포도주 발효
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1. 개요
포도주 발효는 포도주 양조 과정에서 당이 효모에 의해 에탄올과 이산화탄소로 변환되는 현상을 의미한다. 자연 발효는 포도원이나 포도 자체에 존재하는 야생 효모에 의해 일어나며, 배양 효모를 사용하면 발효 과정을 제어하여 와인의 특성을 조절할 수 있다. 발효 과정은 온도, 효모 종류, 첨가물 등 다양한 요인에 의해 영향을 받으며, 2차 발효, 탄산가스 침용, 유산 발효 등 다양한 형태로 진행될 수 있다.
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| 포도주 발효 | |
|---|---|
| 발효 | |
| 개요 | |
| 발효란 | 포도주 양조에서 효모가 포도즙의 당을 에탄올, 이산화 탄소 및 열로 전환하는 생화학적 과정이다. |
| 역할 | 발효는 포도주 양조 과정에서 가장 중요한 단계 중 하나이다. 발효가 진행됨에 따라 포도즙은 알코올 음료로 변환된다. |
| 효모 역할 | 효모가 없으면 발효가 일어나지 않는다. |
| 발효 과정 | |
| 효모 | 야생 효모와 재배 효모 모두 포도주 양조에 사용될 수 있다. |
| 야생 효모 | 장점: 복잡하고 독특한 풍미를 생성할 수 있다. 단점: 예측 불가능하고 때로는 바람직하지 않은 맛을 낼 수 있다. |
| 재배 효모 | 장점: 더 예측 가능하고 제어하기 쉽다. 단점: 포도주에 복잡성이 떨어질 수 있다. |
| 일반적인 발효 조건 | 온도: 최적의 효모 활동을 위해 일반적으로 20~30°C(68~86°F) 사이로 유지된다. 산소: 효모가 번식하고 건강한 발효를 시작하려면 약간의 산소가 필요하다. 영양소: 효모는 발효를 위해 질소, 비타민 및 미네랄과 같은 영양소가 필요하다. |
| 발효 종류 | |
| 알코올 발효 | 가장 일반적인 유형의 발효이며, 효모가 당을 에탄올과 이산화탄소로 전환하는 과정이다. |
| 말산-젖산 발효(MLF) | 젖산균이 사과산을 더 부드러운 젖산으로 전환하는 과정이다. 적포도주에서 더 흔하며, 포도주의 산도를 줄이고 버터 같은 풍미를 더할 수 있다. |
| 발효에 영향을 미치는 요인 | |
| 포도 품종 | 포도 품종은 포도즙의 당 함량과 산도에 영향을 미쳐 발효 과정을 바꿀 수 있다. |
| 효모 균주 | 사용되는 효모 균주는 발효 속도, 생성되는 알코올 양 및 포도주의 풍미 프로필에 영향을 미칠 수 있다. |
| 온도 | 발효 온도는 효모 활동 및 생성되는 풍미에 영향을 미칠 수 있다. |
| 산소 | 산소 수준은 효모 성장과 발효 속도에 영향을 미칠 수 있다. |
| 영양소 | 포도즙의 영양소 수준은 효모 건강과 발효 속도에 영향을 미칠 수 있다. |
| 발효 문제 해결 | |
| 정체된 발효 | 정의: 효모가 활동을 멈추고 당을 알코올로 전환하는 것을 멈추는 경우. 원인: 영양 부족 높은 알코올 수준 극단적인 온도 |
| 해결 방법 | 효모에 영양소 추가 포도주를 다른 효모 균주로 접종 온도를 조절 |
| 바람직하지 않은 맛 | 원인: 야생 효모 박테리아 오염 해결 방법 이산화황을 첨가하여 바람직하지 않은 미생물을 죽인다. 포도주를 다른 효모 균주로 접종 |
2. 역사
