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기능성농식품자원 실태조사란?

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목적

  • 기능성식품 제조에 이용되는 국내·외 소재의 이용실태, 최근 소비자 동향, 수입 농산물 대체원료 등을 조사하여 기업에 제공함으로써 향후 국산 농산물 소재를 활용한 기능성식품 개발 등에 활용

추진방향

  • 국내·외 기능성식품 원료 사용 현황 및 최근 소비자 동향 등을 조사하여 기능성 식품 소재의 국산화 지원

기대효과

  • 국내산 농산물로 개발·대체 가능한 기능성 농식품자원 발굴을 통해, 수입의존도가 높은 기능성식품 원료의 국산화 및 기업 기술개발 촉진

실태조사 프로세스

1. 원료, 소재, 제품 현황조사
  • 원료, 소재, 제품의 현황을 조사하기 위해 기능성 농식품 관련 데이터베이스 중에서 대표적인 “식품안전나라 DB”, “통합 DB”, “Plus Aid DB”를 선정하였고, DB내에 포함된 원료, 소재 정보와 제품화 정보 등을 이용하여 현황 조사에 활용하였다.
DB는 식품안전나라 DB(식품의약품안전처), 통합DB(COCONUT정보활용), PlusAidDB(일본 식품 정보 포함) 로 나뉘어져 있으며 소재/원료 현황은 식품안전나라 DB 통합DB 두 가지 DB에 저장되며 식품 안전나라 DB에서는 고시형원료와 개별인정형원료를 관리하고 통합DB에서는 제품화된 원료(제품정보포함), 문헌정보 원료(제품정보미포함)을 관리 하고 있습니다. 제품화 현황은 식품 안전나라 DB(국내), 통합 DB(국외,미국,호주), PlusAid DB(국외,일본)로 관리됩니다.
  1. 원료·제품 관련 데이터베이스 및 구분 현황
  2. 1.소재/원료 현황
  3. 1-1.식품안전나라
  4. 1-1-1.고시형원료
  5. 1-1-2.개별인정형원료
  6. 1-2.통합DB
  7. 1-2-1.제품화된 원료(제품 정보 포함)
  8. 1-2-2.문헌정보 원료(제품 정보 미포함)
  9. 2.제품화 현황
  10. 2-1.식품안전나라DB
  11. 2-2.통합DB(국외,미국/호주)
  12. 2-3.Plus Aid DB(국외,일본)

< 그림 1. 원료·제품 관련 데이터베이스 및 구분 현황 >

2. 데이터베이스를 활용한 데이터 수집
  • 여러 데이터베이스 활용하는 측면에서 효율을 극대화하고 다양하게 활용하기 위해 선정된 4개의 데이터베이스 정보를 하나로 통합하여 통합데이터베이스 형태로 구축하였다.
데이터범주는 물질대사,원료,대사물질,단백질,활성실험데이터,메타데이터로 나뉘며 물질대사는 대사물질관련대사회로정보, 원료는 종정보, 대사물질은 구조정보와 화학적특성, 단백질은 단백질정보, 활성 실험데이터는 단백질에 대한 활성실험정보 메타데이터는 기능성식품과질병 이렇게 각각의 버주를 나타냅니다. 데이터베이스정보범위에서는 원료,대사물질,메타데이터가 COCONUT으로 한묶음, 원료,대사물질,단백질,활성 실험데이터 가 NPASS로 한묶음 원료,대사물질이 KNAPSACK으로 한묶음 물질대사,원료,대사물질,단백질은 KEGG로 한묶음에 해당합니다.
  1. 통합데이터베이스 구축 현황 및 방법
  2. 1.데이터 범주
  3. 1-1. 물질대사 : 대사물질관련 대사회로 정보
  4. 1-2. 원료 : 종 정보
  5. 1-3. 대사물질 : 구조 정보 / 화학적 특성
  6. 1-4. 단백질 : 단밸질 정보
  7. 1-5. 활성 실험데이터 : 단백질에 대한 활성 실험 정보
  8. 1-6.메타데이터 : 기능성식품 / 질병
데이터베이스 정보 범위
COCONUT - COCONUT COCONUT - - COCONUT
NPASS - NPASS NPASS NPASS NPASS -
KNASACK - KNASACK KNASACK - - -
KEGG KEGG KEGG KEGG KEGG - -
데이터베이스 정보 범위
COCONUT KEGG COCONUT COCONUT NPASS NPASS COCONUT
NPASS KEGG NPASS NPASS NPASS NPASS COCONUT
KNASACK KEGG KNASACK KNASACK NPASS NPASS COCONUT
KEGG KEGG KEGG KEGG KEGG NPASS COCONUT

< 그림 2. 통합데이터베이스 구축 현황 및 방법 >

3. 근연종 예측 알고리즘 (분석 알고리즘) 개발
  • 근연종 예측 알고리즘은 특정 종에 포함된 물질대사, 대사물질 정보 등을 바탕으로 종과 종 사이의 관계를 계산하여 근연종을 파악하고 대체가능한 종 정보를 제안하는 알고리즘이다.
대사물질A와 B사이에는 대사물질 구조 유사성, 대사경로 유사성, 대사 물질 종 정보 유사성이 있으며 대사 물질 구조 유사성은 분자지문 기법을 통한 구조 유사성평가이고 대사경로 유사성은 통합데이터베이스의 대사경로 정보를 활용하여 공통된 대사 경로 포함 정도를 기준으로 대사 경로 유사성을 평가합니다. 대사물질 종 정보 유사성은 공통된 종 정보 포함 정도를 기준으로 종 정보 유사성을 평가합니다.
  1. 대사물질 서로간의 연관성
  2. 1.대사물질의 구조 유사성 : 분자지문 기법을 통한 구조 (유사도 평가 유사도 평가점수기준 0~1)
  3. 2.대사경로 유사성 : 통합데이터 베이스의 대상경로 정보 활용하여 공통된 대사경로 포함 정도를 기준으로 대사 경로 유사성 평가 (유사도 평가 점수 기준 : 0~1)
  4. 3.대사물질 종 정보 유사성 : 공통된 종 정보 포함 정도를 기준으로 종 정보 유사성 평가 (유사도 평가 점수 기준 0~1)

