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[스페셜기획] 신개념의 바이오 혁명!! 단백질 면역 시대를 열어간다

"PBS" (Protaetia Brevitarsis Seulensis)

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특허뉴스 이성용 기자
기사입력 2020/11/16 [14:19]

 

 

지구촌의 식량 위기

 

인류는 현재 급격한 기후변화와 환경변화 속에 농지가 줄어들면서 커다란 위기를 맞고 있다. 이런 상황에서 현재의 식량 생산 시스템으로는 2050년쯤 90억 명에 달할 것으로 추산되는 세계 인구를 먹여 살 릴 수 없다.

 

기후변화 대응 실태

 

반기문 기후환경회의 위원장은 지난 629일 국회에서 열린 기후 악당에서 기후 선도국가로, 그린 뉴딜을 통한 기후 위기 대응 강화간담회에 참석해 한국이 호주, 사우디아라비아 등 일부 국가와 함께 기후 악당(climate villain)이라고 비판받는다라고 말했다.

 

영국의 기후변화 전문 언론 클라이밋홈은 지난 2016년 환경연구단체 기후 행동추적(Climate Action Tracker)’의 분석을 토대로 한국을 사우디아라비아, 호주, 뉴질랜드와 함께 기후변화 대응에 가장 무책임한 나라로 꼽았다. 이러한 비난의 초점은 신재생 에너지로 탄소 중립을 이룰 것인가에 대한 것이었으니 우리 개개인의 삶과 무관하다고는 할 수 없다. 우리가 사용하는 모든 전기와 자동차를 굴리기 위한 유류를 포함하여 움직이기 위한 에너지원으로 사용되는 모든 것의 생산과정에서는 탄소가 배출되는데 한국인들이 선택한 에너지 생산 방식과 소비 모두 낙제점이 라는 말이다.

  

 

식습관 실태

 

그렇다면, 우리의 몸을 움직이기 위한 에너지원인 식생활은 어떨까?

노르웨이 비영리 단체 EAT가 식습관과 건강, 기후변화의 인과관계를 분석해 발간한 더 나은 미래를 위한 식습관(The Diets for a Better Future report)’ 보고서에 따르면, 지구에 사는 77억 명을 위한 식량 생산은 기후변화를 불러오는 온실가스(Global GHG : Green House Gas) 배출의 4분의 1을 불러오는 요인이다. 이 중 40%는 가축사육, 음식물쓰레기, 쌀재배, 비료사용, 농지조성, 산림벌채 등이 기인한다. 보고서에 따르면 우리나라의 1인당 음식 소비로 인한 온실가스 배출량은 지구가 감당할 수 있는 한계를 넘었고, 붉은 고기 소비량은 적정량의 3배에 가깝다.

이를 쉽게 말해 보면 지구에서 모든 사람이 한국인과 같이 고기와 야채 등을 먹는다면, 2050년에는 이를 감당하기 위해 지구가 하나 이상 더 있어야 할 것이라는 추산이다. 보고서에는, 만약 전 인류가 우리나라를 포함한 G20 선진국들처럼 먹어댄다면 우리가 사는 지구가 자그마치 7개나 더 있어야 감당할 수 있다는 말까지 나온다. 실제로 지표에서 한국은, 개인당 식습관으로 인한 탄소배출순위에서 20개국 중 13위를 차지했고 지구가 감당 할 수 있는 선을 이미 1.5배나 넘은 것으로 나타났다.

 

식습관에 따른 현상

 

식습관에서 기인하는 탄소배출을 어떻게 줄일 수 있을까? 갑자기 먹던 것을 안 먹기에는 어려운 점이 많다. 먹는 행위는 단지 생존을 위해 서만이 아니라 기호이기도 하기 때문이다. 하지만 이제 그러한 기호를 충족시키기에는 한계에 봉착했다는 것이 우리 모두의 현실이다. 경작 면적이 줄어들고 있는 상황에 물부족도 전 지구적으로 심각하여, 작물을 사료로 전화하여 물을 먹여가며 키워야하는 축산업의 미래도 암울하다. 유네스코 산하 물·환경교육기관(waterfootprint.org)의 연구 결과를 보면, 1마리는 도축되기까지 밀과 옥수수·콩 등의 곡물 1300과 목초 등의 조사료(거친먹이) 7200을 섭취하고 24의 물을 마신다. 또 축사 청소 등에 7의 물이 들어간다. 환산해보면, 소고기 1에는 15500, 돼지고기 1에는 4800, 닭고기 1에는 3900의 물이 각 필요하다.

