식품기술제 17 권제 3 호 (2004. 9) 3 연구동향 Probiotics 의기술및시장동향 임번삼 한국과학기술정보연구원전문위원 Ⅰ. 서론 1. 프로바이오틱과프로바이오틱미생물 프로바이오틱스 (probiotics) 는안티바이오틱스 (antibiotics) 에대비되는용어로서하베나 (Havenar & Veld 1991) 등의정의처럼 사람이나동물에게건조세포나발효산물의형태로투여하여숙주의장내균총을개선하여좋은영향을주는, 단일혹은복합형태의생균제 를말한다. 따라서프로바이오틱은프로바이오틱미생물과같은의미로사 용되고있다. 국내에서프로바이오틱은세가지의미로사용한다. 첫째는인체의약용인정장제 ( 整腸劑 ) 나유산균제제, 둘째는사료첨가제로서의생균제 ( 生菌劑 ), 셋째는식품공전 (1991) 에서정의한건강식품의일종인유산균식품이다. 어느경우든프로바이오틱미생물은유산균이주종을이루고있음을알수있다. 식품공전 (1991) 의세번째부류인유산균식품은 유산간균 (Lactobacilli) 유산구균 (Lactobacillus thermophilus) 비피더스균 < 표 1-1> 성분에따른유산균발효유의분류 품목성상 % 무지고형분 % 지방산유산균 ( 개 /ml) 대장균군 발효유 3.0 이상 - 107 이상음성 농후발효유크림발효유농후크림발효유 * 고유의색택과향미 * 이미 이취가없을것 8.0 이상 3.0 이상 8.0 이상 - 8.0 이상 8.0 이상 108 이상 107 이상 108 이상 음성음성음성 버터발효유 8.0 이상 1.5 이하 107 이상 음성
4 연구동향 /Probiotics 의기술및시장동향 (Bifidus sp.) 등의생균을배양하여식품에혼합한것을안정적이고, 섭취가용이하도록분말 과립 정제 캡슐등으로만든것으로, 유산균발효식품 유산균발효유 유산균음료이외의것 으로정의한다. 유산균식품의성분규격은유산균및비피더스균이 10 7 /g 이상살아있어야하며, 대장균이검출되어서는안되는것으로규정하고있다. 축산물의가공기준및성분규격 에서는유산균발효유를다음과같이분류한다 (< 표 1-1>). 종래의항생물질은오남용에따른항생제내성의증가로약효가떨어질뿐아니라, 항생물질은그것을섭취한축산물에잔류 축적되어인체로전이된다. 1960년대에이러한항생물질의부작용을근원적으로해결하는방안으로등장한것이항균성프로바이오틱생균제이다. 최근 UN의조사에따르면우리나라는항생제를남용한국가로베트남에이어두번째자리를차지하고있기때문에그어느나라보다도프로바이오틱에대한기대가크다. 인체에는 400여종의미생물이 100조개이상서식하는것으로알려져있다. 사람의장내용물은식물과미생물이 6:4의비율로들어있다. 장내미생물은유아기에는유산균과비피더스균을비롯한유용세균이전체장내균총의 90% 이상을차지하지만, 노년기가되면클로스트리디움 (Clostridium perfringens) 을비롯한부패세균이증가하여노화를촉진한다. 파스퇴르 (1857) 가유산균을처음발견한데이어, 메치니코프 (Elie Metchinikoff 1905) 가불가리아장수촌에서 Lactobacillus bulgaricus를분리하고, 발효유에의한장수설 을발표하면서유산균음료가각광을받게되었다. Orla-Jensen(1916) 은치즈와사탕무에서각각 Lactobacillus casei와 Lactobacillus fermentum 을분리하였고, Kandler (1982) 는대부분의장내유해세균을억제하는 Lactobacillus reuteri를분리하였다. 그후각국에서는자기민족에게맞는고유형태의유산균및유산균발효유를개발하여오늘에이른다. 지금까지알려진대표적프로바이오틱미생물로 는젖산균 (Lactobacillus acidophilum, L. casei, L. fermentum, L. plantarum, L. rhamnosus, L. lactis), 비피더스균 (Bifidobacterium lactis Bb-12, B. longum BB536, B.breve), 고초균 (Bacillus subtilis, B. polyfermenticus), 클로스트리디움 (Clostridium butyricum, C. faecium, C. thermophilus, C. diacetilactis), 스트렙토코쿠스 (Streptococcus sp), Bacteroides sp., Enterococcus sp., Propionibacterium sp., E. coli 및곰팡이등이잘알려져있다. 이중산업적으로이용되는균주의특징은다음과같다. Lactobacillus bulgaricus 우유발효용으로, 장내에정착하지않고통과한다. Salminen(1998) 이규정한프로바이오틱유산균에속하지않는다. 불가리아의장수촌에서메치니코프가처음분리하였다. Lactobacillus thermophilus 이균주도프로바이오틱유산균에속하지않는다. 요구르트의제조시산을신속히합성한다. Lactobacillus casei 액상요구르트의제조균으로, 항암효과와면역강화기능이우수하다. 내산성유산균이아닌일시적정착균이다. Orla-Jensen 이치즈에서분리하였기때문에이러한이름이붙게되었다. Lactobacillus lamnosers 장의정착성이높다. GG균을포함하며, 여러특성이카제이균과유사하다. Lactobacillus plantarum 김치의유산발효를주도하는균이다. 장내내생균은아니지만, 항암효능과면역강화기능이뛰어난균이다.
