우리 나라로 수출되러 가던 꼼장어를 실은 트럭이 미국 고속도로에서 사고가 나는 바람에 온 도로와 차량들이 꼼장어 점액으로 도배가 된 사건이 있었습니다. 2017년 7월 미국 오레건에서 발생한 일입니다.
점액 1리터를 만들기 위해 꼼장어가 내뿜는 물질은 40mg에 불과합니다. 이 물질은 주변의 물을 급속도로 흡수하여 0.5초만에 무려 10,000배 이상의 부피로 커집니다.
이 물질은 매우 훌륭한 방어 수단인데, 포식자가 꼼장어를 한 입 무는 순간 이 점액이 배출되어 아가미를 막아버리는 역할을 합니다. 아래 영상에서 이 모습을 확인하실 수 있습니다.
https://youtu.be/F8aVgSIDJjM
다당류의 기능과 응용기술
2002년 大本俊朗(Omato Toshio) 삼영원FFI(주)제1연구부 Hydro-colloid 연구실
1. 서론
다당류에는 과실에 함유된 Pectin, 해조류에 함유된 Carageenan, 종자에 함유된 Locust Bean Gum, 수액(樹液)에서 얻는 Arabia Gum, 미생물로부터 얻는 Gellan Gum이나 Xanthan Gum 등 많은 종류가 있으며, 물에 용해되면 점도가 높은 용액이 되거나, 젤리상이 되는 성질을 가지고 있다. 이러한 수용성 고분자물질을 일반적으로 증점다당류(增粘多糖類, 增粘安定劑)라 한다.
이들 증점다당류(증점안정제)는 식품의 점도를 증가시키거나, 겔을 형성하거나, 유화안정성을 좋게 하는 등 식품의 조직을 형성하거나, 식감을 개량하는 여러 가지 기능을 가지고 있기 때문에, 식품의 품질을 향상시키기 위해 폭 넓게 이용되고 있다.
식품의 맛을 결정짓는 인자로 단맛, 신맛, 짠맛, 쓴맛, 감칠맛 등을 들 수 있는데, 이들은 혀에서 느끼는 미각을 좌우하는 소위 저분자물질에 의한 효과이다. 이 외의 인자로서 “식감”이라고 불리는 “씹는 느낌”, “목에서 넘어가는 느낌”, “맛”. “눅눅함”, “미끌거림” 등이 있는데, 이 식감의 개량제로서 증점, 겔화, 안정, 유화, 보수(保水) 등의 목적으로 사용되고 있는 것이 증점안정제이다.
증점안정제의 기능이나 특성을 특징짓는데 중요한 인자로서 분자량, 분자형태, 구성당, 관능기의 유무등을 들 수 있다. 이들의 차이에 의해 물에 대한 용해성, 겔화특성, 증점성, 염류와의 반응성, 단백질과의 반응성, 다당류간의 상호작용, 단당류와의 반응성 등에서 많은 차이를 보이기 때문에 특정 식품에 적합한 다당류를 선택하기 위해서는 사전에 상세한 정보에 대한 총괄적 파악이 중요하다.
2. 다당류의 용해방법과 주의점
다당류의 기능을 충분히 발휘시키기 위해서는, 다당류를 물 등의 용매에 용해시켜야 한다. 이 때에 주의해야 할 점은 다음과 같다.
