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풍미 전환 스캐폴드로 배양육에 맛있는 향을 입히다

BioINwatch(BioIN+Issue+Watch): 24-52

■ 국내 연구진이 고기를 구울 때 나오는 특유의 맛있는 향을 방출할 수 있는 배양육에 관한 연구결과를 발표

○ 연세대 홍진기 교수 연구팀은 마이야르 반응*을 모사하여 배양육을 150°C로 가열시 풍미 화합물을 방출하는 풍미 전환 스캐폴드(scaffold)를 개발

   * 주로 단백질의 아미노산과 당이 특정 온도에서 만나 색이 갈색으로 변하는 현상으로, 음식의 맛과 향, 색을 풍부하게 함

  - 풍미 전환 스캐폴드(Flavor-Switchable Scaffold)는 배양육 제작에 필요한 스캐폴드*인 젤라틴에 풍미 화합물을 결합시켜 고온에서 맛있는 향이 방출되도록 설계

   * 배양육 제작에 있어 필수적인 성분으로, 육류 제품과 유사한 3차 구조를 형성하도록 세포를 지지하고 세포가 자랄 때 영양을 공급하는 식용 구조물

○ 연구팀은 전환 가능한 풍미 화합물(SFC,Switchable Flavor Compound)을 합성한 후 이를 젤라틴에 결합하여 고온에서 방출되는 풍미 전환 스캐폴드(Flavor-Switchable Scaffold)를 제작

< 전환 가능한 향미 화합물(SFC) 구조 >

  - 전환 가능한 SFC는 퍼퓨릴머캅탄(구운 고기향이 나는 향미 역할)*과 메타크릴로일(젤라틴과 결합하는 역할)**을 HMDI***에 결합시켜 제작

    * 메탄티올(CH3SH)로 치환된 퓨란 방향족 고리 화합물로, 마이야르 반응의 생성물인 구운 고기향이 남

   ** 메타크로일(methacryloyll)은 젤라틴과 결합하는 화합물로, 생체 적합성 및 생분해성이 뛰어나고 성형이 쉬워 생체 재료로 많이 이용

  *** 헥사메틸렌디이소시아네이트(hexamethylene diiso-cyanate), 경화제로 많이 사용됨

○ SFC를 구성하는 2개의 메타크로일 그룹이 젤라틴과 결합하여 가교 역할을 하고, 이로 인해 풍미 화합물과 젤라틴이 결합된 풍미 전환 스캐폴드가 생성

  - 여기에 소의 근육모세포(myoblast)를 증식, 분화시켜 배양육을 제작하였으며, 이 배양육을 150°C로 가열하게 되면 구운 고기향이 방출되는 방식

   ※ 특히, SFC의 풍미 성분인 퍼퓨릴머캅탄은 온도 반응성을 보이는 이황화(S-S) 결합을 통해 스캐폴드에 부착되어 있다가 특정 온도(150°C)에서 S-S 결합이 분해되어 풍미 화합물이 방출되도록 설계

< 풍미-전환 스캐폴드(Flavor-Switchable Scaffold)의 작용 메커니즘 >

a. 풍미 화합물과 젤라틴 골격으로 이루어진 풍미 전환 스캐폴드 구조

(i) 풍미(Flavor) 그룹인 퍼퓨릴머캅탄(Furfuryl mercaptan)과 젤라틴과의 결합(Binging) 그룹인 2개의 메타크릴로일(methacryloyll)로 구성된 전환 가능한 풍미 화합물(SFC)

(ii) 젤라틴 골격의 아미노기(-NH2)는 SFC의 메타크릴 작용기가 결합하여 스캐폴드를 형성

b. SFC를 함유한 젤라틴 스캐폴드에 소의 근육모세포(myoblasts)를 증식·분화시켜 만든 배양육의 이미지

c. 150°C로 가열시 풍미 화합물의 이황화(S-S) 결합이 끊어지면서 풍미 화합물이 방출  

○ 이 기술의 특징은 스캐폴드에 결합시키는 풍미 화합물의 종류를 바꾸어 원하는 향을 지닌 배양육을 만들 수 있다는 점

  - 연구팀은 마이야르 반응에서 생성되는 다양한 풍미 화합물인 멜라노이딘류를 스캐폴드에 결합시켜 아몬드, 구운 빵, 꽃, 치즈 향 등이 추가된 배양육도 제조

