빵을 만들 때 발효 과정을 거치면서 효모가 작동하여 반죽이 부풀어 오르는 과학적 원리와 이유가 무엇인지 알고 싶습니다.

Question

빵을 만들 때 발효 과정을 거치면서 효모가 작동하여 반죽이 부풀어 오른다고 하는데요. 과학적 원리와 이유가 무엇인지 알고 싶습니다.

Answer 1

안녕하세요, 말끔한할미새85님. 이중철 전문가입니다.

먼저, 빵 반죽이 발효 과정을 거치며 부풀어 오르는 핵심 원리는 효모(이스트)가 밀가루 속 당분을 섭취하고, 이산화탄소 기체와 알코올을 만들어내는 생물학적 발효 작용과, 밀가루 단백질이 형성한 끈끈한 글루텐 그물망이 이 기체를 풍선처럼 가두어 팽창시키는 물리적 상호작용 때문이랍니다.

■ 효모의 당 분해와 이산화탄소 기체 생성 메커니즘

빵을 만들 때 투입되는 단세포 미생물인 대표적인 효모(사카로미세스 세레비지에)는 반죽 내부의 무산소 또는 미호기성 환경에서 생명 활동에 필요한 에너지를 얻기 위해 알코올 발효를 진행합니다. 밀가루 속 아밀라아제 효소가 전분을 분해하여 만들어낸 포도당, 과당, 맥아당 등의 당류를 효모가 흡수하여 분해하는데요. 이 과정에서 한 분자의 포도당이 두 분자의 에탄올과 두 분자의 이산화탄소(CO2) 기체로 전환됩니다. 이렇게 생성된 미세한 이산화탄소 기포들이 반죽 내부 곳곳에서 지속적으로 발생하여 반죽의 부피를 서서히 밀어 올리는 근본적인 팽창 동력이 된답니다.

■ 글루텐 단백질 그물망의 가스 포집과 신축성

효모가 아무리 많은 가스를 만들어내더라도 이를 잡아둘 밀폐 구조가 없다면 공기 중으로 흩어져 버리지만, 밀가루 특유의 단백질 구조가 이를 완벽하게 가두어 줍니다. 밀가루에 물을 붓고 치대는 반죽 과정을 거치면, 늘어나는 성질을 지닌 글리아딘 단백질과 탄력성을 지닌 글루테닌 단백질이 결합하여 촘촘하고 질긴 입체적 글루텐 그물망을 형성하는데요. 이 글루텐 막은 신축성이 뛰어난 고무풍선과 같아서, 효모가 내뿜는 이산화탄소 기체를 외부로 빠져나가지 못하게 밀폐하며 가스가 늘어남에 따라 찢어지지 않고 유연하게 늘어나 반죽 전체를 스펀지처럼 부풀게 만들어 준답니다.

■ 알코올과 유기산 생성에 따른 반죽 구조 숙성

발효 과정에서 이산화탄소와 함께 생성되는 알코올(에탄올)과 미량의 유기산은 반죽의 물리적 성질과 맛을 향상시키는 중요한 역할을 합니다. 생성된 에탄올은 글루텐 구조를 적절히 부드럽게 이완시켜 반죽이 가스를 더 균일하게 머금을 수 있도록 돕고, 굽는 과정에서 빠르게 기화하며 반죽의 팽창을 촉진합니다. 또한 효모의 대사 작용으로 생성된 유기산 성분들은 반죽을 약산성 환경으로 유도하여 글루텐 구조를 더욱 탄탄하게 안정화시키며 빵 특유의 깊은 풍미와 향기를 형성합니다.

■ 오븐 스프링과 다공질 구조의 영구 고정

발효를 마친 반죽을 뜨거운 오븐에 넣으면 열역학적 팽창에 의해 부피가 순간적으로 급증하는 오븐 스프링 현상이 일어납니다. 기체의 온도가 올라가면 부피가 팽창한다는 기체 열팽창 원리에 따라 반죽 내부에 갇혀 있던 이산화탄소와 수증기가 열을 받아 부피를 급격히 키우는데요. 동시에 반죽 내부 온도가 55도에서 60도에 도달하여 효모가 사멸하기 직전까지 마지막으로 가스를 폭발적으로 방출합니다. 이후 온도가 70도에서 80도를 넘어서면 글루텐 단백질이 열에 의해 굳어지는 열변성 응고가 일어나고 전분이 수분을 흡수해 익는 호화가 완성되면서, 팽창했던 스펀지 형태의 공기 주머니들이 무너지지 않고 영구적인 빵의 푹신한 구조로 완성된답니다.

정리하자면,

빵 반죽이 부풀어 오르는 원리는 효모가 밀가루의 당분을 먹고 이산화탄소 기체를 내뿜는 생화학적 발효 작용과, 반죽 속 글루텐 그물망이 이 가스를 빠져나가지 못하게 풍선처럼 가두어 늘어난 뒤 오븐 열에 의해 단백질이 굳어지며 푹신한 다공질 구조로 고정되기 때문이랍니다.

※ 질문자님을 포함하여 소중한 분들의 건강, 재산과 안전을 지키고, 혹시나 발생할 수 있을 다양한 문제 상황에 놓이지 않기 위해서라도 저를 포함하여 다양한 토픽에서 활동하는 모든 전문가분들의 아하 지식커뮤니티에서의 답변은 예외 없이 참고 용도로만 유용하게 활용하시기 바랍니다.😉

Answer 2

안녕하세요. 장철연 전문가입니다.

빵 반죽이 부푸는 것은 사실 작은 생명체인 효모 가 열심히 먹고 숨 쉬는 결과입니다.

밀가루에는 전분이 많이 들어 있는데 반죽 속 효소가 전분을 포도당 등의 당으로 분해합니다. 효모는 이 당을 먹고 에너지를 얻는 과정에서 이산화탄소와 알코올을 만들어냅니다. 이 과정을 발효라고 합니다

이산화탄소가 만들어지기만 하면 그냥 밖으로 빠져나갈 것 같죠. 여기서 중요한 것이 글루텐입니다. 밀가루에 물을 넣고 반죽하면 글루텐이라는 탄력 있는 단백질 망이 형성됩니다. 효모가 만든 이산화탄소는 이 글루텐 망 안에 갇혀 작은 풍선처럼 부풀어 오릅니다. 반죽을 치대는 이유도 바로 이 글루텐 구조를 튼튼하게 만들기 위해서입니다