< 그림 3. 대사물질 서로간의 연관성 >

대사물질 A와 B 사이 대사물질 구조 유사성 대사경로 유사성 대사물질 종 정보 유사성 그림이며 아래는 각 대사물질간의 간략도와 예시 이미지 입니다.
  1. 대사물질 네트워크 구성도
  2. 대사물질의 구조 유사성, 대사경로 유사성, 대사물질 종 정보 유사성을 바탕으로 네트워크 구성

< 그림 4. 대사물질 네트워크 구성도 >

4. 근연종 예측 알고리즘을 활용한 대체가능 원료, 소재 발굴
  • 얻어진 원료의 대사물질들의 정보를 바탕으로 서로 다른 원료들이 동일한 대사물질들을 얼마나 포함하는지를 기준으로 유사정도의 거리를 계산한다. 유사정도의 거리는 값이 0에 가까울수록 서로 공유하고 있는 대사물질이 많다는 것을 의미한다.
대사물질 알고리즘 구성도의 그림이며 인정원료,성분,헬스클레임 대사물질 네트워크 기반 근영종 예측 알고림 대체원료/성분/헬스크레임 세단계로 나뉘어 져 있으며 예시로 첫번째 단계인 인정원료/성분/헬스크레임에는 석류(인정원료) 대사물질(성분) 관절/뼈건강, 갱년기여성건강 (헬스크레임정보) 이고 대사물질 네트워크 기반 근영종 예측 알고리즘 내부는 대사물질 네트워크에서 원료의 대사물질 정보추론 과정을 통해 석류(인정원료)의 대사물질(성분) 대사물질 정보를 활용한 유사정도 거리로 분석, 오미자(대체원료)의 대사물질(성분) 단계를 거칩니다. 대체원료/성분/헬스크레임 마지막 단계에서는 석류가 대체원료의 예씨로 들어있고 대사물질(성분) 갱년기 여성건강(헬스크레임정보)를 나타냅니다.
  1. 대사물질 알고리즘 구성도
  2. 1.인정원료의 성분정보, 헬스클레임 정보 확인
  3. 1-1.인정원료-석류 , 성분-대사물질 , 헬스클레임정보-관절/뼈건강/갱년기여성건강
  4. 2.대사물질 네트워크 기반 근영종 예측 알고리즘
  5. 2-1.대사물질 네트워크
  6. 2-2.원료의 대사물질 정보추론
  7. 2-3.대사물질 정보를 활용한 유사정도 거리로 분석 : 석류(인정원료)의 대사물질(성분) / 오미자(대체원료)의 대사물질(성분)
  8. 3.대체원료의 성분정보, 헬스클레임 정보 확인
  9. 3-1.대체원료 -오미자, 성분-대사물질, 헬스크레임정보 - 갱년기여성건강

< 그림 5. 대사물질 알고리즘 구성도 >

5. 대체원료 용이성 평가
  • 대체원료 용이성의 종합평가 점수는 0~1점으로 평가한다.
    ‘국내 재배 가능 여부’ 정보 (50%): 원료가 국산인 경우와 아닌 경우로 분류하여 평가
    ‘성분 유사도’정보 (40%): 대사물질의 공유정도를 계산하여 평가
    ‘재배 가능 지역’정보 (10%): 원료의 재배 가능 지역 중에 동일한 지역이 있는지 없는지에 대한 기준으로 평가
  • 대체 용이성 등급 평가 기준
    대체 용이성 평가점수에 기초하여 0~0.5점은 ‘하’, 0.5~0.7점은 ‘중’, 0.7~1점은 ‘상’으로 하여 ‘상’,‘중’,‘하’로 나타낸다.
대체원료 용이성 평가의 이미지 이며 국내 재배 가능여부 50% 가능 1x0.5 = 0.5점 불가능 0x0.5점= 0점 성분 유사도(유사정도 거리) 40$ (1-성분유사도) x 0.4 재배가능지역 10% 동일지역 포함 동일지역 미포함 1x0.1=0.1점 동일지역미포함 0x0.1=0점 총점 = 국내 재배 가능여부 + 성분유사도 + 재배가능지역 (0~1점) 대체 용이성 등급평가기준 0~0.5점은 하 0.5~0.7점은 중 0.7점~1점은 상에 해당합니다.
  1. 대체원료 용이성 평가
  2. 1.국내 재배 가능 여부(50%): 가능 0.5점 / 불가능 0점
  3. 2.성분 유사도(유사정도 거리)(40%): (1-성분유사도) * 0.4
  4. 3.재배가능지역(10%) : 동일지역포함 0.1점 / 동일지역 미포함(0점)
  5. 4.총점 = 국내 재배 가능여부 + 성분유사도 + 재배가능지역(0~1점)
  6. 대체용이성 등급 평가기준 (하:0~0.5점 /중:0.5점 ~0.7점 /상:0.7~1점)

< 그림 6. 대체원료 용이성 평가 >

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