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발효(fermentation)
1) 알코올 발효
(1) 미생물 : 효모
(2) 반응식 : C6H12O6 → 2C2H5OH ＋ 2CO2 ＋ 2ATP(생활 에너지)
효모는 포도당을 분해 에탄올로 만들고 이 과정에서 에너지를 얻어 살아감.
(3) 반응 과정 : 알코올 발효는 포도당이 해당 과정을 거쳐 피루브산이 된 다음, 이것이 다시 에탄올로 되는 과정. |
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(4) 술의 제조 |
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<알코올발효> |
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주정발효(酒精醱酵)라고도 한다. 즉, 미생물에 의한 탄수화물의 무효소적 분해의 일종으로, 당 또는 다당류에서 최종적으로 에탄올과 이산화탄소를 생성한다.
이러한 작용을 갖는 미생물로서 가장 잘 알려져 있는 것은 효모이며, 글루코오스(포도당), 프룩토오스(과당), 만노오스, 말토오스(맥아당), 수크로오스(설탕)를 발효시킬 수 있다. 알코올 발효는 미생물(특히 곰팡이)이나 고등식물에서 볼 수 있고, 대부분의 동물조직에서는 알코올 발효는 일어나지 않고, 탄수화물은 무효소적으로 분해되어 젖산을 생성한다. (출처 : 네이버)
(5) 알코올 발효의 역사 : 당 또는 다당에서 이산화탄소를 형성하는 발효를 말한다.
젖산 발효와 더불어 발효의 대표적인 것으로 미생물 또는 식물계의 일반적인 반응이다. 주조(酒造)는 이것의 응용에 해당된다. 이 반응이 특별히 강한 생물은 효모이다. 이 반응을 효모의 작용으로 본 이는 L. Pasteur(11857～58)이며, 그 후 1940년경까지 반응 경로의 전모가 거의 밝혀졌다. 이 반응의 주요부분은 해당과 공통이고, 당질이 인산에스테르로 되어, 2분자의 트리오스 인산으로 분할, 산화와 관련하여 2개의 ATP를 생성하여 피루브산이 생긴다. 이것이 이산화탄소를 방출하여 아세트알데히드가 되며, 위의 산화를 보충하는 환원으로 알코올이 생기며 종결한다. |
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2) 젖산 발효
젖산 발효는 젖산균과 연쇄상구균 속의 몇 박테리아에서 일어나며, 귀리빵, 요구르트, 치즈의 독특한 맛은 내는데 사용된다. 젖산은 격렬하게 운동을 한 후에 근육에서 생길 수 있다. 알코올 발효에서와 같이 피루브산이 환원되면서 NAD를 방출하고 이것은 다시 해당 과정에서 사용된다. 이 경우 피루브산이 젖산으로 환원된다. 근육에서 무산소 운동이 계속되면 젖산이 쌓이고 이것은 근육 피로를 가져온다.
(1) 미생물 : 젖산균(유산균), 고등 척추동물의 격렬한 운동시 근육 속에서도 일어남.
근육에 젖산이 많이 축적되면 근육의 피로 현상이 나타남.
(2) 반응식 : C6H12O6 → 2C3H6O3 ＋ 2ATP(생활 에너지)
(3) 반응 과정 : 젖산균은 포도당을 무산소 상태에서 분해하여 젖산을 생성하고 이 때 발생되는 에너지를 생활 활동에 사용. |
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(4) 이용 : 김치, 요구르트 제조.
김치 : 배추에는 당성분과 유산균이 존재하는데, 유산균은 배추의 당 성분을 이용하여 젖산을 비롯한 유기산, 탄산가스, 알코올 등의 물질을 만들어 낸다. 발효 식품인 김치의 맛은 배추의 당 함량, 유산균, 소금, 발효 온도에 따라 달라진다. 소금의 농도를 낮추고 저온에서 숙성한 김치는 젖산, 초산과 이산화탄소가 많이 생성되어 맛이 더욱 좋다. 김치에는 1g당 약 8억 마리의 유산균이 들어 있는데 이는 요구르트의 함량과 비슷하다. (출처 : 천재교육) |
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3) 아세트산 발효(초산 발효)
술을 담가서 마개를 열어 두면 술이 시어지는데, 이것은 아세트산균이 에탄올을 아세트산으로 산화시켰기 때문이다. 이와 같이 아세트산균이 에탄올을 산화시켜 아세트산을 만들면서 방출되는 에너지로 살아가는 과정을 아세트산 발효라고 한다.
(1) 미생물 : 초산균(아세트산균)
(2) 반응식 : C2H5OH ＋ O2 → CH3COOH(아세트산) ＋ H2O ＋ 8ATP(생활 에너지)
(3) 반응 과정 : 아세트산균은 산소를 사용하여 에탄올을 아세트산과 물로 분해하면서 에너지를 생성. 아세트산 발효는 다른 발효와는 달리 산소를 이용하므로 산화 발효라고도 한다.
(4) 이용 : 식초 제조 |
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★ 산소 호흡과 발효의 비교
발효와 산소 호흡의 해당 과정은 똑같으며 이 때 2ATP와 2NADH2가 생성된다. 그런데 산소 호흡의 경우에는 이 때 생긴 2NADH2가 전자 전달계에 넘겨져 6ATP를 생성하고, 또 피루브산이 TCA회로에 의해 완전히 산화되어 30ATP가 생성되지만 발효의 경우에는 2NADH2가 에탄올이나 젖산을 만드는 데 써버리고 말아서 단지 2ATP만이 생성될 뿐이다. |
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[ 표 ] 발효(무기 호흡)와 산소 호흡(유기 호흡)의 비교
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★ 부패(putrefaction)
미생물이 유기물 분해할 때 악취를 내거나 유독 물질을 생성하는 경우를 부패라고 한다. 이러한 부패균에 의해서 널리 일어나는데, 주로 단백질과 같은 질소 화합물이 분해될 때 이러한 현상이 일어난다. 발효와 부패는 모두 미생물에 의한 유기물의 분해 현상으로 같은 현상이다. 다만 그 분해 생성물이 인간 생활에 유익한 것이 될 때 이를 발효라 하고, 해를 끼칠 때 이를 부패하고 해서 인위적으로 구분하고 있다. 발효나 부패는 생태적 입장에서 보면 동식물의 사체나 배설물을 분해하므로 매우 중요한 현상이다. |