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균사체·박테리아 배양해 ‘고기 원료’ 단백질 생산
[LIFE] 발효로 대체식품 만든다
[168호] 2024년 04월 01일 (월) 필리프 베트게 economyinsight@hani.co.kr

 
전세계적으로 많은 스타트업(신생기업)이 세포배양을 이용해 햄버거, 생선튀김, 치즈를 생산하려 애쓴다. 실험실에서 배양한 고기, 그리고 젖소 없이 미생물배양 바이오리액터(Bioreactor·생물반응기)에서 생산한 우유는 식물을 사용한 대체식품들보다 지속가능성 면에서 뛰어나다. 이런 기술은 식품 분야에 혁명을 가져올 수 있다.


필리프 베트게 Philip Bethge <슈피겔> 기자
 

   
▲ 독일 함부르크에 있는 대체식품 스타트업 인피니트루츠의 직원이 발효기를 점검하고 있다. 슈피겔


작은 공들이 은빛 통 안에서 이슬람교 수도승처럼 빙빙 돌며 춤춘다(‘데르비시’라고 부르는 이슬람교 집단의 예배에서 무아지경으로 빙빙 돌며 춤추는 의식을 말함). 좁은 창을 통해서만 내부의 황갈색 덩어리를 볼 수 있다. 그 안에서 자라는 것은 균사체로 통칭되는 곰팡이의 뿌리 세포다. 커피 찌꺼기, 먹다 남은 곡물, 유제품 찌꺼기 등이 이 작은 유기체의 먹이가 된다. 탱크 내부의 초미세 센서가 온도, pH값, 산소 함량을 측정한다.
“우리는 균사체가 자라기 위한 이상적인 조건을 조성한다”고 독일 함부르크의 스타트업 인피니트루츠(Infinite Roots)에서 근무하는 생명공학자 필리프 괴펠이 말했다. 그는 발효기에서 최종적으로 분리되는 덩어리를 ‘페이스트’라고 불렀다. 이 페이스트에서 거의 모든 것이 만들어진다고 괴펠은 귀띔한다. 인피니트루츠의 테스트용 조리실은 바로 옆에 붙어 있다. 이곳에서 버섯 균사체로 만든 소시지와 볼, 파스타 속재료와 소스가 만들어졌다. 이 생명공학자는 “균사체 아이스크림도 먹어봤다”고 말했다.
이런 제품의 가장 좋은 점은 무엇일까? 단맛, 신맛, 짠맛, 쓴맛과 함께 인간이 인지할 수 있는 다섯 번째 맛인 ‘우마미’를 느낄 수 있다는 것이다. 우마미는 ‘맛있고 풍부하고 감칠맛 나는’이란 뜻의 일본어로, 고기와 구운 향에서도 느낄 수 있다.
 

   
 

