KNUmblhpark.knu.ac.kr/(((down)))/graduate/1Fermentation and... · 2020. 9. 2. · 1-1. 발효의의의 2020-09-02 KNU Microbial Biotechnology Laboratory 3 발효(fermentation)의의미

KNUmbl

2020-09-14 KNU Microbial Biotechnology Laboratory 2

1-1. 발효의 의의


발효(fermentation)의 의미

- fervere(발효한다는 의미)에서 유래

- 미생물의 생활작용 일환

- 최초의 발효 : 알코올발효 - 당으로부터 알코올과 CO2 생성

에탄올 생성: 주류생산에서는 발효, 주스생산에서는 부패

초산의 생성: 식초생산에서는 발효, 주류생산에서는 부패

* 미생물에 의한 물질의 변화

발효(fermentation): 미생물에 의한 유익한 산물의 생성

부패(putrefaction) : 미생물에 의한 해로운 산물의 생성

번식: 미생물의 영속성 유지

원료

산물 (사람에게 유리 또는 불리)세포성분

세포성분

원료 산물

* 미생물의 생활작용


발효(fermentation)의 의미

- fervere(발효한다는 의미)에서 유래 - 미생물의 생활작용

- 최초의 발효 : 알코올발효 - 당으로부터 알코올과 CO2 생성

세계의 발효식품들


기질

- 영양원

중간산물

- 아미노산

- 지방산

- 염기

- 당류등

고분자물질

- 단백질

- 지질

- 핵산

- 다당 등

세포구조

- 세포막

- 세포질

- 핵

- 기타 세포물질 등

기질

- 에너지원

저분자물질(분해산물)

- CO2

- H2O

- NH3

동화작용 (합성대사)

이화작용 (분해대사)

화학에너지

미생물의 생활작용 : 미생물의 대사

-발효의 원리 : 와인발효


포도당, 과당 함유

에탄올, CO2 생성

Yeast protein network


1-2. 발효의 중요성 : 와인의 경우


포도제경, 파쇄

아황산첨가

담금 발효 앙금질 여과저장, 숙성

병입 제품

•색소추출을 위해 껍질채 담금

•비교적 고온에서 단시간 발효

•주발효 후 압착 여과하여 후발효

적포도주

•착즙하여 과즙상태로 담금

•비교적 저온에서 장시간 발효

•후발효 없고 발효 후 바로 암금질

백포도주

착즙주모

배양

와인 : 최상의 포도 가공기술 → 저장성, 기호성, 기능성, 상품성년간 약 750ml 기준 360억병 생산


발효

-주로 와인효모

-일부 야생효모

-때에 따라 유산균

-때에 따라 곰팡이

당분 주로 함유(포도당, 과당)

알코올 함유

* 2007년 년간 세계 포도 생산량 : 6,597만톤-이태리 : 739만-중 국 : 679만-미 국 : 638만-프랑스 : 602만-스페인 : 596만-터 키 : 361만

* 2007년 년간 세계 와인 생산량: 2,642만톤/년 = 750ml 기준 352억병-이태리 : 505만(67억병)-프랑스 : 471만-스페인 : 365만-미 국 : 230만-아르헨 : 155만-중 국 : 145만

1,500만원

10,000-30,000원

1,000원/Kg

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로다이의 우드브리지의 예

원료 포도가격 : 11억원(1,000원/Kg의 경우)

