전 세계적으로 인구가 급격히 증가함에 따라 인류의 질병에 관여하는 리스테리아(Listeria)같은 새로운 미생물들이 출현하게 되었다. 또한 우리의 주변 환경에 유독한 화학물질들이 쌓여감에 따라 소독제, 표백제, 살충제 등 공업용으로 사용되는 다른 화학물질의 안전사용에 대한 국가적 관심이 고조되고 있다.

인류가 먹고 마시는 물, 공기, 식품을 좀 더 안전하고 깨끗하게 유지시키기 위해 많은 양의 소독제를 사용한다는 것은 매우 아이러니컬한 현상이 아닐 수 없다. 대개 중금속염이나 할로겐 화합물, 환원성가스, 산화제, 염소, 알콜 등이 미생물 소독내지는 살균제로 사용되어 왔다. 미국에서는 염소가스(chlorine)와 그 유도체인 hypochlorite나 chlorine dioxide등이 수돗물의 살균제나 일반적인 소독약으로 사용되고 있으나, 프랑스나 독일과 같은 유럽에서는 오존을 수돗물 공급체계의 주요 살균제로 사용하여 왔다. 현제 우리나라에서도 수돗물 소독에 오존을 이용하고 있으며, 2007년 6월 29일 식약청에서는 식품가공 시 세척수로 오존을 사용할 수 있게 입안이 예고되었다. 오존은 식품가공에서 다른 어떤 살균소독 시스템보다 다음과 같은 안전하고 특징적인 장점을 갖고 있다. 

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• 오존은 현재까지 가장 광범위하게 사용되고 있는 염소보다 더 강력한 살균력을 갖는 소독제로서 내성이 있는 균들을 포함한 많은 수의 미생물들에게 효과적이다. 

• 오존은 90년 동안이나 하루에 수 갤런부터 수백만 갤런씩 정수처리에 사용되어 왔으며, 미국에서도 병입된 물의 처리에서 GRAS (generallyrecognigedas safe. 일반적으로 안전하다고 인정되는 첨가물등급, 설탕이나 소금 등)    등급 정도로 안전하다고 인정하고 있다.

• 유럽에서는 수십년간 식품산업에 오존이 응용되어 왔으며, 어떤 식품의 경우 약 1세기 동안 오존이 사용된 경우도 있다. 식품의 살균에 대한 수많은 최근 연구에서 보면 식품의 저장기간을 연장시키기 위하여 가스상태의 오존을 사용하기도 하며, 야채나 과일 등의 표면을 살균처리하기 위하여 물에 용해시킨 오존을 사용하기도 한다. 이러한 양면성은 오존을 더욱 강력한 살균제로 널리 사용할 수 있게 하는 큰 장점이다.

• 오존은 처리 후 오랫동안 잔류하지 않기 때문에 식품 첨가물이라기보다는 하나의 처리과정으로서 인식되고 있으며, 첨가물이 아니기 때문에 식품에 잔류되는 오존을 섭취했을 경우 생기는 문제와 같은 걱정은 하지 않아도 된다.

• 식품재료에 오존처리를 했을 때 생기는 부산물들은 보통의 산화과정을 거친 제품들의 경우와 비슷하며, 염소처리에서와 같이 염소나 염소처리 부산물(트리할로메탄)에 의한 위험성보다는 매우적은 위험성을 지닌다.

 

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1) 식품산업 응용
 

여러 가지의 식품산업에 오존을 사용하는 것이 안전하고 적절한 방법이라는 결과가 나타나고 있다. 예를 들면 농작물의 수확이 증대되고 저장이나 이송중 농산물의 손실을 막아주며, 식품기계나 장비, 식품재료, 포장재를 세척할 수 있는 위생적인 물을 오존 살균처리에 의해서 공급하고 있다. 흥미있는 점 중의 하나는 유럽에서는 국민들에게 공급하는 수돗물의 위생적인 처리에 오존처리를 가장 안전한 방법으로 선택하고 사용하여 왔으나, 세계 1차대전때 독가스의 대량 생산기술 개발과 더불어 오존보다 더 독성이 강하고 위험한 염소가스를 값싸게 생산하는 제조기술이 개발되었다.

