1. 서론

대체육의 역사는 생각보다 오래 전부터 시작되었다. 1986년 John Harvey Kellogg가 땅콩을 이용하여 Meatless meat을 만든 것이 최초의 대체육이며, 우리나라에는 콩고기라 불리는 조직화대두단백(textured soy protein, TSP)이 오랜시간 대체육으로 이용되어 왔다. 최근 들어 비건 인구의 증가와 동물복지 및 축산산업에 의한 환경오염문제가 대두되며 본격적으로 대체육 및 배양육에 대한 관심이 증대되기 시작하였다. 일반적으로 식물성 단백질을 이용하여 만든 것이 대체육이며, 가축의 줄기세포를 이용하여 실험실환경에서 근육세포와 지방세포를 배양하여 구조를 만든 것이 배양육이다. 배양육산업은 생명공학적 기술을 기반으로 발전하고 있으나, 대체육산업은 임파서블 푸드가 생명공학 기술을 이용하여 생산한 소재를 이용하는 것을 제외하고는 대부분의 소재를 식물성 원료와 Chemical 첨가물을 이용하고 있는 실정이다. 대체육에서는 임파서블 푸드가 생명공학 기술을 이용하여 생산한 소재를 이용하였으나, 대부분 식물성 원료와 화학적 원료를 주로 이용하고 있는 실정이다. 즉, 고기를 대신하기 위한 진정한 의미의 대체육을 위해서는 생명공학의 발전이 뒷받침이 되어야 한다.

2. 본론

2.1. 대체육

전세계적으로 대표적인 대체육 제품은, 비욘드 미트(Beyond Meet)의 비욘드 버거(Beyond burger)와 임파서블 푸드(Impossible Food)의 임파서블 버거(Impossible burger)이다. 비욘드 버거와 임파서블 버거는 모두 대두단백질을 기반으로 다양한 첨가물을 이용하였다. 비욘드 버거와 임파서블 버거의 비타민, 미네랄류, 단백질 등 영양소의 함량 및 조성은 소고기 버거와 유사하다 (표 1). 비욘드 버거와임파서블 버거는 영양적인 면에서는 서로 비슷하고, 지방 맛을 위해서 코코넛 오일을 이용하고, 단백질 원으로는 Peaprotein, Soy protein 등을 공통적으로 이용하였다. 그러나 고기의 색감을 구현하기 위하여 비욘드 버거는 비트착즙액을 이용하였고, 임파서블 버거는 Engineered Pichia pastoris를 이용하여 생산한 콩 유래의 Leghemoglobin이 첨가되었다는 가장 큰 차이점이 있다 (표 2). 비욘드 버거와 임파서블 버거 모두 소고기 버거와 영양소를 맞추기 위하여 다양한 Chemical 유래의 식품첨가물을 이용하였고, 상온에서도 쉽게 굳는 코코넛 오일을 사용하였으며, 소고기 버거에 비해 높은 염도 때문에 대체육을 섭취할 시 건강에 대한 의문점을 제시하는 의견들이 있다 [1-3].

기타 식품첨가물로 chemical 유래의 비타민과 무기물이 사용되었다 (표 2). 그리하여, 고기를 모방한 대체육이지만 실제로는 chemical 덩어리 이며 상온에서도 쉽게 굳는 코코넛 오일을 사용하였고, 대체육에 포함되어 있는 높은 염도 때문에 건강에 오히려 안 좋다는 주장도 있는 것이 사실이다 [2,3]. 이러한 주장을 없애기 위해서는 화합물의 사용을 줄이고, 천연이라고 할 수 있는 물질로 바꿔야 한다. 그 물질을 만들 수 있는 것이 미생물이다. Yeast는 비타민 및 무기물의 함량이 높은 미생물이며, Yeast Extract의 경우 소금대체제의 역할도 할 수 있다 [4]. 이런 특성을 이용하여 ALE(Adaptive Laboratory Evolution) 방법을 통해 특정물질의 생산성을 높여 Yeast extract로 첨가하거나, 합성생물학 방법을 이용해 genome engineering하여 특정 물질을 대량생산하는 균주를 제작하고, 대량생산 및 정제를 하여 첨가하는 방법이 있다. 이런 경우 GMO issue가 발생할 수 있지만, 정제과정을 통해 Host의 genome이 검출되지 않고, host의 protein이 일부 포함되는 경우라도 toxin으로 알려진 protein이 없으면, 생산된 물질에 대해서는 FDA에서 GRAS인증을 받는 사례가 증가하고 있어, 식품의약품안전처의 규제여부에 따라 한국에서도 사용 가능할 수 있다 [5-8].

