[논문]나노 기술을 이용한 식품 개발

홍근표; 조연지; 김병수; 오재욱; 최미정

나노 기술을 이용한 식품 개발
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문제 정의

인체 내로 직접 섭취하는 식품 분야로 유화 공정 과정의 개선을 통한 나노에멀젼(nanoemulsions) 형성에 관한 연구를 기반으로 하여 다양한 형태의 나노식품에 관한 연구가 폭발적인 관심과 함께 성장하였다. 본 기고문에서는 인체 내로 섭취하는 식품에 국한하여 나노식품기술에 관한 소개와 제품을 소개하고자 한다.
즉, 탄산칼슘 나노입자를 제조한 후에 표면 코팅하여 온도를 가하지 않아도 찬물에 잘 녹으며, 침전이 일어나지 않는 고분산성의 식품첨가용 칼슘제제를 개발하였다. 이는 요구르트, 치즈, 우유 등과 같은 유제품과 쥬스류 등의 식품에 첨가하여 칼슘을 강화하는데 응용 가능성을 제시하였다. 이를 통해 주식회사 MSC는 덴마크 나노칼슘 우유(유제품)를 출시하여 제품화 하였고, 국내에서 시판하고 있으며, 체내의 흡수율이 높은 나노칼슘 임을 강조하고 있다(Fig.
여기서 주목할 만한 부분은 submicron 단위까지 나노식품의 정의에서는 허용한다는 것에 주의할 필요가 있다. 즉, 재료 공학 분야에서는 수십 나노미터의 영역에서 이루어지는 물리화학적 특성 변화가 주를 이루지만, 식품분야에서는 1 mm 미만의 입자로 미세화 하여도 그 성분이 가지는 본연의 특성과 다른 성질이 발현될 수 있기에 크기에 대한 정의를 다소 크게 잡았음을 시사하는 바이다. 이는 약학공학에서 나노입자에 대한 정의를 마련할 때도 submicron 입자 영역까지 포함하는데 이와 유사한 취지에서 확립된 것이라고 사료된다(MFDS, 2012).

제안 방법

1 µm 이하의 입자크기를 지닌 o/w nanoemulsion을 제조하여 돈육 소시지에 첨가 시킨 후 산화안정성 및 물리적 안정성을 조사하였다.
또한 유제품 적용 예로 Baranauskiene 등(2006)은 천연향미제 개발을 위하여 에센셜 오일과 유단백(skimmed milk powder와 whey protein concentrate)을 이용하여 미세캡슐화 기술을 개발하였다. 본 연구에 이용한 미세캡슐화 기술은 분무 건조법으로써 다양한 입자크기를 생산하였으며, 포집된 향미성분의 유출속도를 조절할 수 있었다.
즉, 탄산칼슘 나노입자를 제조한 후에 표면 코팅하여 온도를 가하지 않아도 찬물에 잘 녹으며, 침전이 일어나지 않는 고분산성의 식품첨가용 칼슘제제를 개발하였다. 이는 요구르트, 치즈, 우유 등과 같은 유제품과 쥬스류 등의 식품에 첨가하여 칼슘을 강화하는데 응용 가능성을 제시하였다.

성능/효과

관능검사 결과 나노소금의 입자 크기가 작을수록 짠맛을 더 빨리 강하게 느끼는 것을 알 수 있었는데 이는 비표면적이 늘어나 혀에 닿았을 때 입속에서 확산속도가 빨라져 동일한 농도로 제조된 소금 결정체라 하더라도 상대적으로 더 강한 짠맛을 느낄 수 있었다고 한다(Fig. 5).
셋째, 구성입자 평균 크기가 나노물질 보다 크지만, 나노물질과 동일한 새롭거나 개선된 특징을 갖도록 크기가 1 mm(1000 nm) 미만의 물질이나 소재를 말한다. 넷째, 위의 소재가 각각 또는 상호 화학적 또는 물리적으로 결합되거나 뭉쳐진 응집체를 나노소재라 정의하였다(Fig. 1). 여기서 주목할 만한 부분은 submicron 단위까지 나노식품의 정의에서는 허용한다는 것에 주의할 필요가 있다.
3 nm 미만일 때 함침에 방해를 받지 않고 세포 내로 확산이 빠르게 침투된다고 보고 하였다. 또한 Succinylated wheat-germ agglutinin(2.5 nm)과 bovine serum albumin(3.6 nm)의 구형단백질의 경우 soybean cell 세포벽을 통과하여 세포 내부로 들어가는 것을 관찰할 수 있었다. 반면, 120 kDa의 4.

