유산균(젖산균의 발견, 형태, 분류)

유산균의 발견, 분류, 형태

1. 유산균

    유산균, 일명 젖산균은 예부터 우리들의 식생활과 밀접한 관계를 가져왔다. 즉 식품의 보존에 깊은 관계가 있다.

  이는 구약성서의 창세기에 산유(쉰 우유)에 대한 기록이 있고 이 산유는 부패하기 쉬운 우유의 보존에 도움이 되었다. 그리고 이 우유는 "첫사랑의 맛"이라고 하는 칼피스 같은 젖산균 음료로서 발전되었다.

  누룩을 만들면 처음 젖산균이 생긴다. 따라서 순곡자로 술을 빚으면 젖산균이 번식한다. 우리 민족과 밀접한 관계를 갖는 김치도 젖산균에 의해서 산미가 생긴다.

  젖산균의 보존 역할을 하는 비밀은 어디 잇는가, 그것은 젖산균이라는 균은 번식력이 강하고 산을 생성하면서 pH를 내림으로서 부패균 등 기타 다른 세균(보통의 균은 산에 약하다)의 발육을 억제시키기 때문이다. 더구나 이 균은 독소를 만들지 않을 뿐 아니라 불쾌한 냄새도 없다. 그 대신 산을 너무 많이 생성하여 시어서 먹지 못하는 경우가 있다.

  그리고 젖산균은 식품의 풍미를 개선하는데(예를 들면 간장, 된장, 김치, 치즈)도 이용되고 있다. 이렇게 말하면 젖산균은 좋은 일만 하고 나쁜 일은 안 하는 것 같은 착각을 일으킬 수도 있으나 풍미를 좋게 하는 작용도 지나치면 산패라고 하여 먹지 못하게 된다. 좋은 약도 너무 많이 먹으면 독이 되는 것과 같다. 또 청주를 혼탁하게 하고 막걸리를 산패시키며 맥주를 썩게 하는 종류도 있다는 것을 명심해야 한다.

 

  2. 유산균의 발견 

    젖산균(유산균은 옛날부터 우리의 음식물에 많이 이용되었으나 생물로서 처음 발견한 사람은 파스퇴르이다.)

  파스퇴르는 효모가 알코올 발효의 원체라는 것이 발견된 때를 전후해(1857년) 젖산 발효를 하고 있는 액체에 작은 생물이 있다는 것을 찾아내었다. 이것을 분리하지는 않았으나 영국의 리스타(1873년)가 산유를 희석하여 새로이 배양하는 방법을 되풀이하면서 일종의 연쇄상균을 순수하게 분리하는 데 성공하였다. 이것이

현재의 스트렙토콕커스, 락티스(Streptococcus lactisi)라 칭하는 젖산균이며 젖산균에서뿐만 아니라 세균으로서도 최초로 분리된 것이다.

  리스타가 순수 분리한 후 많은 연구가 진행됨에 따라 여러 가지 산유, 유주, 치즈 등으로부터 유산균이 분리되었다. 또 식물성 원료를 사용한 술덧으로부터 델부르커(Lactobacillus delbruekii)와 같은 유산생성능이 아주 강한 젖산균이 분리되어 젖산 발효가 공업적으로 이용되게 되었다.

 

  3. 유산균이라 하는 것

    젖산균은 말 그대로 당을 발효하여 주로 젖산을 만드는 세균이다. 대장에 서식하는 균 중에서도 유산을 잘 생성하는 것이 있어 이것 역시 젖산 만드는 성질만으로 유산균이라고 할 수는 있으나 젖산균과는 여러가지 성질이 다르며 이것을 통성 유산균이라고 한다.

  유산균이라고 할 수 있는 균 중에서 대장균 종류만이 그람염색에 물들지 않는 그람 음성균이다. 이와 같이 그람 염색에 염색되는 것과 안 되는 것은 세균 분류상 중요한 기준이 된다.

  앞으로 언급되는 젖산균은 그람 양성균이다. 대부분의 젖산균은 공기가 있으나 없으나 잘 자라는데 이와 같은 성질을 통성혐기성균이라고 칭한다. 젖산균의 에너지원은 "호흡"에서 얻어지는 것이 아니라 "발효"에서 얻어진다. 이점은 같은 통성혐기성인 대장균과는 큰 차이가 있다.

  대장균은 산소가 없을 때는 "발효"로 에너지를 얻고 산소가 있을 때는 호흡으로 에너지를 얻는다.

  왜 젖산균은 호흡으로 에너지를 얻지 못하는가 하면 호흡계에 있어서 중요한 역할을 하는 "heme"효소인

"cytochrome"이 없기 때문이다.

