[지식정보] 푸드테크로서의 대체식품

푸드테크란 음식(Food)과 기술(Technology)이 융합한 새로운 산업으로 생산, 보관, 유통, 판매 등 식품 관련 분야의 기술적 발전을 의미한다. 한국농촌경제원은 푸드테크를 크게 식물공장, 대체식품, 3D 식품 프린팅, 물류 유통 분야의 블록체인, 무인주문기(키오스크), 조리 및 서빙 로봇, 배달 등으로 구분하고 있다. 대체식품은 식물성 대체육, 배양육, 식용곤충 등으로 구분한다. 대체식품은 육식 중심의 식생활로 인해서 야기되고 있는 환경오염을 줄이는 역할을 한다. 소, 돼지, 닭 등의 가축의 배설물은 심각한 환경오염의 원인이 될 뿐만 아니라 가축의 가스 배출에 의한 온실가스 생성의 원인이 되기도 한다. 전 세계 220억 마리 가축이 전 세계 온실가스의 18%를 생성하며, 이는 교통수단에 의해서 발생하는 13%보다 높다. 이번 호에는 대체식품에 대해 살펴본다.

자료: 한국농촌경제연구원, ‘푸드테크 산업의 혁신 트렌드와 미래전망’ 2023. 3.

Meticulous Research

Research and Markets

https://www.globenewswire.com/en/news-release/2022/04/15/2423270/28124/en/Global-234-7-Billion-Meat-Substitute-Markets-to-2030.html

KOTRAhttps://dream.kotra.or.kr/dream/cms/news/actionKotraBoardDetail.do?MENU_ID=2430&CONTENTS_NO=1&bbsSn=243&pNttSn=202329

델코지식정보

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대체식품이란?

대체식품은 식물성 대체육, 배양육, 식용곤충, 해조류 단백질 등과 같이 동물성 단백질을 대체하는 식품이다. 흔히 대체식품을 대체 단백질 식품(alternative protein)이라 한다. 이는 동물성 단백질 식품 제조 시에 전통적으로 사용되는 육류 대신 콩, 밀 등 식물에서 추출하는 식물 추출 방식(planted-based), 버섯균 등을 이용한 미생물 발효 방식(fermentation), 동물체 근육줄기세포를 증식하여 대체육을 만드는 동물세포배양(cultivated meat) 방식을 통해 인공적으로 단백질을 만들어 맛과 식감을 구현하기 때문이다.

대체식품 시장 성장은 최근 개인의 건강과 가치관 등의 다양한 이유로 인해 채식주의자가 증가하고 있는 현상과 무관하지 않으며, 채식주의자가 아닌 일반 소비자들도 새로운 식품에 대한 호기심 등을 이유로 식물성 대체식품을 소비하고 있다.

대체식품 관련 기술

대체식품은 종류별로 필요한 요소기술이 상이하나 생산과정에 필요한 소재 발굴·공정·가공기술 등은 공통적으로 사용된다.

- 식물성 대체식품 제조에 필요한 식물성 단백질원(식물, 해조류, 미생물 등) 소재 발굴, 식물성 단백질 조직화 기술(육류 모사 가공기술), 풍미 구현을 위한 첨가물 개발 등이 핵심기술이다.

- 배양육은 생산에 사용할 동물 소재 발굴과 세포, 배지, 지지체, 생물반응기(bioreactor), 3D 바이오프린팅 등이 주요 기술이다.

- 곤충 단백질 기반 식품은 곤충 중 식용곤충으로 등록할 수 있는 곤충 소재 발굴과 곤충 유지·단백질 등을 추출하기 위한 가공기술 등이 필요.

식물성 대체식품의 경우 식물성 조직 단백질(Texturized Vegetable Protein: TVP)을 만들기 위한 원료 소재 개발 및 조직화 방법과 관련된 연구들이 진행되고 있다.

- 소재: 대표적으로 밀, 대두, 완두로부터 식물성 단백질을 추출하고 있으며, 콩류(렌틸콩, 병아리콩 등), 해조류, 미생물 등 다양한 원료를 이용하여 시도하고 있다.

