오태광의 바이오 산책 <54> 가짜 고기, 대체육(代替肉, Meat analogue) > News Insight

  대체육은 동물에서 만들어지는 소고기, 돼지고기나 닭고기와 같은 진짜 육류와 모양, 식감 및 영양분이 유사하게 인공으로 만든 단백질 음식 재료를 일컫는다. 대체육은 원하는 대로 단백질, 지방, 콜레스테롤, 비타민 등의 조성을 인위적으로 만들 수 있고, 최근 큰 발전을 하는 3D Printing 기술로 씹는 조직감도 임의로 조정이 가능하여 안전하고 건강한 고기를 개인맞춤형으로 공급할 수도 있다. 

자연적인 육류가 심혈관 질환이나 생활 습관 질병에 문제시되고 있는 육류에 포함된 나쁜 콜레스테롤(LDL)을 좋은 콜레스테롤(HD)로 바꾸거나 포화지방산을 식물성에 있는 불포화 지방산으로 교체하여 질병을 예방하여 건강한 삶을 영위할 수 있게 한다. 또한, 동물성 육류에 부족한 섬유소, 비타민, 미네랄 등 기능성 소재를 대체육 만들 때 임의로 첨가할 수 있을 뿐만 아니라 대체육 조직도 소화되기 쉽게 만들 수 있고 필요에 따라 개인 또는 용도 맞춤형 인조고기를 만들 수 있다는 큰 장점이 있다.
 

이런 예방 및 영양적인 문제보다 대체육 개발이 필요한 이유는 지구 기후변화에 요인이 되는 온실가스 배출이 현재와 같은 사양체계로 육류를 생산하면 총 온실가스 배출량의 14.5%를 (2005년) 차지하고 있고, 실제 소고기 1kg 생산하는데 1만5천L(liter)의 막대한 물이 필요하다. 만약, 대체육으로 육류를 대체하면 에너지는 45%, 온실가스는 96% 감소시킬 수 있다고 예상한다. 더욱 심각한 것은 2005년에 비해 2050년에는, 소고기 소비량은 165%, 돼지고기는 143%, 닭고기는 221% 증가하여 전체 육류의 소비량은 177% 증가할 것으로 예상(FAO of the UN, ESA Woking Paper NO12-10) 되어 온실가스 발생과 물 소비량, 에너지 필요량이 큰 폭으로 증가할 추세여서 가짜 고기인 대체육으로 대체할 적절한 방안이 필요하다.

대체육은 생산하는 자원에 따라서 크게 5가지 종류로 나누는데, 가장 대중화되어 시장에서 볼 수 있는 콩이나 밀로 만든 식물성 대체육과 동물에서 채취한 줄기세포를 배양해서 만드는 배양용 대체육이 주를 이루고 있다. 생명공학 기술이 크게 발전하여 미생물인 균류 발효로 생산한 미생물 진균류 대체육, 메뚜기와 같은 곤충으로 만든 곤충 유래 대체육과 바다에서 생산한 해조류 단백질을 이용한 해조류 대체육까지 현재 5가지 종류를 생산하거나 연구하고 있다. 특히, 대량 생산이 가능하고 가격도 저렴한 대체육에 관한 연구와 상용화가 집중되고 있고, 주 고객은 동물성 식품을 전혀 먹지 않는 완벽한 채식주의자(Vegan), 채식주의자인 베지테리언(Vegetarian)이나 종교적 이유로 육류의 섭취가 어려운 사람뿐만 아니라 일반인에게도 관심이 높아짐에 따라서 제조과정을 다양하고 영양강화 및 기능성 성분이 첨가된 고부가가치 대체육에 관한 연구도 활발히 진행되고 있다.

<식물성 대체육(Plant based Meat Analogue)>

 식물성 대체육은 식물성 유사 식품으로도 불리며, 콩과 밀과 같은 식물에서 추출한 단백질을 이용하여 식육과 비슷한 형태와 맛이 나도록 제조한 식품으로 소, 돼지, 닭 유래 기존 육류와 비교하면 사료, 물 사용량과 온실가스 배출량을 크게 줄임과 동시에 대량 생산이 쉬우며 가격도 저렴한 편이다(You GY et al(2020) Korean J Food Sci Technol. 4:167-171). 이렇게 제조된 대체육은 단백질 함량이 높고 지방 및 포화지방산 함량은 매우 낮은 것(이현정 등(2019, 세계농업. 3월)으로 알려졌다. 

