식품 과학은 맛을 향상하는 것에서부터 우주에서 사용하기 위한 적합한 제품을 디자인하는 것까지 많은 다양한 응용 분야를 가지고 있다. 미생물, 효소, 유전자 기술을 살펴봄으로써, 우리는 생물 공학이 식품 과학에서 사용된 몇 가지 방법을 탐구한다.
식품과학이란 무엇인가?
식품과학은 생물학적, 화학적, 공학적인 개념을 사용하여 식품 생산과 그 가공의 이면에 있는 과학을 포괄하는 광범위한 분야이다. 식품은 유전적, 환경적 요인 또는 보충적 첨가를 통해 적응할 수 있으며, 작물의 생장, 감각적 특성(맛, 식감, 향기) 또는 영양 함량과 같은 특징에 영향을 미치는 것을 목표로 한다. 생물학적 시스템 또는 그 유도체를 사용하는 바이오테크놀로지의 응용은 식품 과학에서 널리 퍼져 있으며 다른 과정들 사이에서 교차할 수 있다.
미생물 사용
미생물은 발효, 효소 생산, 그리고 식품 보충제를 포함한 많은 다른 식품 기반 과정에서 다양한 정도에 사용된다. 생물 공학 식품 기반 응용 분야에서 미생물을 사용함으로써 얻을 수 있는 이점은 프로세스 효율성 개선에서부터 감각 속성 및 건강 효과에 이르기까지 다양하다. 미생물 효소는 일반적으로 동식물의 효소보다 더 안정적이라고 여겨지기 때문에 식품 과정에서 널리 사용된다. 이러한 미생물 효소는 전반적인 생산량, 유통기한 및 감각적 특징을 개선하는 것을 목표로 한다. 그것들은 발효와 같은 식품 과정에서 역할을 하며, 숙성 시간을 앞당기고 단단함을 바꾸는 것과 같은 음식 특성을 조절하는 데 사용될 수 있다. 효소 적용의 예로는 감귤류 과일 주스의 쓴맛을 감소시키는 쓴맛을 내는 효소인 나링기나아제(Naringinase)와 유당을 분해하고 유당 불내성을 낮추기 위해 우유에 첨가되는 락타아제(Lactase)가 있다. 발효는 미생물 세포와 그 기질을 사용하여 음식(보존, 맛)에 바람직한 변화를 일으키며 치즈, 간장, 알코올음료와 같은 제품을 만드는 역할을 한다. 발효된 미생물 세포는 또한 미코 프로틴과 같은 육류 제품의 대체품 설계에 사용되어 왔다. 여기서, 곰팡이 균사체는 지방, 결합제 및 향료와 같은 추가 성분과 혼합되는 단백질 기반 물질을 생산하기 위해 발효된다. 화학 및 합성 경로와 비교하여 효소는 주어진 기질에 특이적이면서도 온화한 조건 및 낮은 농도에서 우수한 성능을 발휘하여 비용 및 부산물을 절감한다. 그러나 효소는 또한 음식 과정 중에 문제가 될 수 있는데, 여기서 효소는 기질의 과도하거나 원하지 않는 분해를 일으킬 수 있다. 대신에, 식품 과정에 사용되는 조건은 효소에 너무 가혹하여 효소를 손상시키고 효소를 비효율적으로 만들 수 있다. 이를 극복하기 위해 지질 이중층 기반 나노물질인 리포좀은 효소를 캡슐화하여 가혹한 조건으로부터 보호하는 동시에 기질을 조기 효소 활성으로부터 보호하는 것이 개발되었다. 이러한 리포좀은 카세인에 대한 프로테아제 작용을 제한함으로써 치즈 제조 과정에 사용되어 왔다.
미생물 세포는 또한 프로바이오틱스 및 프리바이오틱스와 마찬가지로 식품 제품의 초점이 될 수 있다. 프로바이오틱스는 숙주에게 유익한 영향을 미치는 선택된 미생물을 포함하는 식품 물질이다. 반면에, 프리바이오틱스는 숙주에게 유익한 결과를 가져오는 주어진 미생물의 성장과 활동을 촉진하면서 장에 물질을 공급하는 데 초점을 맞춘다. 프로바이오틱스는 특히 항생제 사용 후 장내 병원균으로부터 사람들을 보호하는 데 도움이 되는 장내 식물에서 건강한 미생물 군락을 촉진하는 것을 목표로 한다. 그들은 또한 설사 치료뿐만 아니라 궤양성 대장염과 대장암과 같은 질병으로부터 보호하기 위해 조사되고 있다. 프리바이오틱스는 일반적으로 과일, 채소, 우유, 꿀과 같은 물질에서 자연적으로 발생하는 탄수화물의 형태를 취하며, 유아용 조제분유와 스프레드에 첨가되었다. 그들은 장내 식물에서 유익한 미생물의 군집화와 성장을 촉진하는 것을 목표로 하지만, 그들은 또한 그것의 대사 활동을 바꿀 수 있다. 결과적으로, 그들은 혈액 속의 저밀도 리포단백질 수치를 낮추고 감염을 감소시키는 것으로 나타났다.
유전자 변형
작물과 동물 제품의 전통적인 유전자 변형은 선호되는 특성을 선택하기 위해 교배 기술에 의존했다. 유전자 기술이 발전함에 따라 유전자 편집 기술은 유전자 변형 유기체(GMO)로 알려진 유기체의 게놈에 특정한 수정을 수행할 수 있게 되었다. 유전자 변형 농산물은 여론을 분열시키고, 일부 국가에서는 사용을 금지하지만, 그들의 적용은 환경적 측면에서 영양적 측면에 이르기까지 많은 이점을 제공할 수 있다. 토마토는 상업적으로 이용 가능한 최초의 GMO 작물이었다. 토마토의 저장 수명은 토마토의 연화를 담당하는 효소(폴리갈락투로나아제)의 발현 수준을 낮춤으로써 향상되었다. 그 이후로 농작물은 해충, 병원체, 살충제, 제초제 내성, 더 높은 영양 함량, 환경 조건(가뭄 또는 높은 염도 토양)에 대한 복원력을 갖도록 유전자 변형되었다.
댓글