단일 효소발효액과 혼합 효소발효액의 장단점은?

발효액을 담을때 단일한 재료로 담는것이 좋을지 아니면 여러가지 서로 다른재료들을 함께 섞어서 담는것이 좋은지에 대해 다양한 주장과 의견들이 있습니다.

 

장단점을 살펴보면

 

	단일 발효	혼합 발효
특   징	한가지 재료만을 사용해서 동일 시점에 발효시키는 것 (예 : 매실,무우,생강...등)	여러가지 재료를 함께 사용해서 동시에 또는 채취시기별로 약간의 시차를 두고 발효시키는것 (예 : 30초,100초,300초등 ...)
장   점	1.동일한 재료를 이용하여 발효시킨것이어서 재료가 함유한 약성을 필요로 할때 집중적으로 사용할수있다. 2.해당 재료별로 고유한 맛과 향을 즐기며 섭취할수있다	1. 혼합했을때 재료간 약성이 상승하는 재료들로 구성하였을 경우 효능을 발휘할수있다.(예:민들레,칡,도라지,대추,생강등과 같이 감기에 좋은것을 함께 담을 경우..) 2. 발효시 재료 종류별로 별도의 용기나 저장공간을 많이 필요로 하지않는다. 3. 재료에 포함된 독성도 발효과정에 중화되어 약성만 추출하여 활용되기도 한다.
단   점	1.발효시 재료별로 별도의 발효용기가 필요하여 저장공간이 많이 소요된다.	1.해당 재료별로 고유한 약성이나 맛과 향을 즐길수없다. 2. 재료별로 기생할것으로 예상되는 서로 다른 종류의 미생물간에 경합과정에 기질이 약한 미생물들이 생산하는 효소의 활성이 약해질수있다.

 

장단점에 대한 특징 정리를 하다가

식품미생물학 교재(지구문화사)에서는 어떻게 정의하고 있는지 교재를 구입하여 관련내용을 찾아서 요약해 옮겨보았사오니 발효의 핵심역활을 담당하는 미생물의 생육환경에 대한 정확한 이해를 통해 발효방법을 결정하실때 도움이 되셨으면 좋겠습니다.

                       미생물의 증식과 환경

미생물의 생육은 환경요인에 크게 영향받는다. 미생물에 대한 생육환경을 이해함으로서 미생물의 분포,증식조절,유해미생물을 제거하는 방법등에 대한 연구에 도움이 될것이다. 이와같은 환경요인들은 물리적 요인,화학적요인,생물간에 작용하는 생물학적인 요인등으로 구분할 수 있다.

 

1. 물리적 요인

(1) 온도

온도는 미생물의 생육에 중요한 요인중에 하나로 영향을 미친다. 일반적으로 온도가 상승함에 따라 세포내 대사작용 또는 효소작용이 빠르게 진행되기에 생장속도가 가속화되어한다. 그러나 온도가 더욱 높아지면 단백질,핵산 등의 세포성분들은 감수성이 예민하여 비가역적으로 불활성화 한다. 따라서 미생물은 사멸하게 된다.

 

미생물은 각각 생육할 수 있는 온도 범위를 갖는데, 이를 생육할 수 있는 최저온도,최적온도,최고온도로 구분한다. 이 온도는 pH나 영양등의 생육조건에 영향을 받아 변할 수 있다. 일반적으로 미생물이 생육할수있는 온도 범위는 -7~75℃이나 대부분의 미생물의 생육적온은 30~40℃이다.

 

(2)내열성(耐熱性)

미생물의 내열성은 균종,균주,생육환경등 요인에 따라 다르다. 일반적으로 일정한 온도에서 미생물을 사멸시키는데 요하는 시간을 치사시간이라고 하며 사멸속도는 치사속도 또는 실험 총균수중 90%가 사멸하는데 요하는 시간으로 나타내는 경우가 많다.

대부분의 미생물은 저온에 강해서 생육최저온도 이하에서도 생명력을 잃지않는다. 그러나 고온에 예민하여 열에 의해 쉽게 사멸하며 열에 의한 사멸효과는 수분의 유무에 따라 크게 다르다. 건조조건은 습열조건보다 살균효과가 떨어진다

 

☞효소 발효액을 40℃ 이상의 고열에 노출시키면 안되는 이유입니다.

 

(3) 압력

미생물은 일반적으로 상압하에 생육하고 있기에 다소의 기압변화에는 별로 영향을 받지않는다.

