푸드테크의 미래를 선도할 3D 식품 프린팅

2023년 3월 음식 제조의 혁명이 일어났다. 미국 컬럼비아대 연구팀의 노력으로 3D 프린터 노즐에서 흘러나온 누텔라 초콜릿과 젤리 필링 위에 딸기 맛 아이싱을 올린 치즈 케이크 한 조각이 완성됐다. 3D 식품 프린팅은 과거에도 존재한 기술이다. 다만, 과거에는 초콜릿, 밀가루 반죽 등 한 가지 재료만을 만들 수 있었다면, 컬럼비아대가 만든 치즈 케이크는 7가지 재료를 모두 3D 프린터 노즐로 제조했다는 점에서 시사하는 바가 크다.

이와 같은 기술은 식용 잉크로 실제 먹을 수 있는 음식을 제조한다는 점에서 미래 식품 생산과 유통 구조를 바꿀 최첨단 푸드테크 기술로 주목받고 있다. 푸드테크 산업은 과거 모바일 애플리케이션을 통한 배달 음식 주문, 키오스크 등 소비자의 주문과 밀접한 관련이 있었다. 그러나 최근 3D 프린팅 등 신기술과의 접목으로 농축산물 제조, 유통 및 관리, 판매 등 식품 산업의 밸류 체인 전반으로 산업 범위가 넓어지고 있다.

  주: 푸드테크란 식품 산업에 인공지능(AI), 사물인터넷(IoT), 3D 프린팅, 로봇 등을 접목한 신산업을 의미

맞춤형 식품 및 지속 가능한 식품에 대한 기대로 성장하는 3D 식품 프린팅 시장

미국의 3D 식품 프린팅 시장 규모는 2022년에 1억5000만 달러를 기록했으며, 2023년부터 2032년까지 연평균 7.2%씩 성장해 2032년에 시장 규모가 3억400만 달러에 이를 것으로 예상된다. 향후 약 10년 이상 꾸준한 성장이 예상되는 가운데, 북미는 글로벌 프린팅 시장의 41%를 차지할 정도로 그 규모가 크다. 이는 특히 미국에서 관련 스타트업과 연구기관이 다수 등장해 개인별 영양 맞춤형 제품과 혁신적인 식품 디자인 제조, 보다 지속 가능한 식품 생산 방법 연구 등을 통해 푸드테크 산업을 선도하고 있기 때문이다.

<미국 3D 식품 프린팅 시장 규모>

(단위: US$ 백만)

[자료: Precedence Research]

3D 프린팅 산업 성장의 주요 요인으로는 개인 맞춤형 식단이 손꼽힌다. 빠르게 발전하는 사회 속에서 전통적인 음식 제조 및 저장 방식은 소비자의 증가하는 맞춤형 식품에 대한 수요를 충족시키지 못했다. 이에 대한 대안으로 제시된 것이 비대면 주문 등 푸드테크의 초창기 형태였다. 이후 효율적이고 지속 가능한 식품 생산 방식에 대한 대중의 관심과 수요를 뒷받침할 기술 개발로 인해 3D 프린팅 산업의 성장이 촉진되게 됐다. 컨설팅 업체인 PwC에 의하면 수요 측면의 성장 배경은 총 3가지로 구분될 수 있다.

① 코로나로 인한 푸드테크 산업의 활성화

팬데믹은 전염 예방을 위한 비대면 서비스 수요를 증가시켰고, 물류난을 통해 식품 공급이 원활하게 이루어지지 못하게 해 식량난에 대한 소비자 관심을 증대시켰다. 이와 같은 상황 속에 3D 식품 프린팅은 요리사와의 접촉 없이 제작되기에 위생과 맞춤형 식품 제공의 측면에서 소비자 요구를 충족했다. 또한 대량 생산이 가능하다는 점에서 식량안보 이슈 대응도 가능케 했다.

② 친환경 식품에 대한 관심 증가

미국은 1인당 연간 약 90㎏의 육류를 소비하는 최대 육류 소비 국가이다. 그러나 동물 사육 과정에서 배출되는 대량의 온실가스에 대한 우려로 대체육, 식물성 유제품 등 대체식품에 대한 관심이 늘어났다. 3D 프린팅은 식감과 영양성분을 재현한 소고기와 생선을 생산해 이와 같은 채식주의 식습관에 대한 관심과 ‘비거니즘 트렌드’를 충족시켰다.

