제 12 장 식품 생명공학

그림 억 명 이상의 인구가 충분한 영양공급을 받지 못하는 것으로 추산된다. 1. 영양요구의 만족 물과 공기처럼 식품은 생명의 근원 우리들은 영양이 풍부하고 안전하게 먹을 수 있는 식품을 풍부하게 공급받음 수 많은 나라의 사람들이 먹을 식량을 찾기 위해 고생을 하고 있고, 수 백만 명이 굶주 리고 있거나 필요한 적절한 영양소를 섭취하지 못함 식이성결핍 (dietary deficiency) 은 배고픔 이상의 문제를 야기함

우리 몸은 세포교체, 면역체계의 발달과 유지, 일상생활에서 우리가 필요로 하는 에너 지의 생산과 같은 여러 가지 기능을 수행하기 위해 다양한 종류의 영양소가 필요함 단백질은 새로운 세포와 조직을 만들기 위해 필요한 기본 단위을 제공 비타민은 면역체계를 돕고 효소를 만드는 것을 도와주는 데 필요

탄수화물은 에너지를 만드는데 사용 무기물은 뼈, 혈액 그리고 다른 조직들을 만드는데 사용될 뿐만 아니라 면역체계가 적 절히 기능하도록 돕는 데에 이용 이러한 영양소들 중 어느 한 가지라도 결핍되면 우리 몸은 제대로 기능할 수 없고 그 것은 질병이나 죽음에까지 이르게 한다. 1 억 명 이상의 어린이들이 비타민 A 결핍 : 눈이 보이지 않게 되고 결국 죽음에 이르게 됨 20 억 명 이상이 철분 결핍 : 빈혈을 야기

그림 12.2 쌀은 전 세계 많은 사람들의 주식이다. 쌀은 전 세계 식량의 80% 이상을 차지 쌀은 인구가 많은 나라들에서 쉽게 재배할 수 있고 저장할 때 낱알이 쉽게 부패하지 않고 오래 보관이 가능하기 때문에 작물로서 매우 인기가 좋다 비타민 A 와 철의 결핍은 쌀을 주식으로 하는 인도, 방글라데시, 필리핀, 베트남, 인도 네시아 그리고 태국 같은 나라에서 가장 두드러짐 쌀은 에너지 공급원으로는 우수하지만 비타민 A 와 철분이 결핍되어 있다

그림 12.3 베타 카로틴은 당근 같은 오렌 지색과 황색 과일 및 채소에 들어 있다. 비타민 A 는 과일이나 채소가 황색이나 오랜지색을 띠게 하는 베타카로틴이라는 물질 에서 합성된다. 녹색채소, 당근 그리고 어떤 과일들은 비타민 A 의 공급원이다. 과일과 채소는 쌀보다 훨씬 비싸기 때문에 대부분의 가난한 사람들은 그들의 일용 양 식을 주로 쌀로 해결한다. 선진국에서 베타카로틴은 달걀, 버터 그리고 치즈와 같은 동물성 식품을 통해 공급한 다. 우유, 마가린 그리고 곡류제품 같은 다른 많은 식품들도 비타민 A 가 강화된다. 이 것은 가공공장에서 식품에 이 비타민이 추가로 첨가됨 그림 12.4 선진국에서는 우유에 비타민 A 가 강화된다.

그림 12.5 수선화는 큰 노란색 꽃을 피우는 장식용 식물이다. 과학자들은 수선화 로부터 베타 카로틴을 생산하는 유전자를 성공적으로 벼의 게놈에 접목시켰다 년대 베타카로틴을 유전공학적으로 쌀에 주입할 수 있을 것이라 생각 1990 년대 후반에 수선화의 베타카로틴 생산 유전자를 쌀에 성공적으로 주입

그림 12.6 이것과 같은 전통적인 쌀은 진주백색, 황금쌀은 황금색을 가진다. 쌀은 인체에서 철분의 흡수를 방해하는 피티산이라는 물질을 함유하고 있다. 철분 결핍증의 문제를 해결하기 위해 쌀이 철분을 함유하도록 유전적으로 변형 전통적인 진주백색 대신에 새쌀의 낱알은 황금색이기 때문에 ‘ 황금쌀 (golden rice)’ 이 라고 부름 장래에는 황금쌀의 베타 카로틴 함량을 현재의 10~20% 에서 20~40% 로 증가시킬 수 있을 것이라고 예측 황금쌀의 개념은 현실이 되고 있고 완전히 새로운 가능성의 장이 펼쳐진다 ( 비타민이 나 철 결핍을 해결하고자 인도적 차원에서 개발되고 공급되는 것으로 ).

