효모균은 호기성인가 혐기성인가

 

미생물관련 일을 하게 되면서 겪은 바로 문득 든 의문을 알아 보았습니다.

효모균을 배양시 호기성으로 산소를 공급하며 배양을 했었는데 어느 농가분이 배양을  하려는데 혐기성이라고 하시면서 궁금증이 생겼습니다.

그래서 알아본 바로는 효모균(yeast)은 일반적으로 조건부 혐기성 생물(facultative anaerobe)입니다.

즉, 산소가 있을 때는 유산소 호흡을 하고, 산소가 없을 때는 무산소 호흡(발효)을 합니다.

 

1. 산소가 있을 때 (유산소 조건)
해당 과정: 포도당 → 이산화탄소 + 물 + 에너지(ATP)
ATP 생성량: 많음 (산화적 인산화 과정에서 ATP가 다량 생성됨)
대표적인 반응:

                    C6​H12​O6​+6O2​→6CO2​+6H2​O+에너지(ATP)

2. 산소가 없을 때 (혐기성 조건, 발효)
해당 과정: 포도당 → 에탄올 + 이산화탄소 + 소량의 에너지(ATP)
ATP 생성량: 적음 (기질수준 인산화만 진행)
대표적인 반응:
                    C6​H12​O6​→2C2​H5​OH+2CO2​+에너지(ATP)

이 과정은 알코올 발효라고 하며, 맥주, 와인, 빵 제조 등에 활용됩니다.

 

효모균은 조건부 혐기성 미생물로, 산소 유무에 따라 대사 경로를 바꿉니다.
즉, 산소가 있으면 유산소 호흡을 하고, 없으면 발효를 통해 에너지를 생산합니다.

 

그럼 농가분은 왜? 굳이 혐기성이라고 하고 자가배양을 할때 혐기성조건에서 하는 것이었나 싶었습니다.

 

혐기성 발효를 해서 키운 액상의 효모를 농작물에 토양관주시 어떤 영향이 있을까

 

혐기성 발효를 통해 배양된 액상 효모를 농작물의 토양에 관주할 경우, 토양 미생물 생태계와 작물 생육에 다양한 영향을 미칠 수 있습니다.

1. 토양 내 미생물 변화
효모는 주로 유기물을 분해하는 역할을 하며, 토양에 투입되면 미생물 활성이 증가할 가능성이 있습니다.
혐기성 발효를 거친 효모에는 **젖산균, 유산균, 효모 대사산물(유기산, 알코올 등)**이 포함될 수 있으며, 이는 토양 내 미생물 균형에 영향을 줄 수 있습니다.
특정 병원성 미생물(곰팡이류)의 성장을 억제하거나, 반대로 특정 혐기성 세균(클로스트리듐 등)이 증식할 가능성도 있습니다.

2. 토양 영양분 및 작물 생육에 미치는 영향
양분 공급:
발효된 효모는 아미노산, 비타민, 미네랄을 함유하고 있어 토양에 영양분을 추가할 수 있습니다.
특히 질소(N), 인(P), 칼륨(K) 등의 공급원이 될 수 있음.
토양 환경 변화:
발효 효모에 포함된 **유기산(젖산, 초산 등)**이 토양의 pH를 낮출 가능성이 있음.
장기간 사용 시 산성화 문제가 발생할 수도 있으므로, 토양 성질에 따라 조절이 필요함.
뿌리 생장 촉진 가능성:
효모에서 생성된 **호르몬(지베렐린, 옥신 유사 물질)**이 뿌리 성장에 긍정적인 영향을 줄 가능성이 있음.
일부 연구에서 효모 추출물이 식물의 스트레스 저항성을 높이고 발근을 촉진하는 효과가 보고됨.

3. 부정적 영향 가능성
부패 및 악취 문제:
혐기성 발효를 거친 효모 배양액은 부패성 유기물이 많아, 산소 부족 환경에서 악취(황화수소, 암모니아 등)가 발생할 수 있음.
병원균 발생 가능성:
적절히 발효되지 않은 경우, 일부 **병원성 미생물(예: 클로스트리듐, 대장균 등)**이 함께 증식할 위험이 있음.
따라서 발효가 충분히 완료된 후 사용하는 것이 중요함.
산성화 위험:
토양에 장기간 과다하게 적용하면 산성화될 수 있어, pH 조절이 필요함.

