단맛 중독자를 위한 저 칼로리 감미료
단맛 중독자를 위한 저 칼로리 감미료
  • 정우주 기자
  • 승인 2020.11.11 13:02
  • 댓글 0
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유제품에 포함된 당분인 락토스를 일반 설탕의 1/2 수준의 칼로리를 함유한 천연 당분인 타가토오스로 전환하는 대사 과정을 촉진할 수 있는 효모의 균주를 발견했다.(ⓒ Getty Images Bank)
유제품에 포함된 당분인 락토스를 일반 설탕의 1/2 수준의 칼로리를 함유한 천연 당분인 타가토오스로 전환하는 대사 과정을 촉진할 수 있는 효모의 균주를 발견했다.(ⓒ Getty Images Bank)

허리둘레 걱정을 하지 않으면서도 단맛을 즐길 수 있는 새로운 방법이 등장했다.

유제품에 포함된 당분인 락토스(lactose)를 일반 설탕의 1/2 수준의 칼로리를 함유한 천연 당분인 타가토오스(tagatose)로 전환하는 대사 과정을 촉진할 수 있는 효모의 균주를 발견한 것이다.

‘Nature Communication’ 저널에 실린 연구에서 일리노이 대학 ‘식품 과학 및 인체 영양(food science and human nutrition)’의 진용수 교수와 그의 연구 팀은 새로운 효모 균주를 개발했으며, 이 방식으로 종래의 효소 생성 기술보다 훨씬 많은 양의 타가토오스 생산이 가능한 것으로 알려졌다. 

따라서 향후 설탕이나 고과당 콘 시럽을 대신하여 타가토오스를 효과적으로 대량 생산할 가능성이 열린 것이다. 

진용수 교수는 “타가토오스는 자당(sucrose)이나 일반 설탕과 맛이나 질감이 거의 동일하다. 그런데 자당보다도 칼로리가 훨씬 적다. 대략 자당의 40% 정도다. 여기에 자당 혹은 과당에 비하여 혈당 수치를 덜 증가시킨다. 타가토오스의 혈당 지수는 13이고, 자당의 68이나 과당의 24와 비교하면 현저하게 낮은 수치이다. 그렇기 때문에 급속히 당혈 농도가 증가되고 이 상태가 만성이 되었을 때 발생하는 제2형 당뇨병이나 관련 질환들이 발병할 위험의 가능성이 타가토오스의 경우에는 매우 적다.”라고 설명한다.

이처럼 타가토오스는 수많은 장점들이 있음에도 불구하고, 그간 생산 비용이 높아 상업적으로 널리 활용되지 못하고 있었다. 진 교수의 설명에 따르면, 타가토오스는 과일이나 유제품에 함유되어 있는 천연 성분이기는 하지만, 이를 효과적으로 분리하기에는 그 농도가 너무 낮다고 한다. 기존의 타가토오스 생산 방식에서는 다단계 효소 과정(multi-step enzymatic process)을 사용하여 락토스 성분의 갈락토오스(galactose)를 타가토오스로 전환했다.

그런데 문제는, 효소의 반응이 너무나도 비효율적이어서, 겨우 30% 정도의 갈락토오스가 타가토오스로 전환이 되는 바람에, 생산 업체에서는 갈락토오스 혼합물에서 타가토오스를 분리하는 과정에 큰 비용이 들 수밖에 없었다는 것이다.

진 교수의 연구 팀은 효모 분자의 자체 시스템을 마치 작은 타가토오스 공장처럼 사용하는 방식을 구상했다. 이는 에탄올 생산 업체들이 효모를 사용하여 옥수수에서 연료를 추출하는 것에서 착안한 것이었다. 

향후 설탕을 대신하여 타가토오스를 효과적으로 대량 생산할 가능성이 열려 주목받고 있다.(ⓒ Getty Images Bank)
향후 설탕을 대신하여 타가토오스를 효과적으로 대량 생산할 가능성이 열려 주목받고 있다.(ⓒ Getty Images Bank)

연구진은 두 번의 유전자 변형을 거쳐서 락토스로부터 타가토오스를 생산하는 효모 균주를 개발하게 되었다. 첫 번째 유전자 변형 과정에서는, 효모가 락토스 신진대사 과정에서 세포의 연료로서 갈락토오스를 사용하게 만드는 유전자를 추출했으며, 두 번째 유전자 변형 과정에서는 갈락토오스를 타가토오스로 전환시키는 두 종류의 유전자들을 첨가했다.

그 결과, 효모가 락토스를 공급받게 되면 자체 신진대사 과정을 사용하여 90%의 타가토오스를 생산하는 결과가 도출되었는데, 이는 종래 생산 방식으로 30%의 결실을 맺었던 것에 비하여 엄청난 발견이었다. 아울러 효모 리액터는 종래의 효소 기반 리액터에 비하여 훨씬 큰 규모로 작동이 가능하기 때문에, 향후 고효율 및 저비용으로 타가토오스를 대량 생산할 수 있게 되었다고 진 교수는 설명하고 있다.

진용수 교수는 이어 “이 효모 기반 생산 방식의 장점이 또 있다. 바로 유청(whey)의 처리이다. 유청은 치즈와 그릭 요거트를 생산하는 과정에서 필연적으로 발생하는 천연 부산물이다. 최근에 그릭 요거트의 대중적인 인기가 급상승하게 되면서 유청 처리가 유제품 생산 업체들의 새로운 문제로 부상하고 있다. 내 판단에는 이번에 우리가 개발한 방식으로 과잉 유청의 문제를 해결할 수가 있다. 우리들의 효모 발효 기반 방식으로 접근을 하면, 거의 쓰레기처럼 처리되는 유청을 사용하여 높은 생성비를 유지할 수 있다. 이러면 타가토오스의 생산 원가는 급격하게 감소하게 된다.”라고 설명한다.

현재 진 교수의 연구 팀은 자신들이 개발한 효모 기반 생산 방식을 이용하여 락토스로부터 다른 제품들을 만들 방안을 연구하고 있다.

진용수 교수는 “효모를 가공해서 상당히 빠르고 효과적으로 락토스를 사용할 수 있다는 것은 이미 보여주었다. 아마 대사 공학(metabolic engineering) 과정을 더 연구하다 보면, 가공 효모 균주를 사용해서, 유청에 풍부하게 함유되어 있는 락토스로 부가가치가 높은 또 다른 제품들을 생산할 수도 있을 것이다.”고 주장했다.


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