일반적으로 미생물은 삼투압(渗透壓 osmotic pressure)에 영향을 받아 높은 삼투압에서는 생육하지 못한다.

미생물 세포는 외부환경보다 약간 높은 삼투압을 유지하고 있기에 외부의 삼투압이 높아지면 생육이 저해되고 세포는 탈수현상이 일어나 원형질분리를 일으킨다.

미생물 세포는 유도기에 외부환경에서 가용성 영양분을 섭취하여 세포내 삼투압을 증가시킨다. 대수기 초기에 이 삼투압이 최고로높아지므로 세포의 신축성이 거의 없어져 팽압(膨압,turgo pressure 세포내 삼투압-배지의 삼투압)은 커지나 세포분열이 시작되면 급속도로 세포내 삼투압이 감소하여 팽압이 감소된다. 미생물의 종류에 따라 세포내 삼투압이 다르고 외부의 삼투압에 대한 저항성이 다르다. 그리고 균의 종류에 따라 높은 삼투압이 꼭 필요한것도 있다. 이러한 균을 호삼투압성균(osmophile)이라고 한다. 호삼투압성균중 특히 고농도의 당류에 의한 고삼투압에서 생육하는 균을 호당성균이라고 하는데 이 당용액의 삼투압은 당농도를 높일수록 커지고 같은 농도라도 분자량이 적은 당이 삼투압을 더 높인다.

그러므로 효모의 생육을 방지하기위해서는 분자량이 342인 설탕은 60~70%가 필요하나 분자량이 180인 포도당은 45~50%의 농도로 충분하다. 사해(死海,dead sea)같이 높은 소금농도(29%)에서 잘 생육하는 균을 호염성균(好鹽性菌,halophile)라고 칭하는데 소금절임식품을 오염시키는 Halobacterium과 간장이나 된장중에 있는 Sacharomyces marxianus,Pediococcus sojae)등이 있다.

일반 미생물은 높은 삼투압에서는 생육하지못하므로 식품을 설탕이나 식염으로 처리하는것(당장,또는 염장)은 이들 미생물의 생육을 억제해 식품을 저장하려는 목적으로 처리하는것이다)

 

☞ 효소발효액을 만들때    설탕을 많이 넣어 당도가 너무 높아지면 삼투압이 지나치게 높아져 발효가 안되는 이유입니다.    설탕이 다 녹기전에 관리부실로 하얀 뜸팡이가 피거나 시큼한 발효 냄세가 난다고 설탕부족이    라며 설탕을 재료와 동량이상으로 자꾸 추가할 경우 보존성은 좋아지겠지만 효소발효액은 되지    않을 수 있음으로 각별히 유의하시는게 좋을듯합니다.

 

(4)빛

일반적으로 미생물의 생육에 영향을 미치는 빛은 전자방사선과 전리방사선이있다.

1)전자방사전(電磁放射線,electromagnetic radiation)

햇빛중에 직사광선에 노출된 일반세균은 수분내에 사멸하며 포자도 수시간안에 사멸한다. 실제로 햇빛중 살균력이 있는것은 단파장의 자외선이며 가시광선과 적외선은 살균력이 극히 미약하다. 이러한 자외선,가시광선,적외선이 전자방사선에 해당한다. 특히 자외선은 미생물에 대한 살균력이 크기 때문에 살균에 흔히 사용하고있다. 태양은 많은 양의 자외선을 방사하지만 대기권을 통과할수있는 장파장의 자외선만 지표면에 도달하며,단파장의 자외선은 대기권을 통과하지못하지만 장파장보다 더 강한 살균력을 갖는다.

자외선은 투과력이 약하여 유리나 물을 통과하지못한다. 식품이나 물등에 조사할 경우, 내부는 살균이 되지않고 표면만 살균되기때문에 실험실 또는 병원에서 공기와 화장실 실내, 조리대,조리용기등의 표면등에서만 제한적으로 사용하고 있다.

충분한 양의 가시광선도 미생물을 사멸하는데 효과가 있는데 이는 가시광선이 세포내 색소에 흡수되어 산소가 있는 상태에서 광산화현상으로 효소나 기타 성분이 불활성화 되기때문이다.

2)전리방사선(電離放射線,ionizing radiation)

물질을 이온화 시키는 방사선을 전리방사선이라하는데 X-선,r-선,B-선,a-선,중성자 등이 포함된다.

