시설 밖으로 옮기는 삶, 탈시설화(Deinstitutionalization)
도시락에 넣으려고 깎아 둔 사과가 점심때가 되면 누렇게 변해 있던 경험, 한 번쯤 있으실 겁니다. 썰어 둔 감자나 반으로 가른 아보카도, 껍질 벗긴 바나나도 마찬가지입니다. 상한 것도 아닌데 빛깔이 바뀌는 이 현상이 바로 ‘효소적 갈변(Enzymatic Browning)’입니다.
효소적 갈변이란 쉽게 말해 ‘과일과 채소 속 효소가 공기 중의 산소를 이용해 페놀 화합물을 산화시키고, 그 결과 갈색 색소가 생기는 반응’을 의미합니다. 고기를 구울 때 나는 갈색이 열이 일으키는 마이야르 반응이라면, 사과의 갈색은 상온에서도 효소가 일으키는 다른 갈색입니다. 보기에는 덜 신선해 보이지만, 같은 반응이 홍차의 붉은 빛깔과 깊은 맛을 만들기도 합니다.
본 자료에서는 효소적 갈변의 뜻과 반응이 일어나는 원리부터 일상에서 갈변을 늦추는 방법, 그리고 일부러 갈변을 이용하는 식품과 새로운 기술까지 차례로 살펴보겠습니다.
사과의 갈색에 숨은 효소의 과학
효소적 갈변이란 무엇인가?
효소적 갈변은 식물 조직이 잘리거나 눌려 상처가 났을 때 시작됩니다. 멀쩡한 세포 안에서는 반응의 재료와 효소가 서로 다른 칸에 나뉘어 있어 만날 일이 거의 없습니다. 칼질이나 멍으로 세포벽과 막이 터지면 둘이 섞이고, 여기에 공기 중의 산소가 더해지면서 반응이 곧바로 시작됩니다.
- 폴리페놀 산화효소(Polyphenol Oxidase): 구리를 품은 효소로, 줄여서 PPO라고 부르며 갈변 반응을 이끄는 주인공입니다.
- 페놀 화합물(Phenolic Compounds): 과일과 채소의 떫은맛과 향을 내는 성분으로, 갈변의 재료가 됩니다.
- 멜라닌(Melanin): 반응 끝에 만들어지는 갈색이나 검은색 색소로, 사람의 피부색을 내는 색소와 같은 계열입니다.
같은 사과라도 품종에 따라 갈변 속도가 다른 까닭은 효소의 양과 페놀 화합물의 종류가 품종마다 다르기 때문입니다. 감자, 가지, 우엉, 연근처럼 자르자마자 색이 바뀌는 채소는 이 두 가지가 특히 풍부한 편입니다.
갈색이 만들어지는 3단계
효소적 갈변은 몇 단계의 화학 반응이 이어지면서 진행됩니다. 앞 단계는 효소가 맡고, 뒤 단계는 효소 없이도 저절로 흘러갑니다.
(1) 산화: 페놀이 퀴논으로
폴리페놀 산화효소는 산소를 이용해 페놀 화합물을 ‘퀴논(Quinone)’이라는 반응성이 매우 큰 물질로 바꿉니다. 이 단계까지는 아직 눈에 띄는 갈색이 거의 없습니다.
(2) 중합: 퀴논끼리 뭉치기
퀴논은 불안정해서 서로 엉겨 붙거나 단백질, 아미노산과 결합합니다. 분자가 점점 커지면서 빛을 흡수하는 성질이 강해집니다.
(3) 착색: 멜라닌의 등장
덩치가 커진 분자는 결국 갈색 색소인 멜라닌이 됩니다. 이때부터 사과 단면이 누렇다가 점점 짙은 갈색으로 바뀝니다.
이 반응에는 효소, 페놀 화합물, 산소, 그리고 효소가 일하기 좋은 조건이 모두 필요합니다. 폴리페놀 산화효소는 대체로 산도(pH) 5~7 부근에서 가장 활발하고, pH 3 아래로 내려가면 거의 힘을 쓰지 못합니다. 넷 가운데 하나만 끊어도 갈변은 크게 느려집니다.
