개념 한 쪽
발효는 미생물을 이용해 원료를 다른 물질로 바꾸는 공정이다. 어떤 미생물을 쓰느냐에 따라 생산물과 부산물이 달라지고, 그 미생물을 해치는 오염원도 공정마다 다르다. 발효식품에서 생기는 유해 물질과 초산발효의 생성량 계산, 전통식품의 주균을 함께 익힌다.
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출제기준 단원 「발효방법과 장치」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 발효식품 발암물질 식별 | 1 | 알코올 음료와 발효식품에서 생기는 발암물질을 가리기 |
| 초산발효 생성량 계산 | 1 | 에틸알코올 양에서 초산의 이론 최대량을 환산하기 |
| 메주 발효 주균 판별 | 1 | 재래식 된장 메주에 생육하는 세균을 가리기 |
발효 공정은 미생물의 대사에 기대므로 숙주 특이성을 먼저 본다. 박테리오파아지는 세균을 감염시켜 파괴하는 바이러스이므로, 세균을 이용하는 공정이 오염에 취약하다. 식초는 아세트산균, 요구르트는 유산균을 쓰므로 피해가 크다. 식혜와 청주는 효모를, 항생물질 제조는 방선균이나 곰팡이를, 단일세포단백은 효모나 조류를, 헥산 제조는 효모나 곰팡이를 주로 이용하므로 파아지의 직접 감염 대상이 되기 어렵다.
발효식품의 안전성은 자연 발생 유해 물질과 연결된다. 알코올 음료와 발효식품에서는 에틸 카바메이트가 생길 수 있고, 국제암연구기관이 이를 2A군 발암물질로 분류한다. 아미노산과 에탄올이 반응해 만들어지며, 아르기닌·시트룰린·우레아가 전구물질로 관여한다. 히스티딘은 히스타민 생성과 관련될 뿐 이 물질의 직접 원료가 아니다. 바이오제닉 아민은 두통이나 알레르기를 일으키는 물질이고, 니트로퓨란은 항생제, 벤젠은 유기 용매라 구분한다.
초산발효는 화학량론으로 생성량을 따진다. 반응식은 에틸알코올과 산소가 초산과 물로 바뀌는 1대1 반응이다. 에틸알코올의 분자량은 46, 초산의 분자량은 60이므로 같은 몰수에서 질량비는 60/46이 된다. 투입한 에틸알코올의 질량에 이 비율을 곱해 이론적인 최대 생성량을 구한다.
전통 발효식품은 균주가 정해져 있다. 한식 된장의 메주에는 단백질 분해 효소와 아밀라아제를 내는 고초균, 곧 바실러스 서브틸리스가 주균으로 생육한다. 구연산 산업 발효는 흑곰팡이인 아스퍼질러스 니거가 생산 효율이 가장 뛰어나고, 누룩곰팡이인 아스퍼질러스 오리자는 전통 발효식품에 쓰인다. 식초 발효에는 아세토박터 아세티와 옥시단스가 유용하지만, 아세토박터 자일리눔은 점질성 셀룰로오스를 만들어 품질을 떨어뜨리는 유해균이다.
발효 방식과 처리법도 구분한다. 당화와 알코올 발효가 같은 용기에서 동시에 진행되면 병행복발효라 하고, 청주와 사케가 대표적이다. 젖산균 가운데 루코노스톡 속은 젖산 외에 가스와 알코올을 함께 만들어 이상발효를 일으킨다. 폐수의 생화학적 산소 요구량을 낮추는 발효법으로는 힐데브란트-에르브법이 있다.
초산발효 생성량 계산이 대표적이다. 탄소원으로 에틸알코올 1kg을 배지로 하여 초산발효를 하면, 반응식에서 에틸알코올 1몰이 초산 1몰로 바뀌므로 몰수 비는 1대1이다. 에틸알코올의 분자량 46과 초산의 분자량 60을 대입하면 1000g × (60 ÷ 46) ≈ 1304g이 되어, 이론적인 최대 생성량은 약 1304g이 된다.
함정은 비율을 뒤집는 것이다. 분자량 비 60/46을 46/60으로 바꾸거나 몰수 비를 1대1이 아니라고 두면 오답이 된다. 에틸알코올 46g이 초산 60g으로 전환된다는 기준을 먼저 세우고, 투입 질량에 같은 비율을 적용한다.
식품의 저장 및 발효과정에서 자연 발생되는 독성물질로 알코올 음료와 발효식품에 함유된 발암물질은?
정답 ① · 문제는 발효 및 저장 과정에서 자연 발생하고 알코올 음료 및 발효식품에 함유되어 발암성이 문제되는 물질을 묻고 있다. 에틸카바메이트는 발효·저장 중 에탄올과 아미노산 유래 성분의 반응 등으로 생성될 수 있는 발암성 물질로 알려져 있다.
알코올 및 발효식품에서 자연 발생되는 발암물질은 에틸 카바메이트이며, 니트로소아민과 함께 주요 주의 대상입니다.
탄소원으로 1kg의 에틸알코올을 배지로 하여 초산발효 하였을 때 얻어지는 초산의 이론적인 최대 생성량은 약 얼마인가?
정답 ③ · 초산발효는 에틸알코올이 초산균에 의해 산화되어 초산과 물로 변하는 반응입니다. 화학반응식은 C2H5OH + O2 → CH3COOH + H2O 입니다.
에틸알코올(C2H5OH, 분자량 46) 1몰이 초산(CH3COOH, 분자량 60) 1몰로 전환되므로 1000g × (60/46) ≈ 1304g이다.
한식(재래식)된장 제조시 메주에 생육하는 세균으로 옳은 것은?
정답 ① · 재래식 메주를 띄워 된장이나 고추장을 담글 때, 메주 표면에 하얗게 자라나는 균의 주종을 형성하는 세균은 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis)입니다. 이 세균은 일명 '고초균'이라고도 불리며, 메주 발효 중에 단백질 분해 효소와 아밀라아제를 분비하여 콩 단백질을 아미노산으로 분해함으로써 된장 특유의 감칠맛과 향을 내는 핵심적인 미생물입니다.
한식 된장 제조 메주 발효의 주균은 단백질 분해 효소를 생성하는 고초균인 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis)이다.
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