칼륨은 사람과 식물에 있어 중요한 필수 미네랄로 우리 몸에서는 항상성을 유지하는데 역할과 함께 신경 신호 등 생리 반응과 밀접한 관계가 있는 것으로 알려져 있습니다. 그러나 신장 기능이 원활하지 않은 만성 신부전증 등 혈액 투석이 필요한 환자의 경우, 칼륨 배설 능력의 저하로 고칼륨혈증이 발생하기 쉬우므로 칼륨 섭취량을 제한해야 합니다. 그렇지만 칼륨이 풍부한 과일과 채소의 섭취를 제한하면 삶의 질과 건강관리의 어려움이 있으므로 칼륨 함량을 낮추기 위한 대체식품이 필요한 실정입니다.
한국과학기술연구원(KIST)은 스마트팜융합연구센터 노주원 박사 연구팀이 조명 설비를 인공 빛으로 활용하는 인공광형 식물공장(스마트팜)에서 케일 재배 시 배양액에 칼륨을 칼슘으로 대체해 식물의 생육에는 영향을 주지 않고 저칼륨 케일을 생산하는 데 성공했다고 밝혔습니다. 또한, 이렇게 생산된 저칼륨 케일은 항암성분인 글루코시놀레이트(Glucosinolate) 함량이 증가함으로써 기능성이 더욱 향상된 신장질환 환자용 식품으로 개발될 전망입니다. 본 연구는 'Food Chemistry’'에 게재됐습니다.
- 글루코시놀레이트(Glucosinolate)
질소와 황이 함유된 식물의 2차 대사산물로써 십자화과 식물(케일, 브로콜리, 양배추 등)에 다량 함유되어 있습니다.
저칼륨 케일 생산법 개발
그동안의 인공광형 식물공장을 이용한 저칼륨 채소 재배 방법은 배양액 조성에서 칼륨을 나트륨으로 대체하는 방식을 주로 사용했으나 이 경우 채소의 나트륨 함량이 증가하므로 신장질환 환자에 적용하는 데 한계가 있었습니다. KIST 연구팀은 배양액 조성에 칼륨 대신 한국의 대다수 사람들이 권장량보다 적게 섭취하고 있는 무기질인 칼슘을 넣는 방법을 활용했습니다. 케일 수확 전 2주간 칼륨을 칼슘으로 대체하여 배양액의 칼륨 농도를 조절하고 나트륨의 함량이 증가하지 않는 저칼륨 케일 생산법을 개발했습니다. 또한, 케일의 생산량 또한 기존 조건과 동일한 수준으로 유지할 수 있었습니다.
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 확인했습니다. 우리 몸속에서 분해되어 실질적으로 항암효과를 나타내는 성분인 글루코브라시신(Glucobassicin)은 약 2.1배, 글루코나스터틴(Gluconasturtiin)은 약 2.4배가 저칼륨 조건에서 증가했습니다.
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 기대됩니다.
KIST 노주원 박사는 "본 연구를 통해 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 응용해 산업화하는 방안을 모색할 계획이다"라고 밝혔습니다.
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