단체 식 해 오염균 방 응 연구개발

사 기획연구

주 기 : 서강 학교

연구책임자 : 최정우

2012.03

교육과학기술부

제 출 문

한국연구재단이사장 귀 하

본 보고서를 기획연구과제인 “단체 식 해 오염균 방 응 연구개발 사

기획연구”의 최종보고서로 제출합니다.

2012 년 3 월 29 일

○ 연구기 명 : 서강 학교

○ 연구책임자 : 최 정 우

○ 연 구 원 : 오 병 근

○ 연 구 원 : 권

○ 연 구 원 : 남 은 숙

○ 연 구 원 : 민 홍

○ 연 구 원 : 이 종 서

※ 본 보고서의 내용은 기획연구과제 연구 의 의견이며, 한국연구재단의 공식 인

견해와는 다를 수 있습니다.

최종보고서 록

리번호 2011-0032005 연구기간2011년 12월 30일 ~2012년 03월 29일

연구과제명

(한 )단체 식 해 오염균 방 응 연구개발 사 기획연구

( 문) R&D planning research for the prevention of food pathogenic microbes in provision of school meal

연구책임자(연구기 )

최정우참 여연구원수

총 15 명연 구용역비

30,000 천원

요약 면수 : 111 면

추진 배경 식품의 안정성은 사회가 선진화 되고 식품산업의 발전과 더불어 소비자의 인식변화, 관

심도 증가로 인해 사회적 문제로 대두되고 있음. 단체급식의 경우, 오염 지표의 오염에 따른 대량 식중독 사태로 경제적인 막대한 손실을 유발하므로

체계적인 관리가 필요함. 추진 내용 본 연구기획에서는 단체 급식 위해 오염 지표 예방 및 대응에 관한 연구를 위하여 다

음과 같은 사항들을 조사하고 분석하여 총체적 연구를 기획함.. 식품위해 안전 관련 기본 현황 조사 및 분석 기획 단체급식 위해 오염 지표 대응, 방안 신규 R&D 연구 기획 식품위해 오염 지표의 효과적인 검출을 위한 시료 전처리 기법 연구 오염 지표 타겟 물질의 선택적, 특이적 검출을 위한 감지 방법 연구 식품위해 오염 지표 측정 시스템, 소형화 기술 오염 지표의 효과적인 통제, 관리를 위한 실시간 네트워크 구축 연구

신규 R&D 연구 과제 도출 식품 시료 전처리 기술 식품부패 관련인자 검출 단백질 부패 관련 인자 측정용 나노라만/광학 기반 검출기술 부패 기인 독소 측정용 단백질 기반 나노플라스모닉/광학 검출기술 부패 유발 미생물, 바이러스 측정용 항온 핵산 증폭/비접촉식 질량기반 고속 검출 기술 신선도 관련 활성도 측정용 광학기반 검출기술

식품부패인자 검출용 통합 센서 시스템 구축 기대성과 기술현황, 수요조사, 특허 분석을 통해 단체급식 위해 오염균 예방 및 대응 연구개발에

대해 필요한 기술을 정확히 파악하여 경제적인 과제를 생성. 새로운 위해요소 검출 시스템은 식품위해요소 검출과 관련된 기반 기술 확립이라는 이

점 이외에도 국가적 식품위생 시스템을 고도화하여 식품안정성을 향상시키며 안전한 식품을 국민에게 제공함으로 신뢰도를 높임.

색인어

한 단체 급식, 식중독, 위해 오염균, 식품 부패, 바이오센서, 어

school meal, food poisoning, food putrefaction, pathogenic microbes, biosensor

- 4 -

↑ 10cm

↓

안 내 문

(편집순서 11 참조)

↕2.5㎝

단체

식

해오염균

방

응연구개발사

기획연구

한국연구재단

↑1cm↓

↕2㎝ ↑

기획연구-0000-000 5cm ( 리번호 기재)

↓

(국문) 연구과단체 식 해 오염균 방 응 연구개발

사 기획연구

( 문) R&D planning research

for the prevention of food

pathogenic microbes in

provision of school meal

서강 학교 최 정 우

2012. 03. 29

한국연구재단

↑2cm↓

요 약 문

Ⅰ. 제 목 단체급식 위해 오염균 예방 및 대응 연구개발 사전기획연구

Ⅱ. 연구 개발의 목적

본 연구기획에서는 단체 급식 위해 오염 지표 예방 및 대응에 관한 연구를 위하여, 식품 위해 안전 관련 현황 조사 및 분석, 위해 오염 지표 처리, 감지 기술 개발, 통합시스템 및 실시간 모니터링, 지역관리센터 피드백에 이르는 네트워크 구축에 이르는 총체적 연구를 기획하여 기술로드맵, 과제 제안 요청서(RFP)를 제시함

Ⅲ. 연구 개발의 내용 및 범위

식품위해 안전 관련 기본 현황 조사 및 분석 기획

단체급식 위해 오염 지표 대응, 방안 신규 R&D 연구 기획 식품위해 오염 지표의 효과적인 검출을 위한 시료 전처리 기법 연구 오염 지표 타깃 물질의 선택적, 특이적 검출을 위한 감지 방법 연구 식품위해 오염 지표 측정 시스템, 소형화 기술 오염 지표의 효과적인 통제, 관리를 위한 실시간 네트워크 구축 연구

신규 R&D 연구 과제 도출 식품 시료 전처리 기술 식품부패 관련인자 검출 단백질 부패 관련 인자 측정용 나노라만/광학 기반 검출기술 부패 기인 독소 측정용 단백질 기반 나노플라스모닉/광학 검출기술 부패 유발 미생물, 바이러스 측정용 항온 핵산 증폭/비접촉식 질량기반 고속 검출 기술 신선도 관련 활성도 측정용 광학기반 검출기술

식품부패인자 검출용 통합 센서 시스템 구축

Ⅳ. 연구 개발 결과의 활용 계획

기술현황 및 수요조사, 특허 맵 분석 등을 통해 단체급식 위해 오염균 예방 및 대응 연구개발에 대해 필요한 기술을 정확히 파악하여 경제적인 과제를 생성

새로운 위해요소 검출 시스템은 식품위해요소 검출과 관련된 기반 기술 확립이라는 이점 이외에도 국가적 식품위생 시스템을 고도화하여 식품안정성을 향상시키며 안전한 식품을 국민에게 제공함으로 신뢰도를 높임

SUMMARY

Ⅰ. Title

R&D planning research for the prevention of food pathogenic microbes in provision of school meal

Ⅱ. Purpose and needs for research and development program

In this research, to prevent and cope with food poisoning related disasters in school meals, several essential materials will be studied. (1) Investigation and analysis on current food safety status, (2) effective sample preparation techniques for the biological food poisoning materials, (3) selective and sensitive measurement methods, (4) Miniaturization & Integration technology and (5) the real-time feedback network system. By considering these resources an appropriate and an efficient technology roadmap and RFP will be proposed.

Ⅲ. Contents and scope of program

Investigation and analysis on current food safety conditions

Development of new R&D research projects to prevent and cope with food poisoning in school meals Research for the effective sample preparation technique for the biological food

poisoning materials in school meals Research for the selective and sensitive measurement method for the biological

food poisoning materials in school meals Research for the Miniaturization & Integration technology of the biological food

poisoning materials measurement systems Research for the real-time network system to control and prevent food

poisoning related disasters in school meal system

Development of new R&D research projects Development of sample preparation technique for the biological food poisoning

materials Development of biological food poisoning materials detection system Development of Nanoraman/optical detection system for the corrupted protein factors Development of Nanoplasmonic/optical detection system for the food corruption

related toxins

Development of isothermal nucleic acid amplication system and mass based high speed contactless detection system for the decay-causing microbes and virus

Development of optical sensor for the food freshness related activity Development of the Integrated sensor system for the biological food poisoning

materials

Ⅳ. Application plan of the research results

By considering and analysing the current developed technologies, patents, food safety status, etc. the demand to develop new system could be defined. Consequently, an appropriate and an efficient research project to control and prevent food poisoning related disasters in school meal system could be realized.

The development of new detection system for biological food poisoning materials will form the basis for developing appropriate technology standards and operating practices in the food safety field. In addition, the developed system will not only improve the national food safety system but also it will provide better food greater trust to the public.

CONTENTS

Chapter 1. Outline of the Research and Development Program 11.1. Purpose of the research and development program 11.2. Scope and contents of research and development program 71.3. Push ahead method of research and development program 9

Chapter 2. The Distinct Features & Current Technology Status of the Research 172.1. Research status and policy of advanced country 17

2.1.1. Policy of handling biological food poisoning material 17 2.1.2. Research status of advanced country 19

2.2. Research status and policy of korea 252.2.1. Policy of handling biological food poisoning material 25 2.2.2. Research status of korea 25

2.3. Standardization status of domestic & foreign 302.4. Patent status of domestic & foreign 342.5. The distinct features of the research 39

2.5.1. Research of food poisoning material 39 2.5.2. Analysis of school meal menu 462.5.3. The selection of target needed to be detected in school meal 48

Chapter 3. The Distinct Characteristic of the Research 523.1. Sample preparation technique 523.2. Detection technique 55

3.2.1. DNA/RNA based detection technique 55 3.2.2. Tera-hertz wave based detection technique 563.2.3. Electronic nose (electrical gas sensor) based detection technique 583.2.4. Immune reaction based detection technique 593.2.5. Mass based Detection technique 603.2.6. Optic/Plasmonic based Detection technique 61

3.2.6.1. Localized surface plasmon resonance (LSPR) 623.2.6.2. Surface enhanced raman spectroscopy(SERS) 63

3.3. Miniaturization & Analysis system 64 3.4. Integrated network 66

Chapter 4. The SWOT of the Research and the Direction for Competitiveness 694.1. SWOT Analysis of the research 694.2. Direction for Competitiveness 70

Chapter 5. The Deduction of Appropriate Research Project 715.1. Prior standard & deduction of appropriate research project 71

5.1.1. The problem of current techniques and its solution 725.1.2. The technical development direction based on patent status 75

5.2. The Deduction of Appropriate research project 775.3. Outline of research and development 775.4. Needs of research and development 795.5. Final development goal 795.6. The contents of mainly developing techniques 805.7. The use of developed technology 825.8. Expected research results and effect 835.9. The feasibility of expected expenses 84

Chapter 6. The confirmation of Duplicity & Uncertainty 876.1. Investigation of a similar research 87 6.2. Direction of research and development based previous research and technology 906.3. The confirmation of duplicity with other researches 91 6.4. The reason of uncertain detection of food poisoning on school food 916.5. Application plan of the research results & the possibility of commercialization 926.6. The research role based on organization 93

Chapter 7. The Research Period & the Expenses 957.1. Research period 957.2. Specification of expenses 96

Chapter 8. The Proposal for the Policy 978.1 Development plan for the research field 978.2 Supportable direction for the policy 98

Chapter 9. The List of Committee Members 99

References 100

<Supplement 1> RFP 104

<Supplement 2> The List of Menus of the School Meal 105

목 차

제 1 장 기술 기획 사업의 개요 11.1. 기술기획 필요성(목적) 11.2. 기술기획의 내용 및 범위 71.3. 기술기획 추진방법 9

제 2 장 연구 사업의 특징 및 현황 172.1. 주요 선진국의 정책 및 연구 개발 현황 17

2.1.1. 식품 위해오염 지표 대응 정책 172.1.2. 선진 연구개발 현황 19

2.2. 우리나라의 정책 및 연구 개발 현황 252.2.1 식품 위해오염 지표 대응 정책 252.2.2. 우리나라의 연구개발 현황 25

2.3. 국내외 표준화 동향 302.4. 국내외 특허 동향 342.5. 연구사업의 특징 39

2.5.1. 식품 위해 지표 조사 39 2.5.2. 단체급식 식단표 분석 462.5.3. 단체급식시 측정 필요 지표 도출 48

제 3 장 기술의 특성 523.1. 시료 전처리 523.2. 시료 감지 및 측정 55

3.2.1. DNA/RNA 기반 검출 기술 55 3.2.2. 테라헤르츠파 기반 검출 기술 563.2.3. 전자코 (전기 기반 가스 센서) 기반 검출 기술 583.2.4. 면역 반응 기반 검출 기술 593.2.5. 질량 기반 검출기술 603.2.6. 광학/플라즈모닉 기반 검출 기술 61

3.2.6.1. 국소 플라즈몬 공명 기술(LSPR) 623.2.6.2. 표면증강라만분광기술(SERS) 63

3.3. 분석 시스템/소형화 64 3.4. 통합 네트워크 66

제 4 장 해당 사업의 SWOT 및 경쟁력 제고 방안 69 4.1. SWOT 분석 694.2. 경쟁력 제고방안 70

제 5 장 연구사업 추진과제 도출 715.1. 우선순위 기준 및 주요과제 도출 71

5.1.1. 기존 기술의 문제점 및 해결 방향 725.1.2. 특허 조사 기반의 기술 개발 방향 75

5.2. 연구 과제 도출 775.3. 개발기술 개요 775.4. 개발 기술의 필요성 795.5. 최종 개발 목표 795.6. 주요 기술개발 내용 805.7. 개발기술의 활용방안 825.8. 개발성과 및 기대효과 835.9. 예상 연구비 책정의 타당성 84

제 6 장 유사지원과제와의 중복성 및 불확실성 검토 876.1. 관련 유사 선행연구 검색 876.2. 선행 연구기술 기반 개발 방향 906.3. 기존 과제와의 중복성 검토 916.4. 단체급식시 식중독 검측의 불확실성 검토 816.5. 연구의 활용방안 및 제품화의 가능성 검토 926.6. 부처 별 연구 역할 93

제 7 장 연구기간 및 연구비 957.1. 연구기간 957.2. 소요예산 명세 96

제 8 장 정책 제언 978.1. 해당분야 발전방안 978.2 정책지원방안 98

제 9 장 기획 위원 명단 99

참고문헌 100

<부록1> 과제 제안요청서 104

<부록2> 단체 급식 식단표 105

그림 목차

그림 1. 연구의 필요성 1그림 2. 국내 식중독 발생 현황 2그림 3. 2010년 장소별 식중독 발생 동향 3그림 4. 2006~2010년 연도별 원인균별 식중독 발생 건수 3그림 5. 2010년 식중독 유발 원인 동향 4그림 6. 2011 유럽의 장출혈성 대장균 원인 식중독 피해 현황 4그림 7. 유해지표 검출 연구 분야 5그림 8. 현재의 식품 오염 지표 검출의 문제점 6그림 9. 단체급식 위해 오염 지표 연구 분야 7그림 10. 기획연구위원회 구성 9그림 11. 감염성 질환 검출 기술 특허 맵 34그림 12. 국가별 바이오 검출 분야 특허 분포 표 35그림 13. 인체의 건강을 해할 우려가 있는 생물학적, 화학적, 물리적 인자 39그림 14. 물리적 위해의 종류와 원인물질 39그림 15. 화학적 위해요소와 세계기준 40그림 16. 대표적인 생물학적 위해요소에 속하는 미생물과 바이러스의 증상과 감염경로 및 원인 41그림 17. 식품의 종류에 따른 부패 원인 미생물 45그림 18. 전국 초, 중 ,고등학교 단체급식 실시현황 46그림 19. 단백질의 부패과정 및 부패산물 49그림 20. 단체 급식시 측정 필요 지표 50그림 21. 각종 세포 용해 방법의 원리 및 장단점 비교 52그림 22. 핵산 정제 원리 53그림 23. PCR을 이용한 핵산 증폭 56그림 24. 테라헤르츠파 기반 바이오센서 57그림 25. 전자코 (전기 기반 가스 센서) 58그림 26. ELISA (A)와 샌드위치 ELISA (B) 59그림 27. 캔틸레버를 이용한 질량기반의 생물분자 측정 기술 60그림 28. (연속형) 표면 플라즈몬 공명 기반 검출법 61그림 29. 금속 나노 구조에 의한 SERS 효과 63그림 30. 통합 네트워크 구축 66그림 31. 관계부처 연계방안 68그림 32. 단체급식 위해 오염균 예방 및 대응 연구개발 사전 기획연구에 대한 SWOT 분석 69그림 33. SWOT 분석에 기반을 둔 경쟁력 제고 방안 70그림 34. 현재 기술의 문제점과 해결방안 73그림 35. 기존 특허 검색 및 차별성 76그림 36. 단체급식 먹을거리 안전과 예방을 위한 신속․정확한 식품 부패 관련 인자 검출기술 개발 77그림 37. 차별화 항목 78그림 38. 식품의 부패 관련 인자 농축 및 정제를 위한 식품 전처리 기술 개발 80그림 39. 다양한 식품 부패 유발인자 검출 기술 개발 80그림 40. 식품 부패인자 검출용 통합 센서 검측시스템 구축 81그림 41. 유사지원과제 검색 및 차별성 87그림 42. 기술 개발의 필요성 및 발전방향 88그림 43. 전국 초, 중 ,고등학교 단체급식 실시현황 91그림 44. 부처별 대응 현황 및 대책 92

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제 1 장 기술기획사업의 개요1.1. 기술기획 필요성(목적)

그림 1. 연구의 필요성

식품의 안정성은 사회가 선진화 되고 식품산업의 발전과 더불어 소비자의 인식변화, 관심도 증가로 인해 사회적 문제로 대두되고 있음

따라서 식품의 안정성확보는 국가의 주요 정책 중 하나로서 원재료의 생산, 유통, 최종 소비의 모든 단계에 걸쳐서 안전관리기준이 필요함

대량의 식품을 다수에게 제공하는 단체급식의 경우, 오염 지표의 오염에 따른 대량 식중독 사태로 사회적·경제적인 막대한 손실을 유발하므로 체계적이고 통합적인 관리가 필요함

현재는 대량 식중독 발생 후에 역학 조사를 통한 원인규명에 한정되는 등 체계적인 관리에 한계점을 보이고 있음

오염 지표 오염이 쉬운 중점관리식품에 대한 선정·관리 기준이나 표준화된 조리기준 및 체계적인 연령대별 관리기준에 대한 명확한 가이드라인이 제시되어야 효과적인 식품 오염 지표 예방 및 대응 체계를 구축할 수 있음

- 2 -

WTO에서는 식품안전관리의 기본원칙을 인간의 건강을 보호하는 정도까지 응용하고, 과학적 위해평가에 근거해야 하며 과학적 증거 없이는 유지되지 않는다고 제시하고 있음

또한, 최근에 식품 오염 지표에 대한 검사요구가 크게 증가되고 있으나, 이를 충족시킬 만큼 신속하고 정확한 검출 기술 개발이 시급한 실정임

상용화된 검사키트의 경우 경제성이나 접근성의 문제로 실제 현장에서 사용이 한정되어 있기 때문에, 수요자 중심의 경쟁력 있는 제품 개발이 필요함

오염 지표는 다양한 경로로 식품에 전달되게 되며, 최근에는 식품의 지역 간·국가 간 이동이 빈번해 급격한 확산을 가져옴. 따라서 효과적인 오염 예방 및 대응을 위해서는 여러 관계 부처를 아우를 수 있는 통합적인 관리 시스템 네트워크 구성이 필수적으로 요구됨

신선식품을 통해 전파되어 수십 명의 사망자가 발생한 독일의 경우에서 보듯이, 신규 오염 지표에 대한 위험성은 증대되고 있으며, 이러한 피해 예방 및 확산 방지를 위해서는 체계적인 시스템 확립을 통한 신속한 대응이 중요함

식품 위해 오염 지표 피해 현황

식중독 손실비용은 1조 3,107억 원(한국 보건산업진흥원 2001)이며 점점 증가하는 추세를 보임. 식중독 손실비용에는 생산성 손실비용, 역학조사비용, 여가손실비용 및 의료비용을 포함하며, 그중 생산성 손실비용의 비중이 가장 큼

단체 급식에서 위해 오염지표를 매개로 한 대형 식중독 사건들이 국·내외에서 발생하면서, 막대한 사회적·경제적 손실을 유발하고 있음

그림 2. 국내 식중독 발생 현황

국내의 경우, 2011년 식재료 오염으로 인한 단체급식소 식중독 사고(350여명 감염), 2010년 살모넬라, 비브리오균에 의한 사망 사건, 2008년 지하수 오염으로 인한 집단 감염 사고(1400여명) 등 식품 내 잔류하는 식중독 균으로 인한 피해가 심각하며, 점진적인 증가추세를 보이고 있음

- 3 -

구분 계 음식점 학교 기업체 가정집 기타 불명건수(건) 271 133 38 15 3 25 57환자수(명) 7,218 1,704 3,390 799 11 774 540건당 환자수(명) 27 13 89 53 4 31 9

그림 3. 2010년 장소별 식중독 발생 동향

06년 대형 학교식중독 사고 직후 예방활동 강화로 일시적으로 집단급식소 및 학교급식소의 환자수가 감소하였으나, 이후 점차 증가함

(집단 급식소: 46.8%(‘07) → 48.3%(’08) → 57.3%(‘09) → 58.5%(’10) 학교 급식소 식중독 건당 환자 수: 54.4명(‘07)→76.5명(’08)→69.6명(‘09)→ 83.6명(’10))

주요 원인 식품은 어패류, 난류, 육류 또는 그 가공품, 복합조리식품으로 파악되며, 발병 원인균을 분석해보면 노로 바이러스에 의한 식중독이 가장 많이 발생하였고, 병원성 대장균, 살모넬라, 황색포도상구균, 장염비브리오 순으로 원인이 됨

그림 4. 2006~2010년 연도별 원인균별 식중독 발생 건수 *식품의약품 안전청(www.kfda.go.kr)

그림 4에서 볼 수 있듯이 발생한 식중독의 주요 원인은 미생물, 바이러스에 의한 감염임을 알 수 있음. 그러나 원인을 알 수 없거나 화학물질에 의한 식중독 발생 또한 발생 식중독의 상당비율을 차지함. 따라서 미생물, 바이러스뿐만 아니라 이외의 오염지표에 대한 검사가 필요함

- 4 -

원인 건수 건수비율(%) 환자수 환자수 비율(%)불검출 102 37.8 1,064 14.7

노로 바이러스 31 11.5 2,019 27.8병원성대장균 29 10.7 1,896 26.1

살모넬라 26 9.6 685 9.5황색포도상구균 20 7.4 382 5.3장염비브리오 19 7.0 237 3.3

바실러스 세레우스 15 5.6 392 5.4캠필로박터제주니 14 5.2 363 5.0클로스트리디움

퍼프린젠스 5 1.9 171 2.4

기타바이러스 2 0.7 8 0.1자연독 5 2.2 33 0.5

화학물질 1 0.4 3 0.02

그림 5. 2010년 식중독 유발 원인 동향

유럽의 경우, 최근 농산물의 식중독 균으로 인하여 47명이 사망하고 4000여 명이 감염된 사건이 발생하였으며, 일본의 경우 2006년 노로 바이러스 감염으로 41명이 사망한 바 있음. 또한, 미국과 유럽에서도 대형 식중독 사고로 인하여 연간 수십조 원 이상의 막대한 경제적 손실을 입고 있음

그림 6. 2011 유럽의 장출혈성 대장균 원인 식중독 피해 현황

식중독은 주로 유해성 미생물 및 바이러스에 의한 직접적 감염이나, 혹은 미생물에 의해 부패된 식품에 의해 발생한 위해 물질에 의해 발생함. 따라서 식중독 및 오염 식품 기인 질병을 예방하기 위해서는 식품 내 존재하는 오염 지표를 정밀하게 검출하고 식품의 부패 여부를 신속하게 판단하여야함

특히, 최근 교역으로 인한 채소나 과일 등 신선식품의 지역 및 국가 간 이동이 증가하면서, 이로 인한 대규모 오염 피해사례가 급증하고 있음. 그러나 식품 내 존재하는 오염 지표의 신속·정확한 검출이 어려워 큰 사회적 문제로 대두되고 있음

- 5 -

국·내외 오염 지표 검출 기술개발 현황

그림 7. 유해지표 검출 연구 분야

오염 원인균 검출에는 주로 배지를 이용하는 재래식 방법이 활용되고 있음. 그러나 최근에는 검출 시간 단축, 민감도 및 재현성 향상 등을 위하여, 생명공학적인 기법을 이용하는 ELISA(enzyme liked immunosorbent assy), PCR(polymerase chain reaction), Real-Time PCR 등을 이용한 연구가 국내외에서 활발히 진행되고 있음

국외에서는 국제적으로 지정된 가이드라인에 따른 검증 과정을 거친 다양한 면역, 유전자 기법 기반의 식중독균 검출 키트들이 개발되어 있으며, 이 중 많은 제품들이 미국과 캐나다 등의 선진국의 공식 시험법으로 채택되어 시장을 형성하고 있음

국내에서도 삼성종합기술원이 Real-Time PCR을 이용한 식중독균 검출 기술을 개발하였으며, 농촌진흥청에서는 채소 등 신선식품에서 10여 종의 식중독균을 10시간 이내에 검출할 수 있는 PNA 기반 검출키트를 개발하였으나 실제 상용화에 어려움을 겪고 있음

이와 함께 ㈜코메드, ㈜코젠바이오텍 등 국내 벤처회사들에서 다양한 원인균 검출 키트를 시장에 출시한 바 있으나 전처리를 포함한 검출시간이 24시간을 넘는 등 한계점을 보임

따라서 검출 시간을 2시간이내로 줄이고 이를 기반으로 한 식품 위해 오염 지표 검출 정보공유 네트워크 구축이 절실함

- 6 -

현재 기술의 한계

그림 8. 현재의 식품 오염 지표 검출의 문제점

가장 대표적인 배지를 사용하는 검출 방법의 경우, 목적균주를 배지에서 배양한 후 현미경이나 생화학반응에 의한 색 변화로 검출하는 방식으로, 5~10일의 긴 검출시간이 필요함. 또한 다수의 균주 중에서 검출하고자 하는 균주의 선택적인 배양이 어렵고, 내성균주의 검출이 어렵다는 단점을 지님

이와 함께, 식품 내에 극미량 존재하는 위해 균의 검출을 위한 전처리 기술의 경우, 오염 지표의 탈리, 정제, 농축 등 과정이 매우 복잡하고, 시간이 많이 소요되는 단점이 있음. 또한 오염 지표 분리에 사용되는 glycine buffer, phosphate-buffered saline (PBS) 등 탈리 용액은, 식품의 종류에 따라 그 효율이 다르게 나타나는 등 많은 단점이 있음

최근 상용화 된 PCR, RT-PCR 등의 검출기기 및 키트는 상대적으로 짧은 검출 시간, 높은 특이성 및 민감도 등 재래식 배양법과 비교할 때 상당히 우수한 것으로 나타남. 그러나 장비 가격이 고가라는 점과, 고급 운용 인력이 필수적이라는 한계로 현장성이 떨어지는 단점이 있음

뿐만 아니라, RT-PCR과 같은 유전자 증폭 기술을 이용한 검출법의 경우, 식품의 조리 시 사멸되어 독성이 사라진 오염 지표가 활성 오염 지표와 구분 없이 동일하게 검출되는 등 표적 균주의 생존 여부를 확인할 수 없다는 치명적인 단점이 있음

따라서 쉽고 빠른 고효율의 시료 전처리 기술과 함께, 식품 내 존재하는 오염 지표의 종류, 농도 및 사멸 여부까지 정확하고 민감하게 측정할 수 있는 식품 오염 지표 모니터링 기술이 필수적임

오염 지표에 의한 오염이 쉽게 이루어지는, 돼지고기, 콩, 두부와 같은 잠정 위해 식품의 경우, 중점식품으로 선정, 차별적인 관리가 이루어져야 하나 현재 관리체계는 식품별 가이드라인이 미비한 실정임

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초·중·고등학교 급식의 경우, 연령대별 면역능력 차이로 인해 오염 지표에 의한 감염 사고가 다른 양상을 보이는 만큼 차등관리가 필요하나, 관리기준 등의 체계에 허점을 보이고 있음.

