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콜라겐은 가죽 의류, 젤라틴·소시지 케이싱 등 식품, 은 입자를 고정하는 사진용 젤라틴, 옷칠 및 그림도구용 공업용 아교, 약제 캡슐 등 의료용 젤라틴, 인공신장·인공피부 등 의료용 콜라겐, 기초화장품, 기능성식품, 세포배양용 생화학 시약 등 다양한 분야에 사용되고 있다.

콜라겐·젤라틴·아교는 동일구조
콜라겐은 피부, 뼈, 장기의 주성분으로 동물 신체를 구성하는 단백질로 구성돼 있으며 전체 단백질 가운데 약 3분의 1을 차지하고 있다.
글리신(Glycine)-프롤린(Proline)-X의 반복 아미노산 배열을 지니고 있으며 미변성 삼중나선 구조를 유지하고 있는 것을 콜라겐, 열 등으로 삼중나선 구조가 붕괴된 것을 젤라틴이라고 정의하고 있다.
젤라틴은 소의 뼈 및 피부에서 산 또는 알칼리 용액으로 추출해 중화·탈염 작업 후 드럼 건조하는 방법으로 제조된다. 분자량이 수만개이며 가열 후 용해·냉각하면 고형 젤로 변한다.
가수분해 콜라겐은 소·돼지 가죽, 생선 껍질·비늘을 원료로 사용하며 산소분해 과정에서 생성되는 분자량 10000 이하의 펩티드가 주류이다.
물에 쉽게 용해되고 냉각해도 고형젤로 잘 변하지 않는 것을 가수분해 콜라겐으로 분류하고 있으나 현재로서는 젤라틴과 가수분해 콜라겐에 대해 공식적인 정의는 명확하지 않다.
아교는 젤라틴과 전처리 공정이 다르며 화학약품을 사용하지 않고 점도·젤리 강도가 높은 것이 특징이다.

식품용 콜라겐 케이싱은 장점 많아
미변성 콜라겐으로 이용되고 있는 것은 식품용 콜라겐 케이싱을 비롯해 화장품 원료, 세포배양기질 및 의료용 콜라겐 등이 있다. 생산량은 한정적이나 판매단가가 높은 점이 특징이다.
콜라겐 케이싱은 주로 특허 및 축적기술을 활용해 생산되며 생산기업이 제조방법을 기밀로 하고 있다.
공개된 공정 가운데 하나는 쇠가죽 진피층(연령·성별·산지 엄선) 세정→분쇄→용해→유화→성형(토출·응고)→경화처리→세정→건조→셔링→가열처리→포장→출하 순으로 진행된다.
케이싱 제조방법은 콜라겐 물질을 튜브 형태로 성형하는 방법으로 공기 중에 토출 성형하는 건식공법과 응고액 중에 토출 성형하는 습식공법 등이 있다.
토출 노즐은 핵심 기술로 기본적으로는 이축을 통해 내외통을 반대방향으로 회전시켜 토출방향에 전단력을 가하며 토출시킨다.
셔링 공정은 기계를 통해 깔끔하게 접을 수 있으며, 주름이 들어간 50cm 길이의 케이싱을 늘이면 전체 길이가 50m 가량 되는 것도 있다.
콜라겐 케이싱은 천연 케이싱에 비해 트레이서빌리티를 보장할 수 있고 안전성이 뛰어나며, 소세지 고속충진이 가능하고, 케이싱 길이 및 직경의 불균형이 적기 때문에 손실을 줄이고 생산성을 향상시킬 수 있으며 실온에서 보관할 수 있고 케이싱 장전이 단기간에 가능하며, 위생상의 문제가 적은 장점이 있다.

화장품·생화학 및 의료용 원료로…
화장품 용도로는 Nippi Collagen Cosmetics이 판매하고 있는 쇠가죽 기반의 아텔로(Atelo) 콜라겐인 생콜라겐이 대표적이다. Koken, Nitta Gelatin, Nipponham, Kawaken Fine Chemicals 등도 화장품 및 생화학, 의료 용도로 공급하고 있다.
Nipponham의 의료용 콜라겐은 신경재생유도튜브에 사용되고 있으며, Koken은 화장품 및 생화학 용도로 소, 돼지, 상어, 참치 등을 원료로 한 아텔로 콜라겐을 공급하고 있다.

콜라겐 섬유 및 세포 시트 상용화
Kaneka는 콜라겐 섬유를 상품화하고 있다.
콜라겐 용액을 염석·가교 형성함으로써 섬유를 방사하며 살균성 및 흡·방습성, 난연성, 소취성 등이 특징으로 새로운 분야의 소재로 사용되고 있다.
세포 시트는 신규 개발된 재생의료의 플랫폼으로 온도응답성 폴리머와 콜라겐을 혼합한 소재이다.
Nippi가 돼지 진피 펙신 가용화 콜라겐 기반의 콜라겐 선유 시트, Nitta Gelatin이 돼지 진피 펩신 가용화 콜라겐 기반의 콜라겐 스펀지, Koken이 돼지 진피 펩신 가용화 콜라겐 기반의 콜라겐막, 스폰지, 허니콤 및 마이티를 공급하고 있으며 주로 고밀도 세포 배양용 스캔 포드로 이용되고 있다.