식품기술제 17 권제 3 호 (2004. 9) 5 Lactobacillus acidophilus 내생균으로특히소장에잘정착하는내산성프로바이오틱이다. 혈중콜레스테롤의감소와면역강화및변비를개선하는기능이있다. 산업용으로많이이용한다. Lactobacillus polyfermenticus 비교적최근에분리 동정된균이다. 장내에서는 endospore를형성하여장까지도달하는등여러면에서효능이뛰어나산업용으로부각되고있다. 일명비스판균 (bispan strain) 으로도불린다. Bifidus sp. 그람양성의편성혐기성세균이다. 인체내에 400 여종이있으며, 그숫자 (10 14 cfu/g 이상 ) 는장내세균의 30~40%( 건조분기준 ) 를차지한다. 모유를섭취하는유아의장내균총중 10~20% 를점유하고있다. 일본을중심으로많은연구가진척된프로바이오틱의일종이다. 증식인자로올리고당을이용한연구가잘되어있다. 변비와설사를치유하는효능을비롯하여, 면역증강 항종양 혈중콜레스테롤감소 유당불내증등의기능이있다. Reuteri 학명은 Lactobacillus reuteri이며, L. acidophilus Bifidus sp. 와더불어인체에공생하는 3대유산균의하나이다. 이들의공통점은모두위 소장 대장 질등에잘정착한다는점이다. L. acidophilus보다내산성이우수하며, 항균물질 (reuterin) 을합성하여거의모든유해세균의생육을강력히억제한다. 유아의설사에개선효과가뛰어나고면역력을강화하므로, 유아용프로바이오틱으로많이이용한다. 2. 프로바이오틱의구비조건산업용프로바이오틱은다음조건에부합해야경제성이있다. 첫째는효능성이다. 프로바이오틱이요구하는모든기능을골고루갖추어야한다. 유해균의억제력, 혈중콜레스테롤의감소능력, 유해균의장정착저해능력, 면역활성의증강, 항암효과등이높을수록바람직하다. 둘째는안전성이다. 사람이나동물들이직접먹는것이므로안전성은아무리강조해도부족함이없다. 따라서균주개발시동물실험을통해서철저히안전성을검토해야한다. 셋째는외부충격에견뎌야한다. 제품화과정에서식용균은동결건조시에사멸하지않고잔존해야하며, 사료용은펠렛화가공조건 (60~70 ) 에서잔존해야한다. 넷째로대장과직장에도달할수있는능력이구비되어야한다. 위장에서는위산이분비되고, 담낭에서는담즙이분비된다. 소장에서분비하는각종소화효소의작용을견디고생존해야한다. 천연적으로이러한특성을모두갖춘유산균을발견하기매우어렵다. 따라서유전자조작을하거나, 미생물세포를다른보호막으로감싸주어야한다. 다섯째로사용목적에따라균주를분리하는것이효율적이다. 식용균은인분에서, 사료용은동물의분뇨에서분리할때장내정착성이높다. 따라서산업용프로바이오틱은다음과같은조건을갖추어야한다 (Tanaka 1990). 숙주세포에존재하는균주일수록바람직하다. 상부소화관내를거의사멸하지않고통과할수있어야한다. 하부소화관에서증식할수있어야한다. 장내에서유용한효능을잘발휘해야한다. 식품첨가시가공조건에서생존해야한다. 안전성이보장되어야한다. 부작용이없어야한다. 생산한항균물질에대한내성이없어야하며,
6 연구동향 /Probiotics 의기술및시장동향 항균범위가넓어야한다. 섭취또는음용하기쉬워야한다. 제조원가가저렴해야한다. 보관시품질이안정적이어야한다. 3. 프로바이오틱의효능과기능가. 프로바이오틱의효능이정준, 백영진 (2001), 차성관 (2002), 이왕재 (2003), 차성관 (2002), 이나경 (2002) 등이발표한보문을중심으로프로바이오틱의효능을종합하면다음과같다. (1) 식품의상품성향상유산균은유산발효에의한식품의보존성을향상시킨다. 그리고유기산과많은대사물질의합성으로풍미를증진시킨다. (2) 혈중콜레스테롤농도의저하유산발효로생성된 HMG(hydroxymethyl glutarate) 는콜레스테롤의합성을저해한다. Lactobacillus acidophylum 과 Lactobacillus reuteri는콜레스테롤을직접분해하기도한다. (3) 면역증진면역기능을부활시켜질병의감염을예방하고, 항암효과를나타낸다. 유산균은유해세균이나바이러스를감지하고, 임파구의증식을촉진하여비정상세포의증식을억제한다. 아울러혈액내의항체인 IgA 및 Υ-interferon 의합성을촉진함으로써면역기능을증진시킨다. (4) 영양학적효능비타민 B군 (B 1 B 2 B 6 B 12 ), C E K 엽산 비오친 이노시톨등의비타민을합성하여생리활성을돕는다. 이밖에도많은유기산을합성하고, 칼슘의체내흡수를돕는다. (5) 유해효소의합성억제유산균은유해성효소인 β-glucosidase, β- glucuronidase, nitroreductase, 7-α-dehydrogenase, azoreductase 등의합성을억제한다. 뿐만아니라다양한유용효소를합성 분비한다. (6) 유당불내증의개선동양인의 70% 는유당분해효소인 β-galactosidase 의결핍에의한우유내유당의분해능결여로고통을받고있다. 유당분해능이있는유산균을첨가하면이러한문제의해결이가능하다 (Kim & Gilliland 1984, Petoello 1989). (7) 장내유해균의증식억제유산균은장내상피세포에부착하여항균성박테리오신, 젖산, 유기산, 과산화수소등을합성 분비하므로, 장내유해균인대장균, 티브스, 파라티부스, 적리균, 콜레라균및위장염과위암을일으키는헬리코박터세균 (Helicobacter pylorie) 등에항균력이강하다 (Aiba et al. 1998, Kabir et al 1997). 특히 L. reuteri가분비한항균물질 reuterin 은거의모든유해세균에강력한살균력을가진것으로알려져있다. 따라서세균성식중독의위험도감소하게된다. 한국인은 80~90% 가헬리코박터세균에감염되었으므로, 유산균발효유가크게기여할것으로기대된다. (8) 설사치유및정장작용항생제복용환자의 20% 이상이항생제부작용에의한설사증상을가지고있다 (Bartlett 1992).
식품기술제 17 권제 3 호 (2004. 9) 7 이는항생제에의해장내균총의수나균종이변화한데기인한다 (Nord et al. 1986). 유산균은난소화성식이섬유나올리고당을자화하여증식하므로, 장내균총의개선에의한이상발효저지와정장작용으로, 기회성증식미생물인 Clostridium (C. difficile C. perfringens) 에의한항생제성설사, 세균 (Shigella, Salmonella typhymurium, Staphylococcus, enterogenic E. coli) 이나개도국에많은로타바이러스 (Rotavirus, Vibrio cholerae) 에의한설사를치유한다. 이러한효능은사람과동물에공통적이다 (Murman et al. 1995). 이밖에 Saccharomyces boularii는설사나위장병에대한치유효능뿐만아니라다른항생제와병용할수있어각광을받고있다 (Boddy et al. 1991). (9) 장내균총의정상화및노화방지면역력을강화하고, 식이섬유를소화하여증식함으로써유해균의생육을억제하여장내의정상적균총 (microflora) 을조성한다. 특히노화와더불어유산균이감소하고유해균이증가하는데, 유산균은이들을억제하여균총의조성을정상화한다. 또한, 유당을분해하여젖산과초산등을분비함으로써, 장벽을자극하여장의연동운동을증가시켜정상적인배변을유도한다. 그밖에도헬리코박터세균의증식억제로노화를방지한다. (10) 피부미용효과유산균부족으로숙변이쌓이면숙변의독성물질이혈중에분비되어피부를거칠게한다. 