발효(Fermentation)와 부패(putrefaction)
미생물이 자신이 가지고 있는 효소를 이용해 유기물을 분해시키는 과정을 발효라고 한다.
발효반응과 부패반응은 비슷한 과정에 의해 진행되지만 분해 결과, 우리의 생활에 유용하게 사용되는 물질이 만들어지면 발효라 하고 악취가 나거나 유해한 물질이 만들어지면 부패라고 한다.
우리가 즐겨먹는 김치, 요구르트 등은 모두 발효를 이용해 만든 식품이다.
대부분의 생물은 호흡을 위해 산소를 필요로 하고, 산소호흡을 통해 활동에 필요한 에너지를 얻는다. 반면 땅 속 깊은 곳이나 호수의 밑바닥과 같이 산소가 부족한 환경에 사는 생물들은 그러한 환경에 적응하여 산소가 없이도 에너지를 얻을 수 있는데, 이러한 호흡을 무산소호흡이라 한다. 발효는 바로 이러한 무산소호흡의 하나이다.
발효과정
사람은 탄수화물과 같은 유기물을 섭취하면 산소호흡을 통해 유기물을 이산화탄소와 물로 분해하고 에너지를 얻는다. 그렇지만 무산소호흡을 하는 생물들은 유기물을 완전히 분해시키지 못하고 다른 종류의 유기물을 만들어내기도 한다. 또 발생하는 에너지의 양도 적다. 발효과정에서 역시 유기물이 분해되어 또 다른 유기물이 만들어지고 적은 양의 에너지를 생성하게 된다
알코올발효
예를 들어, 포도당을 담은 그릇에 효모를 넣고 뚜껑을 닫으면 미생물인 효모가 효소를 이용해 유기물인 포도당을 분해한다. 이때 뚜껑이 덮여 있기 때문에 산소를 통한 호흡이 불가능하며 무산소호흡이 이루어진다. 효모는 포도당을 완전히 분해시키지 못하고 에탄올을 만든다. 이러한 발효를 알코올발효라고 하며 알코올발효를 이용하여 막걸리나 맥주와 같은 술을 만들 수 있다.
젖산발효
또 젖산균을 무산소상태에서 포도당과 반응시키면 젖산을 만들어내는데, 이러한 발효를 젖산발효라 한다. 요구르트나 치즈, 김치 등이 젖산발효에 의해 만들어지는 음식이다. 젖산발효는 음식을 만드는 과정뿐 아니라 우리 몸 속에서도 일어나는 경우가 있다. 무리하게 달리기를 하고 나면 숨이 차 헐떡이게 된다. 몸이 빠르게 움직이면서 짧은 시간 동안 많은 에너지를 필요로 하기 때문에 빠르게 산소를 흡수하여 에너지를 보충하기 위함이다.
달리는 동안 소모되는 에너지의 양이 산소호흡을 통해 얻어지는 에너지의 양보다 크면 궁여지책으로 모자라는 만큼을 무산소호흡을 통해 얻어야 한다. 그리고 이때 우리 몸 속에서 일어나는 무산소호흡이 바로 젖산발효인 것이다. 젖산발효가 일어나면 젖산이 만들어지는데 이는 우리 몸에 피로를 느끼게 하는 물질이다. 심한 운동을 하고 나서 근육이 피로해지는 이유가 바로 여기에 있다.
ㅇ 발효(fermentation)
- 넓은 뜻으로는 미생물이 자신의 효소로 유기물을 분해 또는 변화시켜 각기 특유한 최종산물을 만들어내는 현상이며, 좁은 뜻으로는 탄수화물이 무산소적으로 분해되는 복잡한 반응계열로 이루어지는 과정.
- 발효는 호흡과 더불어 생물이 에너지를 얻는 대사반응의 대표적인 형식인데, 무산소적 조건하에서 유기화합물 자신이 산화되는 기질과 산화제를 겸하는 것이 특징.
- 무산소성 생물은 극히 일부의 세균에 한정되고, 대부분의 미생물은 산소 조건하에서는 에너지 효율이 뛰어난 산소에 의한 완전산화(호흡)를 영위하지만, 산소가 없는 환경에 놓이면 유기물(특히 당)의 발효적 분해를 일으켜 생명을 유지하려고 함.
- 발효는 유사이전부터 알려져 있는 현상으로서, 인류에 의해서 과실주, 맥주, 빵, 치즈 등의 제조에 경험적으로 또한 전통적으로 이용되어 왔음.
ㅇ 부패 (putrefaction)
- 유기물이 미생물의 작용에 의해 악취를 내며 분해되는 현상으로서 생물이 죽은 조직이나 배출물 등 질소를 포함하는 유기화합물이 무산소성 세균에 의하여 불완전분해를 하고, 각종 아민이나 황화수소 등 악취가 나는 가스를 발생하는 현상.
- 탄수화물이 무산소적으로 분해하는 발효에 대하여 단백질이 분해되는 것을 말하는데, 이산화탄소가 암모니아 등에 완전분해되는 경우는 부후라 하여 부패와 구별하는 경우도 있고, 지방이 불완전분해하고 케톤류 등이 생기는 과정도 일종의 부패임.
