#5. 효모의 Free Amino Nitrogen(FAN) 섭취 (2)

5편. 효모의 Free Amino Nitrogen(FAN) 섭취 (2)

구독자님, 안녕하세요.

지난 Yeasty Letter에서는 효모도 인간처럼 균형 잡힌 식단이 필요하며, FAN(Free Amino Nitrogen)이 효모의 건강과 맥주 맛에 얼마나 중요한 역할을 하는지에 대해 살펴보았습니다. 마치 우리가 다이어트할 때 탄수화물뿐 아니라 단백질과 지방 등 다양한 영양소를 골고루 섭취해야 하는 것과 같은 원리라고 할 수 있죠.

이번 시간에는 최신 자동화 기술인 고성능 액체크로마토그래피(HPLC)를 통해 과거에는 감지하기 어려웠던 효모의 영양 섭취 메커니즘. 즉, 효모가 개별 아미노산을 언제, 어떻게 소비하는지를 정밀하게 분석한 연구들을 소개합니다.

지난 편을 읽지 않으신 분들은 먼저 읽어보시길 추천드립니다.

이러한 분석 덕분에 발효 과정에서 효모가 각 아미노산을 소비하는 속도를 기준으로 네 개의 흡수 그룹으로 분류할 수 있음이 밝혀졌습니다. 그 중 세 그룹은 각각 다른 발효 단계에서 소모되며, 나머지 한 그룹은 오직 하나의 아미노산, 즉 프롤린(Proline)으로만 구성됨이 밝혀졌습니다. 

특히, 프롤린은 맥즙 내에 가장 많이 존재함에도 불구하고 발효 과정에서는 사용되지 않습니다. 이는 프롤린 흡수에 산소가 필요하지만, 발효는 산소가 없는 혐기 조건에서 진행되기 때문입니다.

Margaret Jones와 John Pierce가 기네스 맥주 연구 부서에서 제안한 아미노산 분류법은 발효 과정에서 각 아미노산의 상대적 중요성을 이해하는 기초 자료로 활용되어 오늘날에도 널리 응용되고 있습니다. 예를 들어, 고비중(High-gravity) 맥주 제조 시에는 효모 추출물이나 특정 아미노산 보충제를 첨가하여 맥즙 내 질소 함량을 조절할 수 있습니다. 물론 일부 효모 균주는 선호하는 아미노산이 다를 수 있지만, 최근 연구를 통해 맥즙 내 아미노산의 흡수 및 활용 방식이 재검토되면서 그 원리가 점차 확립되고 있습니다.

또한, 연구 결과 전체 질소 화합물 중 약 30%는 단일 아미노산이 아닌 다른 공급원에서 유래함이 밝혀졌습니다. 즉, 효모는 단일 아미노산뿐 아니라 2~3개의 아미노산으로 구성된 올리고펩타이드나, 더 많은 아미노산이 결합된 폴리펩타이드에서 질소를 얻습니다.

아미노산은 단백질의 기본 구성 단위입니다. 단백질은 여러 아미노산이 결합하여 고유의 구조와 특성을 형성하는데, 위의 <그림 3>에서 보실 수 있듯이 아미노산들이 연결되어 긴 사슬을 이루고 있습니다. 이렇게 다수의 아미노산이 이어진 사슬을 폴리펩타이드(Polypeptide) 라고 하며, 2~10개의 아미노산이 결합된 짧은 사슬은 올리고펩타이드(Oligopeptide) 라고 부릅니다.

효모가 펩타이드를 활용한다는 사실은 60년 전부터 연구되어 왔지만, 효모의 질소 요구량과 그 역할에 대해서는 아직 완전히 밝혀지지 않았습니다.

올리고펩타이드는 효모 성장 동안 탄소와 질소 공급원으로 사용되거나 세포벽 형성에 필요한 단백질 전구체로 활용됩니다. 다만 올리고펩타이드만이 질소 공급원으로 작용할 경우, 자유 아미노산에 비해 흡수 및 대사 효율이 낮아 효모 성장 속도가 크게 저하될 수 있습니다. 실제 연구에 따르면, 발효 과정 중 맥즙 내 올리고펩타이드의 약 20~40%가 효모에 의해 질소원으로 효과적으로 활용되고 있습니다. 또한, 대부분의 효모는 3개 이하의 아미노산으로 구성된 짧은 펩타이드를 선호하여 흡수하는 경향이 있으며, 이 능력은 균주마다 유전적 및 생리학적 특성에 따라 다르게 나타납니다. 

더불어, 효모는 단백질 분해효소를 외부(맥즙)로 분비하여 추가적인 질소를 확보할 수 있기 때문에 폴리펩타이드 역시 기질로 활용됩니다. 세포 밖으로 분비된 단백질 분해효소에 의해 중간 크기의 펩타이드가 더 작은 펩타이드로 가수분해되면 효모는 이 작은 펩타이드를 흡수하여 성장에 이용합니다. 이러한 효소 활동은 발효 내내 지속되어 맥즙 내 펩타이드는 아미노산 조성에 따라 특정 순서로 섭취되는데 단일 아미노산과 마찬가지로 펩타이드도 맥주의 캐릭터와 풍미에 큰 기여를 합니다.

결국 발효 과정 내내 진행되는 펩타이드 크기의 변화는 당분과 FAN의 섭취 패턴에 변화를 가져옵니다. 양조 초반, 맥즙을 끓여 모든 아밀레이스(당 분해효소)를 비활성화시킴으로써 당분의 구성이 고정되지만, 이후 효모가 분비하는 단백질 분해효소에 의해 맥즙 내 질소 화합물의 구성은 지속적으로 변화합니다.

* 효모가 스트레스를 받으면 단백질 분해효소의 분비가 증가하는데, 이 현상은 특히 고비중(high-gravity) 맥주의 발효 과정, 부적절한 효모 접종량, 초기 산소 공급 부족 등의 조건에서 두드러집니다. 또한, 이러한 효소 활동은 시간이 지남에 따라 Haze Ale/NEIPA 맥주의 점진적인 맑아짐에도 기여할 수 있습니다.

지금까지의 내용을 간략히 정리해보면,

이번 내용이 다소 어려우셨을 수도 있지만, 글을 읽으며 발효 용기 안에서 열심히 활동 중인 효모가 혹시나 고생하고 있지는 않을까 하는 걱정이 스며들지 않으셨나요? 이렇게 하나씩 알아갈수록 효모와 소통할 수 있는 방법이 점점 더 다양해지는 것 같습니다.

읽어주셔서 감사합니다.

Written by. SB

참고문헌.

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