지난 블로그 레터에서는 배양육의 개념과 개발목적을 주제로 블로그 포스팅을 한 적이 있습니다. 이번 블로그 레터에서는 배양육이 어떻게 개발되고 있는지 실제 배양육의 연구 동향과 기술 발전을 토대로 살펴보겠습니다.
배양육의 연구 동향과 기술 발전은 빠르게 진화하고 있습니다. 현재 주요 연구 테마로는 맛과 질감의 개선, 비용 절감, 대량생산 기술에 집중되고 있습니다. 예를 들어, 3D 프린팅 기술을 활용해 고기의 구조를 정교하게 재현하거나, 영양소를 강화한 배양육 생산이 활발히 연구되고 있습니다. 또한, 다양한 식물성 재료와 결합해 배양육의 풍미를 개선하는 시도도 진행 중입니다. 이러한 기술 발전은 배양육의 상업화 가능성을 높이고 있습니다.
아래에서는 기업에서 주로 연구하고 있는 3D 프린팅 기술과 식물성 재료와 결합해 배양육의 풍미를 개선하는 시도(대체육)에 대해 보다 구체적으로 설명 드리겠습니다.
맛과 질감의 개선: 3D 프린팅을 통한 조직 구조 재현 (알레프 팜스)
2023년에 푸드 시스템의 지속 가능성, 식량 안보 및 동물 복지를 개선하는 데 전념하는 세포 농업 기업인 알레프 팜스(Aleph Farms)가 자사 브랜드 알레프 컷(Aleph Cuts)의 세계 최초 배양육 스테이크를 스위스에 판매하기 위해서 스위스 연방 식품 안전 및 수의학 협회(Swiss Federal Food Safety and Veterinary Office, FSVO)에 규제 승인 신청서를 제출했다고 발표했습니다. 이를 위해 스위스 최대의 소매유통업체인 미그로스(Migros)가 협력했으며, 이들은 스위스의 구체적인 규제 승인 절차를 분석하는 데 큰 역할을 했습니다.
알레프 팜스는 이스라엘에 있는 세포 농업 회사로 지속 가능한 유축농업을 보완하기 위해 양질의 동물 단백질 및 지방 공급을 다각화하고 생산을 분산시킴으로써 푸드 시스템의 지속 가능성, 식량 안보, 동물 복지 향상을 위해 노력하고 있습니다.
2017년에 설립된 알레프 팜스는 2018년에는 세계 최초로 얇게 썬 쇠고기 배양육 스테이크를 그리고 2021년에는 세계 최초의 배양육 립아이 스테이크를, 그리고 2022년에은 배양 콜라겐을 선보였으며, 자사 제품 브랜드인 알레프 컷을 통해 변형을 가하지 않은 프리미엄 블랙 앵거스 소의 세포를 배양해 만든 첫 번째 제품 배양육 프티 스테이크(Petit Steak) 출시를 앞두고 있습니다.
그리고, 2023년 12월에 이스라엘 국립식품청 산하 식품 위험 관리부는 배양육 제품에 안전 인증 마크를 부여했다며 "식량 안보와 같은 공통 과제를 해결하는 것이 중동 지역은 물론 식량 수입에 크게 의존하는 전 세계 다른 지역의 번영을 보장하는 최선의 방법이 될 것"이라고 말했습니다.
알레프 팜스에서 배양 쇠고기를 만드는 방법은 조직 근육을 지속적으로 성장시키는 동물의 능력을 활용했다고 밝혔습니다. 이후 동물과 비슷한 세포가 조직으로 성장할 수 있는 최적의 조건을 재현해 동물 외부에서 고기를 성장시키고, 어느 정도 성장을 마치면 발효조 역할을 하는 탱크로 옮겨지게 되며, 그곳에서 미완성된 세포는 고기를 만드는 3D 구조로 양육되고 최종적으로 형성된다고 밝혔습니다.
조금 더 상세하게 설명하자면 알레프 팜스는 총 6단계의 단계를 거쳐서 배양육을 만든다고 합니다. 첫 번째 단계는 동물로부터의 세포 채취과정인데, 소와 같은 동물의 근육 조직에서 세포를 채취합니다. 이때 필요한 것은 소의 조직 일부로, 동물을 도축할 필요는 없습니다. 그리고, 세포 유형을 선택하는데, 근육세포(근육 전구세포 또는 위성 세포), 지방 세포, 혈관 세포 등 고기 특유의 구조와 맛을 재현하는 데 필요한 다양한 세포를 선택하여 채취합니다. 두 번째 단계는 채취한 세포를 특정 환경에서 배양하여 증식시키는 단계입니다. 이 과정은 살아있는 동물의 몸 안에서 자연적으로 일어나는 세포 성장 과정을 모방하며, 이때는 세포 성장에 필요한 영양분, 성장 인자 등이 포함된 배양액을 사용하여 세포가 건강하게 성장하고 분화할 수 있도록 맞춤형 배지를 사용합니다. 세 번째 단계는 근육, 지방 등 필요한 조직으로 분화될 수 있도록 세포를 유도하는 과정인데, 이 과정은 세포가 특정 유형의 조직(예: 근육 조직, 지방 조직)으로 발달하게 하는 단계입니다. 이때, 알레프 팜스는 3D 조직 공학 기술을 사용하여 세포가 자연스럽게 결합하고 조직을 형성하도록 유도합니다. 이를 통해 고기의 물리적 구조와 식감을 재현할 수 있습니다. 그리고 네 번째 단계는 생물 반응기에서 대량생산 하는 것입니다. 대규모로 세포를 배양하고 조직을 성장시키기 위해 생물 반응기(bioreactor)를 사용하며, 이 반응기는 일정한 온도, pH, 산소 농도 등 세포 성장을 최적화하는 환경을 제공합니다. 이 때 여러 층으로 구성된 세포 시트(layers)를 형성하여 고기의 두께와 질감을 조절하며, 이를 통해 단일 세포층이 아닌 고기 덩어리처럼 보이고 느껴지도록 합니다. 다섯 번째 단계는 원하는 조직이 충분히 성장하면, 이 조직을 수확하여 고기로 가공하는 단계입니다. 수확된 배양육은 일반 고기처럼 다양한 형태(스테이크, 햄버거 패티 등)로 가공될 수 있으며, 고기 특유의 맛, 질감, 영양 성분을 최대한 구현하는 것을 목표로 하여 다양한 배양육 제품을 개발합니다. 마지막으로 생산된 배양육의 안전성과 품질을 보장하기 위해 여러 가지 검사와 테스트를 거치며, 이를 통해 소비자에게 안전하고 고품질의 제품을 제공할 수 있습니다.
