서 언

도라지(Platycodon grandiflorum)는 아시아 지역이 원산지 로서 한국, 일본 및 중국 등에서는 채소뿐만 아니라 다년생 약 용작물로 중요하게 여겨져 왔다. 도라지는 초롱꽃과 식물로서 우리나라에서는 재래종, 선발육종에 의해 개발된 장백도라지, 배수체 방법으로 육성된 으뜸도라지 및 으뜸백도라지 품종이 재배되고 있다(Lee et al., 2014). 염색체는 2n=18개이며 꽃의 색이나 모양에 따라 다수의 변종이 보고되어 있으며 유럽, 미 국 등에서는 관상용으로도 가치가 있는 대표적인 약용식물이 다(Um et al., 2016). 도라지의 주요 약리성분은 트리페노이드 사포닌(triterpenoid saponin)으로 항산화 효과, 항암작용, 진해 거담, 항염증 효과, 항위궤양, 위산분비억제, 혈관확장 및 혈중 콜레스테롤 조절기능과 같은 다양한 약리효과가 보고되어 있 다(Ha et al., 2010; Lee et al., 2010; Park et al., 2012; Nyakudya et al., 2014; Choi et al., 2016).

최근 국내에서는 자동차 매연, 미세먼지 증가 및 중국의 황 사 발생과 같은 대기 환경오염이 커짐에 따라 도라지의 기관 지 염증제거 약효 등에 관한 관심이 증대되고 있다(Lee et al., 2014). 그러나 도라지에 대한 연구는 대부분 민간업체를 중심 으로 개별적인 연구가 수행되고 있으며, 국가적인 연구전략이 나 정책수립을 위한 경제성 평가, 지식재산권(Intellectual Property, IP) 및 연구동향에 대한 분석은 부진한 실정이다. 현 대에서 지식기반경제로의 전환이 가속화되면서 특허(patent)와 같은 지식재산권의 활용과 관리의 중요성은 계속적으로 증가 하고 있다. 특허는 경제성을 우선한다는 점에서 논문과는 특성 이 다르며, 특허정보를 활용하는 것은 국가나 기업의 연구자 및 의사 결정권자의 경제적인 기술개발 전략수립에 매우 중요 하다(Yoon and Kim, 2012). 특허정보의 분석결과는 국가나 기 업에서 주요 의사결정의 판단자료로 활용되며(KIPI, 2005), 국 가 정책과 연구전략 수립을 위한 지식재산권(IP) 분석은 개별 특허보다는 제품분야 및 단위기술별 IP포트폴리오가 중요한 요 소라고 하였다(Yoon et al., 2012). 특허정보 분석에 주로 사용 되는 특허지표(KISTEP, 2011)는 객관적이고 표준적인 기술정 보로서 기술수준과 기술혁신 흐름뿐만 아니라 연구동향 등을 조망하는데도 유용하다고 보고되었다(KIPI. 2005).

우리는 도라지와 관련하여 출원된 6개국의 유효 특허 1,603 건에 대하여 출원인, 권리상태, 청구항 등에 대한 국제적인 연 구동향을 제공하고, 특허지표 분석을 통하여 향후 우리나라 도 라지의 산업화 및 관련 연구개발 방향에 대한 기초자료를 제 시하고자 한다.

재료 및 방법

특허 분석범위

도라지에 관련된 특허는 한국, 미국, 일본, 유럽, 인도 및 중 국 등 6개국에서 20년(1995.1 ~ 2014.12)동안 등록된 특허를 대상으로 하였다. 특허정보는 특허청의 특허정보넷인 키프리 스(KIPRIS: Korea Intellectual Property Rights Information Service, http://www.kipris.or.kr/)와 윕스(WIPS, http://www. wipscorp.com/)를 사용하여 수집하였다.

수집된 특허 정보에서 노이즈(noise) 자료를 제거하고 유효 한 특허를 수집하기 위하여 3단계로 데이터를 선발하고 검증 하였다. 1단계로 키워드 검색을 통한 도라지와 관련된 모든 특 허를 검색하여 16,433건을 선발하고, 2단계로 출원 번호를 기 준으로 중복특허 4,259건을 제거하였다. 최종적으로 데이터 필 터링(data filtering)을 실시하여 10,571건의 노이즈를 제거하였 다. 필터링 방법은 특허분석 전문가가 특허명세서 및 특허 청 구범위 데이터를 분석하여 도라지와 관련 없는 자료를 1차 선 발하고, 선발된 자료는 해당 분야 기술 전문위원의 자문을 통 해 최종 제거하였다.

