[바이오 세션] 미래의 미생물 식품은 친환경적으로 생산할뿐더러 영양과 맛까지 갖춰 소비자들의 선택을 받는 완전식품이 될 것이다.

[바이오 세션] 미래의 미생물 식품은 친환경적으로 생산할뿐더러 영양과 맛까지 갖춰 소비자들의 선택을 받는 완전식품이 될 것이다.

 

 

 

가파른 인구 증가와 기후 변화로 인한 식량 생산성 저하로 인해 전 세계 식량 위기가 고조되고 있다. 더욱이 오늘날의 식량 생산 및 공급 시스템은 인류가 배출하는 총량의 30%에 달할 정도로 막대한 양의 이산화탄소를 배출하며 기후 변화를 가중시키고 있다. 이러한 난국을 타개할 열쇠로서 지속 가능하면서도 영양이 풍부한 미생물 식품이 주목받고 있다.

KAIST(총장 이광형)는 생물공정연구센터 최경록 연구교수와 생명화학공학과 이상엽 특훈교수가 ‘지속 가능한 원료로부터의 미생물 식품 생산’연구의 방향을 제시하는 논문을 게재했다고 12일 밝혔다. 

미생물 식품은 미생물을 이용해 생산되는 각종 식품과 식품 원료를 가리킨다. 미생물의 바이오매스에는 단위 건조 질량당 단백질 함량이 육류에 비견될 정도로 많은 양의 단백질을 함유하고 있으며, 각종 가축이나 어패류, 농작물과 비교해 단위 질량을 생산하는 데 가장 적은 양의 이산화탄소를 배출하고, 필요로 하는 물의 양과 토지 면적 또한 적기 때문에 친환경적이고 지속 가능한 고영양 식량자원이 될 수 있다.

우리 주변에서 가장 쉽게 접할 수 있는 미생물 식품으로는 발효식품을 꼽을 수 있다. 비록 발효식품 내 미생물 바이오매스가 차지하는 비중은 적지만 발효 과정 중 탄수화물과 같이 비교적 영양학적 가치가 낮은 화합물을 소비하며 미생물이 증식함에 따라 단백질이나 비타민 등과 같이 보다 높은 영양학적 가치를 지니는 영양소의 함량이 증진된다.

미생물 배양을 통해 얻은 바이오매스나 배양액으로부터 분리·정제한 각종 식품 화합물 또한 미생물 식품의 한 갈래다. 주변에서 찾아볼 수 있는 예로는 글루탐산나트륨을 비롯한 각종 아미노산과 식품용 단백질·효소, 풍미 화합물, 색소, 생리활성 물질 등이 있다.

마지막으로, 가장 궁극적이며 근본적인 형태의 미생물 식품은 미생물 배양을 통해 생산된 미생물 바이오매스나 추출물 및 이를 이용해 조리한 식품이라고 할 수 있다. 미생물의 바이오매스나 이로부터 추출한 미생물 단백질을 총칭하는 단세포단백질이 대표적인 예라 할 수 있다.

연구진은 이번 논문을 통해 미생물 식품을 보다 지속 가능한 방식으로 생산하는 데 사용할 수 있는 각종 비식용 원료와 이들의 활용 전략을 총망라했다. 더 나아가 해당 원료를 활용해 산업에서 실제로 생산되고 있는 각종 미생물 식품 및 이들의 특징과 함께 지속 가능한 미생물 식품의 생산 및 대중화에 대한 전망 등을 다뤘다.

이번 논문의 제1 저자인 최경록 연구교수는 “여러 지속 가능한 원료로부터 생산된 미생물 식품은 머지않아 우리 식탁에서 흔하게 접하게 될 것”이라고 말했다. 제2 저자인 정석영 박사과정생 역시 “미래의 미생물 식품은 환경에 대한 의무감으로만 소비되는 제한적인 식품이 아닌, 영양과 맛까지 갖춰 소비자들의 선택을 받는 완전식품이 될 것”이라고 말했다. 또한 이상엽 특훈교수는 “우리 자신은 물론 후손들을 위한 지속 가능한 사회를 만들어 나가기 위해 보다 다양한 미생물 식품이 개발되고 대중화될 수 있도록 산·학은 물론 민·관이 더욱 긴밀하게 협력해야 할 때”라고 밝혔다.

