[제246호 과학학술: 대체육] 대체육, 채식주의자‘만’을 위함인가?

 대체육이란 무엇일까? 국내에선 아직 생소하지만 개발이 활발히 진행되고 있는 새로운 식품 분야이다. 식물성 원재료를 이용한 식물성 단백질부터, 실험실에서 탄생한 배양육까지 생산방식도 다르고 구성물질도 다르다. 이에 본보는 대체육을 소개하고, 새로운 식품 소비 트렌드를 알리고자 한다.

대체육 시장의 등장

 2020년 유엔(UN)에 따르면 세계 총인구수는 77억 9,500만 명으로 지난해보다 8,000만 명 증가했고 2015~2020년 세계 인구성장률은 1.1%로 나타났다. 이러한 전 세계 인구수 증가에 따라 사람들이 소비하는 식량의 양도 함께 증가하고 있다. 라틴아메리카 지역은 가장 많은 쇠고기 생산량을 보이고, 동남아시아는 주로 돼지를 생산하며 약 1.6기가톤의 고기 생산량 을 기록하였다. 가축을 기르기 위해 산림을 벌목하여 목장화하는 과정을 거치며 환경의 균형이 위협받게 되고, 그중 가축 사양을 통해 생산되는 분변 등에서 배출되는 이산화탄소, 메탄 등으로 인해 지구 온난화가 유발되는데, 이러한 온실가스 증가로 매년 평균 기온편차가 증가하고 있다. 지구에서 발생 하는 온실가스의 16%가 농업에서 발생하고 그중 20%는 축산에서 발생하는 것으로 알려져 있다. 최근 대두되는 또 다른 이슈는 가축질병 문제인데, 국내에서 발생하는 대표적인 가축질병으로 구제역, 아프리카돼지열병, 조류인플루엔자(AI) 등이 있다. 우리나라에서는 매년 구제역과 조류인플루엔자가 발생하고 있다. 구제역은 연간 백억 원, 조류인플루엔자는 매년 천억 원가량의 재정이 소요되고 있다. 이러한 이슈에도 불구하고 인구증가에 따라 고기를 포함한 축산물의 수요는 꾸준히 증가할 것으로 예측된다. 전반적인 식문화도 변화하고 있다. 세계식품정책연구소(IFPRI) 보고에 따르면 주 식량원이었던 곡류의 일반적인 증가 추이와 달리 아시아와 아프리카 지역에서는 고기와 계란에 대한 수요가 급증할 것으로 예측되었다. 또한 성인병을 비롯한 건강에 대한 관심이 고조되면서 야채, 과일 등 채식과 건강기능식품 시장 규모가 4조 5천억원 규모로 크게 증가하고 있는 추세이다.
 인구증가와 식량안보, 더불어 지구 온난화 등의 환경과 자원 문제, 식품과 식육에 대한 요구 증가 및 건강식품 안전에 대한 소비자들의 민감도가 커지고 있다. 2020년 유로모니터 인터내셔널은 종교 · 사회적 소비문화의 변화를 바탕으로 ‘소비자 맞춤형’, ‘고유화/국제화’, ‘푸드테크’, ‘기능성 식품’, ‘건강한 식품’, ‘대체 식품’과 ‘지속가능성’으로 트렌드를 정리하였다. ‘소비자 맞춤형’은 언제 어디서나 소비자가 원하는 형태의 식품을 제공하고, ‘고유화/국제화’는 로컬 푸드의 장점을 극대화하여 세계에 알리는 것이다. 메타분석 등 광범위한 데이터를 기초로 분석된 자료를 통해 식품생산 및 유통을 관리하고 향후 트렌드를 예측하는 푸드테크와 함께 포장기술과 식품배송, 슬로우푸드, 가공최소화 등의 식품트렌드도 커지고 있고, 동물복지, 환경문제 이슈를 완화하고 식량안보를 확보하 는 차원에서 곤충, 식물성 단백질, 배양육 등의 대체 식품 개발 열기가 뜨거워지고 있다. 이러한 트렌드는 의식적인 소비, 유기농, 플라스틱 미사용, 음식쓰레기 재활용 등의 지속가능한 식품산업에 대한 요구를 반영하고 있다. 대체 식품의 성장 추이를 보면 2018년 기준 96억 달러에서 2019년부터 평균 9.5% 씩 성장하여 2025년에는 178억 달러에 이를 전망이다. 그중에서 식물성 단백질이 가장 큰 비중을 차지하고 성장률에서는 곤충이 6억 달러에서 24억 달러로 22.7%의 가장 큰 성장폭을 보였다. 뒤이어 배양육이 19.5%를 기록했다.
 식물성 단백질을 비롯한 식용곤충 및 배양육 등의 대체육은 전통육류에 비해 자원사용과 온실가스 배출량이 매우 적고, 동물복지 문제도 없다는 장점이 있다. 또한 높은 단백질 함량과 더불어 철분,미네랄 등 무기질 함량이 높고 필요한 영양소 함량을 조절할 수 있어 맞춤형 식품제조가 가능하다. 인구증가에 따른 식량안보에 대한 우려가 커지고 있는 상황에서 대체 식품은 지속가능성을 부각시키면서 신개념 푸드로의 투자를 확대해 가고 있다. 건강에 대한 관심이 커지고 채식과 다이어트, 맞춤형 식품에 대한 요구가 확대됨에 따라 이러한 추세는 대체 식품에 있어 큰 기회요소로 작용될 것이다. 이에 따른 R&D 투자도 확대되고 있다. 특히 배양육의 경우 안전성에 대한 검증이 필요하고 생산가격이 높아 시장적용 가능성에 대해서는 아직까지 논란이 많은 상태이다. 또한 맛과 조직감 향상 에 대한 수요가 많고 곤충의 경우 소비자의 혐오감을 해소해야할 것으로 사료된다. 새로운 기술과 처음 접하는 식품에 대한 두려움 또한 대체육 시장이 풀어가야 할 숙제라 하겠다. 또 하나의 작지 않은 문제로는 기존 식품, 축산업계와의 이해관계인데, 미국의 경우처럼 농림부 또는 식품의약품안전처를 포함한 관련 부처를 중심으로 명확한 규제와 법률제정이 우선적으로 요구된다. 배양육의 경우 명칭의 정립도 필요한 상황이다. 또한 유전자변형, GMO, 알레르기, 독성을 포함한 안전성 확보 방안도 시급히 마련되어야 할 사안이다.