쉬운 예시로 보는 갈변 늦추기
갈변을 막는 방법은 결국 반응에 필요한 조건 가운데 하나를 없애는 것입니다. 부엌에서 흔히 쓰는 요령에도 저마다 과학적인 이유가 있습니다.
[사례 1] 레몬즙을 뿌리고 설탕물에 담근 사과
레몬즙을 뿌리면 산이 pH를 낮춰 효소를 약하게 만들고, 레몬에 든 비타민 C(아스코르브산)가 퀴논을 다시 무색의 페놀로 되돌립니다. 다만 비타민 C는 쓰이면서 함께 소모되므로, 시간이 지나 다 떨어지면 갈변이 다시 시작됩니다. 연한 소금물이나 설탕물에 담그는 것도 표면을 공기와 떼어 놓는 효과가 있습니다.
[사례 2] 데치기와 진공 포장
냉동 채소를 만들 때 끓는 물이나 증기에 잠깐 데치는 이유는 열로 효소 자체를 망가뜨리기 위해서입니다. 진공 포장이나 질소 충전은 산소를 빼고, 냉장 보관은 반응 속도를 늦춥니다.
- 산성화(Acidification): 구연산이나 식초로 pH를 낮춰 효소의 활동을 억제하는 방법입니다.
- 환원제(Reducing Agent): 비타민 C처럼 퀴논을 원래 물질로 되돌려 색이 생기지 않게 하는 물질입니다.
- 데치기(Blanching): 짧은 시간 열을 가해 효소를 불활성화하는 가공 단계입니다.
한때 식당 샐러드 바에서는 아황산염을 뿌려 채소를 싱싱해 보이게 했습니다. 그러나 천식 환자를 중심으로 심각한 과민 반응이 잇따르자, 미국 식품의약국(FDA)은 1986년 생으로 먹는 과일과 채소에 아황산염 사용을 금지했습니다.
갈변을 이용하는 식품과 새로운 기술
갈변이 늘 피해야 할 대상인 것은 아닙니다. 어떤 식품은 이 반응을 일부러 일으켜 고유의 색과 맛을 얻습니다.
(1) 홍차와 녹차의 갈림길
같은 차나무 잎이라도 잎을 비비고 으깨 효소가 카테킨을 충분히 산화하도록 두면 홍차가 됩니다. 이 과정에서 생기는 테아플라빈과 테아루비긴이 붉은 찻물과 깊은 맛을 냅니다. 반대로 따자마자 덖거나 쪄서 효소를 멈추면 초록빛 녹차가 됩니다.
(2) 건조 과일의 짙은 빛깔
건포도와 곶감 같은 말린 과일이 짙은 갈색을 띠는 데에도 효소적 갈변이 한몫합니다. 말리는 동안 일어나는 다른 갈변 반응과 함께 특유의 색과 풍미를 만듭니다.
(3) 갈변하지 않는 사과
캐나다의 오카나간 스페셜티 프루츠는 사과 자신의 유전자 조각으로 폴리페놀 산화효소 유전자의 작동을 억제한 ‘아틱 사과(Arctic Apple)’를 개발했고, 미국 농무부는 2015년 이를 승인했습니다. 썰어도 하얀 단면이 오래가지만, 유전자 변형 작물이라는 점을 둘러싼 논쟁도 함께 남아 있습니다.
효소적 갈변은 상처 난 식물 조직에서 효소와 페놀 화합물, 산소가 만나 갈색 색소를 만드는 자연스러운 반응입니다. 그래서 산과 열, 산소 차단, 낮은 온도처럼 반응 조건 하나만 끊어도 늦출 수 있고, 반대로 홍차처럼 잘 다스리면 새로운 맛과 색이 됩니다.
깎은 사과의 갈색 단면에서 효소가 일하는 모습을 떠올려 보는 것, 그것이 부엌을 작은 실험실로 바꾸는 식품과학의 첫걸음입니다.