유산균발효물질은숙변을제거하며, 여드름이나모낭충에대한살균 살충력을가지고있어피부를곱게한다. (11) 기타이밖에도간기능이상에의한뇌질환, 염증성 장질환, 화장낭염, 신경성장염등에도효능이있는것으로보고되고있다. 나. 프로바이오틱의작용기작많은 in vivo 및 in vitro 실험결과프로바이오틱은병원성또는기회성미생물에대해다음과같은기작으로유해균의생육을억제하거나살균작용을한다 (de Ross & Katan 2000, Wright & Salminen 1999, Fuller 1991). 생균제는면역계를자극하여장질환을억제한다 (Cunningham-Rundles et al. 2000). 장내에서병원성장내세균과영양소에대해경쟁적으로이용한다 (M. Kennedy et al. 1988). 이에대한연구는아직미미한상태이다. 병원성미생물이장점막에부착하는것을억제한다. 결합부위를미리선점하여병원균의접근을봉쇄한다 (Conway et al. 1987). 또한병원균의장상피세포로의침투도억제한다. 항균물질을생산하여장건강을증진한다. 생균제는항균성박테리오신 (D. Carminati et al. 1989, S. Anand et al. 1985), 유기산, 저급지방산, 과산화수소등을합성하여병원균을죽이거나병원균에의한독소생산을억제하고, 독소수용체를분해한다 (Castagliuolo et al. 1999). 이상의작용기작을종합하면 < 표 1-2> 과같다. 4. 프리바이오틱과신바이오틱한편깁슨등 (Gibson & Roberfroid 1995) 은프로바이오틱과유사한기능을가진프리바이오틱 (prebiotics) 이라는개념을제창하였다. 프리바이오틱은 장에유익한미생물의성장을선택적으로활성화하여숙주의건강을개선하는비소화성식품성분 을말한다. 특히비피더스균의생육을촉
8 연구동향 /Probiotics 의기술및시장동향 < 표 1-2> 프로바이오틱의작용기작 주요기능작용기작 ( 추정포함 ) 유당분해능 * 세균성효소작용 (lactase hydrolase) 병원균내성 항결장암 소장세균의과잉생육 면역계조절 * 면역분비효과 * 콜로니형성억제 * 독소의결합부위저해 * 병원균에부적합한장내환경개선 (ph, 저지방산, 박테리오신생성 ) * 장내균총의영향 * 장점막에부착하여병원균의접착방지 * 장점질물생성촉진으로병원균의상피세포에부착저해 * 변이원과결합 * 암유발인자의비활성화 * 암물질합성효소의저해 * 면역반응 * 이차담즙농도에영향 * 과잉성장균총의활성을조절하여독소생성감소 * 과잉성장한균총의활성이나증식을억제하여장내환경개선 * 감염이나종양에대한비특이적방어체계를강화시킴 * 항원에특이적인면역반응계에서보조효과 * 내분비형 IgA 의합성촉진 알레르기 * 항원의혈액내이동저해 혈청지방, 심장질환 고혈압내성 * 세균세포내콜레스테롤자화 * 가수분해효소에의한담즙분비증가 * 항산화적효과 *Peptidase 에의한유단백분해로 angiotensin 1 전환효소를저해하는트리펩티드생성 * 세포벽이 angiotensin 전환효소저해제로작용 비뇨기감염 * 뇨관 질관세포에부착 * 콜로니형성저해 * 저해제합성 H. pylorie 감염 *H. pylorie 저해제합성 ( 젖산등 ) 간장뇌수요법 * 우리아제합성소화관균총의저해 진하므로, 비피더스균인자 (bifidus factor, bifidogenic) 라불리기도한다. 프로바이오틱은생균제이지만프리바이오틱은화학물질이라는점에서양자는확연히구분된다. 프리바이오틱은대부분당류물질이다. 대표적인것으로는락튤로스 (lactulose) 와락티톨 (lactitol) 및올리고당 (oligosaccharides) 을들수있다. 락튤로스와락티톨은소장에서는소화 흡수되지않으 며, 대장에이르러비피더스균등의유용세균들이분해하여증식에이용한다. 올리고당도비소화성내지난소화성으로, 유익한균총의생육에이용될뿐아니라, 모유에많이함유되어있어분유첨가제로주목받고있다. 최근에사료첨가용의경우프로바이오틱과프리바이오틱을혼합한신바이오틱 (synbiotics) 형태로제품이개발되어, 수요가점차증가하고있다.
식품기술제 17 권제 3 호 (2004. 9) 9 이를통해생균제의장내정착력을더욱증진시키며 (Collins & Gibson 1999), 사료효율을개선하는효과를얻게된다. 발이부분적으로완성단계이므로, 기능성발효유제조나새로운유전자치료법으로이용될것으로기대된다. 5. 프로바이오틱의응용프로바이오틱의효능이매우넓기때문에응용분야도많다. 대표적인사례를몇가지소개한다. 건강식품및의료용의소재유당불내증 (lactose intolerance) 의저하, 장기능개선, 설사 변비의치유, 혈압및혈중콜레스테롤의강화, 면역기능의향상, 대장암의발생방지및헬리코박터세균에의해발생하는유해한노화물질의발생반응을사전에예방하는효과가있다. 화장용소재장기능의증진으로피부미용을개선시키므로, 여성대상의미용식품첨가제로수요가클것으로보인다. 이밖에도여드름과모낭충치료제로의이용도확대되고있다. 국내연구는아직출발단계이다. 사료첨가제프로바이오틱의효능은동물에대해서도인체와유사하므로, 사료첨가제로서의수요가확대되고있다. 전술했듯이사료분야는신바이오틱형태로급성장할것으로보인다. 이분야의연구도국내에서는출발단계이다. 생백신개발안전한식품첨가물 (GRAS) 로인정받고있는비피더스균은장내의유산균보다고농도 (1,000 배 ) 로존재하며, 장벽에대한정착성도우수하다. 따라서이를 vaccine carrier로이용한다면생백신개발에획기적인기여를할것으로보인다. 백신시장은앞으로생백신이콤비백신과더불어주도할것으로보인다. 천연항균물질의생산프로바이오틱의또다른응용분야가항균물질의개발이다. 비항생제인박테리오신은유산균이합성한천연물질이므로소비자의수용도가클것으로보인다. 이미 nisin 등이상품화되어있지만, 앞으로도이러한천연항균제의개발이식품및의약품분야에서고객의천연지향성에편승하여더욱활기를띨것으로보인다. 박테리오신의개발은기존의방부제나보존제시장을대체할가능성이크다. 당류의발효 생산프로바이오틱미생물은안전한식용품목 (GRAS; generally recognized as safe) 이므로, 이것을이용하여다양한당류를생산할수있다. 다당류와과당류및이들을가수분해하여기능성을향상시킨당유도체를합성할수있을것이다. 외래유전자의발현시스템개발 국내에서비피더스균의 food grade host-vector system 및외래유전자의발현시스템에대한개
10 연구동향 /Probiotics 의기술및시장동향 < 표 2-1> EU 의 STARLAB 프로젝트 STARLAB PROJECT in EU LAB* with modified properties in milk fermentation 프로테아제활성을변형시킨균주의개발 Control of bacteriophage development in LAB 박테리오파지에대한내성균주개발 Molecular biology and genetics of thermophilic LAB 호열성유산균의분자생물학적연구 Carbon catabolite conrol in food-grade Lactobacilli for strain deveopment 특정기질에서생육이효율적인발효종균을개발 Cell engineering in Lactococcus lactis Catabolite repression 이해제된변이주의개발 LAB for production and delivery of mucosal immunogenes * LAB : Lactic Acid Bacteria 백신의전달수단으로서유신균의이용방안
