발효 식품이 만들어지는 원리

발효 식품, 왜 이렇게 다양할까?

발효는 미생물이 재료의 성분을 분해해 새로운 맛과 향, 영양 성분을 만들어내는 과정으로, 어떤 미생물이 어떤 재료에 작용하느냐에 따라 김치, 요거트, 치즈, 된장처럼 전혀 다른 결과물이 만들어집니다. 전 세계 거의 모든 음식 문화권에 고유한 발효식품이 존재하는 것도 이 때문입니다.

발효는 어떻게 밝혀졌을까: 파스퇴르에서 뷔히너까지

오랫동안 사람들은 발효를 재료가 저절로 변하는 현상으로 여겼습니다. 위키백과(발효 항목) 기준으로 루이 파스퇴르는 1850~1860년대에 발효가 살아 있는 생물에 의해 시작된다는 것을 보였고, 1857년에는 젖산 발효를 생물과 연결했으며 1860년에는 박테리아가 우유를 시게 만든다는 것을 보였습니다. 이 연구는 식품 부패 연구를 거쳐 저온 살균법으로 이어졌습니다. 1897년 독일의 에두아르트 뷔히너는 효모를 갈아 얻은 세포 없는 즙이 당 용액을 발효시켜 이산화탄소와 알코올을 만든다는 것을 보였고, 이 업적으로 1907년 노벨 화학상을 받았습니다. 이후 발효는 미생물이 만든 효소의 작용으로 이해되었습니다. 이 항목은 효모가 포도당 한 분자를 에탄올 두 분자와 이산화탄소 두 분자로 바꾸고, 젖산 발효는 포도당 한 분자에서 젖산 두 분자가 나오는 반응으로 설명합니다.

발효 유형별 비교

아래 표는 위 단계 내용을 미생물 기준으로 다시 묶은 것입니다. 한 식품에도 여러 미생물이 관여할 수 있어 표는 대표적인 경우만 보여 줍니다.

실제 사례 세 가지

사례 1. 효모를 갈아도 발효가 일어났다: 뷔히너의 실험 (과학사의 사례)

19세기까지 발효는 살아 있는 효모 세포가 있어야만 일어난다고 여겨졌습니다. 에두아르트 뷔히너는 1897년에 효모를 갈아 짜낸 즙에서 세포를 제거했는데도, 이 즙이 당 용액을 발효시켜 이산화탄소와 알코올을 만든다는 것을 확인했습니다(위키백과 발효 항목 기준). 이 결과는 발효를 일으키는 것이 세포 자체가 아니라 세포가 만든 물질, 곧 효소라는 이해로 이어졌고, 생화학이라는 분야의 출발점으로 평가됩니다. 뷔히너는 1907년 노벨 화학상을 받았습니다. 배울 점은 요리에서 쓰는 발효 현상이 사실은 분자 수준의 화학 반응이며, 미생물은 그 반응에 쓰이는 효소 공장이라는 것입니다.

사례 2. 김장과 김치 속 미생물의 교대 (전통과 현대 연구의 사례)

김장은 겨울을 나기 위해 가족과 이웃이 함께 김치를 담그고 나누는 문화로, 2013년 12월 유네스코 인류무형문화유산에 올랐습니다(위키백과 기준). 김치에는 따로 넣는 스타터 균이 없고 채소에 붙어 있던 유산균이 자랍니다. 위키백과 김치 항목에 따르면 초기에는 산에 비교적 약하고 낮은 소금 농도에서도 잘 자라는 루코노스톡이 우세하다가, 산도가 오르면 산에 강한 락토바실러스와 와이셀라가 이어받습니다. 소금과 고춧가루가 해로운 균을 누르는 동안 유산균이 우세해지고, 발효 중 이상적인 소금 농도는 3% 안팎으로 소개됩니다. 상업 김치의 최종 pH는 캐나다 식품검사청이 4.2~4.5로 제시한 사례가 소개되어 있습니다. 배울 점은 김치의 신맛이 단순한 맛 변화가 아니라 미생물 군집이 차례로 바뀌며 산도가 올라간 결과이고, 소금과 온도가 그 순서를 조절한다는 것입니다.