이 같은 전리방사선을 일정한 조사량 이상으로 생세포에 조사하는 경우 사멸효과 내지는 돌연변이 현상을 나타내게 된다.

 

☞효소 발효액을 만들때 직사광선이 쬐이는 곳에 노출시키면 안되는 이유입니다.

 

2. 화학적 요인

(1) 수분

미생물은 수분이 전혀 없는 상태나 순수한 물에서는 생육하지못하고 적당한 수용액에서만 생육할 수 있다. 미생물의 생육에 영향을 미치는 것은 식품중에 함유한 전수분함량이 아니고, 미생물이 실제 이용할 수 있는 수분량, 즉 식품중의 단백질,탄수화물등 유기물질과 수소결합을 하고 있는 결합수(結合水,bound water)는 이용하지못하고, 열역학적으로 자유로운 자유수(自由水,free)만을 이용할 수 있다.

자유수는 각종 수용성 용질이 녹아있는 용액상태로써 미생물이 이용할 수있는 수분의 양을 표시하는데,식품의 절대수분량보다 수분활성(수분활성,water activity)Aw로 표시하는것이 적절하다. 식품중의 수증기압을 P,그 온도에서의 최대수증기압을P0,상대습도를 RH(relative humudity)라하면 식품의 Aw는 다음과 같이 정의할수있다.

                                      Aw = P/P0 이고, Aw = RH/100

미생물은 생육에 일정한 Aw를 요구하며 이 Aw값이 낮을수록미생물은 생육하기에 불리하다. 미생물이 생육할수있는 Aw 한계이하에서는 생육하지못한다.

수분이 많을 수록 식품을 저장하는 동안 미생물에 의한 변패가 일어나기 쉽고 변패를 방지하려면

식품의 Aw를 낮게 하는 방법은 다음과 같다.

① 용질을 가한다.(식염,설탕등)

② 용매,물을 제거한다(건조)

③ 물을 결정화 한다(동결)

 

일반적으로 세균,효모,곰팡이 중에서 낮은 Aw에 잘 견디는 곳이 곰팡이이고 가장 약한것은 세균이다.

미생물이 증식할 수있는 Aw한계를 보면 세균은 0.86, 효모는 0.78, 곰팡이는 0.65이다.

 

그리고 미생물의 Aw에 관한 일반적인 사항은 다음과 같다.

① 최적 Aw이하에서는 생육 유도기가 길어져 생육속도가 저하하며 균체량이 감소한다.

② 미생물의 생육가능한 Aw 범위는 0.999~0.62이며 미생물의 종류에 따라 일정한 생육 간으 Aw범위가 있다.

③생육에 충족된 영양상태하에서도 최저 Aw값은 변통치않는다. 그러나 몇몇 미생물의 경우 약간의 영향을 미친다.

④생육최적온도에서는 낮은 Aw에 대한 내성을 나타내고, 생육 최저.최고온도에서는 Aw범위가 좁다.

⑤산소의 유무가 생육 Aw값에 약간 영향을 미친다.

⑥생육 최적 pH에서는 최적 Aw가 낮은 값을 나타낸다.

⑦생육저해물질의 존재하에서는 생육 Aw범위가 좁아진다.

 

☞효소 발효액을 만들때    건재는 발효가 안되어 꼭 설탕물을 적당하게 만들어 넣어줘야하는 이유와 반대로 효소가 물에    너무 오래 노출되면 활성을 잃는 이유입니다.

 

(2) 산소

고등동식물의 호흡에는 분자 상의 산소가 절대 필요하지만, 미생물중에는 산소가 없어도 생육할 수 있는 것과 산소가 오히려 유해작용을 하여 사멸하는 경우도 있다. 유리산소의 요구성에 따라 미생물을 다음과 같이 4군으로 나눈다.

1)편성혐기성균(偏性嫌氣性菌, obligate anaerobes)

편성혐기성균은 유리산소가 존재하지않는 상태에서 생육이 가능한 미생물로 산소가 존재할 경우 대사로 생긴 과산화수소가 사멸작용을 하며 산화-환원 전위가 상승하여 생육을 불가능하게 한다. 자연환경에서 혐기적 상태는 진흙,늪,하천,바다및,통조림식품,동물의 장관,지하수등에서 찾아볼 수 있고, 이러한 환경에서 나타나는 미생물은 Clostridium속을 포함한 Bacteroides,Fusobacterium,Ruminococcus,streptococcus의 수종이 있다.

