발효와 생명공학 (Biotechnology & fermentation)

<img src="https://t1.daumcdn.net/cfile/cafe/9935DA4D5B6421A527" class="txc-image" actualwidth="1024" width="1024" style="clear: none; float: none;" border="0" vspace="1" hspace="1" exif="{}" data-filename="항아리1.jpg" /> 발효와 생명공학 (Biotechnology & fermentation)   퇴비를 생산하는 두엄에서는 열이 발생된다. 술이 발효되거나 식초가 발효될 때도 열이 발생된다. 또 짐승이든 사람이든 모든 동물은 소화과정에서 발효가 일어나며 열을 발생한다. 이때 발효가 일어나는 공간 혹은 발효조에서 발생하는 열을 품온온도라고 한다. 인체의 소화과정(발효과정)에서 발생하는 품온온도는 기초체온으로 말하며 에너지 대사의 기본이며 기초대사로 표시된다. 품온온도는 생명과 직결되어 있다. 좀 더 들어가 보자.   포도당이 분해되거나 합성될 때는 상당한 열이 발생한다. 모든 생명체의 에너지원은 포도당이며 포도당을 산화시킬 때 발생하는 열에너지로 체온을 유지하게 되어 있다. 포도당은 식물의 기름과 동물의 지방에 축적된 것과 탄수화물인 전분에 숨어 있다. 전분은 식물의 씨나 뿌리에 축적되어 있으며 여기에서 포도당을 추출하기 위해서는 반드시 발효과정을 통해 당화과정을 거쳐야 추출된다. 당화과정에서 발생하는 정상적인 품온온도는 30도~35도 사이로 측정되는데 발효정도에 따라 기복이 심하다. 즉 무엇을 얼마나 먹었느냐에 따라 품온온도의 변화가 일어난다는 뜻이다.   밥을 많이 먹거나 포도당이 많은 음식을 섭취했을 때의 품온온도는 35도를 훌쩍 넘긴다. 이때에는 여러 가지 부작용이 나타난다. 열도 나고 소화도 제대로 되지 않는다. 술이라면 산패가 시작되는 온도이다.   또 소화과정을 마쳤을 때에는 품온온도가 약간 내려간다. 물론 데워진 체온이 쉽게 떨어지지는 않는다. 그러나 36.5도의 체온을 유지할 수는 없다. 품온온도가 높으면 낮춰주어야 하고 품온온도가 낮으면 높여주어야 한다. 이런 이유로 포도당을 태워서 체온을 유지시켜야 할 필요가 있다. 펼쳐보자.   1) 생명유지와 건강유지의 절대 요건인 기초체온의 품온온도   생명(Bio)은 체온을 통해서 유지된다. 체온을 통해서 건강이 유지되고 생육하고 번성할 수 있다. 죽은 생명은 체온이 없고 산 생명은 체온이 있다. 생체는 하루에 필요한 열량이 있고 이는 필요한 포도당의 수치와 비례한다.   ① 하루 필요 칼로리 양과 음식물의 양   인체는 하루 2500kcal를 필요로 한다. 잠을 잘 때에는 기초대사량인 1500kcal로 떨어진다. 2500kcal를 내기 위해 필요한 포도당의 양을 계산하면 4몰이다. 1몰당 칼로리는 686kcal이기 때문에 4몰이 필요하다. 포도당 1몰은 180g이다. 따라서 순수한 포도당 720g이 필요하다. 설탕 720g 수준이다. 순수 포도당 720g을 얻기 위해 쌀밥을 기준으로는 2kg(100g 기준,121kcal)이다. 그런데 이는 쌀밥 2kg이 순수한 포도당으로 전환되었을 경우를 가정했을 때이며, 실제로는 소화과정에서 약 1/4인 500g이 배설물로 빠져나가게 된다. 따라서 2.5kg의 쌀밥을 섭취해야 한다는 계산이 나온다. 