식품기술제 17 권제 3 호 (2004. 9) 11 Ⅱ. 기술동향 1. 해외기술동향 프로바이오틱산업은선진국을중심으로급성장하고있다. 그러나 2003년에 WHO 의 CODEX Food Elementarius 가 유전자재조합식품용생균제 의사용규제안을제정하기로합의한바있어, 앞으로프로바이오틱은식품용미생물로활용폭이확대될것으로기대된다. 낙농이발달한유럽에서는이미 1982년부터 <Biotech G Program> 에의해유산균유전자에대한체계적인연구가진행되어왔다. 지금은 60 여개의연구단체가참여한 STARLAB(Strategic & Applied Research in Lactic Acid Bacteria) 프로젝트를통해균주의개량, 대사회로의규명과수식, 유용물질의생산개발을추진하고있다 ( 표 2-1). 유럽에서는이밖에도노르딕프로그램 (Nordic Program) 과유럽연합행사 (EU Fair CT96 Probdemo) 를통해프로바이오틱유산균에대한기준을마련한바있다. 현재서유럽에서는프로바이오틱과항산화제가기능성식품시장을주도하고있으며, 이에부응한제품들이개발되었다. 이들에게관심이많은건강요인은면역증강, 변비예방, 콜레스테롤저하, 암예방, 튼튼한뼈, 에너지충전, 소화기건강등으로프로바이오틱의효능과관련된것이많았다 (< 표 2-2>). < 표 2-2> 서유럽에서관심이많은건강요인 순위 영국 프랑스 독일 1 에너지충전 에너지충전 면역증강 2 튼튼한뼈 콜레스테롤저하튼튼한뼈 3 치아건강 질병저항성 치아건강 4 유방암감소 면역증강 에너지충전 5 콜레스테롤감소변비예방 소화기건강 미국에서는청 장년대상의맞춤식품이부상하 고있다. 맞춤식품은식이섬유, 기능성물질 ( 비타 < 표 2-3> 미국유소년의 8대기능식품 순위 제조사 제품명 1 Stony Field Farm Co. Yo Baby TM 요 2 Pedialyte 3 Ross Product Foods Co. Pedilyte Frozen Pop 수 4 PediaSure TM 섬 5 Gerber Foods Co. Tender Harvest 천 6 Beech Nut Co. Naturals 천 7 Metabolic Response Modifier Attention! 행 8 Aqua Cuisine Co. Salmon Franks Burgers 오 민 무기질 호르몬 ), 저열량감미료및면역강화 나병원성억제용유산균음료가주류를이룬다. Danone, Nestle, Child-Hansen 등은특정균주와 개인건강을 연계한 제품을 출시하였고, Syonny Field Farm은 6종의 프로바이오틱을 혼합한 Nutrica 를발매하여, 소화증진, 유당불내증완 화, 칼슘흡수능개선, 면역향상, 암예방등을모 두해결하려고시도하여인기를얻고있다. 미국유소년층을겨냥한제품개발도활발하다. 이들이선호하는 8대건강식품은수분이나전해질 음료 (2), 천연유기질재료 (2), 요구르트 (1), 섬유질 음료 (1), 오메가지방산 (1), 행동장애용 bar(1) 등 TM 수
12 연구동향 /Probiotics 의기술및시장동향 으로나타났다 (< 표 2-3>). 일본에서는 1984년특정보건식품이문부성의특정연구과제로출발하여 1991년기능성식품으로개칭하였고, 1995년 10개품목이 97년에는 100 개품목으로확대되었다. 지금은 167개품목에 2,000억엔규모의시장으로성장하였다. 제품의유효성과안전성을임상적으로규명한유산균제제, 올리고당, 식이섬유, 대두단백질등이두각을나타내고있다. 일본에서건강기능식품시장은소화기계제품이주도하고있다. Snow Brand, Yakult, Meiji Dairy Product 등의유가공업체가중심이되어요구르트등의다양한유산균음료를개발 출시하였다. 전문발효기업인 Kyowa Hakko는유산균의종균을공급하는스타터비즈니스를주도하고있으며, Ajinomoto는유산균음료인칼피스를녹차와혼합한제품을개발하여크게히트하였다. 다음으로학술연구를살펴보면, 유전자조작에의한유산균유전자에대한연구와유산균의장에대한부착실험이활기를띠었다. Bifidobacterium 에서발현되는유전자는항생제내성유전자뿐이었으나, 이탈리아의 Rossi 등 (2000) 은 Bifidobacterium longum MB219의 lacz 유전자를클로닝하여염기서열과발현및전사부위를규명하였다. 또한비피더스균의플라스미드를셔틀벡터 pbes2 에결합하여세균및동물세포의유전표지인 GFP 를 mrna 수준에서발현시켰고, pbes2 를여러비피더스균에서발현시켜모균보다활성이강한형질전환체를얻는데성공하였다. 일본의 Yazawa 등 (2000) 은 B. longum 이쥐의종양에부착 증식한다는사실을발견하였다. 따라서비피더스균의발현시스템에항암유전자를도입하여대장암세포에특이적으로부착시킬수있다면항암물질을전달할수있을것으로기대된다. 그밖에, Lactobacillus lactis, L. casei, Leuco- nostoc paramesencteriodes 등에대한형질전환실험도성공적으로이루어진바있다. 유산균중에서최근에각광을받는미생물은루테리균과비스판균 (Bispan strain: Bacillus polyfermenticus SCD) 이다. 이들은다양한생리활성기능과면역증진및광범위한살균효능을나타낸다. 미국의 Rolfe 등 (2003) 은프리바이오틱이위장건강에미치는영향에대해집중적으로연구하였다. 2. 국내기술동향국내기술동향은학계중심의연구활동, 기업체중심의유산균발효유개발, 벤처중심의스타터개발등으로특징을지을수있을것이다. 우선학계의주요연구사례를보면, 양수진등 (1999) 은전세계를공포로몰아넣었던대장균 O157의성장을유산균이억제한다는사실을규명하여큰반향을일으켰다. 정은지등 (1997) 도유산균이설사유발균인살모넬라와대장균에억제효능이있음을동물실험을통해입증하였다. 억제기작은식중독균이분비한독소 (verotoxin) 를유산균의배양물이중화시키는것으로알려져있다. 비피더스균을이용한유산균의유전자발현시스템개발이서울대의지근억등 (2002, 2003) 을중심으로많은진척을이루었다. 지금까지개발된대장균의유전자발현시스템은안전성에문제가있으므로, 안전성이입증된비피더스균등의장내유용세균을이용한연구가주목을받고있다. 비피더스균에서이용할수있는벡터는세가지이다. 하나는비피더스균의 replicon 이며, 둘째는이균과유연관계에있는미생물의 replicon, 셋째는넓은 host range 를가진플라스미드이다. 비피더스균의 replicon 에대해서는볼로냐대학, 쿄토대학, 야쿠르트 ( 주 ) 를중심으로연구되어왔다. 그결과 B. longum 및 B. breve가소형 (1.25-9.5kb) 플라스미드를함유한것으로확인되었다. 이중
