[DEBUG-WINDOW 처리영역 보기]
즐겨찾기  |  뉴스레터  |  오늘의 정보  |  e브릭몰e브릭몰 sale 회원가입   로그인
BRIC홈 동향
에이프런티어
배너광고안내
이전
다음
스폰서배너광고 안내  배너1 배너2 배너3 배너4
과학으로 본 코로나19 (COVID-19)
전체보기 Bio통신원 Bio통계 BRIC View BRIC이만난사람들 웹진(BioWave)
목록
조회 784  인쇄하기 주소복사 트위터 공유 페이스북 공유 
바이오통신원   
당뇨, 신장질환 환자들에게 희소식 저칼륨 케일 스마트팜 재배기술 개발
농수식품 한국과학기술연구원 (2020-11-26)

- 신장질환 환자 위한 저칼륨 케일 재배 스마트팜 기술 개발
- 케일의 항암성분인 글루코시놀레이트 함량증진으로 항암효과도 2배↑

 

upload_image

<한국과학기술연구원 노주원 박사, 손양주 박사, 박재억 박사>


칼륨은 사람과 식물에 있어 중요한 필수 미네랄로, 우리 몸에서는 항상성을 유지하는데 역할과 함께 신경 신호 등 생리 반응과 밀접한 관계가 있는 것으로 알려져 있다. 그러나 신장 기능이 원활하지 않은 만성 신부전증 등 혈액 투석이 필요한 환자의 경우, 칼륨 배설 능력의 저하로 고칼륨혈증이 발생하기 쉬우므로 칼륨 섭취량을 제한해야 한다. 그렇지만 칼륨이 풍부한 과일과 채소의 섭취를 제한하면 삶의 질과 건강관리의 어려움이 있으므로 칼륨 함량을 낮추기 위한 대체식품이 필요한 실정이다.

한국과학기술연구원(KIST)은 스마트팜융합연구센터 노주원 박사 연구팀이 조명 설비를 인공 빛으로 활용하는 인공광형 식물공장(스마트팜)에서 케일 재배 시 배양액에 칼륨을 칼슘으로 대체하여 식물의 생육에는 영향을 주지 않고 저칼륨 케일을 생산하는 데 성공했다고 밝혔다. 또한, 이렇게 생산된 저칼륨 케일은 항암성분인 글루코시놀레이트(Glucosinolate) 함량이 증가함으로써 기능성이 더욱 향상된 신장질환 환자용 식품으로 개발될 전망이다.

그동안의 인공광형 식물공장을 이용한 저칼륨 채소 재배 방법은 배양액 조성에서 칼륨을 나트륨으로 대체하는 방식을 주로 사용하였으나, 이 경우 채소의 나트륨 함량이 증가하므로 신장질환 환자에 적용하는 데 한계가 있었다. KIST 연구팀은 배양액 조성에 칼륨 대신 우리나라의 대다수 사람들이 권장량보다 적게 섭취하고 있는 무기질인 칼슘을 넣는 방법을 활용했다. 케일 수확 전 2주간 칼륨을 칼슘으로 대체하여 배양액의 칼륨 농도를 조절하고, 나트륨의 함량이 증가하지 않는 저칼륨 케일 생산법을 개발하였다. 또한, 케일의 생산량 또한 기존 조건과 동일한 수준으로 유지할 수 있었다.

KIST 연구진은 케일이 본래 가지고 있는 항암성분인 글루코시놀레이트 함량을 증진시킬 수 있는 방법도 함께 개발하여 파종 후 49일 동안 식물공장에서 재배한 케일에서 고칼륨 조건 대비 총 글루코시놀레이트 함량이 44% 증가하는 것을 확인하였다. 우리 몸속에서 분해되어 실질적으로 항암효과를 나타내는 성분인 글루코브라시신(Glucobassicin)은 약 2.1배, 글루코나스터틴(Gluconasturtiin)은 약 2.4배가 저칼륨 조건에서 증가했다.
최근 인공광형 식물공장을 통한 다양한 채소류 생산에 대해 세계적으로 관심이 높아지고 있음에도 불구하고 높은 시설 투자 및 운영비용으로 인해 산업화가 어려운 현실에서 질병 치료를 위한 특수목적용 천연물원료 생산에 대한 재배기술을 개발함으로써 국내 인공광형 스마트팜 산업화에 기여할 것으로 기대된다.

KIST 노주원 박사는 “ 본 연구를 통하여 신장 기능에 어려움이 있어 칼륨 섭취가 제한되는 사람들도 고칼륨혈증에 대한 걱정없이 케일을 섭취할 수 있어 건강한 삶의 질 개선에 도움이 될 것으로 기대된다.”라며 “향후 병원의 환자용 식단 및 가정에서 손쉽게 재배해서 먹을 수 있는 가정용 저칼륨 채소재배기에도 응용하여 산업화하는 방안을 모색할 계획이다.”라고 밝혔다.

