효모의 발효 실험 | 이산화탄소 발생 측정

효모(Yeast)는 단세포 곰팡이로, 당류를 분해하여 에너지를 얻는 과정에서 에탄올과 이산화탄소를 생성하는 발효 과정을 거칩니다. 이 실험에서는 효모를 활용한 발효 과정에서 발생하는 이산화탄소의 양을 측정하여, 효모의 생리 작용과 발효 반응의 특성을 관찰합니다. 특히, 당의 종류 또는 온도와 같은 조건이 발효 속도에 어떤 영향을 미치는지도 실험적으로 탐구할 수 있습니다.

실험 목표

효모가 당을 발효하여 이산화탄소를 생성하는 과정을 관찰하고, 발생한 기체의 양을 비교함으로써 발효 효율과 조건에 따른 차이를 정량적으로 분석한다.

실험 준비물

• 드라이 이스트 (효모)
• 설탕, 포도당, 밀가루 물 등 다양한 당원
• 따뜻한 물 (약 35~40℃)
• 비커 또는 페트병
• 풍선 또는 유량 측정 장치(눈금 주사기, 기체 포집병 등)
• 온도계, 스푼, 고무줄, 타이머
• 스포이트, 실험 기록지

실험 원리

효모는 무산소 상태에서 당을 분해하여 에탄올과 이산화탄소를 생성합니다. 이 과정을 알코올 발효라 하며, 주요 반응식은 다음과 같습니다:

$$\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6 \xrightarrow{\text{효모}} 2\text{C}_2\text{H}_5\text{OH} + 2\text{CO}_2 + \text{에너지}$$

이산화탄소 기체는 발효의 진척도를 확인할 수 있는 지표로 활용됩니다.

실험 방법

1. 발효 혼합물 준비

1. 비커 또는 페트병에 따뜻한 물(약 100mL)을 넣습니다.
2. 설탕 또는 포도당 약 10g을 넣고 잘 녹입니다.
3. 드라이 이스트 2g을 넣고 가볍게 저어 섞습니다.

2. 기체 포집 장치 구성

• 병 입구에 풍선을 씌워 고정하거나, 기체 포집 장치(역U자관 또는 눈금 실린더)를 연결합니다.
• 기체가 풍선을 부풀게 하거나, 주사기 또는 수조로 기체량을 측정할 수 있습니다.

3. 반응 및 관찰

1. 30~60분 동안 실온 또는 따뜻한 장소에 둡니다.
2. 시간 경과에 따라 풍선의 팽창 정도 또는 포집된 기체 부피를 기록합니다.
3. 다른 당원(설탕, 포도당, 밀가루물 등)을 이용해 실험을 반복해 비교합니다.

예상 결과표

당 종류	시간 (분)	풍선 부피 변화 (cm³)	기체 발생 속도
설탕	30	150	빠름
포도당	30	180	매우 빠름
밀가루 물	30	80	느림
무당 (대조군)	30	10 이하	거의 없음

확장 실험 아이디어

• 온도 변화(20℃, 30℃, 40℃)에 따른 발효 속도 비교
• pH 변화가 발효에 미치는 영향 실험
• 다양한 효모 종류(제빵용, 발효용 등)의 효율 비교
• 기체를 석회수에 통과시켜 CO₂ 검출 (혼탁 반응 확인)

주의사항

• 효모는 고온(50℃ 이상)에서는 사멸하므로 물 온도를 반드시 확인합니다.
• 기체 포집 장치는 밀폐하지 말고 기체가 안전하게 빠질 수 있도록 구성합니다.
• 실험 후 혼합물은 하수구에 흘려보내지 말고 유기물 쓰레기로 폐기합니다.

결론

효모는 당을 발효하여 에너지와 함께 이산화탄소를 생성하며, 이를 통해 발효의 유무와 효율을 쉽게 확인할 수 있습니다. 본 실험에서는 기체량 측정이라는 간단한 방법으로 발효 반응을 정량적으로 비교하였고, 당의 종류, 온도 등 다양한 조건이 발효 속도에 영향을 줌을 확인할 수 있었습니다.

이 실험은 생물의 에너지 대사, 효소 작용, 환경 조건과 생명 활동의 관계 등을 학습하는 데 매우 효과적이며, 발효 기술의 실생활 응용에 대한 흥미를 유도하는 과학 탐구 활동입니다.