암치료제 ( 밀리칸주 ) 정도이고, 키토산의단량체인글루코사민을함유한골관절염치료제는일반의약품으로, 키토산용액을혼합한치과용가글제 ( 쎄라픽가글 ) 는의약부외품으로한국유나이티드제약이판매하고있다. 세계적으로각광을받고있는키토산섬유가국내에서도개발되었다.( 주 ) 방림에서는키토산항균 보온섬유로키토산에의한흡수성및보온성과방직의경우면사, 혼방사부문에서천연항균방취가공1호업체로선정되었는데, 이제품은키토산을면이나혼방형태의사류, 편물류에교착시킨것으로서다른가공제에비해화학적처리가적고천연면섬유에잘어울릴뿐만아니라화섬교착도실용적인의류소재이고항균력도뛰어나다. 또한유아용품전문회사인 ( 주 ) 아가방에서는키토산을함유한신생아의류를개발하여태열기등의피부질환을목표로한제품으로서반응을얻고있다. 4. 키토산의개발전망및과제 자원고갈과환경오염이라는문제에직면한오늘날키틴과키토산은자원으로재활용할수있는유용한천연고분자물질이며, 이러한키틴과키토산을어떻게보다다양하고유효하게이용하느냐에대한과제가남아있다. 키틴ㆍ키토산의생산단가를낮추고생산단계에서발생하는폐수를줄일수있는제조방법이확립되어야한다. 키틴ㆍ키토산을이용한제재설계관련연구가활발하게진행되고있고안전성이나규격, 기준등이해결되어키틴ㆍ키토산의다기능성을갖춘제재가시장에출현할것이기대된다. -56-

57 각분야에서응용을확대하고최대의효과를갖는키틴과키토산의분자량을찾아내기위해다양한분자량과탈아세틸화도및순도를갖는규격화시킨키틴과키토산이제품화되어야한다. < 표 2-7> 에우리나라키토산산업의문제점과개선방안에대해나타내었다. 국내에서가장활발히연구되고있는키틴ㆍ키토산의의료용재료개발에있어치료를받는동물이자유롭게움직이고치료횟수를감소할수있으며수술방법이간소화될수있고, 소ㆍ돼지와같은식용동물에항생물질을투여하지않아도치료가능하며, 경제적으로사용가능한가격이어야하는조건과목적에유념할필요가있다. 이상의관점에서사람을포함한동물에서의응용을목적으로한키틴ㆍ키토산제재의개발은매력있는연구개발분야가될것으로확신한다. 키틴ㆍ키토산의의료용재료는기능성을계속밝히고있지만아직은제품화가한정되어있다. 키토산의제조원가가고가이므로제품도고도의기능을가진것에한정되며, 의료용재료는부가가치가높기때문에향후의료용재료를중심으로키틴ㆍ키토산의제조, 연구및실용화가이루어질것이다. 따라서향후키틴ㆍ키토산을의학영역에서응용할수있는가능성으로새로운기능을가진키틴ㆍ키토산유도체의개발과형상연구가기대된다. 제재소재로서의키틴ㆍ키토산에대해많은흥미깊은연구논문과특허가발표된것에비하면실용화된것은상대적으로매우적다. 키틴은원료나단리법, 정제법에따라그성질이현저하게다르므로키틴의물리화학적성질에대한상세한검토와표준시료가확립되어야앞으로의제재소재로서실용화가가능하게될것이다. -57-

58 문제점 개선방안 전망 원료기술생산판매원료기술생산판매원료기술생산 < 표 2-7> 키토산산업의문제점과개선방안 내용ㆍ원료부족및원료의일본수출ㆍ게껍질원료는천연물이므로장기보관하면변질또는분해됨ㆍ부패원료사용은품질저하시키며, 고순도키토산으로변환불가능ㆍ고순도키토산제조기술부족 ( 분자량조절능력및탈아세틸화도조절기술부족 ) ㆍ용도개발능력부족 ( 식품소재용, 의료용, 섬유용, 화장품용 ) ㆍ생산기술접근용이성으로업체난립, 업체간과당경쟁, 규모의영세성ㆍ저급키토산유통, 방문판매에의한유통경비과다지출, 고가판매 ( 중국제품유입 ) ㆍ염산분해에의한저질시비로국산키토산불신, 일본키토산수입 (5-10%) ㆍ키토산약리작용에대한과장광고, 효능에대한소비자불신ㆍ폐수처리용 ; 비흡착되는중금속이있음섬유용 : 셀룰로스와키토산의합성이잘안됨식품및의약용 : 국산제품신뢰안하고일본제품을선호하여마케팅의어려움농업용 : 가격이비싸고농민들의인식부족건강식품용 : 방문판매에의한유통경비과다의고가격문제와체내흡수율이낮음ㆍ수산물가공회사와장기원료공급계약 ( 어획성수기에원료최대확보및장기보관 ( 원료를자연건조하여보관 )) ㆍ중국및아시아국가로부터키틴수입방안ㆍ고부가가치용도의유도체생산기술개발 ( 산학협력을통한기술확보 ) ㆍ응용분야별로최대효과를갖는키토산의분자량과순도가규격화된제품공급ㆍ생산단가낮추고생산단계에서의발생폐수감소시키는제조방법개발ㆍ효소적가수분해로생리활성이우수한키토산올리고당을생산하는효소의개발ㆍ설비규모의적정화및최소인력운용ㆍ효능에대한임상자료확보하여과학적효능확보ㆍ완성제품의판매가격인하로대체기능성유도ㆍ원료판매는부가가치가낮으므로완성제품생산하여 OEM 판매ㆍ동해안지역에게껍질또는전문공급회사등장전망ㆍ저급키토산생산에서고순도의분자량을확보한키토산유도체생산으로이동ㆍ시장주도권이건강식품으로부터고부가가치의의료용품, 화장품으로이동ㆍ대기업인태평양 ( 인공피부, 화장품원료 ) 및효성 ( 생물농약, 항균섬유 ) 의진출 -58-

59 일본에서는 1996년세계에통용하는공통의규격기준의설정과품질향상을목적으로키토산공업회가설립되었다. 키틴ㆍ키토산연구분야는세계에서일본이가장앞서있다. 일본은이미 20년전부터이부분의가능성을인식하여국가차원의집중적인지원으로오늘날많은기술발전과더불어부가가치를창출하고있다. 우리나라도빠른시일내에범국가적인차원에서이분야의중요성을인식하여많은연구인력을도출하고지원을하는것이선진국들과기술개발부분에서어깨를나란히할수있는계기가될것이다. 현재키틴ㆍ키토산연구회에는키틴ㆍ키토산을연구하고있는교수, 연구소의연구원들이많이가입되어있다. 관련제조업체들은키틴ㆍ키토산협회를구성하여키틴ㆍ키토산제품의규격기준의설정, 모방제품의생산방지를위한협회자체규정, 협회산하의부설연구소의설립및산학연협동연구의추진등을시행하여서로의발전방향을모색해야할것이다. 관련업체들은보다많은기술개발비를투자하고연구회의연구인력을활용하여부가가치가높고품질이우수한독창적인제품을개발할수있는산학연협동과제를도출하여이를이용하는것도좋은발전방안이될것이다. 향후천연고분자화합물인키틴ㆍ키토산의활용면에서부가가치를높일필요가있다. 따라서꾸준한연구개발을통해새로운기능성을가지는키틴ㆍ키토산유도체를개발하는것이필수적이라고판단된다. -59-

60 제 3 장기술ㆍ특허정보분석 본장에서는키토산에관한기술문헌및특허정보를중심으로조사하여지난 20년간의기술흐름추이와최근의기술동향, 저자, 혹은출원인분석을통한기술의우위현황및기술의주요분포도등을다양한각도에서맵핑 (Mapping) 을행하여본장에서다루고자한다. 국가및기술분야별등으로세분화하고다각적인분석방법으로도식화된그래프를이용, 기술의동향을분석하고기술문헌및특허의흐름을통해앞으로의키토산관련기술개발방향을파악하고자하였다. 1. 기술문헌정보분석 가. 분석방법 (1) 정보분석대상DB 키토산에관한기술문헌정보를분석하기위하여세계최대의데이터뱅크인 STN International(The Scientific & Technical Information Network) 의검색시스템을이용하여정보를수집, 분석하였다. -60-

61 STN International은미국의 CAS(Chemical Abstracts Service), 독일의 FIZ Karlsruhe, 일본의 JST(Japan Science Technology Corporatin) 가공동으로운영하는온라인데이터뱅크로서, 과학기술분야에서는세계최대의정보원이며, 현재 200여종의데이터베이스를서비스하고있다. 키토산에대한학술정보조사는 STN 데이터뱅크의 SCISEARCH 데이터베이스를이용하였다. SCISEARCH 데이터베이스는미국의 Institute for Scienctific Information에서제작하는것으로서 Science Citation Index와 Current Contents에수록된학술정보가전자파일화되어있으며, 1973년이후에발생한농업, 생물, 화학, 생명공학, 환경, 수학, 약학, 공학등, 기초과학에서부터응용공학에이르기까지전분야를망라하고, 각분야별핵심저널약 5,000여종을대상으로하고있다. 이데이터베이스에는새로운학술정보가매주약 14,500 건정도추가되고있으며, 현재약 1,500만건이상의정보가수록된전문데이터베이스이다. (2) 분석범위및방법상기 STN을연결하여 SCISEARCH 데이터베이스에수록되어있는키토산 (Chitosan) 을주제어 (Subject) 로하는검색을실시하고, 관련정보인 PY( 출간연도 ), CC(CA기술분류코드 ), JT( 저널명 ), AU( 저자명 ), CYA( 저자국적 ), CS( 회사명 ) 를수집하였으며, 검색된자료에서총설 (Review article) 과학회회보 (Conference Proceeding) 그리고관련특허를제외하고순수한연구결과로써발표된기술논문과키토산 (Chitosan) 을제목 (Titile) 으로한논문으로제한함으로써자료의정확성과범위의한도를조절하였다. 검색대상언도는제한하지않고현재까지로하였으며, 분석에는 STN International이제공하는분석명령어 (ANALYZE 및 TABULATE command) 를활용하였다. -61-

62 나. 키토산의문헌정보동향 (1) 기술문헌발표건수추이본분석을위해 SCISEARCH 데이터베이스에서조사된키토산관련문헌은 1973년부터현재까지총 2,912건이도출되었다. 73년이후연도별발표건수및연도별누계를살펴보면 < 그림 3-1> 과같다. 70년대의연구개발은키토산을폐수처리와단백질회수에응용하는것과키틴ㆍ키토산의제조에관한기술로서연평균 20건이하정도이었다. < 그림 3-1> 연도별문헌건수및누적건수 -62-