식품기술제 17 권제 3 호 (2004. 9) 13 pcibb1 pmb1 pkj50 pkj36의염기배열이해독되었고, pcib1, pkj50, pkj36은단상 DNA를중간체로하는 rolling circle replication에의해복제된다는사실도밝혀졌다. 1980년대중반부터비피더스균의셔틀벡터가개발되었다. pkj150과 pkj36 및 pmb1 을기초로항생물질표지를 E. coli vector 에결합한 E coli- Bifidobacterium 의셔틀벡터가제작되었고, pmb1 에기초한셔틀벡터도 Bifidobacterium 과 E. coli 를이용하여복제되었다. 또한유전적으로유연관계에있는 Corynebacterium sp. 의플라스미드를 Bifidobacterium sp. 에서복제할수있다는사실이밝혀졌다. 이러한셔틀벡터는식품용의클로닝이나발현벡터의구축에이용될수있을것으로보인다. 박명수등 (2001) 은비피더스균에서 α-amylase, β- galactosidase, β-xylosidas, α-glucosidase 등을클로닝하여염기서열을분석했고, 세포외분비시스템을포함한식용유전표지를이용하는방안을개발하고있다. 아울러비피더스균의세포벽에부착하는열처리단백질에관한연구도진행하고있다. 비피더스균에서외래유전자가발현되려면우선비피더스균이장에잘부착되어야하는데, 부착기작은균종마다다른것으로알려져있다. Bifidobacterium 은병원성장내세균의부착을저해한다. 부착기작을규명하기위하여부착능과 autoaggregation의상관성, 세포막표면의소수성과부착능간의상관성이주로연구대상이되고있다. 지금까지의연구결과세포벽은소수성이강하고, autoaggregation능이있으면유산균이세포막에부착할수있는것으로밝혀지고있다. 유산균은위장벽에서식하면서위장염과위장암을유발하는헬리코박터세균의생육을억제한다는사실이알려지면서, 이균에대한연구가한국야쿠르트 ( 주 ) 등을중심으로활발히진행되었다. 면역과민반응과노화원인으로추정되는활성산소를대장균이나포도상구균 (Staphylococcus aureus) 에비해 10배이상유발하는헬리코박터세균에한국인은 20세이상의경우 90% 가감염되어있어, 유산균제제나비타민 C의투여에의한효능실험이매우긴요한실정이다. 한국식품개발연구원의차성관등 (2003) 은프로바이오틱과유산균식품의개발및박테리오신생산균의개발에대해, 경남대의이나경과백현동등 (1998, 2003) 은유산균과그들이분비하는박테리오신에대해집중연구하였다. 박테리오신생산균주의탐색은시료를희석 도말하는 dilution streaking법과항균물질생산균주를직접분리하는 triple agar법 (WJ Kim et al. 1996, NK Lee et al. 2000) 을이용하였다. 배양조건은 MRS배지상에서 25~35 에서일정시간배양한후, 형성된콜로니를분리하여 20%-글리세롤을 overlay하고 -70 에서보관하였고, 박테리오신의측정은 spot-on-lawn 법, well-diffusion 법, paper-disc법등을사용하였다. 정제는분별침전법, 이온교환크로마토그래피, 젤여과크로마토그래피, HPLC 등이이용되었다. 전통발효식품의발효에관여하는프로바이오틱은대부분유산균으로이들이합성하는박테리오신의일종인니신 (nicin) 을전통발효식품에대해적용하는연구가증가하고있다. 대표적인사례가김치의시어짐방지연구이다. 전통발효식품유래의항균물질및박테리오신은 < 표 2-4> 와같다. 최근에는유산균을이용하여기능성저분자물질과고분자물질을합성하는연구가활기를띠고있다. 예컨대, 기능성저분자물질로는 CLA (conjugated linoleic acid) 와 GABA(gamma amino butylic acid) 및비타민류가있다. 항암 콜레스테롤저하 체중감소기능을가진 CLA는 Lactobacillus reuteri나 Bifidobacterium sp. 에의해발효 합성
14 연구동향 /Probiotics 의기술및시장동향 < 표 2-4> 전통발효식품에서분리한주요박테리오신 종류생산균정제법 * 연구자 Lab JJ2001 Lactobacillus JJ2001 ND YB Cho 등 (1997) Caseicin K319 L. casei LAB 31-9 ND SS Bae 등 (1997) - L. curvatus SE1 IEC(14KDa) SK Kim 등 (1998) - L. brevis GFC(59 kda) DS Cha 등 (1996) Laticin BH5 Leuconostoc lactis ASP EP IEC(3.5 kda) HJ Lee 등 (1999) - L. lactis subsp. lactis A164 CEC UF(3.5 kda) CI Cheigh(1990) HJ Choi 등 (2001) Lactococcin K3113 L. lactis LAB3113 ASP(10.5 kda) YJ Shin 등 (1997) - L. lactis subsp. lactis H559 ND JW Hur 등 (2000) EH Park(1998) Laticin NK24 L. lactis NK24 ASP(3.5 kda) NK Lee(2001) Lacticin SA72 L. lactis SA72 EP(3.5 kda) KM KOO 등 (2001) Lactococcin K L. lactis KCA2386 CEC GFC(8.1 kda) SH Ko(2000) Leucocin K Leuconostoc LAB145-3A CEC GFC(4.4 kda) SY Choi 등 (1992) - L. mesenteroides DU-0608 ASP(6 kda) DS Cha 등 (1996) Leucocin J Leuconostoc sp. J2 ASP(2.5-3.5 kda) HJ Choi 등 (1999) *ASP: ammonium sulfate precipitation, CEC: cationic exchange chromatography, EP: ethanol precipitation, GFC: gel filtration chromatography, IEC: ion exchange chromatography, ND: not determined, UF: ultra filtration, - : unnamed 한다. GABA는혈압조절과신경안정작용을한다. 유산균을이용하여 B2, B12, 엽산등의비타민, 알라닌등의아미노산및솔비톨 만니톨 타가토스등의당물질을생산하는공정에대한연구도활발하다. 이밖에 probiotic therapy 의일환으로유산균을이용한알레르기발생을억제하는연구도진행되고있다. 많은임상실험에서유산균의투여가알레르기발생을반감시키는것으로보고되고있다. 장내세균의활성에직접적인영향을주는식이섬유에대한연구도활발하다. 건강기능식품의발전및연구방향 (2003. 5.24, 이화여대 ) 에서발표한강순아 ( 경희대 ) 의조사에의하면, 국내식생 활이육류와가공식의영향으로식이섬유섭취량이하루 1~3g으로일일권장량 (20~30g) 에비해크게못미치는것으로나타났다. 이에따라성인병발생률이높아지고있어식이섬유강화식품이활발히개발되고있다. 지금까지는곡류의호분층이나뿌리식물 ( 곤약 ) 및해조류를이용했으나, 점주성과관능성의문제로수산폐기물의섬유소분리와발효에의한다당류 ( 셀룰로오스, 프락탄, 레반, 이눌린 ) 및올리고당 (fructo, galacto, isomalto) 을생산 이용하는방향으로나가고있다. 3. 국내바이오벤처동향
