"조류로 만든 고기": 미세조류와 대두가 미래의 커틀릿이 되는 과정

프라이팬 행성을 위한 새로운 단백질은 누구에게 맡겨야 할까요? 재료 과학자 스테판 굴딘(TUM/TUMCREATE, Proteins4Singapore 프로젝트)은 획기적인 답을 제시합니다. 바로 미세조류 + 콩입니다. 그는 최근 네이처(Nature)에 게재 된 논문에서 60~70% 단백질 함량의 단일 세포 배양액에서 원료를 얻은 후, "고기"의 씹는 맛과 육즙을 모방하도록 자체 조립과 질감을 "조정"하는 방법을 설명합니다. 이는 싱가포르의 "30 x 30" 목표와 관련이 있습니다. 토지가 부족한 환경에서 2030년까지 식량의 30%를 국내에서 생산한다는 목표입니다. 특히 소형 조류 생물 반응기가 매우 적합해 보입니다.

연구 배경

대체 단백질 공급원은 유행처럼 번지는 변덕이 아니라, 인구 증가, 기후 제약, 토지 및 물 부족, 그리고 일부 대도시에서는 수입에 의존하는 공급망의 취약성 등 여러 병목 현상에 대한 해결책입니다. 싱가포르가 대표적인 예입니다. 싱가포르는 식량의 대부분을 수입에 의존하고 있으며, 2030년까지 국내에서 전체 식량의 30%를 생산한다는 "30x30" 목표를 설정했습니다. 이러한 지리적 환경에서는 미세조류를 활용한 소형 생물반응기와 폐쇄형 광생물반응기가 적합합니다. 토양이 거의 필요하지 않고, 연중 내내 작동하며, "헥타르" 단위가 아닌 "도시 단위"로 확장 가능합니다.

미세조류는 "수직" 생산 방식만으로 흥미로운 것은 아닙니다. 클로렐라, 난노클로롭시스, 아르트로스피라/"스피룰리나" 와 같은 여러 균주 는 건조 중량 기준으로 50~70%의 단백질을 함유하고 있으며, 단백질과 함께 다중불포화지방산, 색소, 항산화제 등이 함유되어 있습니다. 이러한 바이오매스에서 단백질 농축물과 분리체를 얻을 수 있는데, 이는 식량 체계의 "구성 요소"입니다. 많은 육상 작물에 비해 미세조류의 장점은 재배 조건 조절을 통한 성분 구성의 유연성과 계절적 영향의 영향을 받지 않는다는 점입니다. 즉, 생산 배치를 표준화하기가 더 쉽습니다.

하지만 "녹색 분말" 자체가 "커틀릿"으로 만들어지는 것은 아닙니다. 조류 단백질은 특유의 맛과 향(엽록소, "해양" 향)을 지니고 있으며, 용해도와 겔화도 다양하고, 세포벽이 튼튼하여 제대로 처리하지 않으면 소화가 어렵습니다. 따라서 분획, 표백/탈취, 기능적 특성(유화, 보수성, 점탄성) 조정 등의 기술적 과정이 필요합니다. 동시에 바이오매스의 건조 및 분리는 에너지 효율적으로 이루어져야 합니다. 그렇지 않으면 환경 및 가격 측면에서 얻을 수 있는 이점이 일부 손실됩니다. 여기에 "신규 식품" 규제와 알레르기 유발 물질 문제까지 더해지면 반응기에서 카운터까지의 경로가 왜 긴지 분명해집니다.

"고기" 경험의 핵심은 구조화입니다. 단백질 농축물은 탄력 있는 "씹는 맛"을 제공하고 육즙과 지방을 유지하는 섬유질의 겹겹이 쌓인 미세 구조로 자가 조직화되어야 합니다. 이는 전단장, 압출, 미세상 분리 제어, 그리고 지질/방향족 전구체의 첨가를 통해 달성됩니다. 실제로 조류 단백질은 대두 단백질과 혼합되는 경우가 많습니다. 이렇게 하면 적절한 아미노산 프로필을 얻고, 질감 형성을 개선하고, 조류의 풍미를 "억제"하기가 더 쉬워집니다. 마지막 장벽은 소비자입니다. 지역 요리 레시피, 블라인드 테이스팅, 그리고 명확한 라벨링이 필요합니다. 이것이 바로 재료 과학과 감각 도구가 식품 화학 알고리즘에 추가되는 이유입니다. 이러한 도구가 없다면 "조류 고기"는 사람들이 두 번 살 제품이 아니라 실험실 시연에 불과할 것입니다.