여기에 생장에 필요한 비타민과 각종 유기산 그리고 단백질 및 무기질을 얻기 위해 쌀밥의 3배인 채소와 과일 그리고 고기를 먹어야 한다. 그렇다면 하루에 필요한 식량은 최소 10kg 이상의 식량이 필요하다는 이야기가 된다. 이 정도의 식량을 섭취하려면 위장의 면적은 현재보다 최소 3배에서 5배 이상이 되어야 음식물을 처리할 수 있다. 위장이 3배에서 5배의 크기로 늘어나면 인체의 장기 크기 역시 3배 이상 커져야 한다. 어쩔 수 없이 황소개구리와 같은 괴물 형태가 될 수밖에 없다. 이 문제를 해결할 수 있는 수단이 품온온도이다.   ② 품온온도와 체온   발효 시에 발생하는 품온온도는 발효가 계속되는 동안 지속된다. 포도당을 태워서 열을 발생하지 않아도 소화과정을 통해 일어나는 발효열에 의해 최소한의 체온을 유지할 수 있다. 그렇다고 해서 불안정한 발효열에만 의존하는 것이 아니다. 세포의 미토콘드리아에서 포도당을 산화시켜 발생하는 열이 더해져 “체온”이 유지된다.   우리가 매일 섭취하는 음식은 발효과정에서 발생하는 발효열을 통해 인체의 품온온도를 유지함으로 체온 유지에 결정적인 역할을 한다. 이 때문에 우리가 하루에 섭취해야 할 식량의 총량은 약 3kg 이하로 위 계산의 1/3 이하면 충분해진다.   이 말은 발효현상에 의해 지구상의 모든 생명체는 식량의 위기 속에서도 견뎌 나갈 수 있는 최적화된 삶의 양태가 만들어질 수 있었다는 이야기이다. 여기에 더해 사용되지 않은 포도당을 피하지방 형태로 저장해 두었다가 품온온도 유지 및 체온유지를 위해 필요시에 꺼내 쓸 수 있는 발효의 메커니즘은 상상을 초월하는 효용성을 가졌다.   피부에 붙어 있는 피하지방은, 이중 항아리와 같아서 외부에 노출되는 피부의 온도변화를 최소화 한다. 동시에 소화기관을 비롯한 인체 내부의 품온온도를 완벽하게 보호할 수 있는 최적체이다. 피하지방 때문에 인체는 춥거나 더운 기온에도 품온온도를 완벽하게 보존할 수 있다. 비만은 건강에 해롭지만 최적의 건강과 품온온도 유지를 위해서는 적당한 피하지방 두께를 가지고 있어야 한다. 이 말은 적당히 살이 쪄야 한다는 뜻이다. 통계에 의하면 마른 사람보다 오동통한 사람이 더 건강하고 오래 산다고 보고되었다.   2) 소화과정에서 소비되는 에너지의 총량   반추동물의 경우에는 소화과정에 필요한 에너지를 총량의 4/5를 사용한다. 잠자는 시간을 빼고, 먹고 되새김질을 통해 소화하는 데만 에너지의 4/5가 소비된다는 뜻이다. 그 외의 동물과 인류는 에너지 총량의 3/5을 소화과정에서 사용한다. 나머지 1/5은 뇌에서 사용하고, 남은 1/5의 에너지가 운동에너지이며 이 에너지로 생육하고 번성한다.   예컨대 하루에 삼시세끼를 꼬박 먹는 사람과 하루에 두끼를 먹는 사람의 차이를 비교해보자. 3식을 하는 사람은 3회의 정상적인 발효과정을 거치게 되는데 통상 소화시간은 4시간임으로 12시간 동안 발효로 인한 체온을 얻게 된다. 2식을 하는 사람은 8시간으로 줄어든다. 이에 따라 부족한 품온온도와 이로 인한 체온저하를 높여주기 위해 포도당을 그만큼 더 사용해야 한다. 이는 그대로 피로도로 나타난다. 2식을 하는 사람은 3식을 하는 사람에 비해 더 빨리 피곤을 느끼게 되어 있고 운동량도 떨어지게 되어 있다. 뿐만 아니다. 두뇌회전도 느리고 개운치 못한 상태에서 하루를 시작하게 된다. 또 2식을 하는 사람이 비만율이 더 높은데 이는 2식의 식사를 통해 필요한 포도당을 비축해 두어야 하기 때문이다. 