3단계 검증 과정을 통하여 최종 선정된 1,603건의 특허는 핵심 기술 분야별로 분류되었다. 1차 분류(중분류)에서 소재, 사료첨가물, 가공, 재배, 육종, 종자의 6분야 핵심기술로 분류 하고, 1차 분류에 대하여 2차 분류(소분류)를 실시하였다. 2차 분류에서는 의약조성물, 식품조성물, 화장료조성물, 사료첨가 물, 식품, 추출, 기계(장치), 재배, 육종, 종자의 10분야 세부기 술로 구분하였다. 2차 분류인 세부기술에서 둘 이상의 분야에 중복되면 중요도를 고려하여 핵심 분야에 분류하고 나머지 분 야에서는 제거하였다(Table 1).

지식재산권(IP) 부상도 분석

도라지 관련 기술의 기술동향 및 성장세를 파악하여 향후 발전 가능성을 살펴보기 위하여 6개국의 6개 기술분야에 대한 지식재산권(IP) 부상도 분석을 실시하였다(KEIT, 2013). IP 부 상도 분석은 국가별로 시작년도(1995년)의 특허점유율과 특허 증가율이 18년이 경과한 분석년도(2012년)까지의 변동 비율을 사용하여 분석하였다. 그러나 2013년 이후 자료는 특허권의 존속기간과 출원 공개제도에 따른 미공개 특허가 많아 분석에 포함하지 않았다. 특허점유율과 특허증가율에 따른 IP 부상도 분석에서는 1사분면(우측상단)은 지속적인 특허출원이 이루어 지고 있으며, 2사분면(좌측상단)은 최근 특허출원이 활발하고, 3사분면(좌측하단)은 해당 기술에 대한 도입 초기이며, 4사분 면(우측하단)은 최근 특허출원이 감소하는 추세를 의미한다.

유효특허의 정량분석

우리는 6개국의 유효특허 1,603건에 대하여 정량(Quantitative) 분석을 실시하면서, 개별특허에 대한 심층 분석보다는 특허를 출원연도, 국가, 기술 분야로 분류하고 각 분야에 대하여 특허 건수, 점유율 및 증가율 등에 대한 집합적 분석을 수행하였다. 특허의 질적 수준을 평가하기 위하여 특허 인용도지수(Cites Per Patent, CPP)와 특허영향력지수(Patent Impact Index, PII) 지표를 사용하였다. CPP는 해당 특허가 인용된 회수로서 특 허출원자와 다른 출원자들과의 비교를 통하여 기술의 가치를 나타내며, PII는 상대적인 CPP를 나타낸다(Huang et al., 2003). PII는 값이 클수록 특허 등록 후에 인용이 많이 되어 이후 특허에 많은 영향을 준, 즉 특허의 질적수준이 높다는 것으로 해석되어지며 구하는 방법은 식 (1), (2)와 같다.

특허가 갖는 상업성은 시장확보력지수(Patent Family Size, PFS)를 사용하여 평가하였다. 패밀리 특허(family patent)는 동 일한 특허가 1개 이상 국가의 특허청에 등록되어 있는 것으로 패밀리 규모(family size)는 직접적으로 해당 특허의 지역적 보 호범위를 나타내며, 간접적으로는 해당 특허가 가지는 기술적 중요성과 가치에 대한 정보를 제공한다. 그러므로 패밀리 특허 수가 많은 경우에는 특허를 통한 시장성 확보가 큰 것으로 추 정할 수 있다(Harhoff et al., 2004). 또한 특정한 국가 또는 기 관의 종합적인 기술적 역량을 평가하기 위하여 기술력지수 (Technology Strength, TS)를 사용하였다. TS는 질적 수준과 양 적 수준을 동시에 평가할 수 있으며 값이 커질수록 기술력이 높 은 것으로 판단한다. 즉 TS지표를 통해 개별 기술성과들의 평 균적 수준과 기술성과에 대한 양적인 측면이 모두 고려된 특정 국가 또는 기관의 기술역량에 대한 정보를 제공할 수 있다 (KIPI, 2005). PFS와 TS는 식 (3), (4)를 통하여 각각 구하였다.