63 80년대에들어서식품, 의료용, 건강식품등의분야로확산되었으며, 이어서물리화학적특성분석, 의료, 폐수처리, 섬유가공등, 산업적응용분야로크게파급되면서연구개발이더욱증가하였다. 특히90년대후반에는 70년대에비하여 10배이상의급격한증가율을보이고있다. 새로운자원을이용한키틴ㆍ키토산의생산과더불어다양한생리활성, 키토산관련효소에대한연구가집중되고있으며, 여러산업분야에서연구개발이활발히이루어지고있음을알수있다. (2) 주요국가별현황 < 그림 3-2> 는키토산에관한발표논문에대하여논문저자들의국적을기준으로상위 15 개국까지로분류한것으로, 논문저자의국적이일본인경우가 764편으로전체의 28% 를차지하는가장높은수치로나타났으며, 미국과중국국적의논문저자수를합한누계비율 26% 와비교해보아도일본이훨씬많았다. < 그림 3-2> 상위 15 저자의국적별문헌건수 -63-

64 이러한결과는키틴ㆍ키토산에관한연구중심지가일본이라는것을나타내고있는것이다. 또한일본, 미국, 중국, 한국순으로주요 4개국에서발표된키토산관련논문의누적편수를비교해보면 1,648편으로, 이들은동일기간에발표된상위 15개국논문 (2,707편) 의약 61% 를차지하고있다. 4위인한국은일본의 22% 정도이며, 키토산에대한내국인의연구활동이매우활발한것으로나타났다. 그리고캐나다, 프랑스, 이태리, 인도, 러시아등이 100건이상의논문을발표하고있으며, 영국, 대만, 폴란드, 스페인, 터키, 독일등은 100건미만의연구논문이발표되었다. 그밖의미주, 유럽, 아시아전지역의많은국가들에서연구논문이발표되고있다. 위에서살펴본상위 15개국가운데논문발표가가장많은상위 4개국일본, 미국, 중국, 한국등에서발표된논문에대하여최근 10년간의연도별추이를 < 그림 3-3> 에서비교하여보았다. 4개국이 10년간발표한연평균논문수는 41편이다. 일본은연평균 55건으로한국보다 4배이상의문헌을발표하고있으며, 미국은연평균 32건으로일본의 58% 수준이지만연도별발표수의증감추세는일본과비슷하게나타나고있다. 1980년대에들어서면서연구의중심지가미국에서일본으로옮겨져키토산에대한기술개발이일본에의해주도되고있기때문인것으로보인다. 그런데중국의최근 5년간발표된논문건수를살펴보면, 1997년부터증가되기시작하여일본을앞설정도의급격한증가율을보이고있음을주목하게된다. 그리고우리나라의경우, 연평균 16편의논문발표가되고있으며, 논문발표증가율이1997년부터상승하고있는것은 1996년에결성된한국키틴ㆍ키토산학회에많은연구자들이참여하여유기적으로활발한연구활동이이루어지고있기때문인것으로보인다. -64-

65 < 그림 3-3> 최근상위 4 개국의연도별발표동향 (3) 주요저자현황키토산에관한주요연구자들을파악하기위하여키토산관련전체논문 (2,912편) 에대하여발표논문수가많은저자순으로상위 12위까지 < 그림 3-4> 에정리해보았다. 가장많은문헌을발표하고있는저자는일본도토리에있는키틴ㆍ키토산 R&D 센터에소속된 HIRANO.S 이며, 2001년 3월 MACROMOLECULAR SYMPOSIA에발표한키토산을이용한기능성섬유의습식방사와응용에대한논문등, 최근 10년간 55건을발표하였으며, 그다음은도토리대학 (Tottori Univ. Fac Engn) 의 Shigemasa Y. 가 2002년 5월 Carbohydrate Polymers 誌에키토산의진통효과에대한논문등, 43건을발표하였다. -65-

66 < 그림 3-4> 상위 12 권내의저자별문헌건수 이어서이태리 (Univ Ancona) 의 Muzzarelli R. A. A. 는의약품제제로사용하기위한 Oxychitin-chitosan microcapsule 에대한논문등, 41건의문헌을발표하였다. 그밖에상위 12위권의저자들이기술문헌을발표한개인당평균은 33건이상인것으로나타났다. 이들상위 12권저자들이차지하는문헌발표비율은전체의 13.8% 를차지하고있다. (4) 주요연구기관현황키토산관련문헌을발표하고있는주요연구기관의현황을알기위하여전체논문 (2,912편) 을대상으로저자가소속된기관을분석하였다. -66-

67 < 그림 3-5> 연구기관별문헌건수비율 발표논문수가많은상위 15개연구기관들을살펴보면, 전체논문의약 9.6% 를차지하고있으며발표논문은 280편으로나타났다. < 그림 3-5> 에서보는바와같이일본은도토리대학 (Tottori Univ) 이 61편으로 15개기관이발표한평균논문건수 18편의 3배이상이며, 전체발표논문의 22% 로가장두드러지게나타나고있다 그다음으로많은연구논문이발표되고있는기관은프랑스의 ECOLE. M. A. 이며 28편으로한국의한양대학교 (Department of Biomedical Engineering Hanyang Univ) 에서발표된논문건수와거의같지만일본도토리대학의 50% 정도에지나지않고있다. 그런데중국은상위 15개기관중, 4개대학이포함되어있으며, 발표논문이총 64편으로전체의 23% 를차지하고있다. 또한일본의 2개대학에서 80편의논문이발표되어 29% 를차지하는것과 < 그림 3-3> 에서살펴본중국의연구발표기간을비교하여보면, 키토산에대한연구논문이 1997년부터급증하기시작하여대단히활발해진중국의연구활동을예의주시하지않을수없다. -67-

68 그리고캐나다와프랑스는연구발표상위권에각각 2개의대학들이선정되었으며, 프랑스는 13% 를차지하고, 캐나다는 9% 를차지하고있다. 그밖에이태리, 영국, 대만, 미국에있는대학에서의발표논문이상위 15위권내의논문발표수를보이고있으며, 키토산에관한연구논문은각국의대학을중심으로한학회의연구활동이주도하고있음을알수있다. 이어서일본의도토리대학 (Tottori Univ), 한국의한양대학교, 프랑스의 ECOLE. M. A., 등주요연구기관가운데상위 3개대학에서발표한논문의연도별추이를 < 그림 3-6> 에서살펴보았다. 키틴ㆍ키토산에관한연구논문의발표는 1976년부터 1990년초까지 20년간은연평균 2-3 편정도로상위 3개연구기관중, 일본의도토리대학에서만꾸준히발표되었으며, 이후 2000년에는 11편으로연구논문발표율이급격히증가되었으나 2001년은약간감소하였다. < 그림 3-6> 상위연구기판들의연도별발표문헌건수 -68-

69 그리고프랑스의 ECOLE. M. A에서는 1995년에 2편을발표하기시작하여그발표숫자가해마다증가하고있으며 7년간 28편을발표하였다. 또한한국의한양대학교에서는처음발표가 1991년부터시작된것으로나타났으며 10년간 27편으로연평균 2 3건정도의논문이발표되었고, 1997년에 6편으로가장많은논문이발표되었는데, 1996년에시작된한국키틴ㆍ키토산학회의활동영향이나타난것으로보인다. 전세계적으로키토산에관한연구활동이가장활발한시기는 90년대후반에들어집중확산되기시작한것으로보인다. (5) 주요저널의현황키틴ㆍ키토산에대한많은연구논문을수록하고있는주요저널들가운데상위 20종까지를 < 그림 3-7> 에서살펴보았다. 20종의저널에실린키토산관련총논문편수는 1,027편이수록되었다. 가장많은연구논문을발표하고있는저널은미국에서주간으로발행되고있는 JOURNAL OF APPLIED POLYMER SCIENCE 誌로서 1959년부터발행되고있으며, 수록된논문편수는상위 20종에발표된총논문편수의 19% 인 196편이수록되었다. 그다음으로많이수록하고있는저널은 1981년영국에서창간되어격월간으로발행되고있는 CARBOHYDRATE POLYMERS 誌이며, 20종전체의 11% 인 118편이발표되었다. 그리고미국에서 1980년부터반월간으로발간되고있는 BIOMATERIALS 誌는 8% 인 86 편을수록하고있다. 1978년부터네덜란드에서발간되고있는 INTERNATIONAL JOURNAL OF PHARMACEUTICS 誌는반월간으로발행되고있으며, 키토산에관한논문 77편이발표되었다. -69-

70 < 그림 3-7> 저널별문헌건수비율 이상 4종의저널에발표된논문은 477편으로 20종전체의 46% 를차지하고있다천연고분자물질인키토산에대한지금까지의연구분야는주요저널의명칭을통하여잘나타나고있다. (6) 기술분야별동향이미여러많은연구자들에의해다양한분야에서키틴ㆍ키토산의유용성, 응용, 그리고종합적인연구성과에대한총설이보고되고있는가운데, < 그림 3-8> 은키토산관련발표논문의핵심연구분야를나타낸것으로서주요저널명칭에서도나타난것과같이천연고분자물질에대한 POLYMER SCIENCE 분야에서연구논문이가장많이발표되고있다. -70-

71 < 그림 3-8> 연구분야별비율 그다음으로는의약품분야에서키토산의약리작용에대한활용연구등, 최근에는임상의학분야에서의탁월한기능에대한많은연구논문이발표되고있다. 그리고화학, 생명공학및미생물학분야에서는미생물을포함한여러생물체들로부터키틴아제및이와관련효소들의유전자클로닝, 효소활성을중심으로한효소특이성, 키틴분해메카니즘의해석등에관한연구가활발히진행되고있는것으로나타났다. 특히키틴의연쇄적분해과정에있어서이에관여하고있는, 새롭게얻어진관련효소들의생물학적, 효소학적특성등에관한내용과생화학, 생물학, 그리고분자생물학분야에서의연구성과및앞으로의연구동향등, 새로운방향제시가될만한연구가기대되고있다. -71-

72 < 그림 3-9> 용도별연구분야응용기술분포 또한화학공학, 유기화학, 응용화학, 식품과학, 생체의학, 재료공학, 분석화학, 농업등, 다양한분야에서그기능을발휘하고관계된응용연구가활발히진행되고있음을알수있다. 수록된연구논문을바탕으로키틴ㆍ키토산의용도별응용기술에대한분포를살펴보면, 바이오기술및의약용이전체의 71% 로핵심을이루고있으며, 식품관련기술, 농업용, 환경기술, 기타분야순으로활발히응용되고있다. 그밖의응용기술로는식품 건강, 섬유소재등에관한것이다. 또한용도별상위 4개분야에대한문헌 1,694편에대한연도별동향을 < 그림 3-10> 에나타내었다. 분야별비율은바이오기술분야가 43%, 의약용이 37%, 식품관련분야가 10%, 농업용분야역시 10% 인데, 바이오기술과의약용이 90년대들어급격히증가하는곡선을보이는가운데, 기술의흐름은의약용과바이오기술이주류를이루고있으며, 식품, 농업분야에서는꾸준히응용연구가이루어지고있다. -72-

