미생물 식품 혁명

Nature Communications 14권, 기사 번호: 2231(2023) 이 기사 인용

14k 액세스

3 인용

65 알트메트릭

측정항목 세부정보

현재의 식품 시스템은 지속 불가능한 관행에 의존하고 있으며, 이로 인해 증가하는 인구에게 건강한 식단을 제공하지 못하는 경우가 많습니다. 따라서 새로운 지속 가능한 영양 공급원과 프로세스에 대한 긴급한 요구가 있습니다. 미생물은 낮은 탄소 배출량, 토지, 물 및 계절 변화에 대한 낮은 의존도와 유리한 영양 프로필로 인해 새로운 식량 공급원 솔루션으로 주목을 받았습니다. 더욱이, 특히 합성 생물학에서 새로운 도구의 출현과 사용으로 인해 미생물의 사용이 확대되어 우리의 많은 식이요법 요구를 충족시킬 수 있는 큰 잠재력을 보여주었습니다. 이 리뷰에서 우리는 식품에 미생물을 적용하는 다양한 방법을 살펴보고 역사, 최신 기술 및 현재 식품 시스템을 혼란에 빠뜨릴 수 있는 가능성을 조사합니다. 우리는 바이오매스로부터 전체 식품을 생산하기 위한 미생물의 사용과 고기능성 및 영양 성분을 만들기 위한 세포 공장으로서의 사용을 모두 다룹니다. 기술적, 경제적, 사회적 한계도 현재와 미래의 관점과 함께 논의됩니다.

현재의 식량 시스템은 인구 증가에 따른 영양 및 단백질 수요를 따라잡기 위해 고군분투하면서 위기에 처해 있습니다1. 농업, 축산업, 양식업 등 우리의 모든 식량 시스템은 미래에 증가할 토지 황폐화, 기후 변화, 기후 재해와 씨름하고 있습니다2. 식물성 식품으로 전환하는 것이 환경적으로 덜 유해하기는 하지만 여전히 기후나 계절, 집약적인 토지, 물, 화학물질 사용에 의존합니다3. 미생물이 현재 이용 가능한 대안을 향상, 개선 또는 대체할 수 있는 잠재력을 갖고 있기 때문에 식품 분야에서 미생물 혁명이 일어날 시기가 무르익었습니다4,5. 이는 특히 고기와 같은 전통적인 단백질 공급원과 비교할 때 생태학적이며 탄력 있는 식품 공급원임이 입증되었습니다6,7. 재생 가능한 공급원료와 폐기물 공급원료를 고려할 때 유전적 및 시스템 설계는 지속가능성을 더욱 발전시킬 수 있습니다8,9. 또한 온도나 날씨와 같은 위치 제한에 의존하지 않는 분산형 특성으로 인해 탄력성이 높습니다10. 마지막으로, 그들은 또한 식단 관련 건강 전염병이 증가하는 상황에서 결정적인 높은 영양 프로필을 가지고 있습니다.

미생물은 식품의 역사에서 낯선 존재가 아닙니다. 그러나 최근 연구에 따르면 식품에 미생물을 사용함으로써 얻을 수 있는 다양한 건강상의 이점과 생태학적 절약이 밝혀졌습니다12,13. 이로 인해 새로운 애플리케이션이 폭발적으로 증가하고, 최첨단 기술14,15,16을 사용하여 기존 관행이 개선되었으며, 그 역할과 이점에 대한 더 나은 이해가 이루어졌습니다13. 발효는 영양, 맛 또는 질감을 개선하기 위해 식품에 직접 사용할 수도 있고17,18 식품 산업에서 부가가치 성분을 생산하기 위한 생산 플랫폼으로 사용할 수도 있습니다19,20,21. 더욱이, 발효를 사용하여 미생물 바이오매스를 영양 식품 공급원으로 생산하는 것은 동물 사료와 인간 식품 모두에 채택되기 시작했습니다22,23,24. 그러나 확장성, 경제적 또는 생태학적 지속 가능성을 포함하여 이러한 각 애플리케이션에는 극복해야 할 과제가 있습니다. 미생물 기반 식품의 개발을 강화 및 가속화하고 현재의 한계를 극복하기 위해 새로운 도구를 이러한 분야에 적용할 수 있습니다. 여기에는 미생물의 고해상도 및 고처리량 특성 분석14,25은 물론 유전 및 대사 공학 도구4도 포함됩니다. 균주를 엔지니어링하고 선택함으로써 풍미26 및 영양20,27,28을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 폐기물 사료 또는 값싼 비경쟁 탄소원8,29을 사용하여 지속 가능성을 높일 수 있습니다8,29. 이는 식품의 미생물 혁명을 촉진하기 위한 적용 및 흡수 증가에 기여할 수 있습니다.

식품에서 미생물의 높은 잠재력과 다양한 적용으로 인해 이 분야에서는 최근 전통적인 발효 개선부터 새로운 제품 개발에 이르기까지 수많은 신생 기업이 생겨났습니다(표 1). 기술 발전과 소비자 수용을 위해서는 여전히 개발이 필요하지만, 본 리뷰에서 탐구할 식품의 단일 세포 단백질 및 가공 미생물 분야는 높은 잠재력을 가지고 있습니다. 이 검토의 목적은 전통적인 발효 기술부터 성분 생산의 생명공학 적용에 이르기까지 식품에 미생물을 적용하는 다양한 개요를 제공하는 것입니다(그림 1 참조). 이 책은 식품 시스템에서 미생물의 다양하고 새로운 응용과 이 분야 발전에 있어서 합성 생물학의 역할을 다루고 있습니다. 마지막으로 장애물과 미래 전망을 고려합니다.