발효, 醱酵, fermentation, 알코올, 산
미생물이 유기물을 분해하는 과정 또는 그 결과물
부패와 동일한 의미지만, 통상적으로 그 결과물이 인간의 건강에 이롭거나 처음에는 해롭더라도 나중에 이로운 것의 재료가 될 때 발효라 하고 결과물이 인간에게 항상 해롭거나 최소한의 이로움도 주지 않을 때 부패로 구분한다.
엄밀한 정의로는 생물체 내에서 일어나는 유기물의 산화 과정에서 최종적인 전자 수용체가 유기물일 경우를 말한다.
대표적인 발효 부산물로는 알코올, 산 등이 있다. 발효를 일으키는 균은 여러 종류가 있지만 누룩곰팡이와 효모, 유산균이 제일 유명
발효 생성 물질
생성 물질에 따라 분류하면 유명한 발효로 알코올 발효, 젖산 발효, 아세트산 발효
알코올 발효로 유명한 것은 물론 술이고, 젖산 발효는 김치, 치즈, 요구르트 등이 있으며, 아세트산 발효는 식초가 대표적이다.
젖산 발효
젖산 발효(영어: lactic acid fermentation)는 포도당 및 다른 6탄당들(또한 설탕이나 젖당과 같은 이당류들)을 산소(O2)를 사용하지 않고 젖산으로 분해하며, 이 과정에서 방출되는 에너지의 일부를 ATP 합성에 사용하는 대사 과정이다. 젖산 발효는 일부 세균 및 근육세포와 같은 동물세포에서 일어나는 발효 반응이다.
세포에 산소가 존재하면 대다수의 생물은 발효를 하지 않고 세포 호흡을 한다. 그러나 조건혐기성 미생물은 산소의 존재하에서 발효를 통해 호흡을 수행한다. 때로는 산소가 존재하고 미토콘드리아에서 호기성 대사가 일어나더라도 피루브산이 대사될 수 있는 것보다 빠르게 생성된다면, 발효가 일어나게 된다.
젖산 탈수소효소는 피루브산을 젖산으로 환원시키며, 이 과정에서 NADH를 NAD+로 산화시키는 반응을 촉매한다.
동형젖산 발효(homolactic fermentation)는 1분자의 포도당을 2분자의 젖산으로 전환한다. 그에 반해서 이형젖산 발효(heterolactic fermentation)는 포스포케톨레이스 경로라고 불리는 과정에서 젖산 이외에 이산화 탄소와 에탄올을 생성한다.
에탄올 발효
에탄올 발효(ethanol fermentation) 또는 알코올 발효(alcoholic fermentation)는 효모와 같은 부류의 혐기성 세균이 산소가 부족한 환경에 놓일 경우 시행하는 대사과정으로 1몰의 포도당이 분해될 때 2몰의 ATP와 2몰의 에탄올, 그리고 2몰의 이산화 탄소가 생성된다.
2 pyruvate → 2 acetaldehyde + 2 CO2
위 반응은 피루브산 탈탄산효소(pyruvate decarboxylase)가 매개한다.
2 acetaldehyde + 2 NADH → 2 ethanol + 2 NAD+
알코올 탈수소효소(alcohol dehydrogenase)가 매개한다.
glucose + 2 ADP + 2 NAD+ → 2 pyruvate + 2 ATP + 2 NADH
이렇게 생성된 NAD+가 해당과정에 들어가 포도당(glucose) 1개로부터 ATP 2개를 생성한다.
효모가 에탄올을 생성한다고 하니까 에탄올 속에서도 효모가 살아갈 수 있다고 오해할 수도 있는데, 단세포 생물인 효모가 에탄올 속에서 살아남을 수 있는 방법은 전혀 없다. 에탄올은 효모 입장에선 대사 과정에서 생성되는 노폐물이며 엄청난 독성 물질이다. 양조 과정에 투입된 효모는 전부 죽는다. 죽은 효모는 술지게미 안에 섞여 걸러진다.