아주 오랜 과거에 인간이 최초로 자연 발효 현상을 발견했을 것이라고 추측된다. 양조에서 ‘발효’라는 단어는 ‘비등’이라는 단어의 부연 설명 시 최초로 사용된 것으로 보인다.[3] 라틴어 ''fervere''는 문자 그대로 ''끓다''를 의미한다. 19세기 중반, 루이 파스퇴르는 효모가 촉매 및 매개체 역할을 하여 당을 알코올로 전환하는 일련의 반응을 통해 발효 과정과 관련이 있음을 발견했다.[4] 20세기 초, 구스타프 엠덴, 오토 프리츠 메이어호프, 야쿠프 카롤 파르나스에 의한 엠덴-마이어호프-파르나스 경로의 발견은 당이 알코올로 전환되는 복잡한 화학적 과정에 대한 이해에 더욱 기여했다.[4] 2010년대 초, 뉴저지 기반의 와인 기술 회사인 GOfermentor는 일회용 생물 반응기와 유사한 일회용 라이너에서 발효되는 자동 와인 제조 장치를 발명했다.[5][6]
3. 과정
발효는 자연적으로 발생하는 현상이기에 인류는 오래전부터 이를 인지하고 있었다.[3] 포도주 양조에서 "발효"라는 단어가 처음 사용된 것은 효모가 포도 주스의 무산소 반응을 통해 당에 반응하여 이산화탄소를 방출하면서 나타나는 즙액 내의 "끓음" 현상을 지칭한 것이다. 라틴어 ''fervere''는 문자 그대로 ''끓다''를 의미한다. 19세기 중반, 루이 파스퇴르는 효모가 촉매 및 매개체 역할을 하여 당을 알코올로 전환하는 일련의 반응을 통해 발효 과정과 관련이 있음을 발견했다. 20세기 초, 구스타프 엠덴, 오토 프리츠 메이어호프, 야쿠프 카롤 파르나스에 의한 엠덴-마이어호프-파르나스 경로의 발견은 당이 알코올로 전환되는 복잡한 화학적 과정에 대한 이해에 더욱 기여했다.[4] 2010년대 초, 뉴저지 기반의 와인 기술 회사인 GOfermentor는 일회용 생물 반응기와 유사한 일회용 라이너에서 발효되는 자동 와인 제조 장치를 발명했다.[5][6]
3. 1. 효모의 종류
포도주 양조에서 발효는 외기성 효모(포도밭이나 포도 자체에 있는 효모)와 배양된 효모(양조에 사용되기 위해 재배되고 분리된 효모) 두 가지에 의해서 발생된다. 많은 와인 제조업체들은 예측 가능한 배양 효모로 발효를 제어하는 것을 선호한다. 활성 효모가 포도 머스트에 도입되면 인산염이 설탕에 부착되고 6개의 탄소 설탕 분자가 3개의 탄소 조각으로 분해되기 시작하여 일련의 재배열 반응을 거친다. 이 과정에서 카르복실산 탄소 원자는 이산화탄소 형태로 방출되고 나머지 성분은 아세트알데히드가 된다. 이 무산소 과정에서 산소가 없으면 아세트알데히드는 결국 환원에 의해 에탄올로 전환될 수 있다. 아세트알데히드의 전환 과정에서 소량이 산화에 의해 아세트산으로 전환될 수 있으며, 과다할 경우 휘발성 산도(식초 냄새)로 알려진 와인 결함이 발생할 수 있다. 효모가 수명을 다하면 리로 알려진 침전물로 발효 탱크의 바닥으로 떨어진다.[11] 효모는 머스트의 모든 설탕이 다른 화학 물질로 변환되거나 알코올 함량이 15% 알코올/부피를 초과할 때 활성을 중단한다. 이는 거의 모든 효모 균주의 효소 활성을 중단할 만큼 충분히 강한 농도이다.[12]
3. 1. 1. 외기성 효모 (야생 효모)
양조에서 발효는 외기성 효모(포도밭이나 포도 자체에 있는 효모)와 배양된 효모(양조에 사용되기 위해 재배되고 분리된 효모) 두 가지에 의해서 발생된다.