73 키토산이바이오기술로응용되기시작한것은 1974년부터 90년대초반에이르기까지점진적으로연구개발이이루어졌으며, 1992년부터 10년간연평균 50건의급격히증가된추세를보인다. 의약용으로의응용은 70년대와 80년대에키틴ㆍ키토산연구가다양해지고 1990년대에천연고분자화합물로서의중요성이인식되면서유럽학회를중심으로 1992년부터최근 10년간연평균 49건이발표되었으며, 평균증가율이 29% 로증가되고있는가운데 2001년도에는101건으로 90년초대비 92% 가증가되었다. 90년대후반생명공학, 생물산업과더불어의료용소재, 의약품분야에응용이집중되고있는것으로나타났다. 식품관련분야는건강식품및식품첨가제로서응용되고있으며, 1975년부터 1990년까지 15년간총 26건이발표되고, 1991년부터최근 10년간은연평균 13건으로응용연구가증가되고있다. < 그림 3-10> 상위용도별연구분야의시계열연구추이 -73-

74 농업용으로는정제키토산용액 ( 저분자와고분자의혼합액 ) 을농작물에살포하여성장이원할해지고해충의구제력을발휘하는식물성장촉진및식물자기방어향상담체등의기능성이응용된연구논문이발표되고있으며, 1975년부터연평균 6건이상이발표되었으며, 1990년대에 30% 이상증가되는추세에서 2000년대에는년간 2-3건으로감소하였다. 2. 특허정보분석 본장에서는키토산에대하여조사된특허정보를중심으로특허맵핑 (Patent Mapping) 을하고, 20여년간의기술흐름에대한추이분석과최근의기술동향, 출원인분석을통하여기술의우위현황및기술의주요분포도, 국가및기술분야별등으로세분화하고, 체계적이고다각적인분석으로도식화된그래프를이용하여특허의동향을분석하고이를통한키토산의기술개발동향을파악하고자하였다. 가. 분석의범위및방법키토산에관한특허정보를분석하기위하여앞서문헌정보분석에이용하였던세계최대의데이터뱅크인 STN International의검색시스템을이용하였다. 과학기술분야에대한 200여종의데이터베이스가운데, CA(Chemical Abstracts) 데이터베이스에서특허정보를조사ㆍ분석하였다. -74-

75 < 표 3-1> 국가별특허수록연도 국가 수록기간 국가 수록년도 국가 수록년도 오스트리아 영국 구소련 브라질 인도 미국 캐나다 이태리 호주 중국 일본 1972-( 공개 ) 네덜란드 독일 한국 1995-( 공고 ) EPO 프랑스 러시아 WIPO CA 데이터베이스에는 EPO(European Patent Organization) 및 WIPO(World Intellectual Property Organization) 를포함한 39개국의특허를수록하고있으며, 제반과학기술분야의특허가운데응용화학, 화학공학, 생화학, 고분자, 유기ㆍ물리ㆍ무기ㆍ분석화학등의분야만을수록하고있음으로키토산에관한세계적인특허출원현황을파악하고기술의흐름등을분석하기위한데이터베이스로선정하였다. 각국가별특허의수록년도는차이가있으며, CAS가특허를수록하기시작한것은 1907 년도의미국특허부터이었으며, 전체특허건수는 2002년 11월현재 3,980만건정도이다. 국가별수록연도는 < 표3-1> 에표시하였다. 검색연도는국가별수록기간전체를대상으로하였으며, 키토산 (Chitosan) 을주제어로제목 (Title) 에대한제한검색을하였다. 나. 키토산의특허출원동향 (1) 키토산의특허출원동향키토산에대한전반적인특허동향을살펴보기위하여 CA 데이터베이스에서검색된결과는 1973년부터현재까지총 2,161건의특허가도출되었다. -75-

76 < 그림 3-11> 은그가운데 1982년부터 20년간의흐름을연도별로표시하였으며, 1,534건으로전체의 71% 를차지하고있다. 우선 10년단위로누계를살펴보면, 1980년대는연평균 55건으로 36% 가출원되었으며, 1990년대는 986건으로 63% 가출원되었다. 연구개발에따른특허출원증가율을보면, 1980년대특허출원이꾸준히증가하여온가운데, 최근 10년간전체의특허출원은약 10% 의증가율을보인반면, 1990년대상반기의연도별추세는증가와감소가반복되었지만후반기에는 13% 이상의높은특허출원증가율을나타내었고, 특히 80년대초기에비하여 90년대말까지의비율을보면연평균 11% 의증가율을보이고있다. < 그림 3-11> 출원된특허의연도별추이 (82 년 ~ 현재 ) -76-

77 그러나평균증가율이상승하는가운데, 키토산에관한특허출원이 2001년다소감소하였다. 연도별특성을보면, 1999년특허출원건수가 142건으로최고를기록하고, 1997년부터 2000년까지 4년간집중출원된특허는 504건으로 73년이후, 전체특허의 40% 에이른다. 이를제외한연평균출원건수는 64건이었으며 80년초대비 10배가증가된것이다. (2) 국가별특허출원동향키토산의국가별특허출원동향을 < 그림 3-12> 에나타내었다. 상위 10개국이출원한총건수는 1,899건으로, 73년이후출원된전체 2,161건의 88% 에이른다. 그가운데과반수이상을차지하는가장높은출원율을보이는일본이 1,018건으로전체의 47% 를차지하고있으며, 키토산에대한일본의선도적인기술역량을짐작할수있게한다. < 그림 3-12> 특허출원국별출원건수동향 -77-

78 그러나키토산관련기술및응용제품에대한기술의소유권이일본에집중되어있음으로향후특허분쟁의문제가발생될경우, 기타국가들의산업화에따른어려움이예상되기도한다. 그뒤를이어미국은 14% 를차지하고있으며, 오스트레일리아가 8%, 독일은 4% 의순으로나타났으며, 러시아, 중국, 캐나다가 3% 수준이다. 그밖에오스트리아, 프랑스, 스페인에서평균 33건의특허가출원되었다. 위에서언급된국가별특허출원건수상위 4개국에대한 20년간의연도별출원건수와연도별누적건수현황을 < 그림 3-13> 에서살펴보았다. < 그림 3-13> 출원국상위 4 개국의연도별동향 -78-

79 상위 4개국의총특허출원건수는 1,634건으로전체특허의 75% 를차지하고있으며, 연평균 82건의특허가출원되었다. 1980년대의특허출원은연평균 60건으로비교적적게출원되었으나, 1989년말까지특허출원증가율이평균 27% 가증가되었으며, 1990년초에는다소감소하였다. 1995년부터 5년간의출원건수는 588건으로상위 4개국이출원한특허건수의 36% 를차지하는가장많은건수가이시기에출원되었다. 개별국가로보면키틴ㆍ키토산관련기술특허를주도하고있는일본은연평균 54건의특허출원을하였다. 1985년을깃점으로 1990년까지관련특허가연평균 35% 로급격히증가되었으며, 90년초 2년간다소감소하였고, 증가세가줄어들었으나 1993년부터는연평균을오르내리는증감추세가이어지며, 1998년부터 2000년대에들어감소하는추세를나타내고있다. 이것은 1982년일본농림수산성의 10개년계획의영향으로기업들이기술개발의주축이되어 1990년대에이르러식품, 의료용, 건강식품분야에서어느정도성숙기가이루어진것으로보여진다. 한편미국은 1992년까지 10년간은연평균 12건이출원되었고, 이후 10년간은연평균 18건으로 66% 의증가율을보이고있다. 그흐름은대체적으로호주, 독일이비슷하며, 호주는 168건으로 1995년이후최근까지연평균 16건을출원하고있으며, 독일은 136건이출원되었는데, 1997년부터 4년간자국의 42% 에해당되는 57건이집중출원되었다. (3) 출원인별특허출원동향 < 그림 3-14> 은전세계적으로키토산에관한주요기업들을조사하기위하여출원인별로분류하였으며, 상위 20개출원인의현황을나타낸것으로그가운데 10개이상의특허출원을한기업체는 11개기업으로전체특허 1,261건의 24% 인 297건을보유하고있다. -79-

80 < 그림 3-14> 출원인별건수추이 그런데상위 20개업체가운데러시아의 K. G. T TEKHN UNIV와독일의 HENKEL K, COGNIS DEUT 등 3개처를제외한 17개기업체모두가일본의기업체들로나타났다. 그중, FUJI SPINNING CO. 는고정화효소의제조방법 ( 출원번호 ) 등 35건으로가장많은특허를보유하고있으며, 또한일본의 AGENCY OF IND SCIENCE & TECHNOLOGY 社는다공질인산칼슘화합물코팅키틴및키토산복합재료및그제조방법 ( 출원번호 ) 등 24건을출원하였고, 이어서 LION CORP. 社는수용성키토산과글리세린유도체를함유하는모발용조성물 ( 출원번호 ) 에대한특허등 24건을출원하였다. 키토산에관한일본기업체들의기술개발활동이두드러짐을확인할수있으며, 연구개발의주축을이루고있는기업체들이다양한분야에서산업화에앞장서고있음을짐작하게한다. -80-

81 < 그림 3-15> 상위출원인의연도별특허출원추이 또한키토산에관한상기출원인별특허출원동향에서가장많은출원빈도수를나타내고있는상위 3개기업체의출원건수는 92건으로상위 20개기업체의 30% 를차지하고있으며 1982년부터 20년간의연도별추이를 < 그림 3-15> 에서살펴보면다음과같다. FUJI SPINNING CO. 의특허출원은 1980년대에는연평균 3건의특허출원을하였으며 1990년대에는 1건정도로출원이감소되었으나 20년간지속적인출원분포를나타내고있다. 그런데 SNOW. BRAND. MILK PROD CO. 는 1989년처음 9건의특허출원을시작으로 1995년까지 6년동안만집중적으로출원되었으며, 섬유키토산복합다공질체및그것을사용한흡수성패드 ( 출원번호 JP ) 등모두 31건의특허를출원하였으나이후특허는출원되지않고있다. -81-