아세트산 발효
아세트산 세균(Bacterium aceti)에 의해 일어나며 발효 주제에 산소를 필요로 한다. 이상해 보이지만 일단은 생성물이 완전히 산화되지 않았기에 발효로 분류한다. 반응물은 에탄올로 에탄올 1몰은 1몰의 아세트산과 1몰의 물 그리고 8몰의 ATP로 이화된다. 식초를 만들 때에는 알코올 발효와 아세트산 발효를 차례로 유도해 세균들이 아세트산을 합성하도록 한다.
C2H5OH + O2 → CH3COOH + H2O + 8ATP
부패, 산패와의 차이점
쉽게 말하면, '사람에게 이로우면 발효, 쓸모없거나 해가 되면 부패, 산패'이다. 즉 종이 한 장 차이다. 부패의 과정에서 나온 대부분의 부산물은 대부분의 경우 이롭지 않다 수준이 아니라 해롭거나 치명적인 독이다. 그 대표적인 결과물이 식중독이다.
현재 부패라고 불리는 어떠한 현상이라도 장래 그 부패 과정이나 산물이 인간에게 유용하다는 것이 밝혀진다면 그 부패는 발효라고 불릴 수 있다. 예를 들면 나일론의 원료 중에는 생물체의 부패로 인하여 생기는 물질도 있다. 당연히 해당 분야에서는 이런 물질들을 나일론 생산에 직접 사용하므로 생물을 통하여 '생산'하는 과정을 발효라고 부른다.
많은 경우 발효는 탄수화물이, 부패는 단백질이 분해될 때에 일어난다. 단백질은 분해될 때 그에 포함된 질소나 황에 의해 생기는 질소화합물(암모니아 등)이나 황화합물(황화수소 등)이 유독하고 악취가 나기 때문이다. 이를 역이용하는 식품도 있는데 가장 유명한건 역시 수르스트뢰밍과 홍어일 것이다.
발효식품
음식 분야에서 발효 현상을 이용한 경우가 많다. 술이나 요구르트, 김치가 대표적이고, 심지어 부푼 빵도 발효식품이라고 할 수 있다.
냄새/맛과 호불호
위에 서술한 알코올이나 산, 암모니아 등의 부산물들 때문에 특유의 자극적인 향이나 맛을 띄는 경우가 있어 즐겨 먹는 이들은 무척 좋아하지만 익숙하지 않은 이들은 꺼려 호불호가 강하다. 북미에서는 그들에게도 식문화적으로 흔한 치즈와 요구르트 같은 고유의 음식 역시 선입견으로 인해서 '발효식품'이라는 말만으로 질려하는 사람도 있다.
냄새 때문에 싫어하는 사람도 많다. 발효식품은 특유의 묘한 냄새가 나는데 상당수의 사람들이 이 냄새를 불쾌하다고 느껴 싫어한다. 발효의 부산물 중 산은 그나마 평소 먹는 과일 등에서도 경험해 볼 수 있는 맛과 향이지만, 암모니아는 일단 배설물/화장실 냄새에 가깝기 때문에 기피하는 사람들이 많다. 수르스트뢰밍이나 삭힌 홍어를 처음 접한 사람들은 대체로 입안에 변기 닦은 휴지를 넣은 느낌이라고 한다.
발효 발견
발효식품 가운데는 우연히 발견된 것이 많다. 지금처럼 얼음이니 냉장고니 하는 식자재를 최상의 상태로 보존할 수단이 흔치 않았던 시절에 식자재를 보관하다보니 그게 변질되었고 그걸 아까워서 그냥 먹거나 이런저런 방식으로 조리해 먹어보니 먹을 만해서 아예 하나의 정식 식품으로 자리잡게 된 것들이다.
한편 보존식품으로 만들기 위해 일부러 발효를 시킨 것도 있다. 발효를 시키는 균을 번식시켜 부패를 일으키는 균의 침투를 막는 방식이다. 김치나 자우어크라우트가 이런 원리를 이용한 발효식품이다.