또한, 현재 상용화된 검출키트의 경우 공급자 중심으로 시장이 형성되어 있어 식품 오염 지표 검출 활용에 실질적으로 활용되지 못하고 있는 실정임

따라서 저가의 생산비용으로 검출키트를 대량 생산할 수 있는 기술이 개발 될 경우, 적정 가격대 형성을 통한 수요자 중심의 시장 형성 및 수요 활성화가 이루어질 수 있을 것으로 사료 됨

현재는 시행 관계 부처 간 공용 네트워크를 통한 오염 지표 검출 관련 정보공유는 제한적이며, 공유된 정보에 대한 피드백을 통한 추가피해 예방 및 대응 활동은 미비한 실정임

1.2. 기술기획의 내용 및 범위. 본 연구기획에서는 단체 급식 위해 오염 지표 예방 및 대응에 관한 연구를 위하여, 식품

위해 안전 관련 현황 조사 및 분석, 위해 오염 지표 처리, 감지 기술 개발, 통합시스템 및 실시간 모니터링, 지역관리센터 피드백에 이르는 네트워크 구축에 이르는 총체적 연구를 기획하여 기술로드맵, RFP를 제시하고자 함

본 기획연구는 다음과 같은 사항을 목표로 하여 현황 및 기술을 조사 및 분석하여 과제를 기획함.

1. 식품 위해 안전 관련 현황 2. 식품에 적용 가능한 위해오염지표 전처리 기술 3. 현 기술의 한계를 극복하기 위한 최적 오염 지표 검출기술 연구 분야4. 요소기술을 모듈화 할 수 있는 통합 시스템 분석 및 키트화

그림 9. 단체급식 위해 오염 지표 연구 분야

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연구 결과물로 제시된 관련 사항들은, 과제 제안 요청서 (RFP)로 도출되어, 차후 단체급식 오염 지표 예방 및 대응 관련 최적 과제 선정에 이용함 - 원천단계2년+응용단계3년(수행기간 5년)

단체 급식 위해 오염 지표 예방 및 대응 연구 개발 기획의 세부적 내용 및 범위는 다음과 같음

세부 개발 기술의 내용 및 범위연번 기술 기획의 내용 기술 기획의 범위

1 기획 추진 체계 확립 조사, 연구, 평가의 방법론 및 일관성 논의 식품 위해 안전 관련 현황 조사를 위한 기획 위원회

업무 분담 및 역할 결정 기획 추진 일정 확정

2단체급식 위해오염

지표 기본 현황, 조사 분석

국내외 단체급식 안전사고 피해 사례 조사․분석 식품 위해오염 지표 대응 관련 부처별 사업 추진현황

파악 국내외 연구개발 현황 및 역량 분석

3단체급식 위해오염

지표 대응 과제 추진 방안 연구

타 부처 과제와의 차별성 및 추진 당위성 도출 주요 연구개발 분야 발굴, 기술성 검토 및 RFP 작성 기술개발 및 제품화 목표, 범위 확정

4단체급식 위해오염 지표 예방 및 대응

연구 타깃 설정 바이러스, 박테리아, 병원성 균과 같은 위해 오염 지

표 분석 및 주요 오염원 설정

5단체급식 위해오염

지표 대응 기술 범위 설정

시료의 전처리, 감지 기술과 같은 요소 기술 분석 이와 같은 요소기술을 모듈화 할 수 있는 통합 시스

템 기술 분석

6단체급식 위해오염

지표 대응 방안 네트워크 시스템 구축

범위 설정

식품 위해오염 지표 안전관리 종합시스템(USN 기반) 마련

연구 성과 활용을 위한 관계부처(복지부, 농림식품부, 식약청 등) 연계방안 모색

7단체급식 위해오염

지표 대응 방안 특허, 기술성, 사업성, 제도

분석

단체급식 위해오염 지표에 대한 관련 특허, 기술성 분석

단체급식 위해오염 지표 네트워크 구축 시스템에 대한 기술성, 사업성, 제도 분석

단체급식 위해오염 지표 시스템의 기술 가치 평가 및 분석

8 최종 RFP 도출 기획 보고서 작성

최종 기획 보고서, RFP, 기술 로드맵 제시 원천단계3년+응용단계2년(수행기간 5년)

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1.3. 기술기획 추진방법 □ 연구회 구성

산·학·연 전문가로 구성된 기획연구위원단을 구성함 (학계 6명, 산업계 4명, 연구소 2명)

샘플 전처리 기술 분야, 검출 기술 분야, 식품분석 기술 분야 시스템 구성 기술 분야, 기술 가치평가 분야로 구분하여 연구를 진행함

그림 10. 기획연구위원회 구성

기술기획 세부 추진(운영) 방안

과제 개시에 맞춘 kick-off meeting 후, 격주로 연구회 및 진도점검 모임 개최 정기회의 이외에, 매주 1회 이상의 소그룹 별 비정기적 회의를 개회하여 연구의 일관된 방

향성을 추구 과제 초기에 연구위원의 주재 하에 연구위원단 내·외부 전문가의 세미나를 개최하고 자문

요구 매 정기회의 시 조사 자료, 발표 자료, 기획 자료, 회의록 등을 문서화 하여 기획의 효율성

을 제고 회의를 통해 발의된 RFP에 대해 수요처 자문단과 기술 가치평가를 진행한 후 피드백을 반

영하여 최종안을 도출

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기술 기획 연구 위원단기획위원 구분 주요 담당 업무 비 고 소 속 역할

최정우 학 연구기획과제 총괄운영기술성 및 사업화 타당성 분석

기술경영 전문가MBA/공학박사

서강대학교화공생명공학과/기술경영전문대학원

책임연구원

오병근 학 바이오나노 센서 조사·분석측정 원리 기술 조사·분석

나노입자 기반 바이오센서기술 보유

서강대학교화공생명공학과 연구원

민준홍 학 식품 샘플 전처리 기술 조사·분석측정 원리 기술 조사·분석

시료준비모듈 기술 보유바이오센서/칩 17년 경험

중앙대학교융합공학부 연구원

권영관 학 사업화 타당성 분석마케팅 기술 조사·분석 기술경영경제정책학 전공 서강대학교

기술경영전문대학원 연구원

이종서 산센서용 바이오 소재 개발 기술 조사·분석생체분자 생산 기술 조사·분석

항체 생산 및 최적화 기술 보유센서용 바이오소재 대량 생산기술 전문

(주)앱클론 연구원

남은숙 학 식품 샘플 전처리기술 조사·분석식품 미생물 안정성 전문가식품 분석 연구 전문가

서강-빙그레첨단식품분석연구센터

연구원

박수용 학 USN 기반 네트워킹 기술 조사·분석

소프트웨어 시스템 구성전문

서강대학교컴퓨터공학과 자문위원

김준호 산 센서 시스템 제작 기술조사·분석

센서 시스템 제품화 기술 보유

삼성종합기술원바이오칩 랩 자문위원

김병찬 연 검출 센서 플랫폼 조사·분석나노소재 기반 면역센서 제작환경/의료 검출시스템 전문가

한국과학기술연구원 자문위원

이명기 연 식품 위해 오염균 관련 사업 추진현황 조사·분석

식품 관련 미생물 연구전문가국내 식품 균주 관리단장

한국식품연구원 자문위원

김종길 산 식품 조리 및 시설 관련 현황 및 법규 조사․분석

식품 조리 및 시설 관리 전문가대학교 구내식당 업체 지배인

(주)나라단체 급식 팀 자문위원

최성하 산 식품 조리 및 시설 관련 현황 및 법규 조사․분석

식품 조리 및 시설 관리 전문가

(주)삼성에버랜드단체 급식 팀 자문위원

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연구회 진행사항

① 위원장 및 실무위원 선임

○ 위원장 (1명) : 최정우 - 본 기술기획 총괄 운영 - 기술기획위원회 회의 주재 및 의견 조정 - 기술수요조사서 및 기획보고서 작성

○ 실무위원 (4명) : 최정우 (위원장), 오병근, 민준홍, 김병찬 - 위원장을 보좌하여 실무 작업 수행, 실무위원 중 실무 간사 선임 -기술기획위원간 의견수렴 및 수요조사 결과분석 등 - 실무 작업을 통해 기획보고서 작성 - 기술기획보고서 작성 및 보완

② 기술기획 추진회의 진행

○ 2명 이상의 기획위원이 협력하여 진행하여야 하는 일의 경우, 진행상황에 따라서 비정기적 소그룹별 회의 등을 통해 협의를 활성화함

○ 기술기획위원회를 통해 각 위원들이 제출한 기술수요조사서와 관련 자료를 중심으로 실무위원들이 관련자료 및 해당분야 기술기획보고서 초안을 작성함

○ 각 절차마다 조사 자료, 기획 자료, 회의록 등을 문서화하여 기획 효율성을 제고함

○ 타 참여주체와의 업무 협의에서 생길 수 있는 시간의 공백이 없도록 효율적으로 운영, 관리함

추진회의 실적 제 1차 기술기획위원회

일 시 2012. 1. 4 (수) 장소 서강대학교 회의실참석자 최정우, 오병근, 민준홍, 남은숙, 권영관, 이명기, 김준호, 이진호

내 용

◦제1차 기술기획위원회 회의 개최 - 제1차 회의를 개최하여 세부계획을 논의 함 - 전체 추진일정을 검토 함 - 예산을 검토 함 - 업무분담을 진행하고 차기 회의를 계획함

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제 2차 기술기획위원회

일 시 2012.1. 18.(목) 장소 시청, 달개비

참석자 최정우, 김병찬, 이명기, 남은숙, 김준호, 김종길, 박수진, 최성하, 이진호

내 용

◦제2차 기술기획 원회 회의 개최

- 제2차 회의를 개최하여 세부계획을 논의 함

- 차 회의록 검토

- 수요조사서 도출 일정과 제반 일정 논의

제 3차 기술기획위원회

일 시 2012.2. 4.(토) 장소 서강대학교 회의실

참석자 최정우, 오병근, 민준홍, 권영관, 박수용, 남은숙, 이진호

내 용

◦제3차 기술기획위원회 회의 개최 - 제3차 회의를 개최하여 세부계획을 논의 함 - 자료 조사, 연구, 평가의 방법론 및 일관성 논의 - 전차 회의록 검토 - 수요조사서 도출 일정과 제반 일정 논의

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제 4차 기술기획위원회

일 시 2012.2. 7.(화) 장소 서강대학교 회의실

참석자 최정우, 오병근, 민준홍, 김준호, 이명기, 권영관, 남은숙, 이진호

내 용

◦제4차 기술기획위원회 회의 개최 - 제4차 회의를 개최하여 세부계획을 논의 함 - 전차 회의록 검토 - 수요조사서 진행상황 확인 (위원별 준비 자료에 대한 설명 및 토의)

제 5차 기술기획위원회

일 시 2012.2. 10.(금) 장소 서강대학교 회의실

참석자 최정우, 오병근, 민준홍, 권영관, 남은숙, 박수용, 이진호

내 용

◦제5차 기술기획위원회 회의 개최 - 제5차 회의를 개최하여 세부계획을 논의 함 - 전차 회의록 검토 - 수요조사서 진행상황 확인 (위원별 준비 자료에 대한 설명 및 토의)

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제 6차 기술기획위원회

일 시 2012.2. 17.(금) 장소 서강대학교 회의실

참석자 최정우, 오병근, 민준홍, 권영관, 남은숙, 김준호, 김병찬, 이진호

내 용

◦제6차 기술기획위원회 회의 개최 - 제6차 회의를 개최하여 세부계획을 논의 함 - 전차 회의록 검토 - 수요조사서에 대한 토의 (위원별 준비 자료에 대한 설명 및 토의)

제 7차 기술기획위원회일 시 2012.2. 24.(금) 장소 서강대학교 회의실

참석자 최정우, 오병근, 권영관, 남은숙, 이석재, 박수용, 이진호

내 용

◦제7차 기술기획위원회 회의 개최 - 전차회의록 검토 - 검출 센서 제작의 전문가이며 실제 제품화의 경험이 있는 나노 팹 센터의

이석재 박사를 모셔 자문을 구함. - 수요조사서 진행상황 확인(도출안 보고 및 토의) - 추후 추진 일정 논의

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제 8차 기술기획위원회

일 시 2012.3.2.(금) 장소 서강대학교 회의실

참석자 최정우, 오병근, 권영관, 김병찬, 남은숙, 박수용, 김인수, 이진호

내 용

◦제8차 기술기획위원회 회의 개최 - 전차회의록 검토 - 수요조사서 진행상황 확인(도출안 보고 및 토의) - LG 진단사업부 부장출신 김인수 박사를 모셔 자문을 구함 - 추후 추진 일정 논의 - 최종 보고서 초안 도출 및 수정

제 9차 기술기획위원회

일 시 2012.3. 5.(월) 장소 서강대학교 회의실

참석자 최정우, 오병근, 민준홍, 남은숙, 박수용, 김준호, 이진호

내 용

◦제9차 기술기획위원회 회의 개최 - 전차회의록 검토 - 수요조사서 진행상황 확인(도출안 보고 및 토의) - 추후 추진 일정 논의 - 최종 보고서 수정

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일 시 2012.3. 16.(금) 장소 서강대학교 회의실

참석자 최정우, 오병근, 권영관, 민준홍, 남은숙, 이종서, 박수용, 이명기, 최성하, 김병찬, 김종길, 이진호

내 용

◦제10차 기술기획위원회 회의 개최 - 전차회의록 검토 - 수요조사서 진행상황 확인(도출안 보고 및 토의) - 추후 추진 일정 논의 - 최종 보고서 수정

일 시 2012.3. 28.(수) 장소 서강대학교 회의실

참석자 최정우, 오병근, 권영관, 남은숙, 김준호, 이진호

내 용

◦제11차 기술기획위원회 회의 개최 - 전차회의록 검토 - 수요조사서 진행상황 확인(도출안 보고 및 토의) - 추후 추진 일정 논의 - 최종 보고서 도출

제 10차 기술기획위원회

제 11차 기술기획위원회

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제 2 장 연구 산업의 특징 및 현황 2.1. 주요 선진국의 정책 및 연구 개발 현황2.1.1. 식품 위해오염 지표 대응 정책

주요 선진국에서는 식품안전과 관련된 규격이 국가 경쟁력 차원에서 관리되고 있으며, 오염물질에 대한 사전 예측력 강화 및 대응을 위한 범부처 및 국가적인 모니터링 제도를 운영하고 있으며, 국가차원의 모니터링 결과를 과학적 근거자료로 활용하고 있음

병원성 원충의 원인체 동정을 위해 임상환자나 환경가검물을 대상으로 검사를 실하여하고 있으며, 일선지역 검출기관에 가장 적절한 검사방법 등을 홍보하고 교육시키며 운영하고 있음

예방 및 검출 목적의 범용적 원천기술의 개발 필요성이 확대되고 있으며, 미래사회는 치료보다 조기검출을 통한 예방의료 중점으로 전개될 것으로 예상되며, 주요 선진국들은 다양한 질병 예방, 검출, 맞춤치료의 목적으로 광범위하게 활용될 수 있는 기술 개발에 집중하고 있는 실정임

세계 바이오시장을 선잠하고 있는 선진국은 연구개발과 산업화 경쟁력을 확보하기 위해 연구개발과 산업화를 지원하는 공공부문의 투자를 크게 확대하고 있음

WHO

WHO에서는 Global Environment Monitoring System - Food Contamination Monitoring and Assessment Programme (GEMS/Food)를 1976년부터 운영하고 있으며, 100개국 이상이 GEMS/Food에 참여하고 있음

GEMS/Food의 주요 목표는 다음과 같음1. 식품에 존재하는 화학물질 수준에 대한 자료를 수집하고, 요약서를 생산하여 향상된

식품관리와 자원관리를 촉진하고자 함

2. 식품섭취량 정보와 선정된 식품의 화학물질 수준을 조합하여 화학물질의 식이섭취량을 계산함

3. 식품오염물질 모니터링 프로그램을 시작하려는 국가에게 기술협력을 제공함

4. 전문자문기구에 식품 중 오염물질의 수준에 대한 정보를 제공하여 식품의 국제보건기준에 관한 작업을 지원하고 촉진함

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미국

미국은 중앙정부와 주정부의 원활한 협력과 모니터링 실무 담당인 지자체의 유연한 운영을 위하여 교부금 형태의 모니터링 예산을 지원하고 있음. 이러한 경제적인 지원방안은 원활한 협조체계 구축의 단단한 기초로 작용하고 있음

또한, 1971년부터 질병관리본부와 미국 환경청 이 공동으로 수인성질병과 식품매개성 질병의 발생과 관련된 자료를 주기적으로 조사하여 발표하고 있으며 이에 대한 연구 자료를 대국민 홍보와 연구기관에 제공되고 있음

미국 FDA는 Protecting America’s Food Supply 프로그램을 운영하고 있으며, 2010년 이 프로그램을 위해 예산을 2,852억 원($259,258,000)로 증액하였음. 이는 수입식품(1,000만 건) 및 즉석편이식품(ready-to-eat food)의 유통이 증가하였으며, 농작물이 생산되어 식탁에 오르기까지 소요되는 시간이 감소됨에 따라 예산증액 필요성 증가하였기 때문임

FDA는 식품을 점검 및 감시하는데 있어서 과학적 위해에 기초한 접근(Scientific risk-based approach)방법을 채택하였는데, 이 프로그램을 활용함으로써 식품사고가 발생하기 이전에 생산, 가공을 비롯한 식품을 다루는 장소에서의 의도적, 비의도적 식품오염 방지하는 것을 목표로 하고 있음

미국은 NSF의 지원 하에 Cornell 대학, Stanford 대학, Howard 대학, Penn state 대학, UCSB등 5개 대학이 유기적으로 협력하여 NNUN(National Nanofabrication Users Network)을 구축하였으며, 바이오센서/바이오칩 등 융합바이오 분야를 구성하고 있는 각각의 핵심 요소기술들을 세계 최고의 전문가들로 구성된 강사진에 의해 이론 및 실습 교육을 통하여 양성하는 교육 프로그램을 활발히 운영하고 있음

미국은 세계 1위의 기술우위를 바탕으로 세계 바이오경제 시장의 패권을 견인하기위해 기술개발을 지속적으로 추진하고 있으며, 바이오산업관련 분야에 대한 전략기술로서의 기술개발 투자를 확대해 나가고 있으며, 2007년 307억 달러를 보건 분야의 연구개발에 배정하여 국방 분야에 이어 두 번째의 연구개발비를 투자함

바이오칩, 바이오나노기술/바이오장비기술을 포함하는 융합바이오기술에 대하여 전문 기술 인력을 양성하기 위한 교육프로그램은 미국을 중심으로 활발히 진행되고 있어 연구 실적이 우수한 국공립 연구소 및 여러 대학과 유기적으로 협력시스템을 구축하여 관련 전문가로 구성된 강사진에 의해 정기적으로 교육 프로그램을 운영하고 있음

유럽

유럽은 1997 No. 1499(The Contaminants in Food Regulation 1997) 법에 의해 EU FP7/Food Safety 프로그램을 운영하고 있으며, 대형국제유해물질 연구과제에 매년 120억

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원(€ 8,000,000)을 투자하고 있음. 이 프로그램에는 EU 국가뿐만 아니라. 아시아, 아프리카 등도 참여하고 있음

EFSA에서는 EU 각국에서 수행된 모니터링 자료를 수집하고 위해평가를 수행하여 ADI, PTWI, TDI와 같은 기준치를 설정하고 수집된 자료를 토대로 모니터링 보고서를 발간하고 있음

또한, EU차원의 바이오기술개발에 대한 공동협력을 추진하면서 회원국별 중점분야의 전략기술로서의 바이오기술개발을 통한 경쟁도 병행하고 있으며, 제7차 Framework Program(2007년~2013년)에 의한 보건·바이오·식품·농산품 개발에 95억 유로 투자를 계획하고 있음

영국은 EU의 No. 1499법에 따라 Food Safety Surveillance 프로그램을 운영하고 있음. 영국의 식품안전관리 기관인 FSA는 총 예산 중 상당수를 모니터링 및 감시 프로그램에 투자하여 그 결과를 Database로 잘 구축해 두었음

독일에서는 식품모니터링 제도가 기준규격설정 및 위해성 평가 목적으로 사용될 뿐만 아니라 사전 예방적인 실태조사의 역할을 띄고 있음. 기준 및 규격이 미 설정된 위해물질이라도 잠정적인 위해 우려가 있는 경우 지속적인 오염실태를 파악하고 있음

독일의 중앙 식품안전관리기관은 BfR과 BVL로 구성됨. BfR은 과학적 자료에 기초한 위해평가를 수행하는 기관으로 위해평가 및 연구에 900억 원(€ 60,000,000)을 투자하고 있으며, National Reference laboratories를 운영하고 있음. BVL은 위해 관리(management) 기관으로 National Food Monitoring 프로그램을 통해 독일 16개 주와 협의하여 모니터링 계획, 결과보고 등을 수행하고 있음

일본

일본은 위해성의 우선순위와 심각수준에 따라 중장기 모니터링 대상 위해물질을 선정하여 5년 단위로 재검토하여 사전예방적인 관리를 수행하고 있음

일본은 관 주도로 바이오산업 응용부문의 강점을 살리는 바이오기술 전략을 수립해 추진하고 있으며, 2001년 수립한 신산업 창조전략 및 2006년 마련한 제3기 과학기술기본계획을 연계하여 시행하고 있음

2.1.2. 선진 연구개발 현황 식중독 유발 미생물의 경우, 세계적으로 정성적 측정보다는 정량적 측정이 우선시 되고 있

음. 균 자체에 의한 감염보다 독소에 의해 식중독이 발생하는 경우, 정성평가의 의미가 축소되므로 각국은 국제기준에 맞추어 정량시험법 및 정량기준을 신설하고 있음

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개발 국가 제조회사 적용 기술

미국

BioControl System L a t e r a l - f l o w , ELISA

Neogen Lateral-flow

Dupont Qualicon PCR

Bio-Rad PCR, RT-PCR,PCR-Hybridization

정량적 검증은 배지를 이용하여 형성된 콜로니를 육안으로 관찰하는 전통적인 방법 외에도 형광 값이나 중합효소연쇄반응(PCR)을 이용한 검사법이 개발, 사용되고 있음

식품검사에 사용되는 일반적인 culture method는 약 3~5일이 소요되는 방법으로 일반 배지를 사용하여 미생물의 모양이나 생화학적 특성을 비교하는 검사 방법임

그러나 검출 시간이 오래 걸리고 검출 민감도가 낮으며 병원성을 나타내지 않는 균이 섞여있는 시료에서 목표 균을 완벽히 분리할 수 없기 때문에 다른 검출 기술의 개발이 필요한 실정임

전통적인 방법의 문제점을 해결하기 위해 새로운 검출기술들이 개발되고 있으며 주된 방법은 PCR을 이용한 방법 위주로 개발 및 연구가 진행되고 있음

PCR은 아주 적은 양의 DNA만을 갖고서도 특정 부위의 DNA서열을 기하급수적으로 증폭할 수 있는 방법으로 검체 중에 존재하는 미량의 병원성 미생물을 검출해 낼 수 있음

기술선진국은 감염병원균의 핵산을 기반으로 한 측정기술의 4가지 요소기술에 대한 원천기술이 다양하게 개발되어 있고, 이를 이용하여 다양한 제품 개발이 이루어지고 있음

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Roche PCR

Cepheid RT-PCR

프랑스 bioMerieux F l u o r e s c e n t immunoassay

일본 TaKaRa PCR

PCR을 기반으로 하여 효소면역검사용과 신속검출용 제품들이 개발되고 있으나, 효소면역검사는 감도 및 특이도는 높으나 시간이 오래 걸리고, 시료가 많이 드는 단점이 있으며, 신속검출법은 위음성 (false negative)등 잘못된 결과가 나타나는 단점이 있어 이를 보완하기위한 새로운 검측기술 개발의 필요성이 높아지고 있음

각종 병원균의 핵산기반기술을 이용하여 고감도 측정을 위한 기술들은 Roche, Cepheid, BioRad 등 다양한 메이저 바이오 회사에서 출시되고 있다. 그러나 시료 준비와 연계된 시스템은 현재 극소수에 불과할 뿐 아니라, 현장에서 사용할 수 있는 최적의 시스템은 아직까지 전 세계 어디서도 출시되거나 보고된 적이 없음

이러한 모든 기능이 결합된 제품은 Cepheid라는 회사에서 개발하여 판매중인 시료준비공정이 자동화된 RT-PCR 장비인 GeneXpert가 유일한 기기임. 하지만, 이러한 유사기능 제품의 개발로는 시장 진입 및 경쟁이 될 것으로 판단되지 않으며, 더욱 간단하고, 명료한 제품으로 출시되는 것이 바람직함

그러므로 시료전처리가 가능하도록 시료전처리기능이 포함된 측정시스템을 개발하는 것이 올바른 방향이라 생각됨. 하지만 시료/신호증폭기술을 이용하게 되면, 해외의 원천기술을 피할 수 없는 것으로 사료됨. 그러므로 시료전처리기능과 측정기능이 통합된 시스템이 필요함

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분석 시스템/소형화 관련 연구

Affymetrix. Inc. GenechipTM ,USA

리소그래피 기술을 이용 패턴 제작 유전자 발현과 염기서열 분석에 이용되는 칩 시스템 높은 신뢰성과 유전 정보의 재현성

Nanogen. Inc. NanochipTM,

USA MEMS 기술 이용한 미소전극 어레이 및 미소유체제어소자 결합 DNA를 초고속 고효율 분석하여 유전자와 질병과의 상관관계 분석에

이용

Ciphergen Biosystems, USA

SELDI(Surface-Enhanced Laser Desorption/Ionization) 분석 장치 기반

다수 단백질의 동시 분석용 칩 시스템

Biosite, USA 모세관 미소 유체 이동 소자를 이용한 단백질 칩 심근 경색 모니터링용 측정 시스템

Prof. V. Berry, USA 그래핀을 이용한 Field effect transitor 제작. 제작된 그래핀 FET를 통해 Single bacteria를 검출할 수 있는 device

개발

Caliper Life Sciences, Inc. USA

High throughput screening(HTS)을 위한 칩 제작 및 관련 기술 개발 고성능의 자동화와 효율성, 재현성 구현

Mobidiag Ltd, Finland 패혈증 박테리아의 DNA 기반 검출 Lab on a chip 기반 검출 시스템

단체 급식 위해 오염 지표는 핵산기반기술을 이용하여 측정하고자 할 때 요구되는 기본 네 가지 공정에 대한 기술 개발 및 이를 응용한 제품군 출시는 기업화 단계이나, 이를 응용하여 현장에서 응용 가능한 고감도 현장형 검출 소형 시스템 개발은 아직 개념 정립 단계임

제품이 출시되고 상용화되어 있는 기술들이 산재해 있지만, 이를 이용한 고감도 단체 급식 위해 오염 지표 소형 시스템 개발이 이루어 지지 않고 있는 이유는 제품화된 각각의 기술 간의 상호 연관성이 없고, 개발된 기술이 desk top 형식의 제품을 지원하기 위해 개발되거나, kit 타입으로 개발되어 있기 때문임. 각 연구진에서 개발된 기술을 응용하기 위하여 많은 노력을 이루어 왔고, 아래와 같은 대표적인 연구 결과가 있음

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시료 병원체 검출 기술 관련 연구

Prof. M. del Valle Group

(Univ. Autonoma de Barcelona, Spain)

DNA와 H1N1의 상보적인 결합을 이용하여 신종 플루 바이러스 측정

검출한계 : 0.6 nM

Prof. Mark E. Thompson Group

(Univ. of Southern California, USA)

나노와이어 위에서 SARS 바이오마커인 Nucleocapsid 단백질 AMP (Antibody Mimic Protein)를 사용하여 전기 화학적으로 검출.