따라서 염소가스는 제조원가가 싸고 물의 살균처리 시 용액중의 염소농도를 유지시키기가 쉬운 장점을 바탕으로 독성과 위험성에도 불구하고 많은 도시에서 오존을 대신하여 물의 처리 및 살균제로서 이용되기 시작했다. 단, 프랑스는 예외적으로 계속해서 음용수의 살균처리와 오염된 물의 살균, 심하게 더러워진 폐수의 정화, 탈취 등에 오존을 사용하고 있다.

오존처리가 염소처리보다 비용이 많이 들어간다 할지라도 오존발생장치를 개선, 개발하여 사용상의 효율성을 높이고 인구 밀집지역에서 염소가스를 대량으로 저장할 때의 위험성을 감안한다면 그 대체 물질로써 염소이상으로 살균력과 소독력을 갖고 있으며 훨씬 더 안전한 살균제인 오존의 사용을 고려해야 한다. 
  
식품제조자협회는 1996년에 오존을 염소를 대체할만한 살균제로 평가하면서 “새로 개발되는 어떤 기술일지라도 염소처리만큼 효율적이어야 하며, 미생물 특히 세균의 숫자를 감소시키는데 있어서 USDA(미국 농무성)의 기준에  적합해야 한다. 또한 식품산업중 가금류, 소고기, 낙농 등의 분야에 적용하기 쉬워야 한다"고 발표했다.

미국에서는 많은 공공음용수의 처리법령을 통해서 오존처리가 유효한 살균 과정이라고 인정하고 있으며, 수돗물에 0.1~0.2 ppm 수준의 살균제가 잔류하도록 하기 위해서 염소를 추가로 처리하고 있다. 오존처리는 미국 FDA가 권장하는 좋은 식품제조 지침에 따라 병에 담겨 판매되는 물의 살균처리에 사용되고 있다. 1975년부터 이미 FDA는 육제품 숙성용 냉장실에 0.1 ppm 정도의 오존을 가스 상태로 사용할 수 있도록 이미 허용해 왔다.

프랑스, 독일, 네델란드, 영국, 스칸디나비아, 일본 등의 여러 나라는 이미 오래전부터 공기 정화, 고기 저장, 과일 저장, 치즈 저장, 다른 제품의 저장이나 처리에 오존을 사용해 왔다. 이스라엘은 포도의 수확 후 부패를 방지하기 위해서 오존을 사용하고 있으며, 미국의 연어양식장에서도 바이러스나 세균, 기생충 감염을 방지하기 위해서 오존처리를 하고 있다.

 

전문가 평가 견해

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GRAS 등급이다. 미국 FDA는 어떤 물질에 대해서 GRAS 등급을 설정할 수 있는 독자적인 결정권을 갖고 있다. 식품가공에서 사용되는 오존이 GRAS 등급이라는 주장을 명확히 하기 위해서 미국 EPRI (Electric Power Research Institute)는 R and D회사로 하여금 전문가로 구성된 평가단을 구성하여 오존의 사용역사를 고찰해 보고 사람들이 소비하는 가공식품에서 살균제로서 사용될 수 있는지의 여부를 평가하게 하였다.

FDA와 함께한 초기의 평가단을 식품과학, 오존기술, 식품가공, 식품미생물, 영양학, 독성학, 약학 등의 분야에서 권위자로 인정받고 있는 전문가들로 구성되었다.

전문가 평가단은 전 세계적으로 발표된 오존사용에 대한 데이터를 분석 평가하기 위하여 자주 모임을 개최하고, 오존에 대한 논문들과 오존 생산방법, 전에 사용된 예, 식품가공에서 오존의 유용성, 안전성, 독성, 영양성분에 대한 영향 등을 비교 고찰하였다.

