포스테키안

2017 봄호 / 기획특집 : 미래식량

2017-05-24 4,685

Future Aliment

미래에 우리가 먹게 될 식량에 대해 생각해 본 적이 있는가? 모든 생물체는 적절한 식량을 지속적으로 섭취해야만 생명을 유지해 나갈 수 있다. 아주 오래 전 인류는 채집과 사냥 등으로 식량을 구하다가 농업 혁명을 계기로 식량을 직접 생산하기 시작했다. 현재는 유전자까지 변형하여 새로운 식품을 만들어 내고 있고 이 식품은 우리 식탁의 80%나 차지할 정도로 우리 생활 속에 퍼져있다. 이렇게 식량의 패러다임은 계속해서 변화하는 중이다.

이번 기획특집에서는 앞으로 마주하게 될 새로운 식량의 패러다임을 소개한다. 그에 앞서 우선 ‘식량 문제의 현황과 미래: 새로운 식량의 필요성’이라는 주제로 대체 식량이 필요한 이유를 살펴볼 것이다. 다음으로 설국 열차에서도 나온 ‘곤충 식량’의 과학적 의의와 종류에 대한 지식을 바탕으로 곤충식량의 중요성을 알아본다. 그리고 마지막으로 ‘페트리 접시에서 키우는 고기, 배양육’이 현재까지 연구되어 온 과정과 과학적 원리를 설명한다. 이번 기획특집을 통해 우리가 접할 식량 기술을 흥미롭게 바라보기를 바란다.

식량 문제의 현황과 미래 

새로운 식량의 필요성

식사 소비량의 증가와 경지면적의 감소

인류는 옛날부터 지금까지 농업을 이용하여 식량을 공급해 왔다. 그리고 앞으로도 농업에 식량을 의존해야만 할 것이다. 몇백 년 동안 식량 생산은 급격하게 증가해 왔다. 전 세계적으로 약 18~19억 톤 정도의 곡물이 생산되고 있으며 이는 현재 세계 모든 사람들에게 분배한다면 별로 부족함이 없는 양이지만, 지역적으로 곡물 생산량이 다르고 나라마다 인구 수와 밀도가 다르기 때문에 많은 사람들이 기아상태에 있다. 2015년 기준 세계 인구는 73억 명, 2030년에는 85억 명, 2050년에는 96억 명으로 계속 증가할 것으로 보인다. 늘어나는 인구를 모두 먹여 살리기 위해서는 미국 국토 크기의 경작지가 추가로 필요하지만 사람들은 이미 전체 토지의 80%를 농경지로 사용하고 있다. 더불어 1인당 평균 식량 소비량도 증가하고 있는 추세이다. 선진국은 매우 높은 소비수준에 있으며 개발도상국에서는 급격한 소비 증가로 2030년에는 식량 소비량이 현재보다 2배 가량 상승할 것으로 예상된다. 필요한 식량은 계속해서 증가하고 있지만 경지면적은 국민경제의 발전과 더불어 감소하고 있는 추세이다. 단위면적당 식량 생산량을 증가시키기 위해서는 작물의 개량, 생산자재의 투자, 보다 효과적인 생산기술의 투입 등이 요구된다. 이에 따라 많은 자본 투자가 필요할 것이지만 생활환경의 보전 문제 등으로 이러한 노력을 기울인다고 해도 농업 생산량이 급격하게 증가하지는 않을 것이다.

식량 부족 문제 : 육류 소비

식량 부족 문제에 있어 경작지보다 더 큰 문제는 바로 육류 소비이다. 여러 연구 기관과 환경 단체들은 ‘육류 소비를 줄여야 지구온난화를 막을 수 있다’고 하면서 육류 과다 소비에 대한 문제점을 지적했다. 앞에서 언급했던 것처럼 인구가 증가하고 사용할 수 있는 토지의 면적은 점점 줄어드는 상황에서, 현재 농업용으로 쓰이는 토지의 3분의 1이 가축들의 사료를 위해 쓰인다. 개발도상국의 소득이 증가하면서 단백질 공급원을 육류로 바꾸고 있는 현재 추세대로라면 2050년 육류 소비는 현재보다 76% 증가할 것이라고 한다. 만약 2050년 실제로 그런 일이 일어난다면 토지의 거의 대부분을 가축 사육장으로 이용해야만 한다. 가축 사육은 토지나 물 등의 자원을 매우 비효율적으로 사용하며, 각종 환경 오염을 유발하는 원인이 되기도 한다. 소고기 1kg을 생산하는 데에는 물이 대략 600리터 정도 사용된다. 현재 농업과 축산업을 위해서 담수의 약 70%를 사용하고 있는 상황에서 이는 심각한 물 부족 현상을 초래하게 될 것이다. 2050년 인류는 전 세계 담수의 90%를 농업과 축산업을 위해서 사용해야만 할 것이다(식수 제외). 가축의 소화, 배설작용으로 메탄가스가 배출되며, 이는 지구온난화를 급격하게 가속화 한다. 전 세계의 소가 배출하는 온실가스는 전체 온실가스의 18%에 해당한다. 설상가상으로 2050년 지구의 평균 기온이 2도 상승한다면 전 세계 쌀 생산량은 20%까지 줄어든다.

