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뉴스 농수식품
비만 잡는 청경채 Made in 스마트팜
Bio통신원(KIST)
KIST 유지혜 선임연구원 (교신저자) 박재억 선임전문원(제 1저자)
- 대사성 질환 예방을 위한 기능성 청경채 재배 스마트팜 기술 개발
- 항비만 성분인 글루코시놀레이트 함량 2.4배, 생산량 2배
대사성 질환은 물질대사 장애에 의해서 발생하는 질환으로 비만, 당뇨 및 고혈압 등 다양한 질환을 지칭하며 주로 운동 부족과 과잉영양에 의한 생활 습관이 원인이다. 최근 코로나19가 대사성 질환력이 있는 환자들에게 더 치명적이라는 것이 알려져 대사성 질환을 억제할 수 있는 건강기능식품의 수요가 폭발적으로 늘고 있다.
한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진)은 스마트팜융합연구센터 유지혜 박사 연구팀이 인공 조명 설비로 식물에 빛을 공급하는 인공광형 식물공장(스마트팜)에서 항비만 성분인 글루코시놀레이트(Glucosinolate) : 질소와 황이 함유된 식물의 2차 대사산물로써 십자화과 식물(케일, 브로콜리, 양배추 등)에 다량 함유되어 있음. 지방조직과 간에서 지방 축적을 억제하고 염증을 낮춰 비만을 억제하는 작용을 하는 기능성 성분임
글루코시놀레이트(Glucosinolate) 함량과 생산량이 대폭 증가된 기능성 청경채를 생산하는 데 성공했다고 밝혔다. 또한, 이렇게 생산된 기능성 청경채는 대사성 질환을 예방할 수 있는 기능성 식품 원료로 개발될 전망이다.
청경채는 샐러드에서 요리까지 다양하게 즐겨 먹는 세계적으로 수요가 높은 채소로 글루코시놀레이트 함량이 높은 식물이며 지방조직과 간에서 지방 축적을 억제하고 염증을 낮추는 항비만 성분이다. 하지만, 청경채의 단순 섭취로는 글루코시놀레이트의 섭취 함량이 부족하여 대사성 질환을 억제하기에는 어려움이 있었다. 또한, 재배시 온도, 습도, 수분함량 등 재배환경 조건에 따른 글루코시놀레이트 함량의 변화가 크고, 병충해에 취약하여 노지에서 재배할 경우 식물보호제 사용이 필요하다.
이에 KIST 연구진은 배양액 및 광조건 등의 다양한 재배 조건 변화를 통해 글루코시놀레이트가 최대로 생산되는 조건을 찾아낸 결과 글루코시놀레이트 함량이 2.4배 가량 증가되면서 청경채의 생산량 또한 2배 이상 증가되는 것을 확인하여 글루코시놀레이트 함량증진과 생산량 증대의 두 마리 토끼를 잡아내는 데 성공했다.
스마트팜을 이용한 채소 재배는 이제 더 이상 낯선 풍경은 아니지만, 높은 설치 및 유지비용으로 인해 일반 채소 생산으로는 경제성을 맞추기 어려워 그 기술의 발전에 비해 널리 사용되지 못해 왔다. 이번 연구처럼 스마트팜에서 질병을 예방할 수 있는 고기능성 식품 원료 생산이 가능해진 것은 국내외 스마트팜의 본격적인 산업화의 발판으로 큰 역할을 할 수 있을 것으로 기대된다.
혹한 환경으로 인해 채소의 섭취가 취약한 캐나다 북쪽 원주민들은 비만, 당뇨, 고혈압과 대사성 질환 발병률이 캐나다 평균보다 2배 높으며 특히 55세 이상 당뇨 인구는 5배, 고혈압 인구는 3배 높아 캐나다에서는 사회적 문제가 되고 있다. 이와 같은 문제를 해결하기 위해 캐나다 원주민들이 주로 섭취하는 채소 중 대사성 질환에 효과가 있는 청경채를 한국과 캐나다가 국제 공동기술개발사업을 통해 연구하게 되었다.
