갈변현상의 개념과 과학적 원리, 억제하는 방법

과일을 깎아 오래 놔두면 단면이 갈색으로 변해서 보기 싫어지고 맛도 변하게 됩니다. 갈변현상은 식물성 식품뿐만 아니라 고기를 구울 때 갈색으로 변하는 것까지 광범위하게 포함하고 있습니다. 갈변현상이 무엇인지 개념에 대해 알아보고 갈변현상이 일어나는 원리, 억제하는 방법 등에 대해서 알아보도록 하겠습니다

 

 

 

 

 

 

갈변 현상의 개념

 

갈변 현상 (Browning Reaction)은 식품이나 물질이 갈색 또는 어두운 색으로 변화하는 현상을 말합니다. 이 현상은 자연적으로 발생할 수 있고 가공이나 조리과정 중에 생길 수 있으며 색, 맛, 향, 영양 등에 영향을 미칩니다. 갈변은 효소와 산소가 반응하여 색이 변하는 효소적 갈변과 열, 산화, 화학반응 등으로 색이 짙어지는 비효소적 갈변 두 종류로 나누어집니다. 효소적 갈변 현상이 일어나면 신선한 색이 갈색이나 검은색으로 변하며 외관상 품질이 저하되어 보입니다. 맛은 원래의 신선한 맛이 떨어지고 쓴맛, 떫은맛으로 변합니다. 향에도 변화가 생기는데 향미가 약화되거나 불쾌한 냄새가 날 가능성이 있습니다. 비효소적 갈변 현상이 일어나면 구운 빵이나 고기처럼 식품이 노릇하고 진한 갈색으로 변해 식욕을 자극합니다. 맛은 고기구이의 깊은 풍미처럼 고소해지고 감칠맛이 강화되거나 캐러멜처럼 달콤하고 쌉쌀한 맛이 생깁니다. 향은 빵냄새나 커피 향처럼 풍미가 증대되어 복합적인 향기를 유발합니다. 영양에서도 변화가 생기는데 효소적 갈변 현상에서는 산화가 일어나기 때문에 영양소의 손실을 가져옵니다. 비효소적 갈변현상은 단백질과 아미노산의 일부가 소실되고 과도할 경우는 발암 우려 물질이 생성될 가능성이 있고 과도한 가열 시 당류 분해로 건강에 부정적인 영향을 끼칠 수 있습니다. 

 

 

갈변 현상의 과학적 원리

 

 

갈변 현상의 과학적 원하는 크게 효소적 갈변과 비효소적 갈변으로 나눌 수 있고 각각의 발생 메커니즘은 다릅니다. 효소적 갈변 현상은 효소의 작용을 받아 갈색으로 변화하는 반응인데 식물세포 내에 존재하는 폴리페놀산화효소가 산소와 접촉하여 활성화되어 나타납니다. 사과나 감자의 단면을 자르면 세포의 손상이 일어나 페놀화합물을 산화하여 중간산물인 퀴논을 생성하게 됩니다. 퀴논이 서로 결합하거나 단백질과 반응하면 멜라민과 유사한 화합물이 생성되어 갈색으로 변하게 됩니다. 비효소적 갈변 현상은 효소 없이 식품 성분 간의 화학반응으로 색이 변하는 것인데 대표적인 유형으로 마이야르 반응, 캐러멜화, 산화를 들 수 있습니다. 마이야르 반응은 120도 이상의 고온에서 아미노산과 환원당이 열을 받으면 반응이 일어나서 멜라노이딘이라는 갈색 색소를 형성하기 때문에 갈색으로 변하는 현상입니다. 이 반응이 일어나면  맛, 향, 색이 모두 영향을 받게 되어 빵 껍질은 노릇해지고 구운 고기는 풍미와 향을 냅니다. 갈변 현상은 캐러멜화 반응과 산화에서도 나타납니다. 당분이 150도 이상의 고열에서 가열되어 자체적으로 분해와 중합이 일어나면 갈색 색소가 형성되어 캐러멜화 반응이 생깁니다. 설탕을 가열하게 되면 갈색으로 변하게 되고 특유의 캐러멜향으로 변화가 됩니다. 산화는 비타민 C(아스코르브산)이 산소와 반응하여 변질되며 갈색으로 변하는 것입니다. 과일을 갈아 주스를 만들었을 때 시간이 지나면  갈색빛이 섞여 색이 짙어지는 이유입니다.

 

 

갈변 현상을 억제하는 방법

 

갈변 현상을 막으려면 각각의 원인에 맞게 제어하는 것이 핵심입니다. 사과나 감자 같은 생채소, 과일에서 흔한 효소적 갈변 억제법은 산소와의 접촉을 막고 저산성 환경을 만드는 것입니다. 과일을 자른 단면을 물에 담그거나 랩으로 개별 포장, 진공포장을 하시면 산소가 차단됩니다. 또한 단면에 레몬즙이나 식초를 뿌리면 산도 조절이 되어 갈변 현상을 막을 수 있습니다. 또한 효소적 갈변은 커트 후 즉시 냉장시키거나 열처리로 데치기, 항산화제 첨가, 설탕 시럽 코팅으로 수분 증발을 억제하고 산소를 차단시키는 방법이 있습니다. 비효소적 갈변 현상을 억제하는 방법은 저온에서 조리하여 갈변이 촉진되는 것을 막고 ph를 조절하는 방법이 있습니다. 마이야르 반응은 중성에서 반응이 활발하게 일어나기 때문에 구연산 등으로 산성화를 만드시면 됩니다. 또한 마이야르 반응은 건조할수록 활발하게 일어나기 때문에 수분을 유지해 반응 속도를 줄이시면 됩니다. 항산화제를 첨가하는 것도 산화를 방지해 갈변 현상을 억제시켜 줍니다.