젤라틴 및 가수분해 콜라겐도 활용
일본은 젤라틴 생산량이 2012년 15584톤, 2013년 1만6949톤, 2014년 1만6773톤에 달했으며 가수분해 콜라겐은 2015년 5159톤, 2013년 4968톤, 2014년 4354톤을 기록했다.
일본은 생산량이 감소세를 나타내고 있으며 수입량은 정확한 데이터가 존재하지 않는 것으로 알려졌다.
최근 가죽 및 뼈 등의 원료로부터 제조하는 비율이 줄어들었으며 외국산 젤라틴 및 가수분해 콜라겐을 용해하고 점도 및 분자량을 다시 조제해 만든 것을 제품화하고 있다.
의약용 젤라틴 및 가수분해 콜라겐은 엔도톡신(Endotoxin) 함량을 검출 한계 이하로 설정한 젤라틴 주사액 안정제, 조직공학용 Scaffold 원료, 세포배양 소재, DDS제재, 의약품 하드·소프트 캡슐 등이 있다.
헬스케어 용도로는 유액, 팩, 크림, 샴프, 린스 등 수분유지효과를 기대하며 배합하는 사례가 많다.
공업용은 접착제 및 실링재를 비롯해 합판 접착, 도료 개질, 제련, 연마제 바인더, 융설 방지제로 이용되고 있다.
공업용 젤라틴은 성냥불 고정제 및 사진용 필름, 인화지의 감광성 은염 화합물을 유화해 도포하는 소재로 사용되고 있으나 디지털 카메라의 보급에 따라 생산량이 격감했으며, 최근에는 고품질 화상 재현용에 젤라틴 도포 프린터 용지가 개발되고 있다.
식품용으로는 겔화제, 안정제, 증점제, 품질 개량제로서 요구르트, 팻 스프레드, 유산균음료, 디저트, 젤리, 육류가공품, 야채, 소스 등 다양하게 활용되고 있다.
특히, 고분자 젤라틴은 즉석에서 만든 식감을 유지하기 위해 레토르트 식품으로서 내용물 품질유지에 활용되는 양이 증가하고 있다.

인체에 대한 효능 다양
젤라틴은 관절 통증을 완화해주는 효과가 있어 예전부터 민간요법으로 활용돼 왔으며 고령자 대부분이 식용 젤라틴을 섭취하고 있는 것으로 알려졌다.
아교는 생약의 일종으로 보혈, 익기, 부인병 개선, 강근골, 자양강장, 면역력 증강 등의 효능이 있으며 온경탕 및 황연아교탕 등의 한방약으로 처방되고 있다.
돼지 콜라겐은 다양한 연구결과를 통해 식품 안정성이 인정되고 있다. 기능성식품 콜라겐의 주원료는 돼지 껍데기이나 광우병(BSE), 구제역, 조류독감, SARS 등의 유행으로 가축 이외에 생선 껍질, 비늘, 생선가시, 생선 연골, 부레 등도 이용되고 있다.
수생물을 활용한 콜라겐은 프롤린(Proline) 및 히드록시프롤린(Hydroxyproline) 함유량이 적고 변성온도가 낮다는 점이 특징이다.
콜라겐을 구성하는 아미노산은 글리신(Glycine) 및 프롤린이 풍부하며 비필수 아미노산이 많고 필수 아미노산이 적어 단백질 값이 제로에 가깝기 때문에 콜라겐 섭취의 효능이 의문시되고 있다.
그러나 콜라겐 섭취 후 혈중으로 옮겨진 펩티드 Pro-Hyp가 세포, 기관, 조직 등에 유익한 기능을 하고 있다를 사실이 확인된 것으로 알려졌다.

가수분해 콜라겐의 뼈·관절 영향은 확실
콜라겐은 고대사 회전형 난소적출 골다공증 모델 및 저대사 회전형 노인성 골다공증 모델의 해면뼈 골밀도를 증가시키는 것으로 알려졌다.
발생 메카니즘이 다른 양 모델에 경구 투여한 콜라겐이 효능을 발휘할 뿐만 아니라 콜라게나아제 분해물인 콜라겐 트리펩티드(CTP)가 골절 실험쥐의 치유를 촉진하고 골아세포의 Ⅰ형 콜라겐 유전자 및 단백질 함유량을 높이는 효과가 있어 콜라겐 섭취가 골다공증에 유효할 가능성을 있다는 점을 나타내고 있다.
관절과 관련해서는 자연적으로 증상이 나타나는 OA 모델 Dunkin-Hartley 실험쥐를 활용해 콜라겐의 영향을 살펴본 결과 메카니즘이 불분명한 점이 많으나 아그레칸(Aggrecan) 분해가 억제된다는 사실이 밝혀졌다.
자연증상형 OA 모델인 STR/ort 실험쥐를 사용한 실험에서 콜라겐 투여는 연골 상태를 확실히 개선하며, 콜라겐 투여로 관절 연골에 아그레칸이 재생된다는 점도 확인돼 섭취한 콜라겐이 Ⅱ형 콜라겐에 비해 프로테오글리칸 합성에 영향을 미친다는 사실이 밝혀졌다.
또 특수영상처리기술(dGEMRIC: delayed Gadolinium Enhanced Magnetic Resonance Imaging of Cartilage)을 통해 가수분해 콜라겐을 장기 투여하는 것이 연골 안의 주요 고분자인 GAG(Glycosaminoglycan)를 일정 수준으로 유지시킨다는 사실이 확인됐다.
콜라겐 섭취를 통해 뼈·관절을 구성하는 세포 외 매트릭스를 유지함으로써 운동기관의 노화 예방 가능성이 있는 것으로 판단되고 있다.