왜 미세조류인가?

• 단백질이 가득합니다. 어떤 종류는 건조 중량 기준으로 최대 60~70%의 단백질을 함유하고 있는데, 일반적인 단백질 공급원과 비슷하거나 더 높습니다.
• 도시형입니다. 반응로에서 재배하며, 토지가 거의 없고 물 사용량도 적어 싱가포르 같은 거대 도시에 적합합니다.
• 유연한 가공. 바이오매스에서 단백질 분획을 추출하여 질감 "구성 요소"로 사용할 수 있습니다.

굴딘의 팀은 무엇을 하고 있나요?

연구의 초점은 식물성 단백질을 "고기"처럼 작동하게 만드는 것입니다. 여기서 재료 과학적 접근 방식이 결정적입니다. 단백질 가닥의 자기 조직화와 수분 및 지방과의 상호작용을 제어함으로써 원하는 미세 구조(층화, 섬유질, 탄성)를 조립할 수 있습니다. 이는 "연성 물질의 물리학"이 미각에 작용하는 경우입니다.

• 원재료: 미세조류와 대두 단백질의 혼합물 - 맛, 영양, 가격의 균형을 이룹니다.
• 과정: 추출 → 자체 조립 조건 선택 → 민트/씹힘성 및 과즙성 테스트 → 레시피 조정.
• 장소: TUMCREATE/Proteins4Singapore 컨소시엄 - 도시 국가의 요구를 충족하기 위한 기초 기관과 식품 기술을 연결하는 다리입니다.

이미 명확한 사항과 조류에 대한 "대체 육류"의 속도를 늦추는 요인은 무엇입니까?

• 장점:
  • 다양한 종에서 높은 단백질 밀도와 완전한 아미노산 프로필을 가지고 있습니다.
  • 폐쇄형 시스템의 확장성
  • 탄소 발자국과 물 발자국을 줄일 수 있는 전망.
• 과제:
  • 맛과 향(엽록소, "바다" 향)은 색소의 마스킹과 표백이 필요합니다.
  • 기능적 특성(용해도, 겔화)은 종마다 다르고 가공 방식에 따라 달라집니다.
  • 경제 및 규제: 작물 공급망의 안정성, 단백질 농축물의 표준화.

싱가포르(그리고 싱가포르만이 아닌)에 이것이 필요한 이유

싱가포르는 식량의 90% 이상을 수입하고 있으며, 2030년까지 30%를 국내에서 생산할 계획입니다. 소형 미세조류 반응기와 단백질을 "육류" 제품으로 가공하는 방식은 제곱미터당 단백질 함량을 높이고 공급 충격에 대한 취약성을 줄이는 방법입니다. 토지와 물이 부족한 도시에도 마찬가지입니다.

"녹색 죽"으로 "고기 한입" 만드는 법

• 구조: 단백질 섬유의 미세상 분리와 방향(압출, 전단장)을 제어합니다. 따라서 섬유질이고 물었을 때 "물결"이 일어납니다.
• 육즙성: 지방을 캡슐화하고, 하이드로콜로이드로 물을 결합합니다. "육즙"과 유사합니다.
• 맛: 발효, 지질 프로필 및 방향족 전구체의 선택 - "해초" 노트에서 "우마미"로 이동합니다.

Proteins4Singapore의 다음 단계는 무엇인가

• 실험실부터 미니 워크숍까지: 배치 안정성, 유통기한, 냉장 물류.
• 영양학 및 안전: 식물성 단백질 알레르기 유발 물질, 소화율, 라벨링.
• 소비자 테스트: 아시아 요리의 블라인드 테이스팅과 행동 연구 – 맛이 중요합니다.

