발효(Fermentation)는 우리 생활 속에서 쉽게 볼 수 있는 현상으로 빵, 김치, 막걸리, 치즈 등 수많은 음식에서 중요한 역할을 합니다. 과연 발효는 어떤 원리로 이루어지는 걸까요? 그 원리에 대해 알아보도록 하겠습니다.
발효란?
발효는 미생물(효모, 세균 등)이 산소 없이 유기물을 분해하여 에너지를 생성하는 과정입니다. 이 과정에서 다양한 물질(알코올, 젖산, 이산화탄소 등)이 생성이 되는데 즉, 미생물이 당을 먹고 원하는 물질을 만들어내는 화학반응입니다. 미생물에서 발효는 유기 영양소를 혐기적으로 분해하여 ATP를 생산하는 주요 수단이다. 사람은 신석기시대부터 식량과 음료를 생산하기 위해 발효를 이용해 왔는데 예를 들어 발효는 김치, 피클. 요구르트와 같은 신맛이 나는 음식에서 보존을 위해 젖산을 생성하는 과정에서 사용되며 , 포도주, 맥주 막걸리와 같은 주류를 생산하는 데에도 사용됩니다.
발효와 부패
발효와 부패의 차이는 발효는 유익한 미생물이 관여해 맛과 영양을 증가시키는 반면, 부패는 유해한 미생물이 작용하여 음식을 상하게 하고 해로운 물질을 생성하는 차이가 있습니다.
(1) 발효의 특징(유익한 변화)
발효는 미생물(효모, 유산균)이 당이나 단백질을 분해해 유익한 물질(젖산, 알코올, 초산 등)을 생성합니다. 발효는 음식 보존의 효과가 있습니다. 김치, 치즈, 된장 등은 발효된 식품으로 오랫동안 보관이 가능합니다. 또한 막걸리의 발효 향이나 치즈의 깊은 풍미처럼 발효를 하게 되면 맛과 향을 좋아지게 됩니다. 그리고 발효에 있는 유산균의 경우에 소화를 촉진시키고 면역력을 강화하여 우리의 장 건강을 개선시키는 효과가 있습니다.
(2) 부패의 특징(유해한 변화)
부패는 부패균(썩는 세균, 곰팡이)이 음식 속 단백질을 분해하며 유독가스와 독소 생성하는 현상으로 부패가 일어나면 음식이 변질되고 악취가 나며 식중독을 유발하여 건강을 해치게 됩니다. 고기를 공기 중에 오래 놔두게 되면 단백질이 분해되어 암모니아와 황화수소를 발생하여 악취가 나게 되면 우유가 부패되면 세균이 증식되어 걸쭉해지고 신맛을 넘어 쓴맛이 나게 됩니다. 생선이 부패되면 트리메틸아민이 생성되어 비린내를 유발하게 됩니다. 부패를 방지하는 방법으로는 냉장 또는 냉동 보관을 하며 위생적인 조리와 방부처리를 하게 되면 부패를 방지할 수 있게 됩니다.
발효와 부패는 둘 다 미생물이 작용하는 화학반응이며 온도와 습도등 환경에 영향을 받지만 유해한 미생물인지 유익한 미생물인지의 차이에 의해 그 결과가 달라지게 됩니다.
발효의 종류
(1) 알코올 발효
알코올 발효는 효모(Yeast)와 같은 미생물이 유기물(주로 포도당)을 분해하여 에탄올과 이산화탄소를 생성하는 과정입니다. 이 반응은 산소가 없는 환경에서 일어나며 발효된 음료는 맛, 향 그리고 탄산을 포함하게 됩니다. 주로 술이나 빵을 만들 때 사용되는 발효 방식입니다. 맥주, 와인, 막걸리 등 효모가 포도당을 발효시켜 에탄올을 생성하는데 이 과정에서 음료에 특유의 향과 맛이 형성되면 효모가 발효될 때 생성되는 이산화탄소에 의해 빵이 부풀게 됩니다.
