[헬쓰in논문] 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 만성 신부전증 등 신장 기능이 원활하지 않은 신장질환 환자의 경우, 칼륨 배설 능력의 저하로 고칼륨혈증이 발생하기 쉽기때문에 칼륨 섭취량을 제한해야 한다. 그렇지만 칼륨이 풍부한 과일과 채소의 섭취를 제한하면 삶의 질이 떨어지고, 건강관리의 어려움이 따를 수 있어서 칼륨 함량을 낮추기 위한 대체식품이 필요한 실정이다.
이러한 가운데, 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진)은 26일, 스마트팜융합연구센터 노주원 박사 연구팀이 '스마트팜'으로 알려진 인공광형 식물공장에서 케일 재배할 때 배양액에 칼륨을 칼슘으로 대체해 저칼륨 케일을 생산하는 데 성공했다고 밝혔다. 또, 이렇게 생산된 저칼륨 케일은 항암성분인 글루코시놀레이트(Glucosinolate) 함량이 증가함으로써 기능성이 더욱 향상된 신장질환 환자용 식품으로 개발될 전망이다.
글루코시놀레이트(Glucosinolate)는 질소와 황이 함유된 식물의 2차 대사산물로서 케일, 브로콜리, 양배추 등 십자화과 식물에 다량 함유되어 있다
이번 연구결과를 담은 논문은 식품화학 분야의 SCI급 국제학술지 ‘Food Chemistry(IF=6.306)’ 11월 11일자에 게재됐다.
논문명은 'Production of low potassium kale with increased glucosinolate content from vertical farming as a novel dietary option for renal dysfunction patients'이며, KIST 손양주 위촉연구원과 박재억 전문원이 각각 제1저자로, 노주원 책임연구원이 교신저자로 참여했다.
연구팀의 노주원 박사는 “이번 연구를 통하여 신장 기능에 어려움이 있어 칼륨 섭취가 제한되는 사람들도 고칼륨혈증에 대한 걱정없이 케일을 섭취할 수 있어 삶의 질 개선에 도움이 될 것으로 기대한다”며 “향후 병원의 환자용 식단 및 가정에서 손쉽게 재배해서 먹을 수 있는 가정용 저칼륨 채소재배기에도 응용하여 산업화하는 방안을 모색할 계획”이라고 말했다.
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.
연구팀은 배양액 조성에 칼륨 대신 우리나라의 대다수 사람들이 권장량보다 적게 섭취하고 있는 무기질인 칼슘을 넣는 방법을 활용했다.
케일 수확 전 2주간 칼륨을 칼슘으로 대체해 배양액의 칼륨 농도를 조절하고, 나트륨의 함량이 증가하지 않는 저칼륨 케일 생산법을 개발했다. 또, 케일의 생산량 또한 기존 조건과 동일한 수준으로 유지할 수 있었다.
연구팀은 케일이 본래 가지고 있는 항암성분인 글루코시놀레이트 함량을 증진시킬 수 있는 방법도 함께 개발해 파종 후 49일 동안 식물공장에서 재배한 케일에서 고칼륨 조건 대비 총 글루코시놀레이트 함량이 44% 증가하는 것을 확인했다.
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, 이번 연구는 질병 치료를 위한 특수목적용 천연물원료 생산에 대한 재배기술을 개발함으로써 국내 인공광형 스마트팜 산업화에도 기여할 것으로 기대된다.
이번 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영) 지원으로 KIST 주요사업과 한국연구재단 첨단GW바이오사업으로 수행됐다.
