본문내용
1. 식품의 갈변현상 (Browning of Food)
1.1. 갈변현상의 개념
1.1.1. 갈변현상의 정의 및 분류
식품의 갈변현상(Browning of Food)은 식품의 저장, 가공, 조리과정에서 식품이 갈색으로 변하는 현상이다. 갈변에는 효소가 관여하는 경우(효소적 갈변)와 효소가 전혀 관여하지 않는 경우(비효소적 갈변)가 있다.
효소적 갈변의 기질이 되는 것은 식물 중의 페놀류 및 폴리페놀류이고, 카테콜(Catechol) 산화효소 및 라카아제(Lacacase)라고 하는 효소의 작용에 의해, 반응성이 높은 '퀴논류'가 생성된다. 생성된 퀴논류는 그 자체로 중합하거나 아미노화합물과의 반응물이 중합하여 착색중합물질인 '멜라노이딘(Melanoidine)'으로 된다.
비효소적 갈변은 마이아드반응(Maillard reaction), 또는 아미노카르보닐반응(amino carbonyl reaction)이라고 한다. 마이야르(Louis-Camille Maillard)가 1912년 보고한 반응으로, 자유 아미노기(아마노산, 펩타이드, 아민, 단백질)와 카보닐기(환원당, 알데하이드, 케톤)가 반응하여 갈색 멜라노이딘(melanoidin) 색소가 생성된다. 단당류, 이당류, 육류 등의 환원성 물질이 아미노산이나 단백질과 주로 반응한다.
이러한 마이야드 반응에는 온도, 시간, 수분활성도, pH, 화학적 저해물질 등 다양한 요인이 영향을 미친다. 반응 속도는 온도가 높을수록 급격히 증가하며, 수분활성도는 0.5~0.8에서 가장 빠르다. pH가 중성 또는 알칼리성일 때 착색이 잘 일어나고, 아황산염, 칼슘염 등의 화학물질은 갈변을 억제한다.
이와 달리 캐러멜화 반응은 당류의 가열에 의한 산화 및 분해로 인한 갈변반응이다. 이 반응을 통해 캔디류, 간장, 된장 등의 식품에서 착색과 향미가 생성된다.
1.1.2. 과일의 변색을 막는 방법
과일의 변색을 막는 방법에는 다음과 같은 것들이 있다.
먼저, 소금물 또는 설탕물에 담그는 방법이 있다. 이는 묽은 소금물의 염소이온이 갈변을 억제하고, 설탕물이 과일 표면을 코팅하여 산소와의 접촉을 막아주기 때문이다.
또한 묽은 식초에 담가두는 방법도 있다. 식초는 효소가 좋아하는 산의 농도를 낮추어 산화효소의 활동을 억제하여 갈변을 막아준다.
레몬즙을 뿌리는 방법도 있는데, 레몬이나 파인애플 등 신맛이 강한 과일은 항산화제인 비타민C를 많이 함유하고 있어 갈변을 막는데 효과적이다.
탄산수를 사용하는 방법도 있는데, 과일 표면에 3-5분간 담갔다가 꺼내면 다른 방법에 비해 과일의 맛이 덜 변한다는 장점이 있다.
마지막으로 꿀물에 담그는 방법이 있는데, 꿀에 있는 펩타이드 화합물이 산화 작용을 억제하여 변색을 막을 수 있다.
이처럼 과일의 갈변을 막기 위해서는 소금물, 식초, 레몬즙, 탄산수, 꿀물 등 다양한 방법이 활용되고 있다.
1.2. 갈변현상의 종류
1.2.1. 비효소적 갈변반응
1.2.1.1. 마이야르 반응 (Maillard reaction)
마이야르 반응(Maillard reaction)은 발견자의 이름을 따서 명명된 반응으로, 자유 아미노기(아미노산, 펩타이드, 아민, 단백질)와 카보닐기(환원당, 알데하이드, 케톤)의 반응에 의해 갈색 멜라노이딘(melanoidin) 색소가 생성되는 비효소적 갈변반응이다.
