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미생물이야기 발효 미생물
2013-08-19 10:14:20
이엠생명과학연구원

발효 미생물의 종류


① 누룩균(麵菌/Aspergillus, Rhizopus) 
 
이 미생물은 곰팡이류의 사체기생성 사상균으로 매우 약한 산성과 서늘한 숲의 낙엽 밑을 좋아하며, 가을의 단풍이 든 낙엽이 겨울동안에 변색되는 것도 잠복했던 이 균이 활동하기 때문이다.  분해성 곰팡이가 착생하면 어떤 유기물이라도 균사가 폭신폭신한 솜털 모양으로 퍼진다. 어떠한 발효에도 발효가 시작되면 대개 누룩균이 최초로 활동하는 것으로 이 균이 없으면 발효는 시작되기 어렵다. 식물의 조직 중 셀룰로오스와 같이 단단한 조직이라던가 유기물의 세포 속까지는 좀처럼 먹어 들어가기 어려운 메주의 발효에서도 콩의 껍질처럼 단단한 재료도 삶아 놓으면 쉽게 이용할 수가 있는 것이다.
누룩균이 좋아하는 것은 전분인 탄수화물이며, 쌀겨나 밀기울은 도정이나 제분과정에서 일부 전분이 노출되어 있으므로 이를 분해하여 포도당이나 과당의 단당류로 저분자화된다. 이 당분이 없으면 단세포인 대부분의 미생물은 에너지가 부족하여 아무런 활동도 시작하지 못한다. 당이 여러 분자가 모여서 이루어지는 다당류인 탄수화물은 분자가 너무 커서 바로 이용할 수 없기 때문에 누룩균이 최초로 작고 먹기 쉬운 단당류를 만들어 놓으면 비로소 다른 발효미생물들이 나타나 그 당을 먹이로 활성화되기 시작한다.
이 누룩균이 25~30℃정도의 온도에서 활성화되면 달콤한 감주냄새가 나고, 고온을 싫어하므로 저온~중온균에 해당된다. 그러므로 계절은 겨울을 좋아하며, 예부터 술을 빚는 것도, 된장을 만드는 것도 겨울철을 택하고 있다. 발효비료를 만드는 도중에 45℃이상으로 온도가 상승하면 이 균은 죽고 만다. 죽지만 누룩균이 내놓은 효소만은 계속 활동하여 당화작용은 계속되는 것이다.
다음 단계로 고온을 좋아하는 메주균이 활성화되어 나타나면 발효온도는 60℃ 이상까지도 올라간다. 그러나 누룩균은 전멸하는 것이 아니라 고온이 지속되는 동안만 온도가 높지 않은 표면이라든가 공기 중에 피난하여 머물고 있게 된다. 환경이 더욱 나빠지면 포자를 날려 개체수는 얼마든지 늘릴 수 있다. 수분도 50% 이하가 좋으며, 균비(菌肥/ボカシ)의 수분을 40%정도로 조절하는 것도 이 균의 환경을 보장하기 위한 것이다.
 
② 메주균(황곡균/황균/Nattobacillus)
 

이 발효미생물은 황곡균(黃穀菌) 또는 황균(黃菌)이라고도 불리는 사체기생성 미생물로 곰팡이와는 달리 균사는 발달하지 않는다. 뚜렷하지는 않지만 많이 번성하면 흰 무리(集團/colony)모양으로 보이며, 이름대로 담북장을 만들 때 활동하는 미생물로 끈적끈적한 분해효소를 분비하여 콩의 단백질을 아미노산으로 바꾸는 기능이 있다.
누룩균은 부드러운 물질만을 분해하지만 이 미생물은 70℃정도의 고온과 알칼리성을 좋아하여 활동 중에는 고온의 호흡열과 알칼리성의 분해효소를 분비하면서 단백질, 지방, 탄수화물 등 유기물은 무엇이든지 분해하며, 단단한 셀룰로오스도 분해할 수 있는 것은 이 균과 고초균(枯草菌)이다. 발효 중에는 간장의 아미노산 냄새가 진하게 나며, 이 균은 물도 매우 좋아하므로 여름에는 논에 다량 서식하고, 산소도 매우 좋아하며, 볏짚에서 많이 잠복하고 있으므로 예부터 볏짚에서 담북장 균을 유도해 내고 있다.
그러나 활성이 지나치게 커서 그대로 방치해두면 단백질을 아미노산으로 분해한 것을 암모니아로까지 계속 분해시켜서 모두가 휘산(揮散)하고 만다. 따라서 이 균의 계속적인 분해를 정지시키려면 재료를 펴서 온도를 내려 수증기가 올라오는 것을 중지시켜 주면 된다. 많은 당과 아미노산을 생산하여 놓으면 이를 먹이로 하는 젖산균이 증식되기 시작하고, 젖산균이 서식하면 산성인 젖산을 분비하므로 자연스럽게 메주균의 활성을 낮추어 준다.

 

③ 고초균(枯草菌/Bacillus)
 
고초균은 흔히 바실러스라고도 불리는 메주균의 일종이다. 메주균은 논의 벼에 많이 서식하고 있지만 고초균은 메주균 보다도 건조와 열에 강하므로 밭에 많이 서식하고 있다. 띠풀과 갈대에도 잘 붙어 있으며 발효비료를 띠풀이나 갈대로 덮어 주면 메주균 대신으로 고초균이 다량 번식한다.
고초균도 메주균과 같은 정도로 강력하게 단백질이나 전분을 분해할 수 있으며, 더운 환경을 좋아하므로 여름에 토양을 발효시켜 끈적끈적한 분해효소를 분비하여 단립(團粒)을 촉진시키는 역할을 한다.