 

지구오염 및 전염병

 

인수공통 전염병도 문제다. 날로 지구온난화가 심화되는 가운데 각종 병원체의 활동이 활발해지고 있기 때문이다. 심지어는 축산-도축-가공 과정에서 오염된 식물이 사람에게 치명타를 입히는 경우도 종종 기사를 통해 접하는 시대가 되었다.

 

전염병 해결 방안

 

만약 날로 늘어만 가고 있는 광우병이나 브루셀라, 혹은 O157과 같은 치명적인 인수공통 전염병 때문에 고기 섭취를 줄이거나 멈추게 되면 양질의 단백질을 어떻게 섭취해야 할까? 채식으로 전환하면 간단히 해결될 듯하지만, 꼭 그렇지도 못하다.

 

단백질과 탄소배출

 

대표적인 식물성 단백질원으로 거론되는 대두류는 이미 유전자조작(GMO)이라든가 농약, 토지오염, 지하수 오염 문제에서 자유롭지 못한 상태이다. 식물성으로 양질의 지방을 제공한다는 아보카도는 품종도 하스(Hass)나 헤이스(Hayes) 정도로 제한되어 있고 재배조건이 매우 까다롭다. 이러한 이유로 최종 소비되는 아보카도는 전량 멕시코를 비롯한 특정 지역에서 재배되어 전 세계를 여행하고서야 우리의 식탁에 올라온다. 때문에, 우리가 건강을 이유로 다량 소비하고 있는 대두나 닭고기 혹은 삼겹살, 목살을 위시한 돼지고기처럼 아보카도는 장거리 운송에서 엄청난 탄소를 배출한다. 아니, 운송에서 발생하는 온실가스만 논란이 되는 게 아니다. 경작 시 물 소모량도 어마어마하다. 가로세로 100m 규모의 아보카도 농장을 운영하는 데 하루에 10L가량 물이 들어간다. 사람 1000명이 하루 동안 쓰는 물의 양과 맞먹는다.

 

곤충과 단백질

 

데이탐(DATAM)과 같은 기업은 바로 이러한 문제에 천착하여 지능형 농장(스마트 팜)을 이용한 야채 재배, 지능형 공장식 농장을 통한 곡식류와 과실 재배 및 고기를 대체하여 단백질을 섭취 할 수 있는 곤충식량 연구에 매진하고 있다. 세계은행에서 아프리카지역의 기아 해결 프로젝트를 이끌고 있는 도르테 버너 담당관에 따르면, 농촌진흥청을 중심으로 개발해 온 한국의 곤충 관련 연구업적은 세계 최고 수준이다.

 

바이오스마트팜 개발

 

 

 

데이탐(DATAM)이 설계와 실증을 진행중인 스마트 팜, 팩토리 팜과 같은 지능형 농장들은 물을 극단적으로 재활용하여 공급 유지하며 작물을 재배하고 외부 기후와는 상관없도록 폐쇄되어 통제된 구조이기 때문에 혹한이나 혹서 혹은 장마로 지대한 영향을 받는 동일 노지재배보다 훨씬 적은 유지보수 에너지가 요구되고 대면적이 필요없는 수직구조의 빌딩형 재배가 가능하여 주 수요처인 도심에서도 경작이 가능하다. 이러한 잇점들은 곧 노지재배보다 더 적은 노동과 에너지로 더 청정한 식품을 보다 낮은 탄소배출 환경에서 소비자의 식탁에까지 올려준다는 것과 같은 이야기이다.

지금까지 누구든 스마트팜은 야채나 과실 혹은 부피가 적은 곡식류를 위한 것으로만 생각했지만 데이탐(DATAM)은 이를 한 단계 더 발전시켜 천연 단백질 및 지방산 공급원으로 탈바꿈시키는 데에 성공했다. 바로 PBS라는 곤충 식량을 폐쇄환경에서 대량 사육에 성공한 것이다.