저자의 의견

이 소재는 실용적이고 "공학적"인 낙관론처럼 들립니다. 미세조류는 과장된 홍보를 위한 이색적인 소재가 아니라, 재료 과학자의 관점에서 보면 단백질 제품의 진정한 구성 요소입니다. 핵심은 단순히 60~70%의 단백질 함량을 가진 바이오매스를 배양하는 것이 아니라, 단백질 분획이 "고기"와 같은 미세 구조를 형성하도록 훈련시키는 동시에 맛, 육즙, 그리고 가격을 유지하는 것입니다. 따라서 미세조류와 콩의 조합이 주목을 받고 있습니다. 미세조류는 단백질 밀도와 밀도 있는 생산을 자랑하며, 콩은 검증된 질감과 "부드러운" 맛을 자랑합니다.

저자는 종종 "말로 표현되지 않는" 몇 가지 중요한 사항을 강조합니다.

• 질감과 감각이 슬로건보다 더 중요합니다. "녹색" 발자국은 장점이지만, 사람들은 씹는 맛이 좋고 맛있는 것을 구매할 것입니다. 따라서 단백질, 섬유질, 그리고 지방/즙의 자가조립을 강조합니다.
• 기능이 분류학보다 더 중요합니다. "어떤 종류의 조류"인지는 중요하지 않고, 분리된 단백질 분획이 가공 후 어떤 기능적 특성(용해도, 겔화, 유화)을 나타내는지가 더 중요합니다.
• 이 블렌드는 타협이 아니라 전략입니다. 해조류와 콩 단백질의 혼합물은 아미노산 프로필, 기술적 효과, 그리고 "해양" 향의 중화라는 세 가지 과제를 동시에 해결하는 데 도움이 됩니다.
• 도시 생산 논리. 싱가포르와 대도시의 경우, 핵심은 "m²당 단백질"과 계절적 독립성입니다. 폐쇄형 반응기, 짧은 공급망, 배치 안정성 등이 핵심입니다.
• 경제와 에너지는 현실을 걸러내는 필터입니다. 저렴한 탈수/표백 및 소규모 작업장의 규모 축소는 병목 현상입니다. 이러한 요소가 없다면 생태와 가격은 가공 단계에서 "증발"할 수 있습니다.
• 규제와 신뢰. "신식품"은 표준, 알레르기 유발 성분, 라벨링, 소비자 테스트, 그리고 지역 음식(단순히 "버거 형태"가 아닌)을 위한 것입니다.

저자에 따르면 "해초고기"가 시연에서 대량 생산으로 전환되기 위해서는 다음에 무엇이 일어나야 할까요?

• 단백질 농축물을 표준화합니다(단백질 %만이 아니라 기능적 지표에 따라 배치별로).
• 에너지 효율적으로 "더러운" 단계를 해결합니다. 영양소 손실 없이 물 분리, 탈취/표백을 수행합니다.
• 도시 내에 소규모 생산 체인을 구축합니다. 반응기부터 시범 압출 라인, 냉장 물류까지 모든 것이 갖춰져 있습니다.
• 요리법의 맥락(아시아/유럽)에 맞는 향, 지방, 향신료 등을 찾아 실제 행동 테스트를 실시합니다.
• 실험실 그램이 아닌 실제 규모로 LCA(탄소/물/에너지)를 정직하게 계산하세요.

핵심 메시지: 대체 단백질은 단일 "슈퍼 재료"가 아니라, 재료 과학과 식품 솔루션의 결합입니다. 미세조류는 밀도와 단백질 밀도를 제공하고, 콩은 질감을 안정적으로 "강화"하며, 뛰어난 엔지니어링은 이를 다시 먹고 싶은 제품으로 만들어냅니다.

결론

미세조류는 미래적 환상이 아니라, 토지가 부족하고 단백질이 필요한 도시를 위한 기술 플랫폼입니다. 굴딘과 동료들의 연구는 단백질의 자가 조립과 질감을 제어하면 "친환경" 농축액이 실제로 "고기" 제품으로 변한다는 것을 보여줍니다. 이는 싱가포르의 30x30 식량 지속가능성 전략에 논리적으로 부합합니다. 그다음에는 향, 비용, 품질 기준, 그리고 소비자의 애정이라는 장기적인 목표가 있습니다.

출처: Christine Ro. 원재료: 조류 단백질을 모조 고기로 만들기. Nature, 2025년 8월 18일; S. Guldin(TUM/TUMCREATE, Proteins4Singapore) 인터뷰. 추가 문맥: 30×30 목표 및 Proteins4Singapore 관련 자료. doi: https://doi.org/10.1038/d41586-025-02622-7