4. 활용 시 고려할 점
✅ 발효가 충분히 완료된 액상 효모를 사용해야 함.
✅ 사용 전 희석하여 토양에 적용하는 것이 안전함 (ex: 물과 1:10~1:50 비율로 희석).
✅ 토양 pH 및 작물 반응을 모니터링하며 적용량 조절.
✅ 환기 잘 되는 토양(배수 좋은 토양)에 사용하는 것이 효과적.
✅ 퇴비, 미생물제(바실러스균 등)와 병행하면 효과 증대 가능.


혐기성 발효 효모를 농작물 토양에 관주하면 토양 미생물 균형 변화, 영양 공급, 작물 생장 촉진 등의 긍정적인 효과를 기대할 수 있습니다. 그러나 부패, 악취, 병원균 증식, 산성화 등의 부정적 영향도 고려해야 하므로, 적절한 발효와 희석 후 사용이 중요합니다.

 

농가분의 경우에 효모균과 유산균을 함께 섞어서 자가배양을 하고자 하셨습니다.

과연 그렇게 해도 괜찮은걸까?

 

효모와 유산균을 함께 혐기성으로 배양하면 상호작용에 의해 다양한 대사산물이 생성되며, 이는 미생물 생태계나 활용 목적에 따라 다른 결과를 초래할 수 있습니다.

1. 효모와 유산균의 상호작용

 

✅ 공생적 관계

유산균은 포도당을 발효하여 젖산(Lactic Acid)과 다양한 유기산을 생성함.
효모는 유산균이 만든 유기산이나 발효 부산물을 이용하여 비타민, 아미노산, 에탄올 등을 생산함.
유산균이 산을 만들어 유해 미생물을 억제하며, 효모는 유산균 성장에 필요한 비타민(B군)과 효소를 제공하여 서로 보완적 역할을 함.

 

✅ 경쟁적 관계

유산균이 젖산을 과다 생산하면 pH가 너무 낮아져 효모 생장이 억제될 수 있음.
효모가 너무 활성화되면 에탄올이 축적되어 유산균 생육을 방해할 가능성이 있음.

2. 주요 결과 및 생성물

🧪 산소 없이 배양(혐기성 발효) 시 나오는 주요 대사산물

 

효모 (Yeast)

- 주요대사산물 : 에탄올, 이산화탄소, 글리세롤, 다양한 효소

- 특징: 당 발효로 에탄올 생성, 혐기성 환경에서 빠르게 증식

 

유산균 (Lactic Acid Bacteria, LAB)

- 주요대사산물 : 젖산, 아세트산, 휘발성 유기산
- 특징: pH 저하로 유해균 억제, 산성이 심하면 효모 억제 가능

 

공동 작용

- 주요대사산물 : 비타민 B군, 폴리페놀, 항산화 물질
- 특징: 상호 대사 촉진으로 다양한 유용 물질 생성

 

3. 기대 효과 및 활용 가능성
(1) 토양 개량 및 작물 생육 촉진
젖산과 유기산이 토양 내 유해 세균 및 병원성 곰팡이 억제 효과.
효모가 만든 비타민, 아미노산이 작물의 뿌리 생육 촉진 가능.
함께 배양된 발효액을 희석하여 농작물에 적용하면 토양 미생물 균형 유지 및 영양 공급 가능.
(2) 동물 사료 첨가제
젖산과 에탄올이 혼합된 발효액은 장내 유해균 억제 및 소화 개선에 도움.
효모에서 생성된 **β-글루칸, 만난(식이섬유)**이 면역력 향상 효과.
(3) 프로바이오틱스 음료 및 건강식품
두 미생물이 같이 발효하면 유산균 발효 음료(예: 막걸리, 발효 요구르트)와 같은 기능성 식품을 만들 수 있음.
항산화 물질 및 폴리페놀이 증가하여 건강 증진 효과 기대 가능.

4. 주의할 점 및 최적 조건

✔ pH 조절 필요:

유산균이 젖산을 많이 만들어 pH가 4 이하로 내려가면 효모 성장이 억제될 수 있음.
적절한 균형을 위해 pH 4.5~6.0 범위에서 배양하는 것이 좋음.

✔ 산소 관리:

효모는 혐기성에서 에탄올을 만들지만, 너무 많은 에탄올이 쌓이면 유산균 생육을 방해할 수 있음.
일부 공기 공급을 조절하면 효모의 대사 균형을 맞출 수 있음.

