<어린이과학동아> 편집부에 새로운 기자가 합류했어요. 그 주인공은 바로, 우렁찬 목소리로 모습을 드러낸 김도현 기자입니다!

[통합과학 개념 이해하기]

빵은 어떻게 만들어질까?

빵은 밀가루, 소금, 설탕 등의 재료로 만들어요. 밀가루를 이용해 빵의 기본 반죽을 만들고, 소금과 설탕으로 빵의 맛을 한층 더 맛있게 할 수 있지요. 그리고 여기에 반죽이 잘 부풀게 하기 위해 베이킹 소다를 넣습니다. 탄산수소나트륨이라고도 불리는 베이킹 소다는 탄소, 나트륨, 산소 등으로 이루어져 있어요.

빵을 만드는 첫 번째 단계는 모든 재료를 넣고 물을 넣는 거예요. 그중 밀가루와 물이 만나면 반죽의 형태가 만들어져요. 밀가루에는 글루텐이 포함돼 있어요. 글루텐은 글리아딘과 글루테닌이라는 단백질로 복잡하게 얽혀 있지요. 두 단백질은 물을 만나면 얇은 그물망 구조를 만듭니다. 이 구조 덕분에 반죽은 서로 잘 엉겨 붙고, 쫄깃해집니다.

그 후, 반죽을 오븐에 넣어서 170~180°C의 열을 가해요. 그러면 반죽 안의 탄산수소나트륨이 탄산나트륨과 물, 이산화탄소로 분해돼요. 탄산나트륨은 반죽 안에 스며들지만, 물 분자는 증발하려고 해요. 오븐의 열기로 물 분자가 기체 상태로 변하기 때문입니다.

이때, 물 분자는 크기가 작아 반죽 사이로 쉽게 증발할 수 있지만, 이산화탄소는 크기가 커서 그물망 구조의 반죽을 빠져나오지 못하고 갇힙니다. 시간이 지나 열이 가해질수록 더 많은 이산화탄소가 만들어지고, 반죽의 부피는 점점 커지게 됩니다. 이후 이산화탄소가 반죽 밖으로 빠져나가면서 남긴 기포의 흔적들이 빵 속에 구멍으로 남게 되는 것이지요. 그리고 약 1시간이 지나면 빵이 부풀고 반죽이 굳으면서 맛있는 빵이 완성됩니다.

이때, 반죽을 부풀게 하기 위해 베이킹 소다 대신 미생물인 효모를 사용하기도 합니다. 효모는 밀가루 안의 당을 먹고 분해하는데, 이 과정에서 이산화탄소를 뱉어내요. 시간이 지나면 이산화탄소가 많아지고, 이에 따라 빵이 부풀게 된답니다.

빵이 부풀어오르는 과정

글루텐의 구성

1.밀가루, 설탕, 소금 등이 들어간 반죽에 탄산수소나트륨(베이킹 소다)를 붓는다.

2. 따뜻해진 오븐에 반죽을 넣으면 탄산수소나트륨이 탄산나트륨, 물, 이산화탄소로 분해된다.

3. 발생된 이산화탄소로 인해 반죽이 부푼다. 물은 증발하고, 탄산나트륨은 반죽 안에 스며든다.

4. 반죽이 부풀어 맛있는 빵이 완성된다.

[통합과학 넓히기]

빵 만드는 효모, 꿀벌에도 도움된다!

꿀벌은 꽃과 꽃 사이를 날아다니며 꽃가루를 섭취해요. 꽃가루에는 ‘스테롤’이라는 지방 성분이 들어 있는데, 호르몬을 만드는 등 꿀벌이 성장하는 데 꼭 필요한 역할을 합니다. 꿀벌은 스테롤을 스스로 만들지 못하기 때문에 반드시 꽃가루를 통해 얻어야 해요.

그런데 최근 기후위기로 인해 기온과 날씨가 달라지면서, 꽃이 피는 양이나 모습이 변하고 있습니다. 꽃이 줄어들면 꿀벌이 오랜 시간 스테롤을 섭취하지 못하고, 결국 영양이 부족해질 수 있어요. 꿀벌은 전 세계 대부분 식물의 수분을 담당하는 등 생태계에서 중요한 역할을 하기 때문에 꿀벌의 수가 줄어들면 심각한 문제가 생길 수 있습니다.

옥스퍼드대학교 엘리너 무어 교수 등 공동 연구팀은 이러한 문제에 주목해 스테롤이 들어 있는 꿀벌용 영양 보충제를 개발했다는 연구 결과를 지난해 8월 국제 학술지 ‘네이처’에 게재했습니다. 연구팀은 효모 ‘야로위아 리폴리티카’를 이용해 꿀벌에게 꼭 필요한 6가지 핵심적인 스테롤을 만들었어요. 효모는 미생물 중 하나로, 짧은 시간 안에 많은 양을 얻을 수 있다는 장점이 있어요. 야로위아 리폴리티카는 스테롤을 만들 수 있게 하는 물질인 ‘아세틸-CoA’가 풍부합니다. 즉, 아세틸-CoA가 많을수록 스테롤을 많이 얻을 수 있는 거예요.

연구팀은 ‘유전자 가위’ 기술을 이용해 야로위아 리폴리티카가 아세틸-CoA를 더 많이 만들 수 있게 조작했습니다. 유전자 가위 기술을 이용하면 특정한 유전자를 정확하게 자르고, 필요한 곳에 붙일 수 있습니다. 그 결과, 야로위아 리폴리티카는 꽃가루 안의 스테롤과 거의 같은 구조의 스테롤을 만들 수 있었습니다. 연구팀은 이 효모를 분말 형태로 만들어 보충제에 섞었어요. 그리고 2022년 6월부터 9월까지 밀폐된 공간에서 효모가 담긴 보충제를 꿀벌에게 섭취하게 하고, 꿀벌의 성장 상태를 살펴봤지요.

그 결과, 보충제를 먹은 꿀벌은 보충제를 먹지 않은 꿀벌보다 번데기 단계까지 자란 유충이 최대 15배나 더 많았습니다. 또, 보충제를 먹은 벌은 3개월 동안 유충을 낳았지만, 보충제를 먹지 않은 벌은 3개월이 지나자 유충을 더 이상 만들지 못했어요.

옥스퍼드대학교 생물학과 엘리너 무어 교수는 “자연 꽃가루 안에 들어 있는 스테롤은 구조가 복잡해 그동안 구현하기 힘들었다”고 말했어요. 이어 “이제는 꿀벌에게 꼭 필요한 영양소를 모두 갖춘 영양제를 제공해 꿀벌의 생태에 도움이 될 수 있을 것”이라고 기대감을 표했습니다.

▲Caroline Wood

연구원이 꿀벌에게 먹일 보충제의 무게를 재고 있다.

▲Caroline Wood

연구소에서 먹이를 섭취하는 일벌.

▲GIB

미생물과 마이크로 코스모스