포도주 양조에서는 와인 저장고, 포도원, 그리고 포도 자체에 자연적으로 존재하는 '주변 효모'와 포도주 양조에 사용하기 위해 특별히 분리하고 접종하는 '배양 효모'를 구분한다. 포도주 양조에서 발견되는 야생 효모의 가장 흔한 속에는 ''칸디다, 클뢰케라/한세니아스포라, 메치니코비과, 피치아'' 및 ''자이모사카로마이세스''가 포함된다.[7] 야생 효모는 고품질의 독특한 풍미를 가진 포도주를 생산할 수 있지만, 예측 불가능하고 포도주에 바람직하지 않은 특성을 도입하거나 부패의 원인이 될 수도 있다. 소수의 효모, 젖산 및 아세트산 박테리아 군집이 포도 표면에 자연적으로 서식하지만, 특히 유럽의 전통적인 포도주 제조업체들은 해당 지역의 ''테루아르''를 잘 표현해준다고 생각하여 주변 효모의 사용을 옹호한다.
3. 1. 2. 배양된 효모 (드라이 효모)
오늘날 많은 포도주 양조자들은 일정한 품질의 포도주를 만들기 위해 배양된 효모를 사용하는 것을 선호한다. 배양된 효모는 대체적으로 ''사카로미세스 세레비시에(Saccharomyces cerevisiae)'' 속에 속하며, ‘당분 효모’라고도 알려져 있다. 이 속에 속하는 수백 개 이상의 효모 계통이 있으며, 발효 과정에서 열을 내어 포도주의 특정 맛이나 특성을 강화하거나 억제한다. 서로 다른 계통의 효모를 사용하면 동일한 종류의 포도를 사용하더라도 포도주에 다양한 특성을 부여할 수 있다. 최근에는 ''사카로미세스 세레비시에'' 속에 속하지 않는 효모가 첨가되어 포도주에 다양한 맛과 향을 입히기도 한다.[8] Saccharomyces cerevisiae영어 활성 건조 효모를 사용하면 자연적으로 존재하는 균주와 경쟁하여 자발적 발효에 나타나는 균주의 다양성이 줄어든다.[9]
배양된 효모는 보통 건조되어 비활성화된 상태로 있다가, 따뜻한 물이나 포도 과즙과 만나면 활성 상태가 된다. 발효 과정이 촉진되기 위해서 지속적으로 탄소, 질소, 황, 인 공급뿐만 아니라 다양한 비타민 및 미네랄이 공급되어야 한다. 일반적인 경우 이러한 물질들은 포도 과즙 자체에 있지만 효모의 발효 과정을 조금 더 활성화하기 위해 인위적으로 첨가될 수도 있다. 최근에는 시간에 따라 해당 물질들을 순차적으로 첨가하여 효모에게 가장 적절한 환경을 조성해주는 방식이 도입되고 있다.[10]
3. 2. 인산염의 역할
인산염은 포도주 발효 과정에서 설탕에 부착되어 6탄당 분자를 3탄당으로 분해하고, 일련의 재배열 반응을 일으킨다. 이 과정에서 카르복실산 탄소 원자는 이산화탄소 형태로 방출되고, 남은 성분은 아세트알데히드가 된다. 무산소 환경에서는 아세트알데히드가 환원되어 에탄올로 전환된다. 이 때 소량의 아세트알데히드는 산화되어 아세트산이 될 수 있는데, 과도한 산화는 휘발성 산도(식초 냄새)라는 결함을 유발할 수 있다.[11]
3. 3. 발효 과정의 기타 물질들
아미노산의 물질대사와 효모에 의한 당분 분해 과정에서 포도주의 맛과 향기에 영향을 미치는 여러 생화학적 물질들이 생성된다. 이러한 물질은 알데히드, 에틸아세테이트, 에스테르, 지방산, 황화수소, 케톤, 메르캅탄 등 ‘휘발성’ 물질과 글리세롤, 아세트산, 숙신산 등 ‘비휘발성’ 물질로 분류할 수 있다.[11] 효모는 발효 과정에서 글리코사이드하이드로레이즈, 벤젠 유도체, 모노테르펜, 페놀 등도 생성한다.[13]
메탄올은 포도주의 주요 구성 성분이 아니며, 리터당 약 0.1g~0.2g 정도 포함되어 있다.[14] 이는 매우 미량이므로 인체에 해로운 영향을 미치지 않는다.[7]
4. 양조 시 고려 사항
발효 과정에서 와인 제조자는 머스트(포도즙)의 당도, 사용된 효모 균주, 발효 온도 등 여러 요소를 고려하는데, 이는 에탄올 생산에 가장 큰 영향을 미친다.[15] 발효 자체는 많은 열을 발생시켜 머스트 온도가 이상적인 범위를 벗어날 수 있다.
