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기우 임
6 years ago
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1 해양바이오산업 1. 개요 임번삼 해양바이오산업은해양생물의시스템, 구성성분, 과정, 기능등을규명하여유용한물질과서비스를제공하는산업을총칭한다. 이는해양학, 수산학, 생물학, 유전체학, 단백질체학, 생물정보학을이용하여기반기술인해양생물의보전, 이용과해양생물기능의조절은물론식량과에너지획득, 유용물질의생산등에대하여탐구하는산업이다. 매년지구상에서생산되는 2,000억톤의광합성량의 90% 가해양에서이루어지므로, 바다의중요성은매우크다할수있다. Costana(1997) 등은생물종의 80% 가서식하는해양생태계의총가치는 26조 $ 이며, 식량과에너지를포함한해양자원의가치는 1조 $ 를상회할것으로추정하고있다. 해양바이오산업의세계시장은연간 30억 $ 수준이지만, 매년수배씩증가하고있다. 해양소재에서제품화성공률은 1/6,000로, 육상생물소재의 1/13,000보다두배나높으므로연구의효율성이높음을알수있다. 기능성고분자물질, 수술용접착제, 바이오색소, 오존방지제, 심층수, 건강음료 ( 아르긴산, 후코이단 ) 등이이미상품화되어있고, 신기능성미생물과효소에대한탐색도활발히추진되고있다. 신규물질로는항생제 (istamycin, aplasmomycin), 소염제 (manoalide), 제초제 (cytokinin) 등이상용화되었고, 항암물질 (KRN 7000, dolastatin 10, LU , bryoststin, didemnin B, ectainascidin, squalamine), 염증및피부치료제 (IPL-567, methopterosin), 진통제 (CNX-111) 등이임상 Ⅰ-Ⅲ단계에와있다

2 2. 조류산업 (Algae Industry) 해양바이오산업중가장규모가큰분야가조류산업이다. 조류는대형 (macroalgae) 인녹조류, 홍조류, 갈조류, 미세조류 (microalgae) 인클로렐라, 스피루리나등으로구성되어있다. 양적으로는식물성플랑크톤이라는별칭이붙은미세조류가조류의대부분을차지한다. 조류는단백질자원일뿐아니라다양한무기물, 비타민, 식이섬유, 클로 로필, 생리활성물질등이풍부한영양의보고이다. 대형조류의전세계적인산업규모는연간 10 조 $ 에이른다. 다시마 (500 만톤 ), 미역 (75 만톤 ), 김 (55 만톤 ) 등은매년 700 여만톤 이생산되며, 다시마는아르긴산추출용으로, 미역, 김, 파래는식용 으로이용된다. 흡수성이커서현탁제, 유화제, 점증제, 코팅제등으로이용하는아르 긴산의생산량은연간 35,000 톤으로, 섬유 (50%) 식품 (30%) 제지 (6%) 의약 (5%) 산업에이용된다. 홍조류인우뭇가사리 (Gelidium amansil) 에서추출하는한천 (agar) 은미생물용배지와전기영동용시약및샴푸, 크림, 화장수등에주로사용된다. 한편한천의수출가격은 300 $/kg이며, 아가로스는 40,000 $/kg이므로, 한천정제공정의중요성을알수있다. 다른홍조류에서추출하는카라기난은유화제, 팽윤제, 증점제, 결착제, 식이섬유, 소취제, 결정방지제등으로이용한다. 그리고규조류에서만든규조토는정수기용필터, 음향기스피커, 살충제, 방부제, 에나멜광택제등으로사용한다. 이밖에도, 해조류는항균제, 항암제, 보디클렌저, 킬레이트제등으로용도가매우넓다