기능성 식품으로 피부미용 효과도…
콜라겐은 피부미용 효과를 기대할 수 있는 기능성 식품으로서의 인지도가 높은 편이다.
돼지 껍데기 기반의 가수분해 콜라겐을 실험쥐에 투여함으로써 피부 안의 콜라겐 양이 증가한다는 사실이 보고된 바 있다.
자외선 조사 실  험쥐 및 저영양 상태의 실험쥐에게 가수분해 콜라겐을 투여한 결과 자외선을 조사한 쥐의 피부에 콜라겐 양이 증가하고 저영양 상태 쥐의 피부가 개선되는 효과가 확인됐으며, 자회선을 장기간 반복 조사해 광노화를 유도한 실험쥐에게 생선 비늘 기반의 가수분해 콜라겐을 투여함으로써 피부의 수분량 감소 및 표피가 두꺼워지는 것을 억제할 수 있는 것을 확인했다.
이밖에 다양한 피부질환 모델에 가수분해 콜라겐을 투여함으로써 피부 상태가 개선된다는 사실이 확인됐다.
인체를 대상으로 한 가수분해 콜라겐의 피부 개선효과 검증도 이루어지고 있다. 가수분해 콜라겐을 섭취함으로써 건강한 여성의 피부 각질층에 수분량이 증가하고 주름개선 및 피부 탄력이 개선된 것으로 알려졌다.
가수분해 콜라겐을 섭취하는 것은 항고혈압작용 및 암환자의 QOL을 높이고 지질 흡수 및 대사에 영향을 미치며 관절류마티즘 염증 억제에도 효과가 있는 것으로 알려졌다.
모발·손톱 개선 및 진피 등의 콜라겐 선유를 굵게 할 뿐만 아니라 섭취한 콜라겐이 모종의 형태로 효과를 나타내고 있는 것으로 파악되고 있다.

아교의 이용용도 다양화 추세
아교는 예전부터 접착제 용도로 많이 사용돼 왔고 종이 및 나무 관련 접착이 주류를 이루고 있으며 연마포지, 검테이프, 성냥, 묵·벼루, 전해제련이 대표용도이다.
공예품 및 물감은 일본에서 대표적인 아교의 생산이 중지됨에 따라 중요성이 부각된 바 있다.
아교는 고대 미술 복원에 필수적인 것으로 인식되고 있으며 일본에서 석회를 사용하지 않는 제조방식으로 판매가 이루어지고 있다.
묵 제조와 관련해 아교의 중요성이 부각되고 있으나 고형묵 수요 침체와 함께 아교 제조업자의 고령화에 따른 폐업이 잇따라 묵 제조에 최적인 아교 공급량이 점차 감소하고 있다.
최근에는 학교 문구용으로 수요가 지속적으로 발생하고 있는 액체묵이 주류를 이루고 있으며 고형묵 수요는 특수 공예품 제조에게 한정되고 있다.
아교는 카본블랙과 젤라틴을 주원료로 분산성을 향상시키기 위해 계면활성제, 방부제를 추가하고 있으며, 미술품 보수 등 특수용도 수요가 꾸준할 것으로 예상되고 있다.

생활과 밀접한 기능성식품으로…
가수분해 콜라겐은 일반적으로 식사를 통해 섭취할 수 있다.
상어 지느러미 및 장어에 많이 함유돼 있으며 생선 껍질에도 비교적 많은 것으로 알려졌다.
가격도 콜라겐 함유량을 고려하면 치어 및 잡어 등 잔 물고기가 가성비가 가장 뛰어난 식재료인 것으로 알려졌다.
뼈·관절 및 피부 질환 개선 효과와 관련된 인체 대상 실험이 가장 많다.
평가방법은 대부분 문진을 통해 실시했고 운동기관 질환에 따른 통증이 개선됐다는 메커니즘을 규명한 연구성과가 적지 않으며, 피부의 주름 개선 및 수분량 개선 등의 효과를 체험했다는 피실험자도 많은 것으로 알려졌다.
가수분해 콜라겐은 구매자가 직접 효능을 체감하는 사례가 많으며 생산기업도 안전성을 보증하고 다른 식품과의 시너지 효과도 좋기 때문에 항노화를 지향하는 기능성식품으로서 인지도가 매우 높은 편이다.