위에 재기되고 있는 우려를 없애기 위하여, 생명공학적 기술을 대체육 개발에 적용한다면, 건강하고 안전한 대체육을 개발할 수 있을 것이라고 생각한다.

2.2. 배양육

전세계적으로 연간 소비되는 고기의 양은 약 3억5천만 톤에 달한다. 그 중 가금류, 돼지, 소고기가 전체 고기소비의 92%를 차지하고 있다 [9-11]. 고기를 생산하는 데 있어 온실가스배출과 과한 물 소비 때문에 환경에 대한 우려가 증가하고 있다. 100g의 단백질을 위해서 소고기를 생산할 경우 약 50kg의 온실가스가 생산된다. 돼지는 약 8kg, 가금류는 약 6kg의 온실가스가 배출된다 [12]. 또한, 고기를 생산하는데 매우 많은 물이 사용된다. ‘고기를 생산하는데 무슨 물이 많이 사용되는가?’ 라는 의문을 가질 수 있지만, 미국에서는 전체 물 사용량 중 절반이 가축의 먹이로 쓰이는 곡물재배에 이용된다고 한다. 소의 경우 1kg의 고기를 생산하기 위해서 15,500L의 물이 사용되며, 돼지의 경우 6,000L의 물이 사용된다. 육류로 가장 많이 소비되는 소가 온실가스 배출과 물 소비가 다른 가축보다 압도적으로 높은 것을 알 수 있다.

Fig. 1. 가축을 이용한 고기 생산과 대체육, 배양육의 환경에 미치는 영향 비교 (This figure is reproduced using Fig. 2 in Nicolas Treich (2021).)

[9]. 매년 기후 변화에 의해 전 세계적으로 피해를 받고 있는 현 시점에서, 위와 같이 기후변화를 야기하는 데 한 축을담당하는 고기생산 방법의 변화에 대해 생각해 봐야 할 때이다.

배양육 개발의 시작은 환경문제에 대응하기 위한 방법으로 시작이 되었다 [10,11]. 배양육은 가축(소, 돼지, 가금류)의 근육세포 또는 배아세포에서 줄기세포를 분리한 후, 근육세포로 분화시켜 배양 후 적층하여 고기의 모양을 만든다. 배양육은 실내에서 생산되기 때문에, 자연재해 같은 외부환경에 따른 식량생산변화를 일으키지 않고, 가축을 키우는 데 들어가는 자원이 필요가 없다는 장점이 있다. 반면에, 극복해야 될 단점도 있는데, 배양육을 배양하기 위하여 줄기세포로부터 근육 및 지방세포로 분화시켜야 하며, 배양육을 배양하기 위한 값싼 배지를 개발해야 하고, 배양기를 가동하는데 많은 에너지를 소비한다 [12,13]. 좀더 깊게 들여다본다면 (Fig. 1), 소고기, 돼지고기, 닭고기, 대체육, 배양육의 에너지소비, 온실가스 배출, 수질오염, 토지요구도를 비교한 결과, 배양육의 에너지 소비는 소고기의 1.35배 높지만, 온실가스 배출, 수질오염, 토지요구도에서는 소고기의 0.25배, 0.04배, 0.06배밖에 되지 않는 결과를 나타내고 있다. 대체육의 경우에도 소고기에 비해 0.65배, 0.12배, 0.01배, 0.03배밖에 되지 않는다(에너지 소비, 온실가스 배출, 수질오염, 토지요구도 순). 그 외 다른 고기류는 대부분 대체육 및 배양육과 비슷한 수준을 나타내고 있다 [13-15]. 결과적으로, 소고기만 배양육으로 교체를 해도 대기, 수질, 토양 오염을 획기적으로 줄일 수 있게 될 것이다.