 

흰점박이꽃무지(PBS)

 

PBS는 라틴어 학명인 Protaetia Brevitarsis Seulensis에서 유래된 이름인데 우리말로는 흰점박이꽃무지라고 한다. 다른 말로는 굼벵이라고 불리는데 흔희 자양강장식품으로 인식된 곤충이지만 실상은 인류의 건강한 식생활과 관련된 미래가 달려있는 식용, 약용 재료이다. 흰점박이꽃무지는 학계에서 식용 혹은 약용으로 오랫동안 연구되어 온 몇 안되는 곤충가운데 하나이고, 그 분포가 유럽으로부터 한국에 이르기까지 넓어 사용된 용례가 각 지역별 문화별로 풍부하고 사육으로부터 최종 도축에 이르러 식탁에 오르기까지의 접근성이 좋다. 곤충 식량이라는 개념이 다소 생소할지 모르겠으나 수천 년간 전 세계적으로 20억 명의 사람들이 1,900여 종 이상의 곤충을 식품으로 이용하고 있다. 식용으로 이용되는 곤충으로는 나비목(Lepidoptera), 딱정 벌레목(Coleoptera), 메뚜기목(Orthoptera), 흰개미목(Isoptera), 벌목(Hymenoptera) 등이 있는데, 흰점박이꽃무지는 이 중에서도 으뜸이다.

   

▲ 흰점박이꽃무지(PBS)유충의 지방산 프로필   © 특허뉴스

 

곤충의 식품 개발

 

우리나라에서는 농촌진흥청의 연구로 갈색거저리 유충과 굼벵이(흰점박이꽃무지 유충), 쌍별귀뚜라미, 장수풍뎅이 유충이 2016년 식품의약품안전처의 최종적인 신소재 식품의 인증절차를 통과하여 식품공전에 등록되어 전통적으로 섭취해오던 벼 메뚜기와 누에 번데기, 백강잠과 더불어 총 7종의 곤충(흰점박이꽃무지 유충, 쌍별귀뚜라미, 장수풍뎅이 유충, 갈색 거저리)이 식품으로서 제조 및 판매가 가능하게 되었다.

 

▲ 식품단백질 메직(MAGIC)  © 특허뉴스

 

시장 상황

 

시장 상황 역시 호조건이다. 세계식량기구(FAO)에서 2013년에 발간한 포레스트리 리포트 제 117호는 FAO 최초로 곤충식량에 대한 독자 보고서가 출간되었는데 제목도 아예 식용 곤충 : 미래 먹거리와 식량보안에 대한 전망이다. 이로부터 3년 후 우리나라 농림수산식품부는 전통적인 양잠과 양봉을 벗어나 곤충산업육성 5개년 계획을 발표 하며, 2020년까지 곤충산업규모를 5,000억으로 확대하겠다고 천명했고, 곤충산업법 관련 법률의 재해석도 경제적인 관점에서 이루어지고 있는 상황이다. 시장조사기관 마켓앤마켓은 2019년 곤충 단백질의 세계시장의 규모가 14400만달러(1690억원)로 연평균 45% 성장하며 2025년에는 133600만달러(15657억원)에 이를 것으로 예측했다.

 

굼벵이의 연구

 

이와 같이 지속가능한 식량원으로써 곤충식량과 관련하여 많은 국책과제가 수행되었고, 굼벵이를 중점적으로 연구한 끝에 농진청에서는 2013년도부터 2017년 사이 항균, 항암, 항혈전을 위시하여 10여개의 식용 및 약용 특허가 쏟아져 나왔다.

 

굼벵이의 사업화

 

▲ DATAM CEO 이영철  © 특허뉴스

역시 같은 기간 동안 한국에서 유일하게 계통관리 및 종자관리를 바탕으로 GMP 규격하에 굼벵이 관련 상품을 국책연구와 농가협업을 통해 연구 출시한 기업체도 생겼다. 충청남도 태안에는 곤충사업 특화단지가 조성되어 있는데, 이 핵심역할을 한 업체가 바로 데이탐(DATAM)과 미래형 곤충식량 및 약용 조성물을 연구중인 딥루티드팜(HMO건강드림 영농조합법인)이다. 양사는 전략적 제휴를 거쳐 PAPS라는 합작사 설립을 통해 약용에 가까운 효능을 나타내는 건강식품으로부터 시작해 구체적으로 제약사들과 협업을 추진하며 진일보한 건강식품 제조 및 신약개발에 도전하고 있는데에 그치지 않고, 일상에서 섭취 가능한 무항생제, 무 첨가제 천연 단백질 및 건강한 식품에 관심을 기울이는 지식인의 식사라는 캐치프레이즈를 내걸은 단백질 하우스도 공동으로 운영중이다.

