도시화, 산업화로 인해 농업 인구가 감소함에 따라 1990년 이후 우리나라의 농경지 면적은 빠르게 감소하고 있다. 게다가 단위 면적당 고소득이 가능한 특용작물이나 신품종 위주로 재배하려는 변화와 이상 기후 현상으로 인해 쌈채류와 같은 기본 채소류의 가격 등락폭이 매우 크다. 청상추, 로메인상추, 양상추는 국내뿐만 아니라 전 세계적으로 인기 있는 대표적인 잎채소류이다. 한국농수산식품유통공사와 가락동 시장 농산물 시세 자료를 바탕으로 최근 3년간 쌈채류 중 상추류의 가격추이를 살펴보면 기후변화와 COVID-19 팬데믹으로 인한 물류 문제가 원인이 되어 전반적으로 가격대가 높게 형성되어 있었으며 특히 노지에서 재배한 쌈채류를 가장 많이 수확하는 시기임에도 불구하고 2022년 6월에 청상추는 1킬로당 13,000원으로 예년에 비해 2배 이상 가격이 가장 크게 폭등하였고 7월에는 전달에 비해 1킬로당 2.3배 폭등한 30,000원에 육박하여 고기보다 비싼 금상추로 불렸다. 양상추 또한 2022년 6월 기준 예년에 비해 20% 정도 가격이 상승하였다[1, 2]. 양상추는 최근 건강과 웰빙(well-being)에 대한 관심이 높아지고 체중감량을 위한 다이어트 식단으로 샐러드의 기본 재료로 가장 많이 활용되며 수요가 급속도로 늘고 있어 가격 변화에 민감하게 반응하는 소비자층이 늘어나는 것으로 볼 수 있다[3]. 이에 따라 대표 쌈채류인 상추류의 효과적인 재배를 통해 공급 가격 안정화가 요구된다. 또한 영양성분을 강화한 표준 유용미생물(effective microorganisms; EM) 분말로 인한 작물 내 유효성분의 함량을 분석하여 인체 내 미치는 영향을 예측하고 쌈채류에 대한 친환경 재배의 가능성을 관찰하고자 한다.

1. 재배 방법

충청남도 천안시 동남구에 위치한 대형마트에서 둔포육묘장에서 재배된 청상추(green leaf lettuce, Lactuca sativa var. crispa cv. Greenwave)와 로메인상추(romaine lettuce, Lactuca sativa var. Longifolia), 양상추(head lettuce, Lactuca sativa var. capatata)를 구매하였다. 2024년 4월 6일에 충청남도 천안시 동남구 광덕면 소재의 노지 텃밭에 모종을 수돗물 처리한 대조군과 수돗물에 영양성분을 강화한 EM 분말을 0.0005%의 농도로 용해한 실험비료군, 그리고 상용화된 일반비료(multical, Biocrops)를 수돗물에 0.0001%의 농도로 용해한[4, 5] 일반비료군으로 나누어 각각 30 mL씩 1시간 동안 담근 후 정식하였다. 재식거리는 30 cm×30 cm이다(n=20).

2. 엽 크기 및 생체중량 측정

3주 후 청상추와 로메인상추는 1구당 9번째 엽의 가장 넓은 부분인 엽폭과 줄기에서부터 엽의 길이인 엽장을 투명한 자로 측정하였고 8번째 엽까지만 남긴 채 재배를 지속하였다. 5주 후 청상추는 엽장이 8 cm 이상이 되는 속잎을 기준으로 20번째 엽을, 로메인상추는 엽장이 10 cm 이상이 되는 속잎을 기준으로 20번째 엽의 폭과 장을 투명한 자로 측정하였다. 각 개체의 생체중량은 지상부와 지하부 총체를 수확한 후 지하부는 제거하고 나머지 지상부만의 무게를 측정하였다(LD2012-10, Lodus).

