알코올 발효 (Alcohol Fermentation)

알코올 발효란? 알코올 발효는 전분을 알파 아밀라아제(효소)의 작용으로 포도당으로 전환한 후, 효모의 작용으로 알코올을 생성하는 과정입니다.

 

알코올 발효는 세균과 효모에 의해 일어나는 과정입니다. 세균은 주로 공업용 알코올 생산에 사용됩니다. 

알코올 발효에 정리해보겠습니다.

 

발효성 당: 단당류(C6 육탄당)인 Glucose, Fructose, Manotose, Galactose는 세포 내로 흡수되어 발효되는 발효성 당입니다.

비발효성 당: 다당류(C5 오탄당)인 Xylose, Arabinose는 효모가 작용해도 알코올 발효가 일어나지 않습니다.

 

발효성 당의 종류:

포도당(Glucose)이 두 개가 모이면 맥아당(Maltose)이 되고, 세 개가 모이면 Maltotriose가 됩니다. 이들은 발효성 당입니다.

 

포도당이 4개 이상 모이면 Dextrin이라고 하며, 비발효성 당입니다.

 

Maltose(맥아당)는 포도당(G)과 포도당(G)이 결합한 형태이고, Sucrose(설탕)는 포도당(G)과 과당(F)이 결합한 형태입니다.

 

Maltotriose는 세 개의 포도당(G)이 결합한 삼당류입니다. 세포질에 효모를 투입하면 G-G 결합을 자릅니다.

 

세포 구조와 역할:

세포벽(CW)과 세포막(CM) 사이의 공간은 소당류인 Oligomer 단백질로 채워집니다.

 

설탕(Sucrose)을 포도당으로 분해하는 역할을 하는 것은 단백질의 일종인 Invertase입니다.

 

Saccharomyces 효모는 Invertase(효소: 단백질)를 많이 가지고 있습니다.

 

단맛 비율: 설탕(100)은 포도당(60)과 과당(120)으로 구성되어 있습니다.

 

Invertase는 회수는 가능하지만 어렵습니다

(Invertase 효소를 회수(분리 또는 추출)하는 것은 가능하지만, 실제로 그 과정이 어렵다는 의미입니다.
Invertase는 효모나 다른 미생물에서 추출할 수 있으며, 일반적으로 대량으로 얻기 위해서는 생산 과정과 정제 과정이 필요합니다. 이러한 과정은 복잡하고 비용이 많이 드는 경우가 많아서 Invertase를 상업적으로 회수하기는 어렵다고 할 수 있습니다. 따라서, Invertase를 대규모로 활용하려는 경우, 효모 또는 다른 미생물에서 추출된 Invertase를 이용하는 것보다, 대규모 생산을 위해 유전자 재조합 기술을 사용하여 Invertase를 대량으로 생산하는 것이 효율적일 수 있습니다.)

 

효모의 대사 과정 및 효모 균체 관련

Invertase와 Dihydroxyacetone-P:
Invertase는 설탕을 포도당과 과당으로 분해하는 효소입니다.
Dihydroxyacetone-P는 NADH2에서의 H2 작용으로 알파-glycerolphosphate와 3PGA로 변화하며, 인산 작용에 의해 glycerol이 됩니다.

 

산소의 유무에 따른 효모의 동작:
산소가 없을 경우, 효모는 활성 산소를 생성하기 위해 포도당을 분해하고, 이 과정에서 에탄올을 생성합니다. 또한, 2ATP를 생성합니다.

 

산소가 공급되면, Pyruvate(C3)가 Acetaldehyde(C2)로 변화하고 TCA 사이클을 거쳐 호흡 연쇄를 진행합니다. 이로 인해 3ADP에서 3ATP가 생성되며, 최종적으로 38개의 ATP가 생성됩니다.

 

CO2의 활용:
발생한 CO2는 액화(탄산가스) 또는 고체(드라이 아이스) 상태로 사용될 수 있습니다.

