- ‘단일 유해인자 검사’ 한계 극복…‘식품 매트릭스 기반 통합 규제’ 과학적 근거 확립

- ‘자가 독성 완화’ 첫 입증…국제 학술지『JHM』 게재 및 美 특허 확보

식품 매트릭스 기반 안전성 평가의 새로운 패러다임

부산대학교(총장 최재원) 의학과 및 데이터사이언스전문대학원 문유석 교수 연구팀은 유해인자 단독이 아닌 식품 전체의 상호작용을 고려하는 ‘식품 매트릭스 통합 안전성 평가’의 과학적 근거를 규명했다고 2일 밝혔다.

연구팀은 곰팡이 독소 등에 오염된 곡물이라도 식품 자체에 존재하는 천연 활성 내재 성분에 의해 ‘자가 독성 완화’가 일어난다는 사실을 처음으로 입증해, 독소만을 분리해 평가해 온 기존 식품 안전성 평가 방식을 넘어선 새로운 규제 과학의 근거를 제시했다.

이번 연구는 독소만을 분리해 검사하는 기존 방식이 식품의 실제 안전 수준을 과소평가하고 위해도를 과대평가할 수 있다는 한계를 보여주는 동시에, 식품 내 성분 간 상호작용을 반영한 ‘식품 매트릭스 통합 안전성 평가’ 도입의 과학적 근거를 마련했다.

‘데옥시니발레놀’은 곡류 수확이나 저장 과정에서 곰팡이에 의해 생성되는 독성 물질로, 전 세계 농산물에서 가장 흔히 발견되는 곰팡이 독소 중 하나다. 그동안 식품 안전 규제에서는 이러한 독소를 식품으로부터 분리한 뒤 단일 물질 기준으로 독성을 평가해 왔다. 그러나 실제 소비자가 섭취하는 식품은 독소뿐 아니라 영양소, 생리활성 물질, 미네랄 등이 복합적으로 결합된 ‘식품 매트릭스’ 형태로 존재한다.

연구팀은 실제 식품 안에는 유해 독소와 함께 이를 완충하거나 방어할 수 있는 천연 유익 성분이 공존하는 만큼, 독소만을 따로 떼어내 평가하는 방식은 실제 섭취 환경에서의 위해성을 과대평가할 가능성이 있다는 점에 주목했다. 식품의 실제 안전 수준이 기존 평가 방식에서 오히려 과소평가됐을 수 있기 때문이다.

이번 연구에서 부산대 연구팀은 율무 등 곡물에 풍부한 식물성 스테롤이 곰팡이 독소 노출 상황에서 장 상피세포의 특정 수용체 신호축인 ‘Gdf15-FXR 축’을 조절해 장 독성을 완화한다는 기전을 밝혀냈다. 식품의 내재 성분들이 독성 물질과 상호작용해 독성을 스스로 완충하는 현상, 즉 ‘자가 독성 완화(Self-attenuation)’를 과학적으로 입증한 것이다.

특히 연구팀은 초기 세포 기반 스크리닝 평가를 시작으로, 3차원 장 오가노이드, 유전자 변형 토양 선충 모델, 실제 환자 임상 전사체 빅데이터 분석까지 아우르는 ‘계층적 독성학 평가 체계’를 적용했다. 이를 통해 식품 자체가 가진 독성 완화 효과를 세포, 조직, 생체 모델, 임상 데이터 수준에서 전방위적으로 확인했다.

이번 성과는 식품 안전성 평가 방식에 중요한 전환점을 제시한다. 기존의 단일 오염물질 위해성 평가는 식품 내 공존 성분의 상호작용을 충분히 반영하지 못해 불필요한 농산물 폐기나 과도한 규제 비용을 초래할 수 있다는 한계를 지녀 왔다. 반면 이번 연구는 독소와 식품 매트릭스 내 유익 성분의 상호작용을 함께 고려하는 ‘식품 매트릭스 통합 안전성 평가’의 필요성을 뒷받침하는 과학적 근거를 보여줬다.

또한 연구팀은 관련 핵심 원천 기술에 대해 미국 특허 출원을 완료해 글로벌 지식재산권 확보에도 나섰다. 이를 기반으로 향후 복합 독성 노출 모니터링용 진단 바이오마커 기술 개발, 장벽 보호용 맞춤형 농식품 소재 산업화 등으로 확장될 가능성이 전망된다.