우선, 다당류를 용해시키기 위해서는 적절한 용해온도를 설정할 필요가 있다. 다당류에는 냉수에 잘 녹는것부터 가열해야 녹는것, 가열하는 것 만으로는 불충분하여 다른 소재를 첨가해야 하는 것 등이 존재한다. 예를 들면, Xanthan Gum은 찬물에도 잘 녹지만, 한천이나 Gellan Gum은 가열하지 않으면 용해되지 않는다. 또한, 용매(물)에 다당류를 첨가할 경우에도 주의가 필요하다. 적절한 온도로 용매(물)를 설정하여도 다당류를 첨가할 경우, 소위 말하는 Lumping이 생기면, Lumping 내부의 다당류는 용해되지 않는다. 이 Lumping이라는 현상은 다당류의 딱딱한 부분이 용매에 첨가될 경우, 다당류 분말표면 부분이 급격하게 수화되어 버려서, 내부까지 물이 침투하지 못하고 내부의 다당류가 용해 될 수 없는 상태를 말한다. 다당류끼리 엉겨 붙어있는 상태로 물에 첨가되는 것을 방지하면 이러한 현상을 피할 수 있다. 용해를 위한 교반속도를 충분히 빠르게 하는 것도 하나의 방법이 될 수 있는데 예를 들면 다당류가 수화, 용해되지 않는 고점도 액이나 Alcohol, 다당류 이외의 분말(설탕이나 덱스트린)등에 다당류를 혼합하여 균일하게 분산시켜 다당류끼리 엉겨 붙지 않은 상태에서 물에 첨가하면 Lumping이 생기지 않고 용해할 수 있다.
또한, 다당류는 용해하는 용매의 종류에 따라, 용해가 안되는 경우가 있다. 예를 들면, 높은 점도, 낮은pH, 높은 염농도(Na, K, Ca 등), Alcohol 함유 용액 등에는 다당류가 용해되기 곤란하다. 따라서, 다당류를 완전히 용해시킨 후, 필요에 따라서 염류의 첨가나 pH를 조정할 필요가 있다.
또한, 다당류를 병용할 경우에도 주의가 필요한데, 병용하는 소재에 따라서는 기능을 발휘할 수 없는 경우가 생긴다. 예를 들어, 키토산(염기성다당류)과 Carageenan(산성다당류)은 반응하기 때문에 병용할 수 없다. 단백질과 Carageenan이나 Xanthan Gum등의 산성다당류를 병용하여 pH를 단백질의 등전점(等電點)이하로 조정하게 되면 응집되어 버린다. 또한, Gelatin도 산 처리 Gelatin과 알칼리처리 Gelatin을 병용하면 응집되어 버려서 본래의 기능이 발휘되지 못하며 산성 유음료에 단백질 안정제로서 병용되고 있는 Pectin 또는 대두다당류는 CMC와 병용하면 본래의 산유(酸乳) 안정효력을 잃게 된다. 이상과 같이 다당류의 조합에도 충분한 주의가 필요하다.
3. 증점안정제의 주요한 기능
증점제로서의 이용
일반적으로, 식품에 점도를 부여할 목적으로 사용되는 것을 증점제라고 부른다. 증점제를 첨가하여 점도, Body감, 감칠맛 등을 부여하며 식감을 개선하고, 기름이나 불용성의 고형물을 균일하게 분산시켜 안정화시킬 수 있다.
증점제의 점성에는 주로 Pseudo Plastic 점성, Dilatant 점성, Newton점성의 3종류가 있는데 식품의 물성에 큰 영향을 미친다.
Pseudo Plastic점성이란, 정치 중에는 어느 정도 Network구조를 이루어 약간의 구조를 형성하고 있다가 Shear를 가하면 Network구조가 깨져서 점도가 떨어진다. 하지만, Shear를 제거하면 다시 Network구조를 형성하여 점도가 증가하는 점성이다. 이러한 점성을 나타내는 다당류로는 Xanthan Gum용액이 가장 유명하다. 또한 Shear를 풀면 최종적으로는 원래의 점도까지 복원되지만, 그러기 위해서는 시간이 필요한 점성을 Thixotrophy성이라고 한다. 이 Pseudo Plastic성을 유효하게 이용하면 드레싱 등에 점도를 부여하고, 고형분의 분산안정화가 가능하다. Pseudo Plastic점성을 가지는 용액 중에서도 특히 불용성고형물의 분산안정에는 항복응력(Yield Stress)을 가지는 용액이 적절하다고 보는데, 이 용액은 항복치보다 큰 응력을 받지 않으면 유동하지 않는 성질을 가지고 있다(약한 겔이라는 표현을 이용하기도 한다.) 따라서, 불용성고형물에서 기원하는 응력보다 항복치가 높으면, 고형물은 용액 중에 균일하게 분산안정화 될 수 있다.
