■ 연구실 노크 - 특허를 말하다- ⑪ 농촌진흥청 감귤연구소 김상숙 연구사
감귤식초 생산하다 감귤바이오겔 발견 ‘유레카’
고부가가치 바이오겔 생산기술·제품적용 성공
미래는 첨단바이오 전쟁, 경쟁력 확보 시급
기술이전으로 화장품 원료화와
제품 개발 사업화
“처음부터 감귤 부산물을 이용해서 화장품을 만들 생각은 아니었어요. 감귤식초 생산을 위한 연구를 진행하고 있었는데, 그 과정에서 이물질 같은 하얀 거품이 많이 뜨는 거예요. 그래서 부유물을 걷어내는 작업을 하다가 성분분석을 해봤는데, 그것이 바로 바이오겔이더라고요. 그래서 바이오겔의 유효성분을 이용해 다양한 가공품을 만들어보자는 생각으로 이어갈 수 있었지요.”
그렇게 발견된 감귤 부산물의 바이오겔은 한층 더한 기술과 아이디어를 더해 미생물을 이용한 생산으로 첨단의 바이오 소재로 모습을 드러냈다.
농진청 국립원예특작과학원 감귤연구소 김상숙 연구사(50·박사)가 그 주인공이다.
“의외의 장소나 과정에서 연구의 아이디어를 얻기도 한다는 선배들의 말은 들었는데, 제가 직접 그런 경험을 하게 된 것이 신기했습니다. 지금은 더 발전된 감귤바이오겔의 생산과 이를 활용해 인간에 더 유익한 제품을 만들어내는 것이 과제입니다. 감귤은 폴리페놀, 플라보노이드, 카로티노이드 등 유용성분이 다량 함유되어 있어 전 세계적으로 주목받고 있는 과일입니다. 맛있는 감귤과 함께 우리 몸에 더 좋은 감귤로 개발해 소비를 확산시키는 것이 연구의 목적이죠. 그래서 최근에는 감귤의 유용성분을 활용한 화장품, 식품 등 다양한 가공품 개발을 위해 기능성 관련 연구를 진행하고 있는 중입니다.”
감귤은 항산화, 항염·항암 작용 등을 하는 성분을 다량 함유하고 있다. 그러나 감귤은 국내 과일 생산량이 많은 과수임에도 불구하고 주로 생과로 활용되고 있다. 현재 감귤은 생산량의 10~20%만 가공용으로 사용하고 있어 부가가치가 낮으며, 가공 후 발생하는 부산물의 처리가 시급하다는 지적을 받아왔다.
“감귤부산물은 폴리페놀 등 유용성분 함유가 많아요. 그래서 지금 감귤 연구의 틀을 환경 친화적인 처리 기술인 미생물을 이용해 새로운 소재로의 활용한다는 방향으로 진행하고 있습니다.”
김 연구사는 이 과정을 통해 감귤 최적합 바이오겔 생산 미생물 5종을 개발했다. 그리고 특허 3건을 출원했다. 감귤 착즙 잔류물을 이용하는 셀룰로오스 겔의 생산 방법, 글루콘아세토박터 속 (CRSK13-12 KACC 91875P)과 이를 생산하는 방법 외 2건, 활성 성분이 흡착된 감귤바이오겔과 이를 생산하는 방법 등이다.
감귤바이오겔은 순수한 셀룰로오스로 3차원의 망상구조를 가지고 있는 섬유다발로 탄소원의 조절을 통해 물성 조절이 가능하단다. 또한 감귤부산물 중 과육 부산물을 이용해 생산원가는 40% 낮추고, 생산수율은 30% 이상 높이는 저비용 고효율의 감귤바이오겔 생산 기술을 개발했다. 그래서 기존 바이오셀룰로오스의 낮은 생산성과 고가의 생산원료 문제점을 극복했다.
“감귤바이오겔은 피부 밀착력이 우수하고, 세포독성이 없으며 수분함유력이 높은 우수한 천연소재로 기존의 화학 메트릭스를 대체해 감귤바이오겔 팩과 기능성 화장품, 피부보호·상처치유용 소재, 만성피부질환 치료 분야 등 의료분야에도 적용 확대가 가능합니다. 이러한 기술들은 업체에 기술이전 돼 20여 종의 화장품 등으로 개발되어 판매되고 있습니다.”
“감귤바이오겔은 순수한 셀룰로오스로서 식물에서 얻어지는 셀룰로오스는 리그닌이나 헤미셀룰로오스 등이 존재하지만 미생물을 이용해 생산되는 감귤바이오겔은 순수분리정제 기술이 필요 없고, 무독무해하며 미세한 나노섬유구조로 이뤄져 있는 비전도성 물질로 다양한 산업에 적용시킬 수 있는 소재입니다. 특히 공극이 많아 보습력이 우수하고 화장품에 적용할 수 있는 15N/㎠로 초정밀 나노 분쇄가 가능한 신소재이기도 합니다.”
감귤바이오겔의 유용성 확대를 위해 외부기관과 공동연구도 마다하지 않았다. 그렇게 최근의 감귤바이오겔은 생체와 생물에 대한 친화성이 더 높은 소재로 개발해나가고 있단다. 세포 재생을 위한 지지체 개발, 감귤 바이오겔을 이용한 하이드로겔로의 개발 등 생체소재 개발을 지속적으로 추진 중이다. 또한 기술이전도 속도를 내고 있다. 국내외 산업체에 기술이전을 통해 대량 생산 및 상품화는 물론 산업재산권 확보 경쟁을 선도하고 있다.
“감귤바이오겔의 활용도를 높인 결과는 마스크 팩이나 고상 혹은 액상의 화장품 원료, 식품 및 의약품 분야에 높은 효용가치를 가지는 것도 확인했습니다. 현재 인공피부 등 의약품산업 및 건강 보조식품의 원료로 적용 가능성 확인을 위한 연구도 활발하게 진행 중입니다. 국내에 화장품 원료로 사용되는 원자재는 거의 대부분을 수입에 의존하고 있는데, 우리의 기술이 국내에서 상용화 된다면 수입대체 효과가 클 것이라고 생각합니다.”