무더운 여름철이 시작되었다. 여름에는 기온뿐 아니라 다른 계절보다 습도도 높다. 특히 장맛비가 오랫동안 내리면 집 안 전체가 축축하게 변할 정도로 습도가 올라간다. 그러면 집 안 구석구석에 검은 점이 생기기 시작하고, 장롱에 있던 옷들에도 검은 가루들이 붙는다. 바로 곰팡이다.
곰팡이는 버섯과 같은 무리의 생물이다
곰팡이는 진균의 일종인 미생물이다. 진균이라는 이름에는 ‘진짜 균’이라는 의미가 담겨 있다. 그런데 진균은 세균과 달리 제대로 된 핵을 가진 진핵생물 중 하나이다. 참고로, 진핵생물은 원생생물계, 진균계, 식물계, 동물계로 나뉜다.
진균계의 대표적인 생물로 효모, 곰팡이, 버섯 등이 있다. 효모와 곰팡이는 맨눈에 보이지 않는 미생물이지만, 버섯은 미생물이 아니다. 모양만 보면 버섯과 곰팡이가 같은 무리에 속한다고 생각하기 쉽지 않다. 하지만 버섯과 곰팡이 모두 진균의 특징을 갖는다.
여름철 사람들 발에 자주 생기는 질병인 무좀도 진균 때문에 일어난다. ⓒ윤상석
진균은 효모를 제외한 대부분이 다세포 생물이고 세포들이 실 모양으로 길게 연결되는데, 이런 모양의 세포를 균사라고 부른다. 균사는 중간중간에 칸막이가 있어 어디서부터 한 개의 세포인지 구분할 수 있다. 그런데 이 칸막이 중앙에 작은 구멍이 있어 이웃 세포들과 세포질 및 세포소기관이 서로 이동할 수 있다. 또한, 균사가 촘촘하게 얽힌 상태로 자란 것을 균사체라고 부른다. 버섯은 이 균사들이 점차 겹쳐지고 두꺼워지면서 위로 자라 버섯 특유의 모양을 이룬다.
곰팡이가 언제부터 지구에 나타났는지 제대로 알려지지 않았지만, 지구에 아직 많은 식물이 출현하기 전인 약 5억 년 이전부터 서식했다고 과학자들은 추측하고 있다. 곰팡이는 광합성을 하지 못하기 때문에 외부에서 영양분을 얻어야 한다. 그래서 곰팡이는 유기물을 분해하여 영양분을 얻는다. 곰팡이 중에는 세균이 분해하기 어려운 물질도 잘 분해하는 종류가 있다. 특히 살충제와 살균제 등의 독성 물질과 폭약까지 분해하는 종류가 있어 오염된 환경을 복구하는 데 큰 도움을 준다. 심지어는 안경 렌즈 표면을 분해하여 영양분을 얻는 곰팡이 종류도 있다.
곰팡이는 어떻게 성장할까?
곰팡이는 균사체에서 포자를 날려 번식을 한다. 우리 주변에서 가장 흔한 곰팡이 중 하나인 검은누룩곰팡이 포자의 크기는 지름이 100분의 1 mm도 되지 않는다. 맨눈으로는 이 포자를 볼 수 없지만, 공기 중에는 이 포자들이 무수히 떠다닌다. 특히 곰팡이는 토양에서 성장해 포자를 공기 속으로 날리는 경우가 많다. 이 포자는 표면에 미세한 요철이나 털이 있어 옷이나 카펫, 이불 등 어디라도 잘 달라붙는다. 그래서 사람들은 자기도 모르는 사이에 옷에 곰팡이 포자를 붙여 집 안으로 들여놓는 경우가 많다.
곰팡이는 어떤 과정을 거쳐 성장할까? 검은누룩곰팡이의 성장 과정을 살펴보자. 옷이나 카펫에 달라붙은 검은누룩곰팡이의 포자는 습도와 온도 등의 환경이 맞으면 발아하여 균사를 뻗는다. 균사는 옆으로 뻗기 시작하고, 얼마 후에는 공기 중으로도 뻗는다. 그리고 균사 끝에 포자의 덩어리를 만든다. 이 포자 덩어리에서 포자가 방출되면서 검은누룩곰팡이가 다시 퍼져 나간다.
곰팡이 포자가 발아하고 성장하여 균사가 공기 중으로 뻗었을 때 그 크기는 10분의 1mm를 넘는다. 곰팡이가 눈에 보이는 크기가 되기까지 아무리 짧아도 2~3일이 소요된다. 곰팡이를 눈으로 볼 수 있으면, 이미 곰팡이가 상당히 성장해 있다고 할 수 있다.