검출한계 : 2 nM Prof. Franz L. Dickert

Group(Medical Univ. of Vienna, Germany)

분자 임프린팅 기술을 이용한 구제역 바이러스검출 방법.

검출한계 : 0.1 μM Prof. Etienne Thiry

Group(Univ. of Lie`ge,

Belgium)

ELISA 검출 기반 노로 바이러스 측정 검출한계 : 2 μM

Prof. Hong Shen Group(Univ. of Washington,

USA)

수지상세포를 이용한 미생물 탐지용 세포기반 바이오센서를 개발함.

자극에 의해 분비되는 Nitric oxide를 colorimetric assay를 통해 박테리아 감지

Prof. C. YangGroup

(Caltech, USA)

렌즈프리 이미지 센서와 미세 유체 칩을 결합한 병원체 현장검출용 현미경 개발, 수질검사 중 병원균을 탐지하는 용도로 개발 중

Prof. D. FletcherGroup

(UC Berkeley, USA)

일반 휴대폰에 현미경을 소형화하여 장착한 병원체 현장검출용 현미경 개발, 혈중 Sickle Cell을 찾거나 말라리아 기생충을 탐지

Prof. Xingyu Jiang Group

(National Center for NanoScience and

Technology, China)

나노파이버를 지지체로 고감도 에이즈 바이러스 항체 검출 연구

나노파이버의 표면적이 막 형태의 지지체보다 넓기 때문에 상대적 민감도가 높아짐

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Prof. Richard P. Van Duyne Group

(University of North Carolina, USA)

hot-spot을 가진 나노 구조체와 SERS 고감도 신호감지 기술 연구

Ruzicka FJ Group(University of

Madison, USA) Protein structure 규명을 통한 structural variants 발굴 다양한 종류의 공통 기작 효소들의 활성부위 variants 규명

Houck HJ Group(University of Florida,

USA)

Influenza virus, HSV, 장염바이러스 등의 다양한 바이러스에 대한 multiplex PCR 기술 개발

multiplex PCR에 대한 다양한 검출 기법 개발

무선 네트워크 구축 기술

Prof. Emil Jovanov(Univ. of Alabama in

Huntsville, USA)

사람의 건강 정보를 실시간으로 전송 및 모니터링 할 수 있는 새로운 형태의 무선 네트워크 구축에 관한 소프트웨어/하드웨어 아키텍처 개발

Prof. Tomonori Aoyama(Univ. of Tokyo, Japan)

산발적인 다양한 데이터를 각각의 센서 노드에 무선으로 연결시키고 전송 및 공유하는 유비쿼터스 U3 센서 네트워크 개발

Prof. Yasuhiro Ono(MIT Media Lab, USA)

각각의 장소에 수십 개의 센서 플러그를 설치하고, 빛 세기, 진동, 소음 및 온도 등에 관한 정보를 실시간으로 전송하고 공유하는 환경 센서 네트워크 개발

Prof. Kannan Ramchandran

(UC Berkeley, USA) 각각의 노드에서 정보를 효율적으로 분산, 수집하는 장거리

네트워크 기술을 개발

Prof. Shoji Otaka(IEEE member)

950-MHz를 이용한 근거리 유비쿼터스 네트워크 기술을 개발

Prof. Mark A. Perillo(Univ. of Rochester)

MiLAN으로 불리는 센서 네트워크 응용에 필수적인 Middleware를 개발

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2.2. 우리나라의 정책 및 연구 개발 현황

2.2.1. 식품 위해오염 지표 대응 정책

식중독 발생이 점점 증가하는 추세에 따라 정부는 정부 차원의 ‘식중독대응협의체제’를 구성, 가동에 들어감

식품정책과정에 국민이 참관하여 직접 의견을 제출하는 ‘국민 참관인 제도’를 확대함

위해정보교류와 안전관리 의견수렴을 위한 ‘식품 안전 열린 포럼’ 및 ‘식품안전정보교류협의회’ 등 민간정책참여제도 운영을 확대함

2007년 질병관리본부 국립보건연구원은 17개 시․도 보건환경연구원 및 94개 의료기관을 중심으로 바이러스성 장염에 대한 실험실 감시체계를 운영

식중독 확산 방지를 위해 신속히 예방요령과 주의경보를 발령하는 ‘학교 식중독 조기경보시스템’ 을 도입하여 운영함

위생취약시설 중점 점검 및 식중독 유형별, 상황별 대응지침을 마련하고 배포하는 등 예방교육과 홍보를 강화함

복지부 등 34개 유관기관이 참여하는 ‘범정부 식중독 종합대응 협의체’를 통해 식품의 원료에서 소비까지 단계별 상시 대응

2008년 7월부터 온라인 정보제공 강화를 위해 네이버 등 인터넷 포털사이트와 MOU 체결 및 소비자단체 등과 식품정보 교류를 강화함

국내의 경우 농림수산식품부에서 병원체 관련 질병 투자액을 증가시키는 추세이나, 대부분이 백신 개발이나 관련 기술의 기초 및 탐색 연구 수준에서 벗어나지 못하고 있음

2009년 국가 방역 시스템 연구 보고서에는 구제역, 조류독감 및 식중독균등 전염성 병원체 확산 방지를 위한 국가방역시스템의 핵심은 현장에서의 병원체 조기 감지 기술로 지정

2.2.2. 우리나라의 연구개발 현황 ELISA 기반 측정기술이 제안되었으나, photo-bleaching 현상이 일어날 수 있으며 검출 한계가 낮음

나노 구조체를 기반으로 항체를 고정화하여 고감도로 검측 하는 연구가 이루어지고 있음. 나노 구조체에 의한 표면적 증가에 민감도가 증가함

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Protein structure 규명을 통한 structural variants 발굴이 연구되었음. 다양한 종류의 공통 기작 효소들의 활성부위 varients를 규명함. 그러나 radical SAM 효소와 isozyme간의 생화학/생리학적 특성 비교가 미흡하였음

여러 바이러스(Influenza, HSV, 장염바이러스)에 대한 multiplex PCR 기술이 연구되었음. 그러나 여러 종의 바이러스를 동시에 검출하기 위한 specific primer의 제작이 어려움

선진국에서는 오염성 병원균을 감지연구의 시급성에 기인하여 신속 정확하게 고감도로 이를 측정하기 위해서 바이오마커(DNA, 단백질) 발굴, 광학적/전기적 측정기법을 기반의 감지 기법 개발에 대한 많은 연구가 이루어지고 있음

하지만, 긴 측정 시간, 낮은 검출 한계 및 재현성으로 인하여 실제 현장으로의 활용 가능한 기술의 개발은 매우 미비한 수준임

상업적으로 사용이 가능한 제품을 개발하기 위하여, 식품 오염균인 바이러스 및 박테리아를 측정하는 방법은 DNA/RNA 등 Nucleic acid를 이용하는 핵산기반기술(Gene-based technology)과 특이 항체를 이용하는 항체기반기술 (Antibody-based technology)로 구분되는 분자검출방법을 주로 이용함

항체기반기술과 달리 핵산기반기술은 PCR (Polymerase Chain Reaction)의 강력한 시료증폭기술에 의해 검출 감도를 높일 수 있어 DNA를 주로 이용하는 측정 기술이 고감도 병원균 유무 측정에 주로 사용됨

이러한 DNA를 이용한 분자검출 시장은 현재 DNA 칩 어레이를 비롯하여 real time PCR 기기로 양분되어 짐

핵산기반기술을 이용하여 박테리아 및 바이러스를 측정하기 위해서는 항체기반기술과 달리 크게 다음과 같은 기본적인 연속 공정이 필요함

1. 세포 파괴 (Cell extraction)2. RNA 정제/농축 공정 (RNA purification & concentration)3. 시료증폭 (DNA/RNA amplification) 4. 시료 측정 (DNA/RNA detection)

이러한 연속적인 공정의 필요성은 1. 기존의 세포배양 측정방법과 같은 정도의 노동력이 필요하고, 2. 측정을 위한 전문가가 필요하며, 3. 측정 오류가 측정자의 실수에 의해 발생할 확률이 높고, 4. 측정비용이 상대적으로 높다는 문제점으로 인해 핵산기반기술을 이용한 병원균 검측시장 확대 및 위상을 제약하고 있음

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식품 오염 지표 샘플 전처리 관련 연구

최원상 외(Dongguk Univ., Korea)

굴에서 노로 바이러스 분리 및 검출 Freon, chloroform을 용매로 사용하여 바이러스 분리(시료

중 RT-PCR 방해물질 제거)민준홍 외

(Chung Ang Univ., Korea)

환경 시료에서 박테리아 검출 핵산 흡착 반응을 이용하여 환경 시료 내 박테리아의 헥산

농축 및 정제

이런 문제점을 해결하기 위해 제안되고 개발되고 있는 방법이 병원균 측정을 위한 모든 공정을 한 칩에서 수행할 수 있는 Lab On a Chip (LOC) 이다. MEMS 기술과 마이크로 플루이딕 기술을 기반으로 한 LOC 기술은 나노바이오기술이 융합되면서 최근 수년간 많은 발전을 이루고 있음

특히, 전체 프로세스를 자동화할 수 있는 LOC 기술은 검출 프로세스 이동시 샘플 노출에 의한 오염 가능성에 의한 검측 오류 문제점이 빈번히 발생하는 RNA 검출에 적합한 개념으로 RNA 분석을 요구하는 측정방법에는 꼭 필요한 기술일뿐더러, desk top 방식에서 소형 휴대방식으로 전환에 필수적인 방법임

하지만, 국내에서는 현재 병원균의 측정을 위한 kit 개발이 한창이기는 하나, 개발 방향이 개발에 필요한 원천기술을 개발하고 이를 이용한 시스템 개발이 아니라, 기존에 기 등록된 외국의 기술을 이용하여 키트 화하는 방향으로 진행되고 있음

식품 오염균에 의한 질병은 아직까지 백신이 개발되지 않아 예방이 불가능함. 전염력도 매우 강해 신속하게 검출할 수 있는 추출, 농축, 정제 방법 및 분석방법이 필요하며 집단발병 시 이를 조기에 탐지할 인프라가 필요함

현재 시료농축/시료증폭/시료측정에 대한 모든 기술을 포함하는 기술개발은 아직 보고되지 않고 있으나, 삼성전자에서 곧 전 공정 자동화제품 개발 및 출시가 임박하였다는 동향보고가 있음

또한, 질병관리본부에서는 분자역학 관련 홈페이지인 K-caliciNet의 운영을 통하여 분자역학정보의 신속한 웹 기반 환류시스템을 가동하여, 식중독 집단발병 시 이를 조기에 탐지하고 대처할 수 있는 인프라를 확보하는 사업을 2007년부터 실시하고 있음

국내에도 많은 제품들이 출시되고 상용화되고 있지만, 제품화된 각각의 기술 간의 상호 연관성이 없고, 개발된 기술이 desk top 형식의 제품을 지원하기 위해 개발되거나, kit 타입으로 개발되어 있기 때문임. 각 연구진에서 개발된 기술을 응용하기 위하여 많은 노력을 이루어 왔고, 아래와 같은 대표적인 연구 결과가 있음

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이광락 외(한국소비자보호원,

Korea)

식육 중 중금속 분리 및 검출 전 처리법 연구 초단파분해법을 통해 시료의 오염 없이 단시간에 전처리

완료정홍래 외

(경기도보건환경연구소, Korea)

유통되는 한약재의 중금속 분석을 위한 전처리 연구 기존 건식법에 인산염을 개질제로 첨가하여 정확, 신속하게

다량의 시료를 동시에 처리

박건 외(Chosun Univ., Korea)

마이크로 메쉬, 분리막, 용해제를 이용하여 시료 중 타깃 세포나 바이러스를 제외한 나머지 세포들을 파괴, 용해

분석 시스템/소형화 관련 연구

최정우 외(Sogang Univ, Korea)

MEMS 기술을 이용해 마이크로바이오칩 제작 우유의 내에 존재하는 미생물, 항생제, 중성자, 산도를 검측 및

분석하여 우유의 신선도를 확인하는 바이오칩 구현.

김호성 외(Chungang Univ., Korea)

MEMS 공정을 이용한 마이크로 프리즘, 스캐닝 미러 단백질 칩용 초소형 미세형광측정 시스템 칩 상의 단백질 패턴에 여기 광 주사 시, 발광되는 빛을 검출하여

단백질의 종류와 양 분석

양명승 외(한국원자력연구원,

Korea)

일회용 DNA 분석 폴리머 칩 핫 엠보싱 기법을 이용하여 폴리머에 마이크로 패턴 제작 미세유체기술을 이용하여 세포용해, DNA 응축 및 정제,

유동 PCR을 하나의 칩 상에서 구현

최창억 외(한국전자통신연구원, Korea)

모세관 미소 유체 이동 소자를 이용한 단백질 칩 심근 경색 모니터링용 측정 시스템

시료 병원체 검출 기술 관련 연구

최정우 외(Sogang Univ., Korea)

SPR기법을 기반으로 병원체 검출 표적물질과 특이적으로 반응하는 단백질을 이용하여 생체분

자간의 상호 반응에 기인하여 병원체 검출

장원철 외(Dankook Univ., Korea)

등온증폭법, real-time PCR법으로 살모넬라 균 검출 현장 적용이 빠르고 감도가 높음 검출한계 :1.4×102~1.4×107copy/mL

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유진홍 외(Catholic Univ., Korea)

분자수준 검출기법(NASBA)을 이용하여 침습성 곰팡이균 감염 조기 검출 및 선제 치료

송석길 외(Chungbuk National Univ.,

Korea)

EBV, CMV, HBV, B19 4종의 바이러스 유전자에 특이적으로 결합할 수 있는 프라이머 제작하여 동시에 검출할 수 있는 Multiplex PCR법 확립

생체시료에서도 특이성이 유지됨

정효일 외(Yonsei Univ., Korea)

전기영동분극, Impedance 측정법을 이용하여 체액 내의 감염성 병원체 검침

병원체 입자들이 갖는 고유의 전기적 표현형을 통한 검침 및 분석

무선 네트워크 구축 기술

허탁 외(Chonnam Univ., Korea)

기존의 PACS 시스템에 실시간 원격진료를 더한 형태 원격지 의료진이 직접 웹페이지를 구축하여 데이터베이스에

환자의 정보를 입력, 전달하는 형태로 데이터 전송량을 줄이고 접근성 높임

박상해 외(Hanyang Univ., Korea)

유비쿼터스 헬스 케어 환경에서 개인정보 유출을 막기 위한 사용자 식별을 시스템 개발

심전도 신호를 활용하여 개인 식별

유선국 외(Yonsei Univ., Korea)

개인의 신체를 하나의 Area로 정의하고 이 Area 상에서 생체 신호를 측정하는 센서와 전송모듈을 연동한 소형의 경량 화된 무선 생체 계측 모듈

차경환 외(Dongseo Univ., Korea)

유비쿼터스 헬스 케어 망에서 이동에이전트기술을 이용하여 효율적으로 프로세스를 이주시켜 시스템 부하를 분산시키도록 함(균형화 클러스터링)

시스템의 부하분산이 최소화될 때까지 과 부하된 노드의 프로세스를 가까운 노드에 이주시킴

이봉환 외(Daejeon Univ., Korea)

모바일 센서네트워크 기반의 u-Healthcare 시스템 설계 및 구현

권영직 외(Daegu Univ., Korea)

무선센서네트워크 상에서 네트워크 코딩을 이용한 효율적인 코드 전파 기법 개발

파이프라이닝 코드 전파 기법에 네트워크 코딩을 적용하여 보다 효율적으로 코드 전파

기존 방식에 비해 약 49%의 성능 향상

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2.3. 국내외 표준화 동향

유해 미생물에 대한 검출 표준검출법에는 국내에는 식품공전법이 있고 국외에는 FDA, USDA, ISO표준법이 있으나 5일간의 검출 시간이 필요함으로서 사전 예방이 아닌 사후 관리만 가능한 상태임.

식품위생법에 의해 식품의약품안전청에서 주관하고 있는 식품 또는 식품 첨가물의 제조, 가공, 조리, 보존방법 및 성분에 관한 규정되어있음.

조리식품에 관한 표준화 된 식품 안전 관리 규격 (출처: 식품공전전문)

(1) 성상 : 고유의 색택과 향미를 가지고 이미․이취가 없어야 한다.

(2) 이물 : 식품은 원료의 처리과정에서 그 이상 제거되지 아니하는 정도 이상의 이물과 오염된 비위생적인 이물을 함유하여서는 안 된다. 다만 다른 식품이나 원료식물의 표피 또는 토사 등과 같이 실제에 있어 정상적인 조리과정 중 완전히 제거되지 아니하고 잔존하는 경우의 이물로서 그 양이 적고 일반적으로 인체의 건강을 해할 우려가 없는 정도는 제외한다.

(3) 대장균 : 음성이어야 한다.

(4) 세균 수 : 3,000/g 이하이어야 한다(슬러쉬에 한한다. 슬러쉬란 청량음료 등 완전 포장된 음료나, 물, 분말주스 등의 원료를 직접 혼합하여 얼음을 분쇄한 것과 같은 상태로 만들거나 아이스크림을 만드는 기계 등을 이용하여 반 얼음상태로 얼려 만든 음료를 말하며, 유가공품, 유산균, 발효식품 및 비 가열 제품이 함유된 경우에는 제외한다).

(5) 식중독균 : 식품접객업소(집단급식소 포함)에서 조리된 식품은 살모넬라(Salmonella spp.), 황색포도상구균(Staphylococcus aureus), 리스테리아 모노사이토제네스(Listeria monocytogenes), 대장균 O157:H7(Escherichia coli O157:H7), 캠필로백터 제주니(Camplyobacter jejuni), 여시니아 엔테로콜리티카(Yersinia enterocolitica), 장염비브리오균(Vibrio parahaemolyticus) 등 식중독균이 검출되어서는 아니 되며, 클로스트리디움 퍼프린젠스(Clostridium perfringens)는 100/g 이하, 바실러스 세레우스(Bacillus cereus)는 10,000/g 이하이어야 한다. 다만, 조리과정 중 가열처리를 하지 않거나 가열 후 조리한 식품의 경우 황색포도상구균(Staphylococcus aureus)은 100/g 이하이어야 한다.

(6) 산가 및 과산화물가(유탕 또는 유처리한 조리식품에 한함) ① 산가 : 5.0 이하 ② 과산화물가 : 60.0 이하

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국내 식품 오염지표 검출 표준법

식품 공전 법에 의한 Samonella 검출방법

(1) 증균 배양 검체 25g 또는 25ml를 취하여 225ml의 peptone water(7365)에 가한 후 35℃에서 18±2

시간 증균 배양한다. 배양액 0.1ml를 취하여 10ml appaport-Vassiliadis 배지(7512)에 접종하여 42℃에서 24 ± 2시간 한다.

(2) 분리 배양 증균 배양액을 MacConkey 한천배지 또는 Deoxycholate Citrate 한천배지 또는 XLD 한천

배지에 접종하여 35℃에서 24시간 배양한 후, 의심되는 집락은 확인 시험을 실시한다.

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(3) 확인시험

① 생화학적 확인시험 분리 배양된 평판배지상의 집락을 보통한천배지(7145)에 옮겨 35℃에서 18~24시간 배양

한 후, TSI 사면배지(7162)의 사면과 고층부에 접종하고 35℃에서 18~24시간 배양하여 생물학적 성상을 검사한다.

살모넬라는 유당, 서당 비분해(사면부 적색), 가스 생성(균열 확인) 양성인 균에 대하여 그람음성 간균임을 확인하고 urease 음성, lysine decarboxylase 양성 등의 특성을 확인한다.

② 응집시험 Spicer-Edwards등과 같은 H혼합혈청과 O 혼합혈청을 사용하여 응집반응을 확인한다.

국외 식품 오염지표 검출 표준법

FDA-BAM 방법에 의한 Samonella 검출방법

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USDA/FSIS 방법에 의한 Samonella 검출방법

ISO 방법에 의한 Samonella 검출방법

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2.4. 국내외 특허 동향

해외의 검출용 센서 기술 분야의 특허분포도를 살펴보면 미세유체공학, 샘플 고정용 챔버(chamber)제작, 생체물질을 이용한 기판 제작과 같은 칩 제작 기술 뿐 아니라 probe dye 표지법과 입자를 이용한 검출 방법과 관련한 특허가 다수 등록되어있는 것으로 나타남.

위해오염 지표 검출용 나노센서 기술 분야의 미국 특허는 2005년 이후 등록 건수가 감소하였으며, PCT 출원, 일본, 유럽 특허 또한 1~2년의 차이를 두고 같은 경향을 보이고 있으나, 한국의 경우에는 2005년 이후 급격히 증가하는 추세를 보임.

그림 11. 감염성 질환 검출 기술 특허 맵

이를 통해, 국내 위해지표 검출용 센서 관련 분야에 대한 관심이 증대되고 있음을 확인할 수 있으며, 최근 일어난 전국구 단위의 전염성 질환의 유행으로 전염병 및 유사 감염성 질환 모니터링 관련 수요가 증가할 것으로 전망되기에 관련 분야의 연구를 통한 기술 개발 및 지식재산권의 확보가 시급한 것으로 사료됨.

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미국의 경우, 시료 내 위해지표 검출을 위한 센서 시스템 기술의 선두주자임을 알 수 있으며, 환경시료 전처리기술, 신규감염인자 검출 기술, 나노센서 기술 전반에 걸쳐 연구되고 있음, 특히 시료 내 존재하는 DNA 검출 기술과 광학센서, 자기력 기반 센서 기술 분야에서 집중적으로 연구가 이루어지고 있음을 알 수 있음.

이에 비해, 일본, 유럽, 한국의 경우 미국에 비해, 현저히 특허출원이 적으며, 한국은 환경시료 처리기술, 시료 내 항원항체, 단백질 검출 기술, 광학센서, MEMS 기술을 이용한 센서 부분에 연구개발이 이루어지고 있음을 알 수 있음 .

그림 12. 국가별 바이오 검출 분야 특허 분포 표

국내외 관련 출원 특허 검색 순번 1

특허실용 세균 양 측정방법출원번호 1020090063918 공개번호 1020110006334

국제특허분류

G01N33/569,

G01N33/52,

C12Q1/06

출원인 농촌진흥청장

유사내용 나노바이오센서를 이용하여 세균의 양을 측정하는 방법에 관한 것으로

서, 세균에 부착된 나노바이오센서로부터 발산되는 형광의 세기를 이용

하여 세균의 양을 측정할 수 있는, 세균 양 측정 방법을 제공하는 것임.

측정에 필요한 시간은 짧으나 민감도가 현저히 떨어져 실제 현장에서의 활용이 어려움. 항원-항체 반응을 이용하여 세균을 분리해 내는 방식으로 전처리 과정의 효율성이 현저히 떨어짐. 단일 병원균만을 대상으로 함으로 다중 부패 유발 인자 (변성 단백질, 독소, 부패 유발 미생

물, 바이러스 등)에 의한 식중독의 실질적 예방이 어려움.

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순번 2

특허실용 면역크로마토그래피 분석에서의 신호 증폭방법 및 이를 이용한 면역 크

로마토그래피 키트

출원번호 1020107000259 공개번호 1020100076938

국제특허분류

G01N33/536

G01N33/541

G01N30/90

출원인 (주)인포피아

유사내용 면역크로마토그래피 분석을 이용하여 식중독 원인균의 측정이 가능한

기술.