Pseudo Plastic점성의 반대의 성질을 가지는 것이 Dilatant점성이다. 이것은 Shear의 증가에 따라서 점도가 상승하는 점성으로 전분을 물에 분산시키는 경우와 같은 혼탁액이 유명한데, 식품계에서는 보기 힘든 점성이다.
또한, Newton점성은 Shear를 변화시켜도, 점도변화가 없는 점성으로 γ-Carageenan, LBG등의 용액이 대표적이다. Newton점성은 식품의 감칠맛 부여, Body감 부여에 이용되는 것이 많은데 불용성고형물의 분산안정화 등에는 맞지 않는 점성이다.
겔화제로서의 이용
겔화제는 식품의 겔상조직을 형성할 목적으로 이용되며, 주로 디저트젤리, 밀크푸딩 등의 겔형성에 이용된다. 일반적으로는 다당류를 1%이하로 사용하여, 나머지 99%의 액체성분을 고형화시킬 수 있다.
증점제로서 조제된 점조액(粘稠液)은 응력을 부여하면 유동하는데 비해, 겔은 큰 응력, 변형을 받으면 파괴되어 버린다. 이 파괴되기까지의 응력을 겔강도로서 측정하여, 겔의 물성의 지표로 삼는다. 이와 동시에 겔이 파괴될 때까지 압축된 겔표면으로부터의 파단거리(破斷距離)도 중요하다. 또한, 반복하여 겔을 압축하여, 그 응력의 거동을 파악하는 것으로 겔의 특성을 평가하는 Texture Profile Analysis라는 방법이 자주 이용되고 있다.
겔화제에 사용가능한 다당류도 다종다양한데, 매우 부서지기 쉬운 식감부터, 매우 강력한 곤약류의 식감까지 폭넓게 조정할 수 있다. 또한, 다당류 단독으로 겔을 형성하는 것(한천 등), 다당류 단독으로 겔을 형성하지만 염류의 첨가가 필요한 것(Gellan Gum, Pectin, 알긴산 나트륨 등), 단독으로는 증점효과만이 가능하고 다당류끼리 병용하여 다당류간의 반응성을 이용하여 겔을 형성하는 것 (Xanthan Gum, LBG 등)까지, 겔화를 위해서는 겔화조건을 적정화시켜야 적절한 겔을 조제할 수 있다.
안정제로서의 이용
일반적으로 식품의 조직을 안정하게 유지하기 위해 사용하는 것을 안정제라고 하는데, 안정제의 역할이나 기능은 매우 광범위하다. 안정제의 기능으로는, 산성유음료나 밀크프림 등의 단백질안정(응집방지), 드레싱이나 코코아음료, 과즙음료의 불용성고형물의 분산안정, 유화 Type 드레싱이나 아이스크림 등의 유화안정, 스폰지 케익이나 아이스크림 등의 기포안정, 젤리 등의 이수방지, 햄이나 소세지등의 결착성향상이나 이수방지, 냉동식품 등의 동결해동내성부여, 아이스크림 등의 빙결정의 안정 등 다양하다. 안정제로서 이용되는 다당류는 안정제로서의 기능만이 아니라, 증점, 겔화, 식감개량등도 총합하여 부여하는 경우가 많다. 이렇게 증점이나 겔화, 안정성 등의 기능을 별도로 나누어 사용하는 것이 곤란한 경우가 많기 때문에, 다당류를 증점안정제로 총칭하고 있는지도 모른다.