3. 엽록소 측정

청상추, 로메인상추, 양상추는 각각 8번째 겉엽의 가장자리에서부터 3 cm 떨어진 부위를 펀칭기로 지름 1.5 cm 크기로 잘랐다. 그 후 dimethyl sulfoxide를 10 mL 추가하여 60℃에서 1시간 동안 배양한 후 663 nm와 645 nm에서 흡광도를 측정하여(UV-1900i, Shimadzu) 엽록소 a 함량은 0.0127A₆₆₃‒0.0269A₆₄₅, 엽록소 b 함량은 0.0229A₆₄₅‒0.0269A₆₄₅, 총 엽록소 함량은 0.008046A₆₆₃+0.02029A₆₄₅ 식으로 계산하였다[6].

4. 총 폴리페놀 측정

청상추는 엽장이 8 cm 되는 속잎을 기준으로 20번째 엽, 로메인상추는 엽장이 10 cm 되는 속잎을 기준으로 20번째 엽, 양상추는 15번째 겉엽을 22℃ 드라이오븐에서 하루 동안 말린 후 Folin-Denis 방법을 이용하여 총 폴리페놀을 측정하였다. 각 상추 시료 1 mg/mL을 0.2N Folin Ciocalteu’s phenol reagent 5 mL 첨가하여 5분간 반응시키고 7.5% Na₂CO₃ 4 mL을 첨가 후 암소에서 1시간 동안 정치 후 760 nm에서 흡광도를 측정하였다. Standard curve 작성을 위한 standard reagent는 tannic acid로 하였으며 (A₇₆₀−0.183)/0.006의 식에 대입하여 총 폴리페놀 함량을 계산하였다[7].

5. Vitamin C 측정

청상추는 엽장이 8 cm 되는 속잎을 기준으로 21번째 엽, 로메인상추는 엽장이 10 cm 되는 속잎을 기준으로 21번째 엽, 양상추는 16번째 겉엽에서 vitamin C 함량 분석을 KOTITI 시험 연구원에 의뢰하여 2,4-디니트로페닐하이드라진(dinitrophenyl hydrazine)에 의한 정량법으로 분석하였다.

1. 엽 크기와 무게

정식 3주 후 청상추 엽폭과 엽장은 대조군과 비교하였을 때 일반비료군에서 각각 1.13배, 1.16배 증가하고, 실험비료군에서는 각각 1.15배, 1.16배 증가하였다. 정식 8주 후에는 최종적으로 청상추의 엽폭과 엽장이 일반비료군에서 1.13배, 1.06배, 실험비료군에서는 각각 1.24배, 1.08배 유의적으로 증가하였다. 로메인상추는 정식 3주 후 대조군과 비교하였을 때 엽폭은 유의적인 차이가 없었으나 엽장은 각각 일반비료를 처리한 경우 1.12배, 실험비료를 처리한 경우에는 1.1배 증가하였다. 정식 8주 후에는 일반비료군과 실험비료군에서 모두 엽폭이 1.09배, 1.11배 유의적으로 증가하였으나, 엽장은 실험비료군에서만 1.03배로 유의적 증가를 보였다.

지상부 무게를 측정한 결과 청상추와 로메인상추는 대조군과 비교하였을 때 일반비료군과 실험비료군에서 모두 유의적 증가하였는데, 특히 실험비료를 처리한 청상추는 1.3배, 실험비료를 처리한 로메인상추는 1.39배 큰 폭으로 증가한 결과를 보였다. 양상추는 일반비료군에서 1.06배 증가하였으나 유의성은 없었으며 실험비료군에서는 1.13배 유의적으로 증가하였다(Table 1).

Table 1

Average of leaf size and body weight

	Leaf width (cm)			Leaf length (cm)			Weight (g)
	3 wk	8 wk		3 wk	8 wk		8 wk
GLL
CTL	10.34±3.48	16.19±2.06		13.80±4.18	18.92±1.45		442.30±55.79
GF	11.76±3.48***	18.34±1.91***		16.08±4.93***	20.15±1.30***		548.60±76.69***
TF	11.92±5.86***	20.08±2.17***		15.99±3.38***	20.53±1.23***		580.20±81.41***
RL
CTL	9.50±2.97	9.62±1.58		13.70±2.16	17.42±1.42		463.25±49.51
GF	9.13±4.04	10.54±1.75*		15.39±3.06***	17.94±1.62		554.00±83.65**
TF	9.45±3.25	10.68±1.73**		15.13±1.69***	18.08±1.41*		645.35±84.16***
HL
CTL	ND	ND		ND	ND		570.60±50.92
GF	ND	ND		ND	ND		609.40±83.65
TF	ND	ND		ND	ND		645.35±84.16***

*P<0.05, **P<0.01, ***P<0.001.

