[식품공학]식품과 미생물 이야기 - 효모(yeast) 1부









효모(Yeast)


자낭균강에 속하며, 적은 수만이 담자균강에 속한다. 자낭균강에 속하는 효모는 빵·맥주 등을 만드는 빵효모(Saccharomyces cerevisiae)가 대표종이다. 효모는 출아(出芽)에 의해 무성생식한다. 발포성 포도주와 맥주는 완성된 음료에 이산화탄소가 어느 정도 함유된다. 빵을 만들 때 나오는 알코올은 반죽을 익힐 때 빠져나간다. 포도주의 발효는 포도원에 자생하는 효모에 의해 시작되지만, 산업적으로 이용되는 효모가 알코올 발효 능력이 훨씬 우수하다. 효모는 단백질이 50％ 이상이며, 비타민 B과 B, 니아신, 엽산(폴산)의 풍부한 공급원이다. 상업적으로 효모를 생산할 때는 선택된 균주를 당밀·무기염·암모니아를 첨가한 용액에서 키운다. 효모가 성장을 멈추었을 때 영양액에서 분리해 씻어낸 후 포장한다. 제빵용 효모는 녹말이 섞인 압축된 덩어리나 옥수수가루가 섞인 건조된 과립형태로 판매한다.


Saccharomyces cerevisiae


효모는 곰팡이나 버섯 무리이지만 균사가 없고, 광합성능이나 운동성도 가지지 않는 단세포 생물의 총칭이다. 전형적인 효모는 출아에 의해 증식하는 크기 8 ㎛의 타원형 ·구형인 세포이다. 효모의 어원은 그리스어로 ‘끓는다’는 뜻을 가지며, 이것은 효모에 의한 발효 중에 이산화탄소가 생겨 거품이 많이 생기는 것에서 유래한다. 대부분 토양 속에 살지 않으며 꽃의 꿀샘이나 과실의 표면과 같은 당농도가 높은 곳에 많이 생육하고 있다. 당을 발효시켜 에탄올과 이산화탄소를 생산하는 능력을 가진 것이 많다. 이 성질은 맥주의 제조나 빵의 발효에 이용되고 있으며, 기원전 수천년경에 이미 상당히 완성된 형태로 행해졌던 것이 바빌로니아의 고도 발굴이나 로제타석(石), 이집트의 유적 연구 등에서 확인되었다. 과실주와 같은 간단한 술은 더 일찍 만들어졌고, 부모로부터 자식에게 전승되었던 것으로 추정된다.


효모 자체는 값싼 지방 ·단백질원으로 사료에 사용된다. 비타민 B군을 풍부하게 함유하고, 또 비타민 D를 함유하는 것도 있으며, 의약품 공업에도 사용되고 있다. 효모를 처음으로 관찰한 것은 현미경의 발명자 A.레벤후크이며, 1680년 맥주효모를 발견하였다. 그러나 효모 발효의 생물학적 의의가 알려진 것은 1861년이었으며, L.파스퇴르는 포도주 발효가 효모에 의해 일어난다는 것을 처음으로 밝혔다. 효모의 발효현상에 대한 더 진보적인 해명은 E.부흐너에 의하여 1897년 치마아제가 발견됨으로써 비약적으로 진전되어 효모는 생화학적으로 가장 잘 해석된 미생물이 되어 생화학의 발전에도 큰 역할을 하였다. 


효모의 세포벽은 주로 글루칸과 만난에 의하여 구성되며, 그 밖에 지질 ·단백질과 소량의 키틴질을 함유한다. 세포 내에는 핵 ·미토콘드리아 ·액포 ·글리코겐 과립을 가지며, 발효뿐만 아니라 호흡도 잘한다. 또한 효모는 다량의 RNA를 함유하며, 1967년까지 전구조가 결정된 5종의 tRNA는 모두 효모에서 유래한 것이며, 분자유전학의 진전에 큰 기여를 하고 있다. 효모의 생활사는 1935년 Φ.윈게에 의하여 처음으로 세대교번이 밝혀졌고, 1960년에는 D.C.호손, R.K.모르티머에 의하여 염색체지도가 완성되어 유전학의 좋은 재료가 되었다. 