  보통 균은 "cytochrome"이 결핍되면 산소가 있는 곳에서는 생육할 수 없다. 아세톤, 부탄올 발효를 하는 클로스트리듐(Clostridium) 등이 대표적이며 이러한 균을 편성혐기성균이라 한다. 'cytochrome"이 없어도

산소가 있는 곳에서 생육할 수 있는 유일한 세균이 젖산균이다.

 

  4. 유산균의 형태

    젖산균은 구상구균인 것과 봉상간균인 것 두가지로 나눌 수 있다. 구균은 지름이 1미크론(㎛) 전후가 많고 연쇄상과 4개 또는 8개의 집단으로 이루어진 것이 있다. 간균은 폭이 0;7-1.0㎛, 길이가 2-5㎛가 많고 보통 쇠사슬처럼 길게 붙어 있다.

  젖산균의 형태는 배양조건에 따라 변하기 쉽고 특히 간균의 경우 영양부족과 같은 생육조건이 나쁠 때 아주 길어진다. 긴 균은 장간균(산패한 탁주 술덧에서 볼 수 있다) 짧은 균을 단간균이라고도 하나 균체의 길고 짧은 것으로 유산균을 구별할 수는 없다.  

 

  5. 젖산발효 

    젖산균은 당분을 발효하여 주로 젖산을 만드는 균이나 균의 종류에 따라 발효 형식이 다르다.

  "올라인섄"(1919) 은 젖산 발효를 정기적으로 검사하였는데 포도당에서 젖산만 생성하는 것과 젖산 외에 탄산가스와 휘발성 물질을 만드는 것이 있음을 알게 되었다. 전자는 "호모(homo) 젖산 발효", 후자는 '헤테로

(hetero) 젖산 발효"라고 한다. 화학식으로 표현하면

   1)호모젖산발효

          C6 H12 O6   → 2 CH3 CHOH-COOH

           포도당               젖산

   2) 헤테로 젖산 발효

          C6 H12 O6   →  CH3 CHOH-COOH   + C2 H5 OH   + CO2

            포도당              젖산                    주정          이산화탄소

  이 식에서 보면 젖산 생성률이 이론적으로는 호모형은 100%이고 헤테로형은 505이나 실제로 호모형은 80-90%, 헤테로형은 40-45% 정도이다. 예를 들면 산패 술덧 중에서 산은 많은 데도 군덕내가 안나는 것은 호모 젖산 산패이고 군덕내가 나는 것은 헤테로 젖산 산패라고 할 수 있다.

 

  6. 유산균의 분류

    젖산균을 최초로 분류한 사람은 '레니스"(1907)이고 그 후 "올라 얀센"(1907)씨가 분류한 것이 오늘날 유산균분류학의 기초를 이루고 있다. 우선 형태는 간균과 구균으로 나누고 간균은 서모 박테리움(Thermobacterium), 스트렙토 박테리움(Streptobacterium), 베타 박테리움, 마이큼박테리움의 4가지 속과 구균으로는 스트렙토콕커스(Streptococcus), 베타콕커스(Betacoccus), 테트라콕커스(Tetracoccus)의 3가지 속이 있다.

 

  7. 주조와 유산균

    주조에 있어서 유용한 젖산균은 젖산을 만드는 능력이 강할 뿐만 아니라 효모가 번식하면 미련 없이 후퇴하는 것이 중요하다.

  메센테로이즈 사케(Mesenteroides sake)라고 하는 헤테로 발효 젖산균과 청주에서 유용한 젖산균 류코노스토크 사케(Leuconostoc sake)라고 하는 호모 발효형 간균 두 가지가 있다. 이들 균은 5℃의 저온에서도

생육하는 성질을 가지고 또 주모에서 잘 번식하여 젖산을 만들어서 부패성 균을 죽이거나 억제시킨다. 유용

젖산균의 간균과 구균은 5-10℃정도의 온도에서는 구균족의 번식이 빠르기 때문에 간균 쪽보다 먼저 번식한다. 구균 쪽이 영양 생육조건이 간단하다는 이유도 있으나 온도의 영향이 더 크다고 한다.

  구균은 내산성이 적기 때문에 젖산 함량이 많아지면 천천히 죽어간다. 간균은 구균보다 조금 늦게 생육하며 주모에서는 약 1%까지 젖산을 생산하는 능력이 있다. 다시 말하면 술덧에서 산패를 일으키는 균 종류는 여러 가지이나 산과 알코올에 대한 내성이 크다는 공통점을 가지고 있다.