- 조직 단백질(TVP) 제조: 식물성 대체식품 생산의 핵심은 식감이 고기와 유사하도록 구현하기 위한 공정기술을 개발하는 것이다. 식물성 대체식품의 조직화를 위한 대표적인 가공기술은 압출성형공정(extrusion method)이 대표적인데, 압출성형공정은 수분함량에 따라 고수분과 저수분 압출로 나눌 수 있다. 수분함량이 높아 외형과 식감이 조리된 육류와 유사하기 때문에 고수분 압출성형공정이 대표적으로 사용되고 있으며, 공정조건 등 여러 요소를 변경하여 최적의 공정법을 찾기 위한 연구를 수행하고 있다.

- 비욘드미트를 비롯한 세계 식물성 고기 업체들은 고수분 압출성형공정 관련 특허를 보유하고 있다. 국내의 경우 호경테크에서 전단응력을 응용하여 일정 방향으로 정렬된 섬유상이 형성되도록 가공하는 기술을 보유하고 있으나, TVP 제조 업체가 거의 전무하여 대부분 수입에 의존하고 있다.

배양육 생산 기업들은 동물 소재 발굴을 진행하고 있으며, 생산과정에 필요한 세포, 생물반응기 등과 관련한 연구에 집중하고 있다. 우리나라의 경우 소․ 닭의 근위성세포를 이용하여 배양육을 만들 수 있는 기술을 보유하고 있으나 아직 상업화 단계에는 미치지 못하였으며, 2023~2025년 시제품 출시가 예상되는 상황이다.

- 소재: 소·닭 등 소비량이 많은 동물을 대상으로 하는 배양육 연구가 일반적이며, 일부 회사들은 돼지, 푸아그라, 갑각류, 생선, 캥거루 등을 이용한 배양육 생산을 연구하고 있다.

- 세포: 주로 근위성세포(myosatellite cell)를 사용하고 있으며, 배아줄기세포(embryonic stem cell), 유도만능줄기세포(induced pluripotent stem cell) 등을 이용한 배양육 생산 방법 연구도 진행 중이다.

- 생물반응기: 배양육의 종류에 따라 다양한 형태의 생물반응기가 필요하며, 전통적으로 회전생물반응기(rotating bioreactor)가 주로 사용된다.

곤충 단백질 기반 식품은 식용곤충 종류를 확대하기 위하여 식품 원료로 등록 가능한 곤충 소재 발굴, 외형적 특성에서 오는 부정적 인식 전환, 영양성분 보존을 위한 가공기술 개발 중심으로 연구가 진행되고 있다.

- 식용곤충 소재 발굴: 식용곤충 소재 발굴을 위하여 원료의 특성, 영양성, 독성 평가에 대한 연구를 진행하고 있으며, 국내에서는 아메리카왕거저리유충(2020. 1.)과 수벌번데기(2020. 7.)가 신규 등록 되었다..

- 가공기술: 식용곤충 섭식을 돕기 위한 가공기술은 대표적으로 원재료 가공기술, 단백질 가공기술, 오일류 가공기술이 있다.

우리나라의 경우 식용곤충 종류 확대와 더불어 원재료 가공기술을 활용한 제품이 일부 출시되었으나, 곤충 단백질 및 오일류 가공기술을 활용한 신규 소재의 제품은 아직 개발이 이루어지지 않고 있다.

시장 및 산업 동향

세계 대체식품 시장 규모는 Meticulous Research에 따르면, 2019년 103.5억 달러, 2021년 123.3억 달러, 향후 연평균 9.5%씩 성장하여 2025년 178.3억 달러에 달할 것으로 전망되고 있다.

한편 Research and Markets에 따르면, 세계 대체식품 시장 규모는 2022년 117억 달러에서 2027년 207억 달러가 전망된다.

폭발적인 육류 대체 시장 성장 기대

육류 대체 시장(Meat Substitute)은 기준, 발표 기관, 자료에 따라 데이터가 상이하다. 일단 세계 육류 대체 시장 규모에 대해 ResearchAndMarkets에 따르면, 2022년부터 2030년까지 CAGR 42.1%로 성장할 것으로 예상되어, 2030년에 2,347억 달러에 달할 것으로 예상된다.