82 이것은기업이키토산에대한한정된출원특허로생산활동에만전념하고있는것으로보인다. 또한 KAO CO. 는 1988년부터특허출원이시작되어매년 1-3건이출원되었으며 1996년에는가장많은 6건이출원되고저분자의키토산유도체가함유된모발화장품 (JP / ) 등, 총 26건의특허가출원되었다. 1997년을제외하고매년 2-3 건의특허가출원되고있다. < 표 3-2> 는상위특허출원인의키토산에대한기술분류를도표화한것이다. FUJI SPINNING CO. 의출원특허를 IPC분류별로조사해보면,14건의 C08B-037/08 분류는키틴 (Chitin) 황산콘드로이틴 (Chondroitin sulfate) 히알루론산 (hyaluronic acid) 그유도체에관한것이며, C12N-011/08, C12N-011/10은미생물또는효소의보존, 유지, 증식방법과그조성물에관한것으로담체가합성고분자및탄수화물인것으로 12건이출원되었다. B01J-041/16, B01J-045/00은이온교환공정에관한분류로음이온, 착화합물또는킬레이트를형성하는물질의처리등에관한것이며. G0lN-030/48, G0lN-033/548는흡착, 흡수또는유사현상및이온교환에대한분류로크래마토그래피용수착제를사용하는것과온도에대한것이다. 이와같이 FUJI SPINNING CO. 는효소고정화용담체의제조방법과키토산초미소입상체의제조등에관한기술을보유한전문업체임을알수있다. 또한 SNOW BRAND MILK PROD CO. 의 C08L-005/00, C08L-005/08에대한 11건은항혈전성항균성조성물에관한것이며, A23L-001/31, A23L-001/317은냉동유조육, 소시지등의가공육제조방법에대한것으로업체가보유한특허기술분야를잘나타내고있다. -82-

83 < 표 3-2> 상위출원인의 IPC 분류별건수 주 : 상기순위는출원인별특허건수의순위를나타낸것이며. 주요 8개의 IPC분류만을기제한것으로 KISTI에서작성. 다음으로많이출원된 KAO CORP. 에서는 A61K 분류는모발용화장품제제에관한것으로주된기술분류이며, C08B, C08L, C08J 분류에서는구상키토산미립자의제조방법과공기청정제에관한것이다. 그리고 A23L 분류는가열조리용식품및분체에관한것으로키토산을이용한다양한응용기술을특허출원하고있는것으로나타났다. (4) 기술별특허출원동향키토산관련기술및응용분야를파악하기위하여특허출원현황을국제특허분류 (IPC) 를통하여분석해보았으며 < 그림 3-16> 와같다. 그런데 IPC분류는키토산관련기술을세부적으로나누고있지않고있으며, 하나의특허에는복수의기술적분류처리가되어있다. 따라서전체조사된 2,161건의특허보다많은 3,713건으로집계되어분석하였다. -83-

84 < 그림 3-16> IPC 대분류기술분포추이 중복율은 71% 이다. 그림에서보는바와같이가장많이출원된대분류 A61K는 29% 를차지하고있으며, 그세부내용은화장품또는유사화장품제제에관한것이다. 이어서 C08B 분류도 16% 의높은비율로특허출원되었는데, 주로다당류및그유도체에관한것으로올리고당의제조, 고분자수용성키토산이함유된건강식품, 키토산유도체의제조방법등에많은연구가진행된것으로나타났다. 그다음은 A23L분류로써 11% 를차지하고있으며, 식품또는식료품의보존일반, 비알콜성음료에관한것으로세분류 001/30( 식품또는식료품의첨가제로서함유된것 ) 은식품의영양개선및다이어트식품등에관한것이며, 001/056( 동물을기원으로하는것, 예키틴 ) 은식품또는식료품의처리, 조제에관한것이다. 또한 A01N은살균제살충제제초제등과같은유해생물기피제또는유인제로서전체의 8% 를차지하는특허가출원되었다. C08L은유기고분자화합물 ( 다당류또는그유도체의조성물 ) 로서분류되어진특허가 194건으로전체출원특허의 7% 를차지한다. -84-

85 그밖에 C12N은미생물또는효소의보존, 유지, 증식방법과그조성물에관한것으로전체의 4% 를차지하고있다. A61L분류는재료또는물건을살균하기위한방법및장치등에관한것으로붕대, 피복용품, 흡수성패드, 수술용품등에관한것이며, B01D는분리에관한것으로키토산의응집력을이용한흡착제관련분류이고, C08J는유기고분자화합물의제조또는화학적처리에있어서혼합방법에대한것이다. 그리고 B01J는고체흡착조성물또는여과조제조성물에관한것이며, D06M은섬유, 연사, 사, 가연사, 직물등의재료로제조된섬유제품의처리에관한것이다. A61P는화합물또는의약품제제의치료효과에대한것으로전체특허출원에대하여각각 3% 정도로나타났다. 기타 C12P는발효또는효소를이용하여원하는화학물질또는조성물을합성하는방법에관한것이고, C02F는물, 폐수, 하수 ( 오니 ) 의처리에관한것이며, D01F는인조필라멘트또는유사물제조에관한것이다. C09K는항산화제조성물등, 화학변화를제어하는조성물로서각각 2% 가출원되었다. 그리고과일또는야채의보존과관련된 A23B 분류가전체의 1% 로특허출원되었다. 그리고 < 그림 3-17> 은키토산의다양한기술분류가운데가장많은출원분포를보이고있는화장품또는유사화장품제제에관한것으로 A61K분류에대한연도별출원건수및그흐름을살펴보았다. 세분류 031/73은글리코시드에결합하는 5개이상의당류, 래디컬을함유하는다당류및그유도체 ( 예. 에테르, 에스테르 ) 로서키토산조성물및그제조법에대한특허가 1982년부터 20년간 110건의특허가출원되는과정에 90년대후반기 4년간에 50% 정도가집중적으로출원되었고, 1997년에가장많은 20건의특허가출원되었다. -85-

86 < 그림 3-17> 상위 IPC 분류의연도별출원건수동향 또한세분류 007/00은화장품또는유사화장품제제전반에관한것으로연평균 5건의특허가출원되며, 5년단위로그흐름을보면 90년대후반에 44% 정도가출원되었다. 그리고세분류 007/48 은피부를보호하기위한조제품등에대하여분류하고있는데키토산유도체및그유도체를함유하는피부외용제및화장료등에관한특허로파악되며, 1980년대에비하여 1990년대의출원이 45% 이상증가되었다. -86-

87 < 표 3-3> 특허분석에이용된데이터베이스 데이터베이스 KUPA 내용정보원 한국공개특허 한국특허청 수록년도수록시작끝건수 198 현재 검색어갱신주기 한글월 2 회 ( 현재 ) 최종 2001년 갱신일 갱신건수 86,140 세분류 047/36 은담체, 불활성첨가제의특징이있는의약품제제로서다당류및그유도체에관한것으로키토산유도체를이용한서방성의약품조성물등에관한특허가 1988년부터특허출원이시작되었고연평균 5건정도의특허가출원되고있다. 다. 국내특허동향키토산에관한국내특허정보분석을위하여한국과학기술정보연구원 ( 에서제공하는각국의특허정보데이터베이스가운데한국특허공개데이터베이스 (KUPA) 를활용하였으며, 특허검색의범위는출원연도를기준으로 1982년도부터2001년도까지20년간으로하였다. (1) 특허출원현황 1982년부터출원되기시작하여 2001년까지 20년간국내에출원된키토산관련특허는연평균 37건이상으로총 756건이출원되었다. 전반적인특허동향을살펴보기위하여연도별출원건수및누계를 < 그림3-18> 에나타내었다. -87-

88 < 그림 3-18> 국내에출원된특허의연도별건수동향 우선 10년단위로누계를살펴보면, 1980년대는초기에 1-2건정도가출원되었으나후반기에들어그수가조금씩증가하기시작하여연평균 4건으로전체의 6% 정도가출원되었으며, 키토산에대한특허출원은 1990년대에집중되어 94% 인 713건이출원되었다. 90년대상반기에는연평균 32건으로증가하다가후반기에는연평균 89건으로특허출원이더욱급증하였다. 국내에키토산시장이형성되면서많은기업들의관심이집중되고기술개발이활발해지면서특허출원이더욱증가한것으로보인다. 연도별특성을보면, 2000년은 124건으로최고를나타내고있으며, 특히 1997년부터 4년간은전체의 59% 에해당하는 449건이집중적으로출원되었다. 그러나 2001년은연평균치이하로감소한것으로나타났다. -88-

89 (2) 출원인별특허출원현황 < 그림 3-19> 는키토산에관한주요출원인을조사하기위하여상위 10개출원인의현황을나타낸것으로모두 10개이상의특허를보유하고있으며총141건으로키토산관련전체출원특허의 19% 를차지하고있다. 그가운데개인인윤경중은전체의약 3% 인 22건으로가장많으며, 주로키틴ㆍ키토산또는그유도체가함유된식품에대한특허이며, 그다음은이화여대의전동원교수가생체임상의학용키틴ㆍ키토산등 20건의특허를출원하였다. 그런데상위 10위까지의출원인가운데기업체는태평양 ( 주 ) 등 4곳이며, 전체의 35% 를차지하고있다. 그리고학계ㆍ연구소가 5곳으로과반수를차지하고있으며출원비율역시 50% 를차지한다. 키토산에관한국내의특허출원은학계및기업체가비슷하게출원되고있으며, 가장최근에특허공개된한국과학기술연구원의키토산과디카르복실산의촉매반응으로제조한키토산디카르복실염미립자를기유에분산시켜전기유변성유체를제조하는방법 ( 한국특허공개 ) 에관한것등, 연구개발이다양한분야에서활발히이루어지고있음을알수있다. < 그림 3-19> 국내특허의출원인별건수추이 -89-

90 (3) 국적별특허출원동향 < 그림 3-20> 은국내에출원된키토산관련특허출원인들의우선권을기준으로국적별분포를살펴본것으로, 내국인출원이 665건, 외국인출원은 90건으로출원비율이약 7:1 이상으로내국인출원이훨씬많은것으로나타났다. 외국에우선권을갖고있는출원인을세부적으로살펴보면, 미국이 31건으로가장많으며, 세계적으로가장많은특허를보유하고있는일본이 29건으로오히려미국보다적었다. 그리고독일은 14건이출원되었다. 이들 3 개국은 10건이상의특허를국내에출원하였으며, 외국인출원특허의 77% 를차지하고있다. 그밖에영국과프랑스는각각 5건씩을출원하였으며, 중국, 이태리, 네덜란드등의순으로 10건미만의특허를출원하였다. < 그림 3-20> 국내출원특허의외국인출원현황 ( 우선권기준 ) -90-

91 (4) 기술분류별특허출원동향키토산에대한기술분류별특허출원동향을국제특허분류 (IPC) 를기준으로 < 그림 3-21> 에서살펴보았다. 대분류 A23L은식품또는식료품의보존일반, 비알콜성음료에관한것으로전체의 25% 를차지하는가장높은비율을나타내고있으며 141건의특허가출원되었다 그세분류에대해서살펴보면 001/29 ( 식품의영양개선, 다이어트식품 ),001/20 ( 사료또는식품용두류 ), 001/202 ( 엿기름 (malt) 제품, 발효엿기름제품 ), 001/10 ( 곡류유도제품을함유하는것 ), 001/325 ( 해산물, 어듀제품, 어듀밀 (fish meal), 어란대용품 ), 001/337 ( 식용해초류 ) 등으로구성되어있다. 주된내용은키토산을함유하거나그응용에관한것으로이와같이 A23L로분류되는식품또는식료품에대한특허가주류를이루고있으며특히건강식품에대한특허가가장높은비율로나타났다. 또한대분류 A61K 는의약품, 치과용또는특별한물리적형태를취하는화장품제제에대한것으로 131건이출원되었으며, 국내출원된특허의 24% 를차지하고있다. < 그림 3-21> 국내출원특허의 IPC 별기술분류 -91-

