먼저 누룩곰팡이와 효모의 정의에 대해 알아보겠습니다.
잘 발효된 발효음식 속에는 유산균, 누룩곰팡이, 효모, 바실러스균등 다양한 유익한 발효미생물들이 함유하고 있는데요. 이러한 균들을 통털어 선옥균 이라고도 한답니다.
한방에서는 질병을 치료하고 예방하는데 오랜세월 선옥균을 이용한 발효한약이 조제 처방되어졌다고 합니다. 한방에서 다양하게 한약재를 발효하여 발효한약을 조제 처방하여 만들어지는 누룩곰팡이균과 효모균에 대해서 알아보겠습니다.
1. 누룩곰팡이
쌀누룩이나 보리누룩을 만드는 데 쓰인다. 누룩곰팡이를 대표하는 누룩곰팡이속에는 50여 종이 알려져 있다. 그 중에서도 쌀의 녹말을 당화하는 좁은 뜻의 누룩곰팡이(A.oryzae), 강력한 효소를 지니는 것으로 유명한 검은곰팡이(A.niger) 등은 유용한 균이지만, 아스페르길루스 푸미가투스(A.fumigatus) 등은 널리 토양 속에서 분리되는 사상균(絲狀菌)으로 종종 새에게, 드물게는 인체의 내장에 들어가서 아스페르길루스증(症)을 일으키기도 한다.
무성생식(無性生殖)을 하는데 꼿꼿이 선 균사의 잔가지 끝에 둥근 정낭(頂囊)이 생기고 여기에 가늘고 긴 병 모양의 잔가지가 밀생하며 그 끝에 포자가 생기면서 이루어진다. 개개의 포자는 대략 구형이지만 포자가 차례차례로 자라기 때문에 긴 사슬이 되어 선단에서 분산한다.
발육 적온은 37℃, 생성되는 유기산(有機酸)은 코지산 ·글루콘산 등이고, 효소는 아밀라아제 ·말타아제 ·인베르타아제 ·셀룰라아제 ·이눌리나아제 그 밖의 단백질분해효소 등이다. 이 중 아밀라아제의 작용, 즉 녹말을 설탕으로 분해하는 힘을 이용하여 청주 ·감주 ·간장 ·된장 등의 누룩제조에 사용한다. 각각 용도에 따라 특수한 품종이 만들어지고 있다.
2.효모(알코올 발효의 구조)
효모를 영어로 이스트라고 하는데 그것은 '거품'이라는 의미를 담고 있다. 효모는 고대 이집트 시대부터 포도주나 맥주 등 알코올 음료를 만드는 데 사용되어 왔다. 효모는 눈에 보이지 않을 정도로 작은 곰팡이 무리(크기 10마이크론 내외)이며,풍선과 같은 모양을 하고 있고, 싹이 나서 증식된다.(출아법) 또한 효모는 빵을 만드는 데에도 사용된다. 빵은 곡물 가루(밀가루 등)에 효모와 물을 타서 반죽하고, 효묘의 발효와 팽창제(부풀어 오르게 하는 가루)에 의해서 생긴 이산화탄소(탄산가스)에 의해 부풀려진 것을 구운 것이다.
구워진 후에도 알코올 성분의 0.5퍼센트 정도는 빵에 남는다. 그리고 발효의 부산물로서 알데히드, 케톤, 산류등이 아즈 조금 생겨서 베이킹 파우더로는 얻을 수 없는 향긋한 냄새가 난다.
효묘가 알코올과 이산화탄소를 만들어 내는 작용을 알코올 발효라고 하는데, 이 반응은 다음의 화학 반응식으로 나타낼 수 있다.
C6H12O6 → 2C2H5OH ＋ 2CO2 ＋ 56㎈
곰팡이와 효모는 친척이다. 어떤 종류의 효모는 곰팡이로 바뀌기도 하고 곰팡이가 효모로 되는 경우도 있다. 반응식으로 알 수 있듯이 효모는 포도당을 분해해서 에틸알코올과 이산화탄소로 만드는 동시에, 그 때 생긴 에너지를 써서 생활하고 있다. 이 알코올 발효처럼 산소를 필요로 하지 않는 호흡을 무기 호흡이라고 한다. 그리고 효모나 곰팡이 같은 미생물의 작용으로 유기물이 분해되어 다른 간단한 유기물을 생기게 하는 현상을 발효라고 한다.