우리가 아는 그 대체육, 식물성 단백질

 식물성 단백질을 이용한 대체육 생산에는 대두단백질(대두 분리단백질과 조직화대두단백), 밀글루텐, 완두단백질, 그리고 곰팡이단백질인 퀀(Quorn) 등이 쓰이고 있다. 대두단백질, 곰팡이단백질 등은 단백질 소화능력을 고려한 아미노산 점수 가소고기등육류에비해낮지않아대체식품의소재로많이 활용된다. 국내 식물성 단백질 주요 제품으로는 콩불고기, 콩 소시지등이있다.주요생산기업들은보통한식형식물성고 기(너비아니, 불고기, 동그랑땡 등)를 제조하고 있다. 국내 식 물성 단백질의 형태는 크게 분쇄형(떡갈비, 만두, 불고기)과 비분쇄형(불고기, 섭산적, 육포)으로 개발되고 있고 계속적인 신메뉴 개발과 함께 활발한 수출을 통해 K-Food로서 입지를 굳히기 위한 노력이 계속되고 있다. 국외제품은 TVP, TSP, 호두,콩,밀등을원료로사용하고있으며식물에서헴 (Heme)을 추출하여 고기 색과 향을 구현하는 기술도 선보였 다.연매출액은3조규모이며버거패티,소시지가주를이루 고 있다. 주요 업체로는 비욘드 푸드(Beyond Food), 임파서 블푸드(ImpossibleFoods),에이미스키친(AMY’s Kitchen) 등이 있다. 비욘드 푸드는 콩 단백을 이용해 대체육 을 제조한다. 에이미스 키친은 글루텐 및 유제품을 첨가하지 않으며 채식 버거 패티, 미트볼 등을 대표적으로 생산하고 있다. 최근에는 3D 프린터를 이용해 제품을 생산하는 방법이 개 발되고 있다. 식물성 단백질이 더욱 널리 이용되기 위해서는 원료가공기술을 식물성 대체육 최적 원료를 선정, 이미(異味) 와 이취(異臭)를 제어하고, 원료 가공 효율성을 개선, 제품 가 공기술과 전통 육류대비 강점을 강화해야 할 것으로 판단된 다. 육류유사 식감 관련 관능평가와 함께 동물성단백질 대비 영양성분(철분, 아연, 셀레늄, 비타민 등)을 강화시키고 콜레스테롤 함량 저감과 식이섬유 함량에 대한 장점을 부각시킬 필요도 있다.