4. 다당류의 기능과 식품에의 응용
증점제로 사용되고 있는 주요 다당류와 식품에의 응용
1). Xanthan Gum
Xanthan Gum은 미생물 Xnathomonas campestris에서 생산되는 다당류로, Mannose, Glucose, Glucuronic acid 등의 당으로 구성되어 있으며 주 Chain은 β-1,4 결합한 Glucose가 된다. Side Chain은 주 Chain의 Glucose residue 1당 Mannose 2분자와 Glucuronic Acid가 결합하고 있다. Side Chain의 말단에 있는 Mannose는 Sodium Pyruvate가 되고, 주 Chain에 결합된 Mannose의 C-6자리는 아세틸화되는 것이 많다.
Xanthan검은 주 Chain에 대해 Side Chain의 비율이 크고, 그 Side Chain에 포함된 Carboxyl기와 Pyruvate로부터 유래하는 -전하를 가진 매우 강한 다당류이다. Xanthan Gum의 특이한 성질은 이 Side Chain에 의한 것으로 생각된다.
Xanthan Gum은 찬물에 잘 녹으며, 얻어진 용액은 강한 Pseudo Plastic점성을 나타낸다. 수화된 용액이 정치상태에 있을 때 이 용액은 겔과 유사한 약한 Network를 형성하고 있는 것으로 생각된다. 따라서, 저교반 상태에서는 높은 점도를 나타내지만 교반속도가 증가하면 Network가 파괴되어, 점도가 급격하게 감소한다. 정치상태에서 약한 Network를 형성하고 있기 때문에, 불용성고형분등의 분산안정이나 유화안정에 우수하다.
또한, Xanthan Gum은 내염성(耐塩性), 내열성, 내효소성, 내동결해동성이 있다. 이것은 주 Chain보다도 큰 Side Chain이 존재하기 때문으로 여겨진다. 이 Side Chain이 주 Chain의 Glucose기를 덮음으로 인해, 주 Chain을 보호하고 이들의 성질을 부여한다고 여겨진다.
Xanthan Gum은 우수한 유화유지능력을 가지고 있기 때문에 유화 Type 드레싱 등에 빈번하게 사용되고 있다. 또한, 불용성고형분의 분산안정화기능도 우수하므로 불고기양념장이나 드레싱 등에 사용하여 조미료를 분산안정화 시킨다. 드레싱에 사용되는 또 다른 이유는 Pseudo Plastic의 특징적 점성에 있다. 이 점성은 용기에서 부으면 순간적으로 점도가 저하되기 때문에 주입하기가 쉬우며, 야채 등에서 점도가 회복되어 부착성이 향상되면 방울져 떨어지지 않는 성질을 가진다. 따라서, 드레싱 등에 필요한 기능을 부여할 수 있다.
이 이외에도, 염류와 잘 녹기 때문에 통상의 다당류에서는 사용이 곤란한 염류가 많은 식품, 예를 들면, 오징어젓갈, 장류 Base의 조미료, 소스 등에 점도를 부여하는 목적으로 널리 이용된다.
2) Guar Gum
Guar Gum은, 두과(豆科)식물인 Guar Plant종자의 배유(胚乳)로부터 얻어지는 다당류로서, Locust Bean Gum과 같은 Galactomannan의 일종이다.
하지만, LBG와는 Mannose와 Galactose의 구성비율 및 분포상태가 다르기 때문에 수화특성 등이 다르다.
Gua Gum은 찬물에 용해가 가능하므로, 점도가 높은 용액을 얻을 수 있다. 가열에 의해 용해시간을 단축시킬 수 있지만 과도하게 가열하면 Guar Gum이 분해되어 점도저하를 초래한다. 얻어진 Guar Gum 용액의 점성은 약한 Pseudo Plastic성을 나타낸다. Guar Gum은 주로 인스턴트스프(찬물에 녹기 때문에 쉽게 점도가 발현된다.)나 양념장 류의 점도부여에 이용되며, 냉과용안정제로서 빙결정의 조정목적 등으로도 사용되고 있다. 또한, Xanthan Gum과의 상승효과가 있어서, 낮은 농도에서 보다 높은 점도의 용액을 만들 수 있다.
