효모와 발효 - ①효모의 발견

1.효모(Yeast)

 

1) 효모와 발효

 

한국의 막걸리,일본의 청주,영국의 위스키, 프랑스의 포도주, 독일의 맥주와 같이 인생의 기쁨을 가져다주는 술의 원줄기는 효모이다. 우리는 효모라고 하고, 영국은 Yeast, 네덜란드는 Gist,독일은 Hefe, 프랑스는 Levure라고 하며 모두 발효라는 뜻에 기인한 것이다.

효모는 술, 빵,맥주 외에도 된장,간장의 발효에 관여하며 단백질,비타민이 풍부하게 함유되어 있기 때문에 약용, 식용,사료에 이용되고 있다. 효모가 이와 같이 널리 산업에 이용되기까지는 오랜 역사가 필요했다. 따라서,어떻게 발견되었으며 또 이용되었나를 살펴보자.

2) 효모의 발견

인류가 최초로 효모를 이용한 것은 술과 빵이라고 한다. 인류는 기원전 4000년 고대 바빌로니아시대에 메소포타미아의 넓은 평야 티그리스유프라테스의 두 강줄기에서 살고 있었으며, 인류 최초의 문자인 모형문자를 발명하고 바빌론 문명을 일으킨 스메리야인이 곡류재배와 맥주양조의 기록을 남겼다.
그들은 소맥분(최초는 귀리, 보리 또는 겉보리가 주된 곡물이었다)을 물로 반죽해 두면 이것이 부풀고, 구우면 맛있는 빵이 된다는 것과 또 곡류,과실 등의 액즙이 자인직으로 발효되이 술과 맥주가 된다는 것을 알게 되었다.
그러나 어명제 빵이 부풀고, 곡류로부터 이떻게 술이 되는가는 알 길이 없었고 더욱이 효모라고 하는 살아있는 미생물이 관여한다는 것은 꿈에도 생각할 수 없었다. 그것은 효모가 큰 것이라도 10μ(1mm의 1/1000)정도여서 현미경으로 보지 않으면 안 되기 때문이다. 따라서 효모의 발견은 현미경 발명과 때를 같이 하고 있다.

 

지금으로부터 약 300년 (1680)전에 네덜란드 상인 레벤후크가 렌즈에 흥미를 느낀 것이 계기가 되어 20년간 렌즈제조에 몰두하여 드디어 미생물의 존재를 확인하게 되었고 그 중 효모를 발견하게 되었다.
레벤후크는 발효중인 효모의 역할까지는 생각하지 못하였고, 효모의 역할을 해명하게 된 것은 약 200년 후의 일이다.
1857년 파스퇴르는 그 유명한 U자 관(파스퇴르코루벤)으로 미생물의 본성을 명백히 알아내어 “발효는 생물에 의해서만 이루어지고 생명이 없는 곳에서는 발효도 있을 수 없다”는 결론을 내렸다. 이 연구에 의하여 생물은 효모, 박테리아, 곤충류부터 쥐까지 포함하여 물질의 소화에 의하여 일시적으로 발생한다는 100년간이나 계속된 자연발생설에 종지부를 찍었으니 실로 획기적인 업적이라 하겠다.

 

또 파스퇴르는 포도주의 변패현상의 원인을 추궁하여 이것은 유해 박테리아의 존재에서 일어나고 이를 방지하기 위하여 발효액 중에 효모를 증식시킬 때 소량의 주석산을 첨가해 두면 유해 박테리아를 죽일 수 있다고 주장하였다. 이것은 주모 제조시 젖산을 가하여 효모를 배양하는 것과 같은 이치이다.
덴마크의 한샌씨는 더욱 연구하여 그 변패는 박테리아의 증식을 억제하는 것만으로는 방지할 수 없는 경우도 있다고 보고, 효모를 형태학적으로 연구하여 양조 효모 중에서 성질이 다른 많은 증류의 균주가 있에 성질이 나쁜 야생효모로 인해 변패가 일어난다고 하였다,그리하여 그는 발효액 중에 야생효모가 침입하는 것을 방지하기 위하여 현미경으로 한
개의 효모를 분리하여 그것으로부터 효모를 순수하게 배양하는 방법을 성공시켰다. 이것이 한샌씨의 소위 “순수배양법"의 완성이고 야생효모로부터 순수배양효모로 출발하는 빛나는 업적으로 181년의 일이다. 이 효모의 순수배양법은 현재의 양조공업에도 없어서는 안되는 중요한 것이다.