✔ 온도 최적화:

유산균: 30~40℃에서 활발하게 증식.
효모: 25~35℃에서 잘 성장하므로 30~35℃에서 배양하는 것이 적절함

효모와 유산균을 함께 혐기성 배양하면 젖산, 에탄올, 다양한 유기산과 비타민 등이 생성되며, 토양 개량, 동물 사료, 발효 식품 등에 활용할 수 있습니다.
그러나 pH 조절과 배양 환경 최적화가 필요하며, 과도한 에탄올 생성 또는 산성화로 인해 균 균형이 깨질 위험이 있습니다.
적절한 비율과 환경을 유지하면 유익한 미생물 발효액을 만들 수 있습니다.

 

그럼 농업에 사용되는 효모균의 경우 호기성으로 배양한 것과

혐기성으로 배양 한 것 중 어느것이 더 효과적일까

 

농업에 사용되는 효모균을 호기성과 혐기성으로 배양했을 때 각각의 장단점과 효과가 다릅니다. 목적에 따라 어느 방식이 더 적절한지 달라질 수 있습니다.

1. 호기성 배양 vs. 혐기성 배양 효모의 차이

 

호기성 배양

- 주요 대사산물 : 단백질, 비타민B, 항산화 물질, 효소
- 특징: 세포 성장 활발, 병원균 억제 효과 가능

- 농업적 효과: 식물 생장 촉진, 병원균 억제

 

혐기성 배양

- 주요 대사산물 : 에탄올, 유기산(젖산, 아세트산), 이산화탄소
- 특징: 발효 산물 생성, 토양 유기물 분해 촉진
- 농업적 효과: 토양 개량, 미생물 환경 조성

2. 목적별 추천 배양 방식
(1) 작물 생장 촉진 (호기성 배양이 유리)
✅ 호기성 배양된 효모는 단백질, 비타민, 효소를 많이 생성하여 식물 성장에 긍정적인 영향을 줌.
✅ 호기성 조건에서 배양하면 효모 세포 자체가 증식하여 더 많은 미생물이 포함된 상태로 사용 가능.
✅ 뿌리 주변(근권, rhizosphere)에 적용하면 작물의 영양 흡수 개선 및 미생물 균형 유지에 도움을 줄 수 있음.

💡 활용법:

관주용 미생물제(활성화된 효모)를 만들어 토양에 적용
뿌리 활착제 또는 작물 영양제로 활용

(2) 토양 개량 및 병해 예방 (혐기성 배양이 유리)
✅ 혐기성 발효된 효모는 젖산, 아세트산 등의 유기산을 생성하여 토양 내 유해균을 억제할 수 있음.
✅ 토양 미생물 활성 촉진 및 유기물 분해 가속화 효과가 있음.
✅ 발효 과정에서 생성된 에탄올과 이산화탄소가 토양 내 유해 미생물(곰팡이, 병원균 등) 생장을 억제할 수 있음.

💡 활용법:

퇴비나 액비로 활용하여 토양 개량
병해 예방을 위해 관주하거나 토양 혼합

어떤 방식이 더 효과적인가?

🚜 호기성 배양이 적합한 경우:

작물 생장 촉진 (비타민, 효소 공급)
토양 내 유익균 증식 유도
병해 예방을 위한 뿌리 미생물 강화

🌱 혐기성 배양이 적합한 경우:

유기물 발효 및 토양 개량
병원성 미생물 억제
토양 내 유해균(곰팡이, 뿌리썩음균 등) 제거

 

일반적으로 작물 생장을 돕고 미생물 생태계를 활성화하려면 "호기성 배양"이 더 효과적입니다.
하지만 퇴비 발효, 토양 병해 예방이 목표라면 "혐기성 배양"이 유리할 수 있습니다.

🎯 최적의 방법:
➡ 초기 배양은 호기성으로 하여 미생물 증식을 극대화한 후
➡ 필요에 따라 혐기성 발효로 전환하여 유기산 및 토양 개량 효과를 추가하는 방식이 가장 효과적일 수 있습니다.

 

이렇게 목적에 따라 달랐는데 농가분의 경우 토양의 개량을 원하셨기 때문이었습니다.

다시한번 짧은 지식에 함부로 이야기를 할 수 가 없었습니다.

다음에 오시면 이야기를 해봐야 할꺼 같습니다.

물론 농사를 짓고있진 않지만 일에 관련되다보니 알아두면 다음에 말씀 드리기 편할 꺼 같아서 이렇게 정리해 보았습니다.