과학실험 1 : “곰팡이의 정원”

음식을 놔두면 쉽게 상하는 것은 여러 종류의 미생물이 번식된 결과이겠지만, 가장 쉽게 관찰되고 눈이 띄는 것은 곰팡이입니다.

음식을 닫힌 용기에 넣어 두었는데도 쉽게 음식이 상하는 것을 관찰함으로써 우리의 눈에 보이지 않지만 공기, 손, 음식물 모든 곳에 이미 많은 미생물이 있다는 것을 인식시키는 실험입니다.

목적: 다양한 음식(식품)에서 곰팡이의 성장을 관찰하고 비교합니다.

준비물:

뚜껑이 있는 플라스틱 용기나 지프백
빵 조각, 과일 및 채소 (예: 오렌지, 바나나, 사과)
물

실험 방법:
빵 한 조각을 플라스틱 용기(나누어준 지프백) 에 넣고 약간의 물을 뿌린 후 뚜껑을 덮습니다.
다양한 과일과 채소도 같은 방법으로 각각의 용기에 넣고 물을 뿌린 후 뚜껑을 덮습니다.
매일 용기를 확인하여 곰팡이의 성장을 기록하고 각기 다른 종류의 곰팡이가 어떻게 자라는지 관찰합니다.
이 실험은 학생들이 곰팡이의 성장을 직접 관찰하고 다양한 환경에서 어떻게 다른지 이해할 수 있게 합니다​

자 다음은 학생들의 실험(관찰) 결과입니다. 실험자는 모두 중학생으로 이름을 밝히지 않고 이름 이니셜과 학년으로 표기했습니다.

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첫날 2024-07-16

6일후 2024-07-22

학생의 조사한 바에 따르면, 식빵에는 “누룩곰팡이”, 당근은 “성마름병”, 방울토마토는 “회색 곰팡이병”이라고 한다.

학생의 관찰 결과

식빵 :  눈으로 보았을 때 중간 중간 색이 다른 곳이 있지만 큰 변화는 없음.

토마토 : – 토마토 안에 있는 줄이 색이 변했고. 자르지 않았던 토마토는 말랑해 짐

당근 :  뾰족한 부분이 검게 변했고, 안쪽 가운데 부분이 검게 변함.

느낀점: 미생물이 각 음식마다 있다는 것 알았고, 음식을 냉장고 밖에 오래 놔두면 않되는지 경각심을 갖게 되었다.

멘토 의견

사진 속의 식빵에 피어난 하얀 곰팡이는 Rhizopus 속의 곰팡이 (빵곰팡이)일 가능성이 큽니다. Rhizopus는 일반적으로 빵 곰팡이로 알려져 있으며, 초기에는 하얀 솜 같은 형태로 자라다가 시간이 지나면서 검게 변할 수 있습니다. 학생의 추정이 맞는 것 같습니다.

Rhizopus (빵 곰팡이)는 현미경으로 일반적인 사옥 균,Rhizopus (빵 곰팡이)의 속입니다. – 스톡 이미지

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첫날 2024-07-16

4일후 2024-07-20

학생의 관찰 결과

24,07, 20, 토

<곰팡이 관찰 일지 >

식빵 :  곰팡이가 가장 많이 자람. 짙은 녹색의 원형 모양으로 여러 개가 모여있음.

토마토 : 흰색과 검은색, 초록색 등 다양한 곰팡이들이 껍질쪽 외곽에 자람. 가장 수분이 많기에 곰팡이들이 많이 필 것으로 예상했으나 조금밖에 자라지 않음.

감자 : 감자의 단면에 흰색의 솜털 같은 곰팡이들이 자람. 매우 조금, 전체적으로 자라 자세히 보아야 보임.

⇒ 총평: 수분이 가장 많은 순인 토마토 > 감자> 식빵 순으로 곰팡이가 많이 필줄 알았는데 실제 결과는 식빵> 토마토 > 감자였다. 똑같은 조건과 환경이었는데 어떤 요인이 곰팡이의 양을 결정했는지. 더 알고 싶어졌다.

멘토 및 ChatGPT의 의견

각 식품에 피어난 곰팡이 추정

1. 식빵

• 곰팡이 상태: 짙은 녹색의 원형 모양으로 여러 개가 모여 있음.
• 추정 곰팡이: Aspergillus나 Penicillium 속의 곰팡이일 가능성이 높습니다. 이 곰팡이들은 빵과 같은 탄수화물 풍부한 식품에서 잘 자랍니다.

