식품의 갈변 현상

식품의 갈변 반응은 식품 자체에 함유되어 있는 색소가 빛이나 열, 그 밖의 작용으로 분해하여 퇴색하는 경우와 본래 무색이었던 식품성분 사이에 화학반응이 일어나서 유색물질을 생성하는 경우가 있다. 갈변은 식품의 외관과 향미에 영향을 주며 영양가의 저하를 초래하고 식품의 품질을 저하시키는 반면 가끔은 향상하는 경우도 있다. 갈변은 식품에 함유된 페놀류가 산화 중합하여 퇴색 색소를 생성하는 반응으로 효소가 관여하는 효소적 갈변과 식품 중의 카르보닐 화합물과 아미노산 등의 아미노 화합물의 반응과 같이 효소가 관여하지 않는 비 효소적 갈변반응으로 나눌 수 있다. 

 

1. 효소적 갈변반응

식품의 효소적 갈변은 주로 polyphenols의 산화에 의해 일어난다. Polyphenols를 갖는 식물조직 중에 이것을 산화하는 효소가 들어 있어 서로 작용하여 갈변한다. 감자의 갈변 반응은 tyrosinase에 의해 일어나는 것이며 홍차, 녹차 제조시의 갈변반응은 polyphenol oxidase에 의해 발생하는 것이다.

1) Polyphenol oxidase

Polyphenol oxidase는 catechol 또는 catechol 유도체인 chorogenic acid 등이 공기 중 산소에 의해 quinone 또는 그 유도체로 산화되는 반응을 촉매 하고, quinone은 계속 산화, 중합 또는 축합 되어 흑갈색의 melanin 색소를 형성한다. Polyohenol oxidase는 구리 이온에 의하여 활성화되며 염소이온에 의해 억제된다. 최적 pH는 5~6이고, 식품 그 자체의 pH에 가깝다. 사과, 살구, 바나나, 밤, 가지 등의 과일과 야채류에서 볼 수 있는 갈변 반응이다.

2) Tyrosinase

Tyrosinase는 구리를 함유하는 효소로써 여러 가지 polyohenols와 monophenols에 작용하므로 polyphenol oxidase와 구별하여 monophenol oxidase로 구별한다. 감자에 함유된 아미노산인 tyrosine은 tyrosinase에 의해 산화되며 dihydroxyohenylalanine을 거쳐 o-quinone phenyalanine이 되고 다시 산화하여 계속적인 축합-중합 반응을 통하여 흑갈색의 melanin 색소를 형성한다. 감자에 함유된 이 효소는 수용성이므로 깎은 감자를 물에 담가 산소를 차단시키면 갈변이 방지된다.

2. 비 효소적 갈변 반응

1) Maillard 반응

효소가 관여하지 않은 상태에서 아미노산, 펩티드, 아민, 단백질의 자유 아미노기와 환원당, 알데히드, 케톤 등의 카르보닐기가 반응하여 궁극적으로 갈색의 멜라노이딘 색소를 생성하는 반응이다.

2) 캐러멜화

아미노 compounds나 organic acid가 존재하지 않는 상황에서 주로 당류의 가열 분해물, 또는 가열 산화물에 의한 갈변 반응을 caramelization이라 한다 당류를 가열하면 설탕은 160~180℃, glucose는 147℃에서 분해되기 시작하는데 설탕은 glucose와 fructose로 분해되고, 이어서 fructose는 탈수되어 hydroxymethyl furfural이 되며, 이것이 중합되어 착색물질이 생기는데 glucose는 fructose에 비해 탈수되기 어려워서 caramel화가 잘 안된다. 식품에 주는 영향은 가열, 가공 시 색깔과 풍미를 높인다. 당류의 캐러멜화에 필요한 최적 pH는 6.5~8.2이다.

3) Ascorbic acid 산화에 의한 갈변 반응

Ascorbic acid는 모든 야채와 과실류에 존재하여 그 환원력으로 인해 산화방지제, 항갈변 제로 사용된다. 그러나 Ascorbic acid가 비 가역적으로 산화하면 그 산화생성물이 자체적으로 갈변 반응을 수반하는 산화과정에 들어간다. pH가 높을수록 갈색화는 잘 일어나지 않으며 감귤류 또는 기타 과실주 스나 농축물의 갈변에 중요한 역할을 한다.

3. 효소적 갈변억제

1) 갈변 조건의 억제

효소적 갈변에는 효소, 기질, 산소의 3조 건이 필요하므로 어느 하나가 작용하지 않도록 하면 갈변이 억제된다.

ⓐ 효소의 불활성화

- 가열 : 효소는 복합단백질이므로 가열에 의해 쉽게 불활성화 된다. 야채나 과일류의 가공 시 고온에서 적당 시간 열처리를 하여 효소적 갈변의 억제를 꾀한다. 그러나 데치면 이취의 발생, 질감의 변화, 연화 등의 문제가 발생할 수 있으므로 온도와 시간에 대한 주의가 필요하다.

- 효소의 최적 조건의 변화 : 효소는 최적 pH, 온도 및 조건들을 가지는데 polyphenol oxidase의 경우 pH 3.0 이하에서 활성이 상실되는데 온도는 -10℃ 이하가 효과적이다. 식품의 pH를 낮출 때는 ascorbic acid가 바람직하며 가장 많이 사용된다. 또한 polyphenolase는 소금에 의해 활성이 상당량 억제된다.

ⓑ 산소의 제거

산소가 존재하지 않으면 일어나지 않으므로 밀폐용기에 식품을 넣고 공기를 제거하거나 불활성 가스로 대체시키면 억제할 수 있다.

ⓒ 기질의 제거

페놀 물질에서 하나의 OH기가 methoxyl기로 치환된 물질은 polyphenolase의 기질이 될 수 없으므로 o-dihydroxy 구조를 효소에 의하여 methyl화 시킨다.