3) Glucomannan
Glucomannan은 식용 곤약의 주성분으로, 고구마곤약 중에 약 10% 포함되어 있다. 이 고구마곤약에서 추출, 정제한 것이 Glucomannan인데, 일반적으로 곤약제조의 원료로 사용되는 곤약분말보다 정제도가 높은 것이다.
곤약은, 곤약분말을 물에 용해하여 얻어진 용액에 알칼리성화합물을 첨가하여 가열하면, 열 비가역 곤약 겔을 얻을 수 있다. 이 겔화에 필요한 알칼리성화합물은 곤약분말(Glucomannan) 1g당 0.33m mol정도 필요하다. 겔화 Mechanism의 가장 일반적인 이론은 Glucomannan중에 존재하는 Acetyl기가 알칼리처리에 의해 탈Acetyl화하여 Glucomannan분자가 분자간에 수소결합 함으로 인해, 부분적으로 결정화 되고, 그것을 매개체로 하여 3차원적인 Net Structure를 형성하여 겔화된다는 것이다.
Glucomannan의 기본구조는 D-Glucose와 D-Mannose가 약 1:1.6의 비율로 β-1,4결합하고 있다. 또한, 糖Residue19에 1개의 비율로 Acetyl기가 존재하고 있다. Glucomannan을 물에 녹이면 약한 Pseudo Plastic점성을 나타내는데 매우 높은 점도의 용액을 제조할 수 있다. 즉, 알칼리처리를 하여 탈아세틸화하지 않으면, Glucomannan은 겔을 형성하지 않고 증점제로서 사용할 수 있다.
또한, Glucomannan은 단품으로서는 증점의 효과만 있지만, Xanthan Gum과 반응하면 매우 탄력이 좋은 겔을 형성할 수 있다. 또한, κ-Carageenan과도 반응하여, κ-Carageenan의 단단한 식감의 겔을 매우 탄력적인 겔로 바꿀 수 있다. 따라서, Glucomannan은 증점제보다 겔화제로 사용되는 경우도 있다. 예를 들면, 곤약젤리는 이 Glucomannan과 κ-Carageenan의 반응성을 활용한 겔로, 보통의 오뎅류에 쓰이는 곤약과는 만드는 방법이 전혀 틀리다. 오뎅의 곤약은 내열성을 가지고 있지만 Glucomannan과 κ-Carageenan으로 만드는 겔은 열가역성이다.
이 외의 증점제로서는 Locust Bean Gum이나 Tara Gum 등의 Galactomanann류, Pectin, Tamarind Seed Gum, Fururan, Carboxyl Methyl Cellulose Natrium(CMC), 알긴산나트륨 등이 사용되고 있다.
겔화제로 사용되고 있는 주요 다당류와 식품에의 응용
1). Gellan Gum
Gellan Gum은 펜실베니아주의 늪지에서 자생하는 수초에서 발견되었는데, 비병원성미생물 Sphingomonas elodea가 생산하는 다당류이다. 이 Sphingomonas elodea를 콘시럽 등의 당류를 함유한 배지에 접종하여 호기성 액체배양하면 Gellan Gum을 균체 외에서 생산할 수 있다. 발효종료 후, 탈아세틸처리, pH조정, 정제, Alcohol침전에 의한 회수, 건조, 분쇄되는데 공정중의 탈아세틸처리의 유무에 의해 특성이 전혀 다른 2가지 Type의 Gellan Gum을 얻을 수 있다.