Abbreviations: GLL, green leaf lettuce; RL, romaine lettuce; HL, head lettuce; CTL, control; GF, general fertilizer; TF, test fertilizer; ND, non detect.

2. 엽록소 함량

엽록소 a, 엽록소 b, 총 엽록소를 측정한 결과 청상추는 실험비료 시비 시 엽록소 a 함량은 99.53 g/L로 대조군에 비해 1.97배로 가장 많이 증가하였고 유의성을 보였다(Figure 1A). 로메인상추는 일반비료와 실험비료 시비 시 엽록소 a, 엽록소 b, 총엽록소 모두 증가하였으나 유의적 증가 수준은 아니었다(Figure 1B). 양상추는 실험비료 시비 시 엽록소 b 함량이 50.56 g/L로 32% 증가하여 통계적인 유의성을 보였다(Figure 1C).

Fig. 1. Average chlorophyll concentrations (mg(100 g)⁻¹) of chlorophyll. (A) Green leaf lettuce (GLL), (B) Romain lettuce (RL), (C) Head lettue (HL). The data shows the changes in average chlorophyll concentrations and standard deviation of 20 lettuces. *P<0.05, **P<0.01, and ***P<0.001 represent a significant difference compared with the control group.
Abbreviations: Total Chl, total chlorophyll; Chl a, chlorophyll a; Chl b, chlorophyll b; CTL, control; GF, general fertilizer; TF, test fertilizer.

3. 총 폴리페놀 함량

청상추는 실험비료 시비 시 폴리페놀 함량이 172.08 mg/g으로 대조군에 비해 22% 폴리페놀 함량이 유의적으로 높게 측정되었고, 로메인상추는 일반비료군과 실험비료군에서 각각 16%, 5% 증가하였으나 유의적인 수준은 아니었다(Figure 2).

Fig. 2. Average concentrations (mg/g) of total polyphenol. The data shows the changes in average and standard deviation of 20 lettuces. *P<0.05, **P<0.01, and ***P<0.001 represent a significant difference compared with the control group.
Abbreviations: GLL, green leaf lettuce; RL, romaine lettuce; HL, head lettuce; CTL, control; GF, general fertilizer; TF, test fertilizer.

4. Vitamin C 함량

청상추는 일반비료와 실험비료 시비 시 vitamin C 함량이 소폭 증가하였으나 유의적인 수준은 아니었다. 그러나 로메인상추의 vitamin C 함량은 대조군과 비교 시 일반비료군에서 12.66 mg·100 g⁻¹fw로 39%, 실험비료군에서는 12.94 mg·100 g⁻¹fw으로 42% 유의적으로 증가하였으며 양상추의 vitamin C 함량 또한 일반비료군에서 11.26 mg·100 g⁻¹fw으로 28%, 실험비료군에서 12.64 mg·100 g⁻¹fw으로 44% 유의적으로 증가하였다(Figure 3).

Fig. 3. Average concentrations (mg·100g⁻¹fw) of vitamin C. The data shows the the changes in average and standard deviation of 20 lettuces. *P<0.05, **P<0.01, and ***P<0.001 represent a significant difference compared with the control group.
Abbreviations: GLL, green leaf lettuce; RL, romaine lettuce; HL, head lettuce; CTL, control; GF, general fertilizer; TF, test fertilizer.