식물성 단백질과는 전혀 다른 배양육

 배양육은 가축에서 줄기세포를 떼어 내어 세포 배양에 의해 고기 형태의 제품을 생산한다. 유일한 동물성 단백질 기반 대체 식품인 것이다. 배양육은 대량생산이 어렵고 생산단가가 높은 편이어서 아직 제품화 상용화가 되지 않았지만, 2021년에 는 미트볼, 햄버거, 소시지 등 다양한 육가공품 형태로 제품화 될 전망이다. 배양육은 기존 축산업보다 친환경적으로 생산할 수 있다는 장점이 있다. 전통육류 대비 에너지 사용량은 55% 줄고 물 사용량과 온실가스 배출량은 96%까지 감소하며 토지 사용량은 99% 감소 가능한 것으로 알려져 있다. 배양육을 생 산하는 주요 기업은 모사 미트(Mosa Meat)(네덜란드), 멤피스 미트(Memphis Meats)(미국), 슈퍼 미트(Super Meat)(이스라엘), 퓨처 미트(Future Meat) 등이 있다. 배양육 주요 기업 대부분은 육류 배양을 시도하고 있으며, 핀레스 푸드(Finless Foods)(미국)는 소고기나 닭고기가 아닌 참치를 배양 연구하고 있다. 배양육은 기존 육류 제품과 가장 유사한 식감과 맛, 향을 구현할 수 있을 것으로 전망되며 상용화 된다면 식품 소비시장에서의 영향력이 클 것이다. 또한 최근 배양육 기술이 빠르게 발전하고 있어 세계 주요 축산 기업은 배양육 기업에 활발하게 투자하고, 배양육에 관한 논문과 특허 출원도 많아지고 있다. 모사 미트는 2013년 세계 최초로 세포 배양기술을 이용해 햄버거 패티를 만들었던 마크 포스트가 CSO(Chief Security Officer)로 재직 중인 회사로 향후 3년 내 소고기 배양육 상용화를 목표로 하고 있다. 멤피스 미트는 2016년 초, 배양육을 이용하여 미트볼을 만들었고, 2017년에는 후라이드 치킨, 오리고기 배양육을 선보인 바 있다. 슈퍼 미트와 저스트는 닭의 가슴 근육 세포를 조직 배양하여 얻은 닭가 슴살을 출시할 예정이고 세포배양기술을 통해 치킨너겟을 개 발했다. 개발된 치킨너겟을 수개월 내 시판하는 것을 목표로 하였으나, 현재까지 제품화는 이뤄지지 않았다. 최근 11월 9일, 이스라엘에서는 세포 배양된 닭고기가 레스토랑에서 판매 되었다. 국내에서도 최근 몇몇 회사들이 설립되어 연구개발에 착수했지만 배양육 연구에 있어 아직은 초기단계다. 배양육 생산의 첫 번째 단계는 근육조직을 가축으로부터 채취하는 것으로, 가축이나 조직의 종류에 따라 배양육의 종류가 결정된다. 조직으로부터 세포를 추출하여 초대배양을 거친 후 3D 배양을 통해 Scale-up된다. 성장이 진행된 후 근육의 분화와 성숙이 이루어지면 기능과 형태를 갖춘 근육으로 성장하게 되는데 근육 관련 단백질 발현이 나타나게 된다. 초기 발생시 배아에서 낭배가 형성되고 낭배의 외피(Epiblast)에서 나노그 (Nanog)가 발현되고 중배엽 전구세포(Mesoderm Progeni- tor)를 거쳐 피부 근절 전구세포(aPSM-Dermomyotomal Progenitor)시기에 Pax3, Meox1/2, Foxc1/2가 발현된다. 