 
④ 젖산균(乳酸菌/Lactic Acid Bacteria)
 
젖산균은 산성의 깨끗한 환경을 좋아하며, 유산균음료로 사람들에게 잘 알려져 있는 미생물이다. 봄~장마철과 가을철에 활발한 활동을 하며, 당(糖)을 대단히 좋아하므로 누룩균이나 메주균이 만들어 놓은 당을 먹이로 번식한다. 유기물의 분해도 약간은 하지만 그다지 활발하지는 않으며, 증식과정에서 유기산인 젖산을 많이 내어 pH 2.0~2.5의 강산성을 만들기 때문에 강력한 살균력을 발휘하여 잡균을 청소하고 발효의 전 단계에서 활동하던 메주균의 지나친 활동으로 암모니아가스가 발생되는 것도 제동을 건다.
젖산균이 pH를 강화시킴으로서 여러 가지 아미노산, 비타민, 호르몬, 핵산 등을 합성하는 효모균이 쉽게 정착하도록 여건을 조성한다. 40~50℃ 정도의 중온(中溫)을 좋아하지만 100℃가 되어도 죽지는 않는다. 통성혐기성세균이므로 산소가 있든 없든 살아가는 강인성을 가지고 있다. 그러나 지나치게 덥다던가 추운 것은 싫어하여 봄은 벚꽃이 필 무렵부터 장마기까지와 가을의 단풍 무렵에 가장 활동이 왕성하다.
젖산균이 분비하는 유기산은 아주 묽어져서 작물에 흡수되면 작물체내의 체액을 조정하여 내병성을 높인다든지, 장마에도 수종(水腫)이 생기지 않는 체질로 만들어 놓는다. 그 외에도 토양에 증식되면 많은 유익한 활동이 나타나지만 환경이 부적합하면 증식되지 않는다.
최근에는 김치관계로 젖산균에 대한 연구가 많이 진전되어 용도에 따라 적합한 균이 많이 개발되고 있다.
 

⑤ 효모균(酵母菌/Yeast)

 

효모균은 발효과정에서 다양한 식물의 비료성분과 생리활성물질 및 호르몬을 생성시키는 발효미생물로 누룩균, 메주균 등이 유기물을 분해하고, 젖산균이 산성의 정착조건을 만들어 놓으면 발효물질을 양질의 아미노산, 핵산, 지방산, 호르몬, 비타민, 각종 미네랄 등으로 합성하는 역할을 하므로 합성균(合成菌)이라고도 말한다.
날씨가 서늘해지는 초가을부터 활발히 증식되며, 특히 포도의 과실표면에는 고밀도로 증식된다. 잘 만들어진 발효비료는 전체가 효모균의 균체 덩어리이므로 이를 농경지에 시비하면 균체 속의 중요한 유기 영양소를 이용하여 논밭의 미생물이 일제히 활력을 얻으므로 흙이 일거에 비옥해 지고 작물도 이를 흡수하여 놀랄 정도로 생육이 건전해진다. 그러나 합성은 잘해도 분해는 못하기 때문에 최초의 먹이가 되는 당은 언제나 발효균들이 만든 것을 이용해야하고 마지막 단계에서 30℃이하로 낮추어 서서히 숙성시키는 것이 좋다.
pH는 4~4.5정도가 적당하고, 산소가 부족하면 알코올을 발생시키는 합성을 하므로 자주 뒤섞으면서 신선한 공기를 넣어 주지 않으면 알코올만 만들어 술이 되고 만다. 고온으로 올리던가 물을 뿌려주면 부패균(酪酸菌)이 세력을 얻으므로 주의해야 한다. 한편 효모균은 무기상태의 원소도 이용하므로 N-P-K 등의 화학비료를 발효시켜 유기화 하고자 할 때도 미네랄로 균체 내에 흡수토록 하여 안전하게 보존하였다가 뿌리에 흡수시킬 수가 있으며, 균비를 조금씩 보충시켜주면 다른 미생물도 활성을 띠게 한다.

 
⑥ 방선균(放線菌)
 
균사를 방사상으로 신장하는 분화한 세균. 방사선균이라고도 한다. 그러나 좁은 뜻으로는 세균에 포함시키지 않는 경우가 있다. 토양균으로서 보편적으로 존재하며 일부는 동물, 식물의 병원균으로서 분리되었다. 방선균은 동물에 병원성이 없는 것과 있는 것이 있는데, 병원성이 없는 것을 스트렙토미세스과(Streptomycetaceae)라 하고, 병원성이 있는 것은 악티노마이세스과(Actinomycetaceae)라고 한다. 또한 전자에서는 공기 중의 균사에 분생포자가생기는것을스트렙토미세스속(Streptomyces)이라 하고, 짧은 분생자 자루 위에 1~수 개의 분생포자가 생기는 것을 미크로모노스포라속(Micromonospora)이라 한다. 후자에서는 무산소 성형으로 항산성인 동물 병원균을 악티노마이세스속이라 하고, 산소성형으로 일부 항산성인 균을 노카르디아속(Nocardia)이라고 한다. 방선균은 전부 268종이 알려져 있다. 방선균은 균사 형태로 발육하는 데 균사는 분지되어 공기 중으로 균사를 내는 것도 있으나 일반적으로는 한 덩어리가 되어 배지에 점착한다. 대부분이 그람 양성균이다. 방선균의 감별에는 영양균사(배지 속으로 침입한 균사)의 색소 생산능력과 공기 중의 균사에 분생포자가 붙어 있는 모양이나 또는 인공배지의 착색성 등 여러 성질에 의하여 분류된다.




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