최적화된 식물공장 재배기술로
항암성분 높아진 케일 대량 생산한다.


- 기존 노지생산 대비 케일 뿌리의 항암성분 증대된 식물공장 양액 재배조건 규명
- 향후 고부가가치 천연물 식의약품 원료의 안정적 수급 및 원료 표준화에 기여

 

인공광형 식물공장은 외부환경과 차단된 공간에서 환경조절을 통해 식물을 재배하는 시스템으로 노지와 달리 식물의 생육환경을 최적화할 수 있어 균일하고 안정적으로 식물을 생산할 수 있다. 이러한 식물공장 시스템은 식의약품 원료와 같은 고품질의 고부가가치 식물을 표준화하여 대량생산이 가능하다.
한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 스마트팜솔루션(SFS) 융합연구단 노주원 박사팀은 산업화 유망 기능성식물의 표준화된 원료를 대량 생산하기 위한 스마트 식물공장 시스템 개발을 목표로 지난 2014년부터 KIST 기관고유사업으로 선행연구를 시작으로 2015년부터는 국가과학기술연구회(이사장 원광연)의 지원을 받아 KIST 융합연구단 사업으로 수행해왔다.


최근 연구진은 인공광형 식물공장에서 케일의 생육은 저해하지 않으면서 케일 뿌리의 항암성분을 증대시키는 재배기술을 최초로 개발하였다고 밝혔다(Scientific Reports, 2018. 3.).

 

케일은 녹즙과 같은 건강기능식품이나 쌈채소로 즐겨 먹는 대표적인 십자화과 식물(케일, 브로콜리, 양배추 등) 중 하나로써 글루코시놀레이트*(glucosinolate) 라는 식물의 2차대사산물을 다량 함유하고 있으며, 이들이 생체 내에서 효소작용에 의하여 분해될 때 생성되는 이소티오시아네이트**(isothiocyanate) 는 해충이나 병충해에 대한 저항력을 높이는 동시에 사람의 건강증진, 특히 항암효과가 높은 성분으로 알려져 있다.   
*글루코시놀레이트(glucosinolate) : 케일, 브로콜리 등의 채소에 다량 함유된 식물생리활성 영양소
**아이소티오시아네이트(isothiocyanate) : 식물 내에서 글루코시놀레이트가 효소와 작용하여 생기는 가수분해 산물로써 강력한 항암작용을 하는 성분으로 알려짐

 

KIST 노주원 박사팀은 항암효과가 높다고 알려져 있는 케일의 특정 항암성분이 식물공장 내 생육환경 조절에 따라 어떻게 변하는가에 대한 고찰을 통하여 항암 성분이 유효적으로 증가되는 최적 양액조건을 찾았다. 연구진은 외부 기후환경의 영향을 받지 않고 안정적으로 식물생산이 가능한 인공광형 식물공장에서 케일을 8주차까지 재배하였을 때 기존 노지생산 케일보다 특정 글루코시놀레이트 함량이 높았으며, 특히 셀레나이트***와 염화나트륨(소금)을 배합한 양액조건에서 항암성분인 아이소티오시아네이트가 케일의 뿌리에서 대조군으로 사용한 일반양액에서 보다 평균 2.4배 증가한다는 것을 밝혀냈다. 또한 잎 추출물보다 뿌리 추출물에 의해 생체 내 항산화 지표(Nrf2)와 관련 작용기전이 더 활성화 된다는 것을 확인하여 식물공장 수경재배를 통하여 뿌리도 함께 산업적으로 활용할 수 있다는 가능성을 보여주었다.
***셀레나이트(Selenite) : 인체 건강과 여러 산업에서 중요한 필수원소인 셀레늄(Se)의 무기셀레늄 형태

 

본 기술은 2018년도 산업통상자원부 국제기술협력사업인 한-캐나다 국제공동기술개발사업에 선정되어 캐나다 원주민 건강증진을 위한 기능성채소 생산용 식물공장시스템 개발에 적용될 예정이며, 또한 관련기술로써 새싹채소의 항암성분 증진을 위한 LED 광 파장 기술은 국내 식물공장 기업에 기술 이전되어 실용화를 앞두고 있다.


노주원 박사는 “본 연구결과는 인공광형 식물공장을 활용한 기능성천연물을 균일ㆍ안정 생산하는 것은 물론이고 특정 기능성분을 증대하는 재배기술을 개발하여 천연물 식의약품 산업의 원료수급 안정 및 원료표준화에 기여할 것으로 기대한다.”고 말하며, “전 세계적으로 인공광형 식물공장 분야의 관심이 높아지고 있음에도 불구하고, 아직 도입 단계인 국내 인공광형 식물공장 산업분야에 새로운 고기능성 원료 생산플랫폼을 제시함으로써 국내 식물공장의 산업화를 선도할 수 있을 것이라 전망한다.”고 밝혔다.


 

* 연구관련 주요성과

  □ 논문게재 : Exposure of kale root to NaCl and Na2SeO3 increases isothiocyanate levels

      and Nrf2 signalling without reducing plant root growth(Scientific Reports, 2018)        
  □ 스핀오프과제 : 산업통상자원부 국제기술협력사업 선정(한-캐나다 국제공동기술개발사업)
  □ 기술출자회사설립 : ORP 사업 개발기술 기반 연구소기업 창업

                               ㈜루멘스와 KIST의 공동출자회사인 ㈜루코 설립(2017)

Posted by KIST PR

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