식품분야 위생관리에 이용되는 산성 전해수

식품분야 위생관리에 이용되는 산성 전해수

일본 내 산성 전해수의 연구 및 이용 현황

식염수나 염산수의 전해에 의해 생성되는 산성 전해수(강산성 전해수, 미산성 전해수)는 각종 병원성 세균과 식중독균에 대해 높은 살균활성을 보이며, 안전성이 높고 환경 변화에 민감하지 않다는 특징을 가지고 있다. 

이 두 가지 산성 전해수는 일본의 후생노동성에 의해 「차아염소산수」라는 명칭의 식품첨가물로 인증 받은 바 있으며, 식재료 및 식품 가공·조리시설의 세정소독 등에 유용하게 사용되고 있다. 

그러나 산성 전해수에 관해 신뢰도 높은 과학적, 기술적 및 사회적 지식과 정보가 정확하게 알려지지 않고 있다. 또한 전해수를 포함한 기능수에 관한 오해도 많다. 이에 일본 내 산성 전해수의 연구 및 이용 현황에 대해 소개하고자 한다.

"산성 전해수는 병원성 대장균·살모넬라 등 폭넓은 식중독균에 대해 즉각적인 살균활성을 갖는다. 산성 전해수에 의한 세정소독의 실효성을 높이기 위해서는 사용 대상·방법·장소·시기를 고려하는 것이 중요하다."

"인간 생존과 환경에 효과적인 자원으로써 산성 전해수의 인식 확산을 위해서는 공적 시스템 구축을 통한 전해수의 물성·유효성의 확인과 더불어 장치와 생성수의 사용관리 기술, 대체방안 등의 구축이 필요할 것이다."



기능수의 정의

기능수의 역사는 10여년 밖에 되지 않았다. 처음에는 기능수에 대한 과학적 개념이 정립되어 있지 않았다. 오늘날에도 기능수로 여겨지는 물은 여러 종류가 있지만, 신비한 물로만 인식되는 경우가 많다.

실제로는 활성기능이 없는 물(수용액)은 존재하지 않는다. 그런데 왜 기능수라는 말을 사용하는 것일까. 

일본 기능수 학회에서는 「기능수란 인위적인 처리에 의해 재현성(再現性)이 있는 유용한 기능이 부여된 수용액 중에서 기능에 대한 과학적 근거가 밝혀졌거나, 또는 밝혀지는 단계에 있는 물」 이라고 정의하고 있다. 

각 기능수 중에서 과학적, 기술적 및 사회과학적 조건을 충족시키고 있는 기능수는 전해수 등으로 한정되어 있다. 효능이 있다고 알려져 있는 자연수의 경우는 인위적인 처리를 하지 않았기 때문에 기능수에 포함되어있지 않은 것이다. 즉, 활성수이긴 하지만 비기능수인 것이다.

과학적 근거가 명시되어 있는 기능수는 제조와 기능에 관해서 사용자가 쉽게 알 수 있어야 하며, 후생노동성이 지정한 GLP(Good Laboratory Practice, 안전성시험관리기준) 시설에서 독성시험에 의해 안전성을 검증받아야 한다. 

산성 전해수의 종류와 그 성상

전해수는 수돗물과 옅은 식염수 등을 약한 직류전압으로 전해 처리해서 얻어진 수용액의 총칭이다. 장치와 전해조건 등의 차이에 의해 보다 여러 가지 것을 만드는 것이 가능하지만 주로 위생관리에 사용되는 것으로 강산성 전해수·미산성 전해수·전해차아수가 있다.

식염수를 전해해서 만드는 강산성 전해수는 살균기반이 차아염소산이며, 살균활성과 안전성이 높아 식재료의 세정소독에 쓰이고 있지만 일본 후생성은 강산성 전해수 중에 식품첨가물에 함유되어있지 않은 성분이 들어있는 경우에는 따로 인증을 필요로 한다는 내용을 각 지방의 위생부에 고시한 바 있다. 

