발효(醱酵, fermentation)는 미생물이 유기물을 분해하여 에너지를 얻는 대사 과정이다. 좁은 의미로는 산소 없이 당을 분해하여 에너지를 생산하는 혐기성(嫌氣性) 대사를 가리키며, 넓은 의미로는 세균·효모·곰팡이 등 미생물이 유기물을 분해하여 알코올·유기산·가스 등의 부산물을 만드는 과정 전반을 포함한다. 인류는 신석기 시대부터 발효를 이용하여 식품 보존, 음료 제조, 조미료 생산에 활용해 왔다.[1]
1. 발효의 원리
생화학적으로 발효는 해당과정(glycolysis)에서 포도당이 피루브산으로 분해된 이후의 과정을 가리킨다. 산소가 충분하면 피루브산은 미토콘드리아에서 산화적 인산화를 거쳐 많은 ATP를 생산하지만, 산소가 부족한 조건에서는 발효 경로로 전환된다.[2]
주요 발효 유형으로는 효모가 포도당을 에탄올과 이산화탄소로 분해하는 알코올 발효(alcoholic fermentation)와, 젖산균이 포도당을 젖산으로 분해하는 젖산 발효(lactic acid fermentation)가 대표적이다. 알코올 발효는 와인·맥주·럼·막걸리 등의 주류 생산에, 젖산 발효는 김치·요구르트·치즈·사워크라우트 등의 발효식품 제조에 활용된다.[3]
2. 발효의 역사
인류가 발효를 활용한 역사는 매우 오래되었다. 신석기 시대(기원전 2만 년경)부터 식품 보존을 위한 발효가 이루어진 것으로 추정되며, 기원전 7000년경 중국의 지아후(賈湖) 유적에서 발효 음료의 흔적이 발견된 것이 가장 오래된 고고학적 증거 중 하나다. 고대 메소포타미아와 이집트에서도 기원전 3000년경부터 맥주와 와인을 제조했다는 기록이 남아 있다.[1]
발효의 과학적 이해는 17세기 레이우엔훅(Van Leeuwenhoek)의 미생물 발견으로 시작되었다. 그러나 발효를 미생물의 생명 활동과 명확히 연결한 것은 19세기 루이 파스퇴르(Louis Pasteur)였다. 파스퇴르는 1857년 젖산 발효, 1860년대 알코올 발효가 살아있는 미생물에 의해 일어난다는 사실을 실험으로 증명하여 발효 과학의 기초를 확립했다.[2]
3. 발효식품과 산업적 응용
발효식품은 전 세계 모든 문화권에 걸쳐 다양하게 발전해 왔다. 한국의 김치·된장·간장·막걸리, 일본의 미소·낫토·사케, 동남아시아의 피시소스, 유럽의 치즈·와인·맥주 등이 대표적이다. 대두를 발효한 된장과 간장은 동아시아 음식 문화의 핵심 조미료로, 수천 년의 역사를 가진다.[3]
산업적으로 발효는 식품 외에도 의약품·바이오에탄올·화학물질 생산에 광범위하게 활용된다. 항생제인 페니실린은 곰팡이의 발효 산물이며, 인슐린·성장호르몬 같은 의약 단백질도 미생물 발효를 통해 대량 생산된다. 바이오에탄올은 효모에 의한 당 발효로 생산되는 재생 가능 에너지원으로, 사탕수수·옥수수·목질계 바이오매스를 원료로 한다.[4]
4. 발효와 건강
발효식품에는 프로바이오틱스(probiotics) 역할을 하는 살아있는 유익균이 포함되는 경우가 많아 장내 미생물 생태계 균형에 긍정적 영향을 미친다. 젖산균은 장내 pH를 낮춰 유해균 증식을 억제하며, 발효 과정에서 생성되는 단쇄지방산(SCFA)은 대장 건강에 도움을 준다. 다양한 발효식품을 규칙적으로 섭취하는 것이 면역 기능 강화, 소화 개선, 심혈관 질환 예방에 효과가 있다는 연구 결과들이 축적되고 있다.[4]
5. 관련 문서
[1] Ground News, "발효[fermentation]와 역사", www.groundnews.net(새 탭에서 열림)
[2] Chomom, "발효와 미생물", chomom.co.kr(새 탭에서 열림)
[3] Michelin Guide Korea, "세계적으로 주목받는 한국의 발효음식", guide.michelin.com(새 탭에서 열림)
[4] KISTI ScienceON, "식품 발효에 쓰이는 미생물의 이용과 분류", scienceon.kisti.re.kr(새 탭에서 열림)