기능성 강화 우유 김 상 범 축산과학원 낙농과 농업연구사 최근 FTA 체결에 따른 축산물 수입개방으로 낙농업과 유가공 산업이 어려움에 직면한 상황에서 국제경쟁력을 가진 기능강화 우유 및 유제품의 개발과 생산이 절실히 요구되고 있는 실정이다. 더불어 기능강화 우유 산업은 세계 기능성 식품시장 내에서 소비가 급증하고 있으며, 자신만의 영역을 구축해 나가고 있는 21세기형 식품시장에 있어 하나의 특징적인 트렌드로 자리매김하고 있다. 먼저 기능강화 우유를 알아보기 전 기능성 식품에 대한 기본 개념이 우선일 것이다. 기능성 식품이란 식품의 1차적 기능인 영양 기능, 2차적 기능인 기호 기능 및 3차적 기능인 생체조절 기능 가운데 3차 기능인 생체조절 기능을 강조한 식품으로서, 식품 성분이 갖는 생체방어 및 조절, 질병의 방지와 회복 등 생체조절 기능을 생체에 충분히 발휘할 수 있도록 설계되고 가공된 식품을 말한다. 오늘날 소비자들은 과학의 진보와 생명과학기술의 발달 등으로 인해 식품을 과거의 생명유지의 개념에서 벗어나 식품 고유의 기능에 부가적으로 건강에 유익한 다양한 기능을 더한 기능성 식품 및 음료를 요구하게 되었으며 다양한 기능을 강화한 강화식품이 등장하게 되었다. 이러한 기능성 식품 중 음료 산업이 가장 급격하게 성장하고 있는데 우유는 유일하게 그 자체로 영양적 가치를 가진 기능성 식품 시장의 선두 주자로서 영양적인 가치를 첨가할 수 있는 이상적인 운반체이며, 음식에 부족한 많은 영양소를 가지고 있어 가장 큰 잠재력을 가지고 있다고 본다. 본고에서는 어려운 현실을 극복하기 위한 방안으로 부각되고 있는 각종 기능성 물질이 강화된 우유 및 유제품의 생산이라는 시대적 흐름을 알리고, 다양한 기능을 가지는 천연 원료물질의 활용측면에서 기능강화 우유에 사용될 신소재들을 몇 가지 소개하고자 한다. 1. 기능강화 우유 산업의 도입이 필요한 이유? 21세기를 접어들면서 건강에 대한 관심과 의술의 발달 등으로 우리나라 국민들의 평균수명이 높아짐에 따라 65세 이상의 고령화 인구비율도 계속 증가하는 추세에 있다. 또한 성인병을 비롯한 만성퇴행성 질환자에 대한 의료비 부담문제가 현실화되고 있다. 사망원인 또한 감염성 질환의 비율이 감소하면서 대표적인 성인병인 순환기계 질환과 암에 의한 사망자 비율이 전체의 절반에 가깝고 점차 경제생활에 여유를 가지면서 건강하게 장수하고자 하는 욕구가 커지고 있기도 하다. 기능성 식품은 내적으로는 개개인의 욕구를, 외적으로는 의료보건정책을 해결할 수 있는 하나의 대안임이 분명하다. 이러한 측면에서 우리나라의 경우 예로부터 민간식이요법이 다양하여 기능강화 식품의 원료를 선택하기가 가능하다는 장점을 가지고 있다. 또한 서두에 밝힌바와 같이 낙농산업이 어려운 현실로 보아 낙농산업에 있어서 국가간의 경쟁력을 키우고 나아가 현실을 극복할 수 있는 길이라 생각된다. 2. 국내외 기능강화 우유 시장 세계 기능성 식품 시장규모는 1,600억달러(2006년)로 생활수준 향상, 고령화로 인한 건강지향 욕구 증대 등으로 매년 평균 15% 이상의 고성장이 예상된다. 국가별로는 미국과 일본, 유럽이 전체 시장의 약 80% 이상을 차지하고 있다. 또한 기능강화 우유 시장은 2~3백억달러(2006년) 수준으로 매년 약 10%씩 급격히 성장하고 있는 상황이다. 한편, 국내 건강 기능성 식품 시장규모는 2006년 대략 5조원 이상으로 추정되며, 이 중 기능강화 우유 시장은 약 5천억원으로 우유 시장의 약 30%에 달한다. 3. 기능강화 우유의 신소재 1) 지방산(Fatty Acid) 지방은 지방산과 글리세린이 결합한 것이다. 