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발효

지구상에서 알코올이 만들어지는 과정은 하나다. 그것은 바로 발효(發酵)이다. 발효는 말 그대로 효모가 힘을 썼다는 뜻이다.

효모는 영어로는 이스트 (Yeast)라고 부르는 단세포의 작은 생물, 즉 미생물(微生物)이다. 우리 눈에는 보이지 않는 ‘작은 균’이다. ‘균’이라고 하면 해로운 세균을 떠올리기 쉽지만, 사람에게 좋은 일을 하는 ‘유익균’도 많다. 효모 혹은 이스트라고 부르는 이 균의 학명은 Saccharomyces cerevisiae (사카로마이시스 세레브지에) 라고 한다.

Saccharomyces라는 말은 당을 먹는다/ 좋아한다는 뜻이고, Cerevisiae 라는 말은 맥주 라는 뜻이다. 스페인이로 맥주는 cerveza이고, 라틴어로 맥주는 Cervesia이다. 당을 먹고 맥주를 만드는 균이라는 뜻이다.

Saccharomyces cerevisiae

효모가 당을 먹고 알코올을 만드는 과정을 과학적으로 표현하면 아래와 같다. 아래 그림에서 노란색으로 표현된 부분이 효모이다. 즉, 당(sugar)이 효모의 세포 안으로 들어와서 에너지가 되고, 부산물로 에탄올(알콜)과 이산화탄소(탄산, CO2)가 생긴다.

이 과정을 우리는 ‘발효’ 라 부른다. 이 과정이 발생하기 위해서 필요한 것은 적절한 온도와 수분이다. 일반적으로 효모는 상온 (섭씨 18-22도)에서 적절한 수분이 있고, 당이 존재한다면 이 과정을 거쳐서 알코올을 만들어 내는 것으로 알려져 있다.

정리하자면 효모라는 미생물 균이 지구상에 존재하는데, 이들은 당을 아주 좋아하며, 당이 있는 곳에 착 달라붙어서 적절한 수분과 온도가 유지되면 알코올과 이산화탄소를 만들어내는 습성을 갖고 있다는 점이다. 한편 이러한 효모는 Saccharomyces cerevisiae 라는 종 안에도 굉장히 많은 다른 종류의 효모들이 존재한다. 종류가 다르면 알코올을 만드는 정도나 이산화탄소를 만드는 정도, 혹은 몇 도의 온도에서 더 활발하게 활동하는지, 활동 후에 다른 향과 맛을 내는 부산물을 만드는지 등에 따라서 성격이 천차만별이다.

효모의 종류는 너무나 많다.

일반적으로 효모가 상온인 18-22도 정도에서 가장 발효를 잘 하는 것은 생각해보면 당연하다. 지구에서 곡식이나 과일이 자라기 쉽고, 가장 흔한 온도가 아마도 18-22도 정도일 것이기 때문이다.

그런데 어느 날, 추운 지방에서도 당을 소비하고 알코올을 만드는 돌연변이 종도 생겼다. 바로 라거효모이다. 저온에서 발효를 할 수 있기 때문에 시원하고 청명한 맥주에 잘 어울리는 효모가 돌연변이로 탄생한 것이다. 따라서 우리는 라거효모가 나오기전까지 수천년 동안 인간은 에일을 마셨을 것이라고 쉽게 추정해 볼 수 있다. 실제로 라거 효모가 지구를 지배하기 시작한 것은 냉장 기술이 발달한 19세기 이후이다.

어떤 효모는 이산화탄소는 엄청나게 많이 만들 수도 있지만 알코올은 많이 만들지 않을 수도 있다. 술의 관점에서 보면 별로 효율성이 좋은 효모가 아닐 수도 있지만, 이산화탄소가 발효중에 발생한다는 것은 빵을 만드는 베이커리에서는 매우 중요한 요소이다. 이스트 (효모)가 들어가면 빵이 부풀어 오르는 것은 바로 발효 과정에서 발생하는 이산화탄소 때문이다. 그래서 제빵용 효모는 알코올을 얼마나 잘 만드는지 보다는 이산화탄소를 얼마나 잘 만드는지에 따라서 그 실력이 결정된다고 볼 수 있다. 반대로 말하자면 이런 특성을 갖고 있는 효모는 양조용 보다는 제빵용으로 보다 일반화 되는 과정을 거쳐서 상업화 되었다.

어떤 효모는 깔끔한 맛이 아니라 시큼한 맛을 내기도 하고, 어떤 효모는 높은 도수까지 알코올을 만들어내기도 하며, 어떤 효모는 영양분이 별로 없는 척박한 환경에서 살아남기도 한다. 물론 인간은 이런 효모들의 특성을 잘 파악해서 각각에 맞는 당원(sugar source)을 넣어주고 그 특성에 맞게 술을 만드는 기술을 터득했다. 효모를 사육하기 시작한 것이다.