와인 제조자는 발효 중 발생하는 열을 제어하기 위해 적절한 용기 크기를 선택하거나 냉각 장치를 사용해야 한다.
발효와 관련된 위험 요소로는 화학 잔류물과 변질 발생이 있으며, 이산화황 첨가로 수정할 수 있지만 과도한 이산화황은 와인 결함을 유발할 수 있다. 잔류 당도가 높은 와인(예: 디저트 와인)을 만들 때는 머스트 온도를 낮추거나 브랜디와 같이 높은 수준의 알코올을 첨가하여 발효를 조기에 중단할 수 있다.[11]
발효를 통해 생성된 에탄올은 물이 용해할 수 없는 포도 껍질의 색소 등과 같은 비극성 화합물의 중요한 공용매 역할을 하여 와인 품종에 고유한 색상과 향을 부여한다. 에탄올과 와인의 산도는 박테리아 성장을 억제하여 와인을 공기가 없는 상태에서 수년 동안 안전하게 보관할 수 있게 해준다.[17]
4. 1. 온도
발효 과정에서 가장 중요한 것은 어느 정도의 온도에서, 어떤 효모를 이용하여 당분을 에탄올로 바꾸는가이다. 발효의 생화학적 과정 자체에서 많은 열이 발생하여 양조에 적합한 온도까지 상승할 수 있다.[15] 일반적으로 백포도주는 18°C에서 20°C 사이에서 발효되는데, 양조자가 포도주에 보다 다른 특성을 부여하길 원할 경우 상대적으로 높은 온도에서 발효시킬 수도 있다. 적포도주는 20°C에서 30°C 사이의 더 높은 온도에서 발효된다. 더 높은 온도에서 발효가 일어날 경우 효모가 비활성 상태가 되고, 포도주의 향과 맛이 증발해버리는 부작용이 있다.[11] 특정 양조자들은 과일 향을 극대화하기 위해 상대적으로 더 낮은 온도에서 포도주를 발효시키기도 한다.발효 과정에서 발생하는 열을 조절하기 위해 양조자들은 적절한 크기의 발효조를 선택하거나 냉각 장치를 사용해야 한다. 과거 보르도 지방에서 발효조 위에 얼음을 올려놓았던 원초적인 방법에서부터, 발효조 자체에 냉각 링을 부착하는 보다 정교한 방식까지 다양한 방식이 있다.[16]
4. 2. 기타 첨가물
발효 과정에서 생기는 위험은 불필요한 화학 물질이 남거나 포도주가 상하는 것이다. 이는 이산화황을 넣어 일부 개선할 수 있지만, 너무 많은 이산화황은 양조 실패로 이어진다. 고당도 포도주를 원하는 양조자는 초기 단계에서 온도를 낮춰 효모의 작용을 둔화시키거나, 브랜디 같은 고농도 알코올을 첨가하여 효모를 죽이는 강화 와인을 만들기도 한다.[11]
5. 발효의 기타 종류
포도주 양조에서는 '발효'라고 부르는 여러 과정이 있지만, 이들은 일반적인 포도주 발효와 항상 같은 방식으로 진행되지는 않는다. 
