개념 한 쪽
알코올발효는 당이 어떤 생성물 조합으로 갈라지는지, 원료 1톤에서 에탄올이 얼마나 나오는지, 부산물이 어디서 생기는지에서 갈린다. 뉴버그 발효 형식의 구분, 포도당에서 에탄올로 가는 화학량론, 퓨젤유의 유래와 양, 고정화 효모의 장단점, 당밀용 내성 균주, 밀폐식 발효의 손익, 에탄올 발효력이 큰 세균을 본다.
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효모의 알코올발효는 생성물 조합에 따라 뉴버그 형식으로 나눈다. 제1형식은 포도당이 에틸알코올과 이산화탄소로 갈라지는 가장 기본적인 형태다. 에틸알코올 말고 함께 생기는 물질을 물으면 이산화탄소다.
제3형식은 아황산염이 있는 조건에서 나타난다. 포도당 두 분자가 글리세롤과 아세트산, 에탄올 등으로 분해되는 반응이다. 아황산염이 아세트알데히드와 결합하면 에탄올로 가는 길이 막히고, 대사 흐름이 글리세롤 쪽으로 돌아 글리세롤이 쌓인다. 형식 번호와 생성물을 짝지어 두면 선지 판단이 빨라진다.
이론 수율은 반응식의 몰비로 계산한다. 포도당 한 분자에서 에탄올 두 분자가 나오므로, 분자량 180인 포도당에서 분자량 46인 에탄올 두 분자인 92가 나온다. 수율은 92를 180으로 나눈 약 0.511이다. 포도당 1톤을 발효시키면 이론적으로 약 511킬로그램의 에탄올을 얻는다.
퓨젤유는 알코올발효의 부산물이다. 아미노산 대사에서 생기는 고급 알코올의 혼합물이며, 주정에 대한 생성량은 약 0.5퍼센트 수준이다.
고정화 효모는 세포를 담체에 붙여 두고 발효에 쓴다. 세포 농도를 높게 유지할 수 있어 발효 시간이 짧아지고 잡균 오염을 줄이는 이점이 있다. 다만 담체를 사이에 두고 물질이 오가는 저항이 생기므로, 알코올 농도가 무조건 높아진다고 보면 틀린다.
당밀처럼 농도가 높은 원료에서는 삼투압과 에탄올에 견디는 힘이 중요하다. 주정 제조에는 사카로미세스 로부스투스처럼 내성이 강한 효모가 알맞다. 일반적인 포도 착즙액을 혐기적으로 발효시키는 경우에는 사카로미세스 세레비시아이가 에탄올과 이산화탄소를 만든다.
당밀 발효를 밀폐식으로 하는 까닭은 잡균 오염을 막고 수율을 높이는 데 있다. 다만 밀폐 설비는 유지비가 들기 때문에 운전 경비가 적게 든다는 설명은 장점이 될 수 없다.
에탄올 발효력이 큰 미생물로는 세균인 지모모나스 속이 있다. 효모만 알코올을 만든다고 단정하지 말고, 세균 가운데서도 발효력이 강한 종이 있다는 점을 구분한다.
선지 판단은 제1형식에서 에틸알코올과 함께 이산화탄소가 나온다고 읽는지, 제3형식의 생성물에 글리세롤과 아세트산을 넣는지, 포도당 180에 에탄올 92의 몰비로 수율을 계산하는지, 포도당 1톤에서 약 511킬로그램을 얻는다고 보는지, 퓨젤유를 아미노산 유래 고급 알코올로 아는지, 고정화 효모가 알코올 농도를 무조건 높이지는 않는다고 구분하는지, 당밀용 내성 균주를 사카로미세스 로부스투스로 잡는지, 밀폐식 발효의 운전 경비가 많이 든다고 보는지에서 갈린다.
라이신(lysine) 발효시 대량 생성.축적을 위해 영양요구성 변이주에 첨가하는 물질은?
정답 ③ · 라이신(lysine) 발효는 주로 호모세린 영양요구성 변이주(homoserine auxotroph)를 이용하여 진행합니다. 라이신과 스레오닌, 메티오닌은 공통 대사 경로인 아스파르트산 경로를 거치는데, 호모세린을 요구하도록 변이를 유도하면 메티오닌과 스레오닌 경로로의 흐름이 차단되어 중간 대사산물이 라이신 생합성 쪽으로 대량 축적될 수 있습니다.
라이신과 스레오닌, 메티오닌은 아스파르트산 경로 공유하므로 호모세린 영양요구성 변이주를 사용한다.
EA A → B → C → → → → P의 대사 경로에서 최종생산물 P가 배지에 다량 축적되었을 때, P가 A → B로 되는 반응에 관여하는 효소 EA의 작용을 저해시키는 것은?
정답 ② · 대사 경로의 최종생산물이 초기 효소의 작용을 억제하는 조절 기전을 묻는 문제이다. 최종생산물 P가 다량 축적되면 P가 경로의 첫 효소 EA와 결합하여 효소의 구조를 변화시켜 활성을 직접 저해하는데, 이를 피드백 저해(feedback inhibition)라 한다.
최종생성물이 과잉되었을 때 초기 효소의 활성을 직접적으로 억제하는 피드백 억제 현상이 발생하여 대사 경로가 조절된다.
젖산균이 우유 중의 구연산으로부터 생성하는 발효유의 대표적인 향기 성분은?
정답 ④ · 젖산균이 우유 속 구연산으로부터 생성하는 발효유의 대표적 향기 성분을 묻는 문제이다. 구연산을 분해하는 젖산균의 대사 과정에서 피루브산과 아세틸-CoA가 결합하여 디아세틸이 생성되며, 이것이 발효유 특유의 버터 향을 내는 대표적인 향기 성분이다.
젖산균 발효 시 구연산 대사 경로에서 디아세틸이 생성되며, 이는 버터 향의 주요 원인이 된다.
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