식품 분야의 혁명
2018년 제품 개발자 카티 후츠, 생명공학자 티바울트 고다르트와 함께 인피니트루츠를 설립한 마첸 리츠크는 “우리는 맛있는 차세대 식품을 개발한다”고 말했다. 이 회사는 최근 5800만달러(약 767억원)의 투자금을 유치했다. 레베(REWE)그룹(독일에서 두 번째로 큰 슈퍼체인), 한스리겔홀딩(하리보), 유럽혁신펀드(EIC), 타이의 농업회사인 베타그로의 자회사가 여기에 투자했다. 이 회사의 장기 목표는 야심 차다. “더 지속 가능하고 더 건강한 식품시스템으로의 기념비적 변화를 주도하겠다”는 것이다.
인피니트루츠는 식품 분야에서 혁명을 일으킬 수 있는 산업의 한 사례일 뿐이다. 전세계에서 많은 스타트업이 스테이크, 생선튀김, 치즈, 달걀을 동물 없이 세포배양으로 생산하려 애쓴다.
이 전도유망한 산업을 ‘세포농업’ (Cellular Agriculture·세포배양으로 농축산물을 생산하는 생명공학 기술)이라 한다. 여기서는 발효기가 첨단기술 농부들의 새 도구가 된다. 세포배양 바이오리액터(생체세포 내 생화학반응을 인공용기 속에서 재현하는 장치) 안에서 곰팡이 균사체, 박테리아 또는 미세조류가 영양가 많은 묽은 배양액에서 자라난다. 이들을 수확해 식품으로 가공한다. 젖소가 없어도 ‘디자이너 효모’(Designer Yeast·특정 목적의 발효를 위해 유전자변형을 가한 효모)나 기타 미생물이 우유, 치즈, 요구르트 제조에 사용할 수 있는 단백질을 생산한다. 다른 회사들은 동물의 근육이나 지방세포를 증식하는 방식을 쓴다. ‘세포 페이스트’로 미트볼, 길게 썬 고기 또는 스테이크를 만든다. 이를 위해 소, 돼지, 닭을 죽일 필요가 없다.
지금까지 콩, 루핀콩 또는 완두콩으로 만든 대체육이 가장 친환경적이고 미래의 트렌드가 될 것이라고 여겨졌다. 그러나 이 작물을 재배하려면 넓은 경작지와 많은 물이 필요하다. 반면 바이오리액터에서 배양한 고기와 우유는 자원 면에서 훨씬 더 효율적이다. 퍼펙트데이(Perfect Day·동물성 유청 단백질 생산), 솔라푸드(Solar Foods·단백질이 많이 든 박테리아 분말 생산), 함부르크에 본사를 둔 블루시푸드(Blue Seafood·어류 세포 생산) 같은 스타트업이 현재 유럽연합(EU) 시장에 제품을 출시하려 노력한다. 이르면 2026년 이런 제품들이 가격 측면에서 기존 제품과 경쟁할 수 있으리라고 산업 관련 싱크탱크인 굿푸드연구소(Good Food Institute)의 이포 르체고타는 말한다.
식품 도매업체 메트로(Metro)의 전 최고경영자(CEO)이자 식품 투자펀드 친티누스(Zintinus)의 파트너인 올라프 코흐도 이 새로운 분야의 전망을 밝게 점친다. “전세계는 단백질 공급 부족으로 위협받는데, 동물을 통한 생산만으로는 해결할 수 없다. 식량 생산의 재편은 우리 시대에 가장 시급한 과제 중 하나다.” 투자사 ‘브라이언 가르니에’(Bryan, Garnier & Co.)는 2030년까지 세포 농업 및 배양 시장이 약 1300억달러가 되리라 예상한다.
 

   
▲ 핀란드의 스타트업 솔라푸드는 박테리아를 발효·배양해 단백질 덩어리를 만드는 혁신적인 방법을 개발했다. 이 회사 연구원이 발효 과정을 살펴보고 있다. 솔라푸드 누리집