곰팡이의 포자는 습도와 온도 등의 환경이 맞으면 발아하여 균사를 뻗고 균사 끝에 포자의 덩어리를 만든다.ⓒ윤상석
곰팡이가 좋아하는 환경
우리 주변의 곰팡이는 종류가 매우 많다. 그리고 대체로 종류별로 자신이 좋아하는 환경이 따로 있다. 예를 들어 욕실에 주로 사는 곰팡이와 빵에 피는 곰팡이는 다른 종류인 경우가 많고, 딸기에 사는 잿빛곰팡이는 다른 과일에는 살지 않는다. 다만 우리 주변 가장 흔한 곰팡이인 검은누룩곰팡이는 예외적으로 다양한 환경에서 살아갈 수 있다.
하지만 곰팡이가 살아가는 데 공통으로 필요한 환경이 있다. 바로 적당한 습도와 온도, 영양원, 그리고 산소이다. 그중 가장 중요한 조건이 바로 습도이다. 곰팡이의 80% 이상이 습기를 좋아하고 건조한 환경을 싫어한다. 또한, 온도가 섭씨 20~30도에서 가장 활발하게 번식한다. 20도 이하에서는 온도가 낮을수록 번식 속도가 느려지고 0도 이하에서는 동면 상태가 되어 활동하지 않는다. 곰팡이 포자는 동면 상태에 있다가 해동이 되고 환경이 맞으면 다시 발아하여 번식할 수 있다. 그리고 30도 이상의 고온도 곰팡이에게 달가운 환경이 아니다. 특히 37도 이상의 온도에서는 곰팡이 대부분이 서서히 죽는다.
곰팡이가 좋아하는 환경 없애야 여름철에 곰팡이 피해를 줄일 수 있다. 그러기 위해서는 무엇보다 습도를 줄이는 것이 가장 쉬운 방법이다. 곰팡이의 발생을 막으려면 습도를 60% 이하로 막아야 한다. 실내의 습도를 줄이기 위한 가장 효과적인 방법은 환기이다. 환기를 통해 방 안 구석구석까지 공기를 순환시키야 곰팡이를 막을 수 있다.
곰팡이 피해를 줄이기 위해서는 무엇보다 습도를 줄이는 것이 가장 중요하다. ⓒ윤상석
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1. 곰팡이
효모는 당을 발효해서 알코올을 만들 수 있으나 전분을 발효시킬 수는 없다. 따라서 전분으로부터 술을 만들려면 이것을 당화 할 필요가 있다. 이 당화 수단으로 서양에서는 엿기름이 개발되어 맥주, 위스키 제조에 사용되었다. 한편 동양에서는 국 또는 곡자로 당화 하고 있다.
국은 중국의 소흥주, 황주, 고량주, 대만의 미주, 홍주, 우리나라의 약주, 탁주, 일본의 청주, 미림, 소주 등 각종 술 제조에 쓰이고 또한 간장, 된장 제조에도 이용되고 있다. 이 국은 쌀, 보리쌀, 콩, 밀기울 등의 전분질에 곰팡이를 번식시킨 것이고 그 결과 그 균체 내외에 여러 가지 많은 효소군이 생성된다. 우리들이 국을 사용하는 목적은 이 효소군을 이용하여 전분을 당화 하고 단백질을 분해하는 데 있다. 더욱이 입국에서 만들어진 각종 성분은 효모와 기타 유용 미생물의 증식과 발효의 영양원이 되어 알코올, 음료, 각종 식품의 풍미에 미묘한 영향을 준다. 따라서 탁주와 같이 발효액을 그대로 마시는 주류는 맛의 다양성을 위하여 입국과 더불어 곡자나 조효소제와 같은 미묘한 맛을 내는 효소제 사용이 바람직하다.
2. 곰팡이는 어떻게 이용되고 있는가
우리들이 곰팡이를 이용하고자 하면 곰팡이라는 미생물을 증식시켜야 한다. 이 증식 수단으로 고형물(밀가루, 쌀 등)에 증식시킨 것을 고체 국, 액체에 배양한 것을 액체 국이라 한다.
액체배양은 순수 배양이 용이하나 곰팡이 증식에는 산소가 필요하므로 액체 내에서는 여간해서 잘
증식되지 않는다.
여기서 1895년 칼맨과 보아단이라는 프랑스 사람이 액체 배양할 때 배양액을 심하게 저어주고 동시에 공기를 불어넣어 주는 방법을 고안하여 이 장치 안에 옥수수나 쌀의 묽은 죽을 넣어서 Mucor(털 곰팡이 종류)를 배양하였더니 곡류를 당화 하면서 발효까지 할 수 있었다. 이 방법을 아밀로(Amylo) 법이라고 하고 현재 이 아밀로 법은 국법과 병행해서 알코올 제조에 이용되고 있다.