건강에 대한 인식이 높아지면서 완전 채식에 대한 선호도가 높아짐에 따라 예측 기간 중 시장 수요가 높아질 것으로 예상된다. 또한 환경 및 윤리적 문제에 대한 인식이 높아지면서 시장 성장도 가속화되었다.

식물성 고기는 전통적인 육류 제품보다 더 건강한 대안이다. 단백질 사용자의 절반 이상이 천연 단백질 섭취를 선호하며, 이는 쉽게 식별할 수 있고 깨끗한 물질에 대한 수요의 변화를 촉진하고 있다.

많은 식물성 단백질 제품은 전통적인 단백질 공급원보다 더 적은 탄소 배출량을 약속하며, 환경, 건강 및 지속가능성에 기여한다고 생각되기 때문에 전 세계적으로 육류 대체품을 채택하는 중요한 동기가 되었다.

식물성 단백질은 2021년에 가장 큰 부문을 차지했으며 예측 기간 중 지배력을 유지할 것으로 예상된다. 동물성 단백질 함량이 높은 식단(예: 포화지방산 증가)을 섭취할 때 건강에 미치는 부정적인 영향에 대한 소비자 우려가 높아지면서, 이 부문 성장이 촉진될 전망이다.

Beyond Meat 및 Impossible Foods Inc.를 포함한 회사들은 대체 단백질 제품을 더 많은 레스토랑과 식료품점에 도입하고 있으며, 이는 수요 증가도 유도하고 있다. 이들 회사는 규모를 활용하여 유통을 늘리는 동시에 판촉 및 마케팅을 위해 소매업체와 협력하고 있다.

소매 부문에서 시장 확대가 커져, 2021년에는 상당한 매출 점유율을 차지했다. 보다 많은 소비자가 육류 섭취를 중단하거나 소비를 대폭 줄임에 따라, 슈퍼마켓 회사는 매장에서 육류 이외의 상품을 구매하는 고객을 유치하는 여지가 더 많아졌다.

미국 소비자들은 온라인과 오프라인 소매점 모두에서 제품을 광범위하게 구입할 수 있기에 가축 고기 소비를 줄이고 있다.

대체육 국가별 시장 규모 추정값은 기관마다 상이하나, 한국농수산식품유통공사(2020)가 발표한 자료에 따르면, 2019년 기준 미국이 약 10억 달러(21.0%)로 시장 규모가 가장 크고, 영국 6.1억 달러(12.9%), 중국 2.8억 달러(6.0%), 독일 2.6억 달러(5.5%), 일본 2.2억 달러(4.7%)의 순으로 나타나고 있다. 우리나라의 시장 규모는 약 0.2억 달러 수준으로 0.4%에 그친다.

미국 대체식품 동향

미국에서는 온실가스 배출에 따른 기후변화와 지속가능성에 대한 우려로 탄소 발자국이 적은 동물성 단백질 대체 기술의 시장 규모가 확대되고 있다.

- 미국은 전 세계 대체육 시장 규모의 약 21%를 차지(약 10억 달러)하여 가장 큰 시장을 형성(한국농수산식품유통공사, 2020).

식물성 단백질 제조 기술 발달로 동물성 고기를 정교하게 모방한 대체 단백질 식품이 시장에 등장했으며, 소화가 쉽고 맛과 질감이 고기와 유사한 발효 대체 단백질 기술도 발전하고 있다.

- 버섯 균사체로 닭가슴살, 스테이크 등 대체육을 개발하는 발효 단백질 공급 업체인 미티(Meati), 대체 베이컨을 생산하는 앳라스트 푸드(Atlast Food), 대체 해산물을 개발하는 아쿠아 컬처드 푸드(Aqua Cultured Food) 등이 대체 단백질 시장에서 활동 중.

- 배양육 생산기업인 업사이드 푸드(Upside Foods)는 배양육 미트볼, 소시지, 햄버거 패티 등 가공육 제품을 개발해 배양육 시장 진출을 준비 중.

식물성 대체식품이 지속가능한 미래 먹거리로 인식되면서, 스타트업을 비롯하여 기존 대형 식품회사들이 식물성 대체식품에 투자하고 있으며, 회사에 따라 식물, 해조류, 미생물(곰팡이) 등 다양한 성분과 고유의 배합 비율을 이용한 식물성 대체식품을 생산하고 있다.

