한국농수산식품유통공사에서 발행하는 ‘FIS식품산업통계정보(aTFIS)’가 관심사로 부상하고 있는 '3D 식품 프린팅' 관련 세계시장 규모 및 몇몇 리딩업체의 동향을 조사해 소개한 것.
aTFIS에 따르면 3D 프린팅 기술이란 컴퓨터 모델 프로그램을 통해 구조물을 한층 씩 쌓아 올리는 적층 과정을 거쳐 입체적 구조물을 제작하는 기술이다. 주로 자동차, 항공, 의료 등 영역에서 활용되는 가운데 식품 산업에서도 3D 프린터 연구가 활발하게 이어지고 있다.
지난 2006년 미국의 코넬대 호드 립슨 교수 연구실이 초콜릿, 쿠키, 치즈를 원료로 하는 최초의 3D 식품 프린터를 개발한 것으로 알려져 있는데,
3D 프린터로 식품을 제작할 경우 식감이나 외관 질감을 미세하게 조정할 수 있어 타 분야보다 활용범위가 넓고 연구개발 및 산업화가 빠르게 적용될 수 있는데, 현재 생명공학부터 식품에 이르는 다양한 산업군의 연구실·대기업·스타트업 등이 기술 개발에 나서고 있는 상황이다.
그렇다면 최근 5년간 세계 3D 식품 프린팅 시장규모는 어떠하고 향후 성장 예상치는 얼마나 될까?
3D 식품 프린팅 세계시장 규모 및 식품제조에 사용되는 프린팅 기술 3가지
aTFIS 보고서에 따르면 세계 3D 식품 프린팅 시장은 2017년 약 52백만 달러에서 2018년 7880만 달러로 추산되고 2019년부터 2023년까지 연평균 46.1% 성장해 5억2560만 달러에 이를 것으로 전망하고 있으며,
특히 식품의 개인화 강화 및 대체식품 시장 확대, 친환경 소비 경향에 영향을 받아 전 세계적으로 시장이 성장할 것으로 예상하고 있다.
아울러 2022년 세계 지역별 3D 식품 프린팅 시장규모를 대륙별로 살펴보면, 북미(36.2%), 유럽(31.4%), 아시아(23.3%), 기타(11.1%) 지역 순으로, 북미 시장은 3D 프린팅 식품 수용을 위한 안전 규정 개정, 제과점 및 레스토랑의 맞춤형 식품에 대한 수요 확대로 3D 식품 프린팅 시장이 확장되었다.
또 아시아 지역은 상업용 식품 산업 성장 및 생활수준 향상, 3D 프린팅 기술 지원으로 향후 빠르게 성장할 것으로 예측된다.
반면 국내는 기술 개발의 초기 단계로 연구용 제품이 주로 출시되고 있으며, 현재 시제품으로 개발된 프린터는 식품 위생법상 식품 생산과 판매가 제한되어 상업적 출시 및 활용이 어렵다는 것이 aT측 평가다.
또한 식품 제조에 적용 가능한 3D 프린팅 기술은 FDM(Fused Deposition Modeling), SLS(Selective Laser Sintering), CJP(Color Jet Printing) 등이 있는데,
이중 압출 적층 제조(FDM) 방식은 3D 프린팅 분야에서 가장 많이 사용되는 기술로 고온과 고압을 활용해 액화 상태로 재료를 추출하는 방식으로 3D 프린팅 분야에서 가장 많이 사용되는 기술이다. 그러나 한 개의 식품을 인쇄하는 데 오랜 시간이 걸리고 표면이 매끄럽지 못하다는 단점이 있다.
이어 선택적 소결(SLS) 방식은 설탕, 전분과 같은 식용 분말 형태의 원료에 뜨거운 열을 가해 녹이고 굳히는 적층 과정을 거쳐, 상대적으로 강도가 높지만 제작시간이 길고 정밀도가 떨어진다는 단점과 함께 녹는점이 낮은 재료에만 효과적으로 사용할 수 있다는 한계가 있어 사용이 제한적이다.
또 잉크젯 프린팅(CJP) 방식은 식용 분말 및 액체를 분사하는 방식으로 매우 다양한 종류의 색을 구현할 수 있다. 이는 낮은 점도의 식자재의 표면을 채울 때 사용되며 주로 쿠키, 케이크, 페스트리 등 식품에 사용되거나 제품의 외관을 장식하는 데코레이션 제작에 활용된다.
