성숙과 노화의 호르몬 ‘에틸렌’, 중요하지만 성가신 존재 [재미있는 농업 이야기 33]

‘식물호르몬’은 특정 부위에서 만들어지고, 체내 다른 부분으로 이동해 생리적 작용을 일으키는 물질이다. 보통 식물호르몬으로 불리는 것은 ‘옥신(Auxin)’, ‘지베렐린(GA)’, ‘시토키닌 (Cytokinin)’, ‘에틸렌 (Ethylene)’, ‘앱시스산(ABA)’으로 5가지가 있다.

대체로 식물호르몬은 적은 양으로 큰 영향을 주고, 화학구조도 간단하다. 그중에서도 ‘에틸렌’은 가장 화학구조가 간단하고, 식물에 큰 영향을 미치는 호르몬이다. 앱시스산과 함께 물리적 손상, 병원균 침입, 외부의 불량환경 등 스트레스로 활발히 생성되는 ‘스트레스 호르몬’이라고도 한다.

오늘의 주인공, 에틸렌

넬류보프(D. Neljubow)는 실험을 통해 완두콩 생육에 영향을 주는 ‘에틸렌’을 발견했다. ⓒ게티이미지뱅크

1901년 러시아 과학자 넬류보프(D. Neljubow)는 실험실에서 키우던 완두콩의 생육이 부진하자 한 가지 실험을 했다. 정상 완두콩 대비 ‘키가 작다’, ‘줄기가 더 굵다’, ‘한 쪽으로 기울어졌다’는 3가지 차이는 실험실 공기 때문이라 가정하고, 공기 성분을 분석했다. 그 과정에서 발견한 것이 바로 ‘에틸렌’이다.

1934년 영국 과학자 게인(R. Gane)은 익은 사과에서 발생하는 기체가 에틸렌임을 증명함으로써 식물이 에틸렌을 자체적으로 생합성한다는 근거를 최초로 제시했다. 1935년에는 크록, 히치콕, 짐머만 등이 과실이 성숙하도록 식물 생장을 조절하는 호르몬이 에틸렌임을 밝혀냈다.

과일은 에틸렌을 자체적으로 생합성하고, 과실을 숙성하는 데 영향을 주는 ‘식물 생장 조절 호르몬’이다. ⓒ게티이미지뱅크

에틸렌은 과일 성숙에 관여하고 노화를 촉진한다. 그뿐만 아니라 식물체내의 페놀화합물, 안토시아닌, 카로티노이드와 같은 항산화, 항스트레스 물질 합성에도 영향을 준다. 석유에서 인위적으로 만들어 내는 것은 화학공업에서 매우 유용한 재료로 쓰인다. 그래서 ‘석유화학의 쌀’이라고 불리며, 한 나라의 석유화학 산업의 수준과 규모를 가늠하는 척도로도 이용된다.

에틸렌 때문에 편이 갈린 과일과 채소들

과일은 크게 ‘호흡급등형’, ‘호흡비급등형’으로 나눌 수 있다.

호흡급등형(Climacteric)은 에틸렌에 반응해 자체적으로도 에틸렌을 생성하기 때문에 호흡과 에틸렌 생성량이 급격하게 올랐다가 줄어드는 특징이 있다. 사과, 복숭아, 살구, 자두, 참다래, 아보카도, 서양배, 바나나, 무화과, 망고, 토마토 등이 호흡급등형 과일이다.

살구는 자체적으로 에틸렌을 생성하고, 생성량이 급변하는 호흡급등형 과일이다. ⓒ게티이미지뱅크

호흡비급등형(Non-climacteric)은 에틸렌에 의해 호흡이 증가하고 성숙이 촉진되지만, 전체 에틸렌 발생량은 점차 줄어드는 특징이 있다.

에틸렌이 유도하는 성숙과정은 에틸렌 생성 시기를 지연시키거나 초기에 발생된 에틸렌을 제거해 어느 정도 막을 수 있다. 초기 생성된 에틸렌이 촉매가 돼 에틸렌 생합성을 유도하는 ‘자가 촉매작용’을 억제시키기 때문이다. 이러한 특성 때문에 과실의 성숙에 관여하는 에틸렌은 농업에서 꽤 중요하면서도 성가신 물질로 취급한다.

애증의 관계, 에틸렌과 원예작물

모든 농산물의 수명은 수확부터 판매하는 시점까지로 본다. 이 기간 동안 품질 유지는 매우 중요하다. 에틸렌은 덜 익은 과일을 빠르고 균일하게 숙성시킬 수 있다는 장점이 있다. 하지만 의도하지 않은 노출은 대부분의 채소, 과일에 부정적으로 작용한다. 유통기한을 짧게 만들고 품질을 떨어뜨린다. 때문에 에틸렌은 농산물 포장·유통·저장 분야의 중요한 화두다.

에틸렌은 미숙과를 빠르게 숙성시키기도 하지만, 유통기한을 짧게 만든다는 단점도 있다. ⓒ뉴시스

원예작물의 에틸렌 발생은 종류 및 품종에 따라 다양하며, 에틸렌 발생량과 저장성은 밀접한 관계가 있다. 식물 조직은 0.01㏙ 정도로 낮은 농도에서도 성숙이 촉진되며, 에틸렌 발생량이 높은 작물은 저장성이 낮은 경향이 있다. 숙기에 따라서는 조생종이 만생종보다 에틸렌 발생량이 비교적 많고 저장성도 낮으며, 호흡비급등형 과실이라도 수확 후 밀폐된 공간에서 장기간 저장하면 에틸렌이 축적돼 피해 발생 가능성이 있다.