 

식량 부족 문제 해결 : 유전자 조작 기술의 양면성

식량 부족 문제에 대해서 다양한 해결 방안들이 제시되고 있다. 그 중 하나는 식량 생산 증대를 위해 바이오 기술을 증진시키는 것이다. 유용한 특정 DNA를 추출해 다른 생명체에 주입하여 새로운 성질이 발현되도록 하는 유전자 조작 기술이다. 유전자 조작 기술의 대표적인 예로 콩에 유전자 조작 기술을 적용하여 제초제에 내성이 강한 품종이나 고단백, 고비타민 성분의 품종을 생산할 수 있다. 또한, 박테리아 유전자와 비타민 A를 합성하는 능력을 가진 수선화 유전자를 합성하여 만든 황금쌀은 영양 결핍으로 어려움을 겪고 있는 200만 명의 아이들에게 도움을 줄 수 있다. 유전자 조작 기술은 여러 가지 농작물에 폭넓게 사용되고 있으며, 다양한 식품 원료로 사용되고 있다. 유전자 조작 기술을 옹호하는 사람들은 이 기술이 인류를 풍요롭게 만들고 농업 생산량 또한 획기적으로 증대시킬 수 있을 것이라고 말한다. 또한 지구 온난화에 대비해 작물을 보호할 수 있고, 인구 증가와 농토 부족으로 인한 식량 부족 문제도 해결할 수 있을 것이라고 한다. GMO가 식량 문제를 해결할 수는 있겠지만 유전자 조작 기술, GMO를 반대하는 사람들은 이 기술이 인류의 건강과 생태계에 돌이킬 수 없는 문제를 가져올 수 있으며 윤리적으로도 문제가 될 수 있을 것이라고 주장한다. 예를 들면 유전자 조작 식품은 실험쥐의 면역 체계에 심각한 손상을 일으켰고, 조기 사망의 가능성을 보였다. 또한 바이러스 저항을 위해 만들어진 유전자 조작 식물은 치명적인 바이러스 품종이 생길 가능성이 있다. GMO와 관련된 상업자본은 대부분 소수의 다국적 기업에 의해서 독점되고 있다. 다국적 기업이 GMO산업을 계속해서 독점한다면 소수의 다국적 기업만 살아남고 저개발국가는 영원히 가난과 식량 문제로 고통받는 빈익빈 부익부 현상이 악화될 것이다.
전 세계적으로 인구는 늘어나고 농업에 사용할 수 있는 토지는 줄어들며, 육류 소비량은 지속적으로 증가하고 있는 추세이다. 만약 이 문제가 해결되지 않는다면 몇십 년 이내에 대부분의 인류가 환경 문제와 식량 부족에 시달리게 될 것이다. 따라서 이 문제를 해결할 수 있는 새로운 대안이 필요하다.

글_정유경 산업경영공학과 15학번(알리미 21기)

식량 자원의 대체제 

곤충식량

미국 프로그램 “Man vs Wild”는 사람이 극한의 상황에서 살아남는 모습을 보여준다. 그 중 우리에게 친숙한 출연자 ‘베어 그릴스’가 생존을 위해 무엇이든 가리지 않고 섭취하는 모습을 보며 우린 충격을 감출 수가 없었다. 하지만 이보다 충격적인 사실은 그 모습이 우리 삶에 점점 가까워지고 있다는 것이다. 실제 시중에 곤충 식량을 파는 모습도 볼 수 있고 이에 대한 연구도 끊임없이 지속되고 있다. 설국열차에서 바퀴벌레 양갱이가 극한의 상황에서 식량대용으로 쓰이는 것처럼 부족한 식량난으로 인해 미래 식량으로써 곤충 식량이 촉망을 받기 시작했다.