 

ATP와 ADP:
ATP는 생체가 이용할 수 있는 에너지 형태로, 생체가 에너지를 필요로 할 때 생산됩니다.
ATP는 A-PPP 아데나이신에 인산기 3개가 붙어 있는 형태이고, ADP는 A-P~P 형태입니다.
효모는 ATP를 생성하기 위해 활동합니다.

 

효모의 세포 구성물:
효모의 세포 구성물은 단백질, 탄수화물, 지질, 핵산 등의 고분자 형태로 이루어져 있습니다.
단백질은 여러 개의 아미노산이 결합한 형태로, 질소 화합물입니다.

 

발효 과정과 에너지 생산:
포도당은 세포 구성물을 만들기 위해 사용되는 반면, 나머지는 에너지 생산에 사용됩니다.

 

조미료(MSG)와 아미노산:
조미료 MSG는 Glutamate-Na로 알려진 글루타메이트의 나트륨 염입니다.
아미노산은 탄소 골격이 3개 이상이며, 질소는 1~2개를 포함합니다.

 

효모의 증식과 균체:
효모는 발효 과정에서 4~5배로 증식하며, 증류 이후에도 효모 균체가 남을 수 있습니다.
증류주의 효모 균체는 분리하기 어려울 수 있습니다.

 

증류주의 부산물과 활용:
증류주로부터 얻어지는 부산물로는 CO2, 효모 균체, 퓨젤 오일, 폐기물 등이 있습니다.
Fusel Oil은 아밀 알코올, 아미소 알코올 등이 섞여 만들어집니다.

 

알코올 발효와 에너지 생산:
알코올 발효는 식물 성분(식물체)을 사용합니다. 식물체에는 단백질과 탄수화물이 포함됩니다.

 

reference...

 

알코올의 유해성과 분해:

발효주를 증류하면 초기에는 고농도의 알코올인 Fusel oil이 포함될 수 있습니다.
순수 알코올은 불순물이 없는 주정인 소주입니다.
에탄올은 알코올 가수분해에 의해 아세트 알데하이드로 분해되며, 메탄올은 포르말린으로 분해됩니다.
메탄올의 약은 에탄올을 제외하고는 없습니다. 대사과정에서는 에탄올을 처리한 후 메탄올을 분해합니다.
에탄올은 체내로 흡수되면 아세트 알데하이드로 분해되지만, 아세트 알데하이드는 에탄올로 변하지 않습니다.
세포 내의 NAD(산화제)는 일정한 양만 존재하며, NADH2에 산소를 공급하면 물(H2O)로 변합니다.
NADH2에서 생성되는 변형된 산소를 "활성 산소"라고 합니다.
호흡하는 생물은 주로 산소를 이용하고, 하등 동물(미생물)은 활성 산소를 이용합니다.
활성 산소는 세포 내의 지질을 산화시킵니다. 세포막은 지질로 이루어져 있으며, 활성 산소와 만나면 파괴될 수 있습니다. 항산화 물질은 활성 산소의 영향을 줄입니다.
폴리페놀에는 많은 항산화 물질이 포함되어 있으며, 일부는 신체에 유해하고 일부는 유익할 수 있습니다.
활성 산소인 O22-(활성 산소)는 H2O2(과산화수소)에 존재하며, 미생물을 죽일 정도로 독성이 강합니다

 

좀 더 쉽게 설명하면:

발효주를 증류하면 초기에는 고농도의 알코올인 Fusel oil이 포함될 수 있습니다. 고농도의 알코올은 건강에 해로울 수 있으므로 적절한 섭취량을 유지하는 것이 중요합니다.

 

순수 알코올은 불순물이 없는 주정인 소주입니다. 하지만 술은 과도한 섭취로 인해 건강에 부정적인 영향을 줄 수 있으므로 적정량을 지켜야 합니다.