그림 12.7 콩과식물은 단백질 공급원으로 쓰인다. 식물성 단백질은 일반적으로 동물성 단백질보다 품질이 낮다. 식사를 통한 단백질 섭취는 항상 필요한 것이다. 현재 단백질은 동물성 식품과 콩과식물을 통해 공급된다. 콩과식물은 뿌리에 있는 혹들을 이용하여 자신이 필요한 질소를 생산하는 식물이다. 이 뿌리혹들은 공기 중의 질소를 식물이 이용할 수 있는 형태로 전환시키는 박테리아 를 함유하고 있다. 콩과식물은 완두콩, 콩 그리고 자신의 열매가 비교적 높은 단백질 함량을 함유하고 있 는 그 밖의 작물이다. 현재 많은 대두, 땅콩 그리고 기타 콩과식물은 단백질이 풍부한 작물을 수확하지만 그 단백질은 동물성 식품이 가지고 있는 단백질 보다 품질이 낮다. 유전적으로 변형될 수 있다면 많은 단백질 부족이해소될 수 있을 것이다.

그림 12.8 곡류 같은 식물종자는 건조되어 있기 때문에 빨리 부패하지 않는다. 2. 생명공학을 통한 식품저장 농 ∙ 산업의 가장 중요한 책임은 안전하고 풍부한 식량의 공급 식량작물과 가축의 생산 뿐만 아니라 식품이 소비를 위해 우리 식탁에 오를 때까지 적 절히 저장하는 기술을 수반 식품이 아주 오랫동안 저장될 수 없다면 풍족하게 수확하거나 큰 동물을 도살할 수 있 다는 것이 아무런 소용이 없다.

그림 12.9 오랫동안 사람들은 박테리아, 진균류, 곰팡이와 같은 미생물에 의해 식품부패가 야기된다는 것을 알지 못했다. 지난 150 년 동안 박테리아와 진균류 포자 같은 미생물이 식량자원 속의 조직을 분해 한다는 것을 발견 과일과 채소가 수확되자마자 효소들이 식품의 성분을 변화시키기 시작함 효소의 작용은 많은 종류의 식품을 맛이 없게 하거나 심지어 먹을 수 없게 할 수 있다. 식품 저장의 요점은 미생물 작용을 정지시키고 동시에 식품의 풍미와 영양가를 유지 시키는 방법을 발견하는 것

그림 사람들이 건조, 염장 그리고 염장액으로 저장된 식품의 맛을 좋아하기 때문에 이러한 저장 방법은 아직도 일반적으로 사용된다. >>> 건조와 염장 식품을 건조시키면 저장이 가능할 것이라고 유추 경험을 통해 고기, 과일, 물고기를 햇볕이나 불 위에서 건조시킴으로써 저장하는 방법 을 배움 건조과정은 박테리아 발육에 필요한 식품의 수분을 제거하는 것 소금 또한 식품 부패를 억제하는 수단을 제공한다는 것을 배움 소금의 작용은 삼투압을 통해 박테리아의 수분을 제거함으로써 식품부패 미생물을 효 과적으로 죽인다.

그림 통조림에 의한 식품 저장은 나폴레옹 황제가 전장에 있 는 자기 군대에게 식량을 공급하려는 필요의 결과였다. >>> 통조림 식품 저장에서 가장 위대한 발전 중의 하나가 통조림 (canning) 이다. 통조림에 의한 식품 저장은 나폴레옹 황제가 전장에 있는 자기 군대에게 식량을 공급 하려는 필요의 결과였다. 니콜라스 아뻬르 : 완두콩을 익힌 다음 포도주 병에 담아 그 병을 높은 온도에서 가열 하고 그것이 뜨거울 때 밀봉을 했다 – 통조림 산업의 시작 깡통은 깨지지 않고 수송과정을 잘 견딜 수 있었음 초기 깡통의 주재료는 납 ( 납중독 )  현대 깡통은 비독성물질로 밀봉 그림 통조림은 세월이 지남에 따라 안전하 고 무독한 깡통의 사용으로 발전되었다.