일상 속에서 만날 수 있는 3D식품 프린터 사례
이와 같은 3D식품 프린팅 기술은 최근 ‘식품의 개인화’, ‘푸드테크(Food Tech)’트렌드를 뒷받침할 수 있는데,
초기에는 케이크, 빵과 같은 디저트류의 외관을 장식하는 데코레이션 기능이 주였다면 기술개발이 고도화된 현재는 다른 식품의 부재료가 아닌 하나의 자체 완성품을 제작하는 경지로 진화를 거듭하고 있다.
다양한 식품제조사 및 3D프린팅 기술업체는 식품용 프린터를 제작중이며 일부 기기는 상용화돼 레스토랑에서는 이 프린터로 제조한 음식을 판매하고 있는 상황이다.
일례로 KFC는 러시아의 3D 생명공학 프린팅 솔루션 연구소와 협업, 닭고기를 제조할 수 있는 3D프린팅 기술 개발에 착수했다. 닭고기 세포를 반복 사용하는 방식으로 실제 KFC 치킨의 맛과 식감이 유사하게 느껴질 수 있도록 연구 및 개발이 지속적으로 이어지고 있다.
이러한 3D 프린팅 기술이 주로 적용되는 식품산업 분야는 가공식품 제조, 원료 생산, 특수용도 식품 유형으로 구분된다. 일상에서 흔하게 볼 수 있는 초콜릿, 쿠키, 피자, 파스타 등을 소비자가 원하는 재료, 모양, 식감에 따라 다르게 제작할 수 있으며, 또한, 군용식품, 우주식품 등 특수식품 개발에도 활용된다.
3D 프린터의 공정 원리 상 불을 사용하지 않아도 음식을 만들 수 있다는 장점이 있어 특수한 환경에서의 제조가 가능하다. 또한 개인별 요소를 정확하게 측정하여 환경 맞춤형 식사를 제공할 수 있다는 점에서 활용도가 높다.
이밖에 고령화 및 건강에 대한 관심 증가로 케어푸드, 메디푸드 시장이 확장되면서 3D 식품 프린터로 제작한 특수용도식품 개발도 함께 이어지고 있는데,
저작활동 및 소화가 원활하지 못하는 고령층, 환자를 위해서 재료, 질감 등을 세밀하게 조절할 수 있어 활용도가 매우 높게 평가된다는 것이 aT측 설명이다.
3D프린팅 기술로 발전하는 대체식품시장도 주목
전 세계적으로 환경과 건강에 대한 관심이 커지면서 대체육이 주목받고 있다. 특히 중국의 경우 최근 돼지고기 값이 크게 오른 가운데, 코로나19가 겹치면서 대체육의 판매가 증가하는 추세를 보이고 있다.
이처럼 대체육 시장이 확장되면서 3D프린팅 기술로 제조한 대체육도 개발되고 있다. 3D프린터는 식물성 원료를 프로그래밍 해 마블링, 조직감 등을 세밀하게 조절한 대체육을 제조할 수 있는데, 기존 육류 수준의 맛과 모양 식감을 느낄 수 있는 것은 물론 실제 육류 생산보다 비용 및 시간이 절감되어 향후 식량 부족, 환경오염 문제도 해결할 수 있다는 장점이 있다.
특히 이스라엘의 기업들이 대체육 개발에 활발한 움직임을 보인다. 각 제조사는 실제 육류의 맛을 재현하기 위해 식물성 원료로 근육층, 지방층 등의 특징을 살리는 고도의 공정 과정을 개발했으며, 최소 시간으로 다량의 제품을 제작하는 3D 프린터의 상용화를 계획하고 있다.
또한 식물성 단백질 수요증가로 3D프린팅 기술이 적용된 해산물 대체식품도 개발되고 있다, 콩에서 추출한 단백질, 해조류에서 추출한 아미노산, 식물성 기름을 원료로 해 취식부담이 적고 3D프린팅 기술적용 시 기존의 세포만 떼어내 생산하던 조직추출방식에 비해 더욱 정교한 생산이 가능해졌다고 aT측은 소개했다.