식물성 대체육 개발의 선두주자인 미국의 “임파서블 푸드(Impossible Food)”와 “비욘드 미트(Beyond Meats)”는 콩에서 추출한 식물 단백질을 활용하여 햄버거 패티(Patty), 소시지(Sau sage) 등 육류제품<그림 1>을 선점한 예를 들어 설명하겠다. 2009년에 설립된 비욘드 미트는 콩, 버섯, 호박 등에서 추출한 단백질에 효모(Yeast) 등의 미생물을 배양해서 식물성 닭고기와 햄버거 패티를 제조하여 단백질 함량이 높고 포화지방산 함량이 낮은 100%의 식물성 대체육을 완성하였다. 임파서블 푸드는 비욘드 미트가 창업된 2년 후인 2011년에 창업하였는데, 콩을 비롯한 농작물 6종에서 식물 단백질을 추출하여 3D printing으로 조직감이 다른 개인맞춤형 인공 고기를 만들었다. 특히, 콩과식물 뿌리혹박테리아에서 추출한 핏빛의 레그-헤모글로빈(Leg-hemoglobin)이란 동물의 핏빛을 나타내고 혈액 속 헤모글로빈(Hemoglobin)과 비슷한 재료로 헴단백질(Hemoprotein)을 만든 인공 고기를 사용하였다. 소고기와 비슷한 붉은 핏빛 색깔뿐만 아니라 소고기에서 나는 피 맛을 만들었고 여기에 코코넛과 해바라기 씨 오일로 육즙과 식감(박장환(2020) Soybean Industrial Information,3: 22-28)을 비슷하게 하여 진짜 소고기와 비슷한 인공 소고기를 만들 수 있었다.

<배양한 대체육(In vitro Meat)>

 배양한 대체육이란 소, 돼지, 닭과 같은 가축을 키우는 과정을 거치지 않고, 살아있는 가축의 줄기세포를 세포공학 기술로 증식하여 얻어진 식용 인공 고기를 말한다. 전통적인 가축사육에 비해서 배양한 대체육은 에너지소비를 55% 낮출 수 있고, 배지조성과 배양조건을 달리하면 원하는 육질을 다양하게 생산할 수 있는 장점은 있지만 실용화하는데 가장 큰 장애물은 현재 기술로는 생산비가 과다하여 경제성이 없다는 점이다. 2013년 네덜란드의 마크 포스트 교수가 소의 줄기세포로 근육조직을 배양하여 버거를 제조하였다. 처음 마크 포스트 교수가 세계 최초 배양육 햄버거를 만들었을 때 패치 제조 비용이 333,000 US$(약 3억 7,000만원) (Guan X et al(2021) Future Foods 3:100032)에 달하여 경제성은 전혀 고려할 수 없었다. 하지만, 미국회사인 “이트 저스트(Eat Just)”는 2020년 싱가포르에서 사상 최초로 배양육 닭고기를 <그림 2>와 같이 시판을 허가를 받았다. 종류에 따라는 아직 까지는 실용화에는 상당히 많은 시간이 필요하고 특히, 동물 줄기세포와 혈장을 사용하는 경우 생물학적 안정성 문제에 대해, 많은 연구가 필요하다. 

<미생물 진균류 대체육>

 최근 버섯과 곰팡이류에서 단백질을 추출하여 만든 미생물 진균류(예, Fusarium graminearum)를 대량으로 배양하여 대체육을 만드는 기술이 개발되었다. 상업적으로 생산한 고단백질의 진균, 즉 곰팡이 균사체 바이오매스를 마이코프로틴(Mycoprotein) 이라고 하고 이를 이용하여 인공 쇠고기를 만들 수 있다는 데 주목하고 있다. 동물을 대체하면서 환경오염도 줄이는 이상적인 식량 생산 기술인 마이코프로틴은 미생물과 영양소가 결합 된 단백질이며 주로 곰팡이에서 추출한 단백질로 조직 구성이 실처럼 가느다란 형태를 띠고 있어서 닭가슴살과 비슷하여 유럽에서는 닭고기 대체육의 주성분으로 활용되고 있다. 미국식품의약국(FDA)에서 안전 식품으로 승인돼 여러 나라 슈퍼마켓에서 시판되고 있다.