지방산이란 대부분 탄소수가 4개에서 22개로 포화 및 불포화 지방산으로 구분되며, 포화지방산과 1가 불포화지방산은 체내에서 합성되지만 다가 불포화지방산은 체내에서 합성되지 않아 반드시 식품으로부터 섭취하여야 한다. 이 때문에 다가 불포화지방산을 필수지방산이라 한다. (1) 공액리놀렌산(Conjugated Linolenic Acid; CLA) 공익리놀렌산(CLA)은 필수 지방산인 리놀렌산의 이성질체이며, 이성체 중 cis-9, trans-11과 trans-10, cis-12가 생리활성을 가지는 것으로 알려져 있다. 또한 반추동물에서 유래되는 우유, 유제품 및 육류에 비교적 다량 존재하고 있다. 지금까지 CLA는 항암효과, 면역조절효과, 체지방 감소효과, 항산화 효과, 항동맥경화 효과, 당뇨 치료효과, 뼈강화 효과 등 다양한 생리활성적인 효능을 가지는 것으로 보고되어지고 있다. 이러한 기능을 가진 CLA의 원료물질로는 해바라기유, 대두유, 홍화유 등에서 제조하여 다양하게 출시되고는 있으나, 축산물에 이용하기에는 경제적인 어려움이 있는 단점을 가지고 있다. 하지만 최근 유채, 폐식용유, 콩, 쌀겨, 목화씨, 옥수수, 땅콩, 대두유 등에서 추출한 다양한 식물성, 동물성 기름 등의 재생 가능한 자원을 알코올과 촉매 반응 후 생성되는 부산물에서 추출한 CLA는 종래 고가의 CLA 첨가사료를 대체할 수 있을 것으로 기대된다. (2) 감마 리놀렌산(Gamma Linolenic Acid; GLA) 달맞이꽃(월견초)의 종자에 들어있는 지방산으로서 미생물에 의해 생산되고 있는 ω-6 계열의 불포화지방산이다. 생리기능에 대해서는 고콜레스테롤과 고지혈증의 예방, 아토피성 피부염의 개선, 월경통의 경감 등이 보고되어 있고, 알코올 대사산물의 분해를 촉진하여 알코올 대사를 쉽게 이루어지도록 한다는 보고도 있다. 유아나 노인, 병약자에 있어서 동물성 지방의 과잉 섭취, 과음과 가공식품에 의한 무기물 및 비타민 B1 부족, 당뇨병에 의한 인슐린 부족 등에 의해 리놀산으로부터 GLA가 충분히 합성되지 않는 사람이 늘고 있다. 이러한 경우에는 GLA를 체외로부터 직접 공급 받아야 한다. GLA는 그 밖의 다양한 생리활성 기능도 가지고 있어 많은 연구가 이루어지고 있다. (3) DHA(Docosahexaenoic Acid) DHA는 물고기 기름 속에 존재하는 탄소수 22개, 이중결합을 6개 갖고 있는 ω-3 계열 지방산의 일종으로 등푸른 생선에서 추출한 불포화 지방산이다. 이는 뇌 세포의 신경돌기 부분의 인지질에 10~20%가 들어 있어 뇌와 신경조직 및 눈의 망막 조직의 주요 구성성분이며, 혈중 중성지방과 콜레스테롤을 낮추는 효능이 있다고 알려져 있는 물질로 알려져 있다. 이와 같은 탁월한 기능을 갖고 있는 DHA를 식품에 응용하여 기능성식품 소재로 하려는 연구가 시도되고 있다. (4) EPA(Eicosapentaenoic Acid) EPA는 탄소수가 20개 2중 결합 5개를 가진 ω-3 계열의 불포화지방산이다. 공업적으로는 EPA를 다량 함유하는 정어리와 같은 등푸른 생선(10~20% EPA함유)으로부터 얻으며, 95%의 EPA 제품은 의약품으로 개발되고 있다. EPA의 기능으로는 혈액 중 중성지방의 콜레스테롤의 함량 저하작용, 혈압강하, 혈소판 응집 억제작용, 혈액 점도의 저하 및 유동성 증가, 대장암, 전립선암의 억제작용 등이 알려져 있으며, 이와 같은 작용에 의해서 뇌졸중, 심장병, 동맥경화, 고혈압 등과 같은 혈액 순환기계 질병의 예방과 치료에 크게 효과를 나타내는 것으로 알려져 있다. 2) 우유의 펩타이드 (1) 심혈관계 펩타이드 우유 단백질에서 유래되는 기능성 펩타이드는 심혈관 계통에 효과가 있는 펩타이드가 존재하는 것으로 밝혀져 있으며, 항혈전 및 항고혈압 펩타이드로 구분할 수 있다. 