   

 

 

▲ 바이오스마트팜 조감도  © 특허뉴스


굼벵이 특허

 

제휴와 합작의 결과는 실용적이며 구체적인 면에서도 방대한 특허로 귀결되었다. 지능형 농장 내 사육을 위해 특허출원된 20185월 고품질 곤충 양식을 위한 IoT 기반의 양식관리 시스템(10-2017-0004603)으로부터, 황칠과 굼벵이를 이용한 중금속의 생체내 흡수방지 및 생체 외 배출을 위한 기능성 식품 조성물(10-2016-0108417), 식용 곤충을 이용한 콩 제조방법(10-2016-0110137), 굼벵이로부터 지방산 오일 및 수용성 펩타이드를 분리하는 방법(10-2017-0105724), 굼벵 이 사육용 사료 조성물 및 굼벵이 사육 방법(10-2017-0105718), 곤충분말을 이용한 인조콩 및 이의 제조방법(10-2017-0112401), 곤충분말을 이용한 인조고기(10-2017-0112404), 곤충 분말을 이용한 인조 조리콩의 제조방법(10-2017-0112404), 굼벵이와 구기자를 이용한 카드뮴 배출을 위한 기호성이 향상된 기능성 식품 조성물 (10-2018-0155035), 굼벵이를 이용한 체내 미네랄 균형 유지, 중금 속의 생체 내 흡수 방지 및 체외 배출을 위한 기능성 식품 조성물(102016-0156387), 굼벵이를 포함하는 치매 예방 또는 치료용 조성물 (10-2020-0052411)에 이르기까지 다양한 방면으로 꾸준히 연구성 과물을 도출하는데 성공하였다. 이중 특히 돋보이는 특허는, “굼벵이로부터 지방산 오일 및 수용성 펩타이드를 분리하는 방법인데, 데이탐(DATAM)과 딥루티드팜(HMO건강드림영농조합법인)의 합작사인 PAPS에서는 이 특허를 이용해, 원물-세척-멸균-단백질 분리추출-발효농축-멸균 분말 분산에 이르는 일관 공정을 통해 매직(MAGIC)이라는 액상 천연 단백질을 개발하여 일상 음식에 첨가 가능한 기능성 천연조미식품을 출시하였다.

 

단백질의 유래

 

단백질이라는 것은 아미노산(amino acid)들이 펩타이드(펩티드, peptide) 결합으로 연결된 분자이며, 인간의 인체를 비롯하여 지구상의 모든 생물체를 구성하는 구성물질 중 하나이다. 영어 ‘protein’은 그리스어로 가장 먼저 중요한 것을 뜻하는 프로테이오스에서 유래했다.

 

단백질의 구성요소

 

생물체 내에서 단백질은 만능이라 해도 좋을 정도로 다양하게 쓰인다. 생물체 내에서 일어나는 복잡한 화학반응을 일으키는 효소들은 대부분 단백질이다. 근육과 같이 몸을 구성하는 역할도 한다. 뿐만 아니라 면역에 중요한 항체도 단백질로 이루어졌으며, DNA 사슬을 감아 뭉치고 2차적 유전정보를 저장하는 히스톤도 단백질이고, 연골, 피부, 가죽, , 비늘 등을 이루는 주성분 콜라겐과 케라틴도 단백질이다. 거기다 몇 몇 호르몬까지도 단백질이다. , 생물의 기본적인 DNA 복제서부터 생물의 외형 형성에 이르기까지 생명의 정수이자 필수 요소, 생명체의 거의 모든 것으로 작용하는 물질로, 단백질을 구성하는 20여종의 다양한 아미노산들이 다양한 모양으로 엄청난 숫자가 모여서 무궁무진한 경우의 수로 결합을 하며 다양한 구조를 형성하여 우리 몸에서 일종의 나노 머신과 같이 단백질의 특별한 기능을 수행한다. 이와 같은 원리에 착안하여 DGIST 장익수 교수팀에서는 한창 유행 중인 COVID-19의 치료제 후보로 치료기능을 갖는 인공단백질을 슈퍼컴퓨터를 사용해 원자단위에서 정밀 설계·생산 하는 시도를 성공하기도 하였다.