따라서 강산성 전해수의 장비 생산업체는 염산을 전해해서 만드는 미산성 전해수 업체와 함께 과학적으로 입증된 데이터를 기초로 식품첨가물의 인가를 신청하였다. 

이것이 받아들여져 심의가 진행된 결과, 『사람의 건강을 해칠 우려가 없다』는 결과가 나왔고, 이후의 절차를 거쳐 2002년 6월에 「차아염소산수」라는 명칭으로 후생노동성으로부터 식품첨가물로 지정되었다. 그리고 전해수는 용액으로써 시판되지 않는다고 명시하였다.

강산성 전해수는 손세정소독의 용도로 그 제조장치가 의료용구로써 인가되어 있다. 또 내시경과 투석장치의 세정소독에 효과적이라는 사실이 과학적으로 밝혀져 있다. 

미산성 전해수는 예전에 약산성 전해수로 불렸는데, 식품첨가물 지정신청을 받을 때에 후생노동성의 pH범위의 명칭에 근거해 미산성전해수라는 명칭으로 변경되었다(단 식염수의 전해에 의해 생성가능한 미산성전해수는 현시점에서는 식품첨가물 지정이 되어있지 않다).

한편 무격막(無隔膜) 전해조에서 식염수를 전해해서 만들어진 전해차아수도 살균력이 좋지만 차아염소산나트륨 희석액과 비슷한 것으로 여겨지고 있고 식품첨가물상의 취급은 차아염소산수(산성 전해수)에 해당하지 않는 것으로 구별되고 있다.

산성 전해수의 살균력과 살균기반

산성전해수는 약제내성균(MRSA 등)을 포함한 병원균, 장관출혈성 대장균 O-157과 살모넬라 등 폭넓은 식중독균에 대해 즉각적인 살균활성을 나타낸다. 

그 살균기반은 양극에서 전해반응에 의해 생성되는 차아염소산이다. 차아염소산 (HCIO 또는 HOCI)은 pH에 의해 존재상태가 변화하는 것으로 알려져 있다. 즉 산성에서는 전부가 화학적으로 고활성의 분자(차아염소산과 염소)로써 존재하지만 알카리성에서는 활성이 미약한 차아염소산 이온 (OCI-)으로써 존재한다.

 
따라서 알칼리성인 차아염소산나트륨액은 차아염소산을 10% 이하의 비율에서만 포함하지 않기 때문에 같은 유효염소농도에서 비교하면 살균력은 산성 전해수보다도 몇 단계 낮아진다. 실제로 유효염소농도 40ppm의 강산성 전해수는 1,000ppm의 차아염소산 나트륨액에 필적하는 살균력을 나타내는 것으로 알려져 있다.

한편 산성 전해수의 살균력에 대한 실험 결과, 라디칼 소거제의 첨가에 의해 약화됨으로써 히드록실(-OH)라디칼의 생성이 확인되었다(차아염소산나트륨의 경우도 같음). 

또한 -OH 라디칼의 생성량은 전해수에 Fe++를 첨가함으로써 보다 증가하었다. 

이는 전해수에는 과산화수소가 존재하고, 펜톤(Fenton) 반응에 의해 -OH 라디칼을 만들어내는 것이라고 추측되고 있다. 또 강산성 전해수는 세균의 핵산이나 단백질, 혹은 세포막에 손상을 주지만 이것도 -OH 라디칼의 작용에 의해 설명할 수 있다. 이것들의 화학종(살균요인)은 생체의 방어기제의 하나인 호중구(백혈구의 일종)로 알려져 있는 화학종과 같다.

산성 전해수의 안전성과 화학적 안전성

유효염소농도가 낮고 산성이기 때문에 차아염소산 나트륨에 비해서 부드럽고 인체에 대한 안전성도 높다. 트리할로메탄 함량도 수돗물과 비슷하고 식재료 세정 후에 잔류되는 양도 거의 없다. 