면역크로마토그래피에서 감도를 향상시킨 기술이기는 하나 향상된 민감도가 그리 높지 못함. 검출 민감도가 낮은 문제점이 있어 소량으로도 치명적일 수 있는 미생물, 독소, 바이러스 등에

의한 식중독의 실질적 예방이 어려움.

순번 3

특허실용 퀀텀 닷 나노결정 복합체를 이용한 다중세균 검출장치 및 이의 검출방

법

출원번호 1020080014298 공개번호 1020090089001

국제특허분류G01N 33/53

G01N 33/48출원인 서경식, 김정환

유사내용 퀀텀 닷 나노결정복합체를 포식한 세균의 양과 종류를 전기적 방식으로

측정함.

측정대상이 식중독 원인균에 초점을 맞추어 다중 부패 유발 인자에 대한 검출은 불가능함. 세균마다 특이적으로 선호하는 퀀텀 닷 나노입자를 제작해야 하므로 나노입자의 개발에 있어

어려움이 있을 것으로 예상됨.

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순번 4

특허실용 독소 검출용 발색형 나노 바이오센서를 이용한 식품 독소검출방법

출원번호 1020080008621 공개번호 1020090082703

국제특허분류

G01N 33/532

G01N 33/52

G01N 33/02

G01N 33/48

출원인 세종대학교 산학협력단

유사내용 발색이 가능한 나노바이오센서를 이용해 발색변화에 의해 식품 내 존재

하는 독소를 검출할 수 있는 방법에 관한 것.

측정한계가 낮은 편이며, 낮은 농도의 시료 검출에서 측정오차가 많이 발생하는 문제가 있음. 오염지표를 분리 및 농축하는 기술과 연계가 없음으로 실제 식품시료 내에 존재하는 극미량

의 위해물질 검출이 어려움.

순번 5

특허실용 식중독균 검출을 위한 자성 코어 금 나노입자 및 그 제조방법, 상기 나

노입자를 이용한 식중독균 검출방법

출원번호 1020080041885 공개번호 1020090116142

국제특허분류 B82B3/00 출원인 한국식품연구원

유사내용

자성물질을 포함하는 자성체 코어를 제작하는 단계와; 상기 자성체 코

어의 표면을 아민(amine)기능기로 개질시키는 단계와; 상기 아민

(amine)기능기로 표면 개질된 자성체 코어 표면에 금 입자 층을 형성시

키는 단계를 포함하는 식중독균 검출을 위한 자성 코어 금 나노입자의

제조방법에 관한 것

식중독균 검출을 위해 시료에서 균을 분리 해내어 측정. 검출 민감도가 낮으며, 일관성 있는 결과를 얻기 위해서는 숙련된 기술자가 필요하여 실제 현

장에서 활용이 어려움.

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순번 6특허실용 저장 온도변화의 누적에 따른 식품 부패균 성장 판단용 라벨

출원번호 1020080072323 공개번호 1020100011202

국제특허분류

G01N 33/02

G01N 33/00

G01N 33/48

출원인 인하대학교

산학협력단

유사내용 저장물질과 같은 온도 변화를 받은 라벨상의 표지균 성장을 바탕으로

저장 온도변화에 따른 저장물질의 부패가능성 판단에 관한 것.

식품자체의 오염 여부를 직접적으로 검출하는 기술이 아닌 온도변화에 따른 표지균의 성장을 바탕으로 식품의 변질을 간접적으로 판단하는 기술임.

긴 검측시간이 필요하며, 식품의 저장 중 변질 검출이 목적이므로 단체급식 현장 적용에 어려움이 있음.

순번 7특허실용 식중독균 검출용 올리고뉴클레오티드 프로브 세트 및 상기프로브 세트

를 포함하는 마이크로어레이

출원번호 1020080050010 공개번호 1020090124020

국제특허분류

C12N15/10

C12N15/34

C12Q1/68

출원인 경희대학교

산학협력단

유사내용식중독균 검출용 올리고뉴클레오티드 프로브 세트, 상기 올리고뉴클레

오티드 프로브 세트를 포함하는 마이크로어레이, 상기 올리고뉴클레오

티드 프로브 세트를 이용하여 식중독균을 검출하는 방법, 상기 올리고

뉴클레오티드 프로브 세트를 포함하는 식중독균 검출 키트에 관한 것

병원균에서 헥산을 추출하는 정제 및 농축 과정이 복잡함. 반응 및 검출과정이 복잡하여 실제 현장에서 사용하기 어려움. 검출 민감도가 낮아 극미량 존재하는 위해 균의 검출이 어려움.

현존하는 출원 특허는 식품의 오염여부를 식중독 발생 균에 대한 오염 여부에만 집중하여 식품의 부패에 관한 통합적인 판단을 할 수 없음.

또한, 식품의 위해 오염지표를 정량적으로 검출하는 기술에 관한 특허는 주로 단일 균을 검출에 집중됨. 따라서 다중 부패 유발 인자 (변성 단백질, 독소, 부패 유발 미생물, 바이러스 등)에 의한 식중독의 실질적 예방이 어려움.

2010년 이후로 식품 오염지표를 측정하는 특허는 현재까지 출원된 내용이 없음.

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2.5. 연구사업의 특징

2.5.1. 식품 위해 지표 조사

그림 13. 인체의 건강을 해할 우려가 있는 생물학적, 화학적, 물리적 인자

식품의 오염은 유해미생물 및 바이러스나 유해물질이 식품에 비의도적으로 함유되는 것을 말함. 화학적 및 물리적, 생물학적 요인이 있지만 이중에서 생물학적 요인에 해당되는 미생물과 바이러스가 가장 큰 위해 요인이 됨.

물리적 위해는 외부로부터의 모든 물질이나 이물에 해당하는 여러 가지 것들이 포함됨. 이물이라 함은 절족동물 및 그 알, 설치류 및 곤충의 서식 흔적 물, 동물의 털, 배설물 등의 동물성, 곰팡이, 짚 겨와 같은 식물성, 토사, 유리, 금속 등의 광물성이 있음.

식품 중 정상적으로 존재할 수 없는 모든 물리적 이물이 물리적 위해의 원인이 되며 원재료가 오염되었거나 시설 및 장비, 오염된 포장재료, 잘못된 가공공정 등에 의해 발생 될 수 있음.

그림 14. 물리적 위해의 종류와 원인물질

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화학적 위해 요소는 곰팡이 독, 조개 독, 복어 독 등 생물에서 유래된 것, 과도하게 첨가된 식품첨가물과 같은 인위적으로 첨가된 것, 농약, 동물용의약품, 지정 외 첨가물, 중금속 등의 우발적으로 혼입된 것임.

화학물질 오염은 원재료 생산에서 가공의 공정에 이르는 단계에서 일어남. 수은, 납, 세척제와 기타 화학물질 등이 식품에 오염되어 식품 전래 질병 유발.

식품이 화학물질을 함유하는 것은 충분한 관리가 이루어지지 않거나 사용기준에 따르지 않고 사용한 경우가 많음.

식품 내의 화학물질이 항상 위해한 것은 아니며 규정치 이상 함유되었을 때 위해성을 나타냄.

그림 15. 화학적 위해요소와 세계기준

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생물학적 위해요소란 생물, 미생물들로 사람의 건강에 영향을 미칠 수 있는 것을 말하며, 곰팡이, 세균, 바이러스 등의 미생물과 기생충 등이 포함되며 식품에서 가장 많이 발생할 수 있는 생물학적 위해요소가 미생물과 바이러스임.

그림 16. 대표적인 생물학적 위해요소에 속하는 미생물과 바이러스의 증상과 감염경로 및 원인

위의 표에서 볼 수 있듯이, 비위생적인 환경에서 생산된 원재료, 비위생적인 가공환경 혹은 비위생적인 조리과정에서 식품이 생물학적 위해요소에 오염됨.

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식품을 매개로 생물학적 위해요소가 전파되는 경우, 대량 발병되기 쉽고, 2차전염이 일어날 확률이 높아 원재료의 보관, 가공 과정, 조리과정에서 관리 감독의 필요성이 높음.

극미량의 오염에 의해 대량 발병될 가능성이 있으나, 원재료 및 조리식품의 오염 여부를 판단 및 검출하기가 어려움.

미생물과 바이러스에 의한 식품의 오염을 증상의 원인별로 분류하면 감염형, 독소형, 감염ㆍ독소형으로 분류가 가능함.

감염형 위해요소는 미생물과 바이러스에 의해 오염된 식품을 섭취해 다량의 미생물과 바이러스가 장관 내에서 증식하는 경우를 말함. 잠복기가 비교적 길며, Salmonella, 장염 Vibrio, 병원성 대장균, Campylobacter, Virus등이 이에 해당됨.

독소형 위해요소는 미생물이 증식할 때 생성된 독소를 함유한 식품을 섭취했을 때 발생하는 경우를 말함. 잠복기가 비교적 짧으며 포도상 구균(enterotoxin A~I), Botulinus등이 이에 해당됨.

감염ㆍ독소형 위해요소는 병원성 위해요소에 오염된 식품을 섭취하고 미생물이 장관 내에서 증식 할 때 생산된 독소에 의한 경우를 말함. Clostridium perfringens, Bacillus cereus등이 이에 속함.

위해성을 나타내는 미생물 및 바이러스 중, 단체급식시 안전사고의 발생빈도가 가장 높은 원인군은 노로 바이러스, 살모넬라, 병원성대장균, 비브리오, 포도상 구균임.

노로 바이러스

노로 바이러스는 caliciviridae 과에 속해있는virus의 일종임. 노로 바이러스는 10개의particle만 섭취하더라도 식중독 증상을 일으키기 때문에 적은 양의 감염식품이라도 위험할 수 있음.

전 연령층에 전체적으로 영향을 미치기 때문에 다른 식중독 원인체에 비해 파급효과가 크며, 60도 이상의 높은 온도에서 생존이 가능하고 냉동상태에서도 생존이 가능해 조리과정에서 살아남아 전염성을 나타냄. 또한, 전염경로가 다양하기 때문에 한번 시작된 식중독이 크고 넓게 퍼질 수 있는 위험성이 있음.

보통 체내에서 2일가량의 잠복기를 갖고 그 후 약 4일간 활동을 함. 이 과정에서 급성 수인성 설사나 위장염, 장염 그리고 장출혈성 설사를 동반하는 식중독 증상이 나타남. 자연적으로 증상이 완화된 경우라도 바이러스가 생존해 전염성을 갖기 때문에 추가적인 전염의 가능성이 있음.

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살모넬라

현재 약2,500종 중 150종이 위해 식중독 세균인 것으로 알려져 있음. 이들의 특성은 Gram(-), rod, atalase(+), oxidase(-), 통성혐기성이며, 주 모성편모로 인하여 운동성을 가지고 있음. S.enterica Typhimurium (S.typhimurium)과 S.enterica Enteritis (S.enteritis)가 사람에게서 주된 식중독을 유발하고 있음. S.typhi와 S.parpatyphi, S.sendai 등은 법정 전염병으로 관리되고 있음.

보통 섭취후 12-24시간 후에 복통, 설사, 구토, 열의 증상이 나타나고 3-4주후까지 진행되면서 관절염 증상도 보임. 균종에 따라 증상 정도의 차이가 있으며 심한 경우 0.3~1%의 치사율을 보이는 경우도 있음. 감염량은 균종, 숙주의 상태에 따라 다르나 보통 105~107/g 으로 알려져 있으나 때때로 10-15cell의 감염량을 보여주기도 함.

병원성 대장균

보통의 대장균은 사람의 대장 내에 존재하는 일반적인 통성 혐기성 균으로 알려져 있으며 이로 인해 분변 오염의 지표로 중요하게 활용되고 있음. 균체(O), 협막(K), 및 편모(H)의 종류에 의해 여러 종류로 나뉘게 되며 원칙적으로 사람에게 무해하나 종류에 따라서 감염증이 발생함.

대게 2~4일의 잠복기를 가지며 탈수증상, 혈변, 부종, 경련을 수반하여 증상이 위험하며 사람에 따라서는 출혈성 대장염, 용혈성 요독증을 일으킴.

비브리오

균체(O), 협막(K), 및 편모(H)의 종류에 따라 80여종의 비브리오균이 알려져 있으며 일반 세균보다 doubling time이 10분으로 20분가량 짧아 한 마리의 균이 2~3시간 만에 발병량인 106에 도달하는 특징을 가지고 있음.

감염 시 급성 위장염 증상을 9~24시간 안에 나타내며 감염량은 105~107cell/g이며 균이 분비하는 내열성 용혈독에 의해 증상이 발생함. 이 독소는 열에 안정하며 0.1㎍으로 cytotoxic, cardiotoxic을 나타냄.

포도상 구균

화농성질환을 유발하는 대표적인 원인균으로 독소형 식중독 세균임. Gram(+), catalase(+), coagulase(+), mannitol분해 특성이 있음. enterotoxin을 생산하고 저온에서 생육 시 색소를 형성하는 특징이 있음.

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증상은 주로 급성위장염을 일으키는데 균의 생산독소가 중추신경을 자극해 구토를 일으킴. 독소형이기 때문에 잠복기가 3시간 정도로 짧으며 독소는 200도 30분 이상에서 파괴되지 않는 열 안정성을 가짐.

생물학적 위해 요인은 화학적, 물리적 위해 요인보다 위해성과 전염성, 사회적 파급력이 더 크므로 생물학적 위해 요소에 의한 오염을 최소화하기 위해서 체계적으로 관리되고 있음.

현재의 관리 체계는 원재료가 오염원에 노출되지 않은 상태에서 가공되는 데에 집중되어 있음. 그러나 생물학적 위해 요인은 어디에나 존재하며 보관 및 운반 과정에서 생물학적 위해 요인에 오염될 가능성이 존재하며 원재료의 오염 여부를 오감을 이용해 객관적으로 판단하기가 어려움.

따라서 원재료가 조리되기 직전에 원재료의 생물학적 위해요소 오염 여부를 검사해야할 필요성이 있음.

원재료가 오염되면 원재료 내에 존재하는 미생물의 수가 증가하므로 이를 이용해 일차적인 원재료의 오염 정도를 파악 할 수 있음.

현재, 식품 내 존재하는 세균을 배양해 존재하는 세균의 수를 세는 생균수 검사를 이용해 오염 여부를 확인 할 수 있지만 배양과정에서 시간이 오래 걸리고, 세균이 원재료에 고르게 분포한다고 볼 수 없으므로 정확한 검사가 어려운 단점이 있음.

또는, 어육의 신선도를 확인하는 방법으로는 K값의 수치를 확인하는 방법이 있음. K값이란 어육에 존재하는 Adenosine triphosphate가 신선도가 떨어질수록 분해되어 감소하는 것을 이용해 어육의 신선도를 판단하는 방법임.

위와 같은 방법으로 식품의 1차적인 오염 정도를 확인할 수 있지만 전체적인 균의 정보는 얻을 수 없음. 그러나 균의 종류에 따라서 부패활성이 다르고 이로 인해 전체 균수가 적은 식품이 쉽게 상해버릴 가능성도 있음.

식품이 완전히 부패되었을 경우는 누구나 쉽게 알 수 있지만 부패가 진행되고 있는 초기 부패 상태는 판단이 어려움.

초기 부패 상태에 위치한 식품을 섭취하게 될 경우 식중독 등의 문제가 발생하기 쉬우므로 전체적인 균의 수를 측정하는 것 외로 쉽게 부패를 유발하는 병원균에 의한 오염 정도를 파악할 필요가 있음.

생물학적 위해요소에 의한 부패는 모든 종류의 식품에서 발생할 수 있으며, 탄수화물, 단백질, 지방 성분의 변성 및 분해를 기본으로 함. 주로 식품의 색이 변하거나 부패취, 불쾌취가 나며, 침전물이 형성되는 등 식품의 다양한 변질이 일어남.

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그림 17. 식품의 종류에 따른 부패 원인 미생물

다양한 종류의 미생물이 식품의 부패에 관여하며 증식중 생성하는 대사산물로 인해 식품의 성질이 변질되거나 역한 냄새가 나고 독성을 띄는 물질을 생산하기도 함.

이처럼, 생물학적 위해 요인에는 다양한 원인 식품과 오염 경로가 존재하지만 주된 위해 요소는 미생물과 바이러스에 의한 감염임. 그림 16의 감염경로를 살펴보면 식재료의 주된 오염 경로는 가축의 분변, 오염된 토양 혹은 오염된 물에 원재료가 노출된 경우 그리고 조리 과정에서 오염원에 노출된 경우이고, 주된 오염 식품의 종류는 육류, 어패류 등의 단백질 식품임.

어떤 식품이라도 미생물과 바이러스에 의해 오염될 수 있지만 단백질 식품은 주로 수분 함량이 높고 미생물의 생육조건에 알맞은 영양소가 풍부해 미생물이 쉽게 증식할 수 있어 이러한 식품을 잠재적인 위해 식품으로 분류함.

신선한 원재료를 사용하여 식품을 조리하더라도 식품을 취급하는 과정에서 미생물에 의해 교차오염이 이루어지기 쉬움.

이렇듯, 어떤 식품이든 미생물에 의하여 오염될 수 있지만 수분함량이 높고 단백질 함량이 많은 식품에서 세균이 쉽게 증식할 수 있으므로 이러한 식품을 잠재적인 위해식품으로 분류함.

즉, 우유 및 유제품, 생달걀, 쇠고기, 돼지고기, 가금육, 생선류, 조개류, 갑각류, 두부 및 대두단백식품 등이 잠재적인 위해식품에 해당됨.

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2.5.2. 단체급식 식단표 분석 전국 초ㆍ중ㆍ고ㆍ특수학교 11,396교 중 99.9%인 11,389교에서 단체급식이 실시중임.

1일평균 718만 명의 학생이 급식을 섭취하며, 이는 전체 학생 중 98.8%에 해당됨.

구 분학교 수(교) 학생 수(천명) 운 형태(교)

체 식 % 체 식 % 직 (%) 탁(%)

등학교 5,859 5,859 100 3,305 3,281 99.3 5,857(99.9) 2(0.1)

학 교 3,131 3,130 99.9 1,969 1,957 99.4 2,962(94.6) 168(5.4)

고등학교 2,256 2,253 99.9 1,965 1,918 97.6 1,806(80.2) 447(19.8)

특수학교 150 147 98.0 24 23 95.8 145(98.6) 2(1.4)

계 1 1 , 3 9 6 1 1 , 3 8 9 9 9 . 9 7 , 2 6 3 7 , 1 7 9 9 8 . 8 10, 770(94.6) 619(5.4)

그림 18. 전국 초, 중 ,고등학교 단체급식 실시현황

단체급식에서 수분함량이 높고 단백질 함량이 높은 잠재 위해식품은 일반적으로 육류, 어패류, 난류, 유제품, 대두단백식품을 기본으로 하므로 급식 식단표를 조사해 배식 빈도를 다음과 같이 분석하였음.

보육원의 한 달 기본식단

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초등학교의 한 달 기본식단

중학교의 한 달 기본식단

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고등학교의 한 달 기본식단

어패류 육류 계란 대두단백식품 합계

보육원 21 11 4 6 42

초등학교 10 13 3 1 27

중학교 11 19 3 7 40

고등학교 11 16 6 7 40

○ 단백질 식품은 초등학교에서 일평균 한 가지 이상, 보육원, 중학교, 고등학교에서는 일평균 두 가지 정도가 배식됨.

○ 단백질 식품은 잠재적 위해식품이고 배식횟수가 많은 편 이므로 원재료 상태부터 조리 후 배식직전까지 체계적인 관리와 검사가 필요함.

2.5.3. 단체 급식시 측정 필요 지표 도출

○ 원재료부터 조리과정까지 미생물과 바이러스 같은 생물학적 위해 요인이 검사 되더라도 미생물의 부패산물이 식품 내에 남아 위험성을 나타낼 수 있다. 미생물의 생산독소 혹은 대사산물 중에는 열에 안정한 물질들이 존재하며 미생물이 조리과정에서 사멸되더라도 생산 독소 혹은 독성을 갖는 대사산물이 존재할 수 있음.

- 49 -

○ 미생물의 대사산물 중 주로 단백질 대사 산물인 질소 산화물이 식품 내에 잔존하는 경우가 많으며 아미노산의 탈탄산 반응에 의해 유해한 아민이 생성되거나 탈 아미노 반응에 의해 암모니아와 산이 생성됨.

○ 탈탄산 반응은 식품에 존재하는 아미노산이 미생물에 의해 분해되어 Histamine, Tyramine, Cadaverine 등의 유해한 아민이 생성되는 반응으로 생성된 아민은 식품 부패의 척도로 사용되기도 하며 알레르기성 식중독의 원인이 되기도 함.

○ 어패류의 부패과정에서 생성된 히스티딘은 탈 탄산작용에 의해 히스타민으로 바뀌어 생성ㆍ축적되는데, 특정수준 이상 섭취지 알레르기성 식중독의 원인이 됨.

○ 탈 아미노반응에 의해 식품 내 존재하는 아미노산이 암모니아와 산으로 분해되는 과정으로 식품의 성분과 미생물의 종류에 따라 생성되는 물질이 다름.

그림 19. 단백질의 부패과정 및 부패산물

단백질 식품의 종류와 부패에 관여하는 미생물에 의해 다양한 부패 과정이 진행되며 그에 따른 부패 산물의 종류 또한 다름.

생성된 암모니아와 휘발성 아민류를 총칭하여 휘발성 염기질소라 하며 이것은 어육과 식육의 신선도를 나타내는 지표로 이용됨.

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또는 휘발성 염기질소를 구성하는 아민중 가장 많이 존재하는 트리메틸아민을 측정하여 어육의 신선도를 측정하기도 함.

현재 미생물에 의한 부패산물을 기준으로 식품의 신선도를 판정하는 방법으로는 통기법, 감압법, 미량 확산법 및 간이시험법이 있음.

통기법과 감압법은 식품에 함유되어있는 amine류 및 암모니아를 증류하여 일정량의 황산 등에 흡수시켜 중화하고 남은 황산량을 수산화나트륨으로 중화 적정하여 질소량을 산출하는 방법임.

미량 확산법은 휘발성 염기질소를 포함한 검체에서 휘발성 염기질소가 확산되어 지시약이 섞인 혼합액에 섞여 들어가는 것을 이용하는 것으로 염기성을 띄는 휘발성 염기질소에 의해 지시약의 색깔변화로 휘발성 염기질소의 함유여부를 확인 할 수 있음.

현재 미생물의 부패산물을 검출, 검량하는 방법은 정확한 정량검사가 불가능하다는 점과 화학약품을 이용한 실험법이기 때문에 실제 현장에서 응용되기에는 무리가 있음.

그림 20. 단체 급식시 측정 필요 지표

원재료가 조리되기 전에 원재료의 신선도가 파악되어야 하며 어떠한 미생물과 바이러스에 의해 오염되어져 있는지도 측정되어야 함. 또한, 조리 후 식품 내에 남아있는 미생물의 생산독소와 유해한 대사산물의 잔존 여부가 빠르고 정확하게, 현장에서 적용될 수 있는 방법으로 측정되어야 함.

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생물학적 위해 요인은 어디에나 존재하며 보관 및 운반 과정에서 생물학적 위해 요인에 오염될 가능성이 존재함으로 원재료가 조리되기 직전에 원재료의 생물학적 위해요소 오염 여부 (신선도) 을 검사해야할 필요성이 있음.

식품에서 가장 많이 발생할 수 있는 생물학적 위해요소가 미생물과 바이러스임. 식품을 매개로 생물학적 위해요소가 전파되는 경우, 극미량의 오염에 의해 대량 발병될 가능성이 높아 정밀히 검사해야 할 필요성이 있음.

극미량의 오염에 의해 대량 발병될 가능성이 있으나, 원재료 및 조리식품의 오염 여부를 판단 및 검출하기가 어려움. 미생물과 바이러스에 의한 식품의 오염을 증상의 원인별로 분류하면 감염형, 독소형, 감염ㆍ독소형으로 분류가 가능함.

원재료부터 조리과정까지 미생물과 바이러스 같은 생물학적 위해 요인을 검사 하더라도 미생물의 생산독소 혹은 독성을 갖는 대사산물이 존재하여 위해성을 나타냄으로 체계적인 식품 안전사고 예방 및 관리를 위해서는 점사해야 할 필요성이 높음.

따라서 원재료에 존재하는 미생물의 절대적인 양을 측정해 원재료의 신선도를 측정하고, 극미량의 오염으로도 병원성을 나타낼 수 있는 독소형ㆍ감염형 미생물 및 바이러스의 오염여부를 측정하며, 조리과정중에 미생물이 파괴되더라도 조리식품 내에 존재할 수 있는 독소형 미생물의 생산독소 및 단백질 부패관련 미생물 대사산물에 대한 측정이 필요함.

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제 3 장 기술의 특성3.1. 시료 전처리

감염균 측정에 가장 중요한 기술은 감도를 향상시키기 위한, 시료전처리 (농축), 시료증폭기술, 신호증폭기술임. 최근엔 신호 증폭 기술보다, 시료증폭기술에 대한 의존도가 높아지는 데, 그 이유는 PCR 기술이 계속 발달하여, 측정시간이 30분 이내로 감소하였고, 이로 인해, 신호 증폭 기술보다 민감도/정확도/특이도가 우월하기 때문임.

최근에는 칩 내에서 세포의 용해를 낮은 에너지로 보다 빠르게 세포 내부 물질의 변질을 줄이고 높은 효율로 추출하고자 하는 것을 목적으로 하는 다양한 방법들이 개발되고 있음.

전처리를 위한 시료파괴기술은 아래와 같은 7가지의 에너지 전달기술을 이용하여 발전을 하고 있으며, 열에너지를 이용하거나, 화학물질을 이용하는 기술이 대부분을 이루고 있음.

최근에는 레이저를 이용하여 세포를 용해시켜 원하는 분석물질을 얻고자 하는 연구가 진행되어 그중 일부가 상업화되었음.

전 극 이 쉽 게 변 하 고 동 시 에많 은 세 포 에 가 하 기 어 려 움 .