결과 및 고찰

도라지 국제특허동향

한국, 미국, 일본, 유럽, 인도 및 중국에서 도라지 관련기술 특허등록은 중국이 1,326건으로 가장 많으며 한국과 일본이 다음을 차지하고 있다(Table 1). 도라지 특허등록은 2000년 후 반이후 급격히 증가하였는데, 이는 천연물 의약품과 기능성 식 품에 대한 수요가 증가하면서 관련 연구가 활발해진 것으로 추정되어 진다. 향후 천연물을 활용한 의약품과 화장품 등의 소비시장의 증가(FACT, 2014)로 특허출원은 더욱 증가할 것 으로 판단된다. 도라지와 관련한 지식재산권에서는 한국, 중국, 일본이 주도적으로 특허등록을 하고 있으며, 한국은 도라지 유 용성분을 이용한 식품 및 의약품 분야에서 일본은 화장품 분 야에 대한 연구가 많이 이루어지고 있는 것으로 나타났다. 중국은 도라지를 이용한 의약품 및 화장품 등과 관련된 특 허활동이 활발하게 나타났는데, 이는 전통적으로 약초를 이 용하여 환자의 병을 치료하거나 예방하는 한의학의 영향으 로 판단된다.

주요 6개국의 도라지 관련 기술의 위치를 살펴보기 위하여 포트폴리오 모델(portfolio model)을 사용하여 특허 건수와 출 원인 수 변화에 대한 상관관계를 분석하였다(Petrov, 1982). 한 국, 미국 및 중국은 계속적으로 특허건수와 출원인 수가 증가 하는 성장단계이며, 일본은 특허수가 감소하는 쇠퇴기를 겪은 이후 2009년부터 특허건수와 출원인이 증가하면서 현재 회복 기 단계인 것으로 나타났다(Fig. 1).

기술분야별 국제특허동향

도라지 관련 기술의 발전 가능성을 살펴보기 위한 지식재산 권(IP) 부상도 분석을 실시하였다. 6개국 전체 특허의 경우에 는 소재, 가공 분야가 가장 활발하게 연구되고 있으며, 2009 년 이후 출현한 사료 첨가물, 종자, 재배 및 육종 등의 분야 는 특허점유율과 증가율이 적은 도입기 단계로서 국내 기업이 나 연구기관이 해당 분야에 진출할 경우에는 소재, 가공 분야 보다 특허 등록이 수월할 것으로 예상된다.

한국은 육종과 종자 분야 개발이 가장 활발하게 이루어지고 있으며 소재, 사료첨가제 등은 초창기 도입기술에 해당하는 것 으로 나타났다. 중국은 의약조성물과 관련된 소재 분야만 집 중적으로 개발 되고 있으며, 가공, 재배, 종자, 사료 첨가제 등 분야에서는 초창기 도입기술 단계로 나타났다. 미국은 소재, 사료첨가제 분야가 최근 특허출원이 활발히 진행되는 분야로 나타났고, 재배 분야와 종자 분야는 도입기 기술, 가공분야와 육종분야는 최근 특허출원이 감소하고 있는 것으로 나타났다 (Fig. 2). 일본은 가공, 소재, 육종 등 대부분의 분야에서 등록 이 많이 이루어진 도입기와 2005년 이후 나타난 쇠퇴기, 2009년 이후 회복기와 같이 특허 등록에 대한 변동률이 크기 때문에 해당 기술 분야에서 유의미한 부상(浮上)이 나타나지 않았다.

한국의 기술발전도 및 기술동향

한국의 도라지 연구개발 방향을 예측하기 위하여 6개 기술 분야의 특허들을 연도별로 분류하고 기술의 발전 및 전개 과 정을 분석하였다. 2007년 이전까지는 출원 건수가 너무 적어 분석에서 제외하였으며, 2013년 이후의 특허는 출원 공개가 모두 이루어지지 않은 것을 고려하여 관련 기술의 특허출원건 수보다는 새로운 연구 분야 또는 기술 출현여부를 중심으로 분석하였다 (Table 2).

2008년 이후부터는 가공분야 기술이 가장 활발하게 출원되 었는데, 식품 등을 만드는 가공기술은 다른 기술에 비해 개발 하고 제품화하는데 개인, 농산업체 등이 용이하게 접근 할 수 가 있어 관련 특허출원이 꾸준히 있는 것으로 판단된다. 주요 기술로는 사포닌 추출법, 도라지 침출차, 사포닌 맥주, 도라지 정과 등이 등록 되었다. 소재분야의 경우는 의약품이나 기능성 화장품 분야에서 지속적인 특허출원이 이루어지고 있으며, 천 연 화장품 시장규모가 계속적으로 증가(FACT, 2014)하고 있기 때문에 향후 관련 연구개발은 더욱 활발해질 것으로 예상된다. 특히 가공과 소재분야의 기술흐름은 유사한 경향을 보였는데, 이는 가공분야의 기술은 소재분야의 의약조성물이나 화장료조 성물 분야의 준비 단계에 해당되는 경우가 많아 두 분야가 유 사한 기술흐름을 보이는 것으로 판단된다. 다른 분야에서는 2010년 재배 및 사료첨가제, 2011년 종자, 2013년 육종분야가 새롭게 나타났으며, 2015년부터는 생명공학 분야(FACT, 2015) 에서 새로운 특허출원이 나타나는 등 향후에 도라지 특허출원 은 더욱더 다양한 분야로 확대될 것으로 판단된다.

