발효음식(김치, 된장, 고추장, 술, 유제품, 요구르트)과 미생물의 관계, 역할

발효음식은 식품 특유의 성분들이 미생물의 작용으로 분해되거나 새로운 성분이 합성되어 저장성이 우수해지고 오히려 영양가가 향상된다. 콩 발효식품, 주류와 식초, 빵류, 절임류, 염장식품, 유 발효식품 등 그 수를 헤아릴 수 없을 만큼 다양하다.
발효(醱酵)란 탄수화물과 지방이 미생물의 작용으로 분해되어 사람에게 유익한 생산물로 변화한 현상으로 곰팡이, 효모, 세균 등 미생물이 중요한 역할을 한다. 동양의 술 제조에 쓰이는 누룩과 장을 만드는 메주에는 털곰팡이나 거미줄곰팡이가 많이 존재하고 일본의 청주·간장·된장 등에는 누룩곰팡이가 요긴하게 쓰인다. 또 치즈의 발효에 관여하는 푸른곰팡이 등이 발효를 돕는 대표적인 곰팡이류이다. 이 외에도 술을 만드는데 관여하는 효모, 장류와 청국장의 제조에 이용되는 세균, 김치의 신맛이나 서양의 우유 발효 제품의 신맛을 내는 세균의 하나인 젖산균, 식초를 만드는데 쓰이는 식초산균 등이 있다. 이렇듯 발효에 있어 미생물의 작용이 중요한데 이런 미생물에 의해 발효식품이 만들어진다는 사실이 밝혀진 것은 불과 100여 년 전의 일이다.
우리 발효음식 중에서 특히 건강에 좋은 것으로 알려진 김치와 청국장은 미생물의 역할이 가장 두드러지는 음식이다.

1990년대 중반 이후부터 김치에 대한 연구가 활발해졌다.
금방 담근 김치는 일반세균이 최대 10배까지 급속히 증식하다가 다시 급속히 사멸해버린다. 이유는 세균이 급격하게 증가하면서 만들어내는 이산화탄소가 포화상태에 이르러 더 이상 세균이 살 수 없는 상태가 되는 것으로 이 때쯤 공기가 없어도 살 수 있는 혐기성 미생물인 젖산균이 활동을 시작하게 된다.
젖산균은 시큼한 젖산을 만들며 배추·무를 서서히 김치로 무르익게 만든다. 이 때가 젖산균만이 살 수 있는 환경이 되는데, 젖산균은 박테리오신이라는 항생물질을 만들어 이 때 생겨나는 다른 미생물을 자라지 못하게 방어한다.
젖산 균도 김치의 익은 정도에 따라 다르게 존재하는데 중간 정도로 익은 김치에는 둥근 형태인 젖산균(구균)이, 더 익은 김치에는 막대 모양의 젖산균(간균)이 주로 생존한다. 구균은 주로 젖산과 에탄올 등 여러 유기물을 생산하는 균이며 간균은 주로 젖산만을 생성함으로 김치가 익을수록 시큼털털해지는 이유가 바로 이 간균 때문이다.
김치 1㎖에는 최대 10억~100억개까지의 유산균이 존재한다. 그러나 점차 신맛이 강해지면서 젖산균조차 적응을 하지 못하고 사멸하게 되는데 이 때가 되면 효모가 증식하게 되고 흔히 말하는 '군내'가 나기 시작하는 것이다.

