개념 한 쪽
유기산발효는 미생물의 대사로 유기산을 만드는 과정이다. 초산발효에서는 에틸알코올이 초산으로 전환되고, 구연산은 곰팡이를 이용해 산업적으로 생산한다. 폐수 처리에서는 유기물 분해를 통해 BOD를 낮추는 발효법을 적용한다.
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출제기준 단원 「유기산발효」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 초산발효 수율 계산 | 1 | 에틸알코올에서 초산으로의 이론적 최대 생성량을 계산하기 |
| 구연산 생산 균주 판별 | 1 | 구연산을 가장 효율적으로 만드는 곰팡이를 고르기 |
| BOD 저감 발효법 식별 | 1 | 폐수 처리에서 BOD를 낮추는 발효법의 명칭을 구분하기 |
초산발효는 에틸알코올이 산소와 반응하여 초산과 물로 변하는 과정이다. 반응식은 C2H5OH + O2 → CH3COOH + H2O로 나타낸다. 이 반응에서 에틸알코올 1몰은 초산 1몰로 전환된다. 따라서 생성량은 두 물질의 분자량 비율로 계산한다.
에틸알코올의 분자량은 46이고 초산의 분자량은 60이다. 에틸알코올 46g이 반응하면 초산 60g이 생성되는 비례 관계를 적용한다. 탄소원으로 에틸알코올 1kg을 사용할 때 이론적인 최대 초산 생성량은 1000g × 60/46으로 구해 약 1304g이 된다.
구연산은 레몬처럼 새콤한 맛을 내는 물질로 식품과 화장품에 널리 쓰인다. 구연산을 대량으로 생산하는 데 가장 적합한 미생물은 아스퍼질러스 니거이다. 이 곰팡이는 흑곰팡이라고도 하며 당분을 섭취하여 구연산을 효율적으로 생산한다. 아스퍼질러스 오리자는 된장이나 간장을 만드는 누룩곰팡이로 구연산 생산에는 주로 사용하지 않는다.
폐수 처리에서는 BOD를 낮추기 위해 폐수 속 유기물을 미생물로 분해한다. 이때 힐데브란트-에르브법을 적용한다. 이 방법은 활성 슬러지법과 같은 호기성 발효 원리를 응용한다. 우르세스 데멜법은 식품 가공 관련 용어이고, 고농도 술덧 발효법은 알코올 생산과 관련이 있다. 연속 발효법은 발효 공정의 운영 방식일 뿐 BOD 저감을 위한 특정 폐수 처리법의 명칭으로 보지 않는다.
초산발효 계산에서는 반응식의 물질량 비와 분자량 비를 함께 적용한다. 에틸알코올 1몰이 초산 1몰로 전환되므로 46g의 에틸알코올에서 60g의 초산이 생성된다. 에틸알코올 1000g을 사용하면 1000 × 60/46 ≈ 1304g이 되어 이론적인 최대 생성량은 약 1304g이다. 분자량 비를 뒤집거나 물질량 비를 1대1이 아닌 값으로 잡으면 오답이 된다.
구연산 생산 균주를 고를 때는 산업적 생산 효율을 기준으로 아스퍼질러스 니거를 선택한다. 폐수 BOD 저감 발효법을 고를 때는 유기물 분해와 호기성 처리 원리에 연결되는 힐데브란트-에르브법을 구분한다.
탄소원으로 1kg의 에틸알코올을 배지로 하여 초산발효 하였을 때 얻어지는 초산의 이론적인 최대 생성량은 약 얼마인가?
정답 ③ · 초산발효는 에틸알코올이 초산균에 의해 산화되어 초산과 물로 변하는 반응입니다. 화학반응식은 C2H5OH + O2 → CH3COOH + H2O 입니다.
에틸알코올(C2H5OH, 분자량 46) 1몰이 초산(CH3COOH, 분자량 60) 1몰로 전환되므로 1000g × (60/46) ≈ 1304g이다.
다음 중 구연산의 생산 능력이 가장 우수한 곰팡이는?
정답 ③ · 구연산은 주로 당류를 탄소원으로 하여 곰팡이에 의해 발효 생산되는데, 그 중에서도 흑곰팡이라고 불리는 아스퍼질러스 니거(Aspergillus niger)의 구연산 생산 능력이 가장 우수하여 산업적으로 널리 활용되고 있습니다.
구연산 산업 발효의 주역은 흑곰팡이 아스퍼질러스 니거(Aspergillus niger)로, 생산 효율이 가장 뛰어납니다.
폐수의 BOD를 저하시킬 수 있는 발효법은?
정답 ② · 힐데브란트-에르브(Hildebrandt-Erb)법은 폐수 처리 방법 중 하나로, 활성 슬러지법과 같은 호기성 발효 원리를 응용하여 폐수 내의 유기물을 미생물을 이용해 분해함으로써 폐수의 생화학적 산소요구량(BOD)을 저하시키는 데 효과적인 방법입니다.
폐수의 BOD 저감을 위해 유기물 분해를 유도하는 발효법은 힐데브란트-에르브(Hildebrandt-Erb)법이다.
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