현재는 아밀로 법에 사용되는 곰팡이로서 털 곰팡이보다는 거미줄곰팡이 일종인 라이조프스 자포니커스(Rhizopus japonicus) 쪽이 우수하다는 것을 알게 되었다.
그런데 본래 곰팡이는 전분질에 습한 공기가 있는 것을 좋아하기 때문에 고형 곡류에 곰팡이를 번식시키는 방법이 옛날부터 행하여졌다.
이 고형국을 크게 나누어서 중국식 국과 일본식 국이 있다. 중국식 국은 생곡류를 가루 내어 물로 반죽하여 성형해서 자연적으로 곰팡이를 번식시킨 것으로 각종 곰팡이가 있으며 주로 거미줄곰팡이가 자라고 있다. 일본식 국은 곡류를 증자하여 국균을 번식시킨 것이다.
3. 곰팡이의 성질
곰팡이는 고등 식물과는 다르고 잎, 가지, 뿌리의 구별이 없는 하등 식물이다. 곰팡이는 보통 사상균이라 하는데 이것은 가늘고 하얀 균사가 실모양으로 발육하기 때문에 붙여진 이름이다.
균사는 고등식물의 잎, 줄기, 뿌리에 해당하고 영양과 발육을 담당한다. 균사에는 대나무의 절에 해당하는 격벽이 있는 것과 없는 것이 있어 균을 분류하는 기준이 되며 국에서 파정이라고 하는 것은 이 균사를 두고 하는 말이다. 이 균사로부터 분기한 병이 위로 뻗어 그 끝에 포자가 붙는다. 이 포자는 번식, 생식 역할을 하는 것으로서 국을 만들어 사용하는 종국이 이 포자에 속한다.
고등식물은 엽록소를 가지고 있어 태양에너지와 대기 중의 탄소와 수소로부터 유기체를 합성하여 자신의 영양공급원으로써 생활하고 있으나 곰팡이는 이 영양소가 없다. 따라서 곰팡이는 각종 효소를 균체 외부로 분비하여 유기체를 분해, 흡수하고 이것을 자기의 영양원으로 하여 생육, 번식하고 있다.
앞에서도 언급했듯이 곰팡이는 공기와 습기가 있는 곳을 좋아하며 그 생육적온은 균 종류에 따라 다르다. 일반적으로 푸른곰팡이균은 20-25℃, 국균은 30-35℃, 털 곰팡이균은 37℃에서 잘 발육한다. 또한 세군이 발육할 수 없는 농당액 또는 산도가 높은 액에서도 곰팡이는 잘 자라는 종류가 있다. 더욱이 곰팡이의 포자는 상당한 저항력이 있어 6-7년간 생존한다는 기록이 있다.
4. 곰팡이의 번식 - 무성 포자
곰팡이의 번식은 주로 포자에 의해서 행해지며 이 포자가 되는 방식에는 무성 생식과 유성 생식이 있다. 유성 생식은 난자와 정가가 결합하는 것과 같이 두 세포가 융하하는 것이고 무성생식은 단일 세포의 내생적 또는 외생적에 핵융합 없이 포자가 되는 것을 말한다. 분생 포자는 국 곰팡이, 푸른곰팡이에서 볼 수 있고 균사로부터 분기한 병의 끝이 두텁게 되어 정낭이 되고 그 끝에 경자가 생기고 또 그 끝에 포자가 생긴다.
포자낭 포자(내생적으로 되는 무성 포자)는 털 곰팡이, 거미줄곰팡이 등에서 볼 수 있고 포자낭 안에서 다수의 포자가 만들어진다. 성숙하면 이 포자낭(주머니)이 찢어져서 포자가 외부에 흩어진다.
이들 포자는 구형 또는 이와 비슷한 형태를 가지고 있고 직경은 2-10㎛정도 되며 표면이 미끈한 것, 돌기가 있는 것 등 여러 가지가 있다. 또 유성 포자에는 접합 포자와 자낭 포자가 있다. 전자는 털 곰팡이, 거미줄곰팡이 등이 있는 것으로서 두 개의 다른 균사가 뻗어서 접합하고 핵이 융합되어 이것이 부풀어 포자가 되는 것이다. 자낭포자는 유성 포자가 자낭 안에서 내생적으로 만들어지는 것으로서 국균속, 페니실린 속 등에서 볼 수 있다. 그러나 이 유성 포자는 특별한 경우 외에는 관찰할 수 없고 국균속, 페니실린속 중에서 자낭포자를 전혀 만들지 않는 것(예, 국균)도 있다.
