김치 ‘발효과학의 오케스트라’
김치를 발효식품의 ‘대명사’로 꼽는 데 주저할 필요가 없을 것 같다. 동·서양을 막론하고 수많은 발효식품이 있지만, 김치만큼 다양한 과학적 원리가 발효과정에 적용된 음식은 드물다.
발효는 미생물이 각종 효소를 분비해 유기화합물을 산화·환원·분해·합성시키는 과정을 의미한다. 부패 역시 발효처럼 ‘썩는다’는 관점에서는 같지만 차이는 어떻게 썩느냐에 달려있다. 미생물이 유기화합물에 작용해 인간에게 이로운 물질을 만들어내면 발효, 유해하거나 원치 않는 물질로 바뀌면 부패이다.‘발효 과학’을 들여다본다.
●치즈·요구르트 인공발효, 김치 자연발효
젖산균의 효소작용에 의해 숙성되는 치즈는 종류가 수천종이나 되지만, 미생물과 박테리아 등으로 구성돼 있다는 점에서는 차이가 없다. 우유의 각종 영양소를 농축한 치즈는 발효과정을 거치며 단백질과 지방 등 각종 영양분이 소화·흡수되기 쉬운 형태로 변하게 된다. 이 가운데 치즈 속에 포함된 ‘아미노산 메티오닌’은 간기능을 강화시키고 알코올 분해를 돕기 때문에 와인 등 술을 마실 때 치즈를 곁들여 먹기도 한다.
요구르트도 우유나 염소젖 등을 젖산발효시킨 것이다. 특히 러시아의 세균학자 메치니코프는 요구르트에 포함된 젖산균이 장에서 독소를 생성하는 유해균의 생장을 억제한다는 사실을 밝혀내 요구르트가 전세계적으로 보급될 수 있는 발판을 마련했다.
김치도 치즈나 요구르트처럼 젖산발효시킨 식품이라는 원리에서는 같지만, 포함된 미생물의 종류 등에서 차이가 있다.
유산균 또는 락트산균으로도 불리는 젖산균은 글루코오스 등 당류를 분해해 젖산을 생성하는 인체 유용 미생물이다. 젖산균은 공기중의 산소를 이용한 호흡능력이 없는 혐기성 세균으로 일반 세균에 비해 영양이 풍부한 환경에서만 번식한다. 이 때문에 젖산발효에서는 공기와 밀폐된 환경을 유지, 산소를 이용하는 미생물의 번식을 막는 것이 중요하다.
한국식품연구원 발효식품연구팀장 차성관 박사는 “치즈나 요구르트의 경우 발효과정에 앞서 살균처리한 뒤 인위적으로 젖산균을 접종시켜 특정 미생물만 번식할 수 있도록 유도한다.”면서 “하지만 김치는 온도 등의 환경만 일정조건을 갖춰 자연발효시키기 때문에 보다 다양한 미생물이 더욱 풍부하게 존재할 수 있다.”고 설명했다. 즉 김치는 인간에게 유용한 미생물의 ‘보고’(寶庫)인 셈이다.
●김치, 유용 미생물의 ‘보고’
김치에 포함된 미생물은 최대 3000여종에 이를 것으로 추정되고 있다. 이 때문에 김치는 치즈나 요구르트보다 훨씬 더 복잡한 발효 및 숙성 과정을 거치게 되며 흔히 ‘담근다’와 ‘익힌다’ 등의 표현이 쓰인다. 유해균의 번식을 방지하고 유익한 미생물이 작용해 배추 등 재료들을 ‘담그는’ 것이며, 이같은 발효작용에 독특한 맛과 향으로 ‘익어가는’ 것이다.
이중 발효에 관여하는 젖산균 가운데 ‘류코노스톡 메센테로이데스’는 김치를 알맞게 익혀 주고,‘텍스트란’이라는 식이섬유를 만들어 신진대사를 촉진시키는 역할을 한다. 또 ‘락토바실루스 플란티룸’은 해로운 세균을 사멸시키는 기능을 하지만 산을 만들어 김치를 시게하는 원인이 되기도 한다.
이와 함께 ‘류코노스톡 시트리움’에는 젖산을 생산하는 효소가,‘페디오코쿠스 펜토사세우스’에는 위염 및 위궤양을 유발하는 헬리코박터 파이로리균과 식중독을 일으키는 리스테리아균 등 몸속 유해 세균의 생장을 억제하는 항균물질이 각각 포함된 것으로 알려졌다.
만약 김치에서 이같은 젖산발효가 일어나지 않으면 김치는 단순히 소금에 의해 절여진 염장식품에 그치게 된다.
차 박사는 “김치에서 특수한 미생물들만 생장하는 것은 발효 미생물들이 다른 미생물들의 생장을 억제하는 물질을 만들어내기 때문으로 추정된다.”면서 “따라서 김치를 비롯한 발효식품에는 천연의 항생물질이 다량 존재할 가능성이 높다.”고 설명했다.
●김치속 미생물 유전자해독 연구
따라서 김치에 포함된 미생물들의 염기서열 및 유전자 해독은 신약물질 개발로 이어질 수 있는 만큼 국내 과학자들이 연구에 매진하고 있다. 지금까지는 류코노스톡 시트리움과 페디오코쿠스 펜토사세우스, 류코노스톡 메센테로이데스 등 3종의 젖산균에 대한 염기서열 분석이 완료된 상태다.
김치를 발효·숙성시키는 데는 젖산균 못지않게 소금을 비롯한 양념류의 역할도 중요하다.
특히 채소를 소금에 절이면 삼투작용에 의해 채소의 수분이 밖으로 배출되는 탈수현상이 일어나는 동시에 채소내 미생물의 활동도 정지된다. 즉 소금이 병원성 미생물의 번식을 막고 유용 미생물의 효소작용을 촉진시켜 치즈나 요구르트 발효에 필수적인 살균처리 기능을 대신하는 것이다.
또 마늘과 고추, 젓갈 등 양념류도 미생물에 대한 살균 작용을 하기 때문에 김치가 부패하는 것을 막는 방부력을 높이는 효과를 발휘한다. 같은 맥락에서 김치를 담근 뒤 무거운 것으로 눌러놓는 이유도 식염 효과를 가속시키고, 공기와의 접촉을 막기 위한 것이다.
장세훈기자 shjang@seoul.co.kr