그러나, 현 시점에서 배양육을 개발하는 데 현실적인 문제점이 존재한다. 현재 배양육을 배양하는 데 꼭 필요한 물질은 소태아혈청

(Fetal Bovine Serum)이다. 소고기를 대체하기 위하여 배양육을 배양하는 데 소 태아 혈청이 필요한 아이 러니한 상황이며, 이로 인해 생산단가도 상당히 높게 책정된다. 배양육을 대중화하기 위해서는 이 부분의 해결이 가장 시급한 일이며, 많은 연구그룹에서 다양하게 접근을 하고 있다. FBS (Fetal Bovine Serum)를 대체하기 위하여 단백질 부분은 미세조류, 대두 등의 원료를 이용하여 대체를 하고 있으나, 혈청에 있는 성장인자, 호르몬, 헤모글로빈 등은 완벽하게 대체자원으로 호환되지 않을 수도 있다. 따라서 배양육에 맞는 것을 

recombinant protein같은 것으로 생산하여 배지에 첨가시키고, GRAS균주의 heme-binding protein을 배지에 첨가해 주는 등 생명공학적인 방법으로 배양육 배지용 첨가제개발 및 대량생산이 되어야 한다.

3. 결론

현재 다양한 업체에서 다양한 대체육 제품이 출시가 되고 있다. 그러나 앞서 언급한 비욘드 버거나 임파서블 버거와 같이 발전된 형태의 제품들도 있으나, 조미료 및 화학첨가제만 잔뜩 넣은 제품들이 대부분이다. 기존 고기를 대체하기 위한 대체육의 개발을 위해서는 고기의 질감을 위한 식품공학분야의 노력도 필요하지만, 임파서블 푸드에서 선례를 보여주었듯이 생명공학분야에서의 다양한 소재개발 및 소재의 대량생산이 동반이 되어야 하며, 정부의 규제 완화가 함께 필요할 것이다. 배양육 분야에서는 소태아혈청을 이용하지 않은 대량생산이 가능한 배양육용 배지 개발이 배양육 대중화의 열쇠라고 생각하며, 이 분야에 많은 협동연구가 이루어져야 된다고 생각한다.

References

1. Myers A. 2020. Why Fake Meat Is a Problem, Not a Solution. Accessed

2. Sweeney E. 2019. Are Beyond Meat And Impossible Burgers Better For You? Nutritionists Weigh In., p In HUFFPOST,

3. Reinberg S. 2021. How Healthy Are the New Plant-Based 'Fake Meats'?, WebMD.

4. Ghoush LA, Khatib SE. 2021. Yeast Extract: A Potential Substitute of Salt in Baked Crackers. International Journal of 

Environment, Agriculture and Biotechnology 6:86-94.

5. Jin Y, He X, Andoh-Kumi K, Fraser RZ, Lu M, Goodman RE. 2018. Evaluating Potential Risks of Food Allergy and Toxicity of Soy Leghemoglobin Expressed in Pichia pastoris. Mol Nutr Food Res 62.

6. \Reyes TF, Chen Y, Fraser RZ, Chan T, Li X. 2021. Assessment of the potential allergenicity and toxicity of Pichia proteins 

in a novel leghemoglobin preparation. Regul Toxicol Pharmacol 119:104817.

7. Inc. IF. 2018. Soy leghemoglobin preparation from a strain of Pichia pastoris (GRN-737).

8. FoodWorks M. 2021. Myoglobin preparation from a strain of Pichia pastoris expressing the myoglobin gene from Bos 

taurus (GRN-1001).

9. Anonymous. THE WORLD COUNTS. https://www.theworldcounts.com/challenges/consumption/foods-and-beverages/worldconsumption-of-meat. Accessed

10. Anonymous. 2021. Is eating meat bad for the environment?, p In FutureLearn, https://www.futurelearn.com/info/blog/eating-meatbad-for-environment.

11. Anonymous. 2021. Climate change: Do I need to stop eating meat?, p In BBC news, https://www.bbc.com/news/explainers-59232599.

12. Poore J, Nemecek T. 2018. Reducing food's environmental impacts through producers and consumers. Science 360:987-992.

13. Rubio NR, Xiang N, Kaplan DL. 2020. Plant-based and cell-based approaches to meat production. Nat Commun 11:6276.

14. Treich N. 2021. Cultured Meat: Promises and Challenges. Environ Resour Econ (Dordr) 79:33-61.

15. Mattick CS, Landis AE, Allenby BR, Genovese NJ. 2015. Anticipatory Life Cycle Analysis of In Vitro Biomass Cultivation for

Cultured Meat Production in the United States. Environ Sci Technol 49:11941-9.