1) 탁주 입국 곰팡이 - 흑국균
국 곰팡이 속 주에는 아스퍼질러스 오리제(Aspergillus oryzae)외에 10여 종의 群이 있다. 탁주 양조에 중요한 곰팡이는 백국균이며 이것은 흑국균이 변이 된 종으로 초기에 포자색은 백색인데 시간이 지남에 따라 올리브색 또는 갈색으로 변한다. 구연산을 다량 만드는 것이 특징이다.
2)떡에 잘 자라는 곰팡이 - 푸른곰팡이 속
이 곰팡이는 밀감, 빵, 치즈 등에 잘 번식한다. 이 곰팡이는 쌀 입국에도 침식하며 일반 양조에는 유해한 곰팡이에 속한다.
백설기에 제일 먼저 달라붙는 곰팡이 속과는 다르게 포자병에 여러 개의 격벽이 있고 정낭은 없으며 빗자루 모양과 같은 경자가 지분 되어 그 끝에 푸른 포자가 연쇄상으로 착생한다. 포자병으로부터 경자에 이르기까지가 복잡하고 포자병-분기-소분기-기저경자-경자로 되어 있다. 자낭포자를 만드는 경우는 별로 없고 때로는 국균을 만든다.
21-22℃의 건조한 곳에서도 잘 자라고 비교적 단모이기 때문에 밀착해서 피고 황색 또는 청색 색소를 만드는 것도 잇다. 입국에서 청 곰팡이의 번식을 방지하는 방법으로서 지나친 저온관리가 되지 않도록 관리하는 것도 좋은 방법이다. 이 곰팡이는 양조에서는 유해균이나 1929년 영국의 후레밍 박사가 우연히 이 곰팡이가 자라는 부근에는 박테리아가 번식하지 않는다는 사실에 근거하여 페니실린(유명한 항생물질)을 발견함으로써 유명해졌다.
3) 홍주 - 홍국이 만드는 색소
이것은 증미에 자낭균류인 홍국곰팡이속(모나스크스속, Monascus)을 번식시킨 국을 사용한 술을 말한다. 이 곰팡이는 종래부터 대만산 홍국균으로 알려져 있었다. 증미에 번식한 국을 홍점이라 하고 이것으로 홍주를 만든다. 모나스크스 푸루프류스(Monascus purpureus), 모나스크스 바리게리(Monascus barkeri), 모나스크스 안가(Monascus anka)등이 유명하다. 어느 것이든 균사 중에 홍색 또는 복숭아색의 색소를 띄며 분생 포자는 짧고 작은 연쇄상이며 자낭포자를 만든다. 전분 분해력이 아주 강한 것도 있다.
한국에서는 배상면 주가에서 이 홍국으로 천태 홍주라는 홍주를 제조하고 있고 일본에서는 적홍색의 색소를 이용하여 길사에 홍반을 만들고 있으며 혈액 강하제로서 모나콜린이라는 약명으로 판매되고 있다.
4) 조상균의 대표 - 털 곰팡이과
국 곰팡이과가 자낭균류를 대표하는 곰팡이인데 대하여 조상균류를 대표하는 곰팡이로서는 털 곰팡이가 있다. 이 털 곰팡이 중에 거미줄곰팡이에 속하는 털 곰팡이도 잇다. 라이조프스속(거미줄곰팡이속)은 네덜란드 딸기와 같이 공중에 균사(도출기)를 뻗어가면서 번식하고 배지와 접촉하는 곳에 가근을 만든다. 이 가근으로부터 한 개 혹은 여러 개의 포자낭병이 생겨 그 끝이 크게 부풀어서 포자낭이 된다. 균의 색은 처음은 백색이나 후에 회갈색으로 되는 것이 많고 거미줄처럼 자라고 우리나라의 누룩(곡자)과 중국계의 국 꼬는 아밀로법(아밀로 주정 제조방법, amylo법)의 아밀로균으로도 병용되고 전분으로부터 포도당을 만드는 효소제 생산에 사용된다.
털 곰팡이(Mucor) 속은 라이조프스속과 같이 돌출기나 가근이 없고 포자낭병은 균사로부터 직접 나와서 단독으로 길게 자라고 가지가 나누어지는 것과 그렇지 않은 것이 있다. 이 포자병 끝에 포자낭이 생긴다. 이것은 종종 흑색을 띠고 수산석회의 작은 침상 결정이 보인다. 털 곰팡이는 부패한 동식물에서 많이 볼 수 있고 거의 이용되지 않는다. 그러나 아밀로법에 이용되었던 뮤코 룩시(Mucorrouxii)는 역사적으로 유명하다.