1. 발효의 추정-포도나 과일 표피 효모

: 포도주, 식초-기원전 1만년

: 맥주, 치즈-기원전 6000년

: 발효 빵-기원전 4000년

2. 발효에 관한 기록

: 히브리 시대-구약성서, 신약성서의 포도주, 식초, 빵

: 바빌로니아 시대 고대 이집트인의 묘비 그림-맥주, 빵

: 그리이스 신화의 디오니소스, 로마 신화의 박커스 신

: 중국 우왕 때 이화

: 우리나라 삼국사기 고구려 건국신화

- 해모수와 유화--주몽 탄생

3. 기타 전통적 발효 이용의 예

: 전통 발효식품의 제조-치즈의 제조

: 곰팡이 슨 치즈, 육류, 빵 등을 상처 치료

1-3. 발효의 기원


발효의 역사


발효현상 구명

이집트의 와인

1-4. 발효의 산업화 : 19C


1. 영국의 산업혁명: 18C 중엽

1) 새로운 기계의 발명

: 방적기 발명, 증기기관 발명, 와트의 증기 기관 보급

-공장제 기계 공업 : 면직물, 제철, 기계, 금속 공업의 급속 발달

2) 교통과 통신 기관의 발달

: 증기선, 증기 기관차(철도 시대 개막), 유선 전신, 전화, 무선 전신 발달

-원료와 제품의 빠른 수송 가능, 국제화 시대 개막

2. 다른 나라의 산업 혁명

1) 19C 전반기: 프랑스, 벨기에, 미국 등 산업 혁명 시작

2) 19C 중엽 이후: 전 유럽으로 확산

3) 19세기 후반: 제2차 산업혁명-화학, 전기 공업 등의 발달

3. 발효의 산업화

산업혁명의 결과로 농업사회로부터 산업사회로의 전환

-인구 집중화 및 도시화로 다양한 수요 창출

-양조공업(주로 주류)과 각종 식품(젖산발효식품)의 산업화


1-5. 근대 발효공업의 발달: 20C

1. 제 1차 세계대전 : 독일의 글리세린 발효, 영국의 아세톤•부탄올 발효

2. 제 2차 세계대전 : 일본의 부탄올 발효, 영국과 미국의 페니실린 공업화

3. 1950년대 : 조미료와 아미노산 발효

4. 1960년대 단세포 단백의 개념 등장 - 미래 식량 및 사료원

5. 1970년 이후: 미생물 기능 이용

- 공업발달로 인한 문제점(환경정화), 채광기술 이용

6. 1980년 이후: 미생물의 유전자 공학

-생산효율 증가, 인슐린, 인터페론, 백신 등

1-6. 발효의 이용 분야


발효식품의 이용

- 주류

- 장류

- 식초

- 김치류

- 발효유제품

- 발효빵

- 젖갈류 등

발효산물의 이용

- 효소

- 주정

- 항생물질

- 유기산

- 아미노산

- 핵산관련물질

- 당류관련물질

- 생리활성물질

- 미생물 균체

미생물의 특수 이용

- 환경정화

- 원유의 탈황

- 대체에너지

- 미생물 정련

- 유기질 비료


2-1. 미생물의 의의


미생물 : 최초생물체로부터 미약한 진화를 받아 구조 및 체제가 단순한 생물체

0.1mm 세균 효모

* 미생물 : 크기가 0.1mm 이하의 미소한 생물 - 육안으로 관찰 불가능

- 후에 육안으로 잘 관찰되는 대형의 것도 포함: 곰팡이, 조류

- 고등생물(식물, 동물)보다 조직의 분화 미비하고 세포화학이 상이

미생물의 탄생 = 생명의 탄생


About 3.8 billion years ago, -------------최초의 생명체 탄생 : 유황세균

미생물의 진화


2-2. 미생물의 발견


네델란드의 Antonie van Leeuwenhoek

: 현미경 제작기술 보유-최초의 현미경 (약 200배)

: 1675년, 빗물에서 운동성의 작은 생물체 발견-animalcule (극소동물) 명명

2-3. 미생물의 종류


생물계

미생물

(원생생물)

고등미생물

(진핵미생물)

원생동물 조류 균류

점균류 진균류

효모 곰팡이

하등미생물

(원핵미생물)

세균남조류

(청색세균)

바이러스

식물 동물

미생물의 형태


다양한 미생물들

2-4. 주요 발효미생물


1. 세균(bacteria): 분열에 의해 번식하는 하등 미생물1) 젖산균(lactic acid bacteria): 젖산생산, 김치류, 발효유제품2) 초산균(acetic acid bacteria): 식초의 생산3) 프로피온산균: 치즈의 숙성4) 낙산균(butyric acid bacteria): 버터 숙성, 아세톤, 부탄올 생산5) 바실루스: 각종 효소 생산, 청국장(납두균) 생산, 미생물 농약6) 알코올세균: 대체에너지 생산7) 방선균: 각종의 항생제 생산 - 마이신

2. 효모(yeast): 출아에 의해 번식하는 고등미생물1) 알코올 효모: 주류 및 주정의 생산2) 빵효모: 빵 반죽에 이용3) 유지효모: 미생물성 기름4) 식사료용효모: 균체 단백의 생산

3. 곰팡이: 균사상의 고등미생물1) 누룩곰팡이: 당화효소 생산, 주류공업에 이용, 구연산 생산2) 거미줄곰팡이: 당화효소, 펙티나아제 생산3) 털곰팡이: 미생물 rennet4) 푸른곰팡이: 페니실린, 치즈 숙성5) 회색곰팡이: 귀부와인의 생산에 이용

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