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루이 파스퇴르의 전설적인 발견: 맥주와 와인은 왜 그렇게 다르게 발효되는 걸까요?
생화학 분야에서 발효 이론은 자연 발효 과정, 특히 알코올 및 젖산 발효에 대한 역사적 연구를 의미합니다. 루이 파스퇴르는 순수하게 미생물에 기초한 발효 과정 이론을 정립한 중요한 공헌자였으며, 그의 실험 결과는 발효 과학의 기초를 마련했습니다. 파스퇴르의 발견은 발효 이론에 영향을 미쳤을 뿐만 아니라 병원성 미생물 이론의 발전을 촉진하여 자연 발생 이론을 과거의 일로 만들었습니다. 파스퇴르의 연구 이전에는 인간이 수천 년 동안 발효 기술을 사용해 왔지만 근본적인 생물학적, 화학적 과정은 완전히 이해되지 않았습니다.
발효 개요
발효는 특히 산소가 부족한 환경에서 당을 산, 가스 또는 알코올로 전환시키는 혐기성 대사 과정입니다. 효모와 기타 많은 미생물은 일반적으로 필요한 무산소 호흡을 수행하기 위해 발효를 사용합니다. 예를 들어 마라톤 달리기 중에는 인간의 몸도 발효 과정을 거치게 되는데, 근육에는 젖산이 축적됩니다. 발효는 유산소 호흡보다 적은 양의 ATP를 생성하지만 훨씬 더 빠른 속도로 생성됩니다.
발효는 기원전 5000년부터 인간이 의식적으로 사용해 왔습니다. 와인 제조 과정과 유사한 미생물 잔류물이 이란의 자그로스 산맥에서 발굴된 항아리에서 발견되었습니다.
역사적 배경
파스퇴르의 연구 이전에는 발효에 관해 몇 가지 예비적인 경쟁 개념이 있었습니다. 발효 이론에 큰 영향을 미친 과학자 유스투스 폰 리비히(Justus von Liebig)는 발효는 주로 효모가 공기와 물에 노출되어 발생하는 분해 과정이라고 믿었습니다. 대조적으로, Charles Caniard de la Tour와 세포 이론가 Théodore Schwann은 알코올 발효가 효모 Saccharomyces cerevisiae의 생물학적 과정에 의존한다고 믿었습니다.
파스퇴르는 젖산과 알코올 발효의 부산물인 아밀 알코올의 "편광면 회전" 및 "비대칭 원자 배열" 능력과 같은 몇 가지 놀라운 특성에 주목했습니다. 이러한 특성은 유기화합물의 특징이었지만 그의 연구에는 장애물이 되었다.
파스퇴르는 1856년 릴대학교 과학교수로 있을 때 현미경을 통해 알코올 발효를 담당하는 미생물을 관찰했습니다. 전설에 따르면 파스퇴르의 화학과 학생들은 포도주 제조의 실패를 극복하기 위해 그에게 도움을 요청했다고 합니다. 그는 포도주 양조장에서 실험을 하는 동안 젖산이 생성될 때 효모 거품이 더 길어지고, 알코올이 생성될 때 더 둥글고 꽉 차는 것을 발견했습니다. 다양한 관찰 중에서 그는 포도 덩굴의 입자를 조사하여 포도 주스에 담그면 활성 알코올 발효 과정을 일으키는 살아있는 세포의 존재를 밝혀냈습니다. 이러한 관찰은 그의 향후 실험에 대한 예비 가설을 제공했습니다.
파스퇴르의 자연발생설
1860년대와 1870년대에 파스퇴르는 푸셰의 이론을 비판하고 자신만의 실험을 수행했습니다. 그의 첫 번째 실험은 밀폐된 장치에 밀봉된 설탕 효모 물을 끓이는 것과 관련이 있었습니다. 그는 고온의 살균된 공기를 공급하면 혼합물이 변하지 않고 유지되는 반면, 대기 먼지를 도입하면 미생물과 곰팡이의 출현이 나타난다는 것을 발견했습니다. 이로 인해 그는 공기 중의 먼지가 그가 관찰한 "자발적 형성"의 원인이 되는 미생물을 운반한다는 결론을 내리게 되었습니다.
파스퇴르의 실험은 영양 용액 내 박테리아의 성장이 생물학적 과정에 의해 뒷받침된다는 사실을 확인하여 자연 발생 이론에 도전했습니다.
현재 애플리케이션
오늘날 발효 과정은 의약품, 음료 및 식품 생산 등 일상생활의 다양한 응용 분야에서 중요한 역할을 하고 있습니다. 현재 Genencor International과 같은 많은 회사가 발효 과정에서 효소 생산에 참여하고 있으며 연간 수익은 4억 달러가 넘습니다. 또한 항생제 등 많은 약물도 발효 과정을 통해 만들어진다. 예를 들어, 식물 스테로이드인 디오스게닌을 리조푸스 니그리칸스(Rhizopus nigricans)가 제공하는 효소를 이용하여 발효시켜 스테로이드 약물을 제조할 수 있다.
효모는 다양한 알코올 음료의 생산에 널리 사용됩니다. 클래식 밀주를 포함한 증류 알코올 음료와 요구르트와 같은 식품도 발효 산물이며, 이는 유산균 Lactobacillus bulgaricus 및 Streptococcus thermophilus를 함유한 발효물입니다. .
과학이 발전함에 따라 파스퇴르의 연구를 통해 우리는 맥주와 와인 발효의 다양한 미생물 메커니즘을 이해할 수 있게 되었습니다. 그러나 인간은 여전히 이러한 효모와 미생물의 잠재적인 능력에 대해 거의 알지 못합니다. 고대 기술?