  술덧을 산패시키는 유산균 중에는 중온성의 호모 발효형 간균이 많고 우유에서 자라기 쉬운 균일수록 젖산을 많이 만들며 이와 같이 균이 아니고도 효모의 생육이 늦어지면 유용 젖산균일지라도 산패를 일으키는 예가 있다.

  청주를 병들게 하는 소위 화락균(젖산균의 일종)도 주정농도 15% 이상에서 자랄 수 있는 힘이 있다. 단 주정농도 20% 이상에서는 걱정할 필요가 없다.

  예를 들면 탁주 술덧을 어떤 불가피한 이유가 있어 제성 할 수 없을 때 주정을 첨가하여 주정 도수를 20% 이상 되게 하면 젖산균이 번식된 술덧이라도 저장할 수 있다는 뜻이다.

 

  8. 방부효과와 유산균

    지금으로부터 170년 전의 일이다. 러시아 사람인 매테로이코프가 불가리아를 여행하게 되었을 때 그 지방에 장수자가 많은데 착안하여 그 원인을 조사하고 있을 때 그 지방 사람들이 우유 또는 양유로서 만든 보존식(요구르트)을 즐겨 먹는 것을 발견하였다. 즉 장수의 비결은 일종의 유산균의 정장작용이라는 결론을 내리게 되었다. 이것이 장수에 관한 과학적인 연구로 유명하고 그 후부터 젖산의 중요성이 인식되어 젖산균 음료가 발전되게 되었다.

  젖산균에 의한 정장작용, 이것이 장내의 다른 잡균, 병원균)의 증식을 막는 소위 방부 역할을 하는 것이다.

일반적으로 영양이 많으면 잘 부패함으로 소금에 저리는 것, 식초에 담그는 것, 또는 된장에 저리는 것 또는

저온에 보관하는 방법 등을 이용한다. 이와 같이 된장을 소금에 저리는 것은 소금의 방부효과이나 소금만으로 방부하자면 25% 이상의 농도가 필요하다. 소금이 지나치면 효소의 적용이 억제되어 된장이 숙성되는 시간이 많이 걸린다.

  방부효과의 또 하나의 방법으로는 산성으로 하는 방법이 있다. 그러나 산성으로만 하려면 요구르트처럼 시지 않으면 안 된다. 그러므로 이 두 가지 방법을 겸용하면 소금이 그다지 많지 않고 지나치게 시지 않아도 방부효과를 얻을 수 있다.

  산성으로 하기 위해서는 젖산균을 쓰는 것이 가장 능률적이다. 이때 유산(젖산)만 첨가해도 된다고 생각하는 사람도 있겠으나 젖산균을 이용하면 젖산균은 젖산을 만들 뿐 아니라 부패균 증식의 원인이 되는 영양분을 먼저 먹어치우기 때문에 부패균 번식이 불가능하게 되므로 더 효과적인 방부효과를 얻게 된다. 그리고 또 젖산균 중에는 항균성물질(디프로고신, 니신, 엔테로신, 라구도린 또는 락트시진)을 만드는 것이 있어 이것이 잡균의 번식을 억제한다. 이와 같이 젖산균은 된장 간장 제조에서도 방부 역할을 하고 있다.  

 

  9. 유산균과 식염

    젖산균에는 여러 가지 종류가 있고 간장이나 된장에 번식하는 균은 거의가 구상이고 homo tyte발효를 한다. 그중에서 많이 번식하는 것은 2종류이고 그 하나의 균이 연쇄상으로 된 것, 즉 스트렙트콕카스이고 다른 하나는 4개의 구균이 한 조로 된 페디오콕카스(Pediococcus)라는 균이다.

  된장, 간장 제조는 주조와 같이 개방 발효이기 때문에 공기 중에서 잡균이 침입할 우려가 있지만 소금을 혼합하므로 식염과 젖산균이 만드는 젖산으로 대부분의 균이 죽거나 생활할 수 없는 환경에 처하게 된다. 붕어나 잉어가 바닷물에 자라지 못하는 것과 같이 식염 농도가 높은 곳에서도 생육할 수 있는 균이 있다. 간장, 된장에 있는 균이 이 종류이다. 치즈나 요구르트에 있는 젖산균은 간장, 된장에 첨가해도 아무론 효과가 없다.