본 연구는 과학기술정보통신부 지원으로 KIST 주요사업과 한국연구재단 첨단GW바이오사업으로 수행되었으며, 연구 결과는 농식품 분야 국제학술지 ‘Food Chemistry’ (JCR 분야 상위 3.96%) 최신 호에 게재되었다.

 * (논문명) Production of low potassium kale with increased glucosinolate content from vertical farming as a novel dietary option for renal dysfunction patients
   - (제 1저자) 한국과학기술연구원 손양주 위촉연구원
   - (제 1저자) 한국과학기술연구원 박재억 전문원
   - (교신저자) 한국과학기술연구원 노주원 책임연구원
 

연구결과 개요

1. 연구배경
 ○ 인간의 수명 연장과 함께 건강관리의 중요성은 사회적으로 합의되고 있으며, 운동과 함께 식품을 통한 건강관리에 많은 관심이 쏠리고 있는 것은 세계적인 추세다. 암 예방 효과를 가진 물질인 글루코시놀레이트(glucosinolate)가 함유된 케일은 우리가 녹즙과 같은 건강기능 식품이나 쌈 채소로 즐겨 먹는 채소로 세계적으로 수요가 높은 잎채소류다.
 ○ 칼륨은 인간과 식물에 있어 중요한 필수 미네랄로, 우리 몸에서는 항상성을 유지하는데 필수적인 역할과 함께 심장 전도와 신경 신호 등 생리 반응과 밀접한 관계가 있는 것으로 알려져 있다. 또한, 식물에 있어서 칼륨은 필수적인 원소로 광합성과 기공 개폐 및 삼투압 조절과 같은 식물 생장에 있어 중요한 역할을 하는 미네랄이다. 그러나 신장 기능이 원활하지 않은 만성 환자 (만성 신부전증) 및 혈액 투석이 필요한 환자의 경우, 칼륨 배설 능력의 저하로 고칼륨혈증이 발생하기 쉬우므로 하루에 섭취할 수 있는 칼륨 함량의 제한이 필요하다.
 ○ 이를 위해 칼륨이 풍부한 과일과 채소의 섭취를 제한하면, 당뇨 신부전 환자와 같이 채소의 섭취가 필요한 경우 삶의 질과 건강관리의 어려움을 피하기 어렵다. 또한 현재 환자식의 칼륨 함량을 낮추기 위해 개발된 조리 방법들은 칼륨이 충분히 제거되기가 힘들고, 맛이나 향, 다른 영양소에 안 좋은 영향을 준다. 그 때문에 관련 환자들의 삶의 질을 개선하기 위해서는 재배 단계에서 칼륨 함량이 낮은 채소를 생산하는 것이 더 효과적이다.

2. 연구내용
○ 기존 선행 연구들에서 진행한 저칼륨 채소를 재배하는 방법은, 배양액 조성 시 칼륨을 나트륨으로 대체하는 방식을 주로 이용하였으나, 이 경우에는 채소의 나트륨 함량이 증가하므로 나트륨 섭취 또한 제한된 신장질환자 및 평소 나트륨 섭취량이 높은 한국인에게 적용하는 데 한계가 있었다. 이에 본 연구에서는 배양액 조성에 칼륨 대신 우리나라의 많은 인구가 권장량보다 적게 섭취하고 있는 무기질인 칼슘을 넣는 방법을 활용하여 생산된 저칼륨 케일에서 나트륨의 함량이 높아지는 것을 억제하고자 노력하였다. 또한, 기존 연구는 생산량은 동일하게 유지하되 식물의 칼륨을 감소시키는 데만 초점을 두었다면, 본 연구는 한 단계 더 나아가 케일의 대표적인 항암성분으로 알려진 글루코시놀레이트(glucosinolates) 함량까지 증가시키는 것을 목표로 하여 연구하였다.

3. 기대효과
○ 본 연구 결과는, 신장의 기능에 어려움이 있어 칼륨 섭취가 제한되는 사람들도 고칼륨혈증에 대한 걱정을 줄여 다양한 방법으로 케일과 그 기능 성분을 섭취할 수 있어, 건강과 삶의 질 개선에 도움이 될 것으로 기대된다. 또한 최근 인공광형 스마트팜은 천연물원료 생산에 있어 세계적으로 관심이 높아지고 있음에도 불구하고, 높은 시설 투자 및 운영비용으로 인해 산업화가 쉽지 않은 국내 인공광형 스마트팜 분야에 인공광형 스마트팜에서만 가능한 새로운 고기능성 원료 및 재배기술을 제시함으로서 국내 인공광형 스마트팜 산업화에 한번 더 기여할 것으로 보인다.


연구 결과 문답

□ 연구를 시작한 계기나 배경은?

