개요
발효는 미생물이나 미생물이 만들어낸 효소의 작용으로 유기물이 분해·변환되면서 새로운 물질이 만들어지는 생물학적 과정이다. 식품 분야에서는 이러한 작용을 이용해 원재료의 맛과 향, 조직감, 저장성 등을 변화시키는 과정이라는 의미로 널리 사용된다.
발효에는 효모, 세균, 곰팡이 등 다양한 미생물이 관여한다. 미생물의 종류와 원료, 온도, 산소 공급, 수분, 염도 등의 조건에 따라 생성되는 물질과 최종 제품의 특성이 달라진다.
발효의 원리
미생물은 생장하고 에너지를 얻기 위해 주변의 당류와 단백질 등 여러 영양성분을 이용한다. 이 과정에서 효소가 작용해 원료의 성분이 더 작은 물질로 분해되거나 새로운 물질로 전환된다.
효모가 당을 이용해 에탄올과 이산화탄소 등을 만드는 알코올 발효, 젖산균이 당을 분해해 젖산을 만드는 젖산 발효가 대표적이다. 초산균이 알코올을 산화해 초산을 생성하는 과정처럼 산소가 관여하는 발효도 식품산업에서 활용된다.
따라서 발효를 단순히 ‘산소가 없는 상태에서만 일어나는 과정’으로 한정해서 이해하는 것은 적절하지 않다. 생화학에서는 좁은 의미로 무산소 에너지 대사를 발효라고 설명하기도 하지만, 식품과 산업 분야에서는 미생물을 이용해 원하는 물질을 생산하는 과정을 더 넓게 발효라고 부르기도 한다.
발효에 이용되는 미생물
발효에 주로 이용되는 미생물에는 세균, 효모, 곰팡이 등이 있다. 젖산균은 김치와 요구르트 등에서 당을 이용해 젖산을 생성하며, 산도를 낮춰 식품의 맛과 저장 특성에 영향을 준다.
효모는 포도당과 같은 당을 이용해 알코올과 이산화탄소 등을 생성할 수 있어 술과 빵 제조에 널리 활용된다. 곰팡이는 다양한 효소를 만들어 전분과 단백질 등 복잡한 성분을 분해할 수 있어 누룩, 메주, 장류 등의 제조 과정에서 중요한 역할을 한다.
전통 발효식품에서는 여러 종류의 미생물이 동시에 또는 순차적으로 작용하기도 한다. 최근에는 맛과 향, 발효 속도, 안전성과 품질을 일정하게 관리하기 위해 특정 특성을 가진 미생물을 종균으로 선발해 사용하는 방식도 확대되고 있다.
발효와 부패의 차이
발효와 부패는 모두 미생물이 식품의 성분을 변화시키는 과정이라는 공통점이 있다. 그러나 일반적으로 사람이 원하는 방향으로 맛과 향, 저장성 또는 특정 물질을 만들어내는 경우를 발효라고 하고, 식품의 품질을 떨어뜨리거나 위해를 일으키는 방향으로 변화하는 경우를 부패라고 구분한다.
같은 원료라도 어떤 미생물이 자라는지와 온도·수분·산도·산소 등의 환경조건에 따라 발효가 성공적으로 진행되거나 원하지 않는 미생물이 증식해 품질이 나빠질 수 있다.
따라서 전통적인 자연발효에서도 위생적인 원료와 용기 관리가 중요하며 산업적 발효에서는 미생물 종류와 온도, 시간, 산도 등 제조조건을 체계적으로 관리한다.
대표적인 발효식품
우리나라의 대표적인 발효식품에는 김치, 된장, 간장, 고추장, 청국장, 막걸리와 같은 주류 등이 있다. 김치에서는 주로 젖산균이 발효 과정에 관여하며, 장류에서는 곰팡이와 세균, 효모 등 여러 미생물이 복합적으로 작용한다.
주류에서는 원료에 따라 당화와 알코올 발효가 진행된다. 과실처럼 처음부터 당이 많은 원료는 효모가 당을 직접 발효할 수 있고, 쌀과 같은 전분질 원료는 효소에 의해 전분을 당으로 분해하는 당화 과정이 먼저 또는 동시에 이루어진다.
요구르트와 치즈, 식초, 빵 등도 대표적인 발효식품이다. 어떤 식품을 만드는지에 따라 사용하는 미생물과 발효조건이 달라진다.
영양과 식품 품질
발효 과정에서는 원료에 들어 있던 탄수화물·단백질 등이 분해되면서 유기산, 알코올, 향기성분, 아미노산 등 다양한 물질이 생성될 수 있다. 이 때문에 원재료와 다른 맛과 향이 만들어지고 식품의 조직이나 소화 특성이 변할 수 있다.
일부 발효에서는 산도가 낮아지거나 알코올 등이 생성돼 특정 부패 미생물의 증식이 억제되고 저장성이 높아질 수 있다. 그러나 모든 발효식품이 동일한 영양효과를 갖거나 모든 발효미생물이 건강에 유익한 것은 아니다.
발효식품의 특성은 원료와 미생물, 제조방법, 염분과 당 함량 등에 따라 크게 달라진다. 따라서 ‘발효되었다’는 사실만으로 건강기능이나 질병 예방 효과를 단정하기보다 개별 식품의 영양성분과 섭취량을 함께 고려하는 것이 중요하다.