대표적인 건강 식품으로 알려진 청국장도 원료인 대두의 영양 뿐 아니라 미생물이 생산하는 새로운 물질이 보다 건강에 좋은 음식으로 재탄생시키는 것이다.
청국장은 발효 과정에서 항암효과가 있는 점질물질(폴리 글루타메이트) 및 면역증강효과가 있는 고분자 핵산, 항산화물질인 갈변물질, 혈전용해효과가 있는 단백질 분해효소 등이 생긴다. 이 역할은 주로 바실러스(Bacillus)라는 세균이 하게 되는데 이 미생물은 대두에 존재하는 단백질을 분해하여 작은 조각의 아미노산으로 만들어 주기 때문에 인체에서 청국장의 대두 소화흡수율이 매우 높아지게 되고 장내 부패균의 활동을 약화시키고 병원균에 대한 항균작용을 하게 한다. 인체에 이로운 이 균이 부패균의 활동을 억제함으로써 부패균이 만드는 발암물질이나 암모니아, 인돌, 아민 등 발암촉진 물질을 감소시키는 것이다. 뿐만 아니라 이러한 유해 물질을 흡착하고 배설시키는 작용을 하기도 한다. 대개 유해물질은 간에서 해독되나 청국장에 의해 유해물질의 생성이 줄어들면 간의 부담이 가벼워져 피로회복이나 피부의 거칠어짐을 막는 효과가 커지게 된다. 특히, 비타민B2가 많아 간의 해독 기능을 좋게 해 술이나 담배에 시달린 간을 보호해 주는 힘도 있다. 비타민B2는 콩에도 100g당 0.3mg으로 많이 함유돼 있지만, 이것을 삶으면 0.05mg으로 격감된다. 그러나 이것을 다시 발효시켜 청국장으로 만들면 0.56mg으로 원래 콩보다 훨씬 급증한다.
바실러스는 또 유기산을 생성, 장을 자극해 소화활동을 활발히 해주기도 한다.
청국장에는 많은 균들이 작용을 한다. 청국장의 맛과 향은 대두를 발효시키는 균주에 따라 달라진다. 따라서 어떤 균주를 사용하느냐가 중요한데, 균들의 모양이나 색 그리고 특성 등이 다양하다. 이러한 여러 종류의 균들이 청국장의 맛과 풍미를 좌우하게 된다.
일반적으로 청국장은 전통적 방법의 경우 콩을 물에 불려 삶아서, 이를 볏짚과 섞어주어 볏짚내의 균주가 삶은 콩으로 이동하여 발효시키게 된다. 37~42도의 온도에 80%의 습도를 유지해주면 2~3일 정도 지나서 콩의 표면이 발효되어 갈색이 진해지면서 끈적끈적한 하얀 실이 생기게 되는데, 이 실이 많이 생길수록 좋은 청국장이다.

술을 만드는 미생물은 대부분 효모이다.
맥주는 맥아즙에 호프를 넣어 풍미를 좋게 하고 여기에 맥주 효모를 넣어 알콜 발효를 시켜 제조한다.
맥주 효모는 크게 상면 발효 효모와 하면 발효 효모가 이용되는데 발효 중에 효모가 위에 뜨는 상면 발효(Saccharomyces cerevisiae)는 영국·미국의 일보, 캐나다, 벨기에 등에서 사용된다. 효모가 바닥에 가라앉는 하면 효모(Saccharomyces carlsvergensis)를 사용하는 맥주는 라거 맥주로 유럽이나 북미대륙, 일본 등에서 사용된다.
와인 제조에도 주로 효모가 관여하는데 포도주용 효모는 Sccharomyces Cerevisiae 또는 ellipsoideus 로 이들 효모를 순수 배양하게 사용하기도 하고 포도 과피에 부착되어 있는 야생효모를 이용해 자연발효 시키기도 한다.

요구르트와 치즈 등의 유제품은 젖산균을 이용해 제조한다.
요구르트는 탈지유를 적당한 농도로 만든 다음 가열살균한 다음 스타터라고 불리는 젖산균을 넣어 배양시킨다. 주로 Lactobacillus bulgaricus와 Streptococcus lactis 등을 사용하는데 최근에는 각 회사 마다 고유한 균주를 분리하거나 개발하여 사용하기도 한다.
요구르트는 이러한 젖산균을 넣어 발효시킨 후 살균하지 않기 때문에 살아 있는 젖산균을 다량 함유하고 있다. 따라서 대장균을 비롯한 해로운 장내 세균의 발육을 억제시키는 기능을 한다.
치즈도 요구르트처럼 젖산균을 스타터로 첨가해 제조하는데 요구르트에 비해서는 보다 다양한 미생물을 사용한다. 곰팡이를 사용해 숙성시키는 치즈도 있는데 이런 치즈는 표면이 빨간색이나 검정색으로 나타나기도 한다.