1953년 B.에프루시에 의한 호흡결손균의 발견은 세포질유전의 유명한 예이며, 미토콘드리아의 기원과 관련하여 관심을 끈다. 또한 효모는 가장 간단한 형태의 진핵생물로 인간의 세포와 세포주기가 매우 유사하다. 이러한 유사점을 바탕으로 진핵생물의 DNA 복제, 교차, 세포 분화 등의 원리를 효모를 통하여 밝혀왔다. 또한 인간의 물질대사에 필수적인 많은 단백질들이 효모와 유사한 단백질들과의 비교로부터 발견되어 현대 분자생물학·세포학 등에 큰 영향을 미치고 있다.



효모의 역사


인류가 효모라는 생물존재를 알지 못한 채 효모의 성질을 이용하고 그 은혜를 입어 온 역사는 오래되어 그 기원을 알 수 없다. 몇 천년전 고대 사람들의 식생활 가운데서 효모의 발효력에 의해 만들어진 술과의 만남이 인간과 효모의 첫 교제라고 생각해도 좋을 것이다. 여러 민족의 신화 속에 술에 관한 이야기가 많듯이 술의 역사는 오래되었다. 술과 더불어 빵에도 오랜 역사가 있다. 그리고 오늘날 효모가 만들어내는 발효식품은 아주 중요한 역할을 하고 있다. 우리 주면에 효모와 관련된 식품은 술, 빵 이외에도 여러 가지가 있는데 된장, 간장, 김치 등의 고유한 맛을 내게 해주는 것도 효모이다.


효모는 약 5천년전부터 인류가 식품에 이용해 상당히 친숙한 미생물의 일종이다. 효모는 진균류에 속하는 진핵생물로 맥주효모, 빵효모 등은 분류상 모두 Saccharomyces cerevisiae에 속하는 녹색에 각까운 생물로 당을 분해하여 알코올과 탄산가스로 변화(C6H12O6 → 2C2H5OH + 2CO2)하여 알코올발효를 하기 때문에 주류제조에 이용되고 있으며 백주효모, 빵효모, 유효모, 포도주효모 등이 있다.


효모를 최초로 확인하여 분리.배양한 사람은 레빈 훅(1983)이다. 맥주발효의 주역으로써 그 존재가 밝혀진 것은 17세기 이후로 주로 발효작용이나 촉매적인 기능을 이용하여 왔지만 18세기 이후에는 생화학, 영양학의 발달과 더불어 효모세포 내의 조성성분, 생화학적 의의 등이 해명되었다. 그리하여 19세기 중엽에는 맥주 양조기술에 프랑스의 대화학자 루이스 파스테르(1822-1895)가 등장하였다.


미생물의 기초를 쌓았던 그는 발표란 효모의 작용에 의한 것임을 명확하게 하고, 맥주효모가 60℃이상의 온도에서는 작용하지 않는다는 것을 발견하게 되었다. 그 이론의 연장으로 술의 재발효를 방지하기 위한 방법으로 저온살균법을 발견하였다. 이 방법은 그의 이름을 따서 파스테리제이션이라고 불리워졌고 맥주는 이 방법을 사용함으로써 장시간 보관이 가능하게 되어 이후로 급속도로 보급되어 갔다.


이 파스테르의 맥주에 유해한 미생물이 파고들지 못하게 함으로써 맥주효모만으로 맥즙을 발효시킨다는 점은 독일이나 덴마크의 미생물학자에게 계승되어 1883년에는 한센이 질 좋은 효모를 골라서 이것을 순수하게 배양증식한 효모의 순수 배양기술을 개발하였다. 제 1차 세계대전 당시 식량부족인 독일에선 효모를 대량으로 배양하여 음료로서 이용된 것을 비롯하여, 일본에서도 1900년대부터 맥주효모를 약용으로 사용하는 데 착안하여 의약품으로 다루어지면서 오늘날까지 널리 보급되고 있다. 효모는 맥주효모에서 비타민을 발견하고 20세기 전반 비타민 연구가 활발해지면서 맥주효모의 연구도 행해져 많은 약효를 인정하게 되었다. 최근 미국에서는 유전자공학에 의한 기술혁신으로 보다 우수한 품질의 맥주효모를 순수배양의 방법으로 셀레늄 효모(High selenium yeast)나 GTF효모(High yegh GTF chromium yeast)와 같은 것이 그것이다. 






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