따라서 3식을 하는 사람이 더 건강하며 생산량도 높다. 3식을 해야 하는 이유이다.   비만하다고 건강이 다 나쁜 것은 아니다. 대체적으로 비만한 사람일수록 외부 온도에 큰 영향을 받지 않으며 체온이 급격히 떨어지거나 높아지지 않는 특성을 가진다. 이는 항아리의 두께에 따라 품온온도가 비례하는 것과 같다.   3) 소화과정의 1차원과 2차원 발효   소화과정은 1차와 2차로 나눠진다. 알코올이 생성되는 1차 발효와 초산발효가 생성되는 2차 발효가 그것이다. 1차 발효는 음식물 섭취 후 2시간 이내에 이뤄지고 2차 발효는 2시간 이후 4시간에 걸쳐 이뤄진다. 이를 확인할 수 있는 방법은 트림이다. 보통 식사를 한 후 2시간 이내에 트림을 하게 되면 음식물이 발효된 냄새가 올라오는 반면, 2시간 이후에 올라오는 트림은 신트림이 나온다. 신트림이 나오게 되면 속이 좋지 않아 설사를 하거나 토하게 된다. 이때에 옛날 어른들은 소다를 먹어 속을 다스렸다. 알칼리성인 소다를 통해 초산발효를 중화시키는 동시에 소다(중탄산나트륨)를 통해 음식물의 소화를 도왔다. 그러나 현대에서는 소화제를 사용한다.   1차 소화과정에서 생성된 알코올은 지방(기름)에서 지방산을 제거하여 포도당을 추출한다. 지방은 포도당에 지방산이 결합한 형태로 구성되어 있다. 따라서 지방산을 분해하면 포도당은 분리되어 순수한 포도당을 얻을 수 있다.   2차 소화과정은 생성된 알코올에 체내에서 분비된 소량의 활성아세트산이 간섭하여 초산발효를 일으키는 과정이다. 이 과정에서 중간물질인 아세트알데히드가 생성되는데 아세트알데히드는 뇌에 작용한다. 식사 후 2시간쯤 되면 노곤해지고 눈이 감기는 현상, 즉 식곤증이 일어나는 데 아세트알데히드 때문이다. 초산발효가 일어나게 되면 음식물은 분자단위 이하로 해리되어 음식물에 들어 있는 각종 영양성분이 영양소로 재합성된다. 단백질은 아미노산으로 분해되고 채소의 셀룰로오스 성분에 들어 있는 각종 비타민은 비로소 비타민 A, 비타민 B, 비타민 C로 합성된다. 채소와 과일에 들어 있는 유기산은 구연산화 되어 TCA회로에 투입되며 이중 일부는 활성아세트산으로 변환된다. 무기질에 들어 있는 철분, 칼슘, 마그네슘, 아연 등의 영양소가 추출되어 합성하여 대사물질로 변신한다. 초산발효를 거쳐야 비로소 대사물질로 변환된다.   이 내용은 식초 제조 과정을 통해서도 확인할 수 있다. 1차 발효를 통해 만들어진 막걸리나 청주에서는 대사물질 화된 영양소가 검출되지 않는다. 2차 발효인 초산발효를 통해 만들어진 식초에는 7가지 필수아미노산을 비롯해 20여 가지의 아미노산과 60여 가지의 영양소가 검출된다. 2년 숙성이 되면 60여 가지의 아미노산과 120여 가지의 영양소가 확인된다. 이는 아세트산의 화학적 분해 능력과 아세토박터균의 산화력 때문이다.   4) 나잇살과 노인의 건강비결   나이가 들수록 나잇살이 찌는데 반해 체온유지는 쉽지 않다. 날씨의 변화에 따라 노인들은 쉽게 추위를 타고 쉽게 더위를 탄다. 이와 같은 체온의 변동은 면역력 저하로 이어진다. 때문에 노인은 환절기에 쉽게 독감에 노출되고 독감에 걸리면 대사작용이 늦어 치유되기까지 거반 한 달 이상을 고생하게 된다.   ① 당 떨어진다?   사람이 식사를 거르게 되면 배에서 꼬르륵 소리를 신호로 전신이 나른해지고 머리에 미열이 생기면서 머리가 아프거나 현기증이 일어난다. 이를 “당 떨어졌다”고 하는 데 밥을 먹게 되면 언제 아팠느냐 싶을 정도로 회복된다.   