발효공학, 단백질 혁명의 핵심 기술로 부상하다

 

1. 발효공학의 개념과 역사: 전통 발효식품에서 첨단 바이오 기술로의 진화

 

발효는 미생물의 대사 작용을 이용해 식품의 풍미와 기능성을 향상시키는 가공 기술로, 인류 역사상 가장 오래된 식품 제조 방법 중 하나다. 전통적으로 발효는 김치, 요구르트, 치즈 등 다양한 발효식품 제조에 활용되어 왔으며, 이를 통해 저장성 향상, 소화 흡수율 개선, 풍미 증진 등의 효과를 얻어왔다. 그러나 최근 들어 유전공학, 합성생물학 등의 발전으로 발효공학은 새로운 전기를 맞이하고 있다.

유전체 분석 기술의 발달로 발효 미생물의 대사 메커니즘과 유전적 특성이 규명되면서, 발효 과정의 효율성과 정밀도를 높일 수 있게 되었다. 나아가 유전자 재조합, 대사공학 기술 등을 활용해 고부가 물질 생산이 가능한 발효 미생물을 설계하는 단계에 이르렀다. 이는 의약품, 화장품 등 다양한 산업 분야에서 발효공학의 활용 가능성을 크게 확장시키는 계기가 되었다. 이제 발효공학은 전통 식품 제조 기술을 넘어, 미래 바이오 산업을 이끌 첨단 기술로 자리매김하고 있다.

2. 식물성 단백질 발효 기술의 현황: 영양가와 기능성 향상을 위한 도전  

식물성 단백질 식품 시장이 급성장하면서 이의 품질과 기능성을 높이기 위한 발효공학 연구가 활발히 이루어지고 있다. 발효는 식물성 단백질의 소화 흡수율을 개선하고 생리활성 펩타이드 생성을 촉진하는 데 효과적인 것으로 알려져 있다. 실제로 발효 과정에서 미생물이 분비하는 단백질 분해 효소는 식물성 단백질을 저분자 펩타이드로 분해함으로써 소화 흡수를 용이하게 한다.

이와 함께 발효를 통해 식물성 단백질의 알레르기성을 저감하고 항영양인자를 제거하려는 시도도 이루어지고 있다. 콩 단백질의 경우 트립신 저해제, 피트산 등의 항영양인자가 다량 함유되어 있는데, 유산균, 바실러스 등의 발효 미생물을 활용해 이를 효과적으로 저감할 수 있음이 확인되었다. 한편 서구에서는 밀, 호밀 등의 글루텐 단백질에 대한 알레르기 문제가 대두되고 있는데, 발효를 통해 글루텐의 항원성을 완화하려는 연구도 활발하다.

최근에는 식물성 단백질의 관능적 특성 개선을 위한 발효 기술 연구도 주목받고 있다. 발효 미생물이 생산하는 다양한 풍미 성분은 식물성 고기의 이취를 저감하고 풍미를 증진하는 데 기여할 수 있다. 뿐만 아니라 발효를 통한 조직감 개선, 색상 안정화 등의 효과도 기대되고 있다. 이처럼 발효공학은 식물성 단백질 식품의 영양 강화와 기호성 향상을 위한 핵심 기술로 빠르게 부상하고 있다.

 

 

3. 발효유래 대체 단백질 소재의 개발: 미생물 발효를 통한 단백질 생산 기술

최근 미생물 발효를 통해 식물성 단백질을 대체할 새로운 단백질 소재를 생산하려는 시도가 활발히 전개되고 있다. 대표적으로 마이코프로틴(mycoprotein)은 푸사리움 베네나툼(Fusarium venenatum) 곰팡이의 발효를 통해 생산되는 대체 단백질로, 쇠고기와 유사한 식감과 영양 특성을 갖는 것으로 알려져 있다. 마이코프로틴은 지방 함량이 낮고 식이섬유가 풍부해 건강 지향 소비자들로부터 큰 호응을 얻고 있다. 

한편 효모 발효를 통한 단백질 생산 기술도 크게 주목받고 있다. 효모는 빠른 증식 속도와 높은 단백질 생산성으로 인해 산업용 단백질 생산에 매우 적합한 미생물로 평가받는다. 특히 유전자 재조합 기술을 활용해 필수 아미노산이 강화된 효모 단백질 생산이 가능해짐에 따라, 영양학적 품질을 크게 높일 수 있게 되었다. 나아가 합성생물학 기술을 통해 특정 기능성 물질을 생산하는 효모 균주 개발도 시도되고 있다.

