발효와 미생물

발효란?
발효란 미생물에 의한 유기물이 분해되는 현상으로 부패와 같은 과학 현상이지만 사람에게 유용한 점이 부패와 다르다고 할 수 있습니다.
인간의 관점에서의 발효는
“미생물을 이용하여 우리가 유용하게 사용할 수 있는 유기물을 얻는 반응”이라 정의할 수 있습니다.
인류는 원시시대부터 음식을 발효시켜 섭취하기 시작했는데, 음식을 오래 보존하는 목적으로 시작된 발효식품은 수렵 생활에서 정착 생활로의 전환을 가져와 실질적인 인류 문화 발전의 전환점이 된 신석기 혁명에 매우 중요한 역할을 했습니다.
발효식품은 음식을 오래 보존하는 목적 외에도,
발효과정을 통해 식품의 영양학적 가치를 높이고, 생리활성물질이 합성되거나 전환되어 건강에 좋은 음식으로 바뀌게 됩니다.
미생물에게 발효란?

인간에게 있어 발효란 유용한 유기물을 얻는 과정이지만
미생물은 발효과정 자체가 목적이 아니라 생육을 위한 어쩔 수 없는 선택인 경우가 대부분입니다.

사람은 산소공급이 없으면 죽지만 일부 미생물들은 발효라는 과정을 거쳐 무산소 환경에서 생존합니다.

즉, 자신들이 원하는 산물을 만드는 과정이 아니라 생육하기 위한 과정이며 그 과정으로 생성된 부산물이 인간에게 유익한 것입니다.

그 예로 알코올 발효와 젖산발효를 들 수 있습니다. 효모균은 자신이 발효과정을 거쳐 만든 알코올의 양이 많아질 경우 사멸하게 되며 젖산은 젖산균의 생장을 억제합니다.

발효와 효소

효소란 생물체 내 화학반응을 촉매하는 단백질입니다.

모든 생명체의 대사 과정은 생명 유지를 위해 알맞은 속도로 진행돼야 하고 그를 위해서 효소의 촉매 작용이 꼭 필요합니다. 발효과정에서도 미생물이 유기물을 분해, 합성하는 촉매제 역할을 합니다.

즉, 효소 없이는 생명 유지가 곤란하며 발효과정이 일어나기도 힘들다고 할 수 있습니다.

미생물은 효소를 가지고 영양소를 잘게 부수거나 합성시켜 에너지를 얻으며 발효과정을 수행합니다.

효소가 없다면 죽은 동물이나 식물의 부패도 이뤄지지 않아 자원 순환도 일어나지 않을 것입니다.

효소는 생명의 원동력입니다.

효소는 산화/환원, 가수분해, 전이, 탈탄산, 탈수/가수,이성화 등 그 종류가 대단히 많습니다.

전통발효식품에 관여하는 많은 미생물 중에서 주요한 미생물과 효소의 작용은 다음과 같습니다.