2. 토마토

• 곰팡이 상태: 흰색과 검은색, 초록색 등 다양한 곰팡이들이 껍질 쪽 외곽에 자람.
• 추정 곰팡이: Alternaria, Botrytis (흰색 곰팡이), Cladosporium (검은색 곰팡이) 등이 있을 수 있습니다. 특히 Botrytis cinerea는 과일에 흔히 나타나는 회색 곰팡이입니다.

3. 감자

• 곰팡이 상태: 단면에 흰색의 솜털 같은 곰팡이들이 자람.
• 추정 곰팡이: Rhizopus stolonifer (흰색의 솜털 같은 곰팡이), Fusarium 속의 곰팡이일 수 있습니다.

곰팡이 성장 순서가 예상과 다른 이유

1. 영양 성분: 식빵은 탄수화물 함량이 높아 곰팡이의 성장을 더 잘 지원할 수 있습니다. 반면, 토마토와 감자는 다른 영양 성분과 pH 수준이 곰팡이 성장을 제한할 수 있습니다.
2. 수분 활동도 (Water Activity, a_w): 식품 내의 자유 수분은 곰팡이 성장을 촉진하지만, 너무 높은 수분 함량은 곰팡이보다는 박테리아 성장을 더 잘 지원할 수 있습니다. 식빵의 경우, 적당한 수분과 영양소가 곰팡이 성장을 최적으로 지원할 수 있습니다.
3. pH 수준: 토마토는 산성(pH가 낮음)이고, 이는 일부 곰팡이 성장에 제한을 줄 수 있습니다. 식빵과 감자는 상대적으로 중성 pH에 가까워 곰팡이 성장이 더 유리할 수 있습니다.
4. 표면 구조와 공기 접촉: 식빵은 표면적이 넓고 공기와의 접촉이 많아 곰팡이가 쉽게 퍼질 수 있습니다. 반면, 토마토와 감자는 껍질이 있어 곰팡이 성장이 더 제한적일 수 있습니다.
5. 기타 미생물 경쟁: 토마토와 감자에는 다른 미생물(특히 박테리아)들이 곰팡이와 경쟁하여 곰팡이 성장을 억제할 수 있습니다.

이러한 다양한 요인들이 곰팡이의 성장을 결정하며, 실제 결과는 단순히 수분 함량만으로 예측하기 어려울 수 있습니다.

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첫날 2024-07-17

식빵 (원래 검은 색은 건포도로 추정), 삶은 방울토마토, 표고버섯으로 관찰을 시작했습니다.

4일후 2024-07-21

멘토 및 ChatGPT의 의견

1. 식빵

• 상태: 검은 점들은 건포도이며, 중앙에 누런 변색이 있음.
• 추정 곰팡이:
  • 변색 부분: Aspergillus 또는 Penicillium 속의 곰팡이일 가능성. 이들은 빵과 같은 탄수화물 풍부한 환경에서 잘 자랍니다.
  • 변색: 곰팡이 성장으로 인해 빵의 색이 변할 수 있습니다.

2. 토마토

• 상태: 토마토의 표면에 흰색 곰팡이가 자람.
• 추정 곰팡이: Botrytis cinerea (회색곰팡이)일 가능성. 이 곰팡이는 토마토와 같은 과일에서 흔히 발견되며, 수분이 많은 환경에서 잘 자랍니다.

3. 표고버섯

• 상태: 표고버섯 표면에 곰팡이가 적게 자라 있음.
• 추정 곰팡이:
  • 흰색 곰팡이: Penicillium 속의 곰팡이일 가능성. 이 곰팡이는 주로 식품 표면에 하얀색 가루처럼 나타납니다.
  • 검은색 곰팡이: Aspergillus niger일 가능성. 이 곰팡이는 어두운 색깔을 띠며, 다양한 식품 표면에서 자랄 수 있습니다.

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첫날 2024-07-16

식빵, 자두, 사과에 피는 곰팡이를 관찰하기 시작했습니다.

3일 경과 2024-07-19

13일 경과 2024-07-29

학생의 과학일지

곰팡이 실험 7월 16일 부터 약 일주일 동안 식빵, 사과, 자두에서 곰팡이가 크는 과정을 관찰해 보았다. 

식빵 – 식빵은 1일에서 2일째까진 아무런 변화가 없다가 3일째 부터 곰팡이가 빠르게 퍼져 나가, 실험한 식빵, 사과, 자두 중에 곰팡이가 가장 많이 자랐다. 16일부터 21일 까지 발견된 곰팡이 종류는, 이름은 잘 모르겠지만, 회색, 초록색, 흰색, 노란색 순으로 발견 되었다.