국내 특허 기술 분야의 심층적 분석을 위하여 기술별 출원 인에 따른 역점분야 분석을 실시하였다. 출원인에 따른 분석 에서 한국은 소재 및 가공분야의 특허 등록은 활발하게 이루 어지고 있으나 사료첨가제, 육종, 종자분야는 연구개발이 미흡 한 것으로 나타났다. 이러한 경향은 이전의 IP 부상도 분석에 서 실시한 특허동향과는 다른 결과를 보여주지만, 출원인에 대 한 분석은 출원 연도와 특허 증가율을 고려하지 않기 때문에 이러한 차이를 보이는 것으로 판단된다. 출원인의 국적은 대 부분 한국이었으며, 특히 ㈜장생도라지는 6개 기술 분야에서 다수의 특허를 등록하여 기술적 우위에 있는 기업으로 판단된 다. 추가적으로 국내 세부기술동향 및 연구개발 흐름을 파악 하기 위하여 특허 매트릭스(matrix) 분석을 실시하였다. 분석 범위는 단순히 도라지를 가공하여 식품으로 만들거나 추출하 는 기술 등은 제외하고 소재분야를 중심으로 분석하였다. 의 약조성물 기술은 심혈관, 지질대사 및 호흡기 질환 등에 대한 치료제와, 콜레스테롤 감소 및 알러지 면역력 증대 등과 같은 기능성 의약품 개발 연구가 주로 이루어지고 있었다. 질병과 관련된 연구는 특허뿐만 아니라 논문에서도 많이 발표되고 있 어 질병 치료 효과는 인정되지만, 주요 성분에 대한 임상조사 등은 연구가 부족함을 보여 주었다. 최근에는 피부 미백과 아 토피 증상 개선 등을 주목적으로 하는 화장료조성물 연구가 증가하고 있으며, 식품조성물 분야에서는 항산화 효과를 주목 적으로 하는 건강기능성 식품에 관한 연구가 가장 많았다. 특 히 간질환 개선에 효과가 있는 식품 원료 개발, 천연 아토피 개선 제품 및 C형 간염치료제와 같이 식품조성물 분야는 의 약조성물 분야와 혼용하여 개발되는 경우가 많이 나타났다.

한국의 기술수준

도라지와 관련된 한국의 객관적인 기술수준을 파악하기 위 하여 특허인용도지수(CPP)와 시장확보력지수(PFS)를 이용해 기술영향력과 시장지배력을 추정하였다. 한국은 기술력에 대 한 질적 수준을 평가하는 특허인용도지수와 시장성을 판단하 는 시장확보력지수로 판단하여 볼 때, 시장 확보력은 평균 이 상으로 높은 수준이지만 기술 확보력은 낮은 수준으로 나타났 다. 따라서 한국은 도라지와 관련된 전문기술 확보가 가장 중 요한 문제라고 판단된다(Fig. 3).

일본은 6개국에서 가장 높은 기술력과 시장 확보력을 가진 것으로 나타났다. 유럽과 미국의 기술 수준은 평균보다 높으 나 낮은 시장 확보력을 갖는 것으로 나타났으며, 인도와 중국 은 매우 낮은 기술력과 시장확보력을 갖고 있어 한국의 경쟁 상대가 되지 않을 것으로 예측된다. 그러나 유럽과 인도의 경 우 특허출원건수가 매우 낮아 그 지역 시장에 진출할 경우에 는 특허, 논문, 정책동향 파악 등 종합적인 심층 분석이 필요 할 것으로 판단된다.

한국의 기술경쟁력

한국의 기술경쟁력 비교를 위하여 6개국에서 미국에 등록한 379건의 특허를 대상으로 특허등록건수, 영향력지수(Patent Impact Index, PII) 및 기술력 지수(Technology Strength, TS) 를 사용하여 국가별 기술수준을 평가하였다(Table 3).

