한국과학기술연구원(KIST) 강릉분원 천연물연구소, 유지혜 선임연구원, 노주원 책임연구원, 오상록 책임연구원

[더케이뷰티사이언스]   2016년 국내 화장품 생산실적은 13조513억원(전년대비 21.6%↑)이며, 이 중 수출은 4조8667억원(46.8%↑) 수준으로 국내 화장품 시장 규모는 미국, 중국, 일본 등에 이어 세계 8위 수준으로 알려져 있다.1

국내 기능성 화장품(코스메슈티컬) 시장은 2016년 약 4.4조원으로 전체 화장품 생산 실적의 34%를 차지하고 있고, 최근 고령화 추세에 따른 항노화(안티에이징) 시장의 급격한 성장과 맞물려 향후 지속적인 성장이 예측되고 있다.2

기능성 화장품이란 일반적으로 특정 성분의 혼합을 통해 특정한 기능을 강조한 화장품을 의미하며 크게 미백, 주름 개선, 자외선 차단 등으로 나뉜다. 최근에는 두피와 모발 및 튼살과 아토피 피부에 도움을 주는 화장품이 추가됐다.

미백 기능성 화장품은 멜라닌 색소 침착을 막기 위한 성분을 넣어 제조되며 주름개선 화장 품은 피부재생 및 항산화를 통한 표피세포의 활성화를 기본으로 하고 있다. 자외선 차단 화장품은 자외선의 차단 효능을 가진 유기·무기화합물을 기초로 만들어지고 있다. 이러한 기능성 화장품을 제조하기 위해서는 특정 기능을 갖는 화합물을 첨가해 제조하는데, 최근 화학물질 노출에 의한 부작용에 대한 문제점이 대두되면서 기능성 화장품의 원료로 합성화 합물 대신 천연물 원료들이 새로운 소재로 각광 받고 있다. 예를 들어 천연 유래 미백소재로 상지, 연교, 감잎과 같은 것들이 국내외에서 널리 쓰이기 시작했고, 식물세포와 발효 배양액 등이 주름 개선 기능성 화장품 원료로 사용되고 있다.

이에 따라 기능성 천연화장품 소재에 대한 특허도 꾸준히 늘고 있어 국내 A사의 경우 300여건에 이르는 특허를 보유하고 있으며 아시아를 중심으로 해외 화장품 회사들도 천연소재를 개발하고 있다.

하지만 이런 좋은 효과를 갖는 기능성화장품들을 개발하기 위해서는 해결해야할 몇 가지 이슈가 있다.

우선 기능성 원료가 어떤 효과를 갖는지 정확한 효과를 분석하는 기술이 필요하다. 기능성 원료 효과의 분석기술은 다양한 연구를 통하여 새로운 효과를 갖는 천연물 원료가 계속 발굴되고 있고, 원료가 갖는 특정 효과에 대해서도 많은 연구결과가 발표되는 등 다양한 산학연 연구를 통해 이슈를 해결하고 있다 .

둘째, 혼합한 기능성 원료가 갖는 특정 성분이 항상 균일하게 공급되는지, 재배 과정에서 투 입될 수 있는 농약이나 독성성분 등 제품의 안전성에 위배되는 성분은 없는지 즉, 소재의 안정성·안전성을 어떻게 유지하는가 하는 기술이 필요하다.

마지막으로 유효약물이 피부에 투입되었을 때 그 효과를 잘 유지하도록 하는 유효약물의 제형 기술이 개발되어야 한다. 유효약물 제형기술 이슈는 국내에서도 부착형, 나노 캡슐 등의 다양한 제형의 연구개발로 해결점을 찾아가고 있다.

그러나 기능성 원료를 안정적으로 안전하게 공급하기 위해서는 대량의 천연물(식물)을 어떻게 확보하는가 하는 재배 이슈를 해결하여야 한다.

특히 식물은 재배 환경에 따라 포함하고 있는 기능 성분의 함량이 크게 차이를 보이는 특징이 있어, 항상 기능 성분의 최대 함량이 일정 하게 유지될 수 있도록 재배하는 기술(품 질관리)을 확보해야 한다.

