4차 산업혁명의 성장엔진 중 하나로 떠오른 3D 프린팅 기술이 의료, 산업, 예술, 건축 등 산업들에 새로운 가치를 만들어 내는 산업으로 주목받고 있는 가운데 최근 식품산업으로 확대되면서 우리 식문화에도 변화의 바람을 일으킬 것으로 기대하고 있다.
△미래 식량문제를 해결하기 위한 방법 중 하나로 3D 프린팅 기술이 주목받고 있는 가운데 프린팅 카트리지로 활용될 식품 소재의 물성에 대한 심도있는 연구가 필요하다는 주장이 제기됐다. (사진=식품음료신문)
세계 각 나라들은 미래의 식량문제를 해결하기 위해 앞다퉈 미세조류, 배양육, 식용곤충 등을 원료로 다양한 식품에 3D 프린팅 기술 활용을 시도 중이다. 국내에서도 다양한 식재료에 3D프린팅을 적용하기 위해 적합한 물성 등을 연구해야 한다는 주장이 관련 산·학계를 통해 제기되고 있다.
세계 3D 프린팅 시장은 20% 이상의 높은 성장률을 보이고 있으며 국내 시장 규모도 2022년까지 30.7%의 높은 성장률을 기록할 것으로 전망되고 있다. 특히 식품산업에의 적용은 작년부터 2023년까지 연평균 46.1% 커져 2023년에는 5억2560만 달러 규모 시장으로 성장할 것으로 전망되고 있다.
곡류·미세조류·배양육·식용곤충·꽃 등 원료로 활용 가공·물성 변형 연구 통해 다양한 카트리지 개발 식감 구현 위해 조직감·탄성도 등 라이브러리 구축을
△박현진 교수(사진=식품음료신문)
농촌진흥청 국립식량과학원이 22일 개최한 ‘식량작물 활용 3D 프린팅 국제심포지엄’에서 고려대학교 박현진 교수는 “미래 식량문제를 해결하기 위해 식품산업에 3D 프린팅을 적용하기 위해서는 3D 프린팅에 적합한 물성(Printability)을 갖는 식량작물을 찾고, 적용 사례 확대를 위해 기존 작물이 적합한 물성을 갖도록 하는 변형 연구를 진행해야 한다”라고 주장했다.
박 교수의 설명에 따르면 3D 프린팅에 적합한 물성을 측정하는 기술은 아직 없다. 다만 온도, 습도의 변화에 대해 재료의 치수, 혀상이 안정하고 변화하지 않는 성질을 나타내는 ‘치수 안정성(Dimensional stability)’, 재료가 탄성 범위 내에서 전단력을 받아 변형을 일으킬 때 나타내는 ‘전단 탄성 계수(shear modulus)’, 압출력(Extrusion force) 등 측정된 수치와 그 범위를 통해 재료가 3D 프린팅에서 적합한지, 또는 어떠한 형태를 취할지 나타내고 있다.
박 교수는 “대부분의 채소들은 수분이 많고 탄수화물, 지방, 단백질 등이 적기 때문에 응집성이 낮아 전통적으로 프린팅될 수 없는 재료에 속한다. 이렇듯 식재료들은 인쇄를 해도 낮은 해상도가 낮기 때문에 제품화되기 어렵다”라며 “하지만 하이드로겔 등 혼합물을 사용하는 방법으로 해상도를 높이고 프린팅 작업이 가능할 수 있는 기술이 개발 중이다. 아울러 세포 배양을 이용하거나 나노 기술을 활용한 3D 프린팅 등 적용범위를 다양화하고 있다”라고 설명했다.
△이진규 교수(사진=식품음료신문)
이화여자대학교 이진규 교수는 ‘3D 프린팅을 통한 맞춤형 식품 미세구조’에 대한 발표를 진행하면서 “3D 식품 프린팅 시장은 맞춤형 식품 수요 증가, 운송용이성, 유통 수명 연장, 식량난 해결 등 요인으로 시장 성장이 촉진될 것으로 예상되는 가운데 녹초류, 곤충류 등 천연 식품 소재를 카트리지로 활용한 연구가 진행 중이다”라고 설명했다.
이 교수의 발표에 따르면 탄수화물, 단백질, 항산화 공급원으로써 곡류(발아현미, 혼합곡물, 검은콩), 식용곤충(갈색거저리, 귀뚜라미), 콩류(검은콩), 새싹, 열매, 꽃 등이 3D 프린팅에 적합한 식량 자원으로 꼽히고 있으며, 이러한 원소재를 활용해 미분체, 리퀴드 형태로 분류, 파우더, 펠릿, 필라멘트 형태의 카트리지로 개발해 적합한 형상 구현 방식이 연구되고 있다.
더 다양한 식품 소재 카트리지를 개발하기 위해 소재의 구조학적, 유변학적 파라미터를 수집하고 이를 라이브러리로 구축해야한다는 것이 이 교수의 설명이다. 절단면 조직 및 미세구조의 3D 스캐닝을 통한 3D 데이터화 및 모델링, 유변학적 특성, 조직감, 탄성도의 수치화에 의한 라이브러리를 구축해야 한다는 것. 또한 공정 단계별 탄성 및 단단함, 조직감을 수치화해서 DB화하는 것도 중요하다는 것이 이 교수의 설명이다.
이 교수는 “식품소재 가공 및 물성에 대한 연구는 식감 맞춤형을 위한 식품 3D 프린팅이 가능하게 한다. 이를 통해 개인별, 연령별 다양한 식감을 제공하는 서비스가 가능해질 것”이라고 전망했다.