가축 사육의 한계를 뛰어넘다

그렇다면 곤충식량이 미래 식량으로 떠오른 이유는 무엇일까? 식량으로써 가치를 지니기 위해 필요한 요인들을 따져보면 그 이유를 쉽게 알 수 있다. 먼저 계속되는 인구 증가에 따라 식량이 고갈되어가 우리는 새로운 식량을 필요로 한다. 인구는 계속하여 증가하는 추세이고 2050년쯤 100억 인구에 도달할 것으로 예측된다. 하지만 농경지는 유한하여 인구에 비례해 넓힐 수 없어 큰 문제이다. 또한 그에 따라 가축의 양도 늘고 가축 사육 시 더 많은 사료가 필요한데 이를 통제할 수 없게 된다는 것이 더 큰 문제이다. 계속되는 연구를 통해 우리는 곤충 식량이 현 문제점을 완벽히 해결할 수 있다는 것을 알게 되었다. 우선 곤충은 뛰어난 번식력과 빠른 성작으로 적은 면적에서 양육 가능해, 넓은 면적의 농경지를 필요로 하지 않는다. 예를 들어 아프리카 큰 메뚜기의 경우 한 마리가 약 1000개의 알을 낳고 하루에 몸을 두 배 가까이 성장시킨다. 또한 곤충은 돼지, 소와 같은 가축들이 필요로 하는 사료와 물 양 역시 현저히 절감할 수 있게 한다. 물은 5배, 사료는 20배 가까이 줄일 수 있어 부작용에 대한 걱정없이 식량문제를 해결할 수 있는 것이다.

필요한 영양소 섭취가 가능하다

식량으로써의 가치 중 영양분을 빼놓을 수가 없다. 우리 몸은 단백질, 탄수화물, 지방, 비타민 등 모든 영양소를 골고루 섭취해야만 건강을 유지하며 살 수 있다. 그렇기에 비록 곤충이 식량난을 해결할 수 있어도 영양소가 없다면 의미가 없다. 다행히도 곤충은 영양소가 풍부한 식량 자원이다. 곤충은 단백질, 필수아미노산, 무기염류가 풍부한 고단백, 저지방 식품으로 미래의 슈퍼 푸드로까지 칭송 받고 있다. 또한 식용 곤충에도 다양한 종류가 있는데 곤충마다 함유된 영양성분이 다르기 때문에 서로 다른 곤충을 섭취함으로써 영양분을 보완할 수 있다. 예를 들어 가장 흔한 식용 곤충 밀웜(mealworm)은 심혈관 질환 예방에 좋은 불포화지방산이 매우 풍부하고 쌍별귀뚜라미는 다양한 영양소와 함께 특히 비타민 D가 풍부하다.

친환경적이다 마지막으로 곤충은 친환경적인 식품이다.

곤충 자체가 친환경적인 것이 아니라 현재 가축을 기르는 것에 비해 훨씬 환경적이라는 것이다. 지구온난화의 주범 중 하나가 소의 방귀와 트림이라는 것을 들어봤을 것이다. 소의 방귀와 트림만으로 어떻게 지구온난화에 그렇게 큰 영향을 미칠까라고 생각할 수 있지만 생각보다 그 영향력은 막대하다. 보통 소 한 마리는 일 년에 47kg의 메탄가스를 배출한다. 소 4마리가 자동차 1대와 같은 양의 온실가스를 배출하는 것이다. 지구온난화의 18%가 소 사육 때문이라는 연구도 있다. 이와 다르게 곤충은 소와 달리 넓은 공간, 메탄가스, 풀이 필요 없기에 좁은 공간에서 손쉽게 사육해 훨씬 친환경적이다.

