누룩

과제3, 누룩은 무엇인가?
 
 
 

법제중인 누룩

 
 

누룩의 역활

 
전통 누룩을 이용한 술은, 누룩에 자라는 곰팡이는 아스퍼질러스균과 라이조프스균이 주류를 이루며, 젖산균과 효모가 공생·공존하여 술의 발효에 관여한다. 다시 말하면 누룩 속의 곰팡이는 발효 숙성시, 전분 분해효소와 단백질 분해효소를 생산하는 것이 주된 역할이다. 
건조를 마치고 잘 띄워진 누룩의 표면과 속 안에는 다양한 종류의 미생물이 존재하며, 그 종류는 누룩 제조에 사용된 원료와 생산 환경 조건에 따라 조금씩 다르다. 대표적 누룩 미생물로는 누룩곰팡이(황국균; Aspergillus oryzae), 검은곰팡이(흑국균; Aspergillus niger), 붉은누룩곰팡이(홍국균; Monascus anka, Monascus purpureus, Monascus barkeri)와 같이 황색, 흑색, 붉은색을 보이는 곰팡이가 있으며, Rhizopus oryzae도 대표적인 누룩 곰팡이로 알려져 있다. Aspergillus 곰팡이들은 당화효소(amylase)를 생산하는데, 이것이 후에 쌀 등 발효주 원료 곡물의 전분을 당화함으로써 발효 미생물들이 이용하는 단순당을 만들어 준다. Rhizopus의 경우 단백질 분해 효소(protease)와 지방 분해 효소(lipase)를 생성하는데 이 효소들은 발효주 원료 곡물의 바깥부분에 존재하는 단백질과 지방질을 분해하는 역할을 담당한다. 누룩에는 곰팡이 외에도 효모(yease)와 세균(bacteria)도 존재하는데 대표적인 누룩의 효모에는 Pichia anomala, Saccharomyces cerevisiae 등이 있으며, 세균에는 젖산을 생성하는 Lactobailli들이 있다.
 
 

 

국균의 역활

 
흔히들 국균들이 전분을 분해해서 당을 생성한다고 말한다. 이는 반은 맞고 반은 틀리다. 왜냐하면 누룩의 곰팡이균들이 직접적인 분해를 하는 것 이 아니라. 아밀레이스와 아밀로펙틴을 생산하는 생산성 곰팡이균들 이다. 직접적인 분해는 바로 이 아밀레이스와 아밀로펙틴이 하는 일 이다. 그러므로 직접적인 녹말 당화는 곰팡이균들이 하는 것 이기도 아니기도 하다고 말하는 것 이다.
 
 
베타 아밀레이스

베타 아밀레이스는 곰팡이, 박테리아, 식물에 있다. 베타 아밀레이스는 알파 아밀라레이스와 마찬가지로 다당류에 있는 알파-1,4-글리코시드 결합을 가수분해하여 맥아당을 만든다. 베타 아밀레이스는 녹말 사슬 말단의 2번, 3번 포도당 사이의 결합을 끊는다. 이 효소는 녹말, 글리코겐, 그 외 다당류, 올리고당에 작용한다. 과일이 익을 때 베타 아밀레이스가 녹말을 맥아당으로 가수분해하여 단맛을 만든다. 많은 미생물이 베타 아밀레이스를 만들어 녹말을 분해한다. 동물 조직에는 베타 아밀레이스가 없다. 소화기관에 있는 미생물이 갖고 있을 수는 있다. 베타 아밀레이스의 적정 pH는 4.0~5.0이다.

 

 

감마 아밀레이스

아밀로펙틴 등 여러 다당류의 비환원 말단에서 마지막 알파-1,4-글리코시드 결합을 끊어서 포도당을 유리한다. 이 효소는 알파-1,6-글리코시드 결합을 끊을 수도 있다. 알파 또는 베타 아밀레이스와 비교하여 감마 아밀레이스는 더 산성인 조건, pH 3에서 활성도가 높다.