발효에는 알코올 발효 외에 초산 발효, 유산발효 등이 있다. 초산 발효의 반응을 정리하면 다음의 반응식으로 나타낼 수 있다.
C2H5OH ＋ O2 → CH3COOH ＋ H2O ＋ 115㎈
이 반응에서는 산소가 필요하다는 것을 알 수 있다. 식초를 만드는 데에도 이 반응이 이용되며 오래 된 술이 시어 버리는 것도 초산균의 소행이다. 우리 나라에서는 예로부터 된장이나 간장을 만드는 데 미생물을 이용해 온 전통이 있는데, 현재는 그 기술을 생물 공학 산업에 활용해서 각종 발효 식품 이외에 의약품을 만드는 데에도 유용하게 쓰고 있다.
다음으로 곰팡이와 효모에 대해 좀 더 자세히 알아보도록 하겠습니다.
1. 곰팡이(Fungi)
곰팡이는 각종 식품을 변패시키 우리에게 위해를 주기도 하지만, 반면 치즈, 간장, 된장 등과 같은 발효식품생산이나 의약품 및 효소 등의 생산에 이용되어 유익한 면도 있다. 절대호기성이며 최적 pH는 4～6, 생육에 반드시 유기물질이 필요한 종속영양균, 분류학상 진균류에 속하며, 포자에 의해 증식하고 진핵세포를 갖는 다세포미생물이다.
1)곰팡이의 형태
곰팡이는 포자가 발아한 후 실모양의 균체체포를 형성하여 균사상으로 발육하는 사상균이다.
(1) 곰팡이는 균사체(영양기관), 자실체(번식기관), 균총으로 구성
①균사 : 영양균사와 기균사
②포자 : 자실체 선단에 포자를 만들어 번식과 생식(포자의 색은 종류에 따라 황색, 흑색, 청색, 녹색, 회백색 등)
(2)포자의 종류
①유성포자 : 2개의 세포핵이 융합하는 유성생식의 결과 형성된 포자
(종류 : 난포자, 접합포자, 자낭포자, 담자포자)
②무성포자 : 세포핵의 융합없이 단지 분열에 의해 무성적으로 형성된 포자
(종류 : 포자낭포자, 분생포자, 분절포자, 후막포자 등)
2) 곰팡이의 분류
①조간균류(Phycomycetes) : 균사에 격벽이 없는 호상균류와 난균류, 접합균류,로 대별
*접합균류 : Mucor속(털곰팡이), Rhizopus속(거미줄곰팡이), Absidia속(활털곰팡이), Thamnidium속
②순정균류(Mycomycetes) : 균사에 격벽이 있는 자낭균류, 담자균류, 불완전균류 등
*자낭균류 : Aspergillus(누룩곰팡이)속, Penicillium(푸른곰팡이)속, Monascus(홍국곰팡이) 속, Neurospora(빨강 누룩곰팡이)속
3)식품관련 주요 곰팡이
①Aspergillus oryzae(황국균) : 청주, 된장, 간장, 감주, 절임류 등의 생산에 이용, 코오지에서 효소를 추출하여 소화제를 생산하기도 함
②Aspergillus sojae : 장류제조에 이용
③Aspergillus niger : 흑국균으로 녹말의 당화력이 강하고 당에서 구연산, 수산, 글루콘산을 생산하는 균주가 많으므로 유기산 발효공업에 이용
④Aspergillus flavus : 토양이나 식품에서 종종 발견되고 aflatoxin(발암성)생성되므로 식품을 재조하거나 가공하는 균으로는 이용되지 않는다.