독일 포츠담 기후 영향연구소 등의 연구팀은 마이크프로틴의 소고기 대체 효과에 주목했다. 실 모양의 진균을 이용하여 너겟(Nuggets)을 생산하는 “퀀(Quorn)” 브랜드<그림 3>가 있다. 퀀의 마이코프로틴 제품은 미국, 영국, 호주를 포함한 22개국에서 판매 중이다. 독일·대만·스웨덴 등 국제 공동연구팀은 지난 5일(한국 시각) “미생물 발효 방식을 통해 인공적으로 만들어낸 단백질인 마이코프로틴으로 소고기 소비의 20%를 대체하면, 2050년까지 연간 삼림 벌채와 축산 관련 이산화탄소 배출을 절반으로 줄이는 효과를 낼 수 있다”라고 밝혔다. 연구팀 논문은 과학 저널 Nature지 (2022년 5월 5일)에 실렸다. 또한, 메디컬 익스프레스(Medical Xpress)보도( 2023년 4월 3일)에 따르면 영국 엑시터 대학(University of Exeter)이 진행한 연구 결과, 버섯에서 추출된 균류로 만든 단백질 마이코프로틴 대체육이 동물 단백질만큼 근육 형성에 효과적임을 밝혔다. 결론적으로 마이코프로틴은 단백질이 풍부하고 인간이 영양을 통해 얻을 수 있는 모든 필수 아미노산을 함유하고 있어서 동물이 생산한 육류를 대체할 수 있는 이상적인 식품으로 받아들여진다. 엑시터대학 연구진은 영국의 지속 가능한 단백질 제조업체인 퀀(Quorn)의 곰팡이 유래 마이코프로틴 대체육류가 포함된 비건 식단이 저항 훈련 중 근육 성장을 지원할 수 있는지를 탐구하기 위해 이번 연구를 진행했다. 

출처 ; https://www.sainsburys.co.uk/gol-ui/product/all-vegetarian/

<곤충이나 해조류 대체육>

곤충 대체육에 우리나라에서는 굼벵이, 갈색거저리(고소에), 벼메뚜기, 누에 번데기, 누에 백강잠, 흰점박이꽃무지 유충(꽃벵이), 장수풍뎅이 유충, 쌍벌 귀뚜라미, 아메리카 왕거저리 유충, 수벌 번데기의 9가지 곤충으로부터 식품을 만들고 있다. 식용곤충은 소고기보다 약 3배 단백질 함량이 높고 알을 많이 낳고 빠르게 성장하여 필요한 물과 사료가 적게 사용될 뿐만 아니라 환경 부담이 적어서 유용하지만, 아직은 곤충 섭취에 심리적 장애가 심하여 중요한 미래 식품이기는 하지만 상용화에는 어려움이 많다. 해조류 대체육은 해조류 내의 단백질을 가공하는 친환경 단백질 대체 식품이다. 특히, 광합성 미세조류인 스피루리나 (Spirulina)는 단백질 함량이 70%로 소고기와 같은 육류에 비해 10% 정도의 저렴한 가격이지만 영양학적으로는 소고기보다 영양적인 가치가 높다. 스피루리나는 다른 식물 단백질보다도 2배의 단백질 함량을 가지고 있을 뿐만 아니라 비타민, 미네랄이 풍부하고 항산화 효과와 면역강화, 혈당조절, 콜레스테롤 감소, 체내 노폐물 제거 및 두뇌 기능 개선과 다이어트 효과를 가지고 있어서 미래의 대체육 재료로 가능성이 크다. 

<대체육 제품에 대한 부정적 시각>

 대체육 제품에 대한 부정적인 시각을 발표한 “티 타임스(T Time)”(2023년 2월 13일)는 “대체육의 몰락(Downfall)”이란 표현을 사용하였고, 1개월 전인 2023년 1월 19일 “블룸버그(Bloomberg)”는 “세상을 구한다는 가짜 고기는 일시적 유행(Fad)”이란 표현을 하였다. 빌 게이츠, 레오나르도 디카프리오 등이 투자한 비욘드 미트의 주가 한때 234US$까지 치솟다가 최근 17US$까지 추락하였다. 특히, CES 2021(2021년), CES 2022(2022년)에서 빅히트를 쳤는데, 2023년에 열린 CES 2023에는 “비욘드 미트”와 “임파시블 푸드” 모두 CES 2023 참가가 전격 취소되었다. 이렇게 된 가장 큰 이유는 대체육이 쇠고기와 같은 육류의 맛을 따라가지 못하다는 평가 때문에 2022년도 Nature지 조사에 의하면 고기 소비자의 경우 대체육이 2.79%에 불과하다고 한다. 또 다른 이유는 대체육의 장점인 포화지방산과 나트륨 함량이 육류보다 오히려 높다고 국제영양학회지 Nutrience(2019)가 보고하였다. 물론 대체육 회사들의 강력한 반박하여 뉴욕타임스(New York Times)에 광고로 “사실을 보도해야 할 언론이 주장을 펼치고 있다” 발표했지만, 소비자 대상조사에서는 식물성 가짜 고기가 동물성 고기보다 더 건강하다고 생각하는 비율이 줄어들고 있다고 한다. 컨설팅회사 커니(Kearny)가 2021년 조사에 따르면 <그림 4>와 같이 오히려 대체육 소시지와 버거 패티가 더 비싸다고 영국 소비자 연맹지 “Which”는 보고하고 있다. 