그림 사람들은 냉각된 식품은 빨리 부패하지 않는다는 것을 항상 알고 있다. >>> 냉장 식품이 찬 곳에서는 따뜻한 곳에서만큼 빨리 부패하지 않는다는 것을 배움 가축을 항상 바깥 온도가 부패를 방지할 정도로 기온이 낮은 겨울철에 도살하였다. 최초의 인위적 냉장은 높은 산에서 가져온 얼음이나 지난 해 겨울에 구해 놓은 얼음을 이용하는 것이다. 얼음을 톱밥 같은 단열재로 싸두면 잘 보관되어 따뜻한 계절에도 사 용할 수 있었다.

그림 냉장수송 체계의 발달로 인해 우리는 1 년 내내 신선한 과일과 채소를 즐길 수 있다. 물리적 냉장의 발명은 다시 한 번 식품 저장 산업에 대변혁을 가져왔다. 낮은 온도는 식품에 존재하는 어떤 미생물들의 활동을 저하시키거나 완전히 정지시켰 다. 1 년 내내 우리는 신선한 과일과 채소를 즐길 수 있다.

그림 동결건조 식품은 가지고 다니기에 아주 가볍고 원래 상태로 쉽게 복원될 수 있어 하이킹이나 등산용 식량으로 인기가 좋다. 냉장식품 기술의 사용에 있어 중요한 발전은 동결건조 (freeze-drying) 공정의 발명 식품 속의 모든 수분을 제거 동결건조된 식품에는 미생물의 성장에 필요한 수분이 충분히 존재하지 않아 냉동건조 식품은 밀폐된 포장지에 넣어 밀봉한 다음 실온에서 저장할 수 있다. 동결건조 식품은 가지고 다니기에 무겁지 않아 하이킹이나 등산용으로 인기가 좋다.

3. 효소생산 효소는 살아있는 유기체에서 화학반응을 촉진시키거나 야기하는 단백질로 된 물질이 다. 효소가 없으면 필요한 모든 화학반응은 우리 몸 안에서 일어나지 않을 것이다.

다른 여러 가지 기능 중에서 효소들은 당류, 전분류, 단백질류 그리고 기타 다른 영양 소들을 몸이 흡수할 수 있는 형태로 만들고 에너지가 세포대체물로 사용될 수 있게 전 환시킨다. 혈액응고에 작용 인체에서 여러 가지 목적을 위해 기능을 하는 3,000 개 이상의 효소들이 확인됨

그림 효소는 유장과 커드를 분리시키는 공정을 촉진시키기 위해 치즈 제조에서 사용된다. 사람이 송아지 위로 만든 주머니에 우유를 저장하던 중동에서 치즈 제조 방법이 발견 되었다. 따뜻한 기온과 우유의 출렁거리는 상태로 인해 치즈가 만들어졌다. 우유의 응고는 송아지 위에 자연적으로 존재하는 효소에 의해 시작 레닌이라는 효소는 새끼 송아지의 위에서 우유를 응고시킴 레닌 속에 있는 가장 중요한 효소 키모신 (chymosin) 이 분리됨. 유전자를 세균과 효모 에 주입 미국에서 생산되는 대부분의 치즈는 유전자변형 미생물로부터 생산된 효소를 이용

그림 효소는 빵이 신선하게 유지되도록 하기 위해 제빵에서 사용된다. 식품이 제조될 때 그 속에서 화학반응을 일으키는 효소를 사용함으로써 풍미를 만들 거나 향상시킬 수 있다. 저급 부위의 고기는 효소를 이용함으로써 더욱 연하고 맛있게 만들어 질 수 있다. 빵의 맛을 변하게 하는 화학반응을 늦춰주는 효소를 사용함으로써 빵은 더욱 오래 저 장될 수 있다.

표 12.1 세계적으로 매년 15 억 달러의 수익을 가져옴 유전자변형 미생물의 이용은 식품 가공과 저장 산업계에 엄청난 이익을 가져다 줌 표는 유전자변형 세균과 진균류를 이용하여 현재 제조하고 있는 효소들의 목록

(12 장 식물 생명공학 ) 1. 생명공학을 통한 식품 저장 방법 중 건조, 염장, 냉장의 주요 효과는 각각 무엇인가 ? 2. 각 소화기관에서 일어나는 소화효소의 작용을 설명하시오.