홍진기 교수팀, 지속 가능한 식량 시스템 위한 쌀알 기반 배양육 개발

나노 코팅과 쌀알, 가축 세포의 통합이 새로운 하이브리드 식품 탄생 이끌어

재료 분야 국제 최고 권위 저널 ‘Matter(IF 18.9)’ 게재

[사진. (왼쪽부터) 홍진기 교수, 박소현 박사(제1저자)]

공과대학 화공생명공학과 홍진기 교수 연구팀은 지속 가능한 식품 시스템 구축을 위해 나노 코팅으로 기능화된 쌀알에 가축 세포를 통합해 영양이 풍부한 쌀알 기반 배양육을 개발했다. 또한, 이 새로운 배양육의 식품 특성과 생산 가치에 대해 논의해 식량 위기와 지구 온난화로부터 지속 가능한 식품으로서의 잠재력을 보고했다. 

건강 문제 증가, 전염병 위험, 기후 변화, 자원 부족 등의 요인으로 인해 식품 시스템은 전 세계적으로 구조적 변화를 겪고 있다. 따라서 피할 수 없는 식량 위기에 대비해 안정적인 식량 체계를 확보하는 것은 오늘날 인류의 숙원 사업이다. 이에 따라 인공육, 곤충 유래 단백질, 3D 프린팅 식품 등 흥미로운 미래 식품이 최근까지도 계속 보고되고 있다.

그러나 지속 가능한 식품 시스템을 이루기 위해서는 제품 생산 과정의 안전성과 안정성이 보장돼야 하며, 제조된 식품은 영양이 균일하고 높은 가공성을 가져야 한다. 안타깝게도 지금까지 보고된 미래 식품 후보들은 영양 불균형, 생소한 맛, 열악한 성형 및 낮은 가격 경쟁력 등 상품화 측면에서 실질적인 한계를 갖고 있다.

홍진기 교수 연구팀은 일상에서 쉽게 접할 수 있으며 필수 영양소를 함유한 ‘쌀알’을 가축 세포의 3D 지지체로 사용해 상용화 가능성이 높은 새로운 형태의 하이브리드 식품을 제조하는 전략을 설계했다.

쌀알의 패킹 구조는 넓은 표면적, 다공성 및 조직화된 공간을 제공해 가축 세포의 함입을 수용하며, 쌀알을 생선 젤라틴과 식품 등급 효소로 구성된 나노 코팅으로 기능화함으로써 쌀알의 세포 수용량을 크게 증가시킬 수 있다. 가축 소의 근아세포와 지방 유래 중간엽 줄기세포를 코팅된 곡물 위에 증식 및 분화시켜 조직화된 세포를 함유한 영양이 풍부한 쌀알 배양육이 탄생됐다.

쌀알 배양육은 일반 쌀알과 비교해 뚜렷한 형태적, 기계적 특성을 나타냈으며, 이러한 차이는 밥의 식감에 큰 영향을 미쳤다. 쌀알 배양육의 영양 성분, 식감 및 향미 분석 등의 결과는 이의 영양학적 가치와 식품 잠재력을 증명했다. 쌀알 배양육은 일반 쌀보다 더 많은 단백질과 지방을 함유하고 있어 풍부한 풍미를 나타냈다. 또한, 쌀알 배양육의 단백질은 소 조직 단백질과 유전적으로 18.54% 일치했다.

[그림. (왼쪽) 코팅된 쌀알과 가축 소 세포를 통합해 쌀알 기반의 배양육을 제조하는 전략을 보여 주는 개략도. (오른쪽) 개발된 쌀알 배양육의 특징을 보여 주는 대표 결과]

홍진기 교수는 “이 전략은 식품, 지지체 및 세포가 상호 이익이 되는 하이브리드 기술”이라며, “재료 간의 상호 작용을 최적화해 다른 식품 성분에도 폭넓게 적용할 수 있다.”고 밝혔다.

더불어 “미래 식품 개발에 재료 공학을 도입하면 다양한 형태의 미래 식품 개발이 실현 가능할 것”이라고 기대하며, “본 기술은 자가 생산 가능한 식량 체계에 적용 가능하므로, 이러한 곡물 기반 단백질원은 저개발국, 전쟁 및 우주 등 비상사태에 대응한 구호 식량으로 개발될 수 있다.”고 평가했다. 

본 연구는 한국연구재단(NRF)와 한국보건산업진흥원(KHIDI)의 지원을 받아 진행됐으며, 연구 결과는 재료 분야 국제 최고 권위 학술지 ‘매터(Matter, IF 18.9)’에 2월 14일 게재됐다. 

논문정보

● 논문제목: Rice grains integrated with animal cells: A shortcut to a sustainable food system

● 논문주소: https://doi.org/10.1016/j.matt.2024.01.015