이러한 문제로 인해 국내에서 사용되는 기능성 화장품 원료들은 대부분 수입에 의존하고 있는 실정이다. 이와 더불어 2018년 8월 나고야 의정서가 발효되어 원료 확보의 어려움에 더해 수입 원료에 대한 가격상승 등 화장품 업계의 부담이 커지고 있는 실정이다. 이를 해결하기 위한 방법으로서 ‘지능형 식물공장’을 제안한다.

‘지능형 식물공장’은 식물이 생장하는데 필요한 빛, 물과 양분을 최적으로 생장할 수 있도록 자동으로 조절 공급하는 시설로서 외부 환경의 영향을 받지 않고 고품질 고수익 식물을 안정적으로 생산할 수 있는 기술이 핵심이다. 태양빛 대신 인공 광원(LED나 형광등 등)을 사용하고 시설 내부의 온도와 습도 그리고 영양액 등을 조절해 식물 생장이 최적화 되도록 하고 생산량이나 특정 성분의 함량을 최대로 조절할 수 있다. 3

‘지능형 식물공장’ 이용시 다단 재배 및 연중 생산을 통해 생산량을 끌어올리고 연중 안정적인 공급이 가능하다는 장점도 있다. 뿐만 아니라 기후변화, 토양・수질 오염 등 외부 환경 변 화에 대응하여 안전하고 깨끗한 농산물을 생산할 수 있어 미래 농업 모델로 평가되고 있다.

하지만 시설이나 장비 등의 초기 투자 비용이 비싸 초기에 식물공장의 비즈니스 모델인 엽채류 등의 일반 식물을 대상으로 재배한 경우 상용화 성공사례가 많지 않다.

그러나 최근 식물 공장의 새로운 돌파구로 ‘기능성 식의약 향장원료’ 생산 연구가 진행되고 있다. 예를 들면 케일에서 항암효과를 가진다고 알려진 기능성분인 시니그린이 양액 조건에 따라 2배 이상 증가 하는 것이 보고되었으며(Scientific reports, (2018) 8:3999) 위염 치료제 원료인 애엽의 기능 성분인 유파틸린Eupatilin은 수분 스트레스에 의해 20% 이상 증가하는 것 등이 알려져 있다. 4

최근 일본에서는 신장질환 환자들을 위한 저칼륨 채소 생산을 위해 식물공장을 활용하고 있으며 미국 캐나다를 중심으로 의료용 마리화나 생산을 위한 식물공장들이 추진되고 있다.

최근 KIST 천연물연구소에서는 자체 연구개발을 통해 확보한 기능성 케일 생산기술을 수요 기업과 기술 이전을 체결했으며 대사증후군 치료를 위한 청경채, 비트 등 기능성 식물 소재들에 대한 연구도 활발히 진행 중에 있다. 또한 기능성 화장품 원료로 인삼뿌리에 비해 기능 성분인 진세노사이드가 4~10배 높다고 알려진 인삼열매 생산에 대한 연구를 통해 인삼열 매의 안정적이며 안전한 생산을 이루는 연구도 진행하고 있다.

결론적으로, 지능형 식물공장을 활용한 기능성 식의약향장 원료의 공급은 여러가지 장점을 갖고 있다.

첫째, 1년 내내 균일한 환경에서 재배가 가능해 균일·균질한 기능성 원료를 요구하는 기능성 화장품 시장에서 새로운 원료 공급처가 될 수 있을 것으로 보인다.

둘째, 기존의 기능성 원료보다 강화된 기능성분을 가진 원료의 공급 또한 기능성 식물의 재배 조건 변화를 이용해 가능할 수 있을 것이다. 따라서 기능성 화장품 원료의 안정적이며 안전한 대체 생산기지로 ‘지능형 식물공장’이 활용될 수 있을 것으로 전망된다.

 


1. 트랜드 분석’, 한국무역보험공사, 2018년

2. 코스메슈티컬 특집, 메리츠 종금증권, 2017년

3. ‘고부가가치형 스마트 식물 공장 시스템 개발’ 보고서, 한국 과학기술연구원, 2014년

4. ‘식물공장을 이용한 고기능성 식물원료 대량생산 시스템’, 산업통상자원부 산업핵심기술개발사업, 한국과학기술연구원, 2018년

저작권자 © THE K BEAUTY SCIENCE 무단전재 및 재배포 금지