5) 곰팡이 효소 이용과 발효생산
곰팡이는 그 균체 내외에 많은 효소가 생산된다. 그 효소를 어떻게 잘 이용할 것인가에 대한 것이 많은 연구가에 의해서 검토되었다.
일본의 다카미네 박사는 국균의 당화 효소 작용이 아주 강하다는 것을 알고 그 효소를 분리하는데 성공(1894년), 그것을 다가디아스타제라는 이름으로 명명했다. 그 속에는 아밀라아제를 중심으로 약 50종의 효소가 함유되어 있다고 한다.
전분을 분해하는 효소는 깊이 연구되어 정제된 α-아밀라아제, 글루코 아밀라아제(Glucoamylase), 내산성 아밀라아제를 국 곰팡이 속, 라이조프스속으로부터 생산하고 있다. 그리고 또 털 곰팡이로부터는 단백 분해력에 비해 응유력이 강한 효소가 발견되어 츠지 제조에 이용되고 잇다. 이 박에 셀로로즈를 분해하는 셀룰라이제, 과즙을 맑게 하는 페티나아제, 지방질을 분해하는 리파아제 등의 가수분해 효소도 국균곰팡이속, 청 곰팡이 속, 거미줄곰팡이 속으로부터 생산된다.
포도당을 글루콘산으로 산화하는 글루코스 옥시디아제(Glucose oxidase), 과산화수소를 분해하는 갈락타아제(이 갈락타아제 때문에 탁주 술덧에서 군내가 날 때 과산화수소를 첨가하면 환원효소에 의해 분해된다. 이 목적을 이용하려면 첨가 후 12시간 이상을 두어야 한다.) 5'-이노신산
제조에 이용되는 5'-호스호제스테라아제, 밀감의 나리진이라는 고미 성분을 분해하는 나리지아나제 등의 효소가 국 곰팡이 속, 푸른곰팡이 속, 거미줄곰팡이 속 중에서 발견되어 생산되고 있다.
곰팡이의 효소작용에 의한 물질대사를 이용한 여러 가지 유기화합물이 공업적으로 생산되고 있다.
예를 들면 흑곰팡이에 의하여 글루콘산과 구연산, 국균은 국산, 푸른곰팡이는 구연산과 패니실린, 거미줄 곰팡이는 후말산과 젖산, 국 곰팡이 속은 이타콘산, 애램태슘, 아시비(Eremothecium ashbyii)에 의해 riboflavin 등이 생산된다.
6) 독 곰팡이
곰팡이는 일반식품의 밥, 떡, 밀감, 버터, 치즈, 소금에 절인 식품 등에 자라서 이것을 변질시키는 유해작용을 하고 있는 경우 외에 여기서는 독물질을 만드는 곰팡이에 대하여 말하고자 한다. 지금까지 알려져 있는 독물질은 심장 독의 시토리닌, 신경독의 파쯔린, 말토리진, 조혈조직장해독의
후자리오게닌, 방사선모병변을 일으키는 곰팡이 독, 간의 발암인자인 아플라톡신(Aflatoxin), 오구라톡신, 황변미독으로 유명한 아이슬랜디톡신, 간신장해독의 스태이구토시스찐 등이 잇다. 이들
곰팡이 독 중에서 국 곰팡이 속의 일부가 만드는 독소는 아플라톡신, 파쯔린, 마르토리진, 스테리구마도 시스진, 오구라톡신 등이 있다. 그러나 같은 구곰팡이 속에서도 이플라톡신 생산주를 제외하면 이들 독소 생산균주는 우리들의 양조에 사용하고 있는 국균과는 형태적으로나 생리적으로 쉽게 구별할 수 있다.
따라서 가장 문제가 되는 것은 이플라톡신 생산균이나 이것은 모두 아스페리길루스 후라브스
(Aspergillus flavus)군에 속하고 아스페리길루스 톡시가류스무라가미, 아스페리길루스 파라시틱스 스패아, 아스페리길루스 후라브스 3종 중 하나이다. 여기서 주의할 것은 아스페리길루스 후라브스 링크종에 속한 모든 곰팡이가 아플라톡신을 만드는 것이 아니고 그중에 극히 일부의 곰팡이에서 만들어진다. 현재 사용되고 있는 Asp. oryzae 등 국균은 아플라톡신을 생산하지 않는다는 것이
입증되었다. 그런데 이 아플라톡신이라는 독소는 심한 급성, 아급성 외에도 아주 현저하게 간 발암성을 가지고 있다고 한다.