3 미세조류는건강식품의소재로큰각광을받고있다. 뿐만아니라미세 조류를이용하여다당류, 올리고당, 레반, 후고이단등을포함한다양한 생리활성물질들이생산되고있다. 3. 연구동향 각국은자원의보고인해양을개발하여고갈에직면한에너지, 식량, 기능성물질을얻고자막대한자금을투여하고있다 (< 표 1>). < 표 1> 주요나라별해양바이오산업개발동향 국명 미국 개발동향 * 케네디정부부터해양 10개년계획추진 (1966) * 4대 BT과제 ( 해양, 생명공학, 농업, 환경, 생산공정 ) 로선정하여지원 * NOAA Program 수행 (National Sea Grant College Program) * NSF, 하와이대학에 MarBEC을설립하여유용물질생산추진 * 현재, 100여개해양바이오벤처가활동중 * 실적 : 해양에서 200여건의신약물질특허화 * 국가예산 1억3천만 $(1999) 투자 : NIH 1억 $, NSF 1천2백만 $, NOAA 1천만 $, ONR 560만 $, DOI 2백만 $ 등 ) 일본 * 海洋生命工學硏究所 (Marine Biotech Inc: MBI): 연구주도 ( 연간 15.8 억엔 ) * 海洋科學技術센터 (JAMSTEC): 심해프런티어연구 (10 년간 500 억엔투자 ) 유럽 호주 중국 * EU: 유럽해양바이오산업활성화계획작성 * 프랑스 : 해양연구소 (FREMER) 주도로심해생태계조사및심해열수미생물 의분리와유용물질발효, 생산 ( 효소류, 다당류, 생리활성물질등 ) * 네덜란드 : 상학연협력연구기관인 STT에서 OFSEMO Project( ) 추진. 북해델타지역에 Aqua-Production Park 종성 ( 식사료, 에너지, 고부가물질의생산및이산화탄소재이용연구 ) * 동남아국가들과연합으로다양한기능성물질연구생산 * CSIRO, AIMS, New South Wales Univ. 등이연구주도 * 8.9차 5 個年計劃 (1991~2001): 해양생물에서신물질개발, 양식기술, 해양생태계보호기술, 적조방지연구 * 海洋發展 863프로그램및海洋生物工學 819프로그램 : 해양생물의양식과육종, 내연성식물개발, 의료용생리활성물질개발중 - 3 -

4 가장앞선미국의경우 National Sea Grant College Law(1996) 를제정하여해양대기청 (National Oceanic & Atmospheric Administration: NOAA) 의주도로 300개연구기관이참여한 30개프로그램을운영하고있는데, 7년간 (1995~2002) 8,600만 $ 를투자하였다. NOAA의중점투자분야는수산과양식 (3,000만 $), 천연물질개발 (2,600만 $), 수질오염방지대책 (1150만 $) 등이다. 최근에는해양환경공학에연구를집중하고있다. 동아시아에서는전통적으로대형조류를양식하여다시마, 김, 미역, 톳 등을식용으로이용해왔다. 그러나최근다시마는아르긴산원료로, 홍 조류는카라기난원료로추출하는방향으로나가고있다. 일본에서는녹조류를이용하여 2010년까지화력발전소에서방출하는이산화탄소를에너지로이용하는방안과갈조류 (Macrocystis) 가방출하는메탄가스를에너지화하는연구가진행되고있다. 미세조류를이용한산업용폐수나축산폐수의정화실험도성공적으로진행중이다. 갈조류에서추출한아르긴산및유황함유후코이단 (fucoidan) 음료가 이미상품화되어있다. 후코이단의제조법은다음과같다 (< 그림 1>). < 그림 1> 후코이단의제조공정갈조류분말 *Washing(80% Et-OH) * 열수추출 +Alginate Lyase 상징액 * 원심분리 + 한외여과 고분자분획채취 *Acid Treatment(5 ) 상징액 * 중화후한외여과고분자분획 * 동결건조 FUCOIDAN - 4 -

5 매년이상기온으로발생하는적조 ( 赤潮 red tide) 를같은해역에기생하는바이러스나미생물을이용하여살조 ( 殺藻 ) 하는연구가성공리에진행중이다. 이미 Vibrio algoinfestus, Cytophaga, Sprospira, Flavobacterium, Pseudomonas, Alcaligens, Acinetobacter 등의세균과 HaV 바이러스가효과적임을확인했고, 살조의기작도해명되었으며, 지금은환경평가단계에와있다. 중국에서는해양개발 863 프로그램과해양생물공학 819 프로그램으 로해양바이오연구에박차를가하고있다. 다시마양식이매우활발 하며, 적조에대한연구도괄목할만하다. 우리나라는삼면이바다임에도불구하고, 아직초보단계에머물고있다. 정부정책은해운항만과수산분야에치우친취약구조를가지고있다. 매년생산하는수산물의 10% 를점유하는해조류는대부분생체로이용하고있다. 따라서유효성분을가공, 추출하여고부가물질을생산하는체계로전환할필요가있다. 유럽에서는 115속 395종의조류를식용 (43%), 공업용 (42.8%), 의약용 (7.7%) 및사료용 (6.5%) 으로이용한다. 주요품목은콜로이드분야는 agar, alginate, carrageenan 등이, 생물활성물질분야는카로티노이드, 화장품, 액체비료등이, 식 사료분야는식용및사료가생산되고있다 (< 그림 2>, < 그림 3>, < 그림 4>). < 그림 2> 유럽의조류산업구성 ( 콜로이드분야 ) 8% 양식김 12% 한천 47% 카라기난 15% 아르긴산 18% 기타 - 5 -