2) 편성호기성균(偏性好氣性菌,obligate aerobes)

편성호기성균은 유리산소의 공급이 없으면 생육할 수 없는 균이며 곰팡이,삼낙효모,Acetobacter,Pseudomonas,Micrococcus 대부분, Bacillus,Sarcina 등이 있다.

3)통성혐기성균(通性嫌氣性菌,facultative anerobes)

통성혐기성균은 유리산소의 존재유무에 관계없이 생육이 가능한 균을 말하는데, 산소가 있을때 생육이 잘된다. 이에 속하는 균은 장내세균,병원성균,대부분의효모,세균등이 있다.

4)미호기성균(偏性嫌氣性菌,microaerophiles)

미호기성균은 적은양의 산소를 요구하며 산소의 양이 많아질때 생육이 억제되는 균이다.

 

☞효소 발효액을 만들때 산소가 적당량 공급되게 해주어야하는 이유입니다.

 

(3) 이산화탄소

1) CO2의 생육촉진

독립영양균은 동화작용에서 CO2를 탄소원으로 이용하나 종속 영양균도 생육하기위하여 미량이지만 CO2를 필요로 한다. 종속영양균의 경우 CO2는 탄소원으로 이용하는것이 아니라 균의 대사 중간생성물의 일부분으로, 이를 이용하여 생육개시및 지속에 촉진작용을 한다.

CO2는 동화작용에만 작용하는것이 아니고 수소를 산화해서 에너지를 얻는 편성 혐기성균의 수소수용체로 이용되기도한다.

2)CO2의 생육저해

CO2의 농도가 높아지면 균의 증식속도가 떨어지고 살균력을 가지게 된다. 이러한 작용을 이용하여 식품을 가스저장하기도 한다. CO2는 혐기적 상태를 만드는 효과 이외에 미생물잉 CO2를 방출하는 대사계를 저해하는 작용이 있다. 효모의 경우 내성이 강하여 생육억제나 살균에는 효과가 적고 호기성 세균과 곰팡이는 CO2에 대한 내성이 약하다.

 

(4) 식염,당

미생물의 생육에는 P,S,K,Mg,Ca,Na,Fe등의 무기염류가 필요하며, 이들 염류는 세포의 구성성분,조효소, 세포내의 삼투압 조절등에 필요하다. 세포막 바깥 용질의 농도는 미생물 생육에 항상 영향을 주므로 정상적으로 생육하기 위해서는 삼투압의 평형상태가 요구된다.

 

☞효소 발효액을 만들때 천일염을 미량씩 넣어주거나 정제당과 달리 각종 천연미네랄이 함유된     유기농설탕을 사용하는것이 좋은 이유입니다.

 

(5) pH-산성도

pH는 수소이온농도를 대수의 역수로 다음과 같이 pH = 1/log[H+]로 나타낸다.

대부분의 효모나 곰팡이는 약산성(pH5~6)에서 잘 생육하며, 세균과 방성균은 약알칼리성(pH7~7.5)에서 생육 최적pH를 갖는다.

 

(6) 화학약품

미생물의 발육생장을 억제하거나 사멸할 수 있는 화학물질을 항미생물제라한다. 항미생물제의 기본원리는 선택적 독성이다. 이는 다른 종류에는 작용하지않고 특정미생물에 대해서만 선택적으로 독성작용을 나타낸다.

미생물에 의한 감염증을 치료하는데 감염원인균에는 독성이 있고 숙주에게는 독성이 없는 선택적 항미생물체가 요구되는데 이를 화학요법제라고 한다.

 

3. 생물적 요인

대부분의 발효 변패식품에는 몇개의 미생물군을 볼수있고 단일 미생물균에 의한 경우보다 다른 종류의 미생물군과 경쟁적으로 생존하고 있다. 이와같이 여러종류의 미생물군이 혼합생존하는 경우 각 미생물 사이에 영양물질,산소,생활공간등을 경쟁적으로 확보하기 위해 대사산물(때로는 항생물질)을 분비하여 다른 미생물군의 생육을 억제하기도 하는 길항현상(拮抗現象,antagonism)등을 볼 수 있다.

 

그러나 서로 다른 미생물군이 전혀 관계없이 공존하는 경우를 불편공생이라하고, 어느한쪽이 이익을 치하는 경우를 편리공생이라하며, 서로 이익을 취하는 경우를 상호공생이라고 한다. 그리고 서로 다른 미생물이 공존하며 각긱 갖고있지않은 새로운 기능을 공동으로 나타내는 공동작용도 있다.