그들은 현재까지 수집되어 분석 평가된 자료들로 판단할 때, 오존은 식품의 살균제나 소독제로서 식품에 사용되어도 우수제조 지침에 따라 사용법과 사용농도를 지킨다면 아주 안전한 GRAS 등급이라고 결론을 내렸다.

한 가지 주의해야 할 점은 미국은 그동안 식품에 오존을 사용하는 상업적인 기술개발이 제한적이었다.

즉 예전에는 식품에 오존을 사용하는 것이 허가되지 않았기 때문에 식품에 오존처리를 하는 응용기술이 상업적으로 발달되지 못하였다. 오존설비가 설치되고 정교한 기술과 지식을 바탕으로 작동되어야 한다는 것은 작업자의 안전과 공정의 효용성이라는 측면에서 매우 중요하다. 덜 숙련되고 잘못된 오존처리시스템 운용은 작업자들을 과량의 오존에 노출시키게 되고 오존처리과정이 실패로 끝나게 된다. 그 결과 제품이 손상되고 열악한 품질의 제품이 생산된다. 따라서 정말로 정교하고 휼륭하게 운용되는 오존 살균처리시스템의 채택과 응용이 요구된다. 오존처리시스템은 그동안 미국에서 많은 기술과 Know-how가 축적되어 사용되고있는 열처리 시스템과 다를 바 없지만, 한가 지 문제는 열처리 시스템만큼 식품에 오존처리를 해본 경험과 데이터가 축적되어 있지 않다는 것이다.

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2) 식품산업에 기대효과
 

• 식품가공 및 저장 시 살균, 탈취, 신선도 유지

• 맥주 또는 주정 등의 발효공정 시 발효균을 제외한 미생물의 살균

• 어패류의 운반, 보관용의 얼음소독

• 창고 및 포대의 소독

• 생산설비의 살균

• 통조림 가공시의 살균

• 냉각탑의 각종 세균, 바이러스 살균, 냉각탑 시설물 및 배관부식작용, 두부공장 및 식당의 실내정화, 냉장고소독으로 부패 및 식중독예방, 공장에서 사용되는 냉동·냉장고의 저온균(0 ℃에서도 번식하며-15℃에서도 죽지않음), 대장균의 살균과 탈취, 부패방지, 신선도 보존에 효과적

• 인체에 유익한 활성미네랄에 대해서는 전혀 변화를 주지 않으며 산화작용 후 곧바로 산소로 변하여 물속의 용존산소를 증가시켜 인체에 좋은 물로 바뀌게 된다.

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3) 김치가공 공장에서 오존수의 효과
 

• 김치의 맛이 좋아지고 시어저도 물러지는 현상이 없으며 아삭아삭하다. 신선도는 오래지속 되어 저장성이 배 이상 길어진다. 

• 저장기간이 연장된다. 또한 시어짐을 지연시켜 유통기간중의 손실을 예방할 수 있다. 모든 식재료(배추, 무, 파, 마늘, 양염류)등을 오존수로 세척 살균처리 하여 김치를 담그면 위생적이고 신선도가 유지

• 한번 사용한 소금물을 오존 살균처리하면 재활용이 가능하여 비용절감  효과가 있다.

• 각종 채소 양념류를 오존처리 보관하면 변질과 부패를 방지하여 저장성이 배 이상 길어지며 보관에 효과적이다.

 

  ※ 이러한 절차는 직접 생산비용 절감효과로 수익에 직결될 수 있다.

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4) 물을 살균, 정화시키는 오존
 

먹는 샘물의 가공, 정제 : 식수의 제조분야는 오존이 가장 폭넓게 이용되는 부분이다. 지금까지 식수분야에 적용된 오존의 사용목적은 다음과 같이 분류할 수 있다.

 

• 철과 망간의 산화 제거.

• 세균,바이러스와 박테리아의 살균, 소독.

• 조류 제거.