 

 

단백질의 주요성분

 

굼벵이는 천연 단백질의 보고이다. 학계에 보고된 유효 구성 물질만 50가지에 이르며 특히 이중에는 16가지에 이르는 고도 지방산들로 구성된 항진균, 항혈전, 간병변 예방과 치료, 항산화제로써의 가능성 등이 확인된 물질이 대다수 포함되어 있음이 학계에 다수 보고되어 있다. 몇 가지를 꼽아보면, 육두구(75%), Palm 핵유, Coconut Oil, 유지방, 우유 (8~14%), 모유 (8.6%)에서 발견되며 인간의 혈장 cholesterol 농도와 가장 밀접한 관련이 있는 포화 지방산인 미리스트 산과 팔미톨레 산, 신생아의 면역력을 강화해 주고 각종 virus, bacteria에서 몸을 보호하며 활성산소의 공격으로부터 세포를 보호(산화와 부패를 방지)하고 악성종양의 세포증식 저해효과를 가져다 주는 라우릭 산, 피부를 부드럽고, 유연하게 유지하는 데 도움과 특별한 효과를 주기위한 성분으로 건조하거나 손상된 피부를 개선, 피부탈락 감소, 유연성 회복을 위해 사용되는 메틸팔미테이트, 인간의 지방조직에 가장 많이 들어 있는 지방 산, 저밀도 지질단백질(低密度 脂質蛋白質, low-density lipoprotein, LDL/LDL-C)을 낮추고 혈압을 떨어뜨리는 오메가 9의 하나인 올레익 산 등이 풍부하다.

 

단백질의 추이

 

근래에 단백질 열풍이 불고 있어 각종 식음료에 프로테인’, ‘하이 프로테인등의 이름으로 제품이 출시되고 있고, 저 탄수화물-저 지방-고단백 식사로 다이어트에 성공했다는 경험담들이 심심치 않게 소셜미디어에 올라오는 추세인데, 시중에서 유통되는 단백질의 원료는 유청 단백질이 제일 많지만 대두단백, 난단백, 쌀단백 그리고 닭가슴살 및 쇠고기 단백질 등이 단백원()으로 생산되고 판매되고 있는 실정이다. 결국, 기존의 단백질 식품들을 통해 더욱 건강하고 지구를 살리는 식생활 변화를 꾀하는 소비자들은 어이없게도 사실상 기존의 지속가능하지 않은 고탄소 배출과 인수공통 전염병 상존 가능성이 여전한 원료를 통해 단백질을 공급받는 아이러니한 상황이 연출되고 있는 것이다.

 

단백질의 효능 및 효과

 

흰점박이꽃무지의 효능으로 단백질이 풍부하고 항산화력으로 간기능의 개선 및 당뇨병 치료 효과 및 여러 약리적인 효과도 갖춘 기능성 식품의 대체 재료로, 국내에서 최초로 식용 단백질을 개발하게 되었다. 주요 유효성분으로 올레산, 리놀레산 등의 불포화 지방산 함량이 높고, 동물성 식이 섬유인 키틴질, 각종 미네랄과 비타민 등의 풍부한 영양분을 가 지고 있다. 특히 인돌알칼로이드라는 물질이 있어 혈전치유 및 혈행 개선의 효과까지 갖추고 있다.

 

▲ 단백질하우스 정보경 CEO가브리핑을 하고 있다  © 특허뉴스

 

향후계획 및 비전

 

데이탐(DATAM)과 딥루티드팜(HMO건강드림 영농조합법인)의 합작사인 펩스(PAPS)에서는 올바르게 알고 먹자는 기치아래 지식인 의 식사라는 캐치프레이즈를 내걸고 원료 생산 계획으로 스마트팜 시설의 확충 및 단백질하우스의 프랜차이즈 사업의 확대를 꾀하고 있다.

 

▲ 대한민국 한식대가 최동익  © 특허뉴스

 

청와대, 서울 삼청각 등에서 오랫동안 근무한 42년 손맛의 최동익 한식대가를 영입하여 각종 건강 식단을 설계하고, 이에 부합한 쿠킹 클래스를 유튜브로 무료 공개하는 동시에 공유주방 체계를 갖추고 반찬과 국, 장류, 기능성 음료와 차, 발효식품 등을 개발하여 성공적인 출시 준비를 마련해 가고 있으며, 면역력을 기반으로 하는 천연단백질 제품의 보급 확산 및 바이오 산업의 의약품 개발, 기능성 화장품 원료의 사용 등 다양한 산업 발전에 이바지 할 계획이다.

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