 

3) 효모의 이름

 

효모의 이름은 하나의 집단에 붙인 명칭이며, 그 집단이라고 하면 효모의 형태나 성질로서 분류한 비슷한 동기끼리의 모임이다.
효모의 분류는 순수배양법을 발견한 한샌이 그 기초를 세우고, 그 후 네덜란드의 롯다여사가 체계화한 것이 현재의 효모분류 기준으로 사용되고 있다. 모든 생물에서와 같이， 분류의 최하위 단위는 종（種）이고，비슷한 동지끼리의 종이 모여서 속이 되고，여러 개의 속이 모여서 과（科）, 목（目）,강（綱）,문（門）이 되며, 그 다음이 식물이다.

이와 같이 계통적으로 분류하는 것을 자연분류법이라 한다. 이름은 이명법（二名法）이라고하여 끝부분의 속， 종명을 붙이게 된다. 이것을 학명（學名）이라 하며 라틴어로 쓴다. 탁주효모는 식물중의 진균문（眞菌門）, 자낭균강（子囊菌綱）, 부정자낭균목（不定子囊菌目）, 유포자효모（有胞子酵母）와 사카로마이세스속＂）, 코리아누스종이며 빵 효모, 포도주 효모, 상면효모（上面酵母）와같은 종（種）이다. 종의 분류는 단위이므로 여러가지 양조효모가 같은 종이라는 것이 이상하다고 하겠지만, 롯다여사의 분류법의 기준상 이러한 효모는 모두 같은 성질의 것이다.

효모의 현미경 확대사진

 

4) 효모의 영양

 

효모에 필요한 양분은 물, 탄소원, 질소원, 미량의 무기질,비타민 등이다. 탄소원은 주로 생활에 필요한 에너지를 만들고, 질소원은 몸체를 구성하고 있는 단백질을 제조하고， 무기질은 생육（生育）을 도와주며 비타민은 생장（生長）을 위해 중요한 일을 한다. 여기서 생각해야 할 것은, 효모는 단세포 생물이고 그 세포의 주위는 세포막으로 둘러싸여 있다는
사실이다.
그러므로 효모가 먹이를 먹는다는 것은 양분이 세포막을 투과（透過）하여 세포 안으로 들어가는 것이다. 그러나 효모의 세포막은 전분이나 단백질과 같이 분자（分子）가 큰 물질은 통과시키지 못한다. 따라서 탄소원으로서는 당류（糖類）중 주로 포도당을， 질소원으로서는 아미노산， 암모니아와 같은 저분자（低分子）물질을 이용하게 된다.
효모는 암모니아 등의 무기질소물로부터 단백질을 합성한다. 무기질로는 인, 칼륨,그밖에 마그네슘, 철, 유황, 칼슘이 있다. 비타민으로는Vit.B2,Vit. B6,inositol-X,판토텐산,바이오틴 등이 있다. 
생육（生育）에는 최적의 조건이 있다. 양분의 농도， 배양온도， 배지의 pH 등이 관여한다. 효모의 종류에 따라 다르나 일반적으로 온도 30℃ 전후, pH 4~6의 약산성인 곳에서 자란다.
전술（前述）한 바와 같은 영양분을 갖추고， 손쉽게 만들 수 있는 천연배지에는 국（麴）엑기스가 있다． 이것은 국（麴）에 대해 4배 가량의 물을 가하여 55℃에서 6시간 당화하고 여과하여 당화액을 취한다. 여기에 한천 약 2.5%를 가해 녹인 다음 시혐관에 넣고 121℃, 1kg/c㎡ 에서 15분간 살균하여 사면배지를 만든다. 3개월마다 한 번씩 이식하면 효모를 영구히 키울 수 있다.

5) 자연중（自然中）의 효모

효모는 자연계 어디에나 있다. 예를 들면 하천, 해양, 육상에서는 흙속, 공업용 폐수, 과실,동물체내 및 그 배설물, 그 밖에 공기 중에도 있다.

효모가 자라고 있는 장소에 따라 효모의 종류가 다르고 계절적으로 변동이 있는 것은 일반 생물계에 있는 자연계의 법칙이라 하겠다. 예컨대 해수 1L에는 평균 10~102개의 효모가 있고, 400m의 심해로부터는 효모가 분리되었다고는 하나 양조에· 관여하는 강한 발효성을 가진 효모는 없다.
또 수액（樹液）에는 1g당 103～106개의 많은 효모가 있으며 수액의 종류에 따라 효모의 종류 또한 대개 정해져 있다.