바 이 오 칩 내 에 내장 하 기 용 이

전 극 에 가 해 지 는 순 간적 인 고 전 압 을 이 용

e le c t ro p o ra t io nly s is

추 가 로 열 원 을 위 한 에 너 지필 요 .함

P C R 장 치 를 공 유할 수 있 다

열 을 이 용 한 세 포 의 용해

T h e rm a l ly s is

추 가 로 에 너 지 원 이 필 요 로하 며 유 선 으 로 연 결 되 고 시

스 템 이 복 잡 함

바 이 오 칩 내 에 내장 하 기 용 이

초 음 파 를 이 용 한 용 해S o n ic a t io n

휴 대 성 과 편 리 성 이 떨 어 짐세 포 의 종 류 에 무관 하 게 용 해 가 가

능

레 이 저 빔 을 이 용 한 열적 , 화 학 적 용 해

L a s e r ly s is

분 해 화 학 물 의 흐 름 을 위 한마 이 크 로 채 널 , 밸 브 , 펌 프 의

제 조 를 요 구 함

시 스 템 의 디 자 인간 단 하 다

효 소 를 이 용 한 용 해C h e m ic a l m e th o d

제 작 이 어 렵 고 물 질 의 기 계적 강 도 를 요 구 함

시 스 템 의 디 자 인이 간 단 하 다

기 계 적 마 찰 이 나 분 쇄M e c h a n ic a l

m e th o d

단 점장 점원 리용 해 방 법

전 극 이 쉽 게 변 하 고 동 시 에많 은 세 포 에 가 하 기 어 려 움 .

바 이 오 칩 내 에 내장 하 기 용 이

전 극 에 가 해 지 는 순 간적 인 고 전 압 을 이 용

e le c t ro p o ra t io nly s is

추 가 로 열 원 을 위 한 에 너 지필 요 .함

P C R 장 치 를 공 유할 수 있 다

열 을 이 용 한 세 포 의 용해

T h e rm a l ly s is

추 가 로 에 너 지 원 이 필 요 로하 며 유 선 으 로 연 결 되 고 시

스 템 이 복 잡 함

바 이 오 칩 내 에 내장 하 기 용 이

초 음 파 를 이 용 한 용 해S o n ic a t io n

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단 점장 점원 리용 해 방 법

그림 21. 각종 세포 용해 방법의 원리 및 장단점 비교

물리적 방법 중 대표적인 것은 초음파를 사용하여 세포를 변화시키는 기술임. 매질 내에 있는 기포를 초음파를 이용해 에너지를 높이고 활성화된 기포로 세포를 용해함.

열을 이용하여 세포를 용해시키는 방법은 매우 간단하여 범용적으로 사용되고 있음. 열선을 이용해 세포를 직접 태우는 방식으로 매우 효과적이나 고온에 의해 추출하고자 하는 물질이 변성될 수 있다는 단점이 있음.

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1990년대부터 사용된 chaotropic salt를 이용한 박테리아/바이러스 파괴기술은 마이크로 시스템이 아닌 튜브시스템에서 높은 적용률을 보이고 있지만, 시스템이 마이크로화 되어가면서, 점점 열에너지/전기에너지를 이용한 세포파괴기술을 보이고 있음.

하지만, 현재의 세포용해 방법은 바이오칩과 같은 소형화된 장비에 비해 상대적으로 큰 크기의 에너지원을 요구하므로 이는 바이오칩의 개발 의도와는 달리 장비를 대형화 시키고 편리성과 경제성을 떨어뜨림.

하나의 에너지원이 하나의 바이오칩에 연결되어야 하므로 비경제적이며 이는 기기간의 오차의 원인이 됨. 기존의 세포 용해 방법들은 세포에 가해지는 에너지의 크기가 고정되어 있어서 세포의 용해를 미세하고 가변적으로 조절하기 어려워, 결과적으로 세포내에서 방출되는 물질이 외부 환경에 민감한 경우 변성이 발생함.

세포를 용해시키는 개별적인 공간이 필요하기 때문에 세포를 용해시키고 나서 연속적으로 다른 공정과 병행하기 어렵다. 특히 대부분의 기존 방법이 동시에 많은 세포를 용해하기 어려우며 이에 따라 빠른 시간 내에 원하는 농도의 세포내 물질을 얻기에 어려움이 있기 때문에, 새로운 세포 파괴 기술이 필요함.

시료 즉, 핵산을 농축, 정제하는 기술은 액상을 기반으로 한 기술에서 고체상을 기반으로 한 기술로 발전하고 있으며, 고체상 기반 기술로 인해, 핵산 정제 및 농축의 효율 증대 및 공정 시간 감소를 이룩할 수 있음.

하지만, 개발된 고체상 기반 기술은, 후 공정인 증폭공정에 문제를 일으킬 수 있는 chaotropic salt를 사용하거나, ethanol과 같은 유기용매를 사용하고 있으며, 표면의 특성을 변화시키기 위해 표면의 처리공정이 필요하는 등, 소형 측정시스템을 개발에 직접적으로 응용될 수 없는 단점이 있음.

그림 22. 핵산 정제 원리

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1993년에 Boom에 의해 재정립된 최초의 고체상 기반의 핵산 정제/농축 기술 (US patent 5234809) 은 Boom technology로 불리어지며, 현재 고체상 핵산 정제 기술의 핵심 원천기술로 사용되어 지고 있음.

1994년에 Hawkins에 의해 고안된 이 방법은 chaotropic salt를 사용하지 않고 생물공정에 적합한 물질을 사용하여 표면에 DNA를 흡탈착 시키기 위한 방법임. Chaotropic salt 대신 PEG (Polyethylene glycol)과 일반 salt (10% PEG８000과 1.25M NaCl)를 사용함.(Nucleic Acids Research 1994, 22,4543, US patent 5,705,628).

Boom technology는 실리카 표면을 사용하는 데 반해, SPRI 기술은 Carboxyl 표면을 사용함. 이 방법은 chaotropic salt를 사용하지 않기 때문에, 마이크로 플루이딕 방법을 사용하는 소형 시스템에 적합한 방법으로 생각되어 지나, PEG의 사용으로 인한 용액의 점도 증가에 따른 용액 조절이 어렵고, NaCl의 높은 농도로 인하여, washing 시간이 길어진다는 단점이 있음.

CST 기술은 1999년에 개발된 핵산 정제/농축 기술 (WO 99/29703)로써, boom technology에서 사용하는 chaotropic salt 및 ethanol 등 후 공정인 시료 증폭 공정에 영향을 줄 수 있는 물질들을 사용하지 않고, 또한 SPRI에서 사용하는 다른 물질 즉, PEG을 사용하지 않으려는 노력의 결실로 제작된 기술로써, 표면의 charge를 용액의 pH를 이용하여 바꾸어 줄 수 있도록 표면을 개조한 마이크로 파티클을 이용함.

마이크로 파티클을 사용하는 것의 장점은 표면적의 확대와 더불어 용액 내에서 움직이기 때문에, 표면과 DNA가 충돌할 수 있는 확률을 높이는 것임.

Charge complexation 기술 (CCT) 은 핵산을 elution 할 때, EDTA를 이용함. 표면은 boom technology에서 사용하는 실리카나, SPRI 나 CST 기술에서 사용하는 코팅된 charged 표면이 아니라, Sand-Clay를 이용한 filter matrix를 이용하고, DNA를 흡착하는 방식은 Boom technology에서 사용하는 direct adsorption이나, CST나 SPRI에서 사용하는 direct charged interaction이 아니라, Mg2+와 같은 2가의 양이온을 이용하여 negative charge와 negative 핵산과의 complex를 이용함.

이 기술은 상대적으로 타 기술과 달리 후 공정에 영향을 주거나, 표면을 코팅하는 방법을 사용하지 않아 핵산 제거를 위한 소형 시스템에 적합함.

이처럼, 표면의 개조 없이 필요한 성질을 투입하는 용액을 이용하는 방법을 개발한다면, RNA를 이용하는 병원균 검측 소형 시스템이 가능하리라 사료됨. 하지만 이 기술 역시 3종의 용액을 사용하는 기본 형식을 취하고 있고, washing 단계시 70%의 ethanol을 사용하기 때문에, 소형 시스템으로의 적용이 불가능함.

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irreversible 정제방법은 기술은 앞에서 설명한 여타의 기술과 달리 2단계의 공정을 사용함. 이 기술에서 사용하는 표면은 핵산을 비가역적으로 흡착하기 때문에 washing 단계 후에 핵산을 탈착할 수 없음.

수용액상의 박테리아는 박테리아표면간의 상호작용과 가해지는 물질과 박테리아 표면과의 상호작용을 조절하여 박테리아를 분리해 낼 수 있음.

가해지는 물질의 표면 상태를 개질하여 정전기적 인력으로 박테리아균을 수용액에서 분리해내고 화학물질을 첨가해 분리 효율을 높일 수 있음.

분리된 박테리아에서 핵산을 추출하여 외부오염에 의한 오차가 감소하여 민감도가 매우 높아 10CFU/100mL의 박테리아도 효과적으로 측정 할 수 있음.

3.2. 시료 감지 및 측정

바이오센서 개발에 있어 가장 중요한 것은 표적을 인식하고 효율적으로 신호를 검출할 수 있는 기술임.

센서표면/생체분자와 표적과의 상호작용을 통해 시료로부터 표적물질을 신속하게 선택적으로 검출해야하며 표적의 포획을 높은 감도와 저 잡음으로 검출해야함.

3.2.1. DNA/RNA 기반 검출 기술 핵산을 이용하는 기술이 광범위하게 이용되는 가장 큰 이유는 핵산 증폭 기술의 발달에 기

인함. PCR (Polymerase Chain Reaction)은 핵산 증폭의 대표적인 기술로써, 높은 핵산을 이용한 박테리아 및 바이러스 측정에 높은 특이성과 선택성을 제공함.

이러한 핵산 증폭 방법은 PCR뿐만 아니라, RT-PCR (Reverse Transcription Polymerase Chaine Reaction), RCA (Rolling Circle amplification), NASBA (Nucleic Acid Sequence Based Amplification), SDA (Strand Displacement Amplification), TMA (Transcription Mediated Amplification), LCR (Ligase Chain Reaction) 등이 있음.

이중에서 RNA를 증폭할 수 있는 기술은, RT-PCR, NASBA, TMA 등이 있음. 대표적인 분자검출 기법인 RT-PCR의 경우 감도가 매우 뛰어나 병원체 감염 확진에 활용되고 있음.

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그림 23. PCR을 이용한 핵산 증폭

PCR은 매우 간단하고 민감도가 높은 핵산 증폭 기술로, 생물학과 유전학 발달에 지대한 역할을 하고 있음.

그중에서 RCA 기술은 이론적으로 현존하는 기술 중 가장 sensitive한 기술로써, 하나의 프라이머를 ligation 반응을 통하거나, 직접 circle 형태로 제작하여, 반복되는 시퀀스를 가진 생성물로 증폭하는 기술로, 현재 단백질 측정을 포함한 다양한 분야에 응용되고 있음.

BioMerieux사에서 기술을 보유하고 있는 NASBA와 Gen-Probe사에서 기술을 보유하고 있는 TMA는 RNA를 중점적으로 이용하는 증폭기술로, 기능상 매우 비슷함.

RNA를 특이적으로 증폭 할 수 있어 바이러스검사나 박테리아 검사 시 유용하며, PCR과 달리 단일온도에서 수행되기 때문에 온도 조절기가 필요 없어 장치 설치비용이 저렴함.

하지만, 위에 소개된 기술들은 샘플 전처리, 유전자 추출, 역전사, 증폭, 분석 및 확인 등 복잡한 생물학적 기법이 수반되는 실험실 기반의 기법으로, 현장에서의 조기검출 측정법으로는 적절치 않음. 또한 기존 병원체와 비슷하나 유전자가 변종 된 아종 병원체의 검출이 불가능하다는 치명적인 단점을 가지고 있음

3.2.2. 테라헤르츠파 기반 검출 기술

테라헤르츠파 (Terahertz Wave, T-ray)는 전파와 광파의 중간 대역에 위치하는 전자기파 (주파수 0.1-10 THz) 로서, 전파의 투과성과 광파의 직진성을 모두 가지고 있으면서 세포 구조를 파괴하지 않는 생체 친화형 전자기파를 이용한 센서임.

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테라헤르츠파(THz)를 이용한 시간영역 분광기술(time domain spectroscopy)은 시료에 부차적인 처리를 하지 않고 초박막 시료의 굴절률을 매우 정확히 검출할 수 있는 장점이 있기 때문에 극미량의 생화학 분자를 염색처리 과정 없이 직접적으로 검출하기에 매우 적합한 기술임.

또한, THz 전자기파는 비파괴적일 뿐만 아니라 생화학 분자의 집합적 진동 모드에 부합되는 대역이기 때문에 생화학 분자의 구조 변화에 따른 현상을 연구하는 데에 매우 적합함.

THz의 발생은 펨토초 레이저를 이용한 광전도 안테나, 광정류 방식, 반도체 표면 전계를 이용하는 방식 등을 통해 피코초 (Picosecond) 단위의 순간적인 펄스형 신호를 생성시킬 수 있는데, 주파수 영역에서 보면 주로 0.1 THz에서 수 THz까지의 광대역 THz파가 발생됨. THz파의 계측은 광전도 안테나 및 전광 샘플링 (Electro-Optic Sampling) 방식 등을 주로 이용 측정하고 있지만, THz 펄스 신호를 더욱 정확하게 검출하기 위해서는 회전형 광지연기 등의 추가적인 개발 연구가 필요한 실정임.

그림 24. 테라헤르츠파 기반 바이오센서

테라헤르츠파 기반 센서는 의료, 식품/약품, 보안/국방, 정보통신, 산업응용 등 우리 삶의 모든 분야에 그 활용이 가능하지만, 테라헤르츠 (THz) 파의 발생 및 계측이 어려워 상업적인 응용에 제한이 있어 “THz Gap”으로 불리어지고 있음.

테라헤르츠파와 생체분자 사이의 상호 반응에 대한 메커니즘이 아직도 충분히 규명되지 않았다. 이는 정확도와 신뢰도 구축에 장애가 되는 요소이며, 수 년 후 규명이 되더라도 이미 분석의 효율성이 저하한 이후가 될 수도 있음.

가장 중요한 문제로, 시스템의 가격이 매우 높다는 것이다. 티타늄 사파이어 펨토초 레이저7의 경우 수억 원에 달하여 상용화가 힘들고 초기 시장형성이 어려운 점이 문제임.

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3.2.3. 전자코 (전기 기반 가스 센서) 기반 검출 기술

전자 코란 나노구조를 갖는 물질을 이용하여 인간의 후각기능을 모방한 전자적 장치로서, 준-선택적(semi-selective)이며 가역적인 가스 어레이 센서 어레이다. 이러한 센서 어레이의 신호를 패턴 인식기법으로 분석하는 전자 후각 개념이 소개되면서 휴대할 수 있고, 현장에서 직접 측정할 수 있는 전자 코 기술에 관한 연구는 활발하게 진행되고 있음.

가스센서는 세라믹 반도체 혹은 전도성 고분자 표면에 가스가 접촉했을 때 일어나는 전기전도도의 변화를 이용하는 것이 많으며 대부분 대기 중에서 가열하여 사용되는 일이 많아 고온에서 안정한 금속산화물(세라믹스)이 주로 사용된다. 금속 산화물은 반도체의 성질을 나타내는 것이 많고, 이중 금속원자가 과잉(산소 결핍)인 경우에는 n형 반도체, 금속원자가 결핍인 경우에는 p형 반도체가 됨.

그림 25. 전자코 (전기 기반 가스 센서)

전자코 센서는 반도체 중 전기전도도가 크고 융점이 높아서 사용온도 영역에서 열적으로 안정한 성질을 가진 반도체를 기반으로 가스 측정에 이용되고 있음. 반도체 가스센서는 대부분 유독가스, 가연성가스에 어떤 응답을 나타내어 감지할 수 있는 가스의 종류가 많고, 센서제작이 용이하고 검출회로의 구성이 간단하다는 특징이 있음.

그러나 공기 기반의 가스센서는 안정 되지 못하고 시간의 흐름에 따라 변화 또는 편차가 발생되는 문제가 있음. 특히, 목표가스 농도의 절대치가 필요할 때는 심각한 문제를 야기할 수도 있음. 현재까지도 감지하려는 특정가스만을 감지할 수 있는 선택성이 우수한 가스센서는 적은편이고 아직도 연구개발 중에 있음.

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센서반응에는 두 가지 변수가 있고 즉, 가스의 종류와 이의 농도로서 단일 센서 출력으로부터 두 변수를 동시에 측정할 수 없음. 반도체가스센서의 모재료와 촉매를 여러 가지로 바꾸거나 조합하고 센서동작온도를 변경함으로써 선택성을 부여하기도 함.

목표가스가 아주 희박하더라도 흡착 및 탈착 조건을 선택함으로써 검출한계에 충분하게 농축할 수 있음. 이와 같이 온도조절 흡착-탈착 및 센싱의 혼성시스템은 희박가스 감지에 유용하지만 검출결과는 단속적으로 얻어야 함.

3.2.4. 면역 반응 기반 검출 기술

면역분석 방법은 구조적으로 유사한 분자들 사이에서 특정분석 대상 물질을 선택적으로 인지하는 능력을 가지는 항체를 사용함으로써 높은 선택도와 민감도를 가지는 분석시스템의 개발에 활용될 수 있음.

Enzyme-linked immunosorbent assay(ELISA), western bloting, fluoro -immunoassay, radioimmunoassay(RIA) 등의 방법이 개발되어 활용되고 있음.

이러한 분석방법 중에서 샌드위치 효소결합 면역분석법(sandwich ELISA)은 민감도를 높일 수 있는 기술로 정량분석에 가장 널리 이용되고 있음.

ELISA는 항체에 효소를 결합시킨 후, 항원-항체 반응을 확인하는 방법으로, 항체에 결합되는 효소 중에는 간단한 기질 용액을 넣어주면 색깔을 띄는 반응을 이용함.

ELISA와 비교하였을 때, 샌드위치 ELISA는 쌍을 이루는 두 종류의 항체를 사용하여 높은 특이성과 민감도 향상이 가능함.

그림 26. ELISA (A)와 샌드위치 ELISA (B)

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3.2.5. 질량 기반 검출 기술

최근 무표지, 현장즉응형 병원체 검출 방법으로 병원체의 질량, 부피, 또는 표면의 전하를 측정하는 방법이 제안되고 있음.

병원체의 크기나 부피는 외부 조건에 따라 민감하게 변화하여 검출 특이도가 떨어지며 표면 전하의 경우는 정밀한 정량적 측정이 어려워 병원체의 질량을 측정하는 방법이 주목받고 있음.

최근 10년간 미소한 질량을 측정할 수 있는 센서 시스템으로 마이크로 캔틸레버 센서 시스템이 국내외 연구진에 의해 활발히 연구되고 있음.

마이크로 캔틸레버를 이용해 단일 E. coli 박테리아와 Vaccina와 같은 상대적으로 큰 바이러스의 질량 측정에 성공했으나 건식 환경에서만 측정되었고 질량변화에 대한 민감도가 최대인 캔틸레버의 자유단에 샘플을 위치시키기 어려우며, 샘플 로딩 또한 긴 시간이 걸리는 단점이 있음.

그림 27. 캔틸레버를 이용한 질량기반의 생물분자 측정 기술

또한 측정대상물질을 캔틸레버위에 위치하게 하는데 고가의 장비와 숙련된 기술이 필요하며 건식환경에서 측정되기 때문에 습식환경에 지속적으로 노출되어야 하는 생물학적 샘플의 경우 캔틸레버 센서 시스템의 적용이 어려운 단점이 있음.

보통의 마이크로 캔틸레버 질량 센서 시스템의 문제점을 해결하기 위해 최근에 미국 MIT에서 개발된 미세 유동채널을 내장하는 캔틸레버 센서시스템은 각종 마이크로/나노 입자나 바이오샘플의 무게를 높은 분해능으로 측정할 수 있어 나노/바이오 기술에 다양하게 응용될 전망임.

단일 병원체의 정량적인 측정을 위해서는 더 작은 캔틸레버의 설계, 제작이 요구되나 캔틸레버의 크기를 줄이게 되면 채널 내부에 랜덤하게 위치하는 측정대상에 의해 측정오차가 상당히 증가하며, 감소한 내부 부피에 의해 시간당 측정하는 샘플의 부피가 감소하게 됨.

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기존의 레이저와 광학다이오드를 이용한 광학기반 공진주파수 측정은 부피가 크고 복잡하여 캔틸레버 배열에 사용되기 어려우며, 레이저 광원의 정밀한 정렬이 필요해 숙련된 연구원/기술자가 부족한 환경에서는 사용되기 어려움.

이와 같은 문제점을 해결하기 위해 마이크로 캔틸레버 센서 시스템은 측정분해능 한계를 향상시키고 외부의 크고 복잡한 광학 측정 장치를 사용하는 대신에 구조물 내에 전기적인 변위센서를 통합하여 누구나 쉽게 사용할 수 있는 방향으로 연구가 진행되고 있음.

또한 시간당 측정 가능한 샘플의 부피문제를 해결하기위해 다수의 구조물을 하나로 통합하고 기존의 질량측정을 뛰어넘어 질량, 밀도, 크기를 동시에 측정하는 방향으로 연구가 진행되고 있음.

이러한 캔틸레버 센서 시스템의 발전은 단일 병원체의 검출뿐만 아니라 각종 나노입자, 양자점 등의 측정에 응용이 가능할 것으로 예상됨.

3.2.6. 광학/플라즈모닉 기반 검출 기술

나노광학 기반의 고감도 위해 지표 감지 기술은 최근 사회적인 이슈가 되고 있는 위해 지표를 현장에서 검출하여 조기에 신속하게 감지하고 분자 검출 기법을 통한 아종 위해 지표까지 확진할 수 있는 플랫폼 기술로, 다양한 위해 지표에 확대 적용하여 최적검출방법 제시가 가능한 원천 기술임.

일반적으로 각각의 물질이 특유의 색을 띄는 것은 어떤 진동수의 빛을 강하게 흡수 또는 반사하기 때문이다. 금속에는 자유전자가 많이 포함되어있으며, 자유전자는 서로 상호작용을 하며 집단적으로 진동하게 되고, 이와 같은 현상을 플라즈몬(plasmon) 현상이라 함.

그림 28. (연속형) 표면 플라즈몬 공명 기반 검출법

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표면 플라즈몬 공명(Surface Plasmon Resonance, SPR)의 경우 금, 은, 알루미늄 등 전자

방출이 쉽고 음의 유전상수를 갖는 금속에 레이저를 입사할 경우 특정 각도에서 표면플라즈몬 파가 발생하는 것을 이용하는 방법으로 비표지 방식으로 매우 정확하게 대상 물질의 존재 유무 및 농도를 분석할 수 있으나, 낮은 농도에서의 반응이나, 부분적으로 일어나는 반응을 측정하기 어렵다는 한계가 있음.

연속형 플라즈몬 공명법(Flow SPR)을 사용할 경우 실시간으로 대상 물질을 정성 분석 할 수 있으며 비표지 방식이므로 특별한 전 처리 과정 없어 측정 방법이 매우 간단하며 공명각도의 변화를 이용하므로 민감도가 우수하고 시료의 손상이나 변형도 적어 생체 물질 분석에 적합 하지만 측정농도에 한계가 있어 극 저 농도로도 인체에 치명적인 피해를 줄 수 있는 표지 물질 측정에는 문제가 있음.

라만 분광법은 레이저와 물질과의 상호작용 중 나타나는 비탄성 라만 산란을 이용하는 비표지 방식으로 매우 정확하게 시료의 화학적, 물리적 특성을 분석할 수 있어 현재 응용 물리, 화학 및 생명 공학 분야에서 활발히 연구되고 있으나 라만 신호 세기가 미약하여 분석에 어려움이 있음.

하지만, 나노기술을 기반으로 한 나노 플라즈모닉 기술은 Raman 및 SPR 등 플라즈모닉 광학 기법에 나노구조체 기술을 적용하여 플라즈모닉 신호가 1000억 배 이상 증폭된 LSPR 및 SERS 현상을 이용하는 것으로, 증폭된 신호의 분석을 통하여 초고감도로 시료 분석이 가능함.

금속 또는 반도체로 구성된 나노물질은 독특한 광학 및 전자기적 성질을 지니며 크기와 형태의 변형이 용이하여 최근 이들의 다양한 합성방법을 개발하는 연구 외에도, 바이오, 환경, 식품, 의학 등의 다양한 분야에 접목 응용하는 연구가 활발하게 진행되고 있음.

이중에서도, 금속 나노입자와 같은 생체분자의 검출에 사용되는 플라즈모닉 나노재료는 검출단계를 단순화 할 수 있으며, 바이오센서의 검출신호를 증폭하고, 정확도 및 신뢰도를 향상 시킬 수 있음.

3.2.6.1. 국소 플라즈몬 공명 기술(LSPR)

국소 표면 플라즈몬 공명법 (LSPR)은 나노 구조체에 빛을 입사시키면 기존의 금속박막과 유전체의 계면 사이에서 관찰되는 전파형 플라즈몬 (SPR)과 달리 나노 입자 표면에서 분극이 발생하여 전기장의 강도가 증가되고, 분극에 의해 형성된 전자들이 국소적으로 진동하게 되는 국부적 플라즈몬 공명현상으로서, 기존의 측정기술들이 가지고 있는 감도의 한계를 극복하기 위해 시도되고 있는 새로운 기법임.

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표면 플라즈몬 공명 (surface plasmon resonance：SPR)과 마찬가지로 LSPR 광학특성은 나노입자근처에서 발생하는 유전율 변화, 즉, 굴절률 변화에 민감하게 응답하기 때문에, 다른 비표지 방식의 바이오센서보다도 고감도로 간편하게 생체분자 상호작용의 분석이 가능함.

LSPR 광학특성은 가시영역에서 흡수 피크가 얻어지기 때문에 지금까지 개발된SPR 광학 특성을 이용한 비표지 바이오센서와 비교하여 보다 간단한 광학계로서 생체분자 상호작용의 분석이 가능함.

3.2.6.2. 표면증강라만분광기술(SERS)

최근에는 나노기술이 급속히 발전하면서 라만 분광법에 나노기술을 접목시켜 표면 증강 라만 분광법 (SERS; Surface-Enhanced Raman Scattering)을 이용한 신호 미약 문제를 해결하는 연구가 진행되고 있는데, 이러한 방법은 금, 은 등의 금속 나노구조 표면에 분자가 흡착될 때 라만 산란의 세기가 최대 ∼1014 까지 증가되는 현상을 이용 함.