자두 – 자두를 덮고 바로 생김. 넣고서 바로 색이 검해지고(갈색?), 이틀 뒤에 바로 곰팡이가 나왔지만, 이틀 정도를 더 기다렸지만, 아무런 변화가 없어서,  과육이 있는 부분은 위로 두고 껍질 있는 부분을 아래로 가도록 두었고, 시간이 갈수록 자두는 검게 변하며 형체가 점점 망가져 갔고, 곰팡이는 생기지 않고서, 일부러 습도를 높일려고 넣었던 물과 과즙이 섞인 액체에서 작은 곰팡이와 알 수 없는 하얀색 무언가와 노란색 무언가가 생겨 났다. 아마도 나의 생각으로는 이 무엇가들이 곰팡이 이거나 살짝 억측이긴 하지만 자두의 DNA로 생각된다. (물을 좀 많이 넣긴 했음)

사과 – 사실 크게 바뀐 것이 없지만 정리하자면 일단 사과는 자두와 마찬가지로 넣기도 전에 갈색으로 점차 변하고서, 4~5일까지 계속 갈색으로 변하다가 한 일주일 정도가 되었을때, 사과의 끝 꼬다리 부분과 껍질 부분에 아주 조금 곰팡이가 생겼다.

멘토의 곰팡이 실험 피드백

먼저, 이번 실험을 열심히 수행한 것에 대해 칭찬하고 싶어요! 다양한 음식에서 곰팡이가 자라는 과정을 관찰한 것은 정말 흥미로운 실험이었어요. 여기 실험에 대한 칭찬과 더불어 앞으로 개선하거나 확장할 수 있는 부분에 대한 의견을 적어봤어요.

1. 세밀한 관찰: 각 음식이 시간이 지나면서 어떻게 변했는지 구체적으로 기록한 것이 아주 좋았어요. 특히 곰팡이의 색깔과 질감까지 꼼꼼하게 기록한 점이 돋보여요. 이런 세밀한 관찰은 과학 실험에서 매우 중요하답니다.
2. 비교 분석: 식빵, 자두, 사과의 곰팡이 생육 상태를 비교한 것도 매우 흥미로웠어요. 식빵에서 곰팡이가 가장 많이 자라고, 사과에서는 변화가 거의 없었던 점을 잘 관찰했네요.
3. 비판적 사고: 단순히 일어난 일만 기록한 것이 아니라, 왜 그런 일이 일어났는지에 대해 스스로 가설을 세운 점이 정말 훌륭해요. 예를 들어, 자두의 변화와 DNA의 연관성에 대해 생각해 본 부분이 인상적이에요. 과학에서는 항상 ‘왜’라는 질문을 던지고 이해하려는 자세가 매우 중요하답니다.

이번 실험에서 보여준 주도성과 세밀한 관찰력이 정말 인상적이었어요. 이렇게 계속해서 질문하고, 관찰하고, 기록하다 보면 많은 것을 배울 수 있을 거예요. 다음 실험에서는 다른 종류의 음식을 시도해 보거나, 온도와 같은 환경 변수를 바꿔보는 것도 좋은 방법일 것 같아요.

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멘토의 총평

이번 실험을 통해 얻은 결과는 매우 흥미롭고 의미 있는 발견이었습니다. 식빵에 핀 곰팡이가 실험자마다 다르게 나타난 것을 보면서, 미생물의 세계가 얼마나 다양하고 복잡한지 다시 한 번 깨달았습니다. 같은 식품에서도 각기 다른 조건과 환경에 따라 다양한 곰팡이가 자랄 수 있다는 사실은 놀라움을 금치 못하게 합니다.

이러한 결과는 곰팡이의 성장이 단순히 수분이나 영양 성분에만 의존하지 않으며, 미세한 환경 변화에도 크게 영향을 받을 수 있다는 것을 보여줍니다. 또한, 우리가 일상에서 접하는 식품에서도 무수히 많은 미생물들이 활동하고 있으며, 이들이 각기 다른 방식으로 상호작용하고 있다는 점을 실감할 수 있었습니다.

이번 실험을 통해 여러분이 느낀 호기심과 탐구심을 바탕으로, 앞으로 더 깊이 있는 연구와 실험을 진행해 나가길 바랍니다. 미생물의 세계는 여전히 우리가 모르는 비밀로 가득 차 있으며, 여러분의 끊임없는 탐구가 그 비밀을 풀어가는 중요한 열쇠가 될 것입니다. 각자 다른 곰팡이가 핀 식빵을 보며, 과학의 무한한 가능성과 그 매력에 다시 한 번 감탄하게 됩니다. 멋진 실험 결과를 공유해 준 여러분 모두에게 감사의 마음을 전합니다.