4)곰팡이 생리
▶곰팡이는 환경에 대한 적응력이 강하다. 특히 건조에 강하고 높은 당, 염 농도에서도 생육
▶대부분 곰팡이는 25～30℃가 생육적온
▶산성영역에서 잘 번식
2. 효모(Yeast)
효모는 단세포의 미생물로 자연계의 과실의 표면, 수액, 꽃의 밀샘, 토양, 해수, 우유, 맥분,공기, 곤충의 체내에 널이 분포되어있다.
또한 효모는 통성혐기성 상태에서 번식하는 성질을 이용하여 포도주, 맥주, 청주 등의 양조공업에 이용하기도 하고, 공업용 알콜, 제빵제조에 이용되기도 한 유용한 미생물이다.
1)효모의 증식(대부분 무성생식에 의한 출아증식)
①양극출아 - Nadsonia속, Hanseniaspora속, kloekera속
②다극출아 - Saccharomyces속
③분열법 - Schizosaccharomyces속
④출아분열법 - Saccharomycodes속
2)효모의 형태
구형, 난형, 타원형, 소시지형, 레몬형, 삼각형, 위균사형, 신장형
3)산막효묘(film yeast)
산소를 강력히 요구하며 산화력이 강하고, 액면에 발육하여 피막을 형성
종류 : Hansenula속, Debaryomyces속, Candida속
4)유포자효모
포자낭을 형성한다.
종류 : Saccharomyces속, Schizosaccharomyces속, Pichia속, Hanseniaspora속, Hansenula속, Debaryomyces속, Lipomyces속, Nadsonia속
5)무포자효모
포자낭포자를 형성하지 않는다.
종류 : Candida속, Cryptococcus속, Kloekera속, Rhodotorula속, Torulopsis속
6)위균사효모
Pichia속, Hansenula속, Candida속, Endomycopsis속
7)효모의 생리작용
(1)혐기적발효(Alcohol발효)
①주류발효는 효모를 이용한 혐기적 발효이다.
②반드시 밀폐시켜 산소의 혼입을 차단해야 한다.
③만일 산소가 혼입되면 알콜 생산량이 저하되고 이물질이 생겨 주류의 품질을 저하시킨다.
▶혐기적상태
C6H12O6 → 2C2H5OH(ethyl alcohol) ＋ 2CO2 ＋ 58kcal ＋ 2ATP(발효1형식)
▶호기적상태
C6H12O6 ＋ 6O2 → 6H2O ＋ 6CO2 ＋ 38ATP
④발효2형식
효묘배양액을 알카리로 하면 alcohol, acetic acid, glycerol 등이 생성2C6H12O6 ＋NaHCO3 혹은 Na2HPO6 → 2(C3H5OH)3(glycerol) ＋CH3COOH(acetic acid) ＋ C2H5OH(ethyl alcohol) ＋2CO2
⑤발효3형식
효모배양액에 아황산나트륨을 가하여 배양하면 glycerol, acetic acid, acetaldehyde 등 생성
C6H12O6 ＋Na2SO3 →C3H5(OH)3(glycerol) ＋CH3COOH(acetic acid) ＋CH3CHO(acetaldehyde) ＋CO2
주요한 누룩곰팡이.
1. Aspergillus속
o Aspergillus oryzae(황국균)
집락 : 처음에는 백색, 분생자가 생긴 다음 황색, 점점 황록색으로 변화
간장, 된장 등의 제조에 이용
강한 전분 당화력과 단백질 분해력, 효소제제 생산에 이용
대사생산물로 kojic acid 생성
o Aspergillus sojae
황국균, 집락은 진한 녹색, 때로는 황색
간장 양조에 이용
o Aspergillus niger (흑국균)
포자는 흑색, 경자는 보통 2단
전분 당화력이 강하고 빵, 과일 등에서 자주 발견
oxalic acid, gluconic acid, citric acid 등의 유기산 발효공업에 이용
pectinase를 강하게 분비하는 것은 과일 주스의 청징제 제조에 이용
o Aspergillus awamori
흑국균, 포자는 갈색, 오키나와의 아와모리 술 양조에 이용
o Aspergillus usami
흑국균, 알코올 제조용 전분질 원료의 당화에 이용
o Aspergillus kawachii(Asp. niger mut. kawachii)
우리 나라 탁주 제조에 사용, Asp. niger 변이균, 백국균
o Aspergillus glaucus
균총은 일반적으로 청록색, 황색의 피자기 형성
내건성, 삼투압이 높은 곳에서도 번식
가쯔오부시에 특유한 향기 부여
o Aspergillus flavus
Aspergillus oryzae와 유사
분생자는 처음부터 황녹색, 토양과 식품에서 흔히 발견
간암을 일으키는 강력한 발암성 물질인 aflatoxin 생산하는 것으로 알려져 있어 이용되지 않음.