- 부패가 생기기 쉬운 조건, 즉 세균이 번식하기 쉬운 조건은 적당한 온도와 수분의 존재임. 가장 적당한 온도는 20∼40℃이며, 여름철에 부패가 쉽게 일어남. 부패과정은 산화, 환원, 가수분해 등의 화학변화가 복잡하게 얽힌 것이며, 반응메커니즘도 균일하지 않고 부패에 의한 생성물의 생성과정도 알려져 있지 않은 경우가 많음.
- 자연계에서 물질순환의 중요한 현상의 하나이며, 복잡한 유기질소 화합물을 간단한 유기질소 화합물이나 무기질소 화합물로 변화시키는 중요한 요인의 하나임
바실러스 (Bacillus)
- 주로 사용되는 균주는 B. subtilis.
- 고초균. 균체 주위에 편모가 있는 간상 세균.
- 번식에 부적합한 환경(과건조, 빈영양, 고온, 유해성분 유입 등)에서는 포자를 형성하여 휴면에 들어가 생명을 유지.
- 내생포자는 불량환경에서 외부로 방출되었다가 생육조건이 좋아지면 발아. 영양부족 조건에서도 번식이 양호하고, 내열성포자로서 제제화가 용이하나, 내저온성은 약한 편.
- 항생물질(bacitracin, bacilycin, bulbiformin, fengymycin)을 분비하여 입고병, 흑부균핵병 등의 병원균을 억제.
- 효소를 생산하여 유기물분해를 촉진하고, 유기산을 생성하여 토양중의 난용성 인화합물의 양이온과 킬레이트 결합을 함으로써 인산이온을 가급태로 만듬.
- 생리활성물질(비타민, 핵산, 아미노산 등)을 분비하여 작물생육 촉진 및 내병성을 증진.
- 증식속도가 빨라 병원균의 필수영분을 고갈시켜 균생장을 억제
효모와 효모균류 [酵母菌類 (Yeast, Yeasts]
원래는 효모, 즉 이스트 속에서 볼 수 있는 균류를 말하며 사카로미케스(Sacharomyces)라는 속(屬)에 들어가는 곰팡이류를 가리켰는데, 근년에 와서 이스트 이외에 그 체제가 간단한 점에서 아주 비슷한 균이 다수 발견되었으므로 이것을 일괄하여 효모균류라고 한다. 이 균류는 곰팡이류라고 하지만 균사(菌絲)가 발달하지 않고 대부분이 구형(球形) ·타원형, 또는 긴 타원형의 단세포이다. 한천배지상에서 배양하면 군집은 곰팡이류보다도 박테리아류와 아주 비슷하며 점액상(粘液狀)을 나타내는 일이 많다. 그러나 넓은 뜻의 효모균류 중에는 세포가 세로로 연결되어 곰팡이류의 균사를 닮은 위균사(僞菌絲)를 형성하는 것도 있다.
효모균류의 생식은
유성생식과 무성생식에 의해 이루어진다. 무성생식은 대부분 분아(分芽)에 의한다. 한 세포의 세포막에 생긴 구멍을 통하여 눈이 나며, 그것이 생장하여 모세포와 같은 크기만큼에 이르면 그 점에서 잘려 2개체가 된다. 또 어떤 종류에서는 분절하여 세포가 잘려 2개체 또는 다수의 개체가 된다.
유성생식(有性生植)은 세포가 접합하여 간단한 자낭(子囊)이 생기고, 거기서 감수분열이 일어나서 각 자낭 내에 몇 개씩의 자낭포자가 형성된다. 이렇게 체제가 간단해도 유성생식에 의하여 자낭포자(子囊胞子)를 형성하는 점에서는 전적으로 자낭균류로 다룰 수 있다. 그러나 효모균류 중에는 생활사(生活史)를 조사해 보아도 자낭포자형성, 즉 유성생식을 볼 수 없는 것도 있고, 이러한 효모균류는 무포자효모균류라고 하며, 불완전균류로 다루어야 할 것이다.
효모균류의 분류
네덜란드의 J.로더 등은 효모균류를 자낭효모균류 ·사출포자(射出胞子)효모균류 ·무포자효모균류의 3군으로 크게 나눴다. 제1군은 사카로미케스(Saccharomyces)로 대표되고 자낭이 형성되며 당연히 자낭균류이다. 제2군은 스포로볼로미케스(Sporobolomyces)로 대표되며 포자가 담자균류의 담자포자처럼 스테리그마(작은 자루)라는 작은 돌기 위에 생기고 성숙되면 사출되는 성질을 가진다. 그리고 아직 자낭도 확인되어 있지 않아서 담자균류와 관계가 깊은 균류로 여겨진다. 제3군은 크립토코쿠스(Cryptococcus)로 대표되고, 분아에 의해서만 번식하는 것으로, 불완전균류에 포함된다