그림 29. 금속 나노 구조에 의한 SERS 효과

특히 최근 이러한 라만분광법을 나노구조체 기술과 결합시킬 경우, 라만 신호의 세기가 최대 1000억 배 까지 증가함이 밝혀짐. 이는 전례 없던 매우 강력한 광학 분석 도구로써 현재 신약개발, 암 치료 등 다양한 분야로의 응용 사례가 보고되는 등 관련 분야 연구가 활발히 진행되고 있음.

표면 증강 라만 분광법은 라만 분광법이 제공하였던 분자 구조에 대한 정보를 직접 제공할 뿐만 아니라 신호 세기 또한 목표 물질만 정확히 측정할 수 있을 정도로 민감하여 나노 기술과 함께 단 하나의 분자를 직접 측정할 수 있는 고감도의 기술로 발전하고 있어 위해 오염지표의 고감도 측정에 매우 적합 함.

‘분자 지문’법 인 SERS 기법을 본 연구진의 나노구조체 제작 기술과 나노바이오 안테나 제작 기술 및 세포칩 기술과 결합 시킬 경우, 현재 nM 수준인 검출 한계를 pM 수준으로 1000배 이상 증가시킬 수 있어 위해 오염 측정 시 가장 중요한 초기 감염 여부를 고감도로 측정, 대처하는 초동대응 시스템을 구축할 수 있음.

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3.3. 분석 시스템/소형화

생체분자 검측용 바이오센서 산업의 발전을 제약하는 가장 큰 요인은 대량생산이 어렵다는 점과 현재 나와 있는 대부분의 제품이 단독 또는 몇 가지 용도로밖에 사용할 수 없다는 점임. 또한 바이오센서 안에 전자적인 요소와 생물학적인 요소를 결합해 넣기가 어렵고 그렇게 하려면 비용이 매우 많이 든다는 것임.

대부분의 바이오센서는 아직까지 대부분 단일용도로 사용되고 있으며 가격이 비싸고 신뢰도가 낮고 수명이 짧아 수요확대를 제약하고 있음. 또한, 대부분의 바이오센서는 광범위한 사용자의 필요성을 폭넓게 충족시키지 못하고 있고, 양산이 어려운 측면도 시장성장을 제약하는 요인으로 작용하고 있음.

그러나 바이오센서의 신뢰도와 안정성 문제가 해결되어 감에 따라 기존 분석 장비에 대한 가격경쟁력도 높아지고 있지만, 현재까지도 기술개발 측면에만 지나치게 많은 시간과 자금을 투입하고 마케팅과 효율적 생산기술 개발에는 별로 힘을 기울이지 못하여 왔음.

그러나 소비자들은 제품의 기술 자체뿐만 아니라 측정의 간편화, 측정의 리얼 타임화, 측정의 시간단축, 감도 향상, 신뢰성 향상, 장수명화 등에 더 많은 관심을 갖고 있어, 고객의 요구와 이해수준에 맞는 제품을 개발하는 데 주안점을 두어야 함.

바이오센서의 연구 및 개발은 표적물질의 신속하고 정확한 검출을 위해 꾸준히 진행되고 있음. 그러나 대부분의 표적물질은 매우 검체 속에 매우 저 농도로 존재하는 경우가 많아 일반적인 PCR검출법이나 항체기반 검출법 등의 바이오센서로는 검출이 어려워 오차의 발생률이 높음.

이를 위해서는 기술적으로 바이오센서는 필요 시료 량이 적고, 측정의 정확성이 높으며, 주변 환경의 영향이 적고, 측정이 간편하며, 측정의 리얼타임화가 가능하여야 함. 따라서 시험 안정성이 높고, 데이터 프로세싱 능력이 우수하고, 다양한 분석능력을 갖으며, 소형이면서 사용이 간편하고 가격이 낮으며 수명이 긴 바이오센서의 개발이 요구됨.

바이오센서의 오차를 줄이기 위해서는 검체속의 표적물질을 분리, 정제해내는 신호 증폭 기술이 포함됨에 따라 신호의 증폭을 위한 여러 단계의 공정이 요구되기 때문에 일반적인 바이오센서는 수많은 노즐과 여러 챔버를 이용해 매우 복잡하며 소형화하기 어려운 형태를 갖고 있음.

복잡한 형태를 갖는 바이오센서의 소형화를 위해서는 시료를 이송, 분리, 혼합하는데 이용되는 미세 기전시스템(Micro Electro-Mechanical System, MEMS)기술, 미세유체 제어기술, 센서 표면의 물리적, 화학적 성질을 목적에 맞게 변화시키는 표면 개질기술, 소량의 시료의 변화를 민감하게, 또 재현성 있게 측정할 수 있는 감지기술, 그리고 이들을 작은 칩 상에서 구현할 수 있는 패키징 및 시스템 기술 등이 필요함.

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현재, 검측검사기술은 핵산나노기술, 초소형 전자기계시스템(Micro Electro Mechanical System; MEMS), 미세유체 제어(Micro fluidics), 미세배열(Micro array), 바이오센서기술 등이 융합되면서 Lab-On-a-Chip(LOC) 또는 미세종합분석시스템(Micro Total Analysis System) 등 신기술 융합형 차세대 기술로 진화하는 추세임.

랩온어칩을 구현하기 위해서는 다양한 기술들이 필요하지만 전자공학과 기계공학의 정밀공정에서 사용되는 MEMS기술이 가장 중요하게 요구됨.

생체시료와 시약의 양을 줄이고, 많은 시료를 자동으로 한 번에 처리해서 생리활성 물질을 대량으로 검색하기 위한 시스템구축 등에 유리한 기술로, 여기에는 μ-TAS(total analysis system) 의 구성요소인 마이크로펌프, 마이크로 밸브, 액체량 측정기, 마이크로 반응기, 추출기, 분리기, 마이크로센서 등 미세유체를 측정하고, 제어하기 위한 소자를 구현하는 세부기술을 포함하고 있음.

샘플의 이동, 정지, 펌핑, 합류, 혼합, 가열, 유량조절 등 다양한 마이크로 플루이딕 기술이 필요함. 이는 생화학 반응이 복합적이고 병렬적인 성질을 갖고 있으며, 유로의 크기가 작아짐에 따라 체적력에 비해 표면력이 더 큰 영향을 미치기 때문임.

미세유체제어 소자기술이란 플라스틱이나 유리, 실리콘 등의 표면에 용액이 흐를 수 있는 미세 채널로 회로를 만들어 시료의 전처리, 분리, 희석, 혼합, 생화학반응, 검출 등을 하나의 칩에 소형화, 집적화시키는 기술이다. 특히 바이오 관련 물질의 미세유체제어는 시료의 전처리 과정 (예로서, DNA를 생체로부터 분리하여 정제하고 증폭하는 과정과, 항원 및 항체간의 면역반응에 있어서 반응 및 세척 과정 등) 및 일련의 분석단계에 필요한 핵심기술임.

미세채널의 유체를 제어하는 방식은 크게 능동적인 방식과 수동적인 방식으로 나뉨. 유체의 흐름에 외부의 힘을 이용하여 이송되며 엑츄에이터를 통해 제어되며, 수동적인 방식은 외부동력 없이 유체가 이동되는 방식임.

능동적인 제어방식은 전기적이나 공기역학적, 기계적인 동력원으로 유체의 흐름을 제어하며 스탠포드 대학에서 개발한 'LabCD'가 대표적임. LabCD는 CD드라이브에서 CD가 회전하면서 발생하는 원심력을 이용하여 유체의 흐름을 제어하는 방식으로 설계되었음.

이러한 능동적 제어방식은 유체의 흐름을 정확하게 제어할 수 있다는 장점을 가지고 있지만 구동에 필요한 엑츄에이터 제작과 외부 동력원의 이용으로 비용적인 면과 엑츄에이터 제작의 복잡성 그리고 시스템의 소형화에 한계가 있다는 단점이 있음.

따라서 최근에는 외부 동력원 없이 유체의 흐름을 제어할 수 있는 수동적 유체 제어 시스템을 목표로 연구가 진행되고 있음. 유체와 채널 표면 간에 생성되는 표면장력을 제어하는 방식임.

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유체가 흐르는 채널의 표면성질을 변화시키는 방식으로 유체의 유속을 제어하며 이에 더불어 채널의 구조적인 변화를 가하여 유체의 흐름을 제어함.

수동적 유체제어 시스템은 정밀한 설계가 뒷받침 되지 않으면 유체제어가 되지 않으므로 정밀한 설계와 채널표면 성질을 조절하여 유체제어의 정밀성을 높일 수 있고 이를 통해 휴대성이 뛰어난 소형화된 검출 칩을 설계할 수 있을 것으로 기대됨.

마이크로 플루이딕 기기는 빠른 측정 및 전 자동화된 시스템, 작은 시료 량으로 인한 경제적인 이득, 측정 감도의 증가뿐만 아니라, 새로운 device에 대한 적응을 쉽게 하기 위하여, 사용 편의성, 기존 장비와의 원리 유의성 등을 고려하여 개발하여야 함.

3.4. 통합 네트워크

그림 30. 통합 네트워크 구축

대량의 식품을 다수에게 제공하는 단체급식의 경우, 오염 지표의 오염에 따른 대량 식중독 사태로 사회적·경제적인 막대한 손실을 유발하므로 체계적이고 통합적인 관리가 필요함.

현재는 대량 식중독 발생 후에 역학 조사를 통한 원인규명에 한정되는 등 체계적인 관리에 한계점을 보이고 있는바,

오염 지표 오염이 쉬운 중점관리식품에 대한 선정·관리 기준이나 표준화된 조리기준 및 체계적인 연령대별 관리기준에 대한 명확한 가이드라인이 제시되어야 효과적인 식품 오염 지표 예방 및 대응 체계를 구축할 수 있음.

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신선식품을 통해 전파되어 수십 명의 사망자가 발생한 독일의 경우에서 보듯이, 신규 오염 지표에 대한 위험성은 증대되고 있으며, 이러한 피해 예방 및 확산 방지를 위해서는 체계적인 시스템 확립을 통한 신속한 대응이 중요함.

본 기획에서는 단순한 단체급식 오염 지표 측정에서 벗어나, 시료의 전처리부터 오염 지표 감지 시스템 개발을 기반으로 급식, 호텔, 외식업체의 현장에서 위해 오염 지표 오염 여부를 실시간으로 모니터링 할 수 있는 통합형 유비쿼터스 센서 네트워크를 구축 함.

유비쿼터스는 라틴어 ‘ubique'로 언제 어디서나 존재한다는 의미임. 유비쿼터스 센서란 대상에 관한 전보를 인지하고, 이것을 물리적으로 떨어진 곳으로 전송하기 위해 신호로 변환하는 소자를 말하며, 유비쿼터스 센서 네트워크는 각종 센서에서 감지한 정보를 무선으로 수집할 수 있도록 구성한 네트워크임.

유비쿼터스 센서 네트워크(USN)는 다양한 위치에 설치된 태그 및 센서노드를 통해 사람/사물에 대한 정보를 인식하고 인식된 정보를 통합ㆍ가공하여 언제, 어디서나, 누구나 자유롭게 이용할 수 있게 하는 정보 서비스 인프라로 정의됨.

USN응용서비스 환경을 구현하기 위해서는 다수의 센서노드가 연결되어 네트워크를 구성해야 하며 센서가 감지한 정보를 수집한 후, 정보를 가공하여 서비스로 제공하는 형태로서 센서노드, 네트워크 구성 및 관리, 응용/미들웨어 표준이 마련되어야 함.

센서 네트워크 관련 기술은 현재 물류/유통, 교통, 환경, 건강 등 사회 제반 사업에 응용 가능하여 새로운 비즈니스 가치를 창출할 수 있는 기술로 본 기획에서 구상하는 센서 시스템에서 수집한 정보를 토대로 축적된 데이터베이스를 활용하기에 적합한 기반 시스템임.

이를 위해서는 위와 같이 다양한 식품군 중 잠재적 위해 식품을 선정하고, 연령별로 오염 지표 수치에 차등을 두어 이를 중점적으로 관리할 수 있는 식중독 예방 관리 체계를 구축해야함.

체계적인 관리 체계를 구축하기 위해서는 우선적으로, 2시간 이내에 시료에 대하여 위해지표를 검출, 분석한 자료를 지역 관리 센터로 전송하여 대응 및 예방 방안까지 신속 정확하게 피드백 할 수 있는 통합 네트워크 시스템을 개발하여야 함.

개발되는 통합 네트워크는 식품 위해오염 지표 안전관리 종합시스템을 현재 식약청에서 운용하고 있는 식중독 신속 동시 보고 시스템과 연동하여, 식중독 발병 시 1차적으로는 식약청, 2차적으로는 범정부 식중독 예방 종합대응 협의체에서 대응하도록 함.

효과적인 시스템의 운용을 위해 교육과학기술부는 관계부처가 공통으로 사용할 전처리, 센서, 네트워크 기술을 개발하며, 관계부처는 각 특성에 맞춰 관련 정보 및 법률 자문을 제공하여야 할 것으로 사료됨.

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그림 31. 관계부처 연계방안

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제 4 장 해당산업 SWOT 및 경쟁력 제고방안

4.1. SWOT 분석

그림 32. 단체급식 위해 오염균 예방 및 대응 연구개발 사전 기획연구에 대한 SWOT 분석

해당 산업의 강점 세계 최고수준의 기술력 기술협력 네트워크 제품 상용화 경험

해당 산업의 약점 제품 개발 및 마케팅 자금력 부족 마케팅 및 수축 네트워크 미비

해당 산업의 기회 향후 급격한 시장 성장 기대 현재 절대적 강자가 없는 상황

해당 산업의 위협 해외 경쟁제품 출현 가능성 메이저 기업들의 시장 진입

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4.2. 경쟁력 제고방안

단체급식 위해 오염균 예방 및 대응 연구개발 분야는 아직 기술개발의 연계성의 미흡으로 시장성이 있는 제품의 생성 및 적용이 본격적으로 확대되고 있지 않아 기회 요소가 많음.

내부요인

강 ->활용- 제품 경쟁력을 바탕으로 극 인 시장진입

- 해외 시회 참가 등 극 인 홍보 활동

약 ->보완- 수출 상국의 형 트 발굴 략 트 십 형성

- 투자 유치 정부 지원 활용

외부요인

기회->포착 - 국내외 시장 우선 선

-> 처- 메이 회사들과의 략 트 십 형성

- 기술이 , OEM/ODM 등 유연한 매 정책을 통한 네트워크 확보

그림 33. SWOT 분석에 기반을 둔 경쟁력 제고 방안

해당 산업의 강점 활용 방안 제품 경쟁력을 바탕으로 적극적인 시장진입 해외 전시회 참가 등 적극적인 홍보 활동

해당 산업의 약점 보완 방안 수출대상국의 대형 파트너 발굴 및 전략적 파트너십 형성 투자 유치 및 정부 지원 활용

해당 산업의 기회 포착 방안 국내외 시장 우선 선점

해당 산업의 위협 대처 방안 메이저 회사들과의 전략적 파트너십 형성 기술이전, OEM/ODM 등 유연한 판매 정책을 통한 네트워크 확보

단기적 목표인 기술모방이 아니라 장기적인 관점에서 독자적인 기술개발과 상업적 경쟁력이 있는 제품개발을 동시에 이루어 내는 것이 향후 기술 및 시장 경쟁에서 생존할 수 있는 방법으로 예상됨.

해당 분야의 SWOT 분석 결과를 바탕으로 강점을 활용하고 약점을 보완하며, 기회를 포착하고 위협에 대처하는 유연한 대처가 필요함.

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제 5 장 연구사업 추진과제 도출5.1. 우선순위 기준 및 주요과제 도출□ 우선순위 기준 도출

성공적인 과제 추진 도출을 위하여 다음과 같이 세부 기술 수요를 조사 및 분석한 후 우선순위 기준을 선정하여 판정함.

연구위원 세부 기술 수요 조사최정우 전체 기술 평가 및 분석민준홍 샘플 전처리 기술 조사·분석이명기 식품 내 균주 분석 기술 조사남은숙 식품 샘플 분석 기술 조사·분석오병근 바이오나노센서 기술 조사·분석김병찬 검출 센서 플랫폼 기술 조사·분석이종서 바이오 재료 개발 기술 조사·분석김준호 시스템 제품화 기술 조사·분석박수용 USN 기반 네트워킹 기술 조사·분석권영관 SWOT 및 시장성 분석김종길 개발 기획의 실무적용 검토최성하 개발 기획의 실무적용 검토

기술기획의 목적 성공적인 과제 도출을 위하여 기술 개발 주체, 사업비 규모, 사업기간 및 기술의 중복

성을 우선순위로서 고려하여 과제를 도출함.

기술개발 성공 가능성 성공적인 과제 도출을 위하여 기술 분석에 의거하여 기반기술의 확보여부, 개발방법

의 타당성, 통합 모듈 시스템의 제품화의 기반으로 과제를 도출함.

사업화 성공 가능성 성공적인 과제 도출을 위하여 기반 기술 및 통합 시스템의 시장성 여부를 기반으로

과제를 도출함. 개발 기술의 지식재산권 및 기술 가치를 확인하여 사업화 성공 요건 충족 여부를 검

토하여 과제를 도출함.

파급효과 - 기술 가치 각각의 핵심기술 및 최종 통합 시스템의 주변 산업 및 기술에 대한 경제적, 기술적

파급효과를 고려하여 과제를 도출함.

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5.1.1. 기존 기술의 문제점 및 해결 방향

실제 현장에서 적용하기 어려운 실험실 위주의 기술이 대부분이며 기술 간의 연계가 이루어지지 않아 단시간 내에 식품 시료에 존재하는 다중 오염 요인의 검출이 어려움.

현재까지 개발된 전처리 기술은 복잡한 시스템을 갖는 실험실 위주의 방법으로 실제 현장에 대용량 시료에 처리하기 적용되기는 어려움

DNA/RNA 기반 검출 기술 기술들은 복잡한 생물학적 기법이 수반되는 실험실 기반의 기법으로, 현장에서의 조기검출 측정법으로는 적절치 않음.

또한 기존 병원체와 비슷하나 유전자가 변종 된 아종 병원체의 검출이 불가능하다는 치명적인 단점을 가지고 있음

현재 활발히 연구가 진행되고 있는 테라헤르츠파 기반 센서의 경우 그 검출 성능은 매우 뛰어날 것으로 예상되나, 그 구성품의 크기가 큼에 따라 소형화가 어렵고 가격 경쟁력이 부족함.

전자 코 가스 센서의 경우, 센서의 작동 원리나 회로 구조가 간단하지만 단일 표적 물질을 선택적으로 검출하기 어렵고, 급식소와 같은 습기가 많은 장소에 사용되기에는 어려움.

질량기반의 센서는 고가의 장비와 숙련된 기술이 필요하며 생물학적 샘플의 경우 캔틸레버 센서 시스템의 적용이 어려운 단점이 있음. 미세 유동채널을 내장하는 캔틸레버 센서시스템은 각종 마이크로/나노 입자나 바이오샘플의 무게를 높은 분해능으로 측정할 수 있음.

면역분석 방법은 구조적으로 유사한 분자들 사이에서 특정분석 대상 물질을 선택적으로 인지하는 능력을 가지는 항체를 사용함으로써 고 선택도와 민감도를 가지는 분석시스템의 개발에 활용될 수 있음.

나노광학 기반의 고감도 위해 지표 감지 기술은 위해 지표를 현장에서 검출하여 조기에 신속하게 감지하고 분자 검출 기법을 통한 아종 위해 지표까지 확진할 수 있는 플랫폼 기술임.

나노기술을 기반으로 한 나노 플라즈모닉 기술은 1000억 배 이상 증폭된 신호로 검출단계를 단순화 할 수 있으며, 바이오센서의 검출신호를 증폭하고, 정확도 및 신뢰도를 향상 시킬 수 있음.

국소 표면 플라즈몬 공명법 (LSPR)은 기존의 측정기술들이 가지고 있는 감도의 한계를 극복하고 보다 고감도로 간편하게 생체분자 상호작용의 분석이 가능함.

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표면 증강 라만 분광법은 신호 세기 또한 목표 물질만 정확히 측정할 수 있을 정도로 민감하여 나노 기술과 함께 단 하나의 분자를 직접 측정할 수 있는 고감도의 기술로 발전하고 있어 위해 오염지표의 고감도 측정에 매우 적합 하여 초동대응 시스템을 구축에 유리 함.

제품이 출시되고 상용화되어 있는 기술들이 산재해 있지만, 이를 이용한 고감도 단체 급식 위해 오염 지표 검측용 소형 시스템 개발이 이루어 지지 않고 있는 이유는 제품화된 각각의 기술 간의 상호 연계성이 없어 모듈화 된 통합시스템의 개발이 이루어지지 않고 있기 때문임.

그림 34. 현재 기술의 문제점과 해결방안

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식품위해요소 통합 모듈 시스템의 개발을 위해서는 상호연계성을 갖는 전처리기술의 개발 및 모듈화와 다양한 인자를 고감도로 검측할 수 있는 기술의 개발 및 모듈화가 이루어져야만 가능함.

현재까지 개발된 전처리 기술은 소량에 국한되거나 연속적인 공정이 필요함으로 대용량 시료를 이용한 농축 및 정제에는 어려움이 있었음. 또한, 기 개발된 전처리 과정은 에탄올 등 후속 PCR 등 검지물질에 영향을 줄 수 있는 유기용매가 첨가되어 검측 목표물질에 손상을 줄 수 있어 검측방법이 제한적임.

하지만 본 연구에서 개발하고자 하는 비 원심분리 방식의 대용량 시료 전처리 기술은 대용량의 샘플의 농축 및 정제가 가능하며, 여타 다른 방식과 달리 에탄올을 사용하지 않아 검측방법에 있어 제한이 없으며, 다른 방식에 비해 소형화가 용이하여 모듈화가 가능하므로 식품 및 타 분야에 적용되기에 적합함.

식품 부패에는 다양한 인자들(변성단백질, 독소, 미생물, 바이러스 등)이 관련되어 있으며, 이들은 형태에서부터 특성 및 성질이 각각 다르므로 각각의 특성에 맞는 맞춤형 검출기술이 필요함.

미생물과 바이러스를 검출하는 기술은 현재 소형 시스템으로의 개발이 많이 연구되고 있어 모듈화에 유리하지만, 검측시간 또는 감도에 한계를 가지고 있어 식품 위해 오염지표 검출 분야에 사용되기 어려운 단점이 있음. 따라서 기존의 기술보다 검측시간과 감도의 향상을 목표로 연구가 진행되어야 함.

본 연구에서는 나노광학/라만/플라즈몬 기술을 기반으로 하여 각각의 신선도 및 식품부패 인자(변성단백질, 독소)들의 특성에 맞춘 맞춤형 측정기술을 개발하여 단일 및 동시 측정을 가능하게 하여 식품의 부패여부를 정확하게 판단 가능하게 할 것으로 예상됨

나노광학/라만/플라즈몬을 이용한 초고감도 검출 기술 개발은 현 기술은 한계로 지적되고 있는 검출 한계를 극복할 수 있으며 고감도 센서 개발에 의한 생물학적 위해요소의 조기 검출은 대규모 확산에 의한 피해 방지에 큰 역할을 담당할 수 있음. 또한, 나노광학/라만/플라즈몬을 이용한 검출 기술은 칩을 이용한 검출 시스템을 제작하기 용이하여 모듈화에 유리함.

고속으로 대용량 시료를 처리 할 수 있으며 에탄올을 사용하지 않으며 소형화에 유리한 현장형 비원심분리 방식의 전처리 기술은 현존하는 미생물 및 바이러스검출기술과 나노광학/라만/플라즈몬 기술과의 조합이 잘 이루어져 전처리 기술과 검측기술이 모듈화된 맞춤형 통합 검측 시스템은 식품 시료내의 위해요소를 초고감도로 신속, 정확하게 검측할 수 있어 모듈화된 통합 시스템으로서 활용될 수 있을 것으로 예상됨.

모듈화된 통합 시스템은 식품의 안전성을 원재료의 신선도부터 조리식품의 오염 및 부패여부까지 판단 가능케 하여 식품부패에 의한 안전사고를 사전에 미리 예방 및 조치 가능하게 할 수 있는 획기적인 기술이 될 것으로 사료됨.

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구축된 위해요소 검출 시스템은 식품위해요소 검출과 관련된 기반 기술 확립이라는 이점 이외에도 국가적 식품위생 시스템을 고도화하여 식품안정성을 향상시키며 안전한 식품을 국민에게 제공함으로 신뢰도를 높임.

5.1.2. 특허 조사 기반의 기술 개발 방향 현존하는 출원 특허는 식품의 오염여부를 식중독 발생균에 대한 오염 여부에만 집중하여 식품

의 부패에 관한 통합적인 판단을 할 수 없음.

부패 여부의 간접적인 판단 법은 표지균과 식품 내 균의 생장속도가 달라 실제 식품 내 균의 양을 판단하기 어려우며, 부패 가스 탐지 센서의 경우 식품의 초기 부패 상태를 판단하기 어려움으로 안전사고의 실질적 예방이 어려움 .

또한, 식품의 위해 오염지표를 정량적으로 검출하는 기술에 관한 특허는 주로 단일균을 검출에 집중됨. 따라서 다중 부패 유발 인자 (변성 단백질, 독소, 부패 유발 미생물, 바이러스 등)에 의한 식중독의 실질적 예방이 어려움.

다종병원균을 동시에 검출하는 기술의 경우 그 검출 민감도가 낮아 식품 시료 내에 극미량 존재하는 오염균의 존재여부를 판단할 수 없음.

또한, 실제 현장에서 사용되기에 적절한 전처리기술과 연계가 없거나, 복잡한 반응 또는 검출 단계를 거치는 기술들이 많아 단체 급식에서 원재료부터 조리 후 배식이 이루어지는 2시간 이내 위해요소 측정용 칩 개발이 불가능함.

그럼으로, 2시간 이내에 원재료의 신선도부터 조리식품의 오염 및 부패여부까지 판단 가능케 하여 식품부패에 의한 안전사고를 사전에 미리 예방 및 조치 가능하게 할 수 있는 획기적인 기술이 필요함.