효모와 당

지구상에 존재하는 많은 생명체가 당을 좋아한다. 따라서 효모가 당을 좋아하는 것은 놀랄 일이 전혀 아니다. 인간 뿐 아니라 대부분의 동물들이 당에서 에너지를 얻기 때문이다. 아마도 당에서 에너지를 얻지 않는 동물을 찾는 것이 더 힘들 것이다. 당은 결국 에너지다.

수백만 년 전으로 돌아가보자. 지금이야 우리 모두가 어떻게 하면 당을 덜 섭취할지 고민하면서 뱃살과 몸무게 걱정을 하지만, 과거에는 당을 어디서 얻는지가 생명 유지와 가장 밀접한 문제였을 것이다. 결국에는 당을 놓고 전쟁도 하고, 당을 놓고 무역도 하고, 당을 놓고 결혼도 했던 것이다.

그러면 과연 자연상에서 당(sugar)는 어디에 존재할까? 지구상에 가장 흔하게 그리고 자연스럽게 존재하는 당의 형태는 과당이다. 만약 당신이 설탕을 먼저 떠올렸다면, 설탕은 비교적 근대의 산물이라는 점을 기억해야 한다. 인류가 설탕을 화학적으로 분리해서 순수한 설탕으로 만들어서 가정에서 먹고 판매하기 시작한 것은 비교적 최근의 일이다. 그래서 인류의 역사는 수렵채집으로 시작한다. 수렵은 보통 힘든 일이 아니다. 위험도 크다. 하지만 수렵은 상대적으로 리스크가 낮다. 그래서 많은 인류학자들은 수렵보다는 채집에서 인류의 역사가 먼저 시작되었을 것이라고 추정한다.

하지만 과일을 찾는 것 또한 인내심을 요한다. 언제 어디서 과일이 열릴지도 알기 어려웠을 것이다. 그러면 과일 말고 다른 방법으로 당을 얻을 수는 없을까? 과일 말고 가장 흔한 방법은 바로 곡식이다. 곡식에는 전분(starch)의 형태로 당이 존재한다. 전분은 단당류의 형태인 포도당(글루코스)이 여러 개 뭉쳐 있는 다당류이다.

그런데 문제는 당이 이러한 형태로 존재하면 효모가 먹을 수가 없다. 당이 혼자 있을 때에는 효모가 쉽게 먹을 수 있으나, 뭉쳐 있으면 분자 크기가 너무 커서 먹기 힘들기 때문이다. 이러한 다당류의 분자구조를 깨기 위해서는 효소가 필요하다. 효소와 효모는 우리말 발음이 비슷해서 많은 사람이 혼동해서 쓴다. 하지만 역할이 전혀 다르다. 효소에는 다양한 종류가 있으나 쉽게 말하자면 아밀라아제(amylase)가 전분을 조각 내서 효모가 먹기 좋은 크기로 썰어주는 가위나 칼 같은 역할을 한다고 보면 된다. 그러면 비로소 효모가 먹기 좋은 단당류의 당이 생겨나게 된다. 예컨대 사람의 침 안에는 이러한 아밀라아제가 들어 있다. 그래서 우리는 초등학교 때 이런 이야기를 선생님에게 들은 적이 있다.

“밥을 입에 넣고 계속 씹으면 단 맛이 느껴집니다”

초등학교 때 배웠던 이 단순한 현상을 나는 이토록 길고 어렵게 설명한 것 뿐이다. 이 책을 읽는 독자 여러분이 이 사실을 모르고 있었다면 다음 번에 밥을 먹을 때 곰곰이 밥을 곱씹어보기를 권한다.

정리하자면 지구상에는 과일 혹은 곡식의 형태로 당이 존재하는데, 과일 속에는 먹자마자 단 맛이 느껴질 정도로 명백하게 ‘과당’ 이라는 형태의 당이 있고, 곡식에는 우리 침 속에 있는 효소로 잘게 쪼개야 하는 조금은 터프한 형태의 당이 들어 있다. 그 외에도 각종 풀, 야채, 버섯, 심지어는 나무 줄기나 껍질 등에도 미량이지만 당이 들어 있기는 하다. 하지만 그 정도로는 사람의 에너지원으로 쓰기에는 당의 함량이 너무 작다. 그래서 역사적으로 인류의 문명은 인간이 충분한 당을 섭취할 수 있는 과일 혹은 곡식이 풍부한 지역에서 발달한 것이다. 쉽게 말해서 채집 혹은 농경으로 사람들이 모여서 군집을 이루고 살기 시작했다는 것이다.

역시 곰곰이 생각해보면 신기한 일이다.