[식품공학]효모와 젖산균 발효기전

효모와 젖산균 발효기전

 

웰빙의 열풍을 타고 발효식품이 다시한번 각광을 받고있다. 손쉽게 만들 수 있는 발효식품 중 하나인 요구르트는 우유를 적절한 온도와 균으로 발효시키면 된다. 하지만 우유를 상온에 방치하게 되면 부패해버린다. 이렇듯 발효와 부패는 한끝차이다. 모두 미생물에 의해 분해가 일어나 균이 증식하는 과정이며 그 결과 생산되는 산물이 우리의 관점에서 유익하면 발효, 해로우면 부패라고 한다. 오늘날 전 세계적으로 가장 즐겨 먹는 기호식품인 술은 효모 발효에 의한 산물이며 우리 민족의 고유 음식이며 밥상에서 빼놓을 수 없는 김치는 젖산균 발효에 의한 산물이다.

일반적으로 대부분의 생물은 유기물을 섭취 시 해당과정을 통하여 pyruvate를 만들어내고 산소가 충분히 공급되는 환경에서 pyruvate를 미트콘드리아로 이동시켜 TCA cycle에 이용한다. 

이러한 과정에서 생성된 NADH₂와 FADH₂는 미토콘드리아 내막에 있는 electron transport system을 거치며 산화-환원 반응을 통해 ATP를 생성시킨다. 하지만 산소가 없는 무산소 환경에서는 불완전산화를 하게 되어 분해 산물을 생성한다.

효모(yeast)는 주로 빵, 맥주, 포도주 등을 만드는데 사용되는 미생물로 곰팡이나 버섯 무리이지만 균사가 없고 광합성능이나 운동성도 가지지 않는 단세포 생물의 총칭이다. 아래는 효모발효의 기전을 나타내는 그림이다.

흔히 알코올 발효라고도 하는 효모발효는 glucose, fructose, maltose 등을 glycolysis에 사용하면 2ATP와 2NADH, 2pyruvate를 만들어낸다. 이때 무산소이기 때문에 TCA cycle이 아닌 fermentation과정으로 가게되며 pyruvate가 2개의 이산화탄소와 Acetaldehyde로 분해된다. 

중간 생성물인 Acetaldehyde는 최종 전자수용체로 NADH에 의해 환원되어 에탄올이 생성된다. 이때 NADH가 환왼되어 나온 NAD+는 다시 glycolysis의 과정에 사용된다. (알코올 발효와 당분해경로가 공통이라는 Embden-Meyerhof-Parnas Pathway가 밝혀졌다)

젖산(latate)은 카르복실기(-COOH), 하이드록시기(-OH), 메틸기(-CH₃)와 수소의 네 원자단이 결합한 유기화합물로 음료의 산미제 또는 주류 발효 초기의 부패 방지제로 사용된다. 아래는 젖산발효의 기전을 나타내는 그림이다.

 

젖산의 발효과정은 알코올 발효과정과 거의 비슷하다. 하지만 젖산발효는 젖산균을 필요로 하며 중간 생성물을 만들어내지 않는다. 젖산은 pyruvate를 최종 전자수용체로 사용하며 이산화탄소를 생성하지 않는다. 이는 김치, 요구르트와 치즈 등 의 음식을 만들어내는 대표적인 과정이며 음식을 만드는 과정 뿐만 아니라 동물조직내에서 일어나기도 한다.

세포호흡과 발효는 기본적으로 산소의 유무에 따라 나뉘며 세포호흡은 최대 38ATP를 생성하지만 발효는 적은 양의 2ATP를 생성한다.