식품기술제 17 권제 3 호 (2004. 9) 15 셀바이오텍 ( 주 ) 은유산균에대한광범위한연구를하는연구기업으로, 국내산업체에유산균스타터를공급하고있다. 최근에는장에도달하는내산성유산균, 헬리코박터세균을죽이는박테리오신합성유산균, 노화방지기능을가진유산균등을개발하였다. 유산균을위산이나담즙산및내열성을보강하기위해 soypeptide를코팅한 PROLAC TM, polysaccharide 등을코팅한 DUOLAC TM 등의제품과항균성펩티드를개발하였다 (< 그림 2-1>). 셀바이오텍 ( 주 ) 은 2002년부터인바이오넷 ( 주 ) 및그린바이오 ( 주 ) 와합동으로 프로바이오틱커뮤니티 를결성하여공동해외마케팅을전개하기로합의한바있다. 바이오솔루션 ( 주 ) 은젖산균의일종인비스판균 (bispan strain) 에락토페린유전자를재조합하여항균성 ( 헬리코박터세균 ) 과항암성및콜레스테롤저해기능을가진유산균제제를개발 출시하였다. 제일바이오 ( 주 ) 는 2003 년말에연구소를대폭확장하면서, 가금및양돈용사료첨가제인프로바이오틱과아스타산신을개발하여사료시장에뛰어들었다. 파마넥스코리아 ( 주 ) 는 프로바이오틱 PCC 라는신제품을출시하고인터넷판매를강화하고있다. ( 주 ) 비피도는셀바이오텍과더불어유산균스타터의공급에주력하고있으며, 1999년창립한이래, 한국인의인체에서분리한 300여종의비피더스균을이용하여많은건강보조식품을생산하고있다. 아울러대장암을억제하는식품소재, 면역강화물질및 GRAS 항목으로분류된안전한비피더스균을이용한식용수준의미생물유전자의발현시스템을한국의틈새기술로개발하였다. 박명수등 (2001) 은유용유전자를장까지도달시키기위해숙주의장에정착할수있는비피더스균을이용하였다. 안정성이뛰어난유전자전달체개발로 먹는백신의개발이나각종식품에이용할수있는길이열리게되었다. ( 주 ) 비피도는현재이러한 < 그림 2-1> 셀바이오텍이개발한 PROLAC과 DUOLA 발현시스템에항암유전자나백신유전자를도입하는연구를진행하고있다. 이밖에한국생명공학연구원과한국식품개발연구원등의연구기관, 대학내의벤처및대기업부설의벤처에서도활발한제품개발이이루어지고있다. 4. 기술문헌분석
16 연구동향 /Probiotics 의기술및시장동향 KISTI 의이야기멀티 (probiotic/198001-200310/is) 로검색한결과총 664 건을얻었다. 기술문헌의 검색원은 FSTA( 식품가공학 식품공학 ) 가 334 건으 334 74 로전체기술문헌의 50.3% 를차지하였고, BIST ( 과학기술문헌 ) 가 212 건 (31.9%), DIMD( 석박사학 위논문 ) 가 107건 (16.1%), COMP( 응용과학, 공학 ) 가 7건 (0.01%), ITTI( 산업기술동향 ) 이 4건 (0.006%) 으로뒤를이었다. MCAT( 연구보고서 ), NTIS( 미국정부지원연구보고서 ) 는한건도검색되지않았다 (< 그림 2-2>). 각보문의기술내용의구성에대해서는지면관계상생략한다. 74 comp 212 itti 334 bist dimd 74 comp 212 itti 107 fs ta 334 bist dimd 107 fsta < 그림 2-2> 프로바이오틱기술문헌의구성 Ⅲ. 특허동향 1. 특허출원개황 107 212 KISTI 의이야기멀티로세계주요지역의특허자료를검색하였다. 검색조건은 probiotic/199001-200212/ad이었다. 세계주요지역별특허출원건수는총 1,401 건이었다. 이중 JEPA( 일본특허 ) 가 688건 (49.1%) 으로과반을차지하였고, EUPA( 유럽특허 ) 414건 (29.6%), USPA( 미국특허 ) 192건 (13.7%), KUPA( 한국특허 ) 107건 (7.6%) 이뒤를따랐다 (< 그림 3-1>). 일본은비피더스균과올리고당을비롯한프리바이오틱스의상관성에대해출원이많았으며, 우리나라는 7.6% 로아직낮은수준이었다. 지역별, 연도별출원동향을보면, 1990년이후점차로증가하여 2001년에피크에도달했음을알 160 140 120 100 80 60 40 20 4 3 11 60 3 8 14 58 4 17 25 53 5 13 17 57 01 01 01 0 0 4 1986 1989 1992 1995 1998 2001 < 그림 3-2> 연도별지역별프로바이오틱특허수있다. 다른지역에비해유럽연합의성장세가두드러진것도눈에띄는현상이다 (< 그림 3-2>). 700 600 500 400 300 200 100 0 일본 (JP) 688 유럽연합 (EP) 414 미국 (US) 192 대한민국 (KR) 107 < 그림 3-1> 세계주요지역별프로바이오틱특허출원 2. 특허기술분석 기술및연도별상관관계를보면 C12N( 미생물, 효소, 그증식물 ) 이 1991년이래계속수위를점유하고있으며, A61K( 의료 치과 화장품분야 ), A23L( 미생물및효소의분리 정제 ) 이뒤를따른다. 다음그림은특허출원기술과출원연도간의상관관계를나타낸것이다 (< 그림 3-3>). 4 21 23 53 8 29 25 56 4 20 38 39 10 17 31 78 6 17 39 50 8 18 38 49 21 13 46 68 11 8 70 62
식품기술제 17 권제 3 호 (2004. 9) 17 300 1995 1994 1993 1992 150 1986 1987 100 50 0 1991 1988 1989 1990 C12N A61K A23L A23C C12R C12P A23K A61P A01N C12Q 150 1986 195 1987 10 194 50 0 198 193 192 1989 190 191 C12N A61K A23L A23C C12R C12P A23K A61P A01N C12Q 250 200 150 100 50 0 Snow Brand Milk Meiji Milk Calpis Morinaga Milk Probi AB Nestec SA Valio Sapporo Brewery C05 C02 C08 A21 A01 C07 0 A61 A23 C12 < 그림 3-3> 세계프로바이오틱특허출원기술- 연도별상관관계 위의내용을더자세히살펴보면다음그림에서보는바와같다 (< 그림 3-4>). 450 400 350 300 250 200 150 100 50 0 1986 1990 1993 1996 1999 2002 C12Q A01N A61P A23K C12P C12R A23C A23L A61K C12N < 그림 3-4> 연도별세계프로바이오틱특허출원 상세내용 상위 15위를점유한출원인을보면, 일본의 Snow Brand Milk( 雪印乳業 ) 이 270여건으로가장많았고, Yakult Honsha, Meiji Milk, SP Nestle, Calpis, Asahi Chemical, Morinaga, Biogia Biology, Nestec, Compagnie, Valio, Kanebo, Sapporo Beer 순이었다 (< 그림 3-5>). < 그림 3-5> 프로바이오틱상위 15위출원인별기술내용 이들의기술내용은 C12(Snow Brand 115, Meijoi 91, Yakult 72), A23(Snow Brand 93, Yakult 52, SP Nestle 51, Meiji 40), A61(Calpis 44, Yakult 42, Kanebo 36, Abbott 31) 등이주를이루고있다 (< 그림 3-6>). 436 104 11 7 18 12 65 5 92 43 26 4 714 735 C12 A23 A61 104 924326181217654 C07 735 A01 A21 C08 436 C02 C05 714 G01 C1 C09 B09 < 그림 3-6> 세계프로바이오틱관련출원기술분석 여기에서 C12는생화학, 미생물학, 효소학, 유전공학관련분야이며, A23은식품및식료품, A61 은위생, 의학, 수의학분야를나타낸다. 즉, 미생물을유전공학적처리로개량하여효소활성을향상시키고, 이를이용하여만든프로바이오틱생성물을식 의약용또는사료용으로이용하는특허가주를이루고있음을알수있다.
