나노바이오 기술 활용 미래 농식품 포장

나노바이오 기술이란?

나노바이오 기술이란 바이오 기술에 나노를 접목한 기술이다. 생명체를 구성하는 바이오 물질을 나노미터 크기의 수준에서 조작, 분석하고 이를 제어할 수 있는 과학과 기술을 통칭한다.

 

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나노바이오 기술의 적용, 농식품 포장

농식품의 저장 기간, 품질 등을 향상시키기 위해 나노기술 기반 농식품 포장재 관련 많은 연구가 시도되고 있다.

 

최근에는 융합 나노바이오 기술을 활용한 농식품 포장이 소개되었다. 융합 나노바이오기술이란, 나노소재·나노기술 활용으로 바이오소재를 가공하거나, 박테리아와 같이 살아있는 바이오 시스템을 조절할 수 있는 기술이다. 미래 농식품 산업을 위하여 농식품 포장재 기술에 적용하고 개발할 수 있는 융합 나노바이오기술 연구가 활성화되고 있다.

 

융합 나노바이오 기술은 새로운 농식품 포장재를 개발하거나, 농식품 포장 내 복잡한 바이오 시스템 행동을 조절하는 등 여러 가지 부분에 적용된다.

 

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나노바이오 기술이 농식품 포장에 적용될 때 우리에게 주는 장점은 다음과 같다.

 

첫 번째, 항균성이 향상된다.

나노바이오 물질의 미세한 구조로 미생물을 관통하거나, 표면 전하 성질을 이용해 미생물 막을 손상시킨다. 이를 통한 미생물 활성 시스템 방해와 생물 막(Biofilm) 형성 억제로 미생물이 활성화되어 발생하는 농식품의 부패를 막아 농식품 품질이 향상된다.

이와 같은 기술에 사용하는 대표적인 나노물질로는 은, 산화마그네슘, 산화구리, 이산화티타늄 등 무기물 나노입자와 셀룰로스, 키토산 등 천연 물질 기반 나노입자가 있다.

그뿐만 아니라, 항균성을 높이기 위해 미생물의 부착을 억제하고 방해하는 나노기술도 알려져 있다. 미생물 또는 먼지 부착을 감소시키기 위해 연잎과 같은 나노구조의 표면 속 초소수성이 활용된다.

 

두 번째, 강도가 향상된다.

1993년, 농식품 포장재 강도를 높이기 위한 광물 유래 나노클레이 기반 복합체가 소개되었다. 이는 불규칙한 100나노미터 이내의 판상 구조를 가져, 강도 향상 목적으로 사용되었으나 최근에는 가스 흐름 속도를 크게 낮추어 농식품의 부패도 늦출 수 있다고 소개되었다.

이외에 나노입자가 균일하게 분산되어 있으면, 5% 이하의 첨가량임에도 불구하고 기존 포장재보다 물리적인 강도가 향상될 뿐만 아니라, 열적·광학적 특성이 증가하기 때문에 새로운 포장재 소재기술로도 관심 받고있다.

 

세 번째, 가스 차단성이 향상된다.

농식품 보존 시 농식품 자체 내 방출되는 수분, 에틸렌 가스가 부패와 산화의 주요 요인이다. 이 가스의 흐름을 나노바이오 기술로 억제함으로써 농식품 부패와 산화를 늦출 수 있다.

최근에는 나노바이오 기술을 활용한 샌드위치 구조의 고분자·그래핀 나노복합물 필름이 수증기 투과를 87.6% 감소시킨다고 소개되었다.

 

마지막으로, 선도 감지에 탁월하다.

선도 감지는 식품 안전을 위한 중요한 목표 중 하나이다.

최근에는 농식품 선도를 유통 도중에 감지할 수 있는 융합 나노바이오 기술이 적용된 포장재가 개발되고 있다. 일반적인 용기 라벨 형태로 농식품의 선도 변화 감지에 중점을 둔 기술이다. 미생물 성장을 촉진하는 질소 화합물, 이산화탄소 등의 함량 및 발생 감지 센서가 대표적이다.

 

산업 시장에서의 나노바이오 기술 적용과 미래

융합 나노바이오 기술 기반 농식품 포장재 개발에 전 세계 400개 이상의 회사가 뛰어들고 있다고 한다. 전 세계 나노바이오 기술 기반 농식품 포장재 시장은 2017년에 31조 원으로 추산되었으며, 연평균 성장률 12.7%로 상승 추세를 보인다고 한다. 이는 전체 시장의 10%에 해당하는 비율이며, 미래 농식품 포장재 시장의 중요 기술이자 성장 동력이라 볼 수 있다.

 

세계적으로 나노입자 및 나노클레이 기반 농식품 포장재가 상용화되면서, 소비자에게 나노바이오 기술 기반 농식품 포장재에 대한 긍정적인 인식을 심어주었다. 이러한 추세에 따라 미국, EU, 일본 등 여러 나라에서 이와 관련된 안전관리 및 규제 방안을 마련하고 있다.

 

< 출처 : 「제3기 국가나노기술지도(‘18~‘27)」 수립, <과학기술정보통신부 홈페이지>, 2018.07.10, https://www.msit.go.kr/bbs/view.do?sCode=user&mId=113&mPid=112&bbsSeqNo=94&nttSeqNo=1388644 >

 

 

우리나라의 경우, 과학기술정보통신부에서 '제3기 국가나노기술지도(2018-2027)'를 수립하여 핵심 나노 기술 육성 기반 혁신성장을 선도하고 있다. 농식품 포장재 폐기를 위한 폐기 현황 모니터링 시스템 구축과 친환경적 나노 제품 폐기 가이드라인 마련 등이 추진 중이다.

 

융합 나노바이오 기술은 활발하게 시작되는 분야이다. 그만큼 개발과 산업화를 위한 정부 차원의 적극적인 투자가 필요하다. 기술 특성상 융·복합적 연구가 필수적이기 때문에 다학제 간 연구 환경 지원도 중요하다. 나노바이오기술 농식품 포장재 적용의 경우, 안전성이 중요한 만큼 국가적 차원의 안전 가이드라인도 필요할 것이다.

 

[출처]

- "혁신의 창 - 미래 농식품 포장을 위한 융합나노바이오 기술", <농림식품기술기획평가원 블로그>, https://blog.naver.com/ipet1002/222377143394, 2021.05.31.

- 강형준, 「바이오경제와 지속가능한 농식품시스템」, <세계농업 2020, 5월호>

- 권오복, 김종호, 정호근, 이웅연, "농식품 R&D 전망과 정책 과제", <한국농촌경제연구원>, 2009.10.01.