92 A61K의세부내용은화장품또는유사화장품제제에관한것으로 007/48( 피부를보호하기위한조제품 ), 007/40( 보호 (barrier) 조성물로서일광, x-선, 부식물질, 박테리아, 곤충의침으로부터의보호를위해사람또는동물의피부에직접접촉시키는화학적약제 ), 007/50 ( 세정또는목욕용조성물 ) 등으로구성되어있는데, 주로고분자수용성키토산이함유된화장료조성물등에집중되어있는것으로파악된다. 그리고 C08B 분류에해당하는특허는 74건으로 13% 를차지하고있으며, 주로다당류및그유도체에관한것으로올리고당의제조, 고분자수용성키토산이함유된건강식품, 키토산유도체의제조방법등에많은연구가진행된것으로나타났다. 그밖에 A01N ( 살균제살충제제초제등과같은유해생물기피제도는유인제 ), C12N ( 미생물또는효소, 미생물의보존, 유지, 증식그조성물 ), A23K ( 사료 ), D06M ( 섬유, 가연사직물과같은재료로부터제조된섬유제품 ), A61L ( 재료또는물건을살균하기위한방법등 ), A01G ( 원예, 채소, 화훼, 벼, 과수, 해초의재배 ), C08L ( 고분자화합물의조성물 ), C11D( 세정성조성물, 비누, 비누제조 ) 등이 3-6% 로구성되어있는것으로나타났다. 3. 비교분석 천연고분자물질인키토산에대한기술의흐름을여러가지분석을통하여보았다. 연도별발표문헌수로볼때 90년대에붐을이루고있고, 후반기에가서는 70년대의 10배이상발표되고있는것으로나타났다. -92-

93 < 그림 3-22> 는 1982년부터 2001년까지키토산관련연구논문과특허출원에대한근래 20년간의연도별누계를비교분석한것이다. 1982년은논문이특허보다 68% 이상으로많은발표가이루어졌고, 이후 5년간논문발표율은연평균 45% 로증가되었으며, 특허출원율은연평균 62% 로논문발표율을앞서며 1987년도에는특허가논문보다 6% 더많은수가출원되었다. 그러나 1987년부터 7년간은이와반대로특허출원증가율이 19% 이었고, 논문발표율은 22% 로 3% 정도앞서며 1994년도에이르러다시논문이특허보다많이발표되기시작하였다. 그리고최근 2001년도까지는특허출원이연구논문에비례하여증가되고있으며, 연구논문의발표는특허보다 61% 가많은결과로나타났다. 이와같이대학, 연구소, 기업등에서키토산에대한지속적인연구개발을바탕으로많은연구논문이발표되는것과반비례하여특허출원의증가세가이어지고, 다시연구논문의발표가특허출원보다훨씬앞서가는현상이나타나고있다. < 그림 3-22> 키토산관련문헌ㆍ특허누계비교 -93-

94 이것은지금까지키토산에대한새로운연구개발성과를바탕으로많은연구논문이발표되면서여러산업분야에서응용되고개발되어산업화과정의많은특허가발표되고, 또한실용화되는과정에서키토산에대한새로운분야의중요성이인식되어연구개발방향이전환되고학술적인연구활동이더욱활발해지는현상이나타나는것이라고할수있다. 키토산의제조및응용에대한문제점을해결하기위한노력이더욱집중되고있는것으로해석된다. < 그림3-23> 에서는키토산에대해발표된연구논문과특허출원에대하여좀더세분화하여각연도별비교를해보았다. 1982년부터 2001년까지출원된특허는연평균약 77건이며, 연구논문은약 123건이발표되었다. < 그림 3-23> 키토산관련문헌ㆍ특허연도별비교 -94-

95 특허가가장많이출원된해는 1999년이었으며, 1983년의약 11배가출원되었다. 연구논문의경우는그발표수가가장작았던 1983년에비하여약 15배가많은 352건이 2001년에발표되었다. 최근 5년간발표되고있는특허는 1990년초의약 1.5배정도인연평균 115건이출원되었으며, 연구논문의경우연평균 277건으로 1990년초의약 5배가발표되고있다. 1982년부터 10년간은특허가연평균 54건이출원되었고. 그후 10년간은 80% 정도가많은연평균 99건이출원되었으며, 연구논문은전반기 10년간연평균 45건에서후반기 10년간이연평균 202건으로약 4.5배가증가되었다. 키토산에관한학술적인연구가더욱활발하게이루어지고있음을보여주고있다. 키토산에관한연구논문과특허의발표량에대해서국가별로비교하여보면일본은다른나라와비교하여월등히많은연구논문과특허가발표되고있으며, 특허가연구논문보다 33% 더많이출원되었다. 앞장의연구논문과특허의연도별누계 < 그림 3-23> 에서나타나듯이연구논문발표가증가된후에특허출원이집중적으로증가하고, 특허가증가되는만큼상대적으로연구논문이감소하며, 다시연구논문이증가하는만큼특허가감소하는반비례현상이나타나고있다. 이와같이연구논문에대하여특허의구성비가더큰경우향후연구논문이늘어날것으로전망된다. 따라서연구논문의구성비가큰경우상대적으로특허의증가가이루어질것이다. 미국의경우특허와연구논문의구성비를보면일본과는반대로연구논문의발표가특허출원보다 39% 더많다. 곧특허출원이늘어날것으로전망된다. -95-

96 < 그림 3-24> 키토산관련국가별학술논문과특허출원의비교 미국과같이앞으로특허가늘어날것으로전망되는국가는중국, 카나다, 프랑스, 러시아, 스페인등이며, 일본의경우와같이앞으로연구논문이더많이발표될국가는독일일것으로나타났다.< 그림3-24> -96-

97 제 4 장시장동향및전망 제 4 장에서는키토산시장의특성및기회요인과제한요인등외부환경에대한분석을수행하였다. 이어서, 국내외시장동향분석을통해수요, 업체, 가격등을분석하고이를토대로키토산시장의향후수요를예측하였다. 1. 시장의개요및특성 가. 시장의개요지구상에서생산되는키틴의양은연간약 1천억톤으로추정되며, 이는식물이생산하는셀룰로오스에필적하는양이다. 이두개의고분자물질이지구환경과생태계의밸런스를유지하는데있어서매우큰역할을수행하고있다. 또한, 키틴과셀룰로오스는존재량이무한하고, 잉여퇴적이발생하지않기때문에이들을유용하게활용하기위한노력이계속되고있다. 이중키틴의경우는, 단단한구조때문에상대적으로셀룰로오스보다는이용이어려웠으나, 1985년일본문부성의연구 1) 이후크게각광을받기시작하였다 (< 표 4-1>). 1) 1985 년일본의문부성에서약 60 억엔의연구비를조성하였고키틴키토산에상당한산업적응용력이있다는사실이밝혀지면서일본대기업들을포함한여러회사들이일제히연구를시작하여불과 3 년만에 3 백 39 건의특허가신청되는이례적인현상이벌어졌다. 당시환경오염이나자원고갈에직면한어려움을겪기시작한선진국들이생물자원의개발이절실히요구되었던시기였기때문에미국을비롯하여독일, 프랑스, 러시아및북유럽국가들도일본의키틴키토산연구에자극을받아경쟁적으로연구개발에열을올리고있었다. ( 자료 : 식품산업 DB

98 < 표 4-1> 키토산관련주요역사적사건 연도내용ㆍ프랑스의자연사학자인 브라코노 (Broconno)' 에의해처음키틴이라는물질 1811년이발견됨ㆍ판진 (Fungine) 이라명명함. 1823년ㆍ프랑스의과학자인 오딜 (Odier)' 에의해키틴이라고명명되어오늘에이름ㆍ키토산이 르게 에의해발견되어, 1894년 호페자이라 에의해키토산이라 1859년고명명됨. ㆍ일본농림수산성이 10개년계획으로기획한 [ 미이용생물자원-바이오매스 1982년 (Biomass) 의연구가진행되면서키틴및키토산의놀라운가능성에대해주목하기시작함. ㆍ일본문부성이전국의 13개대학에연구비지원으로키틴 / 키토산에대한기초종합연구가활성화됨. 1985년ㆍ일본의키틴 / 키토산연구초기에는폐수처리분야의응집제. 중금속포집제등으로실용화시작됨. 1993년ㆍ일본의 1만명이상의의사들이키토산분말을환자들의치료에사용하기시작이후함. ㆍ그동안의연구와경험을토대로일본건강영양식품협회에서키토산및키토 1995년산가공식품의규격기준을공시함. ㆍ국내에서키토산이천연식품첨가물로등재됨. 1996년ㆍ국내에서키틴이천연식품첨가물로등재됨. ㆍ키토산가공식품과키토올리고당가공식품을구분하여개정고시.(2000년 4월 2000년개정고시이전에는키토올리고당 20% 이상함유한것을 키토산가공식품 이라칭하였음.) 자료 : 삼성키토피아,

99 초기의키틴ㆍ키토산의주요용도는폐수처리에서의응집제나탈수제와같은수처리제였으나, 인간의면역력을높여 self care 작용을도와줄수있다는사실이밝혀지게됨에따라건강보조식품시장에서유력한소재로대두되기시작하였다 2). 또한, 건강보조식품이외에도많은분야에사용되고있는데특히최근에는일반식품에의이용빈도가높아지고있는추세이고, 식품이외의분야로는축산ㆍ어업용사료, 살충ㆍ살균제, 오수처리제, 화장품의용제, 각종막이나랩, 의료용인공피부, 수술용봉합실등용도가실로매우다양하다 3). 한편, 국내에서는키틴ㆍ키토산이시장에출현한지 10여년이경과했지만거의대부분이건강보조식품으로이용되고있어, 매우편협한시장구조를가지고있다. 게다가국내키틴ㆍ키토산업체는대부분영세하여자체적으로연구시설을갖추지못하고있을뿐만아니라관련대기업들도자체기술개발보다는외국과의기술제휴나국내영세업체들로부터원료를공급받아상품으로만들고있기때문에관련기술이다양하게발전하지못하고있으며, 새로운유도체의개발이나의약품으로서의고부가가치창출이제대로이루어지지않고있는상황이다. 또한, 국내에서키틴ㆍ키토산이일본으로수출될경우, 대부분공업용폐수처리용도로사용되고있어아직까지도국내생산제품의품질을인정받지못하고있음을말해주고있다. 그럼에도불구하고국내키토산가공식품은식품공전에올라있는 25개의건강보조식품중알로에, 칼슘제품과함께최근 3대건강보조식품군을형성하는히트제품의반열에올라서있다. 2) 국내에서는 1995 년에키토산이천연식품첨가물로등록되었다 3) 야노경제연구소 ( 日 ), 2001 키토산시장전반에관한내용으로보아도무방하지만자료원천상일본시장의특징이좀더반영된것으로판단된다. -99-