사례 3. 곰팡이를 길들인 나라: 코지와 누룩곰팡이 (곰팡이 발효의 사례)

누룩곰팡이(Aspergillus oryzae)는 쌀이나 보리에서 키워 코지를 만들어 청주, 쇼추(일본 증류주), 간장, 미소에 쓰이는 곰팡이입니다. 위키백과에 따르면 이 곰팡이는 전분을 분해하는 아밀레이스와 단백질에서 감칠맛 성분인 글루탐산 같은 아미노산을 떼어 내는 펩티데이스 등을 분비합니다. 같은 계통에는 발암성 곰팡이독소인 아플라톡신을 만드는 곰팡이도 있어 안전성이 늘 문제로 거론되는데, 누룩곰팡이는 아플라톡신 유전자 묶음이 작동하지 않는다고 설명됩니다. 일본양조학회는 2006년 이 곰팡이를 '국균(國菌)'으로 정했습니다. 누가 먼저 이 곰팡이를 길들였는지는 중국과 일본 사이에 학자들 의견이 갈립니다. 배울 점은 곰팡이라고 해서 모두 해로운 것이 아니라 오랜 선택 과정을 거쳐 안전한 균주가 식품에 쓰이게 되었다는 것이고, 동시에 모르는 곰팡이를 함부로 먹어서는 안 된다는 것입니다.

집에서 발효할 때 알아 둘 것

• 소금과 산도는 안전장치: 보툴리눔 독소를 만드는 균은 산소가 없고, 산도가 낮고(pH 4.6 초과), 소금이 적은 환경에서 자랄 수 있습니다. 발효식품도 소금이나 산이 부족하면 위험할 수 있습니다(위키백과 보툴리누스 중독 항목 기준).
• 변질 신호: 표면에 하얗게 뜬 막, 평소와 다른 악취, 부풀거나 거품이 생긴 용기는 발효가 의도대로 진행되지 않았을 수 있다는 신호입니다. 의심되면 먹지 말고 버리세요.
• 온도 기록: 김치는 실온에서 발효가 빠르고 낮은 온도에서 천천히 진행됩니다. 담근 날짜와 보관 온도를 적어 두면 맛과 안전을 함께 관리하기 쉽습니다.
• 식중독 증상: 발효식품이나 홈메이드 통조림을 먹은 뒤 몸에 이상 증상이 나타나면 즉시 의료기관에 알리세요. 보툴리누스 중독 증상은 보통 12~36시간 뒤 나타나지만 6시간에서 10일까지 범위가 있습니다. 이 글은 의학 조언이 아닙니다.

흔한 오해와 정정

• 오해: 발효와 부패는 다른 미생물 현상이다. 실제: 둘 다 미생물이 유기물을 분해하는 현상이며, 결과가 먹을 수 있는지에 따라 이름이 달라집니다.
• 오해: 곰팡이로 만든 음식은 모두 곰팡이독소 위험이 있다. 실제: 식품용으로 쓰이는 누룩곰팡이는 아플라톡신 유전자가 작동하지 않는 것으로 알려져 있습니다. 반대로 관리되지 않은 곰팡이는 위험할 수 있습니다.
• 오해: 청국장도 곰팡이로 발효한다. 실제: 청국장은 고초균이라는 세균이 주도합니다. 위키백과 청국장 항목은 2~3일, 40도 안팎에서 발효하는 방식을 소개합니다.
• 오해: 발효식품은 오래 두어도 괜찮다. 실제: 발효 후에도 보관 온도와 위생에 따라 품질이 변합니다.

한계와 더 알아볼 점

발효식품의 영양과 건강 효과는 식품마다 근거의 수준이 다릅니다. 위키백과 김치 항목도 발효가 영양가를 높일 수 있고 미생물이 비타민 B군을 합성하거나 식물의 섬유질을 분해할 수 있다고 소개하면서, 영양 수치 표는 구체성이 부족하다는 편집자 표시가 있고 비타민 C는 발효 중에 줄어든다고 적습니다. 유산균 제품의 특정 건강 효과는 균주별로 다르므로 뭉뚱그려 말하기 어렵습니다. 구체적 효능이 궁금하면 식품의약품안전처나 학회 자료를 확인하세요. 발효 미생물의 구성은 지역, 계절, 재료마다 달라 같은 레시피로도 맛이 달라지는데, 이를 정확히 통제하는 방법은 아직도 연구 주제입니다.

감칠맛 나는 원리도 함께 알아보기

발효 과정에서 단백질이 아미노산으로 분해되면서 감칠맛 성분이 자연스럽게 풍부해지는 경우가 많습니다. 요리에서 감칠맛(우마미)이 나는 원리에서 감칠맛을 내는 대표 성분을 확인해보세요.

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