분석에 사용된 특허는 1995-2002년 자료는 출원건수 부족 으로, 2013년 이후 자료는 특허권의 존속기간과 출원공개제도 에 따른 미공개 특허가 많아 분석에서 제외하고 사용하였다. 한국은 다른 국가에 비해 등록 건수가 많고 영향력지수가 높 아 기술력 지수가 높게 나타났으며, 일본은 특허등록건수가 다 른 국가에 비해 높은 편은 아니지만 높은 영향력 지수에 의해 기술력 지수가 높게 나타났다. 일본과 미국의 초기 영향력 지 수는 3.6으로 한국보다 높게 나타났는데 이러한 결과는 등록 건수는 적지만 피인용수가 높아 영향력 지수가 높게 나온 것 으로 판단된다. 그러나 중국의 경우에는 등록건수는 월등하게 많지만 영향력 지수가 낮아 기술력 지수는 매우 낮은 것으로 나타났으며, 상대적으로 일본과 미국은 양적수준에 비해 질적 수준이 높은 것으로 판단된다.

종합적으로, 주요 특허지표를 사용하여 분석한 한국의 기술 수준과 기술경쟁력은 개별 기술수준은 낮으나 전체적인 기술 경쟁력은 높다고 평가되어진다. 한국은 중국 다음으로 특허출 원건수가 많으나 특허인용도지수(CPP)는 평균이하로 기술 수 준은 낮게 평가되어진다. 그러나 특허등록 건수가 많고 영향 력지수도 높아 기술력 지수(TS)는 높게 나타났다. 흥미롭게 도, 한국은 TS지표와 기술의 질적 수준 지표인 CPP 평가 결과가 서로 반대되는 결과가 나타났는데, 이러한 상반된 분 석결과는 CPP는 기술의 질적 수준만 평가하고, TS지표는 질 적 수준과 양적 수준을 모두 반영하기 때문에, 즉 한국은 특 허출원건수는 많으나 개별적인 기술수준은 낮기 때문으로 판 단된다.

한국의 도라지 연구개발 방향

우리는 한국의 도라지 연구개발 방향을 제시하기 위하여 도 라지와 관련된 기술을 기반기술과 응용기술로 분류하였다. 기 반기술은 도라지를 직접적으로 사용하는 가공, 성분 추출 및 품종 개량에 관한 기술, 응용기술은 건강기능성 식품, 화장료 조성물, 의약조성물 등과 같이 도라지를 1차 소재로 활용하여 부가가치를 창출하는 기술로 정의하였다. 기반기술은 도라지 분말의 경제적 생산 기술, 유효 사포닌 함량이 증가된 조성물 의 제조방법 등이 있다. 현재 이와 관련된 기술은 성숙단계에 있으며 연구개발과 시장으로의 진입장벽도 상대적으로 낮기 때문에 향후 이와 관련된 프로젝트를 수행할 경우에는 장기 계획보다는 단기적으로 진행할 필요가 있다고 판단된다. 특히 기반기술에서는 고 사포닌 함량 도라지 육종과 같은 향후 응 용기술로 활용될 수 있는 신소재 개발이 더욱 중요하다고 판 단된다. 응용기술은 건강기능성 식품, 화장료조성물 및 의약조 성물로 활용하는 것 등이 있으며, 이러한 분야는 사용 원료에 대한 효능 검증이 필요한 분야로 새로운 시장진출을 할 경우 에는 기반기술에 비해 진입가능성과 상용화시기가 중장기로 이루어질 것으로 예상된다.

향후 한국의 연구개발방향은 시장진입이 쉬우며 상대적으 로 부가가치가 낮은 기반기술보다는, 응용기술인 기능성 식 품 및 화장료조성물에 대한 분야를 연구하는 것이 가장 효 율적이라 판단된다. 또한 산업화는 단기간에 성과도출이 가 능한 기능성 음료나 천연 화장품과 같은 분야로의 진출이 유망할 것으로 판단된다. 그러나 의약조성물 분야로 진출하 려면 새로운 원재료 발굴 등과 같은 기초연구, 성분에 대한 대사경로 분석 등의 응용연구, 개발 제품에 대한 임상시험 등 많은 개발 단계가 필요하므로 장기적인 연구개발 계획 수립이 필수적이다(Fig. 4). 특히 의약품으로 개발하는 경우 원료 안전성, 적정 투여량 등에 대한 연구가 선행되어야 하 고 동물 및 사람에 대한 임상시험에서 이상반응 조사, 약효 검증 등과 같이 실패에 대한 위험성이 크게 존재하므로 장 기적인 연구개발 계획 수립 및 안정적인 투자 자본을 확보 할 필요가 있다.

적 요

우리는 주요 특허지표를 사용하여 도라지와 관련된 한국의 객관적인 기술수준을 파악하여 향후 국제적인 시장 진출과 목 표국가에서 지식재산권을 확보하기 위한 전략수립에 자료를 제공하고자 하였다.