국내 연구진이 건강에 좋은 녹황색 채소 '케일'을 재배할 때 신장질환 환자가 피해야 할 칼륨(K)의 양은 70% 줄이고 항암효과 성분은 2배 이상 높일 수 있는 스마트팜 재배기술을 개발했다.

한국과학기술연구원(KIST)은 26일 스마트팜융합연구센터 노주원 박사팀이 LED 조명을 활용한 인공광형 스마트팜(식물공장)에서 케일 재배용 배양액에 칼륨 대신 칼슘(Ca)을 공급하는 방법으로 '저(低)칼륨 고(高)항암성분' 케일을 생산하는 데 성공했다고 밝혔다.

칼륨은 사람과 식물에 모두 필요한 필수 미네랄로, 우리 몸의 항상성 유지에 중요하며 신경 신호전달 등 생리 반응과 밀접한 관계가 있는 것으로 알려져 있다.

하지만 만성 신부전증 등 신장 기능이 좋지 않은 환자는 칼륨 배설 능력이 떨어져 고칼륨혈증 위험이 있어 칼륨 섭취량을 제한해야 한다. 이 때문에 채소와 과일의 칼륨 함량을 낮춰 신장질환 환자도 먹을 수 있는 대체식품을 개발하는 연구가 진행돼 왔다. 일본에서는 칼륨 대신 나트륨을 공급해 저칼륨 시금치를 생산하는 기술이 개발된 바 있다.

연구팀은 백색 LED 조명을 활용한 인공광형 스마트팜에서 배양액 성분 중 칼륨을 줄이고 칼슘을 공급하며 케일을 49일간 재배하는 실험을 통해 식물 생육에는 영향을 주지 않고, 칼륨 함량은 낮고 항암작용 성분 함량은 높은 케일을 생산하는 데 성공했다.

이들은 케일 파종 후 35일간 배양액 성분을 일반 토양과 같은 조건으로 유지하다가 이후 수확 때까지 2주 동안 칼륨(질산칼륨) 공급량을 기존의 50%, 25%, 12.5%, 0%로 줄이는 대신 칼슘(질산칼슘)을 공급하는 방법을 사용했다.

그 결과 칼륨을 0%로 줄인 재배 조건에서 생산된 케일의 칼륨 함량이 70% 감소하는 대신 항암효과가 있는 글루코브라시신(Glucobassicin)이 대조군보다 약 2.1배, 글루코나스터틴(Gluconasturtiin)이 약 2.4배 증가했으며, 생산량은 기존 조건과 비슷한 수준을 유지했다.

노주원 박사는 "이 연구가 신장 기능에 어려움이 있어 칼륨 섭취가 제한되는 사람들도 고칼륨혈증 걱정 없이 케일을 먹을 수 있게 해 삶의 질 개선에 도움이 될 것으로 기대한다"며 "향후 병원 환자용 식단 및 가정용 저칼륨 채소재배기에도 응용해 산업화를 모색할 계획"이라고 말했다.

이 연구 결과는 농식품 분야 국제학술지 '식품 화학'(Food Chemistry) 최신호에 게재됐다.