< 마이야르 반응으로 생성된 다양한 풍미 화합물인 멜라노이딘(melanoidin) >

¶ 아미노산과 당의 양과 종류에 따라 만들어지는 다양한 마이야르 반응 생성물의 종류와 향을 분석하여 분류(비린내, 매운향, 시큼한 향을 Off-flavor로, 고기향, 고소한향, 유황향, 아몬드향, 구운빵향, 꽃향, 치즈향, 지방향, 과일향을 좋은향pleasant flavor로 분류)

■ 이번 연구성과는 배양육 지지체에 다양한 온도 반응성 풍미 화합물을 결합시켜 풍미가 향상된 배양육 개발에 기여 가능

○ 다양한 풍미 화합물을 풍미 전환 스캐폴드에 도입한다면 기존 육류의 복잡한 향미 특성을 모사한 배양육 생산이 가능할 것으로 전망

  - 이전의 많은 연구가 고기의 모양을 모방하는 세포량, 분화, 스캐폴드 등에 관한 연구에 집중되어 향미 특성에 대한 연구는 미흡했던 상황

  - 이번 연구는 별다른 향이 없던 배양육에 자연적 향미을 더하는 방법을 제시하였고, 가열할 때만 풍미 화합물이 방출되도록 설계하여 기존의 향미 화합물의 휘발성 문제를 해결 가능

   ※ 연구팀은 “그동안 개발된 배양육은 별다른 향이 없는 상태에서 요리할 때 양념 등을 첨가해 맛과 향을 내는 방식이었다며 조리할 때 배양육 자체에서 진짜 고기향이 나도록 한 것은 이번이 처음”이라고 설명

  - 또한 다양한 풍미 화합물을 동시에 입힐 수 있어 기존 육류의 복잡한 향미 특성을 유사하게 구현할 수 있을 것으로 기대

참고 쌀에 소의 세포를 배양하여 만든 소고기 쌀(meat rice)

■ 연세대 홍진기 교수 연구팀은 쌀에 소의 근육과 지방 세포를 배양하여 만든 일명 ‘소고기 쌀(meat rice)’에 관한 연구결과를 발표

○ 쌀알에 소의 근육과 지방 세포를 부착시켜 최대 11일 동안 배양해 만든 소고기 쌀은 배양육 가운데 처음으로 쌀을 지지체(스캐폴드)로 사용

  - 쌀을 스캐폴드로 사용하면 쌀에 영양을 추가하는 이점이 있으며, 소고기 쌀은 일반 쌀보다 단백질이 8%, 지방이 7% 더 많이 함유한 것으로 분석

< 쌀에 소의 근육과 지방세포를 배양한 소고기 쌀(meat rice) >

○ 연구팀은 소고기 쌀이 상용화된다면 훨씬 저렴한 가격에 식량을 공급할 수 있을 것이라며 향후 구호용 식량, 군사용 식량 등으로 다양하게 활용될 수 있을 것으로 전망

  - 특히 소고기 쌀은 실제 동물을 사육해 고기를 얻는 방식과 비교해 이산화탄소 배출도 크게 줄일 수 있을 것으로 기대

  - 소고기 쌀로 밥을 지어본 결과, 일반 쌀밥과는 달리 단단하고 찰기가 없어 상용화를 위해서는 추가 연구가 필요

  - 또한 쌀알에 세포가 잘 배양되도록 하여 단백질과 지방 함량을 높이는 동시에 가격을 낮추기 위한 연구가 필요하다는 의견

   ※ 이번 연구에서는 생선 젤라틴과 같이 널리 사용되는 식품 첨가물로 쌀알을 코팅하여 세포 부착과 성장을 개선시킴

원문 : Matter, Rice grains integrated with animal cells: A shortcut to a sustainable food system, 2024.3.3.6

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