후속연구

본 연구는 nanoemulsion화 기술을 이용하여 어유가 지닌 양질의 지방산을 육제품에 적용하고자 하는 시도는 매우 좋았으나, 도출된 결과로 미루어 볼 때 물리화학적 안정성에 대한 계속적인 연구가 필요할 것이라 생각된다. 그럼에도 불구하고 육가공 제품 제조에 나노기술을 적용시킨 예는 국내외적으로 매우 미흡한 상태인데 본 연구는 이러한 기술을 적용한 최초 시도로 큰 의미가 있으며, 코팅 막 소재를 바꿔 주면서 개선된 기술이 개발될 수 있으리라 사료된다.
이는 약학 공학에서 도입된 Drug Delivery System(DDS)의 개념과 상충하여 원하는 성분을 코팅, 보호하고 원하는 곳까지 전달시키는 개념으로 생리활성 물질이 소화과정이나 식품 제조과정에서 파괴되지 않고 생체 내 흡수율을 증진시키는데 많은 노력을 기울여 왔다. 기능성 식품 시장의 증대로 나노기술 식품분야의 응용은 앞으로도 지속적으로 성장하리라 기대된다. 이때 고려해야 할 중요한 부분은 식품의 종류와 개발 목적에 따라 입자 개발 방식은 차별적으로 이루어져 같은 소재와 제조법으로 만들어진 입자는 모든 제품에 적용할 수 없으며 최종 제품에 적합한 고유의 입자 제조법을 개발하여야 한다.
또한, 관능개선을 도울 수 있는 다양한 방법의 나노식품 기술이 개발되어 식품 소재의 물리 · 화학적인 특성을 변화시켜 신제품 개발이나 우주인식량 개발에 응용할 수 있으리라 사료된다. 기존의 개선되지 않은 식품의 품질을 향상시킬 수 있는 나노기술이 개발되어 식품가공 기술 분야에 응용 되어지길 기대해 본다.
또한, 관능개선을 도울 수 있는 다양한 방법의 나노식품 기술이 개발되어 식품 소재의 물리 · 화학적인 특성을 변화시켜 신제품 개발이나 우주인식량 개발에 응용할 수 있으리라 사료된다.
무엇보다 유제품은 나노기술이 활용되어 산업화된 제품이 출시 되고 있으나, 육가공품에는 아직 나노기술이 적용되고 있지 않으므로 앞에서 제시한 기술을 근거로 영양학적, 물성학적 특성이 개선된 다양한 육제품이 개발 되기를 희망해본다.
또한 저장 기간 동안 어유의 지방 산화도는 계속적으로 증가되는 경향을 보였다고 한다. 본 연구는 nanoemulsion화 기술을 이용하여 어유가 지닌 양질의 지방산을 육제품에 적용하고자 하는 시도는 매우 좋았으나, 도출된 결과로 미루어 볼 때 물리화학적 안정성에 대한 계속적인 연구가 필요할 것이라 생각된다. 그럼에도 불구하고 육가공 제품 제조에 나노기술을 적용시킨 예는 국내외적으로 매우 미흡한 상태인데 본 연구는 이러한 기술을 적용한 최초 시도로 큰 의미가 있으며, 코팅 막 소재를 바꿔 주면서 개선된 기술이 개발될 수 있으리라 사료된다.

핵심어

질문

논문에서 추출한 답변

나노식품의 포괄적인 정의는?

이러한 나노식품에 대한 실질적인 관리를 위해 2012년 식품의약품안전처에서는 나노식품 응용기술에 관한 보고서에 식품분야 전문가들과 국제적인 조화에 맞추어 나노식품에 관한 정의를 마련하였다. 보고서에 따르면 나노식품이란 “식품의 제조 · 가공에 나노기술이 이용되거나, 나노소재가 첨가된 식품을 말한다”라고 포괄적인 정의를 내렸으며, 이에 사용되는 나노소재라 함은 다음의 네 가지로 정의되고 있다. 첫째, 구성입자 평균(산술) 크기가 나노물질 크기로 제조된 물질이나 소재이다.

고도불포화 지방산을 어떤 방법으로 제조하였을 때 체내 생체 이용률이 증가되는가?

대표적인 예로 항산화제나 대사증후군 증상에 도움을 주는 고도불포화 지방산(PUFA; polyunsaturated fatty acid), 라이코펜, 커큐민, 카로틴, 루테인, EGCG (Epigallocatechingallate)등 다양한 생리활성물질들은 앞에서 기술한 문제점들을 지니고 있는 성분들이다. 고도불포화 지방산의 경우는 amylase를 활용한 inclusion 방법(Lesmes et al., 2009), 즉 amylase의 소수성 helix 내부로 지용성 지방산의 포집방법, 또는 지용성 기능성 성분을 oil상에 녹여 제조한 nanoemulsions(Gupta and Ghosh, 2012) 방법 등을 활용하여 생리활성 성분이 유지되면서 그 크기를 나노 크기로 제조하였을 때, 체내 생체 이용률이 증가되는 것을 알 수 있었다.

나노식품에 사용되는 나노소재를 네 가지로 정의하면?

보고서에 따르면 나노식품이란 “식품의 제조 · 가공에 나노기술이 이용되거나, 나노소재가 첨가된 식품을 말한다”라고 포괄적인 정의를 내렸으며, 이에 사용되는 나노소재라 함은 다음의 네 가지로 정의되고 있다. 첫째, 구성입자 평균(산술) 크기가 나노물질 크기로 제조된 물질이나 소재이다. 둘째, 구성입자 개수의 50% 이상이 제조된 나노물질로 구성된 소재이다. 셋째, 구성입자 평균 크기가 나노물질 보다 크지만, 나노물질과 동일한 새롭거나 개선된 특징을 갖도록 크기가 1 mm(1000 nm) 미만의 물질이나 소재를 말한다. 넷째, 위의 소재가 각각 또는 상호 화학적 또는 물리적으로 결합되거나 뭉쳐진 응집체를 나노소재라 정의하였다(Fig. 1).

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