케일은 대표적인 기능성 채소로 녹즙과 같은 건강기능 식품이나 쌈 채소로 즐겨 먹는 채소이다. 우리 연구팀은 기존에 셀레늄 및 나트륨 처리를 통해 케일에 함유된 항암성분인 글루코시놀레이트를 증대시키는 재배기술을 개발한 바 있다. 그 후속 연구인 이번 연구는 고칼륨혈증의 위험이 있어 칼륨 섭취가 제한된 신부전증 또는 당뇨 신부전 환자를 위한 특수 목적용 작물의 재배 방법을 개발하는 것을 목표로 하였다. 해당 환자들의 경우 채소의 섭취가 제한되거나 일반적이지 않은 조리 및 식사 방법을 통하여 칼륨의 섭취를 제한하고 있어 건강관리에 대한 삶의 질 감소가 크므로, 해당 환자들에 대한 맞춤형 연구로 칼륨의 함량이 낮은 기능성 채소를 재배하여 일반인과 동일하게 쉽게 채소를 식생활에 적용할 수 있도록 하고자 하였다.

□ 이번 성과, 무엇이 다른가?

기존 연구에서는 단순히 채소의 저칼륨화를 하되 생산량만 기존 방식과 동일하도록 하는 데 초점을 두었다면, 본 연구는 한 단계 더 나아가 항암 효능이 밝혀진 케일의 대표적인 기능 성분인 글루코시놀레이트양의 증진까지 목적으로 하였다는 것이 다르다. 또한, 기존 연구에서는 저칼륨화를 위해 배양액 조성에서 칼륨을 나트륨으로 대체하였으나, 이 경우 채소의 나트륨 함량이 증가하므로 나트륨 섭취 또한 제한된 신장질환자 및 평소 나트륨 섭취량이 높은 한국인에게 적용하는 데 한계가 있었으므로, 본 연구에서는 칼륨을 칼슘으로 대체하는 방식을 통하여 나트륨 농도 증가를 피하고자 하였다. 특히, 항암성분으로 알려진 글루코시놀레이트 함량을 높이는 것을 연구의 또 다른 목적으로 잡은 것은 우리 연구팀이 진행하고 있는 연구의 연속성과 방향성을 보여준다.

□ 실용화된다면 어떻게 활용될 수 있나?

신장 관련 질환이 있어 저칼륨 식사를 해야 하는 환자들도 조금 더 자율성이 있게 채소를 식단에 활용할 수 있을 것으로 기대된다. 더불어 본 연구에서 개발한 방법은 케일 내에서 항암성분인 글루코시놀레이트 함량을 높이는 것으로 나타나 건강기능 식품 원료로 활용될 수 있을 것으로 기대한다. 기술의 실용화를 염두에 두고 원료 생산의 재현성이 높은 인공광형 스마트팜(식물공장)을 활용하였으므로, 인공광형 스마트팜의 신규 고부가가치 원료로 활용될 수 있다.

□ 기대효과와 실용화를 위한 과제는?

신장의 기능에 어려움이 있어 칼륨 섭취가 제한되는 환자들의 식단에 저칼륨 케일을 다양한 방법으로 활용할 수 있게 되므로 해당 환자들의 건강과 삶의 질 개선에 도움이 될 것으로 보인다. 또한, 최근 인공광형 스마트팜은 천연물 원료 생산에 있어 세계적으로 관심이 높아지고 있음에도 불구하고, 높은 시설 투자 및 운영비용으로 인해 산업화가 쉽지 않은데, 국내 인공광형 스마트팜 분야에 인공광형 스마트팜에서만 가능한 새로운 고기능성 원료의 재배기술을 제시함으로써 국내 인공광형 스마트팜 산업화에 좋은 소재로 기여할 것으로 기대된다. 후속 연구로는 더 다양한 채소들에 해당 기술을 적용하여 환자 맞춤형 저칼륨, 고기능성 채소들을 재배하는 기술을 개발하는 것이 목표이다.

upload_image

[그림 1]
인공광형 식물공장에서 다양한 칼륨 비율의 배양액 조건에서 재배 중인 케일

  추천 0
  
인쇄하기 주소복사 트위터 공유 페이스북 공유 
  
본 기사는 네티즌에 의해 작성되었거나 기관에서 작성된 보도자료로, BRIC의 입장이 아님을 밝힙니다. 또한 내용 중 개인에게 중요하다고 생각되는 부분은 사실확인을 꼭 하시기 바랍니다. [기사 오류 신고하기]
 
  댓글 0 댓글작성: 회원 + SNS 연동  
첫 댓글을 달아주세요.
 
위로가기
동향 홈  |  동향FAQ  |  동향 문의 및 제안
 |  BRIC소개  |  이용안내  |  이용약관  |  개인정보처리방침  |  이메일무단수집거부
Copyright © BRIC. All rights reserved.  |  문의 member@ibric.org
트위터 트위터    페이스북 페이스북   유튜브 유튜브    RSS서비스 RSS
에펜도르프코리아 광고