이 밖에도 해조류, 미세조류 등 다양한 미생물 소재의 발효를 통한 대체 단백질 개발 연구가 한창이다. 발효공학과 합성생물학의 융합을 통해 생산성과 기능성이 크게 향상된 미생물 단백질 생산이 가능해질 전망이다. 전문가들은 미생물 발효 단백질이 식물성 단백질의 한계를 극복하고 대체 단백질 시장을 선도하는 소재로 자리매김할 것으로 내다보고 있다.

4. 정밀 발효와 스마트 발효 기술의 등장: 발효공학의 미래를 열다

전통적인 발효 기술은 발효 조건 제어와 품질 관리 측면에서 한계가 있었다. 그러나 최근 ICT, 빅데이터 등 첨단 기술과의 융합을 통해 보다 정밀하고 지능화된 발효 시스템 구축이 가능해지고 있다. 이른바 '정밀 발효', '스마트 발효'로 불리는 차세대 발효 기술은 발효공학의 미래를 바꿀 혁신으로 기대를 모으고 있다.

정밀 발효는 각종 센서, IoT 기술 등을 통해 발효 과정의 실시간 모니터링과 정밀 제어를 구현하는 기술이다. 이를 통해 온도, 습도, pH 등 발효 환경을 최적으로 유지하고, 이상 징후를 조기에 감지해 신속히 대응할 수 있다. 나아가 수집된 빅데이터를 AI 기술로 분석함으로써 발효 조건 최적화와 수율 향상을 도모하는 것이 스마트 발효의 핵심이다. 

이러한 기술 도입으로 발효 과정의 표준화와 자동화가 크게 진전될 것으로 보인다. 뿐만 아니라 데이터 기반의 발효 공정 설계와 품질 예측도 가능해짐에 따라 발효식품의 품질과 생산성이 한층 높아질 전망이다. 특히 개인 맞춤형 발효식품 생산, 희소 발효 미생물의 대량 배양 등 그간 기술적 한계로 어려웠던 혁신 과제들이 해결될 수 있을 것으로 기대된다.

전문가들은 정밀 발효와 스마트 발효 기술이 향후 발효공학 분야를 선도할 것으로 전망하고 있다. 나아가 이러한 기술 발전은 식품, 의약, 화장품 등 다양한 산업 분야와의 융합을 통해 새로운 부가가치를 창출할 것으로 예상된다. 발효공학이 이끄는 바이오 혁명, 그 미래가 더욱 기대되는 이유다.  

5. 발효공학 혁신 생태계 조성을 위한 제언: 산학연 협력과 정부 지원 확대

발효공학의 혁신을 가속화하고 새로운 부가가치를 창출하기 위해서는 산학연 협력 체계 강화와 정부 차원의 지원 확대가 필수적이다. 우선 발효 미생물과 공정 개발을 위한 기초연구 역량 강화가 시급하다. 장기적 관점에서 발효공학 분야의 원천 기술 확보와 고급 인력 양성에 대한 투자를 확대해야 한다. 이를 위해 대학, 연구소 등 혁신 주체 간 공동연구와 인력 교류 활성화를 위한 지원 방안이 마련되어야 할 것이다.

아울러 발효공학 연구개발 성과의 산업화를 촉진하기 위한 실증 인프라 구축과 창업 지원 강화도 중요한 과제다. 발효 기술의 상용화와 제품화를 위해서는 대량 배양 시설, 파일럿 플랜트 등 대규모 실증 설비 확충이 필수적이다. 나아가 발효공학 기반의 혁신 기업 창업과 성장을 뒷받침하기 위한 전용 펀드 조성, 규제 샌드박스 도입 등 실효성 있는 지원책 마련이 시급하다.

정부는 발효공학을 미래 신산업 육성을 위한 전략 분야로 설정하고, 정책적 지원을 대폭 확대해 나가야 한다. 이를 위해 범부처 차원의 발효공학 혁신 로드맵을 수립하고, 연구개발 투자 확대와 제도 정비에 속도를 낼 필요가 있다. 나아가 국내 발효 기술과 제품의 해외 진출을 지원하기 위한 글로벌 협력 네트워크 구축도 적극 고려해야 할 것이다. 

산학연 협력과 정부 지원을 통해 발효공학 분야의 혁신 역량을 결집하고 지속 가능한 성장 기반을 다져 나간다면, 한국이 명실상부한 발효 강국으로 도약하는 것도 꿈이 아닐 것이다. 전통 발효의 명맥을 잇는 동시에 미래 첨단 산업을 선도하는 발효 강국, 그 비전을 향한 담대한 도전을 기대해 본다.