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1. 서론
1.1. 발효의 과학적 개념
발효의 과학적 개념이다. 발효라는 단어의 어원은 라틴어 동사 "fervere"에서 유래하였으며, 이는 '끓이다'라는 의미이다. 발효란 넓은 의미에서 미생물이나 균류 등을 이용해 육종하는 과정을 말하며, 좁은 의미에서는 산소 없이 당을 분해해서 에너지를 얻는 대사 과정을 뜻한다. 발효에 의해 유기산, 가스 또는 알코올과 같은 생성물이 만들어지며, 이는 효모와 세균, 그리고 근육세포에서 일어난다. 발효는 NADH를 내인성 유기 전자수용체와 반응시키며, 주로 당으로부터 생성된 피루브산이 이에 해당한다. 발효 산물은 화학 에너지를 가지고 있지만 완전히 산화되지 않아 노폐물로 간주된다. 일반적으로 발효는 혐기성 환경에서 일어나지만, 일부 효모 균주는 산소 있어도 발효를 선호하는 크랩트리 효과가 있다.
1.2. 일상 속 발효 활용한 예시
우리 생활 속에서 발효는 다양한 방식으로 활용되고 있다. 빵, 맥주, 사이다, 와인, 치즈와 요구르트류의 식품과 음료는 발효과정을 통해 만들어진다. 이들 제품 이외에도 다른 식품 제조에 이용되는 제품이 있는데, 대표적으로 잔탄검(xanthan gum)과 젤란검(Gellan Gum)이 있다. 잔탄검은 Bacterium xanthomona campestris를 이용한 발효과정을 통해 생산되며, 젤란검은 Sphingomonas elodea 순수균의 발효에 의해 생산된다. 이와 같은 다양한 발효 제품들은 최근 들어 식품, 음료와 의약품 산업에 다양하게 활용되고 있다.
대표적인 예로 소이이소플라본(soy isoflavone)이 주목을 받고 있다. 소이이소플라본 중 제니스데인(genistein), 다이드제인(daizein), 글라이스데인(glycitcin) 등은 건강 증진 효과가 있다고 알려져 있으며, 독자적인 발효 과정을 통해 이들 성분이 더 많이 함유된 대두 제품이 생산되고 있다. 이소플라본은 콩에 존재하는 식물성 에스트로겐으로, 여성호르몬인 에스트로겐과 유사한 분자 구조와 효능을 가지고 있어 유방암, 전립선암, 대장암 등의 예방에 긍정적인 역할을 하는 것으로 알려져 있다.
또한, 발효 과정을 통해 생산된 제품들은 화장품의 원료로도 많이 사용되고 있다. 일부 천연물의 경우 기능은 뛰어나지만 독성을 가지는 물질들도 존재하므로, 미생물 발효를 통해 이러한 문제를 해결하고자 하는 연구가 활발히 이루어지고 있다. 발효를 거치면 기존 추출물에 비해 효능이 더 우수해지므로, 발효원료가 첨가된 화장품들이 증가하고 있다.
한편, 역사적으로 볼 때 불편한 상황에 직면한 사람들이 발효 기법을 활용하여 창의적으로 문제를 해결하려 했던 사례도 있다. 미국의 금주법이 시행되었을 때 술을 마시고 싶었던 사람들은 포도즙을 압축 건조한 포도 벽돌을 출시하여 판매했는데, 이는 구매자가 술을 만드는 데 쓸 것을 예상하며 이루어진 행위였다. 이처럼 발효 기술은 우리 일상생활 속 다양한 방면에서 활용되고 있으며, 때로는 창의성과 융통성 있는 문제 해결에도 기여해왔다고 볼 수 있다.
2. 본론
2.1. 생화학적 발효
생화학적 발효는 NADH를 내인성 유기 전자수용체와 반응시킨다. 일반적으로 이 유기 전자수용체는 해당과정을 통해 당으로부터 생성되는 피루브산이다. 발효는 NAD+와 유기물을 생성하며, 대표적인 예로 젖산, 에탄올, 이산화 탄소, 수소 가스(H2)가 있다. 그러나 발효에 의해 뷰티르산, 아세톤과 같은 보다 색다른 화합물이 생성될 수도 있다. 발효 산물은 화학 에너지를 가지고 있지만(완전히 산화되지 않았기 때문에), 산소를 사용하지 않고서는 더 이상 대사될 수 없기 때문에 노폐물로 간주한다. 발효는 일반적으로 혐기성 환경에서 일어난다. 산소(O2)가 존재하면 NADH와 피루브산은 산소호흡에서 ATP를 생성하는데 사용된다. 이것은 산화적 인산화라고 하며, 해당과정만 사용하는 것보다 더 많은 ATP를 생성한다. 이러한 이유로 산소를 이용할 수 있을 때 발효는 거의 사용되지 않는다. 그러나, 산소가 충분히 존재하더라도 Saccharomyces cerevisiae 와 같은 일부 효모 균주는 당의 적절한 공급이 있는 한 산소호흡보다 발효를 더 선호한다(크랩트리 효과로 알려진 현상)이다.
2.2. 천연물의 미생물 발효
일부 천연물의 경우 기능은 뛰어나지만 독성을 가지는 물질들도 존재한다. 이러한 물질을 미생물 발효를 통해 피부 친화적인 물질로 변화시키거나 기존에 가지고 있는 기능을 더 우수하게 만들어내기 위해 천연물을 미생물 발효한 원료의 개발 연구가 활발히 이루어지고 있다. 발효를 진행할 경우 기존 추출물에 비해 효능이 더 우수해지므로 현 추출물을 발효한 발효원료들이 첨가된 화장품이 증가하고 있다.
대두에 존재하는 식물성 에스트로겐인 이소플라본 중 제니스데인, 다이드제인, 글라이스데인 같은 성분이 건강에 이익을 준다고 연구되었다. 이에 따라 이러한 성분이 더 많이 함유되는 대두 제품들이 개발되고 있다. 또한 이소플라본의 항암효과는 유방암에 대해 가장 많은 연구가 보고되었으며, 전립선암과 대장암, 심혈관 질환, 골다공증 및 폐경기 증후군 등의 예방에도 긍정적인 역할을 하는 것으로 알려져 있다.
2.3. 역사 속 재미있는 발효 관련 일화
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