③ 인구 구조 변화에 따른 식량 안보와 안정성 관심 증대

전 세계적인 인구 증가와 고령화 등 인구 구조 변화도 하나의 성장 요인으로 작용했다. 인구 증가로 인한 식량난 우려의 해결책으로 3D 프린팅과 기타 AI 기술을 접목해 제조된 대체 단백질 식품이 제시됐다. 또한 고령화로 인한 식품 안정성에 대한 우려도 해결될 것으로 기대된다. 고령층의 영양균형 유지를 위해 3D 푸드 프린팅을 활용해 음식 안 성분까지 커스터마이징하고, 개인식단 관리를 할 수 있을 것으로 기대된다.

이와 같은 배경 속에서 3D 식품 프린팅 시장은 3D 시스템즈 등 일부 주요 기업이 선도하고 있다. 특히 시장 특성상 업체 단독으로 제품을 개발하지 않고 NASA 등 현지 기관이나 타식품 분야의 기업들과 협업하며 제품을 개발한다는 점을 확인할 수 있다.

<3D 식품 프린팅 시장 주요 미국 기업>

[자료: KOTRA 시카고 무역관 종합]

상용화를 위해 핵심 기술인 노즐 분산 방식에 대한 연구가 지속되다

3D 식품 프린팅은 분말이나 액체 형태의 식재료를 층층이 쌓아 3차원으로 재구성하는 기술이다. 제작자가 디지털화된 3D 디자인을 계획하고, 이를 토대로 식품 구성 비율과 영양학적 데이터에 맞는 식재료를 구성한다. 기존의 조리 방식인 가열의 형태가 아닌 프린터 출력을 통해 음식이 제조되기에 새로운 질감과 형태를 경험할 수 있다. 현재는 식재료를 노즐에서 뿜어내는 기술이 상업화될 정도로 충분히 고도화되지 않아 연구개발이 활발히 진행 중이다. 그러나 최근 정부, 기업, 연구기관 등의 투자가 집중되는 분야인 만큼 가까운 미래에 구체적인 수익모델 창출 및 상용화도 가능할 것으로 예상된다.

3D 식품 프린팅 기술은 원재료를 추출해 노즐에서 분산하는 방식에 따라 4가지로 구분되며, 해당 기술 개발이 산업 발전의 주요 토대가 될 것으로 예측된다.

<3D 식품 프린팅 기술의 종류>

[자료: 한국 식품연구원, 한국 농촌경제연구원, KOTRA 시카고 무역관 종합]

시사점

전 세계적으로 증가하는 채식 인구 추세에 맞추어 국내에도 100만~150만 명의 채식인구가 있을 것으로 추정된다. 최근 국내 소비자들도 지속 가능한 식품과 맞춤형 식단에 대한 관심이 높아지기에 국내 수요 충족을 위해 3D 식품 프린팅 산업에 대한 관심과 제품개발이 추진 될 것으로 예측된다. 이 과정에서 국내수요를 충족한 제품 및 기술을 바탕으로 미국 시장 진출을 고려하는 것이 좋을 것으로 사료된다.

특히, 미국 3D 식품 프린팅 시장 공략을 위해서는 완제품 납품보다는 프린터에 들어가는 부품시장에 주목할 필요가 있다. 시카고에 위치한 대표적인 식품산업 분야 VC인 C사의 담당자에 의하면 "미국 내 식품 산업의 첨단화로 인해 3D 식품 프린팅에 대한 관심도도 점차 높아지고 있다."고 한다. 실제로 미국의 식품을 포함한 전체 산업용 3D 프린터 제조업은 2019년부터 지난 5년간 연평균 성장률(CAGR) 14.6%를 기록했다. 이와 같은 성장 속에 한국의 대미 3D 프린터 부품 수출액 또한 증가했다. HS 코드 8485.90 기준으로 2022년 8만 달러였던 수출액은 2023년 하반기에 550만 달러를 기록하며 8631% 증가했다.

다만, 미국 내 3D 식품 프린팅 관련 재료 및 제품의 품질에 대한 안전 규정이 엄격하기에 이에 대한 사전 대비가 중요하다. 미국의 경우 FDA 규정 CFR 21, FDA 식품 법규에 따라 프린팅된 제품의 품질을 관리하고 있다. 세부적으로는 1) 프린터 내 유해 물질의 이동이 금지돼야 하고, 2) 안전하고 내구성이 있으며 반복적인 세척을 견딜 수 있어야 하며, 3) 파쇄, 긁힘, 분해에 대한 저항성 검사 통과 등의 조건을 갖춰야 한다. 이처럼 꾸준히 성장하는 미국의 3D 식품 프린팅 시장 진출을 위해 해당 규정 등을 사전에 확인하며 진출 기회를 모색하는 것이 좋을 것으로 판단된다.

자료: 한국 식품연구원, 한국 농촌경제연구원, KOTRA 시카고 무역관 자료 종합