심리적 거부감으로 대중화가 어려운 곤충식량의 한계

그렇다면 현재 알려진 곤충 식량의 종류엔 무엇이 있을까? 가장 잘 알려진 식용 곤충 5가지를 살펴보도록 하자. 우선 첫 번째는 갈색거저리 애벌레 또는 고소애라고 불리는 밀웜(mealworm)이다. 앞에서도 언급했듯이 심혈관 질환 예방에 효과적인 불포화지방산이 75%나 함량되어 있고 단백질 53%, 지방 31%, 탄수화물 9%로 이루어져 모든 영양소를 한번에 섭취할 수 있게 된다. 두 번째로 흰점박이꽃무니 애벌레는 불포화지방산과 인, 칼륨 등 무기질이 풍부하여 건강식으로 활용된다. 세 번째로 누에번데기는 누에의 주식이 뽕잎이라 특유의 뽕잎 맛이 나 여러 요리에 활용되곤 한다. 네 번째 벼메뚜기는 고소하며 단백질이 풍부하다. 마지막으로 백강잠과 장수풍뎅이 애벌레는 탄수화물, 단백질, 지방이 풍부하고 불포화지방산과 올레산, 무기질, 비타민이 풍부하다. 가장 많은 영양소를 지니고 있지만 맛이 좋지 않은 것이 단점이다.
점차 많은 종류의 곤충이 식용으로 쓰이고 있는데 우리는 이 소식을 달갑게 받아들이는 것 같진 않다. 그 이유는 곤충에 대한 혐오감, 거부감이 크기 때문이다. 실제로 보기만 해도 심한 거부감을 느끼는 사람이 많은데 이를 식용으로 섭취하라고 한다면 쉽게 먹긴 힘들 것이다. 한 예능 프로그램에서는 곤충식량을 먹는 것을 벌칙으로 삼으면서까지 이에 대해 불호한 반응을 보이기도 했다. 장차 미래 식량으로 쓰일 가능성이 풍부한 곤충 식량을 거부감만으로 배제한다는 것은 너무나 아쉬운 일이다. 따라서 우리는 점차 곤충 식량을 받아들이는 자세를 길러야 할 필요가 있다고 생각한다.
식용 곤충 외에도 많은 미래 식량들이 있지만 현재로서 곤충 식량이 가까운 미래 식량이 될 가능성이 가장 높아 보인다. 아직은 사육과 조리법 등이 상용화되거나 대중화되지 않았지만 앞으로 식용 곤충에 대한 더 많은 연구를 하여 식량난 해결의 열쇠가 되었으면 한다.


글_장영석 산업경영공학과 16학번(알리미 22기)

페트리 접시에서 키우는 고기
배양육

종종 작물을 길러보고 싶은 마음이 들어 동네 문구점에서 씨를 사서 소소하게 상추나 토마토를 길러 따먹곤 했었다. 그런데 이처럼 슈퍼에서 소고기 세포를 사서 집에서 손쉽게 소고기를 길러서 먹을 수 있다면? 이 기술이 바로 지금부터 소개하고자 하는 Cultured meat, In vitro caro, 배양육이다.

배양육으로 가축 식량이 가진 한계를 극복하다

사람이 살아가는 데에 가장 중요한 것이 바로 식량이다. 지금까지 더 효율적인 방식으로 맛있는 식량을 얻기 위해 다양한 식량 생산 기술이 도입되었고 앞으로도 지속될 예정이다. 인구는 계속 증가할 것이며 그에 상응하는 식량 증가 또한 필요하다. 특히, 육류소비는 2050년까지 지금의 76%가 증가할 것이라 예상된다. 그러나 육류 식량의 공급이 소비를 따라줄 수 있을 지는 의문이다. 가축 사육의 과정은 다른 식량과 비교하면 가장 비효율적이다. 감자 1Kg을 얻기 위해서는 약 물 1000L가 필요하지만 육류 1Kg는 이에 비해 자그마치 100배의 물이 필요하다. 또, 가축을 키우기 위해 엄청난 양의 사료와 곡식이 필요하고 가축을 사육하는 공간과 사료를 재배하는 농토까지 합치면 어마어마하다. 현재 많은 농토가 가축 사료를 재배하는 데에 이용되고 있다. 분뇨에서 나오는 메탄과 축산에서 발생하는 30억 톤 이상의 이산화탄소는 지구온난화의 주범으로 꼽힌다.

2013년 유엔 미래포럼에서 제롬글렌 회장은 미래를 바꿀 30대 뉴스를 선정했는데 이 중 식량 문제를 해결할 수 있는 실마리가 있다. “세계 최초의 배양육, 소나 돼지 없이 실험실에서 배양한 고기를 공식석상에서 요리하여 햄버거로 시식.” 배양육의 아이디어는 1999년 빌렘 반 엘런이 제시하였고 2004년 네덜란드의 마스트리흐트대의 마크 포스트 교수가 정부의 엄청난 투자를 받으면서 본격적으로 연구를 시작하였다. 그의 연구는 2009년까지 지속되다  2011년 구글 공동 창업가인 세르게이브린을 중심으로 다시 재개되었다. 현재 패트린 브라운 전 스탠포드 대학교 교수가 창업한 임파서블 푸드(Impossible Food)에서 배양육을 이용한 햄버거를 시판하고 있기도 하다.