발효 영양
대개 영양면에서 뛰어난 것으로 알려져 있고, 신봉자(?)도 많다. 하지만 정확한 효능이 밝혀지지 않은 발효식품도 많고 이걸로 약팔이를 하는 이들도 많아서 주의를 요한다.
발효식품이 건강에 좋다고 해서 마구잡이로 섭취해서는 안된다. 발효식품 중 하나인 술을 많이 먹게 되면 몸에 살이 오르고 얼굴에 아주 선명한 금빛이 돌 것이다. 발효과정에서 나오는 물질 또한 항상 건강에 이롭다고 할 수는 없거니와 발효과정에 들어가는 재료에는 종종 과도한 염분이나 당분이 들어가기 때문에 특히나 몸이 안 좋은 고혈압이나 당뇨 환자들이 이러한 식품을 잘못 섭취했을 때 긍정적인 작용보다는 안 좋게 작용할 가능성이 더 크다.
유독 한국 미디어에서 '앨빈 토플러가 발효식품을 소금맛, 향신료맛에 이은 제3의 맛이라고 칭찬했더라' 식의 소문이 퍼져 있지만 실제로는 그의 저서나 강연록 어디에도 근거가 없는 낭설이다. 그와 별개로 간혹 생식, 화식에 이은 제3의 조리법이 발효식이라는 이야기도 있다. 어찌되었던 간에 발효라는 요리방법의 발견으로 음식의 역사에서 새로운 장이 시작되었다는 것만큼은 확실하다.
발효식품
가룸
가쓰오부시
간장
감주(단술)
굴소스
김치
낫토
노티
된장
보이차
블랙치킨
빵
수르스트뢰밍
술
쉰다리
식초
식해
식혜
어장
요구르트
자우어크라우트
젓갈
명란젓
새우젓
청국장
초콜릿 - 카카오 콩을 발효시키는 과정에서 우리가 아는 초콜릿 향을 낸다.
초밥의 초기 형태
취두부
츠케모노
치즈
커피 - 루왁커피, 블랙아이보리 커피처럼 커피 생두를 삼킨 동물의 소화과정에 의해 발효된 종류가 있다.
콤부차
크바스
키비악
피단
피시 소스
홍어
하우카르틀
햄
미생물이나 발효 과학에 대한 개념이 없던 옛날에는 결과물이 복불복이 되기 십상이라 이런 발효식품을 만드는 과정에서 미신에 의존하는 경향이 강했다. 조선의 경우 술이건 장이건 담글 때에는 부정을 타지 않기 위해 3일 이상 집 바깥으로 가는 것을 금하고 만들기 직전엔 몸을 청결히 하기도 하였다. 몸을 청결히 하는 것은 몸에 붙은 어떤 균이 발효를 방해할지 모르니 지금에 와서도 틀린 속설은 아니다.
조선시대에는 특히 신(辛)자가 들어가는 때에는 장을 담그면 맛을 해친다는 미신이 있었다. 정유재란 초기 선조가 피난가야 할 때를 대비하여 미리 피난지를 선택하고 그곳에 가 미리 장을 담글 사람을 보내려고 논의를 한적이 있었는데, 이때 평안도 병마절도사를 지낸 신잡을 보내려 하자 한준겸과 다른 신하들이 "신(申)과 신(辛)은 발음이 같으니 신씨가 장을 담그면 맛을 망칠 것이다"면서 반대했다는 일화가 있다.
열매가 저절로 발효되어 알코올 성분을 함유하게 되는 경우도 있으며, 이를 동물이 먹고 취해서 비틀거리는 경우도 있다. 유명한 예는 뉴질랜드에 사는 케레루(kereru)라는 새로, 썩기 직전의 발효된 열매를 즐겨먹으며 잔뜩 취해 나무에서 떨어지기도 하는 주정꾼 새다.