전통발효식품 속 미생물과 효소
전통발효식품 미생물 효소와 작용
김치 그람양성균: Leuconostoc 유기산의 생성
장류 메주 곰팡이류: Mucor,Rhizopus,Aspergillus
세균류: Bacillus
곰팡이와 세균에 의한 단백질 분해 합성
간장 곰팡이류: Asp.oryzae , Asp.sojae
효모 : zygosacch.soya, zygosacch.major
세균 : Pediococcus sojae, Tetracoccus sojae
protease(곰팡이,세균)
곰팡이와 세균에 의한 단백질 분해 합성
된장 곰팡이류: Mucor,Rhizopus,Aspergillus
효모 : Saccharomyces, Zygosaccharomyces,
Pichia, Hansenula, Debaryomyces,Torulopsis
세균: Bacillus subtilis, Bacillus mesenhicus
protease(곰팡이,세균)
곰팡이와 세균에 의한 단백질 분해 합성
청국장 세균 : Bacillus subtilis protease(곰팡이,세균)
곰팡이와 세균에 의한 단백질 분해 합성
전통주 (약주, 탁주) 입국용 곰팡이: Aspergillus kawachii
누룩속곰팡이: Aspergillus,Penicillium,Monasus
누룩속효모 : Saccharomyces coreanus
amylase(곰팡이)당류의 분해
protease(곰팡이,세균)단백질의 분해
발효식초 호기성세균: Acetobacter aceti,
Acetobacter suboxydans
다양한 유기산의 생성
단백질의 분해
Bacillus 바실러스균 Bacillus subtillis(고초균)
Bacillus균은 369종과 8아종으로 이루어진 세균 속으로, 콩 발효에 관여하는 인체에 이로운 종부터 세균전에 사용될 만큼 강력한 병원균까지 다양하게 포함되어 있습니다. 그 중 Bacillus subtillis는 메주나 청국장에 이용되는 미생물로 식물조직의 팩틴과 다당류를 혐기적으로 대사하여 분해합니다.
고초균으로 불리는 한식 된장의 특징적 균입니다. amylase와 protease 등의 효소활성을 가지고 있으며, 식품에 있어서도 콩의 발효식품인 메주와 낫토의 생산에 절대적인 중요성을 가지고 있습니다. 또한, 고초균의 배양물은 항생 물질이 발견되어, 본격적으로 사용되기 시작한 1950년대 이전에 면역기능 증진 및 항암작용을 가지는 프로바이오틱스로 널리 활용되었습니다. 또한, 고초균은 일반적으로는 비병원성으로 드물게 사람의 눈의 감염이나 만성질 환자의 요로감염을 일으킵니다. 마른풀, 토양, 공기 등 자연계에 널리 분포하는 통성 혐기성 균이며 최적 온도는 28~40°C입니다.
Aspergillus   Asp.oryzae(황국균)
누룩곰팡이의 대표균으로 청주, 일본식 된장, 간장류 제조에 사용되는 곡식을 원료로 국균을 배양한 제조 곰팡이입니다. 집락은 처음에는 백색인데 분생자가 생기면 황색에서 황록색으로 되고 오래되면 갈색으로 됩니다.
전분 당화력, 단백 분해력이 강하고 한 때는 소화제 제조에도 사용되었으며 생육 적온은 37℃입니다.
고초균과 황국균의 복합 종균으로
된장의 맛과 영양을 높이다.
바실러스균-황국균 ‘복합종균’이 장류의 감칠맛과 단맛을 높인다는 결과가 보도되었다.(식품저널 2019ㆍ10ㆍ29) 이 뉴스에 의하면 바실러스 벨렌젠시스 KACC 92193P(농진청연구, 전통된장유래균)에 황국균을 각각 1%씩 섞어 메주를 제조한 결과, 구수한 맛을 내는 아미노태 질소 함량이 기존 메주보다 3배 이상 높았고, 감칠맛을 내는 아미노산인 아스파르트산과 글루탐산은 각각 28배, 9배 높았다. 단맛을 내는 아미노산인 세린, 알라닌은 각각 71배, 7.5배 높았다.
이 혼합 종균으로 만든 메주를 이용해 제조한 더덕도라지된장을 60일간 발효시킨 결과, 종균을 넣지 않은 메주로 만든 된장보다 세린, 알라닌, 글리신 등 아미노산은 69.8~78.4% 증가하고 글루코스, 글리세롤 등은 20.6~64.0% 증가해 단맛이 강해졌다. 또, 글루탐산 증가로 감칠맛이 높아졌으며, 젖산은 감소해 신맛이 줄었다.
즉, 전통장의 과학적 종균 분석에 의한 재조합으로 기존 장맛보다도 우수하고 영양적 가치가 우수한 장이 탄생하였다.
- 자료출처 -

천종식교수의 미생물특강 고마운 미생물, 얄미운 미생물 , 천종식, 솔출판사

재미있는 식품 미생물학 , 강옥주 김영목 김정목 조좌형 , 수학사, 식품과학기술대사전