• 각종 유기물(살충제, 살균제, 세제, 페놀 등)의 정제

• 시안화물 산화

• 암모니아 또는 용해된 형태의 유기물의 생물학적 정제를 위한 활성탄 제조.

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현재 식수생산에 적용된 오존의 이용 형태는 
(1단계) 하급수에 소량의 오존을 사용하는 사전 오존 정화작업

             (생물학적 유기물의 감소 와 철이나 망간을 산화시키기 위한 부분적인 니트로화 작용)

(2단계) 모래나 활성탄으로 이루어진 여과기의 사용을 겸한 정화작업

             (니트로화 작용과 유기물의 생물학적 분해작용)
(3단계) 소독. 오존의 사용이 매우 중요해진 이유는 3CH4와 유기 할로겐 염소화합물에서 찾아 볼 수 있다. 이것은 염소와 어떤 특정한 화합물과의 상호 작용에 의해 발생하는 것으로 암을 유발시키는 성질을 지닌다.때문에 오늘날에는 오수나 폐수의 정제시 염소화합물의 일종인 클로르 석회로 정제하는 방법보다 다른 방법, 즉 오존 정제법이라고 권고되고 있다.

이미 만들어진 3CH4를 분해하기는 매우 어려운 일이라서 대부분의 식수 정제 설비의 사전과정에서 염소와 작용하여 암 유발물질을 만들어 내는 특정화합물을 산화시키기 위해 염소 대신 오존을 사용하는 것이다. 

오존의 분해속도는 pH에 크게 영향을 받는데 이것은 수산화기(OH‾)에 의하여 오존이 스스로 분해될 수 있는 특성을 가지기 때문이다. 즉, 오존은 산성에서 비교적 안정하나 알카리성으로 갈수록 분해속도가 빨라진다. 오존은 오염물질이 없는 수용액 상태에서도 수산화기에 의하여 분해가 되기 시작하여 중간생성물질로 Hydroperoxy 라디칼(HO2‾)과 Superoxide 라디칼(O2‾)을 형성하여 이들은 다시 오존분자와 반응하여 Ozonide라디칼(O3) 중간경로를 거쳐 OH라디칼을 형성한다. 오존은 수산화기 외에 자연수에 함유되어있는 각종 무기금속 이온이나 유기물에 의해서도 분해가 시작되며 Cyclic 연쇄반응 중 대표적인 것이 OH라디칼이다.

이 중간물질로 생성된 라디칼중 OH라디칼은 그 오존 자체보다 높은 전위차를 가지며(3.08 V), 거의 모든 유기물과 매우 빠른 속도로 골고루 반응하는 특징이 있다. 물론 오존만이 보편적인 방법이 아니지만 수많은 식수의 생산 과정에서 상시 서술한 문제들을 해결하는데 사용하고 있다. 특히 식수원이 유해한 화합물 등으로 오염되었을 경우와 같은 매우 위험한 상황에서 오존은 어떠한 물질보다 뛰어난 효력을 발휘한다.

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5) 결 론
 

오존은 천연물질로서는 불소 다음으로 강한 산화력을 가지고 있으므로 그 산화력을 이용하여 앞으로 식품공업에서 특히 식품의 살균, 저장, 보존성 증대 등에 많은 적용이 있으리라 예상된다. 한편 오존은 농약대용으로의 이용연구는 끊임없이 그 가능성이 제안되어 왔는데, 그 몇가지 이유로서는 적당한 농도에서는 식물체에 해를 끼치지 않으며, 종자발아 등 몇 번의 실험 예에서 생육을 촉진한다는 연구가 발표되었고, 식물체에 해를 끼치는 각종 해충이나 미생물의 생육을 저해한다는 사실이 알려져 있기 때문이다. 뿐만 아니라 오존은 적으나마 물에 녹고 또 물과 반응하여 살균성이 있는 수산이온으로 전환하기 때문에 물을 사용하는 농업에서 해충방제 또는 미생물번식 억제용으로서의 이용 가능성이 크다는 점을 들 수 있다.