식품의 갈변반응2 효소적 갈변반응[식품화학2]

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

 

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

효소적 갈변반응이란

사과, 배, 바나나, 양송이 등과 같은 식품은 절단이나 파쇄와 같은 물리적 충격이 가해지면 손상된 표면이 공기와 접촉하여 갈색으로 변하게 된다. 이 현상은 식품 중에 포함되어 있는 폴리페놀류가 산소의 존재하에서 세포 내에 있는 산화효소의 작용을 받아 산화되면서 갈색 색소인 멜라닌을 형성하게 된다. 

효소적 갈색반응이 일어나기 위해서는 효소, 기질, 산소의 3가지 요소가 동시에 충족되어야 한다. 이 반응을 진행시키는 효소는 폴리페놀산화효소로서 산소가 존재할 때 기질인 폴리페놀류를 산화시키는 역할을 한다.

효소는 열에 의하여 쉽게 불활성화되므로 가열 처리한 식품에서는 효소적 갈변반응이 일어나지 않으며 가열 처리하기 전의 과정에서 발생하게 된다. 이러한 갈변은 식품의 저장이나 가공 중에 발생하여 관능적 품질을 저하시키는 것이 일반적이나 홍차, 커피, 코코아, 건포도, 건대추 등의 일부 식품에서는 갈변반응이 바람직한 방향으로 적용되고 있다.

다음은 효소적 갈변반응을 억제하는 방법에 대해 알아보도록 하자.

 

효소적 갈변반응의 억제

효소적 갈변반응을 억제하기 위해서는 폴리페놀산화효소(또는 타이로시네이스)에 의한 효소반응을 중지시키거나 최소화 시킬 필요가 있다. 즉 효소반응에 필수적인 효소, 기질, 산소의 3가지 중 하나 이상의 조건이 충족되지 않으면 반응이 일어나지 않게 된다. 이를 위하여 효소를 불활성화시키거나 반응 최적조건을 벗어난 환경을 조성하는 방법, 기질 또는 중간산물을 제거하거나 구조를 변화시키는 방법, 산소를 제거하는 방법 등이 활용되고 있다. 

1) 효소 활성의 억제

①가열처리

효소의 활성을 억제하는 가장 효과적인 방법은 효소를 불활성화시키는 것이다. 효소는 단백질로 구성되어 있으므로 가열에 의하여 쉽게 변성을 유도할 수 있으며 효소의 활성 또한 사라지게 된다. 가열처리로 널리 사용되는 방법은 데치기이다. 보통 채소류나 과일류의 저장 및 가공 전에 실시하게 된다. 그러나 열처리 과정에서 조직의 연화 및 이취가 발생할 수 있으므로 열처리는 과도하게 하지 않도록 주의해야 한다. 

②저온저장

효소의 활성은 온도가 내려갈수록 감소하므로 효소에 의한 갈변반응의 속도를 늦출 수 있으나 0℃에서도 갈변은 지속적으로 진행된다. 따라서 갈변을 억제하기 위해서는 빠르게 냉동시킨 후 -18℃에서 저장해야 하나 해동과정에서 더욱 심하게 갈변되므로 냉동 처리는 완전히 갈변반응을 억제하는 방법이 아님을 유의해야 한다.

③pH 조절

효소의 작용은 최적 pH를 벗어나게 되면 급격히 감소하게 된다. 폴리페놀산화효소의 최적 pH는 일반적으로 4~7이며 pH 3 이하에서는 활성이 완전히 상실된다. 식품의 pH를 2.5 이하로 낮출 경우 효소 단백질이 변성되어 활성이 소실되므로 갈변반응을 억제할 수 있다. 

④효소저해제의 이용

염화나트륨, 아황산가스 또는 아황산염을 이용하여 갈변을 억제한다.

2) 기질 또는 중간산물의 제거

①침지

폴리페놀산화효소의 기질인 폴리페놀을 제거하면 효소의 활성을 억제할 수 있으나 식물체에 존재하는 모든 기질을 제거하는 것은 매우 어렵다. 다만 고구마의 경우 기질이 대부분 껍질에 존재하므로 껍질을 벗긴 후 물 또는 소금물에 담그면 효소의 갈변반응을 억제할 수 있다.

②환원성 물질의 첨가

아스코르브산, 아황산가스 또는 아황산염의 이용하여 갈변을 억제한다. 

3) 산소의 제거 

산소는 폴리페놀산화효소의 또 다른 기질로서 작용하므로 산소를 제거할 경우 효소에 의한 갈변방응이 일어나지 않는다. 따라서 식품을 포장할 때 용기 내에 존재하는 산소를 고갈시키거나 이산화탄소나 질소 등의 기체로 치환하는 가스치환포장을 통하여 갈변을 억제한다. 

 

 

[참고도서]

재미있는 식품화학, 수학사, 김건희 외 6인, 2014