식량 생산 재편 시급
21세기 중반이 되면 지구 인구는 약 100억 명에 이른다. 이들에게 단백질을 공급하는 것이 새로운 문제로 떠오를 것이다. 2050년까지 식량 생산량을 70% 늘려야 한다. 그리고 단백질 수요는 78% 증가할 것이다. 이를 기존 농축산업만으로는 충족할 수 없다. 비료와 살충제 사용, 무엇보다 과도한 축산업은 오늘날 이미 지구를 오염시키고 있다. 유엔 추정치에 따르면 인간이 만든 온실가스의 약 18%가 육류 생산에서 기인한다. 전세계 경작지의 약 70%를 가축 사육이나 동물 사료 재배에 쓴다. 삼림 개간, 사막화, 물 부족, 생물 멸종 등도 가축 사육에 그 책임이 돌아가고 있다.
따라서 육류 산업은 변화가 가장 시급한 분야처럼 보인다. 브라질의 조타베에시(JBS) 같은 세계 최대 육류 회사는 이미 세포배양에 관심 갖고 있다. 뤼겐발더뮐레(Rügenwalder Mühle), 인패밀리푸드(InFamily Foods), PHW그룹 같은 독일 기업들도 이 분야에 투자한다. 미국과 싱가포르에서는 배양 닭고기로 만든 최초의 제품들이 승인받았다. 이스라엘에서는 바이오리액터에서 생산한 소고기를 곧 출시할 거라는 소식도 들렸다.
선구자는 2017년 이스라엘 텔아비브 남동쪽 레호보트에 설립된 알레프팜스(Aleph Farms)다. 2024년 1월, 자국 내 전쟁 상황에도 사장인 디디에 투비아가 이끄는 팀은 알레프커츠(Aleph Cuts) 제품으로 이스라엘 보건부의 허가를 받았다. 이 레토르트식품은 고기처럼 보이고, 고기처럼 구울 수 있으며, 맛도 고기와 같다고 전화 통화에서 투비아는 강조했다. 놀랄 일은 아니다. 알레프커츠는 대부분 소고기 세포로 구성됐기 때문이다. 미국 캘리포니아 농장에서 온 블랙앵거스 품종의 소인 ‘루시’가 중요한 역할을 했다. “우리는 최고급 세포의 공급원이 필요했고, 루시가 바로 그 세포를 가지고 있었다”고 투비아가 말했다. 이 소는 2022년 6월에 죽었다. 하지만 알레프팜스의 냉장고에서 영원히 살아 있는 존재가 됐다.
아직 루시가 살아 있을 때 전문가들은 루시의 난자 세포를 채취했다. 그리고 이를 수정해 짧은 시간 동안 성장하도록 했다. 그런 다음 모든 신체 세포로 발전할 수 있는 미분화 세포인 줄기세포를 분리했다. 이를 통해 “수천 톤(t)의 스테이크를 만들 수 있는 토대를 마련했다”고 투비아는 설명했다. 줄기세포는 계속 증식할 수 있고 근육과 지방세포로 자라도록 유도할 수 있다. 마지막으로 세포 페이스트를 콩과 밀 단백질로 만든 지지 구조로 성형하면 투비아가 말하는 ‘하이브리드 제품’이 완성된다.
알레프팜스는 이제 파일럿 공장의 배양육 생산량을 몇t으로 늘리고 싶어 한다. 이스라엘은 스위스, 싱가포르, 영국, 미국에도 알레프커츠의 승인 신청을 내놓은 상태다.
알레프팜스와 비슷하게 전세계 150개 이상의 스타트업이 육류와 생선 생산에 혁신을 일으키기 위해 노력한다. 닭고기부터 지방, 소고기 근육, 거위 간까지 그 적용 범위는 광범위하다. 이 기업들은 고기를 생산하는 데 어떤 동물도 필요하지 않다는 점을 증명하고 싶어 한다. 네덜란드의 연구 및 컨설팅 기관 ‘시이 델프트’(CE Delft) 연구원들의 계산에 따르면, 발효기에서 생산한 스테이크는 실제 소고기 스테이크보다 최대 90%가량 토지를 더 적게 사용한다. 온실가스 배출량도 약 92% 감소한다. 발효기를 이용한 생산은 36배 정도 더 효율적일 것이라고 한다.
 

   
▲ 솔라푸드가 박테리아를 발효해 만든 가루는 65~70%의 단백질로 구성돼 달걀 대용품으로 적합한데 크림치즈, 우유, 다진 고기 등과 비슷한 식품으로 가공할 수도 있다. 솔라푸드 누리집