근육 발생(Myogenesis)으로 결정(Determination)되면 근육 성장 인자(Myogenic Factor)인 Myf5가 발현되고 Pax3의 발현은 점차 감소한다. 근육세포 분화에서 가장 핵심적인 역할을 하는 유전자인 MyoD는 DNA결합역(DNA Binding Domain)을 지닌 전사 인자로 Myf5, Myogenin(Myog), Mrf4 등의 발현을 유도하여 근육세포의 성장과 분화를 유도하여 성숙한 근섬유(Myofibers)로 발달하는데 이 시기에는 근육구조와 형태를 결정하는 Myosin Heavy Chiain(MyHC)이 발현하게 된다. 배양육 생산을 위한 초기단계는 근육조직에서 줄기세포를 추출하여 배양하는 것으로 시작된다. 근육에서 줄 기세포 역할을 하는 세포를 위성세포(Satellite Cell)라고 하는데 평소에는 비활성화 상태에 있다가 근육 재생이 필요할 때 활성화되어 다시 세포주기로 들어가게 된다. 비활성화 상태의 위성세포는 Pax7 인자를 발현하지만 Myf5나 MyoD는 발현하지 않는 것으로 알려져 있다. 상처가 나거나 성장이 필요할 경우 활성화되어 Myf5, MyoD를 발현하고 근이세포(Myoblasts)로 결정(Determination)되어 증식(Proliferation)과 분화(Differentiation)을 거쳐 근관(Myotubes)으로 발달하게 된다. 근육조직을 세절하고 소화효소 처리하여 획득한 세포군집에는 근육위성세포 외에 섬아세포와 지방세포 등 다양한 세포들이 포함되는데, 이들 세포군들이 근육세포의 성장발달을 방해하기 때문에, 초대배양에서 Preplating이나 세포선발(Cell sorting) 등의 방법을 사용하여 근육위성세포만 추출하는 것이 매우 중요하다. 세포선발을 위해서 Integrin, Vcam, CD, Pax7 등의 근육세포마커를 이용하여 Fluores- cence Activated Cell Sorting(FACS)나 Magnetic Acti- vated Cell Sorting(MACS) 기술이 사용되고 있다. 세포배양 육을 제작하기 위한 주원료인 근육세포 Stock에 대한 순도 (Purity)와 품질(Quality)의 확보가 필수요소라 할 수 있다. 마커를 이용한 세포선발 후 형태적 유전적 분석을 통해 세포의 활성과 특성을 확인하는 과정을 거친 후 모세포로써 고정된다. 이 모세포를 배양하여 숫자를 늘리고 분화를 유도하여 성숙된 근육으로 배양한 후 수확하게 된다. 수확된 근육세포는 여러 가공단계를 거쳐 배양육의 면모를 갖추게 되는데 이 과정에서 다양한 소재와 가공기술을 통해 식육과 같은 식감과 맛을 재현하게 된다. 이러한 재현성과 가격경쟁력을 갖추기 위한 연구가 절실히 필요하다.