2) Penicillium속
o 자연계에 널리 분포, 과일, 떡, 빵 등에 잘 번식
o 푸른곰팡이, 균총은 청록색이 대부분, 회백색, 황갈색 등도 있음
o 분생자병 끝에 phialide가 빗자루 모양으로 배열하여 추상체(penicillus)
형성, 분생자가 사슬모양으로 착생
단륜생(monoverticilla) : penicillus가 분기하지 않은 것
쌍륜생(biverticilla) : penicillus가 분기하여 2단으로 된 것
o 치즈 숙성과 penicillin의 생산에 이용, 황변미 원인균을 포함
o Penicillium chrysogenum, Penicillium notatum
항생물질 penicillin 생산균
o Penicillium citrinum
황변미 원인균, 독성이 있는 황색색소 citrinin 생성
o Penicillium islandicum, Penicillium citreo-viride
황변미 원인균
o Penicillium expansum
과일 부패균(주로 사과와 배)
o Penicillium italicum, Penicillium digitatum
감귤류 부패균
o 분홍색의 monascorbine 색소 생성, 균총은 붉은색
o 균사의 끝에 유성생식으로 폐자기를 만들고 그 속에 자낭포자 형성
o 무성생식으로 균사의 가지에 분생자를 연결하여 착생
o Monascus purpureus
중국에서 홍국(anka), 홍주(anchu) 제조에 이용
o Monascus anka
홍국, 홍유부(紅乳腐) 제조에 이용
pectin 분해력이 강하여 과즙의 청징제 제조에 이용
4) Neurospora(Monilia)속
o 빨간 빵곰팡이, 불에 타다 남은 나무, 옥수수의 속대, 빵에서 잘 번식
o 대부분 자웅이주, 갈색 또는 흑색의 피자기 형성
o 자낭내에 4∼8개의 자낭포자 형성
o 무성세대에서는 오렌지색 또는 담홍색의 분생자 착생
o Neurospora(Monilia) sitophila
포자에 β-carotene을 다량 함유
인도네시아의 ontjom 제조에 이용
o Neurspora crassa 미생물 유전학 연구재료
신곡은 누룩곰팡이의 일종인 황국균 흑국균 홍국균등을 이용하여 당화 발효의 작용을 하고 각종 유기산을 생성하고 보조효소의 작용을 통해 물질대사에 영향을 끼치며, 음식물 중 단백질의 소화 흡수와 이용에 도움을 준다.
효능
1. 藥性 : 甘辛, 溫하고 脾, 胃經으로 들어가 消食和胃의 효능이 있다.
2. 신곡은 醱酵하여 만든 것으로 消食 健胃 和中의 효능이 있어서 食積不化, 不思飮食 등을 치료한다. 신곡은 또한 능히 광석류의 약을 도와서 運化吸收하게 한다. 그러므로 이것으로써 糊丸하여 사용함으로써 그 약효를 발휘시키게 도와줄 수 있다.
2. 生用하면 建碑養胃發表시키고, 炒用하면 行氣消積止瀉시킨다. 신곡과 맥아는 모두 곡식을 잘 소화시키며 積滯가 잘 없어지게 한다. 신곡의 消導시키는 힘이 강하며 또한 食積氣滯와 腹痛泄痢를 만나면 行氣를 잘 시킨다. 맥아의 작용은 和緩하며 또한 비위허약과 飮食乏味를 만나면 和中補虛의 효능이 있다