배양육이 단백질 부족 해결책일까
세포 제공자로 매우 적은 수의 동물을 사용해 전세계에 단백질을 공급할 수 있다. 그리고 더 건강하다. 배양육은 항생제 없이 생산할 수 있고 감염병 위험도 차단할 수 있으리라 예상한다. 또한 동물에게서 나오지 않으므로, 인간에게 전염될 병원균이 거의 없고 식중독을 일으키는 캠필로박터나 살모넬라 같은 세균도 없을 것이다.
그렇다면 배양육이 전세계적으로 닥칠 단백질 부족의 확실한 해결책일까? 아직 많은 의문이 남아 있다. 여기에는 바이오리액터에 있는 세포에 영양을 공급하는 일이 포함된다.
동물 세포를 증식하려면 복잡한 칵테일이 필요하다. 오랫동안 배양육 사육자들은 태어나지 않은 송아지의 혈액에서 얻은 혈청을 사용했다. 이 물질은 윤리적으로 문제가 있을 뿐 아니라 가격도 너무 비싸다. 따라서 알레프팜스 같은 회사는 유전자변형 효모로 성장을 돕는 물질을 생산하거나 식물에서 이를 얻는다.
그럼에도 업계는 여전히 경쟁력 있는 가격으로 배양육을 생산하기 어렵다는 사실을 깨닫고 있다. 애널리스트들은 바이오리액터에서 생산한 스테이크가 곧 일반 시장에 출시될 가능성은 낮다고 본다. 경제적으로 보면, 곰팡이나 박테리아와 같은 더 원시적인 유기체를 사용해 단백질을 생산하는 것이 더 전망이 밝다. 이 과정은 양조와 발효라는 수천 년 된 기술과 관련 있다. 인간은 항상 유기물을 더 영양가 있고 맛있는 형태로 변형시키는 미생물의 능력을 활용해왔다. 이제는 새로운 발효 전문가들이 이런 기술을 최첨단으로 활용한다.
핀란드 헬싱키 교외의 반타에 스타트업 솔라푸드(Solar Foods)가 있다. 이 회사의 사장인 파시 바이니카와 그의 팀은 놀라운 식품 생산 방법을 발견했다. 이들은 미생물, 수소, 이산화탄소만 있으면 먹을거리를 생산할 수 있다.
일반적으로 토양에 서식하는, 크산토박터(Xanthobacter) 속(屬)에 속하는 박테리아가 놀라운 일을 한다. 이 박테리아는 수소를 산화시키면서 동시에 스스로 대량 증식해 황금빛 페이스트를 형성한다. 이를 건조하면 먹을 수 있는 가루가 되는데 이는 65~70%의 단백질로 구성됐다고 솔라푸드는 밝혔다.
이 방법을 ‘바이오매스 발효’(Biomass Fermentation)라고 하는데 이렇게 생산한 제품에 솔레인(Solein)이라고 이름 붙였다. 특히 달걀 대용품으로 적합한데 크림치즈, 우유, 다진 고기 등과 비슷한 식품으로 가공할 수도 있다. 환경운동가들은 이 박테리아 가루를 획기적인 제품이라며 환영한다. 바이오리액터를 위한 공간 외에 다른 공간이 필요 없고, 생산과정에서 에너지 소비가 적고 배출량도 적기 때문이다.
다른 회사들은 효모나 기타 미생물을 작은 ‘원료 생산 공장’으로 사용한다. 이 과정을 ‘정밀 발효’라고 한다. 보잘것없는 효모나 미생물은 유전적으로 변형돼 크림치즈, 크림, 요구르트 또는 아이스크림 등 많은 유제품의 기본 성분인 유청 단백질을 생산한다. 미국에서는 이미 약 30개의 ‘동물에서 나오지 않은’ 유제품을 시판하고 있다. 달걀 단백질, 지방 또는 비타민 같은 성분도 이 방법으로 생산할 수 있다. 조만간 이런 일은 더욱 대규모로 많이 일어날 것이다.
 