2019년 미국 연방정부는 세포배양식품에 대한 제도 마련을 논의하며, 국립과학재단, 농무부에서 지원하는 프로그램을 통해 대체육 관련 연구를 진행하여 2020년부터 5년간 총 350만 달러를 지원할 예정이다(식품의약품안전처, 2022).

이와 더불어 2019년 미국 농무부와 식품의약국은 세포배양식품에 대한 공동 규제 및 감독에 관한 제도를 마련하는 것에 대해 합의했다(식품의약품안전처, 2022).

- 농무부는 세포 채취과정 이후 식품으로 생산 및 유통 과정을 담당하며, 연방육류검사법, 가금제품검사법에 따라 세포배양식품을 감독할 예정.

- 식품의약국은 세포의 채취과정, 세포주 및 배양액 성분 등의 안정성 검토, 세포주 은행 및 배양 시설 요건, 생산 기술 감시 방법을 마련.

식물성 유제품 시장도 성장하여 콩, 완두콩, 귀리, 견과류 등으로 만든 대체 유제품 생산도 확대하고 있다.

- 관련 업체로 단일 성분 대체 유체품 생산 업체인 실크(Silk)와 소이 딜리셔스(Soy Delicious), 모방 대체 유제품 생산 업체인 카이트 힐(Kite Hill)과 포리지 프로젝트(Forage Project), 발효 기술을 이용하여 우유 단백질을 생산하는 어전트 컴퍼니(Urgent Company) 등이 대표적이다.

- 바이오밀크(Biomilq)는 인공 모유를 생산하는 업체로 세포기반 단백질과 관련하여 2,100만 달러 규모의 투자를 시작(한국농수산식품유통공사, 2022).

EU 대체식품 동향

유럽에서는 공장식 축산의 윤리 문제 및 환경 문제에 대한 대응으로 식물성 단백질, 배양육 등 육류 단백질 대체품 수요가 늘어나는 추세다.

- 2019년 기준 유럽의 대체 단백질 시장은 약 1조 7천여 원이며, 2025년까지 연평균 7.3%의 성장을 이어갈 것으로 전망하고 있다(식품의약품안전처, 2022).

- 2040년경에는 육류의 60%가 도축이 아닌 실험실에서 배양(35%)되거나, 식물성(25%)일 것으로 전망(한국무역협회, 2019).

- EU 집행위원회 국민 의견수렴 결과에 따르면 유럽 인구의 80% 이상이 환경을 고려하여 음식을 선택할 의향이 있으며, 75%는 환경 개선을 위해 식생활을 바꿀 수 있다고 응답(한국무역협회, 2019).

유럽의 식용곤충 산업에 대한 시장 전망은 밝으나 생산 및 사용에 대한 규제, 노동집약적 생산체계, 높은 인프라 구축 비용 등이 산업 발전 및 제품 상용화에 걸림돌로 작용하고 있다.

- EU 규정에 따르면, 현재 곤충 단백질은 식용, 양식장, 반려동물 사료로만 쓰일 수 있다.

유럽의 생명공학 식품개발을 주도하고 있는 네덜란드에는 대체식품 등 신식품 개발의 요람인 식품클러스터 ‘푸드밸리(food valley)’가 구축되어 있다.

- 모사미트(Mosa Meat)는 2013년 세계 최초로 소 줄기세포로 만든 실험실 배양육을 상용화하기 위해 설립한 회사로, 배양육으로 만든 햄버거용 패티를 시장에 출시하였다. 현재는 생산비용이 기존 축산품보다 높은 편이고, 투자와 기술 혁신으로 세포 배양 기술이 진화하여 생산원가가 감소하는 추세.

- 바헤닝언 대학교(Wageningen University)의 창업기업인 우마미트(Uma Meats)는 소고기와 해조류를 조합해 저염분 햄버거와 소시지를 제조하고 있다.