 

 

아밀레이스가 하는 작용은 글루코사이드 결합을 가수분해 한다. 쉽게말해 쌀의 전분류 나선형의 아밀로스와 분자형의 아밀로펙틴 즉, 녹말을 가수분해 하여 당분으로 환원하는 역활을 한다.

 

 

아밀레이스와 아밀로펙틴을 생성하는 대표균

 

황국균(A. oryzae)

발효에 있어서 통상적인 국균은 황국균을 의미할 정도로 황국균은 발효와 관련된 국균의 대표종이다. 황국균으로 불리는 이유는 분생포자의 색깔이 황색이기 때문이다. 전통적으로 누룩을 제조할 때 숙성온도가 42℃를 넘지 않도록 관리하는 것에서도 알 수 있듯이 황국균의 최적 성장 온도는 37℃ 내외이며 온도가 42℃를 넘으면 성장이 저해된다. 그러므로 일본의 큐수 섬이나 오키나와 같이 기온이 높은 지역에서는 누룩의 제조에 황국균 대신 고온에서도 잘 자라는 흑국균이나 백국균을 사용하기도 한다.

 

흑국균(A. awamori)

종명에서 알 수 있듯이, 흑국균은 남방 지역인 일본 오키나와의 전통 소주인 아와모리를 제조하는데 사용되는 국균의 일종으로, 황국균과 달리 높은 온도에서도 성장에 문제가 없다. 분생포자의 색은 초기에는 갈색이나 점점 흑색으로 변하므로, 흑국균으로 불린다. 흑국균은 자연계에 널리 분포하여 존재하며, 기온이 높은 지역에서 황국균을 대체하여 주류와 장류 산업에 중요한 역할을 하고 있다. 또한 흑국균은 식품과 의약품의 주요 첨가물인 구연산의 발효 효능도 우수하다. 이러한 기능은 산업적으로 구연산 제조에 활용된다.

 

백국균(A. kawachii à A. luchuensis)

흑국균을 보존하던 중 분생포자의 색이 흰색인 변이종, 즉 백국균이 우연히 발견되었다. 백국균은 누룩 제조 시 흑국균을 사용할 때 유발되는 주변 물건의 흑화현상이 없는 장점 덕분에 일본 전역에서 흑국균을 대체하였다. 현재에도 일본에서 제조되는 사케의 대부분은 백국균을 사용한다. 한국의 막걸리 공장에서도 대부분 백국균을 사용한다.

백국균의 학명이 한국농촌진흥청의 유전자 분석을 통해 기존의 A. kawachii에서 A. luchuensis로 바뀌게 되었다. 백국균의 유전자 분석 결과 1901년 보고된 A. luchuensis와 동일한 종으로 확인되어, 종명은 최초로 보고된 것을 사용한다는 국제적 원칙에 의하여 2013년 종명이 변경되었다.

 

간장국균(A. sojae)

높은 염분에서도 성장이 유지되는 특이한 국균으로 간장이나 된장을 빚을 때 사용된다. 간장국균의 유전적 특징은 글루타민(glutamine) 아미노산을 생합성하는 유전자의 갯수가 10개나 된다는 점인데, 이는 간장의 감칠맛을 내는데 중요하다. 분생포자의 색은 보통 진한 녹색이지만, 간혹 진한 황색인 것도 있다.

 

검은곰팡이(A. niger)

국균의 종류 중 가장 흔한 종으로, 토양과 실내에서도 흔히 발견된다. ‘niger’의 의미가 '검정'이듯이 분생포자의 색은 흑색이다. 포도, 살구, 양파 및 땅콩과 같은 특정 과일과 야채 등에서 검은곰팡이 증상을 유발한다. 사람에서는 특이한 상황에서 검은곰팡이 포자를 대량 흡입하는 경우 심각한 폐 질환인 아스퍼질러스증(aspergillosis)이 발생할 수도 있으며, 간혹 최악의 경우 이도(ear canal) 또는 고막의 감염을 유발할 수 있다.