근육발달 및 마커유전자

모두에게 사랑받는 ‘고기’를 위하여

 소비자 1,000명을 대상으로 한 대체육 제품 인지도 및 섭취 경험에 대한 설문 조사 결과, 대체육에 대한 인지도는 식물성 고기가 가장 높았고, 곤충 식품, 배양육이 뒤따랐다. 대체 축산 식품을 인지하고 있는 응답자 비중도 식물성 고기가 응답자의 84.1%로 가장 높게 나타났다. 한편, 채식을 더 많이 하는 소비자일수록 대체육 인지도가 높은 것을 알 수 있다. 대체육 섭취 경험이 있는 소비자는 응답자의 46.9%였으며, 섭취 경험은 식물성 고기, 곤충 식품 순이었다. 해당 식품에 대한 만족도는 곤충 식품, 식물성 고기 순이다. 곤충 식품은 섭취 경험은 적지만 섭취 경험자의 만족도가 높게 나타나 향후 소비 확대를 위해 서는 시식 등을 통한 소비자의 섭취 경험을 확대할 필요가 있 다. 대체육 섭취 경험자를 대상으로 한 설문 조사에서 섭취 경험에 불만족한 응답자의 제품 불만족 이유를 조사한 결과, 맛과 식감에 대한 불만족 정도가 가장 높게 나타났다. 배양육의 경우도 조속히 명칭과 규제를 정립하고 안전성을 확보할 수 있는 관리 매뉴얼이 구축되어야 할 것으로 예상된다. 또한 소비자 인식개선을 통해 소비자들의 거부감을 없앰과 동시에 가격과 품질경쟁력 확보가 필요할 것으로 사료된다. 현 시점에서 대체육이 기존 축산식품을 대체 가능하지는 않더라도 소비자의 폭을 넓히고 나아가 환자식, 노령식 등 특별 식품의 경계를 넓힐 가능성은 있다. 가축 사육이 불가능한 우주공간 등에서 세포를 키워 고기를 만드는 상상이 곧 실현되리라 짐작한다. 더불어 자연과 동물을 보호하고 자원과 공간 사용 면에서도 대체육 개발이 바람직한 방향일 것이다. 향후 푸드테크를 이용한 대체육의 식감, 맛과 향이 개선되고 안전성이 보장되면 새로운 식문화 창출을 포함한 다양한 분야로의 응용이 가능할 것으로 보이며 특히 식량안보와 환경보호의 효과를 기대할 수 있을 것이라 사료된다.

박 성 권 / 세종대학교 식품생명공학조교수

**TIP

􏰁* 푸드테크(Foodtech) : 식품과 기술의 합성어로 식품산업과 관련 산업에 4차 산업기술을 적용하여 보다 발전된 형태의 산업과 부가가치를 창출하는 기술. 식품(Food) 부분에는 식품가공, 외식산업, 식품 유통과 농림축수산업 연관산업을 포함하고, 기술 (Technology)에는 정보통신기술이나 인공지능(AI), 사물인터넷, 빅 데이터 등이 포함됨. 식량안보와 환경문제 등을 극복하고 고 부가가치를 창출하기 위해 각광받고 있는 푸드테크는 크게 소비자의 요구 중심적임. 대체육, 스마트 팜, 공유주방, 푸드 트럭 등 중심이 되는 인프라임. 최근 코로나로 인해 빛을 발하고 있는 배달시장을 포함하는 물류유통, 유튜브나 SNS를 통한 레시피 컨텐츠, 맛집 소개 등을 포함하는 콘텐츠데이터 영역으로 나뉠 수 있음.

􏰁* TVP(Texturerized Vegetable Protein) : 조직식물단백 또는 조직대두단백(TSP; Textureized Soy Protein)으로 알려진 TVP는 콩에서 유기용매를 이용하여 콩기름을 짜고난 부산물로 ‘탈지대두’라 함. 탈지대두에서 탄수화물을 추출하고 남은 것을 대두 단백이라 하는데 순수한 콩 단백질이 응축된 형태임. 단백질 품 질평가에서 유청 단백질과 달걀 등과 함께 필수아미노산도 풍부한 좋은 단백질원으로 알려져 있음.

* 세포선발(Cell sorting) : 세포선발이란 조직에서 분리된 세포 집단에서 형태나 특성에 따라 세포를 특정군으로 분리 또는 선발하는 과정을 일컬음. 분리는 세포의 크기, 모양, 세포표면 단백질발현 등의 특성을 이용하여 진행됨.