18 연구동향 /Probiotics 의기술및시장동향 다음그림은출원인과출원건수가비례관계에있음을보여준다. 아울러 1990년부터출원이본격화하여 2001년까지출원인과출원건수가꾸준히증가해왔음을알수있다 (< 그림 3-7>). 400 350 300 250 200 150 100 50 0 ; 11114 2 1112 78 83 99 92 118 101 101 54 618686 92 109 86 136 112 113 188 214 146 136 134 148 151 47 1987 1989 1991 1993 1995 1997 1999 2001 2003 59 544 1 Num. of Applicants Num. of Appliance < 그림 3-7> 연도별프로바이오틱출원인과출원건수 2003년현재, 국내의박테리오신관련한특허출원은총 50건으로김치와젓갈류에대한특허가각각 6건과 1건씩포함되어있다. 주요출원내용은박테리오신생산균의분리와식품에의이용 ( 한국식품개발연구원, 경남대환경문제연구소, 풀무원 ), 김치의산패방지와보존기간의연장 ( 두산종합식품 ), 식이섬유발효유생산 (NTK Korea), 치즈생산, 박테리오신의생산방법개발등이었다. Ⅳ. 시장동향 1. 유산균과발효식품 3,000년의역사를가진유산균발효는서양에서는케피르 (Kefir) 를포함한발효유와소시지중심의낙농제품의제조에이용되었다. 이에반해우리나라에서는삼국시대초기부터김치, 장류, 젓갈을비롯한농수산식품의제조에많이이용되어왔다. 최근에는사료첨가제로수요증가가세계적추세이다. 김치발효의경우, 초기에는그람음성균 (Aeromonas sp., Bacillus sp.) 이주도하다가숙성기 (ph 4.3) 에는젖산균이 10 8-9 CFU/ml 의농도로존재하면서유산발효를주도한다. 이는유산균음료의 10~100배에달하는수치이다. 대표적인유산발효균은 Lactobacillus plantarum, L. brevis, L. fermentum 및 Leuconostoc mesenteroides와 Pediococcus acidilacticci 등이다. 젓갈발효에서는초기에는내염성의호기및혐기성균이공존하다가, 숙성기에들어가면 Lactobacillus mesenteroides, Pediococcus halophilus, Sarcina litoralis, Bacillus subtilis 등이관여한다. 장류발효의경우는초기에단백질분해능이강한 Asp. oryzae, A. sojae, Bacillus subtilis 등이주도하다가, 숙성기에는유산균인 Pediococcus sojae, Tetracoccus sojae 등이분비한젖산때문에내산성의효모균 (Candida polymorpha, C. versatilis, Zygosaccharomyces rouxii) 이발효를주도한다. 국내에서는한국야쿠르트 ( 주 ), 남양유업 ( 주 ), 서울우유, 매일유업 ( 주 ), 파스퇴르유업 ( 주 ), 롯데햄우유 ( 주 ) 등의대기업이유산발효유와일부낙농발효제품을생산 판매하고있다. 이에반하여셀바이오텍 ( 주 ), ( 주 ) 비피도, 파마넥스, 바이오솔루션, 선플러스등의바이오벤처는유산균중심의프로바이오틱스타터를, 제일바이오 ( 주 ) 등의중소기업체에서는사료용프로바이오틱을생산 판매하고있다. 2. 국내발효유시장국내시장에서유산발효유는액상의장 ( 腸 ) 요구르트 ( 메치니코프, 불가리스, 닥터캡슐 ), 호상요구르트 ( 실프, 미즈 ) 및기능성위장용의드링크발효유 ( 루테리, 엔요, 미즈, 뷰티요구르트, 윌, 선플러스, 위력 ) 등이경합하고있다.
식품기술제 17 권제 3 호 (2004. 9) 19 < 표 4-1> 발효유의종류별판매량추이 ( 단위 : 개 / 일 ) 연도 액상 (60ml) 호상 (100g) 드링크 (150ml) 전체 1991 12,623,923 1,655,826 231,730 14,511,479 1992 12,736,705 1,778,877 589,228 15,104,810 1993 12,930,547 1,604,932 849,004 15,384,483 1994 14,156,180 1,736,151 1,062,647 16,954,978 1995 14,754,733 1,856,324 1,521,477 18,132,534 1996 14,054,718 1,640,671 1,766,469 17,461,858 1997 13,781,611 1,640,984 2,001,372 17,423,967 1998 11,627,747 1,206,454 1,527,960 14,362,161 1999 12,160,909 1,331,155 1,632,534 15,124,598 2000 12,252,118 1,725,214 1,800,137 15,777,469 시장규모가가장큰액상발효유는 1971년에한국야쿠르트에의해국내에처음소개되었고, 1980 년대중반에호상요구르트가등장했으나, 떠먹는불편으로 90년대에드링크발효유가등장하여발효유시장은삼파전을이루고있다. 2000년 9월에한국야쿠르트가장 ( 腸 ) 뿐아니라위장 ( 胃臟 ) 에도좋다는고기능성 < 윌 > 을출시한데이어, 2001년에는남양유업과매일유업도각기 < 위력 > 과 < 구트 > 를출시하여고기능성드링크발효유가등장하였다. 국내발효유시장의전체규모는 2000년의 8,400억원에서 9,400억원 (2001), 9,800억원 (2002) 을거쳐금년에는 1조원을돌파할것으로전망되고있다. 90년대초는액상및호상의시장점유율이각각 61.7% 와 34.3% 였으나, 2000년에는액상, 호상, 드링크발효유가각각 43.2%, 20.6%, 36.2% 로저가에서고기능성의드링크발효유로선회하는경향을보여준다. 호상발효유는 2000 년도후반에등장한스틱형요구르트 ( 연간 1,000억원매출 ) 의판매호조로 2001년에는전년대비 12.2 % 의성장률을나타내었다 (< 표 4-1>, < 그림 4-1>). < 그림 4-1> 발효유종류별시장점유율 3. 국내위장용요구르트시장한국야쿠르트 ( 주 ) 는 2000년 9월부터 < 윌 > 을출시하여국내전체시장의 75% 선인일일 60만개를판매중이며, 금년에다시녹차의카테킨과철분, 칼슘, 식이섬유, 포도추출물등을함유한 < 실프 >