5. 1. 병 속의 발효 (2차 발효)
병 속에서 일어나는 발효는 스파클링 포도주를 생산할 때 사용되는 것으로, 샹파뉴 지역에서 최초로 도입되었다. 일차 효모 발효가 끝난 후의 포도주를 병에 넣은 후 효모를 첨가하여 남은 당분을 병 속에서 2차 발효시키는 것이다. 이 과정에서 생성되는 이산화탄소가 포도주에 녹아들어, 우리가 흔히 아는 스파클링 포도주가 된다.
병내 발효는 스파클링 와인 생산 방법 중 하나로, 샴페인 지역에서 유래되었다. 이곳에서는 뀌베가 1차 효모 발효를 거친 후, 와인을 병입하고 설탕과 liqueur de tirage|리큐르 드 티라주프랑스어라는 추가 효모를 와인에 첨가하여 2차 발효를 진행한다. 이 2차 발효가 스파클링 와인의 특징인 이산화 탄소 거품을 생성한다.[18]
5. 2. 탄산가스 침용 (포도알 발효)
탄산가스침용(Carbonic Maceration)은 포도알 자체의 알갱이 내부에서 발효가 일어나도록 하는 것으로, 포도알 발효(Whole grape fermentation)라고도 알려져 있다. 포도송이 전체를 밀폐된 발효조에 넣은 후 산소를 제거하고 이산화탄소를 주입한다.[19] 일반적인 발효 과정은 당분을 알코올로 전환시키기 위해 효모를 투입하지만, 탄산가스침용 방식의 경우 포도 내부, 세포 단위에 있는 효소에 의해 에탄올과 다른 화학물질들이 생성된다. 이는 주로 프랑스 보졸레 및 코트 드 론 지역에서 사용되는 방식으로, 특히 타닌 함량이 높은 품종의 포도로 타닌 함량이 낮은 과일향의 포도주를 만드는데 적합한 방식이다.[20]5. 3. 유산 발효 (젖산 발효)
젖산 발효는 효모 대신 세균이 사과산을 젖산으로 전환하는 과정이다. 이 과정은 포도주의 산도를 줄이고 맛을 부드럽게 만드는 효과가 있다.[21] 젖산 발효를 통해 포도주는 크림처럼 부드러운 질감과 버터 같은 고소한 풍미를 얻게 된다.대부분의 적포도주는 젖산 발효를 거치지만, 백포도주는 양조자의 스타일에 따라 선택적으로 사용된다. 젖산 발효는 효모 발효와 동시에 진행될 수도 있다.[21] 과도한 젖산 발효는 꽃향과 시트러스류의 풍미를 감소시킬 수 있기 때문에, 품종 고유의 향이 강하지 않은 샤르도네가 주로 젖산 발효를 거치는 품종으로 알려져 있다.
일부 효모 균주는 알코올 발효 과정에서 L-말산을 L-젖산으로 전환할 수 있도록 개발되었다.[22] 예를 들어, ''Saccharomyces cerevisiae'' 균주 ML01 (''S. cerevisiae'' 균주 ML01)은 ''Oenococcus oeni''에서 유래한 젖산 효소와 ''Schizosaccharomyces pombe''에서 유래한 말산 투과 효소를 암호화하는 유전자를 가지고 있으며, 캐나다와 미국에서 규제 승인을 받았다.[23]
참조
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It's in the Bag
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Analysis of Yeast Populations During Alcohol Fermentation: A Six Year Follow-up Study
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New substances: risk assessment summary EAU-224
http://www.ec.gc.ca/[...]
2018-10
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