식품의 갈변반응1 비효소적 갈변반응[식품화학1]

식품의 색깔이 가공, 저장 중에 갈색 또는 흑갈색으로 변화하는 과정을 갈변이라 부르며, 갈변을 가져오는 반응을 갈변반응이라고 한다. 

 

식품의 갈변은 사과, 청주, 분유, 식초, 수산 건제품 등의 예와 같이 이미, 이취의 발생이나 영양소의 손실로 품질이 저하되는 경우가 대부분이지만 반대로 홍차, 커피, 간장, 된장, 맥주의 색이나 빵, 비스킷, 땅콩 등을 구울 때와 같이 색깔뿐만 아니라 풍미에도 영향을 주어 식품의 품질을 향상하는 경우가 있다. 

 

식품의 갈변반응에는 여러 가지 종류가 있으나 일반적으로 효소가 직접 관여하는 효소적 갈변반응과 효소와 상관없이 일어나는 비효소적 갈변반응으로 분류되는데 이 글 에서는 비효소적 갈변반응에 대해 알아보겠다.

비효소적 갈변반응이란

비효소적 갈변반응은 효소와 관계없이 식품 성분 또는 성분 간의 화학적인 반응에 의하여 진행되며 그 메커니즘에 따라 메일라드 반응, 캐러멜화 반응, 아스코르브산 산화반응으로 구분할 수 있다. 

 

1) 메일라드 반응(Maillard reaction)

메일라드 반응은 식품중에 카보닐기를 가지는 물질이 함께 포함되어 있을 경우 진행되는 대표적인 비효소적 갈변반응이다. 프랑스 화학자 Maillard가 1912년 글리신과 글루코스를 함께 가열하면 멜라노이딘의 갈색 색소가 생성됨을 보고한 이래 최초 발견자의 이름을 붙여 메일라드 반응 혹은 마이야르 반응이라고 한다. 또한 아미노기와 카보닐기에 의한 갈변방응이므로 아미노-카보닐 반응이라고 부르기도 하며, 최종산물의 이름으로부터 멜라노이딘 반응이라고도 한다.

메일라드 반응은 식품의 색, 향, 맛에 커다란 영향을 주며 당과 아미노산의 상호작용 시 반응성이 큰 라이신과 같은 필수아미노산이 파괴되므로 영양가의 손실을 가져오게 된다. 이 반응으로 커피, 캐러멜, 쿠키, 식빵, 된장, 간장 등은 특유의 빛깔, 풍미, 방향을 얻게 되므로 바람직한 화학반응이라 할 수 있으나 지나친 갈변은 오히려 불쾌감을 주게 된다.

 

◎메일라드 반응에 영향을 미치는 요인◎

①온도: 메일라드 반응은 일반적인 화학반응에 비하여 온도에 대한 영향을 크게 받으며 온도가 올라갈수록 반응 속도가 급격히 증가한다. 메일라드 반응은 상온에서도 자발적으로 진행되어 변색되거나 이취가 발생하지만 100℃ 정도의 온도에서는 캐러멜 냄새나 가열 냄새가 나며 150℃ 이상에서는 볶은 냄새나 구운 냄새가 나는 등 온도에 따라 특유한 냄새가 난다.

②pH: 메일라드 반응은 일반적으로 pH가 증가하여 알칼리성으로 갈수록 활발이 진행된다. 

③수분활성도: 메일라드 반응은 0.5~0.8 정도의 중간 수분활성도에서 가장 빠르게 일어나며 수분활성도가 0.25 이하에서는 메일라드 반응이 일어나지 않는다. 따라서 메일라드 반응에 의한 갈변을 억제하고자 할 경우에는 식품을 농축, 건조할 때 중간 수분활성도 범위에서 빨리 벗어나는 것이 좋으며 가능한 한 낮은 온도에서 진행하는 것이 중요하다. 

④당 및 아미노산의 종류

메일라드 반응의 속도는 반응에 참여하는 당의 종류 및 아미노산의 종류에 따라 영향을 받는다. 환원당의 경우 5탄당>6탄당>이당류의 순으로 반응이 잘 일어나며 케토스인 프럭토스가 알도스인 글루코스보다 반응성이 크다. 아미노산의 경우 아미노기가 카복실기와 멀리 떨어져 있는 염기성 아미노산의 반응이 크다. 이러한 경우 아미노기가 환원당의 카보닐기와 입체적으로 반응하기에 용이하기 때문이다. 라이신은 염기성 아미노산으로 우유와 같이 라이신 함량이 높은 단백질을 함유한 식품은 건조 시 메일라드 반응이 일어나기 쉽다.

⑤저해물질

아황산염, 칼슘염 등은 메일라드 반응에 의한 갈변을 저해한다.

 

2) 캐러멜화 반응

캐러멜화 반응은 메일라드 반응과는 달리 아미노화합물이 존재하지 않는 상태에서 당류를 융점(180~200℃) 이상으로 가열할 경우 산화 및 분해산물이 중합, 축합반응에 의하여 갈색물질을 형성하는 반응이다. 이 반응은 가열과 같은 외부로부터의 계속적인 에너지의 공급이 필수적이며 캔디, 과자, 빵류와 같이 전분 또는 당의 함량이 높은 식품의 가열 공정에서 흔히 일어난다. 캐러멜화 반응에 의한 분해 생성물은 식품의 색과 풍미에 중요한 영향을 미치며 반응산물인 캐러멜은 간장, 된장, 합성청주, 양주, 청량음료, 과자류 등의 갈색 착색료로 이용된다. 

 

3) 아스코르브산 산화반응

아스코르브산은 잘 알려진 리덕톤의 하나로 강한 환원력을 가지고 있어 항산화제 또는 항갈변제로 널리 이용되는 물질이다. 아스코르브산의 산화에 의한 갈변은 특히 아스코르브산의 함량이 높은 감귤류 등의 과즙과 분말 제품의 품질에 큰 영향을 주는 비효소적 갈변반응이다. 이 반응은 pH의 영향을 많이 받는데 pH 2.0~3.5의 산성 조건에서 산화반응이 잘 일어나는 반면 pH가 높아질수록 반응이 억제된다. 

 

 

[참고도서]

재미있는 식품화학, 수학사, 김건희 외 6인, 2014