이런 현상의 원인은 발효가 일어나지 않기 때문에 품온온도가 떨어져 기초대사상태로 가려고 하는 생체리듬 때문에 발생하는 현상이다. 이때에는 맥박수가 느려지고 호흡수와 호흡량도 떨어진다. 호흡수가 느려지면 뇌세포(미토콘드리아)에서 포도당을 산화시키는 능력이 떨어지게 됨으로 현기증이 나면서 머리가 아파지는 이유이다.   ② 노인 건강의 비결은 발효식품   노인의 건강비결은 체온유지에 있다. 젊은이들과 경쟁하여 미스터코리아에 나가려고 빡쌔게 운동을 해도 나잇살이 장애물이다. 복부 둘레에 포진하고 있는 나잇살은 어지간해서는 안 빠진다. 이유가 있다. 노인의 내장온도는 젊은이와 비교하면 1.5도에서 2도의 차이가 있다. 품온온도가 떨어지기 때문에 발생하는 현상이다. 이를 커버해 주는 것이 나잇살이다. 지속적인 운동으로 체온을 높여주는 것이 아니라면 나잇살로 기본 체온 유지가 되게 되어 있다. 그만큼 발효의 효율이 떨어진다는 뜻이다.   이를 해결해 줄 수 있는 방편은 발효식품을 섭취하는 것이다. 모든 발효식품은 소화과정에서 에너지 소비율이 작다. 때문에 발효 효율이 떨어져도 소화에 문제가 되지 않는다. 이는 간의 피로와 직결되는데 발효음식은 이미 일차 소화과정을 거친 형태이기 때문에 간의 대사 작용을 도와주는 형태가 된다. 싱싱한 야채 보다는 장아찌를 즐겨야 하고, 이왕에 싱싱한 야채를 먹겠다면 천연식초를 듬뿍 뿌려서 먹는 것이 좋다.   5) 수면과 발효   하루 삼시세끼를 먹은 사람이라면 소화하는데 필요한 시간만 12시간(3끼*4시간)을 소비하게 된다. 12시간 동안 발효에 의한 품온온도가 만들어진다는 소리이다. 나머지 12시간은 발효현상이 일어날 것이 없다. 여기에 8시간의 수면을 하게 되면 4시간이 남는데 이 시간을 어떻게 할 것이냐에 따라 품온온도 유지가 결정된다. 만약 야식을 하는 습관이 있다면 수면시간을 뺀 모든 시간이 발효를 통해 품온온도를 만들어 내는 시간이라고 보면 된다. 체온이 바탕이 되는 품온온도 유지는 대단히 중요한 과제이다. 100세 건강을 추구한다면 품온온도 유지를 위한 방편을 가지고 있어야 한다. 그것은 야식 습관이다.   50대 중반에 들어서면 야식을 하지 않던 사람도 밤이 되면 뱃속이 허해 땅콩과 같은 견과류를 찾게 된다. 그렇다고 절대로 야식을 하지는 않는다. 무언가 부담이 안 되면서 위장을 자극하는 쪽으로 찾게 되는데 견과류 육포 등의 간식거리를 찾는다.   할 수 있다면 야식을 먹는 것이 좋다. 메밀이나 묵 같은 약간의 탄수화물이나 죽이 좋다. 아니면 초를 듬뿍 넣은 야채샐러드나 스프, 혹은 식혜나 수정과 아니면 우유 한 컵 정도가 좋다. 지금도 시골에서는 마실문화가 있다. 마실가는 집에서는 메밀국수나 메밀묵 혹은 잔치국수를 내놓는다. 밥을 내는 집은 없다. 밤이 긴 겨울은 농번기라서 출출하기도 하거니와 사랑방에서 묵 한 사발씩 먹으며 우애를 다지는 마실문화가 농촌의 발전에 기여했다고 믿는다. 우리 할머니는 매일 밤마다 마실을 다니면서 묵이나 국수를 드셨는데 93세까지 사셨다.   참고로 혈액은 하루에 2000회를 운행하며 운동 시에는 4500회까지 늘어나고 수면시에는 1500회로 떨어진다. 운동 시에는 혈액이 4500회까지 급상승함으로 호흡과 맥박이 빨라지는데 여기에서 산화물과 노폐물이 발생한다. 산화물인 이산화탄소는 호흡으로 빠지고 노폐물인 젖산과 나트륨 등은 소변과 땀으로 배출된다. (청주식초학술보고서- 발효편)