앞서 얘기했듯이 알레프 팜스는 올해 초부터 이스라엘에 이어 스위스에서 자사 제품에 대한 규제 허가를 획득하는 과정을 시작했다고 밝혔습니다. 그리고, 2023년 3월에는 제조기관인 싱가포르의 에스코우 에스더 (ESCO Aster)와 협력해 연간 10~20톤의 배양 쇠고기를 생산할 수 있는 능력을 갖춘 생산 시설을 싱가포르에 설립하겠다고도 발표했습니다.
한편 현재 세계 각국에서는 배양육과 관련된 규제 마련에 힘쓰고 있지만 아직까지는 명확한 규제 가이드라인이 제시되어있지 않습니다. 한국 또한 2021년 이후 배양육 개발에 열을 올리고 있는 모양새 이며, 대통령 소속 농어업·농어촌특별위원회는 지난해 4월 미래 신산업특별위원회를 출범해 배양육과 대체육 등 신산업 소재 발굴에 나서겠다는 뜻을 천명하는 등 세포배양물을 식품 기준에 포함하고자 하는 의지를 보이고 있습니다.
식물성 재료와 heme의 결합(대체육, 임파서블 푸즈)
임파서블 푸드(Impossible Foods)는 미국의 식품 기술 회사로, 주로 식물 기반의 대체육 제품을 개발하여 판매하고 있습니다. 임파서블 푸드가 우리에게 알려진 계기로는 버거킹과 협력하여 임파서블 버거를 판매한 이후부터라고 할 수 있습니다. 이 제품은 쇠고기 버거의 맛, 질감, 색깔을 모방하여 만들어진 식물 기반 버거 패티인데, 주요 성분은 콩 단백질과 코코넛 오일, 해바라기 오일 그리고 가장 중요한 헴(Heme)이 있습니다.
임파서블 푸드의 제품에는 헴(Heme)이라는 성분을 특징으로 보여주고 있는데, 헴은 철분이 풍부한 분자로 동물의 혈액에 자연적으로 존재하며 육류의 고유한 맛과 향을 내는데 중요한 역할을 한다고 알려져 있습니다. 임파서블 푸드에서는 유전자 변형 효모를 사용하여 식물에서 이 헴을 대량으로 생산하여 육류의 맛을 재현한다고 밝혔습니다.
조금 더 상세하게 알아보면, 임파서블 푸드는 레그헤모글로빈(Leghemoglobin)이라는 콩과 유래 식물의 헴을 사용하고 있는데, 임파서블 푸드에서는 보다 용이하게 헴을 얻기 위해 재조합 효모를 제작하였다고 합니다. 재조합 효모 제작 시 효모 내로 도입시킨 유전자 정보는 “Expression constructs and methods of genetically engineering methylotrophic yeast (메틸영양성 효모를 유전적으로 조작하는 발현 constructs 및 제조방법, US9,938,327)”라는 특허에 상세하게 기술되어 있는데, 총 8가지의 효소가 필요합니다. 이 8종의 효소는 효모와 대장균의 헴 생합성에 필요한 모든 유전자 set입니다.
임파서블 푸드에서는 각각의 효소 8개에 대해 개별 cloning을 실시하여 construct를 제작한 다음 레그헤모글로빈 유전자와 통합시킨 균주를 제작하였고, 다양한 균주 테스트를 실시하여 최적의 생산균주를 확보하였고, 이를 제품화하는데 활용하고 있습니다.
2016년에는 미국 식약처에 패티의 안전성을 입증하는 자료 (Generally Recognized As Safe, GRAS)를 제출하였고, 2년이 지나 “이의 없음” 서신을 받기도 했습니다. 즉, 충분히 안전성을 인정받았다고 생각할 수 있습니다.
한편, 임파서블 푸드는 초기에 주로 미국내 레스토랑을 통해 제품을 소개하였으나, 이후에는 소매점과 국제 시장으로 판매를 확대하고 있습니다. 임파서블 푸드는 미국을 중심으로 국내외에서 다양한 식품 체인과 협력하여 제품에 대한 접근성을 높이고 있습니다.
오늘 블로그 레터에서는 배양육과 대체육을 개발하는 회사들을 모델로 얘기를 해봤는데요. 결론적으로 말씀 드리면, 향후 배양육에 대한 연구는 배양육이 환경문제 해결사로 급부상한데다 인류의 식량문제 해결에도 기여할 수 있어 배양육 시장이 기존 육류를 뛰어넘을 것이란 전망이 높다고 말씀드릴 수 있으며, 꽤 괜찮은 전망을 보이고 있다고 말씀 드릴 수 있습니다.