 

에탄올은 알코올 가수분해에 의해 아세트 알데하이드로 분해되며, 메탄올은 포르말린으로 분해됩니다. 이러한 알코올 대사 과정에서는 적절한 조절이 필요하며, 과도한 에탄올 또는 메탄올의 섭취는 건강에 부정적인 영향을 줄 수 있습니다.

 

활성 산소는 세포 내의 지질을 산화시키는 경향이 있습니다. 이는 세포막의 파괴를 초래할 수 있으며, 이에 따라 항산화 물질이 중요한 역할을 합니다. 항산화 물질은 활성 산소의 영향을 줄여 세포를 보호하고 건강을 유지하는 데 도움을 줍니다.

 

폴리페놀은 많은 항산화 물질을 포함하고 있습니다. 일부 폴리페놀은 신체에 유해한 영향을 줄 수 있지만, 다른 폴리페놀은 건강에 유익한 효과를 가질 수 있습니다. 이러한 폴리페놀은 과일, 채소, 차 등 다양한 식품에서 발견됩니다.

 

활성 산소인 O22-(활성 산소)는 미생물을 죽일 정도로 독성이 강한 H2O2(과산화수소)에 존재합니다. 이는 소독약으로 사용될 수 있지만, 과산화수소는 적절한 농도와 사용법을 지켜야 하며, 과도한 노출은 건강에 해로울 수 있습니다.

 

위의 내용을 종합하면, 적절한 알코올 섭취량 유지, 활성 산소에 대한 항산화 물질의 섭취, 그리고 과산화수소와 같은 독성 물질에 대한 주의가 건강 유지에 중요한 요소임을 알 수 있습니다.

 

술을 깨려면: 푹 자야 될 수밖에 없고, 탈수방지를 위해 물을 많이 마시고 (채액균형을 위해 스포츠음료), 해장을 해야하고 약간의 운동을 통해 혈액순환을 통해 신체 회복이 필요하다고 할 수 있겠습니다. 다 아는 얘기인데, 좀 더 유식하게 표현하자면 아래와 같이 얘기해 볼 수 있겠습니다.

 

충분한 휴식과 수면: 음주 후에는 충분한 휴식과 수면이 필요합니다. 알코올은 신경 계통에 직접 작용하여 수면을 방해하므로, 충분한 휴식을 취하고 규칙적인 수면 패턴을 유지하는 것이 중요합니다.

 

수분 섭취: 음주로 인해 디하이드레이션(탈수)이 발생할 수 있으므로, 음주 후에는 수분을 충분히 섭취해야 합니다. 물이나 체액 균형을 맞출 수 있는 음료를 마시는 것이 좋습니다.

 

영양 섭취: 음주로 인해 영양소의 흡수와 대사가 저하될 수 있으므로, 음주 후에는 영양 섭취에 신경을 써야 합니다. 식사를 통해 탄수화물, 단백질, 지방 등의 영양소를 균형 있게 섭취하는 것이 좋습니다.

 

운동: 적당한 운동은 음주 후 회복에 도움을 줄 수 있습니다. 운동은 신진대사를 촉진시키고 혈액순환이 원활해지는 효과가 있어 음주 후의 피로를 줄이고 신체 회복을 도와줍니다. 하지만 음주 후에는 숙취로 인해 신체 상태가 예민해질 수 있으므로, 과도한 운동은 피하는 것이 좋습니다.

 

약물 복용 시 주의: 음주 후에는 해독 작용이나 통증 완화를 위해 약물을 복용하는 경우가 있을 수 있습니다. 하지만 음주와 약물 복용은 상호작용을 일으킬 수 있으므로, 의사나 약사와 상담하여 적절한 복용 방법과 용량을 확인하는 것이 중요합니다.

 

술을 깨는 방법은 개인의 신체 상태와 음주 양, 음주 종류에 따라 달라질 수 있습니다. 위의 학문적인 지침은 일반적인 참고 사항이며, 음주 관리에 대한 개인적인 상황을 고려하여 신중하게 판단하는 것이 필요합니다.