엽채류 등 영양 조직은 생성량이 미미하고 조직 내 농도도 낮아 크게 영향받지 않는 편이다. 하지만 대부분 과실은 상처 또는 병충해를 입거나 부적절한 환경적 조건으로 인해 스트레스를 받게 될 경우, 에틸렌 발생이 증가해 주위의 건전한 과실에 악영향을 줄 수 있다. 저장 시 상처가 생겼거나, 병충해 피해가 있거나, 과숙된 과일은 반드시 제거해야 한다.

싸움은 말려라…에틸렌 생성·활성화 억제 및 제거

에틸렌 생성이 시작되면 인위적으로 생성하거나 작용을 억제한다는 것이 불가능하므로 생성 억제가 관건이다. 따라서 적절할 때 수확하고, 효과적인 저장 수단을 통해 에틸렌 생성과 활성화를 억제하는 것이 중요하다.

신선 원예작물의 에틸렌 발생률은 저온 저장, 낮은 산소 농도(8% 이하), 높은 이산화탄소 농도(2% 이상) 환경에서 줄어든다. 수확 시 성숙도, 물리적 손상, 병 발생, 30℃ 이상의 온도, 수분 스트레스 등은 증가 요인으로 작용한다.

따라서 사과와 배같이 에틸렌 생성 차이가 큰 과실은 혼합 저장하지 말고, 장기간 저장할 때는 한 품목이라도 단일 품종만 저장한다. 적극적으로 생성을 피하려면 에틸렌을 흡착하는 ‘과망간산칼륨’이나 작용을 억제하는 ‘1-MCP’를 활용할 수 있다.

흥정은 붙여라…과일 후숙때 사용해 상품가치 향상

에틸렌 발생제는 덜 익은 과실을 촉진시켜 상품 가치를 올리는 데 도움이 된다. ⓒ농업진흥청

과실의 경우 ‘성숙’은 됐으나 ‘숙성’되지 않아 식미 가치가 낮은 경우 출하 전 에틸렌 처리를 할 수 있다. 덜 익은 바나나, 토마토, 떫은 감, 참다래 등은 엽록소 분해, 착색증진, 연화(軟化) 등을 촉진시켜 통해 상품 가치를 향상시킬 수 있다. 포도에 적용하면 가공용 알포도 생산을 위한 탈립에 이용할 수도 있다.

예전에는 에틸렌 발생제로 에테폰(ethephon)을 이용했으나 최근 숯을 이용한 친환경 에틸렌 발생제가 개발돼 사용 중이다.

에틸렌 “너~어 임자 만났어!”

현재 농산물 저장 분야에서는 ‘1-MCP(1-methylcyclopropene)’를 활용해 성가신 에틸렌을 효과적으로 제어하고 있다. 1-MCP는 ‘미국 환경청(EPA)’에 1992년 등록된 약제로, 2004년 ‘미국 식품의약국(FDA)’에서 식품 사용허가를 받았다. 인체 유해성 및 식물에 대한 자극이 없는 강력한 에틸렌 작용 억제제로 안전성이 검증됐다.

식물체 내에 있는 에틸렌 수용체 결합 부위에 에틸렌 대신 자신이 비가역적으로 결합해 에틸렌의 자가 촉매작용과 작용 기작을 근본적으로 차단하는 것으로 알려져 있다. 1-MCP의 에틸렌 작용 억제 효과로 사과에서는 저장 및 유통 중 경도와 산도 유지와 생리장해 감소, 노화 지연에 따른 부패 감소 효과가 보고됐다.

‘1-MCP’은 바나나의 에틸렌 활성을 억제해 품질 유지에 효과가 있다. ⓒ농업진흥청

극미량으로 6시간 정도 처리했을 경우 바나나, 배, 토마토, 브로콜리 등의 과실, 채소에서 에틸렌 활성을 효과적으로 억제했다. 베고니아, 카네이션, 팔레놉시스, 심비디움, 장미, 백합 등의 화훼류에서도 효과가 검증돼 상용화되고 있다.

에틸렌을 효과적으로 활용하는 생활 속 지혜

가정에서는 냉장고에 에틸렌에 민감한 과일이나 채소를 에틸렌 발생이 많은 과일과 함께 보관하는 것은 피하는 것이 좋다. 에틸렌을 많이 생성하는 사과, 멜론, 복숭아 등은 에틸렌에 민감한 배, 포도, 단감, 키위, 잎채소 등과 함께 두지 말아야 한다. 특히 사과는 에틸렌을 많이 생성하는 대표적인 과일이다.

사과와 배를 한 상자에 포장하면, 사과에서 나오는 에틸렌 때문에 배 품질이 변할 위험이 있다. ⓒ뉴시스

최근 사과와 배를 선물용으로 한 상자에 같이 포장하는 경우가 있는데, 사과에서 나오는 에틸렌 호르몬에 의해 배 품질이 빠르게 변하므로 상자 째 두지 말고 반드시 분리해 보관해야 한다. 바나나, 키위, 아보카도 등 후숙이 필요한 과일을 빨리 먹고 싶을 때는 오히려 사과를 곁에 두는 게 도움 된다.


글=최미희 국립원예특작과학원 저장유통과 전문연구원

정리=더농부


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