현대인들의 소득수준이 증가함과 동시에 건강하게 오래 잘 사는 것, 웰빙에 대한 관심이 높아지면서 식품의 안전성을 기반으로 친환경, 유기 농산물에 대한 중요성이 부각되고 있다[8]. 특히 비료와 농약은 농산물의 생장과 병충해 방지를 위해 필수불가결하게 사용되고 있는데, 소비자들은 과도한 화학 제품 사용에 대한 부작용을 우려하고 있다. 또한 화학비료를 장기간 사용할 시 토양 내 수분이 감소하고 토양의 산성화로 인해 환경오염을 야기한다[9, 10]. 최근에는 건강한 토양을 기반으로 친환경 농산물을 재배하고자 농촌진흥청과 192개의 시군구 농업기술센터에서 액체 상태로 배양된 EM을 보급하고 있으며 EM을 농업에 활용하는 사례가 12.5%가량 증가하고 있다[11, 12]. 그러나 큰 부피와 무게로 인한 번거로움이 상당하며 EM 균주의 변성이 생기지 않도록 잘 보관하고 관리해야 하는 특성이 있다. 또한 EM은 토양 내 유기물을 보다 효율적으로 분해시키도록 하거나 뿌리 발근을 촉진시키는 등의 역할을 하지만 작물생장에 필요한 영양소를 제공하지는 못한다[13, 14]. 그러므로 EM을 사용하더라도 화학비료를 추가로 사용할 수밖에 없다.

본 연구에서 사용한 영양성분을 강화한 EM 분말은 과일박, 김, 깻묵, 계란 및 전복의 껍데기에서 추출하여 배합한 혼합물을 통해 화학비료를 대체하고자 하였으며 고초균(Bacillus subtilis), GH-13 (Bacillus velezensis), 유산균(Lactobacillus plantarum), 광합성균(Rhodobacter sphaeroides), 클로렐라(Cholrella sp.), BT균(Bacillus thuringiensis)을 혼합하고 1% glycerol을 첨가하여 동결 건조하여 EM의 효용성을 활용하였다[3].

최근 가격 변동폭이 높은 기본 쌈채류인 상추에 본 분말을 처리하여 생육 효과와 성분 함량을 분석하였다. 청상추, 로메인상추, 양상추에 영양성분을 강화한 EM 분말을 처리한 결과 모두 일반비료를 시비한 경우보다 엽장, 엽폭의 길이가 유의성에는 차이가 있었지만 대체로 크기가 커졌으며 지상부의 생체중량 또한 증가하였다. 청상추는 실험비료 시비 시 엽록소 a 함량이 99.53 g/L로 수돗물만 공급하여 키운 대조군에 비해 2배 가까이 증가하였다. 엽록소는 식물의 광합성 과정에서 빛을 흡수하여 에너지를 생성하는 데 필요한 주요 성분이다. 다시 말해 엽록소의 양이 많을수록 식물이 광합성을 더 효율적으로 수행할 수 있으며, 이는 상추의 생장과 생산성을 향상시키는 데 기여한다. 또한 엽록소 함량이 높을수록 상추가 푸르고 신선한 색을 유지할 수 있으며 상품의 가치가 높다. 엽록소가 풍부한 작물은 비타민 A, C, K, 철분, 마그네슘, 칼슘과 같은 미네랄, 항산화 물질 등 다양한 영양소가 더 많이 함유된 것으로 보고되고 있으며 항산화 효과를 가지는 것으로 알려져 있는데, 본 영양성분이 강화된 EM 분말로 인해 엽록소 함량이 증가하여 효율적인 광합성을 통해 엽장, 엽폭, 생체중량 또한 증가하도록 영향을 준 것으로 생각된다.

청상추에 실험비료 시비 시 폴리페놀 함량이 172.08 mg/g으로 대조군에 비해 22% 폴리페놀 함량이 유의적으로 높게 측정되었으며, 로메인상추와 양상추의 vitamin C 함량은 실험비료군에서 각각 40% 유의적으로 증가하는 결과를 보였다. 이러한 결과들은 EM이 토양 내 유기물질을 효율적으로 이용하게 하고 단단한 뿌리를 가지게 할 뿐만 아니라 각종 농산물 부산물로부터 추출된 영양성분들로 인해 유효 성분이 증가하며 효과적인 생장을 보인 것으로 추측할 수 있으며 향후 후속연구를 통해 구체적인 대사과정 및 생리학적 변화를 규명할 필요가 있다.