식품위해요소 관련 전처리 기술은 현재 개발되어 특허를 얻은 기술이 많이 존재하나, 본 연구에서 개발하고자 하는 현장형 비 원심분리 방식의 전처리 기술은 기존의 기술보다 대용량의 시료를 처리할 수 있으며 과정이 간단하고 현장에서 적용 가능한 방식이기 때문에 전처리 기술에 관한 특허를 확보할 수 있을 것으로 판단됨.

식품부패 시 발생하는 단백질 부패관련 인자와 부패기인 독소를 검측하는 기술은 현재까지 특허가 출원되어있는 상태가 아님. 따라서 단백질 부패관련 인자와 부패 기인 독소를 측정하는 기술을 개발한다면 검출기술에 대한 특허를 선점할 수 있음.

본 연구를 통해 개발된 기술을 이용하여 식품시료의 전처리에서부터 위해요소의 검출을 포함한 하나의 통합된 식품 위해요소 모듈 시스템을 개발하여 다양한 위해요소를 검출할 수 있으며 검출시간이 짧고, 민감도와 신뢰도가 향상된 실제 현장에서 적용 가능한 획기적인 기술이 될 것으로 사료됨.

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그림 35. 기존 특허 검색 및 차별성

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5.2 연구 과제 도출

기존의 연구기술로는 단체 급식에서 원재료부터 조리 후 배식이 이루어지는 2시간 이내 위해요소 측정이 불가능하여 식품안전 사고에 신속히 대응 불가능하며 완벽히 통제 할 수 없음.

또한, 실질적 식품 안전사고는 미생물 이외의 다양한 부패 유발 인자 (변성 단백질, 독소, 부패 유발 미생물, 바이러스 등)에 의해서도 발생함으로 측정의 필요성이 높음으로 다음과 같이 과제를 도출함.

도출 과제명 : 단체급식 관련 식품 부패 인자 검출 기술

연구 목표 : 단체급식 먹거리 안전과 예방을 위한 신속․정확한 식품 부패 관련 인자 검출기술 개발

과제 제안 요청서 : 부록1 수록

5.3. 개발기술 개요 본 연구에서 개발하고자 하는 측정기기는 단체급식 시 생물학적 위해요소에 의해 발생할

수 있는 안전사고를 예방하기위한 신속 정확한 식품부패 관련 인자 검출 기기임. 본 연구에서는 대용량 시료를 이용한 비 원심분리 방식의 전처리 기술을 개발하여 식품내

의 부패관련 인자를 농축 및 정제하여 소량으로도 치명적일 수 있는 위해요소를 검측하여 식품 안전사고를 예방하고자 함.

그림 36. 단체급식 먹거리 안전과 예방을 위한 신속․정확한 식품 부패 관련 인자 검출기술 개발

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식품에는 다양한 부패 관련 인자들(변성단백질, 독소, 미생물, 바이러스 등)이 존재하며, 이들 각각의 특성 및 성질에 맞춘 맞춤형 검출기술이 필요함. 각각의 인자에 맞춘 맞춤형 검출 기술 개발을 위하여 나노라만, 나노플라스모닉, 광학, 질량 기반의 고감도 검출 기술 개발을 개발하고자 함.

개발된 각각의 측정 시스템은 모듈화 되어 단일 및 동시 측정을 가능하게 하는 통합 시스템으로서 활용되어 식품의 부패여부를 정확하게 판단하고자 함. 식품의 안전성을 원재료의 신선도부터 조리식품의 오염 및 부패여부까지 확인하여 식품부패에 의한 안전사고를 사전에 미리 예방 및 조치 가능하게 하고자 함.

개선/개발 부문 차별화 항목

식품시료 전처리 •실제 급식 환경에서 적용 가능한 현장형 비 원심분리 방식 전처리 기술•물리적 흡착방식을 이용한 1시간 이내의 고속 시료 농축/정제 기술

식품부패 관련인자 검출

•단백질 부패관련인자 측정용 나노라만/광학기반 검출기술•단백질 기반 나노플라즈모닉/광학 검출기술•미생물, 바이러스 측정용 항온 핵산 증폭/비접촉식 질량기반 고속 검출기술•신선도 관련 활성도 측정용 광학기반 검출기술•식품위해요소의 초고감도 검출 및 맞춤형 위해요소 검출기술

통합 센서시스템 구축

•민감도 :　부패식품 판별의 기준•다종 측정을 위한 카트리지 개발기술•90%이상의 검출 신뢰도•2시간 이내의 전체 검측시간•조작이 쉽고 신속한 처리 성능을 보여주는 사용자 친화적인 분석 장치 개발

그림 37. 차별화 항목

성공적인 과제 도출을 위하여 기술 분석에 의거하여 단체급식 먹거리 안전과 예방을 위한 신속․정확한 식품 부패 관련 인자 검출기술 개발을 위한 과제 ‘단체급식 관련 식품 부패 인자 검출 기술’을 도출하였음. (부록1 과제 제안 요청서 수록)

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5.4. 개발 기술의 필요성 대량의 식품을 다수에게 제공하는 단체급식의 경우, 오염지표의 오염에 따른 대량 식중독

사태로 사회적ㆍ경제적인 막대한 손실을 유발하므로 체계적이고 통합적인 관리가 필요함

식품 내 오염지표에 대한 위험성은 점점 증대되고 있으며, 이러한 피해예방 및 확산방지를 위해서는 체계적인 시스템 확립을 통한 신속한 대응이 중요함

식중독은 주로 유해성 미생물과 바이러스에 의한 직접적 감염이나, 혹은 미생물에 의해 부패된 식품에 의해 발생한 위해물질에 의해 발생함. 따라서 식중독 및 오염식품 기인 질병을 예방하기 위해서는 식품내 존재하는 오염지표를 정밀하게 검출하고 식품의 부패여부를 신속하게 판단하여야함.

이러한 식품 위해 요소를 신속하게 검출하기 위한 검출키트가 개발되고 있으나 상용화에 어려움을 겪고 있으며 전처리를 포함한 검출시간이 24시간을 넘는 등 한계점을 보이고 있음.

실제 단체급식은 음식이 만들어진 후 2시간 안에 배식이 이루어지므로 현재 개발된 기술로는 배식되는 음식의 오염 여부를 제시간에 판단할 수 없음.

따라서 단체급식시, 식품 내에 잔존하는 위해요소에 의한 안전사고를 예방하기위해 식품 내 위해요소를 2시간 안에 신속하게 검출하는 기술이 필요함.

5.5. 최종 개발 목표

단체 식 먹거리 안 과 방을 한 신속․정확한 식품 부패 련 인자 검출기술 개발

장형 고속시료 농축/정제용 식품 처리 기술(1시간 이내)

식품 부패 련 인자별 맞춤형 검출 기술 개발.

식품부패인자 검출용 통합 센서 시스템 구축

민감도 : 부패 식품 별 기

다종 측정을 한 카트리지 개발기술

검출신뢰도 : 90% 이상

체 검측시간 : 2시간 이내 ( 처리 시간 포함)

조작이 쉽고 신속한 처리 성능을 보여주는 사용자 친화 인 분석 장치 개발

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그림 38. 식품의 부패 관련 인자 농축 및 정제를 위한 식품 전처리 기술 개발

5.6. 주요 기술개발 내용 식품시료 전처리 기술 개발

본 연구에서는 대용량의 식품 시료에서 식품내의 부패관련 인자를 농축 및 정제할 수 있는 현장형 전처리 기술을 개발하고자 함. 식품원재료/조리제품 적용 가능한 현장형 비원심분리 방식 전처리 기술 물리적 흡착방식을 이용한 고속시료 농축/정제 기술 (1시간 이내) 다중 부패 유발 인자 (변성 단백질, 독소, 미생물, 바이러스 등) 농축/정제기술 센서 집적화 직접 적용 가능 기술

식품 부패 유발 관련 검출기술 개발

그림 39. 다양한 식품 부패 유발인자 검출 기술 개발

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본 연구에서는 식품의 안전성을 위하여 원재료의 신선도부터 조리식품의 오염 및 부패여부까지 판단하고자 함. 하지만, 식품 부패에는 다양한 인자들(변성단백질, 독소, 미생물, 바이러스 등)이 관련되어 있음에 따라 그에 맞는 맞춤형 검출기술이 필요함. 단백질 부패 관련 인자 측정용 나노라만/광학 기반 검출기술 부패 기인 독소 측정용 단백질 기반 나노플라스모닉/광학 검출기술 부패 유발 미생물 및 바이러스 측정용 항온 핵산 증폭/비접촉식 질량기반 고속 검출 기술 신선도 관련 활성도 측정용 광학기반 검출기술 상기의 제시된 기술들이 모듈로 결합된 통합모듈시스템 기술

식품 부패인자 검출용 통합 센서 검측시스템 구축

그림 40. 식품 부패인자 검출용 통합 센서 검측시스템 구축

식품내의 다양한 생물학적 위해요소들은 개발된 맞춤형 검측시스템으로 초고감도로 신속, 정확하게 측정, 개발된 각각의 시스템을 모듈화 하여 식품의 안전성을 원재료의 신선도부터 조리식품의 오염 및 부패여부까지 판단하는 통합된 시스템으로서 활용

민감도 : 부패 식품 판별 기준 다종 측정을 위한 카트리지 개발기술 검출신뢰도 : 90% 이상 전체 검측시간 : 2시간 이내 (전처리 시간 포함) 조작이 쉽고 신속한 처리 성능을 보여주는 사용자 친화 인 분석 장치 개발

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5.7. 개발기술의 활용방안 단체급식에 잠재적인 위협요인이 될 수 있는 생물학적 위해요소를 효과적으로 분리하기 위

해서는 단체급식의 특성상, 대용량의 시료에서 위해요소를 분리해 낼 수 있어야 하며 현장에서 적용이 가능한 방식이어야 하고 과정상에 첨가되는 화학물질에 의해 검측 단계가 영향을 받지 않아야 함.

따라서 본 연구에서는 현장에서 적용 가능한 비 원심분리 방식의 대용량 시료 전처리 기술을 개발하고자 하며 이 기술은 다른 방법과 달리 첨가되는 물질에 의해 검측단계에 영향을 미치지 않으며, 소형화가 용이해 여타 다른 분야에 적용이 가능할 것으로 예상됨.

식품의 오염은 다양한 인자들(변성단백질, 독소, 미생물, 바이러스 등)이 관련되어 있으며, 이들은 형태, 특성 및 성질이 각각 다르므로 각각의 특성에 맞는 맞춤형 검출 기술의 개발이 필요함.

미생물의 독성 유무를 떠나서 식품내 존재하는 미생물의 총량이 많으면 섭취 후 식중독 증상을 나타낼 수 있음. 따라서 식품내 존재하는 미생물의 총량은 가장 기본적으로 측정되어야 하는 요소임.

또한, 단체급식에 사용되는 원재료는 종류와 양이 많고 유통 및 보관과정에서 오염 및 부패의 가능성이 있으므로 조리전 원재료의 신선도를 빠르게 파악할 수 있는 측정기술이 필요함.

본 연구에서 개발하고자 하는 식품의 신선도 관련 활성도를 측정하는 기술은 미생물의 종류에 관계없이 미생물의 절대적인 양을 측정하는 기술로 조리직전 원재료의 신선도를 빠르고 간편하게 측정할 수 있어 식품 오염과 관련된 분야에 폭넓게 적용될 수 있음.

원재료에 존재하는 미생물의 총량이 적어도 독소형 및 감염형 미생물의 경우 적은 섭취량으로도 식중독을 일으킬 수 있음. 따라서 식품의 독소형, 감염형 미생물에 의한 오염여부는 초 고감도의 검출기술을 이용하여 검측해야함.

현존하는 미생물 및 바이러스 검출기술은 검출시간과 검출민감도 두가지 조건을 모두 만족하지 못하여 식품 오염 미생물 검출에 적용되기 어려움

본 연구에서 개발하고자 하는 DNA기반 미생물 검출기술과 질량기반의 고속검출기술은 검출민감도와 검출시간을 모두 만족할 수 있어 식품 오염 미생물 검출에 적용하기에 적절하며 이외에도 의료진단등 다양한 분야에 적용될 수 있음.

독소형, 감염형 미생물은 조리과정에서 사멸되는 경우가 많음. 그러나 독소형 미생물이 생산한 독성물질은 열에 안정한 물질이 많아 조리후에도 식품내에 남아있을 수 있으며 소량섭취에도 치명적임.

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본 연구에서 개발하고자 하는 나노플라스모닉/광학 기반의 검측기술은 목표물질을 초 고감도로 신속히 측정할 수 있으며 조작이 간편한 기술로서 사용자 친화적인 분석기술 개발에 용이함.

독소형 미생물의 생산독소 이외에도 미생물에 의한 식품의 부패시 단백질을 분해되어 생성된 단백질 부패관련 인자 또한 식품 안전 사고를 발생시킬 수 있는 위험 요소임. 단백질 부패관련 인자는 구조적 유사성을 띄는 다른 물질이 많이 존재하기 때문에 이를 선택적으로 검출할 수 있는 기술이 필요함.

나노라만/광학 기술은 소량의 저분자 물질도 검측이 가능한 초고감도의 측정기술이며, 또한 기술의 특성상 목표물질의 구조적 특성을 기반으로 한 측정기술이기 때문에 미생물의 생산독소와 단백질 부패관련 인자의 검측에 적절한 기술임.

본 기획에서는 조리전 식품의 신선도, 독성 미생물 및 바이러스에 의한 오염여부, 식품내 존재하는 미생물 생산독소의 존재 여부, 단백질 부패관련 인자에 의한 식품의 부패여부를 개별적으로 측정 할 수 있는 기술을 개발하여 최종적으로 식품의 안전상태를 통합적으로 판단할 수 있는 통합 모듈 시스템을 개발하여 단체급식시 위해 오염지표에 의한 대량 식중독 사고의 발생을 사전에 완벽히 차단하고자 함.

측정 필요 요소 식품의 오염 여부 식품의 부패 여부 식품 위해성 판정 신선도 활성도 측정 가능 측정 불가능 일부 가능 (부정확)

미생물, 바이러스 측정 가능 측정 불가능 가능 미생물 생산 독소 측정 가능 측정 불가능 가능

부패산물 (변성 단백질) 측정 가능 측정 가능 가능 통합 모듈 시스템 측정 가능 측정 가능 가능

5.8. 개발성과 및 기대효과 현재까지 개발된 전처리 기술은 소량에 국한되거나 연속적인 공정이 필요함으로 대용량 시

료를 이용한 농축 및 정제에는 어려움이 있었음. 하지만 본 연구에서 개발하고자 하는 비 원심분리 방식의 대용량 시료 전처리 기술은 대용량의 샘플의 농축 및 정제가 가능함으로 식품 및 타분야에 적용되기에 적합함.

나노광학을 이용한 초고감도 검출 기술 개발은 현 기술은 한계로 지적되고 있는 검출 한계를 극복할 수 있음. 고감도 센서 개발에 의한 생물학적 위해요소의 조기 검출은 대규모 확산에 의한 피해 방지에 큰 역할을 담당할 수 있음.

식품 부패에는 다양한 인자들(변성단백질, 독소, 미생물, 바이러스 등)이 관련되어 있으며, 이들은 형태에서부터 특성 및 성질이 각각 다르므로 각각의 특성에 맞는 맞춤형 검출기술

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이 필요함. 본 연구에서는 그 특성에 맞춘 맞춤형 측정기술을 개발하여 단일 및 동시 측정을 가능하게 하여 식품의 부패여부를 정확하게 판단 가능하게 할 것으로 예상됨.

식품내의 다양한 생물학적 위해요소들은 개발된 맞춤형 검측시스템으로 초고감도로 신속, 정확하게 측정될 수 있으며, 개발된 각각의 측정 시스템은 소형화가 가능하여 모듈화된 통합 시스템으로서 활용되어 식품의 안전성을 원재료의 신선도부터 조리식품의 오염 및 부패여부까지 판단 가능케 하여 식품부패에 의한 안전사고를 사전에 미리 예방 및 조치 가능하게 할 수 있는 획기적인 기술이 될 것으로 사료됨.

구축된 위해요소 검출 시스템은 식품위해요소 검출과 관련된 기반 기술 확립이라는 이점 이외에도 국가적 식품위생 시스템을 고도화하여 식품안정성을 향상시키며 안전한 식품을 국민에게 제공함으로 신뢰도를 높임.

5.9. 예상 연구비 책정의 타당성 본 연구에서 도출하고자 하는 “단체급식 관련 식품 부패 인자 검출 기술“은 단체급식 먹거리 안전과

예방을 위한 신속․정확한 식품 부패 관련 인자 검출기술 개발을 목적으로 함.

총 사업기간은 5년이며, 2단계(2년+3년)로 지원함.

단계별 주요 개발 목표

구 분 연구개발 목표

1단계(2년)

단체급식 관련 식품 부패 인자 검출 기술- 식품 시료 전처리 기술- 단백질 부패 관련 인자 측정용 나노라만/광학 기반 검출기술- 부패 기인 독소 측정용 단백질 기반 나노플라스모닉/광학 검출기술- 부패 유발 미생물, 바이러스 측정용 항온 핵산 증폭/비접촉식 질량기반 고속 검출 기술- 신선도 관련 활성도 측정용 광학기반 검출기술

2단계(3년)

식품 부패 인자 검출용 통합 센서 검측시스템 구축- 식품에 적용 가능한 현장형 전처리 기술의 모듈화 기술 개발- 식품의 변성 단백질 검측 칩 기술의 모듈화 기술 개발- 식품의 부패 기인 독소 검측 칩 기술의 모듈화 기술 개발- 부패 유발 미생물 및 바이러스 신속한 측정을 위한 비접촉식 질량기반 고속 검출

칩 기술의 모듈화 기술 개발- 식품의 신선도 활성도를 검측하는 칩 기술의 모듈화 기술 개발- 개발된 각각의 시스템을 모듈화하여 전처리 과정부터 측정기술까지 다양한

기술들이 모듈화된 식품 위해요소 통합 검측용 칩 개발

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1 단계 주요 개발 목표 및 예산 책정 기준 식품 시료 전처리 기술 단체급식의 특성상 검체의 양이 많아, 대량의 식품 시료에 활용 가능한 전처리 원천

기술 개발 필요함. 현장에서 식품 시료에서 다중 부패 유발 인자 (변성 단백질, 독소, 미생물, 바이러스 등)를

신속히 농축/정제할 수 있는 고속 시료 전처리 기술의 원천 기술 개발이 필요함. 시료 전처리기능과 측정기능이 통합된 시스템이 필요함 삼섬 종합 기술원등 기업체에서

개발된 기존의 기술과의 융합이 필요함.

단백질 부패 관련 인자 측정용 나노라만/광학 기반 검출기술 식품의 부패와 관련하여 생성된 인자를 검출하는 시스템의 원천 기술 개발이 필요함. 기존 기술과의 연계기술의 개발이 필요함.

부패 기인 독소 측정용 단백질 기반 나노플라스모닉/광학 검출기술 식품의 부패에 기인하여 생성되는 독소를 검출하는 시스템의 원천기술 개발이 필요함. 기존 기술과의 연계기술의 개발이 필요함.

부패 유발 미생물, 바이러스 측정용 항온 헥산 증폭/비접촉식 질량기반 고속 검출 기술 현존하는 기술의 항온 헥산 증폭 검출 기술보다 처리성능이 뛰어난 기술 개발이 필요함. 부패 유발 미생물 및 바이러스 신속한 측정을 위한 비접촉식 질량기반 고속 검출 기술 개발이 필요함. 기존 기술과의 연계기술의 개발이 필요함.

신선도 관련 활성도 측정용 광학기반 검출기술 현장에서 원재료의 신선도를 검측하여 식품 안전사고를 1차적으로 예방 할 수 있는 기

술의 개발이 필요함. 현존하는 기술보다 처리성능이 뛰어난 기술 개발이 필요함.

2 단계 주요 개발 목표 및 예산 책정 기준 1 단계 주요 개발 기술의 심화 및 성능 향상 및 모듈화에 집중함. 식품 부패 인자 검출용 통합 센서 검측시스템 구축 식품에 적용 가능한 현장형 전처리 기술의 단일 및 다중 모듈화 기술 개발이 필요함. 식품의 변성 단백질 검측 칩 개발 시 단일 및 다중 모듈화 기술 개발이 필요함. 식품의 부패 기인 독소 검측 칩 개발 시 단일 및 다중 모듈화 기술 개발이 필요함. 부패 유발 미생물 및 바이러스 신속한 측정을 위한 비접촉식 질량기반 고속 검출 칩 개발 시

단일 및 다중 모듈화 기술 개발이 필요함. 식품의 신선도 활성도를 검측하는 칩 개발 시 단일 및 다중 모듈화 기술 개발이 필요함. 개발된 각각의 시스템을 모듈화 하여 전처리 과정부터 측정기술까지 다양한 기술들이 모

듈화된 식품 위해요소 통합 검측용 칩을 제품화 기술 개발이 필요함.

2 단계 주요 개발 목표를 달성하기 위해서는 연구비의 증액이 필요할 것으로 예상됨.

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[연차별 연구목표 및 추진계획]단계 구분 연구 목표 및 내용 추진상황 연구비

(천원)1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

1단계

1차년도

식품원재료/조리제품 적용 가능한 현장형 비 원심분리 방식 전처리 기술 조사 및 개발

300,000

단백질 부패 관련 인자 측정용 나노라만/광학기반 검출 기술 조사 및 개발 400,000단백질 기반 나노플라즈모닉/광학 검출 기술 조사 및 개발 400,000부패 유발 미생물, 바이러스 측정용 항온 핵산 증폭/비접촉식 질량기반 고속 검출 기술 조사 및 개발

300,000

신선도 관련 활성도 측정용 광학기반 검출 기술 조사 및 개발 100,000

2차년도

식품원재료/조리제품 적용 가능한 현장형 비 원심분리 방식 전처리 기술 개발 및 성능 향상

300,000

단백질 부패 관련 인자 측정용 나노라만/광학기반 검출 기술 개발 및 성능 향상 400,000단백질 기반 나노플라즈모닉/광학 검출 기술 개발 및 성능 향상 400,000부패 유발 미생물, 바이러스 측정용 항온 핵산 증폭/비접촉식 질량기반 고속 검출 기술 개발 및 성능 향상

300,000

신선도 관련 활성도 측정용 광학기반 검출 기술 개발 및 성능 향상 100,000

2단계

3차년도

식품 시료 전처리 기술의 단일 모듈화 -단백질 부패 관련 인자 측정용 나노라만/광학기반 검출 기술의 단일 모듈화 -단백질 기반 나노플라즈모닉/광학 검출 기술의 단일 모듈화 -부패 유발 미생물, 바이러스 측정용 항온 핵산 증폭/비접촉식 질량기반 고속 검출 기술의 단일 모듈화

-

신선도 관련 활성도 측정용 광학기반 검출 기술의 단일 모듈화 -

4차년도

식품 시료 전처리 기술의 단일 모듈화 -단백질 부패 관련 인자 측정용 나노라만/광학기반 검출 기술의 단일 모듈화 -단백질 기반 나노플라즈모닉/광학 검출 기술의 단일 모듈화 -부패 유발 미생물, 바이러스 측정용 항온 핵산 증폭/비접촉식 질량기반 고속 검출 기술의 단일 모듈화

-

신선도 관련 활성도 측정용 광학기반 검출 기술의 단일 모듈화 -

5차년도 단일 및 다중 모듈 시스템 개발 -통합 모듈 시스템 구축

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제 6 장 유사지원과제와의 중복성 및 불확실성 검토6.1. 관련 유사 선행연구 검색 현재 식품 위해오염 지표 대응 연구개발 관련 사업들이 완료 또는 진행되고 있으며, 이를

조사․ 분석하여 예산 및 인력의 중복투자를 지양함.

“식중독” 검색 결과 725건의 진행 및 완료된 과제가 검색됨. 식중독 안전관리 방안 및 저감화에 대한 연구가 대부분임. 식중독 균에 의한 식중독 발생 및 단일 식중독 균의 위해도 평가 관련 5건 식중독 관련 미생물에 대한 사전 처리 및 신속 검출 관련 16건 단일 미생물의 검출이 주된 목표임.

순번 1선행 과제명 식중독균 분자감지를 위한 다원적 고감도 바이오프로브 개발연구지원 부처명 교육과학기술부 지원 사업명 신진연구지원사업

개발기간 2011-05-01~2014-04-30 연구기관 대구한의대학교

산학협력단순번 2선행 과제명 식중독균인 클로스트리디움 디시피에의 (신속)검출, 모니터링,

예측모델링 및 저해기술 개발지원 부처명 교육과학기술부 지원 사업명 핵심연구지원사업

개발기간 2011-05-01~2014-04-30 연구기관 국민대학교 산학협

력단

“단체급식” 검색 결과 149건의 진행 및 완료된 유사한 과제가 검색됨. 단체급식시의 위생관리 및 안전관리 방안에 대한 연구가 대부분임. 단일 식중독균의 검출관련 과제는 2건

순번 3

선행 과제명 식중독균의 쉬겔라의 (신속)검출, 모니터링, 정량위험분석 및 저해기술 개발

지원 부처명 교육과학기술부 지원 사업명 기본연구지원사업

개발기간 2005-07-01~2006-06-30 연구기관 국민대학교 산학협

력단

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순번 4선행 과제명 나노 생체막을 이용한 Salmonella spp. 신속 편이성 면연학적

검출법의 개발지원 부처명 농림부 지원 사업명 일반사업

개발기간 2002-05-01~2005-05-01 연구기관 한국식품연구원

“식품부패” 검색 결과 12건의 진행 및 완료된 과제가 검색됨. 식품부패 시 발생하는 부패가스를 측정하는 과제가 1건 (연차보고서 2건) 식중독관련 미생물 측정에 관한 연구는 1건 (연차보고서 3건)

순번 5선행 과제명 나노 분산 스트립을 이용한 단백질 식품 부패 탐지 연구지원 부처명 교육과학기술부 지원 사업명 일반연구자지원사업

개발기간 2009-05-01~2011-05-01 연구기관 고려대학교

“단체 급식”, “식중독” 검색 결과 46건의 진행 및 완료된 과제가 검색됨. 위기관리 매뉴얼, 안전관리 지침 위주이며 단일균 검출에 관한 연구가 1건

순번 6선행 과제명 나노입자를 이용한 위해 미생물 신속검출 기술개발지원 부처명 과학기술부 지원사업명 일반사업

개발기간 2004-01-01~2004-12-01 연구기관 한국식품연구원

“식중독”, “식품부패” 검색 결과 4건의 진행 및 완료된 과제가 검색됨. 식중독관련 미생물 측정에 관한 연구는 1건 (연차보고서 3건)

순번 7선행 과제명 농축산 식품으로부터 식중독균 및 식품 부패균들의 신속, 동시 검출을

위한 DNA chip 개발지원 부처명 농촌진흥청 지원 사업명 바이오그린21

개발기간 2008-01-01~2010-12-31 연구기관 고려대학교

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“단체 급식”, “식품부패” 검색 결과 0건의 진행 및 완료된 유사한 과제가 검색됨. 단체급식에서 식품 부패관련 유해인자 검출에 대한 연구는 없음 실제 급식 현장에서 2시간 이내에 원재료와 조리식품의 안정성을 통합적으로 확인하고

자 하는 연구는 없음 실제 단체급식 현장에 적용 가능한 검출시스템에 대한 연구는 없음.