일본 대체육 현황

야노경제연구소에 따르면 대체단백질의 전세계 시장규모는 2030년 3조3113억 엔으로 2020년 대비 약 8배 증가할 것으로 예상하고 있다. 일본 시장은 2030년 677억 엔까지 성장이 예상되며,이는 2020년 대비 21배에 달하는 성장세다. 매년 약 130%씩 성장하고 있으며 앞으로의 성장이 기대되고 있다.

식물성 대체단백질로 일본의 대표적인 기업으로는 1956년부터 식물유래 대체육 개발을 시작한 FUJI OIL CO., LTD.을 들 수 있으며 일본 내 콩단백질 생산량 선두를 달리고 있다. 그 외 미소(일본 된장)로 유명한 대기업 MARUKOME 역시 콩을 원료로 한 대체육에 관심을 보이며 프리마햄과 공동 개발을 진행하고 있으며 일본햄, 스타젠 등의 기업들이 대체육 사업에 뛰어들고 있다. 또 일본의 대체육 벤처기업으로는 그린컬쳐와 DAIZ, 넥스트미트 등이 활발하게 개발을 이어가고 있다. 특히 DAIZ가 개발한 콩단백 원료는 니치레이후즈(ni나 이토햄의 식품에도 사용되고 있으며, 넥스트 미츠는 원료를 슬라이스 형태의 대체육을 제조하고 있어 실제로 야끼니꾸 전문점 등 음식점에서 제공되고 있다. 식물유래 대체육은 가공의 용이성과 식감, 맛의 문제 등에서 미트볼, 햄버거 등 간 고기 형태의 제품이 많다.

배양육(clean meat)은 동물의 세포를 배양하여 만드는 것으로 동물을 죽이지 않기 때문에 clean meat이라고 불리기도 한다. 실제 세포배양에서 먹을 수 있는 고기가 만들어진다면 가축을 사육하는데 필요한 막대한 자원을 절약할 수 있지만, 아직까지 일본에서도 기술개발 단계로 일반 소비자에게 보급되기까지는 조금 더 시간이 필요하다.

국내 시장 현황

국내 식물성 식품 시장은 확대되고 있다. 이전에는 단순히 식물성 재료를 사용하여 제품을 만드는 것에 그쳤다면, 이제는 실제 육류를 먹는 것과 같은 식감을 구현하는 대체육 식품 제조 기술이 고도화되고 있다.

롯데제과(롯데푸드)는 2019년 대체육 브랜드 ‘제로미트’를 론칭하여 식물성 함박스테이크, 식물성 돈가스 등을 선보이고 있으며(중앙일보, 2022. 8. 18.), CJ제일제당은 식물성 식품 브랜드 ‘플랜테이블’, 풀무원은 ‘지구식단’을 론칭하여 다양한 제품 라인업을 구성하여 판매하고 있다.

배양육 시장의 경우, 매년 새로운 배양육 제조 회사가 생기고 있으며, 이러한 트렌드에 부응하여 벤처캐피탈 역시 해당 산업에 대한 투자를 확대하고 있다.

- 배양육 회사에 대한 벤처캐피탈 투자는 2016년~2019년 166만 달러(58건)가 이루어졌으며, 특히, 2019년에는 2018년보다 63% 증가한 77.1만 달러(21건)의 투자가 이루어졌다(윤성용 외, 2021).

국내 배양육 산업은 아직 발전 초기 단계이나 셀미트, 다나그린, 씨위드, 노원바이오텍, 대상, CJ제일제당, 풀무원 등이 배양육 관련 연구․개발을 진행하고 있다.

- 다나그린은 3차원 세포배양 지지체(Scaffold 5) 구조물에 줄기세포를 배양하고 분화시켜 미니장기를 만드는 원천기술을 보유. 소와 닭, 돼지 등 가축에서 추출한 근육세포 및 그 주변 세포들을 식물성 단백질 성분의 3차원 지지체에 넣어 근육조직으로 키워내는 하이브리드 방식을 사용(Platum, 2022. 1. 3.).

- 대상은 동물세포 배양배지 기업인 엑셀세라퓨티스, 배양육 및 배양배지 소 기업인 스페이스에프와 파트너십을 체결하고, 배양육 대량생산을 위해 2025년까지 공정을 확립하고 제품화할 계획(매경헬스, 2022. 11. 23.).