단당류(포도당, 과당), 이당류(맥아당, 젖당), 환원성 펜토오스(육류) 등의 환원당이 아미노산이나 단백질과 주로 반응한다. 비환원당인 글리코사이드나 자당(셀룰로오스)의 경우에는 글리코사이드 결합이 먼저 분해되어야 반응에 참여할 수 있다.
마이야르 반응에 영향을 미치는 주요 요인으로는 온도/시간, 수분활성도(Aw), pH, 화학적 저해물질, 반응계의 조성 등이 있다.
온도가 높을수록 반응 속도가 급격하게 증가하여 착색 정도와 CO2 발생이 증가하며, 일정한 온도-시간 조합에 따라 특유한 냄새가 생성된다. 수분활성도(Aw)는 0.5~0.8 범위에서 가장 빠른 반응 속도를 보인다. 높은 Aw에서는 반응물이 희석되고, 낮은 Aw에서는 반응물의 운동성이 제약된다.
pH에 따라 반응 생성물의 비율이 달라지며, 일반적으로 pH가 낮을수록 멜라노이딘 색소 형성 속도가 감소한다. 아황산염, 티올, 칼슘염 등의 화학적 저해물질은 갈변을 억제한다. 반응계의 당류 및 아미노산 종류와 비율에 따라서도 반응 속도와 생성물의 향미 특성이 달라진다.
마이야르 반응은 커피, 빵, 비스킷 등의 가공식품에서 갈변현상을 유발하지만, 동시에 향미성분 생성, 항산화성 발현 등의 긍정적인 효과를 나타내기도 한다. 따라서 식품 가공 및 저장 과정에서 적절한 마이야르 반응의 조절이 중요하다.
1.2.1.2. 캐러멜화 반응
캐러멜화 반응(caramelization)은 당류의 가열에 의한 산화 및 그 분해산물로 말미암아 일어나는 갈변반응이다. 예를 들면 캔디류와 같이 다량의 당류를 함유하고 있는 식품의 가열 공정에 의해 색이 나타나거나, 간장, 된장 등의 색도 주로 이 반응에 의해 생성된다. 또한 가열 분해물은 식품의 향미에도 영향을 준다.
캐러멜화 반응의 메커니즘은 다음과 같다. 산성 분해 과정에서 aldose와 ketose가 1,2-enol을 거쳐 3-deoxyosone, 불포화 3,4-dideoxyosone 등의 중간산물을 생성하고, 이어서 5-HMF(5-hydroxymethyl-2-furaldehyde)와 같은 캐러멜 색소의 전구물질이 되는 물질이 만들어진다. 이 물질들이 산화, 중합, 축합 반응을 통해 최종적으로 갈색의 humin이라는 캐러멜 색소가 형성된다. 알칼리성 분해 과정에서는 Lobry de Bruyn-Alberda van Eckenstein 변환에 의해 당의 이성질체화가 일어나 1,2-enol이 먼저 생성되고, 이후 알데하이드, 케톤 등의 중간 대사물이 축합 및 중합반응을 거쳐 역시 humin이 만들어진다.
캐러멜화 반응에 영향을 미치는 주요 요인으로는 온도/시간, 수분활성도(Aw), pH 등이 있다. 온도가 높을수록, Aw가 0.5~0.8 범위일 때, 중성 또는 알칼리성 pH 범위일 때 반응 속도가 빨라진다. 또한 아황산염, 티올, 칼슘염 등의 화학적 저해물질을 첨가하면 갈변을 억제할 수 있다.
이와 같이 캐러멜화 반응은 당류의 가열에 의해 일어나는 갈변반응으로, 식품의 색과 향미 형성에 중요한 역할을 한다. 적절한 온도, Aw, ...
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