배양육이 가지는 한계 : 맛과 가격

배양육의 원리는 이렇다. 우선 동물에서 근육질 세포를 시세포로 얻는데, 탯줄에서 얻은 줄기세포를 추가하여 배양하는 속도를 높인다. 이렇게 추출한 세포를 송아지 혈청에서 배양하면 영양분이 줄어들면서 기아상태를 인식하고 근세포를 생산하기 시작한다. 세포가 어느 정도 생산되면 스캐폴딩(Scaffolding) 구조를 이용하여 근섬유를 얻고 생물 반응기에 넣으면 우리가 최종적으로 원하는 소고기가 된다. 이때, 성장 촉진 화학 물질로 단백질 함량이 70%인 남조류의 일종, 스피루나 미세조류를 넣어주어 줄기 세포를 번성하는 데에 도움을 준다. 또한, 전기충격을 주면 씹히는 맛을 증가시킬 수 있다. 이런 연구의 결과로 2013년 배양육을 요리로 선보였지만 몇 가지 한계를 보였다. 당시 햄버거 하나를 만들기 위해 33만 달러(3억 7000만원)라는 엄청난 돈이 들었다. 또, 배양육이 공학 기술로 인정받으려면 가격 경쟁력과 더불어 향후 가축에서 얻은 소고기를 대체할 수 있을 정도의 맛을 낼 수 있어야 한다. 러시아의 방송에서 고기를 집어 먹은 저널리스트는 “It is chewy and tasteless.”라고 말할 만큼 맛이 없었고, 노란 빛이 도는 옅은 분홍색으로 보기에도 먹음직스러워 보이지 않았다. 이는 혈관이 부족하고 근육에 있는 미오글로빈 단백질이 부족해서이기에 미오글로빈을 늘려야 한다. 우리가 보는 소고기는 풍부한 미오글로빈이 공기와 만나면 산화되면 옥시미오글로빈으로 변하면서 새빨간 색을 띠는 것이다. 미오글로빈은 소고기의 맛과도 관련이 있는데 단백질이 일부 가수분해하면 조미료의 기본 물질로 쓰이는 핵산 계열의 단백질 분해물질을 만들어 낸다. 또한, 우리가 맛을 느끼는 혀의 미뢰는 고체 분자에 반응하는 것이 아니고 침을 포함한 물에 녹은 작은 분자에 반응하는 것이기에 육즙이 바로 고기의 직접적인 맛이다. 이러한 육즙은 단백질이 스스로 분해되는 과정에서 세포 일부의 액이 흘러나온 것이다. 맛은 특정 아미노산의 종류와 불포화지방산으로도 결정된다. 각각 글루탐산이나 글라이신, 알라닌 등의 아미노산과 올레인산, 리놀렌산의 불포화지방산이 우리가 느끼는 일반적인 맛있는 맛을 느끼게 해주는 물질들이다.

육류 식량을 대체할 식품을 찾기 위한 지속적인 노력

이렇게 상품성을 갖춘 소고기 배양육을 만들어 내기는 다양한 방면에서 굉장히 까다롭다. 그렇기에 다른 접근 방식으로 육류 식량을 대체할 수 있는 여러 기술도 개발되고 있다. 인공고기가 아닌 인조고기로 바로 임파서블 버거가 있다. 브라운 교수는 소고기의 맛은 피에 있는 헴이라는 분자가 결정한다는 것을 알게 되어 질감이 고기와 비슷한 식물성 재료에 헴 분자 수용액을 넣어 육즙까지 나오는 식물성 식량을 만들어 내었다. 또한, 소고기보다 간단한 너겟(chicken nuggets)을 만들기 위한 닭고기 배양은 성공적이다. 이렇듯 배양육은 아직 듣기에 괴상한 것 같지만 여러 방면으로 연구가 계속 활발히 진행되고 있다. 앞으로 이 기술은 우리의 생활 속에 스며들 것이며, 특정 성분을 첨가하는 등 우리가 디자인한 소고기를 얻을 수 있는 날이 올 것이다.


글_김채원 기계공학과 16학번(알리미 22기)