검은곰팡이는 산업적으로 유용하여 다양한 종류가 식품과 의약 첨가제인 구연산 및 글로코닉산 발효에 사용되는데, 이들 발효 제품들은 미국 식품안전처(Food and Drug Administration, FDA)에 의해 GRAS (generally recognized as safe)로 지정받았다. 또한 산업적으로 유용한 효소도 생산하는데, 대표적인 것으로는 고과당 옥수수 시럽 제조에 사용되는 글로코아밀레이스와 와인 껍질을 제거하는데 사용되는 펙티네이스 등이 있다.

 

플라버스국균(A. flavus)

전세계 어디서나 분포하며, 주로 곡류, 콩류, 견과류 등에 서식한다. 죽은 생명체의 유기물을 부패시켜 영양을 섭취한다. 간혹 면역이 저하된 사람에게서 아스퍼질러스증 같은 기회 감염을 유발한다. 해상운송을 통하여 곡류, 콩류, 견과류를 해외로 수출할 때 장시간의 높은 습도 및 온도 환경이 유발되면, 성장 장애, 발달 지연, 간 손상 및 간암을 유발하는 아플라톡신(Aflatoxin) 를 생산한다. 아플라톡신(독소)은 A. flavus의 영어 앞 글자를 따서 만든 이름이다. 아플라톡신은 사람보다는 동물에 더 독성 효과가 큰데, 특히 독소가 함유된 곡류 등으로 제조된 사료를 가축이 먹는 경우 생명에 치명적이다. 참고로 발효에 사용되는 유용한 다른 종류의 국균들은 아플라 독소를 생산하지 않는다.

 

 

효모

 

세포는 지름이 평균 3-4 μm 정도로 전반적으로 세균 세포보다 크고 내부 세포구조가 다르기 때문에 현미경 관찰로도 구분이 가능하다. 효모는 탄소원으로 포도당이나 과당과 같은 육탄당이나 수크로오스, 말토오스 등의 이당류를 사용하며 효모 중 몇몇 종은 리보오스 등 오탄당의 대사가 가능하다. 따라서 효모는 과일, 꽃 또는 나무 껍질 등 당이 존재하는 환경에서 잘 자란다. 효모는 대부분의 다른 균계의 생물체들과 같이 산소호흡에 의한 생장을 하나 공기가 없어도 당과 탄수화물의 발효로 에탄올과 이산화탄소를 만들어 에너지를 얻는 것이 가능하다. 따라서 대부분의 효모는 통성혐기성(facultative anaerobic)이고 완전 호기성 대사나 발효 대사도 가능하다. 산소와 당이 모두 공급되는 조건에서의 성장 속도는 산소가 없는 조건일 때보다 20배 정도 빠르다. 다른 발효 가능한 세균들과 달리 효모는 물과 당을 제외하고 발효와 성장을 유지하기 위하여 아미노산이나 비타민 등의 다른 성분을 필요로 하지 않는다.

 

 

당화와 발효

 
누룩을 만들어 사용하는 이유는 당화와 발효를 하여 알코올이 포함된 미음을 만들기 위함이다. 즉 탁주 제조를 위해 누룩은 입국과 조효소제와 계량누룩 그리고, 제조용 효모등과 함께 필수 재료이다. 효모는 알콜이 약 18% 이하 또는 온도가 약0 ~ 35도에서 활동하며 이상이나 이하이면 활동을 멈추거나 사멸한다. 그 외에 번식은 혼자서 하니 조건만 맏는 다면 효모는 넘쳐난다. 그렇기에 우리는 누룩이나 다른  발효제들의 능력치를  말할때  모두 당화력(SP)에만 초점을 맞추어 능력치를 말하곤 한다.
 
SP 란 - 효소1g이 60분동안에 포도당을 10mg 생성하는 단위
 
입국 60sp, 전통누룩 300sp, 계량누룩 1,200sp, 조효소제 2,400sp, 정제효소 120,000sp
 
300sp라는 것 은 누룩1g이 60분동안에 포도당을 300mg 생성 한다는 의미이다.