그림 41. 유사지원과제 검색 및 차별성

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6.2. 선행 연구기술 기반 개발 방향

그림 42. 기술 개발의 필요성 및 발전방향

기존의 연구기술로는 단체 급식에서 원재료부터 조리 후 배식이 이루어지는 2시간 이내 위해요소 측정용 칩 개발이 불가능함으로 기존 기술의 성능향상, 원천기술의 개발 연구 및 연계 기술에 대한 연구가 필요함. 기존 미생물 기술의 성능향상이 필요하며, 이외의 다양한 부패 유발 인자 (변성 단백질, 독소,

부패 유발 미생물, 바이러스 등)를 검출할 수 있는 원천 기술 개발이 필요함. 원천 기술의 개발은 현장에서 활용 가능한 제품 개발을 가능하게 하여 실질적인 식품 안전사

고 예방 및 대응을 가능하게 함.

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6.3. 기존 과제와의 중복성 검토 식품 오염균의 검출 및 평가, 국가 표준, 인프라 구축과 같은 규제 및 지침 마련 연구는 매

년 다양한 과제로 수행되고 있음.

기존의 과제는 대부분 단일 세균 측정을 목표로 하는 과제임.

본 과제에서 연구하고자 하는 기술

식품에 적용 가능한 현장형 전처리 기술에 관한 과제는 없음.

다중 부패 유발 인자 농축/정제기술에 관한 과제는 없음.

단체 급식에서 단백질 부패 관련 인자를 검측하는 과제와 식품의 부패 기인 독소를 검측하는 과제는 없음.

비접촉식 질량기반 고속 검측 기술 기반 미생물 검측용 과제는 없음.

단체급식에서 식품의 원재료와 조리식품을 2시간 이내에 다양한 식품 위해요소를 측정 가능한 기술은 없음.

전처리 과정부터 식품유해인자 측정기술까지 각 기술들이 모듈화 되고 통합된 모듈시스템을 개발하는 과제는 없음.

6.4. 단체급식시 식중독 검측의 불확실성 검토 미생물의 생장/사멸 예측 모델의 응용은 운영방식, 파라미터 변경 등 많은 변수조절로 인한

불확실성이 큼.

연속측정 및 원격모니터링 기술은 식품이라는 매질의 비연속성에 의한 불확실성이 큼.

기존의 식중독 오염균 검출 과제는 대부분 원재료에서 단일 세균 측정을 목표로 하는 과제가 많음.

조리 전 원재료에서 단일 미생물만 검측시 타 미생물 혹은 타 위해 요소에 의한 오염 예방이 불확실함.

본 과제에서 연구하고자 하는 기술

생장/사멸 예측 모델 개발이 아닌 실제 식품위해요소인 다중 부패 유발 인자 (변성 단백질, 독소, 부패 유발 미생물, 바이러스 등)를 직접적으로 검측하고자 함.

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연속 측정 및 원격 모니터링이 아닌 식품위해요소용 현장 검측 칩을 개발하고자 함.

본 연구는 조리 전 원재료와 조리식품으로 측정 대상을 나누어 식품 배식 전까지 전 과정에서 문제가 되는 식품위해요소를 검측하여 식중독 검측의 불확실성을 없앰.

원재료 : 식품의 신선도 활성도를 기반으로 식품 부패여부를 검측. 조리식품 : 다중 부패 유발 인자 (변성 단백질, 독소, 부패 유발 미생물, 바이러스

등)를 검측함.

6.5. 연구의 활용방안 및 제품화의 가능성 검토 기존의 연구와 같은 단순 미생물 측정 방식으로는 실제 현장에서 응용 가능한 제품 개발이 불가능함.

기존의 연구기술로는 단체 급식에서 원재료부터 조리 후 배식이 이루어지는 2시간 이내 위해요소 측정용 칩 개발이 불가능함.

본 과제에서 연구하고자 하는 기술

식품에 적용 가능한 현장형 전처리 기술 개발 시 단일 제품화가 가능함.

단체 급식에서 단백질 부패 관련 인자 검측 칩 개발 시 단일 제품화가 가능함.

식품의 부패 기인 독소 검측 칩 개발 시 단일 제품화가 가능함.

식품의 신선도 활성도를 검측 하는 칩 개발 시 단일 제품화가 가능함.

상기 기술 개발 시 전처리 과정부터 측정기술까지 다양한 기술들이 모듈화된 식품 위해요소 통합 검측칩 개발이 가능함.

통합 위해요소 측정용 장비 예상 가격 : 5백만 원 통합 위해요소 측정용 칩 예상 가격 : 다중 모듈시스템 : 2만원, 개별 모듈시스템 : 5천원 조작이 쉽고 신속한 처리 성능을 보여주는 사용자 친화적인 분석 장치 개발

본 연구에서 목표로 하는 위해요소 검측용 통합모듈시스템은 2시간 이내에 전처리부터 다양한 식품 위해요소 검측까지 가능한 바, 현장에서 즉시 활용이 가능함.

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6.6. 부처 별 연구 역할 식품안전과 관련된 사회문제 해결을 위한 국가연구개발사업의 공공책임과 기능강화가 요구

되고 있음.

현재의 초ㆍ중ㆍ고등학교 급식은 직영, 또는 위탁으로 이루어지며 대부분의 학교 급식이 직영급식으로 이루어지므로 공공기관에서 관리ㆍ감독해야할 책임이 있음.

구 분

학교 수(교) 학생 수(천명) 운 형태(교)

체 식 % 체 식 % 직 (%) 탁(%)

등학교 5,859 5,859 100 3,305 3,281 99.3 5,857(99.9) 2(0.1)

학 교 3,131 3,130 99.9 1,969 1,957 99.4 2,962(94.6) 168(5.4)

고등학교 2,256 2,253 99.9 1,965 1,918 97.6 1,806(80.2) 447(19.8)

특수학교 150 147 98.0 24 23 95.8 145(98.6) 2(1.4)

계 1 1 , 3 9 6 1 1 , 3 8 9 9 9 . 9 7 , 2 6 3 7 , 1 7 9 9 8 . 8 10, 770(94.6) 619(5.4)

그림 43. 전국 초, 중 ,고등학교 단체급식 실시현황

보건복지부의 단체급식 관련 지침은 단체급식시의 안전관리 지침이나 대량발병사태 이후의 사후관리 지침 위주임.

예방대책과 사후관리대책만으로는 위해오염지표의 실질적 현장검측이 불가능하며, 위해오염지표에 의한 대량의 식품안전 사고를 신속히 대응 불가능하며 완벽히 통제 할 수 없음.

지식경제부는 새로운 원천기술의 개발에 투자하기 보다는 개발된 기술의 상용 제품화에 초점을 맞추고 있음.

기존의 연구기술로는 단체 급식에서 원재료부터 조리 후 배식이 이루어지는 2시간 이내 위해요소 측정용 칩 개발이 불가능함.

현재까지 개발된 기술과 같은 단순 미생물 측정 방식으로는 실제 현장에서 응용 가능한 제품 개발이 불가능함. 미생물 이외의 다양한 부패 유발 인자 (변성 단백질, 독소, 부패 유발 미생물, 바이러스 등)를 검출할 수 있는 원천 기술 개발이 필요함.

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교육과학부는 새로운 원천기술의 개발과 실질적 제품 개발 연구에 초점을 맞추고 있음.

실질적으로 식품 안전사고 예방 및 대응에 필요시 되는 원천기술 개발 가능 함. 원천 기술의 개발은 현장에서 활용 가능한 제품 개발을 가능하게 하여 실질적인 식품 안전사

고 예방 및 대응을 가능하게 함.

실질적으로 현장에서 필요로 하는 2시간 이내에 전처리부터 다양한 식품 위해요소 검측용 원천기술 개발은 통합모듈시스템을 이용한 제품화와 연계되어 현장에서 즉시 활용이 가능함.

현장에서 활용되어지는 식품 위해요소 검측용 통합모듈시스템은 2시간 이내에 식품의 위해 여부를 신속히 판단하여 식품안전 사고를 예방 및 대응 가능하게 하여 국민의 삶의 질 향상과 공공복지 증대와 같은 실질적인 결과물을 창출 할 수 있을 것으로 기대 됨.

그림 44. 부처별 대응 현황 및 대책

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제 7 장 연구기간 및 연구비7.1. 연구기간

세 부연구내용 연구자 추 진 상 황 연구비

(천원)1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12기술성 및 사업화

타당성 분석

최정우오병근권영관

중간보고서

최종보고서초안작성

인쇄본제출 시기

3,000

샘플 전처리 기술 조사·분석 민준홍

김준호 2,500식품 내 균주

분석 기술 조사최정우이명기김병찬

3,000식품 샘플 분석기술 조사·분석

오병근남은숙민준홍

3,000바이오나노센서기술 조사·분석 최정우

오병근 3,000검출 센서

플랫폼 기술 조사·분석

민준홍김병찬김준호

3,000

바이오 재료 개발 기술 조사·분석

최정우이종서 2,500

시스템 제품화기술 조사·분석 김준호

이종서 2,500USN 기반

네트워킹 기술 조사·분석

최정우박수용 2,500

SWOT 및시장성 분석 최성하

권영관 2,500개발 기획의

실무적용 검토김종길최성하 2,500

사업진도 (%) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 95 100

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7.2. 소요예산 명세

가. 총괄표 (1) 연구개발비 소요내역 (단위: 천원)

항목 비목 계획금액 사용액 잔액 비고

인건비

․내부인건비현금

미지급용 6,336 천원 6,336 천원 0 천원 2012.03.29

지급용 천원 천원 0 천원 2012.03.29

현물 천원 천원 0 천원 2012.03.29

․외부인건비현금

미지급용 3,510 천원 3,510 천원 0 천원 2012.03.29

지급용 12,645 천원 14,713 천원 -2,068 천원 2012.03.29

현물 천원 천원 0 천원 2012.03.29

소계 12,645 천원 14,713 천원 -2,068 천원 2012.03.29

직접비

․연구기자재 및 시설비

현금 천원 천원 0 천원 2012.03.29

현물 천원 천원 0 천원 2012.03.29

․연구 활동비 11,275 천원 9,207 천원 2,068 천원 2012.03.29

․연구수당 3,380 천원 3,380 천원 0 천원 2012.03.29

소계 14,655 천원 12,587 천원 2,068 천원 2012.03.29

위탁연구개발비 천원 천원 0 천원 2012.03.29

간접비소계 2,700 천원 1,890 천원 *810 천원 2012.03.29

연구 사업비 총액 30,000 천원 29,190 천원 810 천원 2012.03.29

* 연구비 30,000천원 중 21,000천원(70%)이 2012년 1월 16일에 1차 입금되었고, 그 중 간접비는 산학협력단에 2,700천원 중 1,890천원(70%)이 지급되어 810천원(30%)이 미지급된 상태입니다. 나머지 8,190천원은 인건비 풀링제 시행으로 과제 종료 후에도 1년 이내에 사용이 가능하여 3월에 지급될 인건비를 2차 연구비 입금 후 4월내로 소진 예정입니다.

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제 8 장 정책 제언8.1. 해당분야 발전방안

분자검출 관련하여 많은 단위기술들이 개발되어 왔고, 많은 상품이 출시되었지만, 통합시스템으로 자동화된 시스템은 로봇기술에 의한 대형장비 위주로 알려져 왔음.

많은 검출제품이 다양한 시료전처리 기술과 증폭/측정기술이 연결된 시스템을 개발하려고 하고 있지만, 시료증폭기술의 원천기술로 인하여, 개발되더라도, 많은 로열티를 제공해야 하므로, 고감도 성능을 가지고 있는 나노센서를 시료전처리기능과 연계하여 경쟁력을 갖추어야 함.

시료를 농축하여, 시료가 nM~pM 수준으로 될 경우, 나노센서가 충분히 이를 측정할 수 있기 때문에, 현재 나노입자를 이용한 기술, 나노구조체를 이용한 기술들이 시료증폭기술의 대안으로 개발 가능함.

하지만 형광 등 신호증폭기술들이 이미 개발되어 있기 때문에 이를 회피하기는 지극히 어려움. 그렇기 때문에, 원천기술을 기반으로 나노 칩을 개발하고 이에 시료전처리 기능을 포함하는 것이 대안이 될 수 있음.

단체 급식 위해 오염지표 측정용 플랫폼 개발 분야는 선진국에서도 아직 연구개발 단계인 초기 분야로 활발히 연구되고 있으나, 후발주자인 국내 업체도 연구개발 결과에 따라 충분한 경쟁력이 있는 분야임.

단체 급식 위해 오염지표 측정용 플랫폼 개발 분야는 초기 시장 형성기로 미래를 보고 기술적 경쟁력 있는 원천기술을 개발하고 이를 기반으로 상업적으로 경쟁력 있는 제품을 개발하는 장기적 지원이 필요함.

이를 위해서 산학연간 체계적인 연구개발 협력체계와 지속적인 정부 지원 필요함.

현재 큰 문제가 되고 있는 단체 급식 위해 오염지표 측정용 플랫폼 개발 분야의 원천기술 및 산업화의 실현은 해당분야 자체의 신규시장 창출과 더불어 국민의 건강증진 시킬 수 있을 것으로 기대됨.

또한, 노로 바이러스 사태와 같은 사회적 위기 상황에서 발 빠른 대처가 가능할 것으로 기대되고 있는 바, 국내에서 연구개발에 집중해야 할 것으로 생각됨.

이것이 실현되기 위해 생명공학, 나노기술, 식품, 기계공학, 컴퓨터공학 등의 산학연 공동 연구가 필수적이라 할 수 있음.

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그러나 산학연 공동 연구가 국내에서는 실질적으로 활발하게 이루어지지 않고 있는 것으로 생각되며, 이를 실현하기 위해 연구목표를 정확하게 설정하고, 연구비의 집중적 투자와 연구자들의 대의적인 패러다임 전환이 필요할 것이라 사료됨.

8.2 정책지원방안

검측기기 산업은 그 동안 정부의 핵심 전략산업으로 많은 지원이 있었으나 실질적인 성과는 미흡하였음.

그 이유는 미래 시장을 예측하고 이에 필요한 핵심 원천기술의 개발하고도 각 원천기술 간의 융합성이 부족하여 성공된 제품화를 이루기가 힘들었음.

또 다른 실패 원인은 시장수요를 예측하지 못한 최첨단 기술개발에 치중하여 실재로 기술개발에 성공하여도 시장 수요가 없어 매출 등 실질적 성과를 이룰 수 없었기에 이러한 기술개발에 치중하는 분야는 지원에서 배제되어야 할 것으로 사료됨.

지원정책은 정확한 미래 시장 수요 예측에 근거하는 분야를 선정하고 해당 분야에서 기술적 경쟁력 있는 원천기술 개발과 이에 기반을 둔 상업적 경쟁력 있는 제품개발을 지원해야 할 것으로 사료됨.

실제 단체 급식 현장에서 원재료부터 조리 후 배식이 이루어지는 2시간 이내 다양한 부패 유발 인자 (변성 단백질, 독소, 부패 유발 미생물, 바이러스 등)의 측정이 가능하도록 기존 기술의 성능향상, 원천기술의 개발 및 연계 기술에 대한 연구가 진행되도록 정책 지원이 필요할 것으로 사료됨.

개발된 기술들이 모듈화된 통합모듈시스템의 제품화 및 현장에서의 즉시 적용이 가능하도록 정책을 지원하여 식품의 안전성을 원재료의 신선도부터 조리식품의 오염 및 부패여부까지 판단할 수 있도록 해야 할 것으로 사료됨.

통합모듈시스템에 의한 식품의 안전성 확보를 기반으로 식품 안전 네트워크를 구축하여 식품부패에 의한 안전사고를 사전에 미리 예방 및 조치 가능하게 할 수 있는 방향으로 정책 지원이 필요할 것으로 사료됨.

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제 9 장 기획위원 명단

성 명 구분 소속 직 화번호 이메일

최정우 학서강대학교화공생명공학과/기술경영전문대학원

교수 02-705-8480jwchoi@

sogang.ac.kr

오병근 학 서강대학교화공생명공학과 교수 02-705-8478

bkoh@

sogang.ac.kr

민 홍 학 중앙대학교융합공학부 교수 031-750-8553

junmin@

cau.ac.kr

김병찬 연 한국과학기술연구원 선임연구원 02-958-5877bchankim@

kist.re.kr

이명기 연 한국식품연구원 책임연구원 031-780-9047 lmk123@

kfri.re.kr

권 학 서강대학교기술경영전문대학원 교수 02-705-4784

kwonyk@

sogang.ac.kr

박수용 학 서강대학교컴퓨터공학과 교수 02-705-8929

sypark@

sogang.ac.kr

김 호 산 삼성종합기술원바이오칩 랩

R&D Staff

Member 031-280-6939

mythos.kim@

samsung.com

이종서 산 (주)앱클론 CEO02-2109-1281 jslee@

abclon.com

남은숙 학서강-빙그레첨단식품분석연구센터

연구교수 02-3274-4822 microbe-nam@

hanmail.net

김종길 산 (주)나라단체 급식 팀 리부장 031-339-0902

lilac621@

nate.com

최성하 산 (주)삼성에버랜드단체 급식 팀 사원 02-759-1219

sungha.choi@sams

ung.com

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참 고 문 헌

참고 서적

1. 21세기 식품위생학 2009년 개정판, 금종화, 김성영 외, 도서출판 효일

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3. 대형 식중독 예방을 위한 집단급식 위생수준 제고방안. 편집부. 한국보건사회연구원. 2001

4. 식품위생관련법규. 금종화 외. 효일. 2011 5. 식품위생학, 강근옥 외, 보문각, 2009

6. 단체 급식 관리. 현기순 외. 수학사. 2010

7. 에센스 식품위생학. 송형익 외. 지구문화사. 2011

8. 식품미생물학. 유상렬 외. 수학사. 2009

9. 식품위생학, 권훈정 외, 교문사. 2011

10. 단체급식. 양일선 외. 교문사. 2011

11. 식품 위생 관계 법규. 편집부. 지구문화사 2007

12. Food-Borne Pathogens (Hand Book), 진성유니텍 학술기획부, 진성유니텍

13. New 식품위생학. 김옥경 외. 지구문화사 2011

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17. 식품위생학. 구난숙 외. 파워북. 2008

18. 호텔 외식산업 위생관리론. 김윤태. 대왕사. 2006

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19. 표준 식품위생학. 채용곤 외. 정문각 2012

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참고 논문

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참고 웹사이트

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2. 농식품안전정보서비스 http://agros.go.kr

3. 미국 질병관리본부 www.cdc.gov/fooodborneoutbreaks/outbreak_data.htm

4. 유럽연합 European Food Dafety Authority http://www.efsa.europa.eu/EFSA/efsa_locale-1178620753812_1178671312912.htm

5. 일본 후생노동성 http://www.mhlw.go.jp/topics/syokuchu/

6. FDA www.fda.gov

7. WHO www.who.int/en/

8. 국제식품규격위원회(CODEX) www.codexalimentarius.net

9. 중국 국가식품품질감독검역센터 cfda.com.cn

10. 캐나다 식품검역청 inspection.gc.ca

11. 유럽 식품기준청 www.foodstandards.gov.uk

12. 교육 과학 기술부 www.mest.go.kr

13. 보건복지가족부 www.mohw.go.kr

14. 일본문부과학성 www.mext.go.jp

15. 한국식품 정보원 www.foodi.com

16. HACCP 지원 사업단 www.haccphub.or.kr

17. 도매시장통합홈페이지 http://market.affis.net/etc/institution3.asp

18. 영양사 도우미 홈페이지 www.kdclub.com

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<부록 1> 과제 제안요청서RFP번호 1

연구 분야 단체급식 관련 식품 부패 인자 검출 기술 1. 연구목표 ◯ 단체급식 먹거리 안전과 예방을 위한 신속․정확한 식품 부패 관련 인자 검출기술 개발 2. 연구내용 및 범위

◯ 식품시료 전처리 기술 개발 - 식품원재료/조리제품 적용 가능한 현장형 비원심분리 방식 전처리 기술 - 물리적 흡착방식을 이용한 고속시료 농축/정제 기술 (1시간 이내) - 다중 부패 유발 인자 (변성 단백질, 독소, 미생물, 바이러스 등) 농축/정제기술 - 센서 집적화 직접 적용 가능 기술 ◯ 식품 부패 유발 인자 검출기술 개발 - 단백질 부패 관련 인자 측정용 나노라만/광학 기반 검출기술 - 부패 기인 독소 측정용 단백질 기반 나노플라스모닉/광학 검출기술 - 부패 유발 미생물, 바이러스 측정용 항온 핵산 증폭/비접촉식 질량기반 고속 검출 기술 - 신선도 관련 활성도 측정용 광학기반 검출기술 - 상기의 제시된 기술들이 모듈로 결합된 통합모듈시스템 기술 ◯ 식품 부패 인자 검출용 통합 센서 검측시스템 구축 - 민감도 : 부패 식품 판별 기준 (표준시료 사용) - 다종 측정을 위한 카트리지 개발기술 - 검출신뢰도 :　90 % 이상 - 전체 검측시간 : 2시간이내 (전처리 시간 포함) - 조작이 쉽고 신속한 처리 성능을 보여주는 사용자 친화적인 분석 장치 개발

3. 추진방법 ○ 산․학․연 전문가가 참여하는 기술개발 컨소시엄 형태로 기술개발을 추진 ○ 총 사업기간은 5년이며, 2단계(2년+3년)로 지원하되 단계평가를 통해 계속 지원여부 결

정 ○ 기타 추진방법은 연구책임자가 자율적으로 결정4. 특기 사항 ○ 연구목표, 연구내용 및 범위를 연도별·단계별로 정성·정량적인 목표를 구체적으로 제시 ○ 사업화 이전이 가능한 기반 기술 제시 ○ 각 분야 핵심 선행기술 제시5. 2012년도 예산 2012년 예산 15억원

(1단계: 각 15억원/년, 2단계: 각 20억원/년)

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<부록 2> 급식 식단표 초등학교 식단표 1

초등학교 식단표 2

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초등학교 식단표 3

초등학교 식단표 4

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초등학교 식단표 5

초등학교 식단표 6

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초등학교 식단표 7

중학교 식단표 1

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중학교 식단표 2

중학교 식단표 3

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중학교 식단표 4

고등학교 식단표 1

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고등학교 식단표 2

고등학교 식단표 3

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평가결과 보완조치 요구사항 평가결과 수정․보완 조치사항 비고

(해당 Page)ㅇ통합적 모듈화 기술개발의

어려움 해결 방안과 통합적 모듈화 기술 개발 시 기존 특허와의 분쟁을 피할 수 있는 방법을 명확히 제시

ㅇ통합적 모듈화 시스템 개발 시 당면하는 문제점을 기술하고 개발하고자 하는 기술이 이를 극복할 수 있는 측면을 구체적으로 서술.

ㅇ현존하는 특허를 조사하여 개발하고자 하는 기술과의 중복성이 없음을 확인하였음.

ㅇpp. 73-74

ㅇ38-44쪽 식품 위해지표 조사 재작성.

ㅇ공신력있는 기관(FDA, EFSA등 국제적 기구)의 자료를 기반으로 신빙성있는 위해지표 자료를 인용

ㅇpp. 38-44

ㅇ새로운 최신 참고 문헌 활용 요망 ㅇ최신 참고문헌 추가 기재 ㅇpp. 97-98

ㅇ부패와 함께 병원성 인자와 위해미생물도 함께 다루어야 함

ㅇ단체급식시 측정이 필요한 오염지표를 명확하게 구분하여 서술하였음 ㅇpp. 47-50

ㅇ연차별 연구내용과 연구비, 기간을 제시하고 현실적인 연구비 액수 제시

ㅇ연차별 연구내용과 연구비를 표로 작성하여 삽입하였음 ㅇpp. 83

ㅇ특허분석이 오래된 자료이므로 최신의 자료 분석 필요

ㅇ최근 4년간의 특허를 새로이 조사 및 분석하였음 ㅇpp. 34-47

ㅇ전체적인 오타 수정 ㅇ전체적인 맞춤법 검사 및 오타수정을 하였음 ㅇ전문ㅇ한국의 단체 급식 식품의 특

이적 오염균과 특이적 오염 지표 물질에 대한 분석이 미비하여 구체적 분석 자료를 보완하는 것이 요구됨.

ㅇ국내 단체급식의 주요 원인균별 식중독 발생현황을 추가적으로 분석하였음 ㅇpp. 2-4

ㅇ국내외 연구개발 동향 조사 시 바이오산업 분야로 대략적으로 작성하였는데 식품위해 오염균 측정과 관련된 기술 동향을 명확히 작성할 필요가 있고, 국외 연구개발 현황을 주요 선진국별로 구분하여 작성 요망

ㅇ기존의 바이오산업과 관련된 분야에서 식품 위해오염 지표 측정분야의 기술 개발현황을 분석하였고 선진국의 대응정책을 국가별로 분류하여 작성하였음

ㅇpp. 17-21

수정․보완 대비표(평가의견 및 보완사항 참조)

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안 내 문

본 연구보고서에 기재된 내용들은 연구책임자의 개인

견해이며 한국연구재단의 공식견해가 아님을 알려드립니다.