 

  10. 향기 높은 간장, 된장

    간장, 된장 제조에 유념해야 할 점은 젖산균이 증식하기 전에 다른 잡균이 불어나면 젖산균이 필요로 하는 영양분을 빼앗기게 되어 젖산균이 자랄 수 없게 된다는 것이다. 따라서 젖산균이 자랄 수 잇는 환경을 만들어 줄 필요가 있다. 젖산균의 영양은 대두, 쌀, 밀을 국균의 효소가 분해하여 만든 펩타이드, 아미노산과 당분이다. 젖산균은 이것을 이용하여 젖산을 만든다. 이 때문에 우선 좋은 국, 즉 단백질 분해효소(Prorwase), 점분 분해효소(Amylase0가 강한 국을 만드는 것이 중요하다.

국과 식염 및 증자한 콩을 혼합하여 된장을 만들면 식염에 의하여 대부분의 균이 생육할 수 없는 환경이 되어 죽게 된다. 그리고도 죽지 않고 남아 있는 세균(납두균)은 젖산이 생성되면서 pH가 내려간에 따라 죽게 된다. 그러나 다금 직후 온도가 37℃이상 고온이면 낫또(Natto) 균이 불어나기 쉽게 되고 이때 식염이 잘 혼합되지 않고 부분적으로 저온인 곳이 있으면 낫또 균이나 낙산균(악취를 내는 균)이 증식하게 된다. 이 때문에 식염이 전체적으로 골구로 미칠 때까지 15℃이하의 저온에 두는 것이 중요하다. 젖산균은 저온에서도 오래 두면 젖산 발효가 진행하기 때문에 우리들 가정에서 12월경에 메주로 장을 담글 때와 냉장고에 우유를 오래 저장하면 시게 되는 것도 같은 이치이다.

 

  11. 향기를 나쁘게 하는 낙산균, 납두균

    간장, 된장의 향기와 맛이 나쁜 것을 조사하면 낙산균이 만든 낙산이 많이 함유되어 있고 이것은 식염이 적은 간장이나 된장에 많이 있다.

 

  12. 유산균의 생활

     젖산균도 살기 좋은 온도가 있다. 종류에 따라 다르나 특히 중요한 젖산균 페디오콕카스 하로휠르스는

25-30℃의 중온성이므로 10℃이하면 한 달이 되어도 발효하지 않는다.

  중요한 것은 고온에 대하여 저항력이 없어 35℃이상 계속되면 죽고 만다. 보존하기 위해서는 활발히 활동하지 않는 온도 즉 저온에 두는 것이 좋다. 스트렙트콕카스 휘카리스(Streptococcus faeclis)는 높은 온도에서도 견딜 수 있는 특징이 있고 45℃에서 30분 가온해도 죽지 않는다.

  이러한 점에서 다른 젖간균과 구별된다.

 

  13. 젖산균과 탁주 양조

    탁주 맛을 좀 더 복잡하고 맛이 있게 하기 위하여 젖산균을 이용하는 것이 이상적이라고 생각하여 연구실에서 각종 젖산균을 응용하는 방법을 연구한 바 잇다.

  술맛을 형성하는 5미(味)중 필요 불가결한 맛은 주정맛(辛, 매운 맛), 감미(甘, 단맛)와 산미(酸, 신맛)이라 하겠다. 현행 탁주는 입국이 만든 구연산 맛이 산미를 형성하고 있으나 산미 중에서 다른 맛과 조화가 잘 되고  살균력이 강한 것은 젖산이다.

  입국을 쓰지 않고 pH 조절도 하지 않고 쌀과 조효제만으로 탁주를 담금하면 처음 젖산균이 번식하게 된다. 산이 어느 정도 생성되고 나면 젖산균은 차차 없어지고 효모가 활발히 번식하여 발효하게 된다.

  이렇게 경과한 탁주는 일반 입국으로 만든 술맛과는 다른 감칠맛이 있다. 여기서 번식하는 젖산균은 배양한 젖산균이 아니고 자연적으로 생긴 젖산균이다. 인공적으로 분리한 균을 사용하면 효모에 압도되거나 젖산균수가 많은 경우 효모가 죽고 젖산균만 자라는 현상이 일어난다.

  쌀은 젖산균과 효모가 공존할 때 발효 초기에 젖산균이 먹을 수 있는 영양원이 떨어지면 차차 도태되나 밀가루는 끝까지 번식할 수 있는 충분한 영양분이 있어 유산균이 도태되지 않고 계속 산을 만든다. 또한 쌀만으로 젖산균이 만드는 유산균의 진미를 얻을 수 있으나 밀가루에서는 얻을 수 없었다. 앞으로 우리나라도

기술발전이 되어 쌀로 탁주를 만들 때 젖산균에 의해 젖산이 생성된 진짜 고유의 막걸리다운 막걸리의 맛을 보게 되길 기대한다.