많은 학자들은 각종 식재료에 함유된 폴리페놀과 vitamin C가 인체 내에서 하는 역할에 대해 연구해 왔는데, 대표적으로 폴리페놀은 활성 산소를 제거하여 세포 손상을 예방하고 노화 과정을 늦추는 데 도움을 주는 항산화 물질로 알려져 있다. 심혈관 질환 및 다양한 만성 질환의 위험을 감소시키며[15, 16] 항염, 면역력 강화, 암 예방뿐만 아니라 지방 축적을 억제하여 체중 조절을 돕고 장내 미생물 균형 유지에 관여하여 소화건강에도 영향을 주는 물질로 보고되고 있다[17-20].

Vitamin C는 백혈구 활동을 증진시킴으로써 면역 체계 기능을 향상시키며[20] cortisol 호르몬 조절을 통한 스트레스 감소[21], 피로 회복에 관여하고 철분 흡수를 용이하게 하는 효과[22], 그리고 혈관의 탄력성 유지를 통해 혈압을 조절하고 각종 심혈관 질환의 위험을 줄이는 등 인체 내에서 중요한 역할을 하는 것으로 밝혀졌다[23, 24]. 그러므로 영양성분이 강화된 EM 분말을 처리하여 재배한 청상추, 로메인상추, 양상추는 크기와 중량과 같은 양적 효과뿐만 아니라 건강에 긍정적인 질적 효과를 기대할 수 있다. Heo [4]가 개발한 영양성분이 포함된 EM 분말은 토양에 적용 시 토양의 pH가 적정산도의 범위로 측정되었고 열매를 크고 단단하게 생산하는 데 중요한 영양소인 인산은 2배 이상, 칼륨의 농도는 1.5배가량 높게 측정되었다. 향후 화학비료 대신 본 분말을 적용하여 손쉽게 친환경, 유기농작물 재배를 가능하게 하고 K-농산물 품질은 향상시키며 나아가 국민 건강 증진에 기여할 것으로 기대한다.

농업 인구 감소, 재배 환경 변화, 이상 기후 현상으로 인해 쌈채류의 가격 등락폭이 매우 커지고 있다. 이에 따라 대표 쌈채류인 상추류의 효과적인 재배를 통해 공급 가격 안정화가 요구된다. 더불어 영양성분을 강화한 표준 유용미생물(effective microorganisms; EM) 분말처리에 따른 작물 내 유효성분의 함량을 분석하여 인체 내 미치는 영향을 예측하고 작물의 친환경 재배의 가능성을 관찰하고자 하였다. 청상추, 로메인상추, 양상추를 대조군, 일반비료군, 영양성분을 강화한 EM 분말을 처리하는 실험비료군으로 나누어 8주간 재배하고 엽장, 엽폭, 생체중량, 엽록소, 폴리페놀, vitamin C 함량을 측정하였다. 청상추, 로메인상추, 양상추에 영양성분을 강화한 EM 분말을 처리한 결과 모두 일반비료를 시비한 경우보다 엽장과 엽폭의 길이, 생체중량이 증가하였다. 실험비료 시비 시 대조군과 비교하여 보면 청상추는 엽록소 a 함량이 2배 가까이 증가하였고, 청상추의 폴리페놀 함량은 22% 유의적으로 더 높게 측정되었으며 로메인상추와 양상추의 vitamin C 함량은 각각 40% 유의적으로 증가하는 결과를 보였다. 엽록소, 폴리페놀, vitamin C 함량이 높은 상추를 섭취함으로써 항산화, 항염을 비롯한 다양한 인체 내 긍정적인 효과를 기대할 수 있다. 더불어 보다 쉽고 간편하게 고품질의 유기농 생산을 가능하게 할 것으로 생각된다.

None

This work was supported by the National Research Foundation of Korea (NRF) grant funded by the Korea government (MSIT) (2022R1G1A1005974).

None

Choi JS¹, Professor; Lee MW², Professor; Kim DJ³, Professor; Heo JH⁴, Professor.

- Conceptualization: Heo JH.

- Data curation: Lee MW, Kim DJ.

- Methodology: Choi JS.

- Writing - review & editing: Choi JS, Lee MW, Kim DJ, Heo JH.

This article does not require IRB approval because there are no human and animal participants.