발효

3. 발효와 부패의 차이

발효와 부패는 모두 미생물이 유기물을 분해하는 현상이다. 하지만 분해 산물이 사람에게 유용하면 발효, 악취나 독성 등으로 해를 끼치면 부패라고 부른다. 과학적으로 발효와 부패는 동일하다.^[1] 부패는 부패 세균에 의해 일어나며, 악취를 내거나 유독물질을 생성한다.^[1]

4. 생물학적 역할 및 분포

발효는 세균과 진핵생물 모두에게 공통적으로 나타나는, 분자에서 에너지를 추출하는 대사 방식이다.^[133] 이는 산소가 없는 환경에 적합하며, 가장 오래된 대사 경로로 여겨진다.^[133]

균류의 일종인 효모는 과일 껍질, 곤충과 포유류의 소화관, 심해 등 다양한 환경에서 발견되며, 당이 풍부한 물질을 에탄올과 이산화 탄소로 전환하여 에너지를 얻는다.^[101][102]

포유류의 근육은 격렬한 운동 시 산소 공급이 제한될 때 발효를 통해 젖산을 생성한다.^[103] 무척추동물의 경우 발효를 통해 석신산과 알라닌을 생성한다.^[104]

발효 세균은 소의 반추위, 담수 퇴적물 등에서 메탄 생성에 중요한 역할을 한다. 이들은 수소, 이산화 탄소, 포름산, 아세트산, 카복실산 등을 생성한다. 이후 미생물들이 이산화 탄소와 아세트산을 메탄으로 전환한다. 아세트산 생성 세균은 산을 산화시켜 더 많은 아세트산과 수소, 포름산을 만든다. 최종적으로 고균역에 속하는 메테인 생성균이 아세트산을 메탄으로 전환한다.^[105]

5. 생화학적 개요

6. 발효 생성물

6. 1. 에탄올

6. 1. 1. 바이오 에탄올 발효의 역사

6. 2. 젖산

• 동형젖산 발효(homolactic fermentation): 최종 생성물로 주로 젖산만을 생성한다.
• 이형젖산 발효(heterolactic fermentation): 일부 젖산이 추가로 대사되어 에탄올과 이산화 탄소^[116] (포스포케톨레이스 경로를 통해), 아세트산 또는 다른 대사 산물을 생성한다.

• 젖산에 의한 산성화는 생물학적 과정을 방해한다.
• 고농도의 젖산은 르 샤틀리에의 원리에 의해 발효 속도를 감소시킨다.
• 젖산에서 쉽게 전환될 수 있는 에탄올은 휘발성이어서 쉽게 빠져나간다.

6. 3. 수소 가스

6. 4. 메탄

6. 5. 기타

7. 넓은 의미의 발효

식품 및 산업 분야에서 발효는 살아있는 생물이 제어된 용기 내에서 수행하는 모든 화학적 변화를 의미한다. 이는 생화학적 의미의 발효뿐만 아니라 더 넓은 범위의 현상을 포함한다.^[24]

7. 1. 대체 단백질

• 대체육을 위한 재조합 미오글로빈 (Motif Foodworks)
• 대체육을 위한 재조합 레그헤모글로빈 (임파서블 푸즈(Impossible Foods))
• 유제품 대체를 위한 재조합 유청 단백질 (퍼펙트 데이)
• 유제품 대체를 위한 재조합 카제인 단백질 (Those Vegan Cowboys)^[25]
• 재조합 계란 흰자 (EVERY)

7. 2. 효소

8. 산업적 생산 방식

산업적 발효에는 여러 방식이 사용된다. 대부분은 비연속 발효 또는 유가 배양식 발효를 사용하지만, 무균 상태 유지가 어렵다는 점 등 여러 난제를 해결할 수 있다면 연속 발효가 더 경제적일 수 있다.^{[121][28][76]}

8. 1. 비연속 발효 (회분 발효)

• 유도기: 세포가 환경에 적응하는 시기이다.
• 증식기(지수적 성장기): 세포가 지수적으로 생장하는 단계이다.
• 정지기: 영양소가 많이 소비되면 세포 생장이 느려지고, 비지수적이 되지만 2차 대사 산물(상업적으로 중요한 항생제 및 효소를 포함)의 생성이 가속화된다. 대부분의 영양소가 소비된 후에는 정지기에 이른다.
• 사멸기: 정지기 이후 세포가 사멸하는 단계이다.^[122]

8. 2. 유가 배양식 발효

8. 3. 개방 발효

8. 4. 연속 발효

9. 발효 이용의 역사

신석기 시대부터 인류는 술을 만들기 위해 발효를 사용해 왔다. 기원전 7000~6600년경 중국 자호(賈湖)의 문서,^[124] 기원전 5000년 인도의 아유르베다에 언급된 약용 포도주, 기원전 6000년의 조지아,^[125] 기원전 3150년의 고대 이집트,^[126] 기원전 3000년 바빌론,^[127] 기원전 2000년 스페인 정복 이전의 멕시코,^[127] 기원전 1500년의 수단^[128] 등에서 발효를 이용한 흔적을 찾아볼 수 있다. 발효 식품은 유대교와 기독교에서 종교적으로 중요하게 여겨졌으며, 발트 신화의 "Rugutis"는 발효의 신으로 숭배받았다.^[129][130]

9. 1. 1930년대 이후

10. 발효차

발효차(醱酵茶)는 찻잎에 함유된 산화 효소에 의해 산화 처리한 차로, 일반적인 미생물에 의한 발효와는 다르다. 미생물이 작용하지 않으므로 진정한 발효는 아니다. 산화 정도에 따라 차의 종류가 여러 가지로 나뉘는데, 홍차, 보이차는 완전 발효, 우롱차는 반발효차이다.

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