   
▲ 이스라엘의 알레프팜스가 생산한 배양육으로 2019년 6월 요리사가 <로이터>에 요리 시범을 보이고 있다. REUTERS

혁명적인 정밀 발효 기술
예를 들어 미국의 싱크탱크인 리싱크엑스(RethinkX)는 미국 소고기·유제품 산업 및 그 공급업체의 제품 수요가 2030년까지 약 70%, 2035년까지 최대 90%까지 줄어들 것으로 예측한다. 그때가 되면 발효기에서 생산하는 대체식품이 동물성 제품보다 “50~80% 더 저렴할 것”으로 예상한다. 따라서 시장의 힘만으로도 식품산업의 혁신적 변화를 이끌 수 있을 것이다.
업계가 실제 그렇게 빨리 변화할 수 있을지 의심하는 눈초리도 있다. 예를 들어 ‘브라이언 가르니에’의 애널리스트들은 2030년까지 예상되는 양의 식품 페이스트 생산에 필요한 바이오리액터 가운데 최대 1%만이 전세계에 공급될 것으로 추정한다. 무엇보다 발효기를 사용하는 식품 생산은 정치적 반대를 넘어서야 한다.
2023년 11월, 조르자 멜로니의 집권 연정이 다수를 차지한 이탈리아 의회는 이탈리아에서 배양육의 생산과 판매를 금지하는 법안을 통과시켰다. 이후 이탈리아는 오스트리아, 프랑스와 함께 유럽연합 차원에서 유사한 이니셔티브를 시작했다. 그들의 보고서에 따르면, 새로운 방식은 농민이 하는 농업과 ‘유럽 농업 모델의 핵심’을 형성하는 ‘진정한’ 식량 생산 방식을 위협한다. 또한 이 보고서는 식품 표시와 안전성 테스트에도 의문을 제기한다.
유럽연합은 오랫동안 새 식품에 엄격한 2단계 승인 절차를 시행했다. 먼저 유럽식품안전청(EFSA)이 제품의 안전성을 평가한다. 그다음 자격을 갖춘 유럽연합 회원국의 과반수가 승인에 찬성해야 한다. 싱크탱크 굿푸드연구소의 르체고타는 “모든 결정이 정치적 결정으로 변질될 위험이 있다”고 주장했다. 새로운 식품과 관련한 현재의 규정은 “부분적으로 매우 비효율적”이며 승인에 시간이 오래 걸리기 때문에 현지 기업에 불리하다는 것이다. 함부르크에 본사를 둔 스타트업 블루시푸드의 대표인 제바스티안 라케르스는 “다른 나라에서는 우리 같은 회사가 신제품을 시장에 출시하는 것이 훨씬 쉽다”고 말했다. 이 회사는 연어와 송어 등 식용 어류의 세포를 배양한다. 라케르스는 이미 배양한 세포와 식물성 재료를 거의 동일한 비율로 배합해 바삭한 생선튀김과 피시볼을 시장에 내놓을 준비를 마쳤다.

정치적 반대 넘어야
라케르스는 “우리 기술을 사용하면 전세계 거의 모든 곳에서 자원을 최소한으로 쓰면서 지속 가능한 방식으로 생선을 생산할 수 있다”고 강조했다. 이미 싱가포르에서 제품 승인을 신청했고 미국에서도 곧 신청할 예정이다. “유럽은 지금 당장 이 기술을 도입해야 한다. 그렇지 않으면 기업들은 다른 나라로 옮겨갈 것이다.”
발효기에서 생산한 다진 고기, 생선튀김, 요구르트, 치즈가 언제 슈퍼마켓에서 대량 판매될지는 정확히 예측할 수 없다. 업계는 정치인들의 더 많은 지지를 촉구한다. 말할 것도 없이 더 많은 투자 자금이 필요하다. ‘브라이언 가르니에’의 애널리스트들은 유럽에서 ‘발효, 미생물 및 세포 농업’ 분야의 스타트업이 2021년과 2022년에 약 37억유로를 투자받을 수 있었다고 발표했다. 그러나 이 기업들이 “잠재력을 최대한 실현하기 위해서는 최소 두 배 이상의 자금”이 필요하다. 따라서 함부르크에 있는 인피니트루츠는 새 자금 유치에 성공한 것을 행운으로 여겨야 할 것이다. 인피니트루츠의 공동 CEO인 후츠는 유치한 자금으로 첫 제품을 시장에 출시할 수 있기를 바란다.
인피니트루츠 방문의 마지막에는 비트, 양파 콩피(시럽이나 기름에 식재료를 넣고 오랫동안 끓이는 요리법), 그레몰라타(이탈리아식 허브 양념)를 곁들인 ‘균사체 미트볼’을 맛볼 수 있는 기회가 마련됐다. “다섯 가지 재료만 들어갔고, E-번호(첨가물 표시 번호)도 없으며, 씹는 맛이 자연스럽다”고 후츠는 자랑했다. 맛은 좋았다. 아마 그것이 가장 중요할 듯하다.

ⓒ Der Spiegel 2024년 제8호
Mit der Kraft der Pampe
번역 이상익 위원

 

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