KIST 유지혜 박사는 “향후 높은 대사성 질환율로 문제가 되고 있는 캐나다 원주민들을 대상으로 인체 적용 시험을 진행할 예정”이라며 “이번에 개발한 청경채를 통해 현대인의 고질병이라 불리는 대사성 질환의 위협에서 벗어날 수 있는 새로운 기능성 식품이 개발될 것으로 기대한다.”라고 밝혔다.
본 연구는 산업통상자원부(장관 성윤모) 지원으로 한-캐나다 국제공동협력연구로 수행되었으며, 연구 결과는 농식품 분야 국제학술지 ‘Food Chemistry’ (JCR 분야 상위 3.96%) 최신 호에 게재되었다.
* (논문명) Effects of long light exposure and drought stress on plant growth and glucosinolate production in pak choi(Brassica rapa subsp. chinensis)
1. 연구배경
○ 대사성 질환은 생체 내 물질대사 장애에 의해서 발생하는 질환의 총칭으로 주로 비만, 당뇨 및 고혈압 등 다양한 질환을 포함하고 있다. 대사성 질환은 주로 운동 부족과 과잉영양에 의한 생활 습관에 의해 발병되는데 현대 사회에 들어서 급격히 증가하고 있어 주의가 요구된다.
○ 대사성 질환 개선에 좋은 기능성 식물인 청경채는 다양한 레시피로 수요와 활용도가 높은 채소 중 하나이지만, 청경채 재배시 온도, 습도, 수분함량 등 재배환경 조건에 따라 청경채가 가진 생리활성 물질 함량의 변화가 크게 영향을 받고, 노지 재배시 병충해에 취약하여 식물보호제 사용이 필요하다.
○ 이를 위해 청경채가 가진 기능성 물질인 글루코시놀레이트를 타겟으로 하여, 이를 증진시키고, 외부환경의 영향 없이 안전하고 안정적으로 재배하기 위해 스마트팜(vertical farm, indoor farm)에서 최적의 광과 수분 환경에 대해 연구를 하였다.
2. 연구내용
○ 본 연구에서는 청경채의 생산량 감소 없이 글루코시놀레이트의 증진을 위해 스마트팜에서 구현 가능한 일장과 건조 스트레스를 활용하여 최적의 재배 방법을 연구한 결과, 스마트팜 재배시 단파장과 다파장 LED를 조합한 장일 조건에서 기존 재배 조건 대비 식물체 당 총 글루코시놀레이트 함량이 약 2.4배 증가하였다.
○ 선행 연구들에서는 다양한 스트레스 처리를 통해 2차 대사산물의 함량은 증진시켰으나, 1차 대사산물을 소비하여 생산량은 증진은 되지 않아 산업화에 활용하기에는 어려움이 있었다. 하지만 본 연구에서는 생산량 또한 2배 증가시켜 산업화 원료가 될 수 있는 기능성 청경채 재배 방법을 개발하였다.
3. 기대효과
○ 본 연구 결과는, 높은 시설 투자 및 운영비용으로 인해 산업화가 쉽지 않은 스마트팜에서만 재배할 수 있는 고기능성 원료 및 재배기술을 제시함으로써 국내 스마트팜 산업화에 좋은 소재로 기여할 것이다.
○ 개발한 기능성 청경채로 캐나다 매니토바주립대학에서 캐나다 원주민을 상대로 인체 적용시험을 진행하여 대사성 질환률을 낮추는 것을 확인한 후 기능성 음료로 제작할 예정으로 향후 북미지역으로의 판매도 기대되고 있다.
[그림1]
생산조건별 글루코시놀레이트 함량변화
CON : Control, 14시간 밝음+10시간 어두움
LD : Long day stress, 20시간 밝음+4시간 어두움
WS : Water stress, 12시간/주 물없음(가뭄)
[그림2]
생산조건별 청경채의 재배 모습
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