문유석 부산대 교수는 “식품 속 독소만을 따로 떼어내어 검사하던 기존 규제 방식은 식품 자체가 가진 생체 보호 능력을 배제해 실제 식품의 안전 수준을 과소평가해 온 측면이 있다”고 말했다.

이어 “이번 연구는 오염된 식품일지라도 체내에서 일어나는 복합적인 자가 독성 완화 메커니즘을 과학적으로 입증함으로써, 식품 매트릭스 전체의 상호작용을 고려하는 새로운 규제 패러다임의 근거를 제공했다”며 “관련 원천기술의 미국 특허 출원을 통해 차세대 농식품 안전성 및 규제 과학 분야에서 글로벌 리더십을 확보할 수 있을 것”이라고 밝혔다.

이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 글로컬 R&D사업, 지역대학우수과학자사업, 박사후연구원 성장형 공동연구사업의 지원을 받아 수행됐으며, 부산대 미래지구환경연구소 김주일 박사와 의학과·데이터사이언스전문대학원 문유석 교수가 주도했다.

연구 성과는 환경 및 위험물질 분야 국제 학술지인 『저널 오브 해저더스 머티리얼즈(Journal of Hazardous Materials)』 9월 15일자에 게재될 예정이다.

논문 제목: Targeting the FXR Network via Gdf15: Food Matrix Phytosterols Attenuate Deoxynivalenol Gut Toxicity, Challenging Single-Contaminant Risk Paradigms (Gdf15를 통한 FXR 네트워크 제어: 식품 매트릭스 식물성 스테롤의 데옥시니발레놀 장 독성 완화 및 단일 오염물질 위해성 평가 패러다임 도전) - 논문 링크: https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2026.143308

※ 용어설명

▷ 자가 독성 완화(Self-attenuation): 오염물질이 유입되더라도 식품 내에 공존하는 천연 유익 성분들의 상호작용을 통해 독성이 스스로 완충·상쇄되는 현상.

▷ 식품 매트릭스(Food Matrix): 영양소, 생리활성물질, 미네랄 등이 복합적으로 결합된 식품 고유의 물리·화학적 구조체.

▷ 단일 오염물질 위해성 평가(Single-contaminant assessment): 식품 내 공존 성분의 상호작용을 배제하고 특정 독소만을 단독 추출해 독성 기준치를 산출하는 기존 검사 방식.

▷ 데옥시니발레놀(Deoxynivalenol, DON): 곡류 수확·저장 중 곰팡이에 의해 생성되는 전세계 농산물에서 가장 흔히 오염되는 독성인자.

▷ 계층적 독성학 평가 체계(Tiered toxicology assay): 초기 단순 세포 기반의 스크리닝 독성 평가에서 출발하여, 생체 개체 모델을 통한 정밀 조직·세부 기전 독성 평가, 그리고 임상 빅데이터 분석으로 점진적으로 심화·검증해 나가는 단계별 독성 평가 시스템.

(그림 설명)수확 후 저장 농산물은 곰팡이 감염에 의해 독소에 오염될 수 있으나, 식품 자체에는 장벽 보호 기능을 지닌 파이토스테롤 등 다양한 천연 성분이 ‘식품 매트릭스’ 형태로 함께 공존한다. 오염된 식품 섭취 시 장 장벽 손상이 유발될 수 있지만, 연구진은 식품 내 메트릭스 성분이 이러한 장 독성을 체내에서 자체적으로 완화·상쇄할 수 있음을 규명했다. 연구진은 이러한 자가 독성 완화 효과를 3차원 오가노이드 모델, 선충 모델, 단백질구조 및 네트워크 생물정보학 분석 등 다층적 동물대체시험 평가 체계를 통해 입증했다. 결과적으로 식품 메트릭스 성분의 완충 작용에 의해 실제 체내 독성 역치가 증가함을 증명함으로써, 독소만을 단독 추출해 검사하던 기존 규제의 ‘위해도 과대평가(안전 수준 과소평가)’ 한계를 극복하고 식품 매트릭스 전체의 상호작용을 반영한 ‘진정한 안전성(Real Safety)’ 평가 패러다임의 과학적 근거를 제시했다.