제조농도가 사용농도이기 때문에 눈에 들어가거나 마셔도 몸에 해롭지는 않으며 농도가 낮고 활성을 잃기 쉬워서 환경 오염의 위험도 매우 미약하다. 또 감수성균의 내성화에 대해 보고된 적도 없으며 생육의 필수인자(핵산·단백질·지방)에 다면적으로 작용하기 때문에 이론적으로도 내성화는 매우 발생하기 어렵다.

한편 화학적으로는 반응성이 높지만 불안정하고 pH가 낮은 만큼 활성을 잃기 쉽다. 즉, 화학적 안정성은 약산성 전해수 보다도 미산성 전해수가 높다. 특히 강산성 전해수의 경우, 녹이나 염소가스 혹은 보존성의 문제를 유의해야 한다.

산성 전해수의 용도

산성 전해수는 위생관리 때문에 살균소독이 주요한 용도이지만 식품과 의료 분야만이 아니라 균과영역·농업·축산업 등 매우 다양하고 광범위한 분야에서 사용되고 있다. 산성 전해수의 살균기반은 차아염소산 나트륨과 같아서 용도와 사용법도 비슷하다고 생각되기 쉽지만 큰 차이가 있다. 

종래의 소독제에 비교했을 때의 산성 전해수의 특징은 다음과 같다. 1)사용자가 사용현장에서 스스로 장치를 가동해 제조한다 2)제조농도가 그대로 사용농도이다 3)흐르는 물에 세정할 수 있다 4)가능한 한 신선할 동안에 유효염소농도를 확인한 후 사용한다 등이다.

제조장치로는 동그란 구멍에 직결시켜 연속적으로 생성하는 유수형 장치와 전해조에 피전해액을 넣고 전해하는 배치(회분)형 장치가 있는데, 유수형이 주로 유통되고 있고 일반적인 것은 매회 1~2L의 전해수를 제조할 수 있다. 대량으로 필요한 곳에서는 차광성의 탱크를 지어 물을 모아두거나 대형장치 이용하고 있다. 

또 시설에 따라서는 배관을 설치해 각 장소에서 바로 사용할 수 있게끔 하고 있다. 

효율적인 사용을 위해서는 처음 사용할 때 공급파이프 안의 전해수의 유효염소농도가 저하되어 있을 가능성이 높기 때문에 처음 흐르는 것은 버리고 나서 사용해야 하며 제조장치, 저수탱크는 직사광선이 닿지 않는 환기가 잘되는 곳에 설치해야 한다. 전해수 자치 관리는 어려운 것이 아니지만 녹과 염소가스 혹은 보존성의 문제를 고려해서 관리자를 두는 것이 좋다.

전해수의 성상은 원수(原水)의 영향을 받는다. 수돗물의 사용을 원칙으로 하지만 경도가 높은 물을 사용할 때는 연수기에 의해 연수화 하여 사용하도록 한다. 혈액투석 시스템의 세정소독에는 역침투수가 원수로써 사용되고 있다. 또 수온도 중요하여 차가운 만큼 전해효율은 낮아진다. 전해질로써 첨가한 식염도 고순도(순도 99% 이상)의 것을 사용한다.

산성 전해수에 의한 세정소독의 실효성을 높이기 위해서는 사용 대상·방법·장소·시기(Target·Produce·Occasion = TPO)를 고려하여 사용하는 것이 중요하다. 

기본적으로는 신선할 동안에(유효염소농도를 확인하고) 사용해야 함은 물론이며 유기물 오염이 많은 경우 먼저 오염을 제거하지 않고 사용하면 산성전해수가 유기물에 의해 활성을 잃기 쉬우므로 특히 신경을 써야 될 부분이다.

HACCP를 도입하고 있는 업체가 증가하고 있는 이때, 시설 등의 위생관리에 산성 전해수를 이용하고 있는 예가 늘어나고 있고 미국 등 전 세계 국가들이 식품분야 등에서의 산성 전해수의 유효이용에 관한 연구에 박차를 가하고 있다.

올해 7월에는 미국의 Institute of Food Technologist의 연차대회(2~3만명 규모)에서 산성 전해수의 심포지엄이 조지아대학의 Hung교수에 의해 처음 개최되어 8명의 연사에 의한 연구 발표와 토론이 있었다.