100 이는국내키토산시장형성의큰견인요인으로작용할수있지만, 저품질키토산문제가지속적으로대두되고이러한문제가기술적으로해결되지못할경우급격한시장점유율의감소현상으로이어질수있는취약한시장구조임을의미한다. 즉, 현재국내키토산시장은건강보조식품및환경용소재분야로치중되어형성되어있으며, 기술수준에비하여시장이비교적일찍형성된 bubble 성격을보이고있다. 이에따라, 고품질의키토산유도체의개발의추진이향후키토산시장의지속적성장을가능하게하는중요한요소로작용할것이다. 나. 시장의특성 (1) 시장구조상의특성키틴ㆍ키토산시장의구조를 Porter의산업구조형식을빌려분석하면,< 그림 4-1> 과같다. 특징적인부분은원료공급이산업분류상제조업이아닌수산업이며, 이에따라원료수급이매우불안정한측면을항상내포하고있다. 수요처는키틴ㆍ키토산의기능만큼다양하며, B to B(Business to Business: 기업대기업 ) 와 B to C(Business to Consumer: 기업대소비자 ) 를모두포함한다. B to B인경우에도소비자의인식에따라시장상황이크게바뀌기때문에기본적으로소비자가우위에서있는구조를형성하고있다. 신규진입자는중국수입품이있을수있으나, 품질면에서열위에있고, 일부대기업이진출을시도하고있으나, 적극적인모습은보이지않고있다

101 < 그림 4-}> 키틴ㆍ키토산시장의구조 대체재의경우, 건강보조식품분야는그특성상 PLC가 3-4년의넘기기어렵기때문에대체위협이항상존재한다고볼수있고, 응집제분야는비교적긴역사속에서타경쟁제품과시장이분할ㆍ고착된양상을보인다. 한편, 국내키틴ㆍ키토산업체는상당수가영세하여자체적으로연구시설을갖추지못한곳이많고, 기술수준이다양하게발전되지못하여새로운유도체의개발이나의약품으로서의고부가가치창출이이루어지지않고있는상황이다. 또한, 업체간과당경쟁및왜곡된유통구조는기술개발의저해요소로작용한다

102 이를정리하면, 키틴ㆍ키토산의시장구조에서는참여기업의내제된문제, 즉, 기술개발이큰관건이되고있음을알수있다. 원료공급및대체재의위협은경쟁적측면보다는환경적측면이강하며, 이는불가피한위협요인이존재함을의미한다. (2) PLC(Products Life Cycle) 상의특성키틴ㆍ키토산의응용분야는앞서주지한바와같이매우다양하며, 응용분야에따라 PLC 위치도다양하게나타난다. 즉, 응집제분야에서는 aging 단계, 건강보조식품분야에서는성숙 (mature) 퇴조 (aging) 단계로판단되며, 유도체의개발을통한의약품등고부가가치창출이가능한분야등은성장 (growth) 단계로파악된다. 그러나, 키틴 키토산사업에기술적으로미완성된단계에서시장이폭발적으로성장해버린특징이있기때문에, 향후기술개발이지속되어안정된시장구조가형성되면새로운 PLC를보일가능성도있다. < 그림 4-2> PLC 에서의키틴ㆍ키토산사업의위치

103 (3) 시장창출메카니즘상의특성기술의상용화및시장창출메카니즘은크게 market pull과 technology push 형으로나눌수있다. 미래기술인경우사회적요구에의한창출이아니라기술적요인에의한창출이많이이루어지고있다. 즉, 기술이가진혁신적특성에의해서시장및응용분야를창출한다. 따라서이경우기술의특성을규정하고이특성이요구되는사회분야를파악하는것이매우중요하다. 또다른경우는 market pull 형이며성숙된기술및제품에서주로나타난다. 대부분의경우 market pull과 technology push 형의복합형 (< 그림 4-3>) 으로볼수있으며, 키틴ㆍ키토산도이경우에해당한다고볼수있다. 다만, 키틴ㆍ키토산은시장의형성이기술적성숙이전에과도하게이루어져, 이후에기술적제약요인 (constraints) 으로해결되지못할경우급격한시장규모의감소현상으로이어질소지가있다. 이러한시장형성메카니즘은건강보조식품등히트상품에서종종나타나는특성이다

104 < 그림 4-3> Market pull 과 technology push 에의한기술상용화개념도 2. 시장환경분석 가. 시장기회요인 (1) 건강보조식품시장의활성화현재키틴ㆍ키토산의최대시장은건강보조식품시장이며, 이시장의활성화는키틴ㆍ키토산사업의가장큰기회요인으로볼수있다. 여기에는다음과같은요인들이있다. ( 가 ) 건강보조식품에대한인식고령화사회의급속한진전, 생활습관의변화, 건강보조식품을통한대체의료효과, 의료비부담증가등에따른 self care 의식고조등매우다양한요인으로인하여건강보조식품에대한인식이크게증대되고있다

105 ( 나 ) 성숙시장중심기업의전략적진출식품, 약품. 화장품, 화학등기존의성숙시장에서사업을영위하던기업들이기업이미지변신및생존전략차원에서새로운미래유망산업으로손꼽히는건강산업진출에박차를가하고있다. 이는경쟁상황의악화라는위협요인으로볼수도있지만, 사회적으로이슈가될수록시장이급격히커지는건강보조식품시장의특성상기회요인적요소가더강하다고판단된다. ( 다 ) 법률제정건강기능식품법은지난 2000년 11월 29일에 ' 국민건강증진을위한건강기능식품에관한법률안 ' 으로발의되어, 2002년 7월국회본회의에서통과되었다. 건강기능식품법이시행되면건강보조식품을비롯한건강지향식품을관리하는세부적인시행방안이마련되고, 합리적인유용성표시가가능할것으로기대된다. 또기능성식품의유효성분함량의기준을일정하게책정해기업들에게준수할것을법으로규정함에따라그동안의함량미달의제품이사라지게되고, 불량기업의퇴출에도움이될것으로판단된다. 이는키틴ㆍ키토산시장의활성화에도직접적인영향을미칠수있다. 반면, 한국건강보조 특수영양식품협회에서는, 기능성식품관련법의시행은바람직하지만일부국내법에만있는강제성문제와함께 1998년이후외환위기등의여파로기능성식품시장이어려운상황에서기존의다수기업들이확실한대책을세우고있지않고있다는점이문제시될수있다고지적하고있다

106 또한, 규정을지키는기업만오히려손해일수있다는주장도제기되고있지만, 장기적으로볼때시장왜곡을해결할수있는확실한방안임은부인할수없을것이다. 미국은 1994년건강보조식품건강및교육법, 일본은 1991년특정보건용식품및기능성식품의법제화를시도하였는데, 이러한법제화이후건강보조식품시장이크게성장했음을 < 그림4-4,5> 에서볼수있다. < 그림 4-4> 주요국의건강보조식품시장규모 < 그림 4-5> 주요국의건강보조식품법제정전후시장성장률

107 (2) 전세계적인지속적연구개발키틴ㆍ키토산의기능및생산과정에대한논란은상당히오랜기간동안지속되고있는데, 이러한논란의종식은지속적 R&D를통한기술적문제의해결을전제로한다. 또한, 다양한기능을실제적용할수있는응용분야의개발또한지속적 R&D를통해서가능하며, 현재전세계적으로이분야의연구개발열기는 2000년대이후로도식지않고이어지고있다. 예를들어, 국내의경우키토산섬유는고려키토산 ( 구영덕키토산 ) 이생산기술을가지고있고, 우리바이오텍이양산테스트를하고있다. 고려키토산은현재중국공장에서키토산섬유를생산하는것으로알려졌으며, 내의류용으로납품하고있는것으로알려졌다. 同社는앞으로응용범위를확대해에어컨및정수기필터, 생리대. 의료용거즈등에적용할예정에있다. 또한, 현재국내키틴ㆍ키토산제품은키토산올리고당제품이주류를이루고있는데, 이는인체의흡수율을향상시키기위해고분자키토산을분해시킨것으로고분자키토산고유의효능을제대로살리지못하는결점을가지고있다. 이에따라수용성키토산에대한연구가활발히진행되고있으며, 현재는어류사료첨가제개발이상당히진척되어있다. 이러한기술적노력의결과로향후키틴ㆍ키토산시장은비료와섬유가성장에크게영향을미치고, 새로운기능성식품첨가물분야도성장잠재력이클것으로예상된다

108 나. 시장위협요인 (1) 원료공급의불안정성키틴이나키토산이셀룰로오스다음으로자연계에풍부한천연고분자화합물이라는점이부각되어, 일부문헌에서는마치원료수급에전혀문제가없는것처럼표현되기도한다. 그러나, 키틴ㆍ키토산은셀룰로오스와달리태양에너지에의하여생산될수없다는점이감안되어야한다. 즉, 셀룰로오스의경우넓은토양에서태양에너지에의하여생산될수있지만, 홍게의갑각에서수득되는키틴은당연히셀룰로오스보다원료공급이불안정할수밖에없다. 과거연근해 ( 수심 200 m) 에서포획되던홍게가최근 m의수심에서포획됨에따라조업상통발의길이를늘려야하는어려움으로 2000년에는홍게어획량이전년대비 20% 감소하였다. 또한한ㆍ일어업협정으로조업지역이축소돼홍게어획이더욱감소하고있어향후키토산생산에지속적차질이예상되고있다. 원료공급부족에따른수급불안정으로키토산생산기업이중국산홍게를수입하려는움직임을보이고있으나, 수율이낮아품질저하가우려되어사용상위험부담이크다. 국산홍게의수율은건조감량기준 kg당 17% 인반면, 중국산홍게는 14% 에못미치고있다. < 표 4-2> 에홍게어획량을제시하였다. 과거에도감소경향이있었지만, 최근에도앞서주지한바와같이지속적감소추이에있다

109 < 표 4-2> 국내홍게어획량 자료 : 해양수산부 interview * : 미확인. 주 : 2002 년자료는 10 월까지의어획량임. (2) 건강보조식품의짧은 PLC 최근키틴ㆍ키토산건강보조식품시장이 99년을정점으로정체ㆍ하향움직임을보이고있는이유는건강보조식품의짧은 PLC에기인한다. 즉, 키틴ㆍ키토산의응용시장이대부분건강보조식품이고, 이시장은일반적으로반복구매율이낮아 PLC가 3-4년으로매우짧기때문이다. 따라서키틴ㆍ키토산시장의지속적성장을위해서는우수한제품개발을통한반복구매요인증대및건강보조식품시장에서탈피하여각종기능성식품, 재료등으로전체시장규모를키우려는노력이필요하다. (3) 환경오염유발 1970년대말버려지는수산물폐기물재활용이라는개념하에서키틴ㆍ키토산관련산업이추진되었지만, 그생산과정에서발생되는환경오염은사실상상상을초월한다. 현재키틴ㆍ키토산을대량생산할수있는유일한방법은아직까지도 HCI과 NaOH처리를포함하는화학적방법밖에없다고보아도과언이아니다