혈관 내에서 혈액이 응고 되면 혈전이 형성되어 혈액순환에 방해를 받게 되는데, 이 결과 심근경색, 뇌졸중, 폐동맥 경색증, 부종이나 염증을 유발할 수도 있다. 우유 단백질인 κ-케이신에서 유래된 펩타이드에서 혈전의 방지에 효과가 있는 것으로 알려져 있다. 고혈압은 순환기계 질병의 원인이 되는 동시에 뇌출혈, 심장병 및 신장병 등과 합병증으로 나타날 경우 치사율이 매우 높은 만성 퇴행성 질환으로 본태성 고혈압의 원인 중에서 레닌 안지오텐신계가 혈압조절에 매우 중요한 역할을 한다고 알려져 있다. 천연 물질 중 우유 단백질에서 유래된 항고혈압 펩타이드로는 αS1-케이신, αS2-케이신, β-케이신 및 κ-케이신과 알파 락토알부민(α-LA), 베타 락토글로블린(β-LG) 그리고 락토페린(LF)의 효소 가수분해물에서 유래된 펩타이드들이 있는 것으로 알려져 있다. 그러나 천연물이라는 측면에서 ACE저해에 대한 역가는 합성 치료제 보다는 낮으나 안정성이 높아 예방의학적 차원에서 기능성 식품의 원료로서 사용 가능할 것으로 생각된다. (2) 신경계 펩타이드 식품 중에도 진통, 마취, 평활근 수축 등에 관여하는 엔케팔린(진통제) 등과 기능적으로 유사한 작용을 하는 아편상 펩타이드가 존재하는 것으로 알려져 있다. 식품 중의 아편상 펩타이드는 진통, 마취 이외에도 장관연동, 동맥이완, 혈압강하, 수면 조절, 식이섭취 조절에도 관여하는 것으로 알려져 있다. 이러한 아편상 펩타이드는 우유 단백질에도 존재하는데 αs1-케이신, κ-케이신에서 유래된 펩타이드 및 유청 성분인 α-LA, β-LG 등에서 유래된 펩타이드에서 발견된다. (3) 면역계 펩타이드 생체의 방어를 위해 호중구(백혈구의 일종)나 대식세포(면역을 담당하는 세포)의 탐식작용이 이루어지는데, 우유 단백질 중 케이신과 유청에서 유래되는 펩타이들가 이러한 탐식작용을 활성화, 항체생산증가, 병원균 감염에 대한 방어 작용 등에 효과가 있는 것으로 알려져 있다. (4) 영양계 펩타이드 우유 단백질인 케이신의 펩타이드 중 케이신 포스포 펩타이드(Casein Phosphopeptide; CPP)는 칼슘의 흡수를 촉진하는 펩타이드로서 조제분유나 유아식의 칼슘 강화 첨가물로 이용되고 있다. 또한 유청 단백질에서도 칼슘 및 철분과 결합할 수 있는 부위가 존재하는 것으로 알려져 있다. 3) 기타 (1) 레시틴(lecithin) 사람의 뇌는 지방이 60%로 구성되어 있으며, 이중 수분을 제거한 나머지 30%가 레시틴이다. 두뇌 신경세포의 30%가 레시틴으로 구성되어 있기 때문에 과로한 업무와 만성 피로, 스트레스가 많은 현대인에게 있어서는 반드시 필요한 물질이라 할 수 있으며, 노화방지나 항산화작용을 하는 비타민 E(tocopherol)의 체내 흡수를 도와주는 역할도 레시틴의 효과라 할 수 있다. 레시틴은 인지질의 일종인 포스파티딜 콜린(phosphatidylcholine)의 일반 명칭으로 막 인지질의 포화지방산을 불포화 지방산으로 전환시켜 혈관벽 세포의 유동성을 유지하며, HDL 콜레스테롤 수치를 상승시키는 작용을 한다. 주 기능으로서는 동맥경화 예방, 심근경색, 협심증 및 뇌출혈을 예방하는 효능이 있으며, 간염이나 지방간 및 신경기능 개선에도 도움을 주는 것으로 알려져 있다. 이러한 레시틴의 유화작용은 혈중 콜레스테롤을 간장으로 운반하여 혈관 벽에 콜레스테롤이 침착하는 것을 방지한다. 레시틴은 식품첨가물로도 지정되어 있으며 유화제로서 초콜렛, 캬라멜 등에 쓰이고 있다. 