기능수 관련 연구 단체 출범 

기능수의 연구가 조직적으로 전개되게 된 것은 1993년 기능수 연구진흥재단이 출범하고 나서부터이다. 이어서 워터 연구회 등의 전해수 연구를 주목적으로 하는 조직이 차례로 발족하여 활발한 연구토론이 행해지게 되었다. 

이로써 산성 전해수에 대한 과학적, 기술적 및 사회적 연구기반이 형성되면서 2002년에 일본 기능수 학회가 설립되기에 이르렀다. 

기능수 학회의 설립 목적은 『기능수의 기능, 제조와 유효이용에 관한 기반적 응용적 연구 및 발표와 토론을 전개하여 그 학술적 성과를 공표한다』는 데에 있으며, 2004년 12월 도쿄에서 열린 바 있는 연차학술대회 등을 비롯 1년에 여러 차례의 강연회를 개최하고 있고, 학회지 「기능수 연구」를 발간하고 있다. 

이러한 활동을 통해 기능수의 과학과 기술에 입각한 「기능수學」의 확립을 위해 노력하고 있으며 학술 센터로써의 역할을 담당하고 있다.

한편, 기능수 연구진흥재단(후생노동성 관할)에서는 기능수에 관한 연구와 함께 기능수 심포지엄의 개최, 「전해수가이드」 등의 간행물 발간 등을 통해 기능수에 관한 올바른 지식 보급에 힘쓰고 있다. 

또한 업체를 위한 협의회 설립 및 산성 전해수에 관한 규격기준과 사용 메뉴얼(강전해수 기업협의회)도 제공하고 있다.

산성 전해수의 발전을 위한 과제 및 전망

산성 전해수는 인간의 생존과 환경에 효과적인 자원으로 그 역할이 중요하리라고 보지만 이에 대한 인식을 확산시키기 위해서는 해결되어야 할 문제가 많이 남아있다. 

예를 들면 산성 전해수는 식품첨가물로 지정되어있지만 이것은 생성장치가 아니라 전해수 그 자체가 인가되어있어서 인가신청이 되어있지 않은 업체의 생성장치로 만들어진 전해수라도 규격에 맞으면 사용할 수 있다. 

따라서 전해수의 물성이나 유효성을 확인하기위한 공적 시스템을 구축하는 것이 중요하다. 

그리고 산성 전해수의 유효이용에 있어서는 판매 후의 사후관리가 중요하다. 

즉, 장치와 생성수의 사용 관리 기술, 문제가 발생했을 때의 대처방안 구축이 필요한 것이다. 식품첨가물의 인가취득에 노력해 온 기업을 중심으로 구성되어 산성전해수의 규격기준과 사용 매뉴얼을 정리해 온 강전해수 기업협의회에 속한 업체의 경우는 어느 정도 대책이 마련되어 있지만, 식품첨가물 지정에 관한 정보를 바탕으로 독자적으로 제조판매 하고 있는 업체에서는 사후관리 체계가 미비한 경우가 많기 때문에 주의해야 한다.

한편 산성 전해수는 차아염소산수라고도 불리고 있어 공적인 명칭이 통일되어 있지 않다는 데에서 오해가 생기는 경우가 있다. 게다가 전해수에 대한 잘못된 정보가 퍼지는 사례도 여전히 끊이지 않고 있다.

이러한 문제를 개선하기 위해서는 과학적 근거에 기초한 지식과 정보의 보급을 보다 더 적극적으로 추진해 가는 것이 필요하며 이를 뒷받침해 주는 가이드라인의 구축이 시급하다. 

일본에서는 일본 기능수 학회, 기능수 연구진흥재단, 강전해수기업협의회(산성전해수 생성장치의 판매자 단체)의 3자가 협력해서 가이드라인의 구축에 힘을 쏟고 있다. 

따라서 일본에서는 기업·정부·학계의 조직이 연계함으로써 전해수에 관한 국제적인 기준 및 규격이 제정될 날도 머지 않을 것으로 전망되고 있다.