110 < 그림 4-6> 키틴ㆍ키토산생산공정 전세계적으로생물학적인방법을이용하여키틴ㆍ키토산을생산하려는연구가개시된지 20여년이지났으나아직도상업화되어실제생산이이루어지고있는것은발견되지않고있으며대량생산의주된방법은역시 HCI과 NaOH에의한화학적방법에의존하고있는실정이다

111 원료의결정화도가낮고분자량이크지않은연질의수산물갑각에서는생물학적인방법의적용이가능할수있으나, 결정화도가높고분자량이큰경질의수산물갑각에는적용이곤란하며수득되는키틴과키토산내부에잔류하는석회질과단백질의잔류함량을어느한계이하로저하시킬수없다는점도생물학적생산의한계성을말해주고있다. 이런이유로키토산및올리고당제조공정에서 " 염산분해 " 및 " 염산잔류 " 시비가계속일고있어시장의안정성을흔들고있다. (4) 제조물책임법 (PL법) 시행제조물책임법은제조물의결함으로인하여발생한손해에대한제조업자등의손해배상책임을규정함으로써 피해자의보호 를도모하고, 국민생활의안전향상과국민경제의건전한발전에기여함 을목적으로하며, 2002년 7월부터시행되었다. 이로써, 기업의배상책임위험이증가하고, 제조물책임예방대책비용부담증가하는등업체의제품에대한책임이더욱강화되었다. 이법의시행은키틴ㆍ키토산업계의압박요소로작용해판매를다소위축시킬것으로예상된다. 4) 그외에도, 국내건강보조식품시장은강력한선도업체가리딩해야그품목이장수하는특징이있기때문에, 따라서 LG CI의키토산건강보조식품사업축소가전체시장에큰악영향을미칠수있다. 4) 실제로,1995 년일본의경우제조물책임법시행후소비자의고발접수건수가 2 배가량증가하였다

112 3. 국내외시장동향분석 가. 시장규모 (1) 해외시장규모일본은이분야의지속적이고집중적인 R&D 결과를바탕으로세계시장의리더로자리잡고있으며, 현재세계키틴ㆍ키토산시장의 90% 가량을잠식하고있는것으로알려져있다 5). 따라서, 본보고서에서는일본시장에대하여고찰하는것으로해외시장규모분석을대신한다. < 그림 4-7> 키틴ㆍ키토산일본시장규모 5) ( 주 ) 자광, 서상봉박사

113 < 그림 4-7> 에키틴ㆍ키토산의일본시장규모추이를제시하였다. 일본에서키틴ㆍ키토산은암에대한작용이밝혀지면서, 시장이 10배가까이급속히확대되었으나, 현재품질문제가심각하게대두되어일시적으로시장이주춤하는현상을보이고있다. 최근들어다이어트소재로서각광을받기도하였으나, 그붐도역시종식되어현재는시장이침체상태에빠져있다. < 그림 4-8, 9> 에키틴ㆍ키토산의일본수요동향을제시하였다. 90년대중반과후반이후에수요동향의큰변화가있었으며, 주요인은건강식품으로의응용이크게확대된사실에기인한다. 이후에기술하겠지만, 국내수요동향도이패턴을그대로따라가고있다. 상술하면, 97년의경우응집제분야가 30% 로최대응용분야이었으며, 2001년의경우는건강식품분야가 2/3 이상을점유하고있는것으로분석되었다. 참고로, 2001년키틴ㆍ키토산건강식품소재의시장규모는약 100억엔 (< 그림 4-10>) 으로전체키틴ㆍ키토산시장의약 50% 가량 ( 금액Base) 차지한것으로파악된다. 6) < 그림 4-8> 키틴ㆍ키토산의일본수요동향 (1997 년, 수량 Base) 6) 일본야노경제연구소와건식유통신문의자료를종합하여판단한결과임

114 < 그림 4-9> 키틴ㆍ키토산의일본수요동향 (2001 년, 수량 Base) 일본건강식품소재시장에서키틴ㆍ키토산은 15위권을형성하고있어, 압도적으로 1위를하고있는국내상황과는차이가있다. < 그림 4-10> 일본건강식품소재시장규모 주 : 각소재의시장규모는 2001년실적의추계치자료 : 日本건식유통신문 ( 뉴매거진사 ),

115 < 표 4-3> 미국의잠재적키틴ㆍ키토산시장규모 일본이외의해외시장은일본에서처럼본격적으로형성되지는않았으나, 그잠재성은무한하다고볼수있다. 참고로, < 표 4-3> 에미국및세계의키틴ㆍ키토산잠재시장을제시하였다. < 표 4-3> 에서, 잠재적미국시장만을두고볼때의용분야가 80% 를넘어서고있기때문에키틴ㆍ키토산산업의방향이극도의고부가가치창출이기대되는분야 ( 의용분야 ) 에집중될것임을알수있다. 이러한, 세계적규모의키틴ㆍ키토산시장성에관한예측과현재우리나라의키틴ㆍ키토산시장을상호비교해볼때, 국내의경우건강보조식품분야에서거의 100% 가까이시장이형성되어있다는사실은세계적인키틴ㆍ키토산의시장성과는상이한상황이진행되고있음을의미한다. 7). 7) 자료 : 김종준외, 고분자과학과기술, 8(5), 579,

116 (2) 국내시장규모 < 그림 4-11> 과 < 표 4-4> 에국내키틴ㆍ키토산의연도별시장규모를제시하였다. 국내시장규모는불안정한원료수급, 판매가격, 시장상황및생산공정별제품의다양성등으로인하여안정적인모습을보이지못하고있으나, 건강보조식품원료로의비중은급격히증가하고있는추세이다. 특히, 2000년도이후에는거의대부분건강보조식품소재로만이용되고있는상황이다. 2001년도키틴ㆍ키토산의시장규모는약 350억원으로추정되며, 이중 90% 이상인 316억원이건강보조식품원료시장인것으로조사되었다. < 그림 4-11> 키틴ㆍ키토산의국내시장규모추이 8) 8) 국내키틴ㆍ키토산시장은가격변동이심한편이어서. 일정한성장곡선을나타내고있지못하는것으로판단된다

117 < 표 4-4> 키틴ㆍ키토산의국내시장규모추이 a) 화학저널, b) 식품저널, c) KISTI 자체추정 ( 키토산건강보조식품의성장추이를반영하여 97년과 99년의중간값설정 ) d) 화학저널 e) 식의학일보사, f) 화학저널, g) KISTI 자체추정, 10만원 /kg( 화학저널,2002) 로가격계산. 2001년비중의경우 2000년 data를그대로사용. h) 보건산업진흥원에서는 400톤으로추정 연도별로키틴ㆍ키토산의수요비중을살펴보면, < 그림 4-12, 13, 14> 와같다. 일본의경우와유사하게과거에는응집제가큰비중을차지하다가, 최근들어건강식품분야의비중이급속히증가하고있으며, 2000년들어서는응집제시장이거의없어지고, 대부분건강식품시장으로구성되었음을알수있다. 건강식품에서키틴ㆍ키토산의비중역시이와유사한성장패턴을보이고있다. < 그림 4-15> 에국내건강보조식품시장의현황을제시하였다. IMF이후급속히시장이회복되어가는경향을보이고있으며, 2002년현재 1조 400억이라는대규모시장을형성하고있다

118 < 그림 4-12> 키틴ㆍ키토산수요비중 (1997 년 ) < 그림 4-13> 키틴ㆍ키토산수요비중 (1999 년 ) < 그림 4-14> 키틴ㆍ키토산수요비중 (2000 년 )

119 < 그림 4-15> 건강보조식품의시장현황 자료 : 월간식품저널, , 1999, 2000, 2001 식품음료신문, 2001, 키틴ㆍ키토산은 97년부터면역력증강, 항암작용등의효과가있는것으로알려지면서건강보조식품, 기능성음료등의소재로폭넓게사용되기시작하였고, < 그림 4-16> 에서처럼 2000억원대에근접하는시장으로성장하였다. 키틴ㆍ키토산이건강보조식품으로사용되는경우는키토산올리고당으로가수분해되었을경우가대부분인데, 키토산올리고당은 1996년 12월식품으로처음등재되었고, 이러한조치가 1997년키토산건강보조식품의폭발적성장의도화선이되었던것으로판단된다. 키토산올리고당은 1997년매출신장률 4000% 를기록하였다 9). 한편, 여기서문제시되는것은건강보조식품의 PLC인데, 키토산은최근까지건강보조식품에서 1위의자리를고수하고있지만, 서서히점유율이떨어지는현상을나타내고있다 (< 그림4-17>). 9) 키토산올리고당의가격은키틴ㆍ키토산의가격에비해매우고가이다이런이유로키토산건강보조식품의시장은 97 년에폭발적성장세를보인반면, 키틴ㆍ키토산원료시장은크게미치지못하는성장률을나타낸다

120 < 그림 4-16> 키틴 키토산건강보조식품의시장현황 자료 : 월간식품저널.1997, 1998, 1999, 2000, 2001 식품음료신문, KISTI 자체추정 이현상이건강보조식품의 PLC와관련이있는상황이며, 국내키틴ㆍ키토산의시장의편협성에비추어볼때시장상황전체를크게악화시킬수있는위협요인으로볼수있다 10). 10) 2.2. 시장위협요인 에제시하였음

121 < 그림 4-17> 건강보조식품중키틴ㆍ키토산제품의점유율변화 11) 나. 업체동향 (1) 해외업체동향 12) 키틴ㆍ키토산의 2000년도일본시장규모는약 207억엔 ( 전년대비 94.7%) 이었으며, Japan Health Summit 社가전체의 70% 정도를차지하고있고, New Skin Japan, Metabolic, 후지바이오등이그뒤를잇고있다. 11) 구체적점유율은실제 data 와차이가있을수있으며, 여기서는경향을감소를중점적으로파악하기바람 12) 해외업체동향역시세계시장의리더로자리잡고있는일본업체를중심으로분석하기로한다