산화 방지 작용도 있어 빵, 비스킷, 케이크 등에도 쓰인다. 또한 레시틴은 소화성 마이크로캡슐 재료로 의약, 식품 분야에서 사용되고 있다. (2) 안토시아닌(Antocyanine) 식물에 있는 영양·약리성분은 색소류, 폴리페놀, 플라본 배당체, 리그난 배당체 등 여러 가지로 종자 껍질이나 색소 및 식물 잎 표면의 왁스에 분포하는데 항산화물질을 함유한 종자는 예로부터 약용으로 이용되는 등 매우 중요한 자원으로 인식되어 왔다. 대표적 항산화물질로서 안토시안 색소는 검붉은 색을 나타내는데, 이는 성인병의 예방과 치료 효과가 탁월하며, 천연색소 공급 등 기능성 식품으로서 이용 가능성이 매우 높은 것으로 밝혀지고 있다. 유색미의 부산물인 쌀겨, 볏짚 등에도 항산화물질인 안토시안이 다량 존재하며, 이는 젖소 사료로서 매우 훌륭한 자원이다. (3) 타우린(Taurine) 타우린은 아미노산의 일종으로 새우, 오징어, 문어 조개류 등 갑각류와 연체동물의 세포에 과량 존재 하는 물질이다. 알려진 기능으로는 신경조절작용, 항산화작용, 해독작용 등이 있는 것으로 알려져 있다. 이러한 타우린의 생합성 경로는 메치오닌이라는 아미노산을 전구물질로 하여 시스테인, 히포타우린을 거쳐 타우린에 이르는데, 1일 성인 섭취량은 대략 100mg 정도이며, 타우린이 소변과 함께 담즙 등으로 1일 200~500mg 정도가 배설된다. 타우린은 체내에서 기본적으로 생성되지만 생체내의 여러 가지 조건들(스트레스, 과음, 세균 감염, 수술 등)에 의해 소변으로 배설되는 양이 급증하게 되며 결국 타우린에 의해 조절되던 생리적 균형은 깨지게 되어 각종 질환으로 이어지게 된다. 이러한 경우 건강시의 생리적 균형을 회복하기 위해 외부에서 보충해야 할 타우린 양은 200~1,000mg 정도가 되며, 질병상태에서는 1,000 mg 이상이 필요하게 된다. 보통 타우린의 체내 생합성 능력이 한정되어 있기 때문에 음식으로 보충하는 생각을 할 수 있으나 일반적으로 타우린 함량이 높은 음식은 동시에 콜레스테롤 양이 높다. 이에 외부로부터 받은 자극이나 장애를 극복하기 위해서는 타우린을 기능 인자로써 우유에 강화시켜 섭취할 필요성이 있다고 할 것이다. (4) 알긴산(Alginic Acid) 해조류인 미역이나 다시마 등은 물에 넣으면 흐물흐물해지는데 이 성분이 알긴산이다. 알긴산은 많은 부분이 칼륨, 나트륨, 칼슘 등의 무기물과 결합하여 존재하며, 해조 중에서는 대부분 칼륨과 결합하여 존재하고 있다. 사람의 장은 약알칼리성이기 때문에 알긴산이 장에 들어가면 무기물과 쉽게 결합한다. 장내에는 나트륨이 많기 때문에 알긴산은 나트륨과 많이 결합하여 알긴산 자체에서 떨어져 나간 칼륨은 장에서 흡수되어 혈압강하 작용을 하여 혈압을 낮추는 역할을 하게 된다. 최근 성인병 중 상당수인 고혈압의 예방에 알긴산은 효과가 있으리라 본다. 이상과 같이 국내 낙농산업의 어려움을 해결하기 위한 방안으로 기능강화 우유의 생산을 언급하고, 다양한 기능강화를 위한 물질들을 소개하였다. 본고는 현 낙농업에 종사하시는 분들에게 기능강화 우유 생산이란 새로운 도전으로의 계기를 마련하기 위해 소개하였으며, 현재 농촌진흥청 낙농과에서는 다양한 기능강화 물질을 이용한 반추 가축용 사료첨가제 및 기능강화 우유를 연구 중에 있으며, 기개발된 제품들은 기술이전 후 사용되고 있다. 최근 자가 목장형 유가공 형태의 낙농업이 자리매김하고 있는 실정에서 지역활성화와 소득증대를 위한 방법으로 이러한 기능강화 우유를 생산함으로써 고품질·기능강화 우유 및 유제품을 찾는 소비층을 공략하는 방법 또한 바람직하지 않을까 생각한다.