C6H12O6(포도당) → 2C2H5OH(에탄올) + 2CO2(이산화탄소) + 에너지
(2) 젖산 발효
젖산 발효는 유산균(Lactic acid bacteria)과 같은 미생물이 포도당을 분해하여 젖산을 생성하는 과정입니다. 이 발효는 산소가 없는 환경에서 발생하며, 주로 유제품이나 발효식품에서 나타납니다. 젖산 발효는 인간의 소화 건강과 관련된 유익한 미생물들이 관여하는 중요한 생리적 과정입니다. 요구르트, 치즈, 캐비어 등 유산균이 우유를 발효시 젖산을 생성하는 대표적인 발효 식품으로 요구르트는 비피더스균이나 락토바실러스와 같은 유산균이 우유를 발효시켠 만든 제품입니다. 치즈는 유산균이 우유를 발효하여 젖산을 생성하고 이 젖산이 치즈의 맛과 질감을 형성하는 중요한 역할을 하게 됩니다. 또한 김치, 된장, 간장 등과 같은 식품도 젖산 발효에 의한 것들 입니다.
C6H12O6(포도당)→2C3H6O3(젖산)+에너지
(3) 초산 발효
초산 발효는 알콜(에탄올)을 초산균(Acetobacter)이라는 미생물이 산소와 결합하여 초산(식초)으로 변환시키는 과정으로 이 과정은 산화 환원 반응의 일종입니다. 알콜이 산소와 결합하여 초산으로 변환됩니다. 이 발효는 산소가 있는 환경에서 일어나는 반응으로, 주로 식초를 만들 때 사용됩니다. 초산 발효는 음식의 보존 효과를 증가시키고, 다양한 맛을 만들어내는 중요한 과정입니다.
C2H5OH(에탄올)+O2→CH3COOH(초산)+H2O
발효가 좋은 이유
발효가 우리에게 좋은 이유는 여러가지가 있습니다. 대표적인 장점은 다음과 같습니다.
1. 소화 개선: 발효 과정에서 미생물이 음식물의 복잡한 성분을 분해해 소화를 쉽게 만들어줍니다. 특히 유제품에서 발효된 제품들은 유당 불내증이 있는 사람들에게 도움이 될 수 있습니다.
2. 영양가 증진: 발효는 일부 영양소를 더 잘 흡수할 수 있도록 돕고, 비타민 B군이나 아미노산 등을 생성하는 데 기여할 수 있습니다.
3. 유익한 미생물: 발효된 음식에는 유익한 프로바이오틱스가 포함되어 있어 장 건강을 증진시키고, 면역 체계를 강화하는 데 도움이 됩니다.
4. 보존 효과: 발효는 음식을 보존하는 자연적인 방법입니다. 발효된 음식은 상하기 어려워 저장 기간을 연장할 수 있습니다.
5. 맛의 향상: 발효는 음식을 더욱 풍미 있게 만들어줍니다. 발효 과정에서 생성되는 다양한 화합물이 음식을 독특한 맛과 향으로 변하게 합니다.
6. 독성 물질 제거: 일부 발효 과정은 음식에 존재할 수 있는 독성 물질을 제거하거나 감소시킬 수 있습니다. 예를 들어, 발효된 콩은 항영양소를 분해하여 흡수에 더 유리한 형태로 바뀝니다.
이처럼 발효는 건강에 유익한 여러 장점을 가진 중요한 과정입니다. 이를 통해 소화와 영양소 흡수에 도움을 주고, 유익한 미생물을 포함한 프로바이오틱스를 생성하여 장 건강을 증진시킵니다. 또한, 발효는 음식을 더 오래 보존할 수 있게 해주며, 음식의 맛과 향을 개선하는 데 기여합니다. 더불어, 일부 독성 물질을 제거하거나 감소시키는 데에도 효과적입니다.
결론적으로, 발효는 단순한 음식 저장 방법을 넘어서, 건강과 영양을 개선하는 중요한 역할을 하며, 다양한 발효 식품들을 통해 우리의 일상에 큰 이점을 제공합니다.