20 연구동향 /Probiotics 의기술및시장동향 를출시하였다. 남양유업 ( 주 ) 은 2001년 3월에 < 위력 > 을출시하여일일 8~10만개를판매하고있다. 매일유업 ( 주 ) 은 2001년 5월부터 < 구트 > 를출시하여일일 8~10만개를판매하고있다. 금년부터 GG유산균제제인어린이용 < 엔요 > 출시했는데, 어린이의성장에필요한비타민 8종, 철분, 칼슘, 카테킨등을함유하고있다. 해태유업 ( 주 ) 은 2002년부터 < 위화장력 > 을출시하였다. 파스퇴르유업 ( 주 ) 은 < 뷰티요구르트 > 를 2002년 7월에출시하였는데, 폴리페놀, 알로에, 콜라겐, SOD(super oxide dimutase), 치커리식이섬유, 락튤로스등을함유하고있다. 서울우유 ( 주 ) 는 2002년 11월미용발효유인 < 미즈 > 를출시하였는데, 미용발효유로콜라겐, 이소플라본등의피부보호제와여드름균을살균하는유산균, 비타민 (A C), 식이섬유, 올리고당및마 ( 痲 ) 의추출물을함유시키고있다. 4. 국내장 ( 腸 ) 호상요구르트시장장요구르트의경우, 한국야쿠르트 ( 주 ) 는 2002년부터위장에기식하는병원균인헬리코박터세균의생육저해능이있다는 < 메치니코프 > 를출시, 매월 50만개를판매하고있는데, 이는전년대비 30% 가증가한것이다. 남양유업 ( 주 ) 은 L. bulgaricus 를이용한 < 불가리스 > 를출시하여매월 45만개를판매하고있다. 이는전년대비 30% 가증가한것이다. 매일유업 ( 주 ) 은 < 닥터캡슐 > 을출시하여매월 15만개씩판매중이다. 호상요구르트는한국야쿠르트 ( 주 ) 의 < 실프 > 와서울우유 ( 주 ) 의 < 미즈 > 가시장을이끌고있으나, 최근에는정체내지하향세를보이고있다. 다음그림은액상및호상발효유의국내시장추이를나타낸것이다 (< 그림 4-2>). < 그림 4-2> 액상및호상발효유의소비량과신장률 5. 프로바이오틱미생물시장국내시장규모는 500억원으로추정된다. 지금까지일본등지에서수입하여완제화하다가 2, 3 년전부터 ( 주 ) 비피도와셀바이오텍 ( 주 ) 이자체개발한유산균스타터를중소기업에공급하고있다. 매출규모를공식발표한자료는아직없다. 최근각광을받는비스판균은대부분일본에서원말 ( 原末 ) 을수입하여국내에서부형제를첨가하여혼합제제화한것이다. 일본 Mikuni Kagaku( 三國化學産業 ) 의원말을순천당제약 ( 주 ) 등이수입하여제제화한사례를들수있다. 국내외를불문하고앞으로발효유산업의성장과더불어점차시장이크게확대될것으로보인다. 6. 세계발효유시장세계발효유시장은 1994년의 1,720만톤 (365억 $) 에서 1998년에는 2,030만톤으로연평균 4% 의신장률을나타내었다. 2000년은 409억 $ 로완만한성장세를보이고있다. 2003년까지연평균 3% 대의성장률을보일것으로전망된다. 서유럽시장은
식품기술제 17 권제 3 호 (2004. 9) 21 11% 의고성장을이루고있으나, 북미시장은 0.1% 로답보상태이고, 일본은제품개발에힘입어 20% 가성장하였다. 나머지아시아, 중남미, 아프리카는각각 6.6%, 13.4% 및 5.6% 를나타내었다 (< 그림 4-3>). 가 1992년이후보합세를보이고있으나, 한국은꾸준히상승하고있다. 1997년한국소비량은일인당 14.2본으로, 핀란드 (42.8), 불가리아 (30.0), 화란 (19.8), 프랑스 (19.1), 스위스 (18.0) 에이어여섯번째로높았다 (< 표 4-2>). 이는전통적낙농국가인유럽지역에이어 OECD에가입한우리나라의식생활패턴이서구화한것과무관하지않으며, 앞으로도소비는일본과더불어더욱증가할것으로전망된다. < 표 4-2> 국가별발효유소비량추이 ( 본 / 일 ) 구분 1993 1994 1995 1996 1997 핀란드 37.5 37.4 37.4 38.3 42.8 < 그림 4-3> 세계발효유시장의매출및신장률추이세계발효유시장의제품구성을살펴보면액상과호상은침체된반면, 드링크류는지속성장하고있음을보여준다 (< 그림 4-4>). 불가리아 30.0 32.0 NC NC 30.0 네덜란드 20.6 20.8 19.7 20.0 19.8 프랑스 17.3 17.7 18.2 18.5 19.1 스위스 17.0 17.4 17.9 NC 18.0 한국 10.6 11.6 13.2 12.0 14.2 덴마크 16.9 15.1 14.4 13.9 13.7 8,000 7,000 6,000 5,000 4,000 3,000 2,000 1,000 0 91 92 93 94 95 96 97 98 99 00 독일 11.3 12.5 12.9 13.1 13.5 벨기에 9.5 11.0 12.1 11.8 NC 노르웨이 NC 5.5 5.4 NC 9.6 일본 8.5 NC NC NC NC 아르헨티나 NC NC 6.4 6.1 6.1 오스트레일리아 4.3 4.7 5.2 5.1 5.5 < 그림 4-4> 세계발효유시장의제품별성장추이 주요국별연간일인당소비량은대부분의나라 미국 4.7 4.7 5.2 4.8 NC NC : Not Checked
22 연구동향 /Probiotics 의기술및시장동향 Ⅴ. 맺는말 프로바이오틱의향후전망과국내산업의발전을위해몇가지의견을종합하고자한다. 소비자들의건강지향성에힘입어프로바이오틱생균제는앞으로도더욱각광을받을것으로보인다. 프로바이오틱시장을주도하는유산균발효유는고기능성및다기능성의약식품 (medifoods) 이주도할전망이므로, 이에부응하는제품개발이필요하다. 제조원가를낮추기위한원재료의개발, 고농도배양법개발, 동결건조시생균의사멸률최소화및유통과정에서생균보호를위한부형제의배합기술이개선되어야상품성이제고될것이다. 아울러 microencapsulation과코팅을포함한제제화기술의개발이필요하다. 위장과담즙에실활되지않고장관에서생존하는균주개발을위한유전공학적연구가강화되어야한다 (Collins & Gibson 1999, Tannock 1997). 수입하는프로바이오틱은외국인에게적합한것이므로, 한국인에맞는미생물을개발해야한다. 셀바이오텍과 ( 주 ) 비피도등이이러한연구에앞장서고있는것은고무적인일이다. 프로바이오틱의안전성확보를위한위약대조구, 대사, 흡수, 약리활성, 재현성, 작용기작등에대한연구와 synbiotics에서프로바이오틱과프리바이오틱의상관관계에대한연구가필요하다. 위염, 위암을유발하는헬리코박터세균에대한프로바이오틱의억제기작의규명도중요하다. 한국인의 90% 가이균에감염되어있으므로, 이균이체내에서발생시키는유해활성산소를유산균과비타민C가어떤기작으로제거하는지밝혀야한다. 프로바이오틱을이용한고기능성저분자의발 효도관심의대상이다. GABA, CLA, 비타민, 올리고당등의개발은새로운기능성식품시장을개척하게할것이다. 아울러장내정착성이강한비피더스균을백신운반체로이용하여생백신을개발한다면이역시새로운백신시장을개척하게할것이다. 우리의전통발효식품은유산균에의해발효가주도되므로, 유산균이합성하는박테리오신의생산은각별한의의가있다. 다만유산균박테리오신이그람양성균에좁은항균범위를가지며, 내성균의출현이문제되고있으므로, 다른항균제와의혼용방안을검토해야한다. 산업용박테리오신개발은기존의방부제나보존료를대체할수있으므로, 일단개발한다면큰시장을형성할것으로보인다. 특히우리의오랜과제인김치의시어짐방지에도기여할것으로기대된다. 프로바이오틱을포함한건강기능식품의효능표시에대한법제화를서둘러야한다. 영양소의기능강조, 구조와기능강조, 질병위험감소등에대한허가규정이빨리정비될수록프로바이오틱을포함한건강식품산업의발전이탄력을받을것이다. 우리경쟁국인미국과유럽은건강식품의효능표기를이미허용했거나허가방향으로가고있으며, 일본에서도부분허용하는방향으로규제를완화하고있다. 국내에서만유독효능표시를엄격히규제한다면수입품에대한경쟁력을잃게되지않을까우려된다. Ⅵ. 참고문헌 1. 박명수외, Bifidobacterium 을이용한유전자발현시스템의개발과이용가능성, 생물산업, 14 (1), 29-35, 2001 2. 박명수외, Probiotics 개발및식품생명과학전
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