 우리나라 밥상머리 뉴스(2018)에 따르면 식물성 대체육에 대한 설문조사에서 “먹어본 적이 없다”가 23%, “먹어봤지만 자주 먹지 않는다”가 72.9%이고 “좋아서 자주 즐겨 먹는다”가 4.6%에 달하고, 먹지 않는 이유의 41.7%가 “맛이 없어서”로 나타나서 식물성 대체육의 맛 개선은 해결하여야 한다. 또한, 맛 중에 조직감이 중요한데 대부분 무결정 조직을 가져서 고기로 만든 식육처럼 근섬유와 같은 구조화된 결합조직(이현정, 조철훈, 세계농업(2019년 3월))을 만들 수 있는 조직화 공정이 필요하다. 

<맺는말>

 대체육의 가능성과 만들어지는 다양한 자원을 이야기하면서 미래식품으로 가치가 높다고 글을 쓰다가 마무리하면서 “티 타임스”와 “블룸버그” 통신에서 발표된 부정적인 견해를 보면서 무언가 이상하다고 생각하였다. UN 식량농업기구(FAO)의 보고에 의하면 현재 이미 지구 인구가 80억이 넘었고, 2050년 세계인구는 92억 명으로 예상하고 미래 육류 수요는 약 4.5억 ton에 달하여 현재의 가축 생산으로 감당하려면 과다한 온실가스 발생, 물 자원 부족, 에너지자원을 충당하여야 하는 아주 큰 문제가 발생할 것이다. 

그렇지 않아도 온실가스로 인한 기후변화는 심각하여 모든 지구인은 탄소제로 시대를 주장하고 있다. 현재 개발이 진행 중인 대체육에 대한 가능성이 온실가스 발생을 줄여서 지구 환경보전과 물 및 에너지자원 부족을 해결할 수 있는 아주 좋은 방법이 될 것이고 지금까지 개발된 대체육이 아직은 여러 가지로 부족할지 모르지만, 많은 연구로 극복하여 반드시 탄소제로로 만드는 것은 지구인의 책임으로 느낀다. 

사실, 비건이나 채식주의자를 위한 대체육이라면 당연히 고기 사용자 중 이용 비율이 낮은 것(2.79%)이 어쩌면 당연하다고 생각한다. 따라서 더 좋은 맛과 건강한 품질개발로 일반인까지 모두 환경오염 문제 해결보다 맛을 우선으로 한다면 이용 비율을 크게 높일 수 있고, 건강한 지구환경을 후손에 물려 줄 수 있다는 대의도 달성할 수 있을 것이다. 문제 시 되는 맛이나 기호성 문제도 식물 단백질 위주로는 극복하기 어렵다면, 원료를 사용하는 배양육, 진균, 곤충, 해산물 등을 다양하게 사용할 수 있게 컨텐트(Content)를 늘려서 해결하거나 여러 가지 자원을 동시에 함께 사용하여 일반인의 기호에 맞는 조직감과 맛난 맛을 높이는 연구가 많이 이루어져야 할 것이다.

사실이지, 이미 오래전에 밀가루의 단백질인 글루텐이나 콩고기를 만들어서 유통되었지만, 그 당시에 먹어 본 경험으로는 마치 껌과 같은 질감과 맛도 좋지 않았다. 하지만, 현재 출시되는 대체육 소시지나 패티는 그 당시와는 비교가 되지 않을 정도로 품질이 발전한 것으로 현재 과학기술과 발전된 분석기기를 활용하면 얼마든지 더 좋은 품질을 기약할 수 있다. 아울러, 해조류의 스피루리나처럼 건강에 유익한 자원이 많이 개발된다면, 맛뿐만 아니라고 부가 가치화할 수 있는 건강기능을 첨부하여 개인맞춤형 대체육 개발도 가능하다. 그렇게 연구된다면 맛과 조직감은 물론이고 인류의 건강을 기약하는 새로운 메디푸드(Medifood)까지 재 창출되는 큰 기회를 가질 것으로 기대한다. 

<ifsPOST>