6 < 그림 3> 유럽의조류산업구성 ( 생물활성물질분야 ) 25% 14% 25% 카로티노이드화장품 액체비료 36% 기타 < 그림 4> 유럽의조류산업구조 ( 식 사료분야 ) 식용대형조류 26% 29% 3% 27% 15% 식용미세조류 사료용대형조류사료용미세조류기타 북유럽 ( 노르웨이, 프랑스, 덴마크, 독일 ) 에서는해조류를오래전부터가축용분말사료로, 미세조류분말은새우를포함한수산물의양식에, 석회성조류와남조류는비료원료로사용해왔다. 네덜란드에서는산업체, 연구기관, 학계의협력체인 Netherlands Study Group Trend(STT) 에서 Ocean Farming-Sustainable Exploitation of Marine Organisms (OFSEMO ) 프로그램을선정하여 Innovation Network Rural Areas & Agricultural System(INRAAS) 과협력프로젝트로추진중이다. 연구내용은북해의델타지역에 Aqua-Production Park를만들어식량, 사료, 에너지, 고부가물질등의개발과이산화탄소를재이용하려는국가적프로젝트이다

7 4. 맺는말 바다는무한한생물자원의보고이다. 21세기는해양바이오산업의시대이다. 구미제국은물론일본과중국, 호주는해양바이오산업에많은투자를하고있다. 취약한국내산업을발전시키기위해서는늦은감은있으나, 해양수산부, 과학기술부, 산업자원부등의관련부처가협력체를구성하여종합육성계획을수립해야할시점에와있다. 우선연구과제는해양환경보전기술, 해양생물다양성확보, 해양생물의이용기술이라할수있다. 이를위해서는과학기술부의생물다양성프로그램에해양생물분야를강화하고, 해양생물유전자은행을구축할필요가있다. 아울러매년발생하는적조문제와식량과에너지의개발및다당류를포함한신규바이오물질의개발에관심을기울어야한다. 특히식량자원과유용물질의생산수단으로각광받는 microalgae는오염물질의정화능력 (bioremediation) 을가지고있어환경보호측면에서도중요하다. 수요가급증하는한천과카라기난의공급부족에대비한유전공학적균주개량도산업측면에서관심을기울일만한우선연구과제이다. 또한전문인력의양성과국제공동연구를통한기술장벽의극복도해 결해야할국가적과제이다. 이를위해서는과감한정책자금의지원과 해양바이오벤처의창업을적극유도할필요가있다. 5. 참고문헌 1. 김상진 : 해양바이오산업발전에대한소고, 생물산업, 15(2), 16-18, 이유경, 이홍금 : 조류의산업적이용, ibid, 19-31, 김상진 : 미국해양생명공학연구동향, 미생물과산업, 28(2),

8 4. 酒井武, 加藤郁之進 : 海藻由來フコイダンとそのオリゴ糖の構造と生物活性, バイオサイエンスとバイオインダストリ-, 60(6), , 加藤純一外 : 微生物による赤潮藻類の殺藻, BIO INDUSTRY, 19(1), 36-43, E. Luiten et al: Realizing the promises of marine biotechnology, Biomolecular Engineering, 20(4-6), , R. Costanza et al: The value of world ecosystem services and natural capital, Nature, 387, ,

학술원논문집 ( 자연과학편 ) 제 50 집 2 호 (2011) 콩의식품적의의및생산수급과식용콩의자급향상 李弘䄷 * 李英豪李錫河 * * Significance of Soybean as Food and Strategies for Self Suffici

학술원논문집 ( 자연과학편 ) 제 50 집 2 호 (2011) 97-137 콩의식품적의의및생산수급과식용콩의자급향상 李弘䄷 * 李英豪 ** 李錫河 *** * Significance of Soybean as Food and Strategies for Self Sufficiency Improvement Hong Suk Lee*, Yeong-Ho Lee**, and