이번 논문은 네이처(Nature) 誌가 발행하는 ‘네이처 미생물학(Nature Microbiology)’에 4월 9일 자 온라인 게재됐다.

 ※ 논문명 : From sustainable feedstocks to microbial foods
 ※ 저자 정보 : 최경록(한국과학기술원, 제1 저자), 정석영(한국과학기술원, 제2 저자) 및 이상엽(한국과학기술원, 교신저자) 포함 총 3명

한편, 이번 연구는 과기정통부가 지원하는 석유대체 친환경 화학기술개발사업의 ‘바이오화학산업 선도를 위한 차세대 바이오리파이너리 원천기술 개발’ 과제 (과제책임자 KAIST 이상엽 특훈교수) 및 농촌진흥청이 지원하는 농업미생물사업단(단장 장판식 교수)의 ‘미생물 대사시스템 제어를 통한 무기물로부터의 단백질 생산 기술 개발’ 과제 (과제책임자 KAIST 최경록 연구교수)의 지원을 받아 수행됐다.

□ 연구 배경 

 ㅇ 가파른 인구 증가와 기후 변화로 인한 식량 생산성 저하로 인해 식량위기가 고조되고 있다. 동시에 오늘날의 식량 생산 및 공급 시스템은 막대한 양의 이산화탄소를 배출하며 기후 변화를 가중시키고 있다. 이러한 악순환을 끊어내기 위해 지속 가능하면서도 영양이 풍부한 새로운 식품 및 생산 플랫폼의 필요성이 대두되고 있다.

 ㅇ 미생물 바이오매스는 육류에 비견될 정도로 많은 양의 단백질을 함유하고 있다. 동시에 단위 질량의 바이오매스를 생산하는 데 있어 동식물보다 적은 양의 이산화탄소를 배출하고, 필요로 하는 물의 양과 토지의 면적도 적은 등 보다 지속가능하고 친환경적인 생산이 가능하다는 장점을 지니고 있다. 이러한 특징으로 말미암아 미생물을 이용해 생산된 식품인 ‘미생물 식품’이 지속가능한 고영양 미래 식량자원으로서 주목받고 있다.

 ㅇ 미생물 식품을 보다 지속가능한 방식으로 생산함으로써 세계적 식량위기 및 기후/환경 문제를 완화하는 데 기여하고자 본 연구진은 미생물 식품 생산에 활용할 수 있는 여러 지속가능한 원료들과 특징을 정리하고, 이들 원료를 활용한 미생물 식품 생산의 현주소와 미래 전망을 총망라하였다.

 □ 연구내용

  ㅇ 본 연구에서는 먼저 미생물 식품의 생산에 활용할 수 있는 각종 지속가능한 각종 탄소원과 질소원, 무기염류 등의 종류와 특징, 이들을 활용하기 위해 사용할 수 있는 미생물 균주나 기술 등을 총정리하였다.

  ㅇ 더 나아가 본 연구진은 지속가능성이 낮은 기존의 여러 식품을 대체하기 위한 미생물 식품 활용 전략 및 전망을 제시하였다.

  ㅇ 또한 지속가능한 식품 생산을 위한 절충안으로서, 미생물 식품을 가축 사료로 활용하여 보다 친환경적이고 지속가능한 방식으로 육류를 생산하는 전략과 전망을 다루었다. 더불어 미생물 기반의 가축 및 애완동물 사료 시장의 현재와 성장 가능성에 대해 논하였다.

  ㅇ 마지막으로, 미생물 식품의 보편화 및 이를 통한 각종 사회적 문제를 해결하기 위해 극복해야할 요소들과 나아가야 할 방향을 함께 제시하였다.

[그림 1] 미생물 식품 생산에 활용 가능한 여러 지속가능한 원료 및 이를 활용한 미생물 바이오매스 생산 전략 [사진=KAIST]

[그림 2] 동물, 식물, 및 미생물 유래 바이오매스의 영양성분 및 각 바이오매스 생산이 환경에 미치는 영향 비교  [사진=KAIST]