발효

대안 단백질 분야에서 발효는 어떤 역할을 하나요?

발효로 만들어진 원료는 그 자체로 제품이 될 수 있을 뿐만 아니라, 식물성 제품이나 배양육 제품에 활용되는 핵심 원료로도 사용될 수 있습니다. 식물성, 발효 기반, 배양육 제품은 서로 완전히 분리된 세 가지 범주가 아니라, 점차 서로 겹치고 연결되는 벤 다이어그램으로 이해하게 될 것입니다.

식물성 고기, 난류, 유제품의 경우, 전통 발효는 기존 식물성 원료의 소화 용이성, 맛, 식감, 영양 성분을 개선하는 데 도움을 줄 수 있습니다. 또한 바이오매스 발효나 정밀 발효를 통해 생산된 원료를 식물성 원료와 결합하면, 더 뛰어난 식물성 고기 제품을 만들 수 있습니다. 대표적인 사례로, 임파서블 버거(Impossible Burger)에는 정밀 발효를 통해 생산된 헤모글로빈의 핵심 성분인 헴(heme)이 사용되어 고기의 피맛을 냅니다.

배양육 분야에서도 정밀 발효는 세포 배양에 필요한 영양소와 성장 인자를 효율적으로 생산하는 데 중요한 역할을 합니다. 더 나아가, 발효를 통해 생산된 콜라겐이나 피브로넥틴과 같은 단백질은 배양육 제품에 쓰이는 동물 유래 성분이 없는 지지체(scaffold)의 핵심 구성 요소로 활용될 수 있습니다.

발효가 왜 중요한가요?

대안 단백질 생산은 일반적으로 기존의 육류 생산 방식보다 훨씬 효율적입니다. 그중에서도 다양한 발효 방식은 대안 단백질 산업 전반의 효율성을 더욱 높일 수 있는 고유한 강점을 제공합니다.

전통 발효: 기존 원료를 더 잘 활용하는 방법

전통 발효는 수천 년 동안 식품을 변화시키는 데 활용되어 왔으며, 이 비교적 단순한 발효 방식만으로도 이미 사용 가능한 식품 원료를 훨씬 더 효과적으로 활용할 수 있습니다. 예를 들어, 세계 최대 육류 가공 기업 JBS의 브랜드인 Planterra Foods는 식품 원료 개발 기업인 MycoTechnology의 표고버섯 균사체를 활용해 쌀과 완두 단백질을 발효시켜 식물성 고기 제품을 생산하고 있습니다.

또한 발효 기술을 활용하면 식품 폐기물을 줄이고, 기존에는 가치가 낮았던 농업 부산물을 영양가가 있고 맛있는 식품으로 전환할 수 있습니다. 기후·푸드테크 기업인 PLANETARIANS는 해바라기유 추출 과정에서 발생하는 압착 해바라기박을 전통 발효로 처리해, 소화 용이성, 맛, 식감, 영양 성분을 개선하고 있습니다.

바이오매스 발효: 단백질을 가장 효율적으로 생산하는 방식 중 하나

바이오매스 발효는 대량의 단백질을 생산하는 데 있어 가장 효율적인 방법 중 하나입니다. 발효에 사용되는 미생물은 매우 빠르게 증식하며, 이들의 증식 주기는 수시간 단위에 불과해, 수개월 또는 수년이 걸리는 동물과 다릅니다.

바이오리액터 역시 공간 효율성이 매우 뛰어납니다. 시설이 확장되면, 발효 공정을 통해 시간당 수톤의 바이오매스를 생산할 수 있습니다.

또한 이러한 미생물 대부분은 단백질 함량이 매우 높습니다. 바이오매스 발효에 사용되는 종의 경우, 건조 중량 기준 단백질 함량이 50%를 넘는 경우가 많으며, 이는 소고기의 25% 수준과 비교해 매우 높은 수치입니다.

발효의 효율성이 가져오는 다양한 이점

발효의 높은 효율성은 여러 긍정적인 효과로 이어집니다. 식물성 고기나 배양육과 마찬가지로, 발효 기반 단백질 역시 사람과 지구, 그리고 동물에게 더 나은 선택지입니다.

균사체, 미세조류, 미생물, 발효된 식물성 단백질은 동물성 식품이 제공하는 감각적 경험과 긍정적인 영양적 특성을 구현할 수 있으면서도, 콜레스테롤, 항생제, 호르몬과 같은 성분에 대한 걱정이 없습니다. 효율적인 단백질 생산은 인간의 건강뿐 아니라 지구의 건강에도 이롭습니다. 이러한 효율성은 오염물질과 온실가스 배출을 줄이고, 물과 토지 사용을 절감함으로써 식품 시스템을 훨씬 더 지속 가능하게 만듭니다.

저비용 원료 활용과 지역 기반 생산의 가능성

발효는 산업 또는 농업 과정에서 발생하는 저비용의 부산물이나 폐기물성 원료(feedstocks)를 활용할 수 있다는 장점도 가지고 있습니다. 이는 원료 운송과 같은 생산 과정에서 발생하는 변동 비용과 외부 비용을 모두 낮추는 효과를 가져옵니다.

또한 원료의 다변화를 통해 장거리 운송에 의존하지 않고 지역에서 쉽게 확보 가능한 원료를 활용한 현지 생산을 가능하게 합니다. 이는 보다 회복력 있고 지속 가능한 대안 단백질 생산 시스템을 구축하는 데 중요한 요소입니다.

발효 기술의 발전을 위해 무엇이 필요할까요?

미생물 발효는 식품과 산업 생명공학 분야에서 오랜 역사를 가지고 있지만, 아직 실현되지 않은 잠재력이 매우 큽니다. 

발효 기술은 목표 물질의 선정 및 설계부터 균주 개발, 원료(feedstock) 최적화, 바이오공정 설계, 최종 제품의 배합 및 제조에 이르기까지 가치사슬 전반에 걸쳐 다섯 가지 핵심 영역에서 발전이 이루어지고 있습니다. 

발효 산업에서 여러 미생물이 사용되고 있음에도 불구하고, 그 잠재력의 상당 부분은 아직 충분히 연구되지 않았습니다. 기존 균주 역시 효율성이나 목표 물질에 대한 특이성을 높이기 위해 추가적인 개량이 가능합니다. 예를 들어, 균주를 선별하거나 공학적 접근을 통해 세포를 원하는 목표 물질 생산에 맞게 최적화할 수 있습니다.

발효는 바이오리액터 내에서 이루어지며, 바이오리액터의 설계는 전체 생산 효율에 매우 중요한 영향을 미칩니다. 현재도 다양한 새로운 바이오리액터 설계가 연구·개발되고 있지만, 새로운 설계 가능성에 대한 추가적인 연구가 필요합니다.

최종 제품의 배합 및 제조 단계에서는, 전체 세포 바이오매스 또는 그 일부를 수확하여 대안 단백질 기반의 고기, 난류, 유제품 생산에 필요한 원료로 활용할 수 있습니다. 또는 세포가 생산한 특정 목표 물질을 분리·정제하여 고부가가치 기능성 원료로 사용하는 방식도 가능합니다. 이러한 다양한 접근 방식은 이제 막 본격적으로 탐구되기 시작한 단계에 있습니다.