 

☞효소 발효액을 만들때 혼합발효액속에서 작용하는 미생물간의 상호작용에 대한 자료입니다.

 

(1) 상호공생(mutalistic symbiosis)

서로다른 미생물군이 공존하면서 서로 유리한 영향을 주는 경우이다.

예를 들면 콩과 식물과 질소공균이 공생하는 경우, 해조는 비타민 B12 합성능력이 없어 부착세균등이 비타민 B12를 공급하여 주고 해조의 점질물 속에서 생존하는 경우, 또 사람과 대장내에 생육하는 대장균이 상호공생을 하고 있다고 할수있다. 대장균은 사람에게 비타민 B12를 공급하여주고 사람은 대장균의 생육최적조건을 부여한다.

(2) 공동작용(synergism)

두종류의 이상의 미생물이 공존하면서 그 어느 미생물도 갖고 있지않은 기능을 나타내는 경우로 예를 들면, 우유제품중에서 Pseudomonas synacyanea 단독 생육의 경웅 담갈색을 나타내고 Streptococcus lactis 단독 생육의경우 색의 변화가 없지만 두균을 같이 생육하면 청색을 나타낸다.

(3) 편리공생(meabiosis, commensalism)

편리공생이란 공존미생물의 어느 한쪽이 다른 한쪽에 유리하게 작용하는 경우이다.예를 들면

① 편성혐기성균을 호기셩균인 Seratia marecesens와 같이 배양하면 호기성균이 배양환경의 산소를 소비하고 나서 편성혐기성균이 생육이 가능케된다.

② 토양중의 섬유소 분해균이 섬유소를 분해하여 glucose를 만들면 공조하는 섬유소를 분해하지못하는 세균이 생육한다.

③간장 제조시 내염성 젖산균인 Pediococcus halophilus가 증식하여 젖산을 생성하여 pH를 저하시키며 내염성 효모인 Saccharomyces rouxi가 증식하여 간장을 숙성시킨다.

④ 과즙 발효 후기에 효모의 자기소화에 의하여 유리된 아미노산,Purine 염기등이 젖산균의 생육인자로 작용한다.

⑤ 요거트 제조시 Latobacillus bugaricus에 의한 glycine,histidine,valine등의 축적으로 Sterptococcus thermophilus의 젖산생성을 촉진한다.

 

(4) 길항과 경합

서로 다른 미생물이 공존하는 경우 영양분,산소,생활공간등을 경쟁적으로 획득하거나 어떤 균이 대사산물에 의해 다른균의 생육을 억제하는 경우이다. 예를 들면

1)효모에 의하여 pH저하로 일반세균은 생육할 수 없게 되며 생성된 알코올에 의하여 곰팡이 세균의 생육이 저해된다.

2) 코지 제조 초기에는 효모의 국균이 같이 증식하나 왕성한 증식이 계속되면 효모의 증식이 극단적으로 억제되는데, 이것은 무기염류를 국균이 대량취하기에 효모는 무기염류결핍에 의하여 증식이 억제된다.

3) Bouillon 배지에서는 Bacillus subtillis가 산화-환원 전위를 상승시켜 Aerobacter aerogenes가 증식되는데 부적당한 pH가 형성된다.

 

이상 미생물의 생육환경에 대한 전문 자료를 바탕으로 미생물학적인 관점으로 보아도

혼합 발효액의 가치를 단일 발효액과 비교하여  무조건 열등하다고 평가하기에는 다소 무리가 있어 보입니다.

 

즉 단일 효소 발효액이 좋으냐 혼합 효소발효액이 좋으냐하는 문제는 단순히 Yes냐 No냐 또는 O냐 X냐 하는 문제가 아니라

 

각각이 가지는 장단점속에서 내가 목적하는바에  적합한 방법은 어떤것일까하는 문제로 보는게 옳을듯합니다.

 

어떤 재료를 사용하여 혼합발효를 시켰느냐에 따라서 작용하는 미생물군들과 약성도 서로 다를테니까 말입니다.

 

자료 출처 : 식품미생물학(지구문화사)

                다음카페 [자연산야초와발효효소를배우는사람들 http://cafe.daum.net/okenzyme]

 

PS : 

☜  적색 상자의 각주는 제가 책을 읽으며 새롭게 배운점을 부연설명 해놓은 것입니다.