122 < 그림 4-18> 주요일본기업의시장점유율 특히, New Skin Japan 등후발업체와 Metabolic 社등은최근다이어트소재에치중하고있다. 다이어트상품영역에서는 Metabolic의 Chitosan After Diet 가 1997년발매이래, 350만개매출을올리고있다. 또한, 만난 Food 社 13) 가키토산생체고분자복합물사업을전개, 미국의원료전매업체와의특허계약을체결하고있다. 이외에, 건강식품은아니지만, 日淸食品이 Chitosan Diet Nuddle 사업을전개하고있다. 현재각사의경쟁으로저분자키틴ㆍ키토산원료의가격저하현상이나타나고있으며, 미국의어획제한으로원료인게껍질의부족현상이나타나고분자키토산가격은상승기미에있다. 일본업체들은주원료인게껍질을미국알래스카해역에서주로공급받고있고, 최근에는한국, 중국, 노르웨이등으로부터도수입하고있다. 또한, 이외에도수용성인키토산올리고당도주목을받고있다. 그러나제품의특성상소비자에게직접적으로어필하는이슈가많아야하는데, 최근에는이런현상이적어서시장이보합ㆍ축소경향을나타내고참여기업들도어려움을겪고있다. 13) 일본에서키틴ㆍ키토산다이어트식품의개척자로볼수있다

123 (2) 국내업체동향국내키틴ㆍ키토산제품관련생산업체는키틴ㆍ키토산원재료를제조하는 1차제품업체, 키토산올리고당유도체등을생산하는 2차제품업체, 그리고건강보조식품을생산하는 3차제품업체를구분할수있다. 키틴ㆍ키토산관련업체는수백개업체가난립하고있고, 저가제품이시장을왜곡하고있으며, 특히, 도산, 사업철수, 생산량급감현상및 M&A 등이심하여, 업체현황을파악하기매우어려운상황이다. ( 가 ) 1차제품업체국내주요키틴ㆍ키토산생산업체는태훈바이오, 삼성키토피아, 신영키토산, 고려키토산, 단석산업등 5곳이다. 신영키토산은 94년 9월, 태훈바이오는 97년 9월, 삼성키토피아 (1995년 12월에설립된 ( 주 ) 성산화학의전체시설과인력을인수하여 1999년 12월 30일삼성키토피아로등록설립 ) 는 99년 12월말부터키틴ㆍ키토산을제조ㆍ판매하고있으며, 단석산업 (99년 12월영창씨엔씨를인수 ) 은식품용첨가물로미량공급하고나머지는대부분사료용으로공급하고있다. 이들주요업체들이국내키틴ㆍ키토산생산의대부분을점유하고있는것으로판단되나 14), 대부분의기업이원료수급에어려움을겪고있어꾸준히수요가증가하고있던키틴ㆍ키토산시장에악재가되고있다. 고려키토산 ( 영덕키토산인수 ) 경우중국에현지공장을건설해저가의액상비료용키토산과폐수처리응집제용키토산을중국현지에서생산하고, 고가의건강보조식품용키토산올리고당은국내에서생산하겠다는영업전략을펴는등원료공급부족에따른키토산생산기업의대처방안의강구가요구되고있다. 14) 관련전문가의견으로 90% 가까이점유하고있는것으로파악됨

124 ( 나 ) 2차제품업체주요 2차제품인키토산올리고당의경우키토라이프, 건풍바이오, 신영키토산, 자광등 10 여개의업체가존재하며, 경쟁이치열하게전개되고있다. 건풍바이오의경우생명과학기초연구용표준물질과의약품으로서광범위하게응용하기위한중소기업청의기술표준과제를제주대생명공학연구소와산, 학협동연구를통해수행하였으며, 이러한연구환경을토대로지난해불순물과산 (Acid) 이함유되지않은함량99% 의고순도키토산올리고당을개발에성공하였다. 2001년기준으로국내키토산올리고당시장의 35% 를점유하였고, 현재대웅제약, 광동제약, 조선무약등제약업체에납품하고있다. 또키틴ㆍ키토산국내공급의선두기업인태훈산업이풍부한원료를기반으로키토산올리고당시장참여의사를밝혀키틴ㆍ키토산시장의판도변화가불가피할전망된다. 태훈산업은게맛살제조기업으로원료수급이타생산기업보다유리해빠르게시장을잠식할것으로예상되고있다. ( 다 ) 3차제품업체 3차제품인키토산건강보조식품업체는 LGCI, 종근당건강, 아이와이피엔에프가주도하고있다

125 LGCI는 1999년기준으로 500억원가량의매출을기록하여, 당해연도시장규모의약 30% 가량을차지하였다. 2001년 LGCI의키토산시장점유율은 15% 에머물러초창기에비해대폭감소했으며, 매출도 50% 이상감소한것으로나타났다. 매출감소이유로는 1대1 마케팅방식의변동이가장큰원인으로지적되고있으며, 2002년에도성장세를기대하기는어려운실정이다 15). 한편, LG CI의사업축소를틈타최근종근당건강, 아이와이피엔에프가크게선전하고있고, 이들업체위주로시장이재편되는양상을보이고있다. 이들업체들은최근들어키토산제품매출액이 20% 이상신장하고있는것으로나타났다. < 그림 4-19>LGCI 의매출동향 15) LG CI 의관계자에의하면, " 대기업이방문판매를하다보니기업이미지가저하되는데다고객관리에애로사항이많았다화장품직판, 쇼핑몰, 일부방문판매등을통해제품을판매하고있으나조만간방판영업을없애고대부분쇼핑몰쪽으로전환될계획 " 이라고밝히고있다.( 자료월간식품저널, )

126 그외에효성, SK제약등은생산을중단하고사업에서철수한상태이다. 주요인은주요인은시장을주도해온 LG CI의판매부진 16) 과공급과잉에따른유통질서혼란등인것으로판단된다. 또키틴ㆍ키토산의기능성효과무용론이제기돼어려움을겪었던것으로나타났다. 다. 가격동향키틴ㆍ키토산제품의가격은종류별로또한연도별로매우다양하게형성된다. 현재국내키토산은 3만 3만 5,000원 /kg에판매되고있는데반해, 수입키토산의경우 kg당 2만원이하에거래되고있다. 일부업체들은태국, 인도네시아, 중국등지로부터저가의키틴ㆍ키토산을수입하고있는데, 수입품의경우품질이검증되지않는상태여서식품원료로서사용하기에는위험부담이큰것으로알려져있다 17). 불용성인키토산을가수분해및효소분해하여식품소재로사용하는키토산올리고당의경우에는 2001년에 kg 당 7-8만원선에서거래되고있다. 98년경 kg 당 30만원선으로거래되던것에비하면, 가격파괴의수준으로볼수있는데, 양질의제품을만들기위해서는키토산올리고당의가격이적어도 10만원대이상은확보되어야한다는것이업계의지배적인의견으로대두되고있다. 1999년을기준으로본키틴ㆍ키토산관련제품의가격동향은 < 표4-5> 와같다. 앞서제시한바와같이연도별로상당한차이가나타나지만제품간가격격차의파악이가능한자료로그의미가있다고볼수있으며, 제품에따라100배까지가격차이가남을알수있다. 16) 국내건강보조식품시장은강력한선도업체가리딩해야그품목이장수하는특징이있다따라서 LG CI 의사업축소는전체시장에큰악영향을미칠수있다 17) 자료식품저널,

127 식품첨가물용화장품원료용의료용응집제용자료 : KISTI < 표 4-5> 주요키틴ㆍ키토산제품의가격동향 18) 용도 가격 용도 가격 5만원 /kg 게껍질 10만원 /kg 키틴 12만원 /g 키토산 1,000-1,200원 /l 올리고당 ( 식품용 ) 100 원 /kg 7,000 원 /kg 45,999 원 /kg 만원 /kg 키틴ㆍ키토산건강보조식품의가격은종류별로매우다양한데, 키토산올리고당제품의단위가격은 1,190원 /g( 키토산플러스 ) 부터 2,667원 /g( 올리고수용성키토산100) 까지로 2배이상차이가나며, 고분자키토산의경우 4,514원 /g( 키토메시아 ) 4,889원 /g( 키토153) 으로올리고당제품보다 4배이상가격이비싸게형성되어있다 19). 나. 수요예측 (1) 키토산건강보조식품수요예측 2001년키토산건강보조식품은전체건강보조식품시장에서 1위를기록하였고, 약 14% 의점유율을나타내었다. 그러나, 앞서주지한바와같이최근키토산건강보조식품시장이 99년을정점으로정체ㆍ하향움직임을보이고있는이유는건강보조식품의짧은 PLC에기인하며, 이를근거로본연구에서는과거건강보조식품을주도했던제품들의 PLC를분석하여, 키토산건강보조식품의향후수요를예측하였다. 18) 1999 년기준제품간가격격자파악에활용이가능할것임 19) 월간소비자, 2001 년 9 월호

128 < 표 4-6> 과거건강보조식품상위 5 개품목군별점유율 < 표 4-6> 에과거건강보조식품상위 5개품목군별점유율을나타내었다. 크게스쿠알렌, 정제어류, 키토산등이주요상위품목이었으며, 스쿠알렌과정제어유는 3-4년동안상위 1-2위를점유하고있는것으로분석되었다. < 그림 4-20> 에서보면, 스쿠알렌의경우, 1995년매출액이정점을보이다가이후급격히감소하는추세를보였고, 정제어유의경우는1996년정점을보이고이후에역시감소추세를나타낸것을알수있다

129 < 그림 4-20> 한국의건강보조식품시장주도품목군의변화 20) - 시장규모 이를시장점유율면에서살펴보면, < 그림 4-21> 과같다. 점유율에서는스쿠알렌과정제어유모두 94년이후로감소추세에있으며, 6-8% 내외에서고정되는양상을보이고있다. 이를키토산에적용해보면, 98, 99년정점을보이고, 이후지속적으로감소하는추세를보이다가, 2004년경부터 7% 선에도달한후감소폭이줄어들것으로예측할수있다. 감소기간은스쿠알렌및정제어유의감소기간인 4년을적용하였다. < 그림 4-21> 상에서볼때이러한예측은 2000년이후부터실제로잘들어맞고있는것으로판단된다. 또한, 최근의키토산의건강보조식품치중현상에대한탈피노력또한향후의점유율감소에대한근거로작용할수있다. 20) 원문에표기가누락되어정확성은없으나, 원재료의시장규모로추정됨시장규모보다는성장패턴이더의미가있음

130 < 그림 4-21> 한국의건강보조식품시장주도품목군의변화 - 시장점유율 이와같은근거를바탕으로키토산건강보조식품의시장을예측하여 < 표 4-7> 와 < 그림 4-22> 에제시하였다. 전체건강보조식품의향후시장에대한예측치는 2004년까지는 23% 의 CAGR을적용하였고, 2007년까지는 15% 의 CAGR을적용하였다. 15% 는최근 3년간의 CAGR이며, 23% 는그것의 1.5배즉, 관련법규가제정된후 2-3년동안선진국에서약 1.5 배가량시장성장율이급증한사례를적용한것이다. < 표 4-7> 키토산건강보조식품의향후수요예측