Gellan Gum은 Straight Chain상의 Hetero다당류로서, Glucose, Glucuronic Acid, Glucose, Rhamnose의 4개의 당이 반복되는 단위로 구성되어 있으며 Glucuronic Acid로부터 얻어지는 Carboxyl기를 가지고 있다. 또한, 탈아세틸처리를 하지 않은 Gellan Gum (Native Type Gellan Gum)은 Glucose에 아세틸기와 글리세릴기가 존재하고 있으며, 이것이 겔 특성에 영향을 주는 것으로 여겨진다. (그림2)
탈아실형 Gellan Gum은 Cation류의 존재에 의해 강하게 굳은 겔을 형성한다. 바꿔 말하면 Cation이 많이 존재하는 용액에서는 매우 수화되기 어렵기 때문에, 미리 탈아실형 Gellan Gum을 용해한 후에, Cation류를 첨가하거나 pH를 조정할 필요가 있다.
탈아실형 Gellan Gum으로 형성된 겔은 매우 양호한 투명성과 내산성, 내열성을 나타낸다. 또한, 특히 2가 cation의 첨가에 의해 열 비가역상의 겔을 만들 수 있다. 탈아실형 Gellan Gum은 한천의 약 1/3-1/4의 농도로 같은 정도의 겔강도를 얻을 수 있기 때문에 식감이 좋고 Flavor Release가 양호한 겔이다.
탈아실형 Gellan Gum은 디저트젤리, 잼 류 등 다양한 식품에 이용되고 있다. 그 중에서도 재밌는 것이 탈아실형 Gellan Gum Micro Gel을 음료나 드레싱에 이용하는 경우이다. Micro Gel이란 탈아실형 Gellan Gum의 겔을 미세하게 분쇄한 것으로 유동성을 가지는데 눈으로 보기에는 액체 정도의 흐름성을 보여준다. 하지만 실제는 미세한 겔의 집합체이기 때문에, 겔간의 간극에 고형분을 안정 분산시킬 수 있다. 예를 들면, 음료 속에 과육을 분산 안정시킬 때도 유효하며, 식감은 증점제 정도의 끈적임이 없고, 색도 투명하여 유효하게 이용할 수 있다. 또한, 탈아실형 Gellan Gum은 내열성이 있으므로, 살균처리 하여도 Micro Gel이 융해(融解)되지 않을 뿐 아니라, Micro Gel중에 분산되어 있는 불용성고형분이 침전 또는 부상하는 일이 없다.
한편, Native Type Gellan Gum은 매우 탄력 있는 겔을 만들어, 다른 다당류에서는 볼 수 없는 매우 높은 겔화온도를 가지고 있다. 또한, Native Type Gellan Gum은 매우 소량 첨가로, Xanthan Gum보다 높은 항복응력을 가지는 점탄성(粘彈性 : viscoelasticity)을 가지는 용액을 만들 수 있기 때문에 겔화제로서보다는 증점제, 안정제로 사용되는 경우가 많다. 예를 들면, 불용성고형물의 분산안정 등에 우수한 기능을 발휘 한다.
또한, Native Type Gellan Gum은 이수가 거의 없고 떡과 유사한 매우 탄력 있는 부드러운 식감의 겔을 형성할 수 있다. Native Type Gellan Gum을 이용하여 만든 전병은 일반 침전시켜 만든 전병과 같은 정도의 식감을 가진다. 또한, 전병에 침전류를 전혀 사용하지 않기 때문에 상하지 않는 디저트식품을 만들 수 있다.
밀크푸딩은 디저트 중에서 꾸준한 인기를 얻고 있다. 하지만 단백질계 식품은 살균처리 후, 방냉(放冷) 등으로 겔화할 때 까지 상당한 시간이 필요한 경우, 그 사이에 단백질의 응집이 일어나 버리는 문제가 있다. 하지만, Native Type Gellan Gum을 첨가하면 겔화온도가 상승하여, 겔화까지의 시간이 단축된다. 그 결과, 단백응집이 일어나기 전에 겔을 형성하여 양호한 식감의 밀크푸딩을 만들 수 있다.
2) Carageenan
Carageenan은 오래전부터 아일랜드의 주부들이 우유젤리를 만들 때 사용하던 것인데, 그것이 약 200년전에 미국에 소개되었다. Carageenan은 주로 홍조류인 イバラノリ(Hypnea charoides), キリンサイ(Eucheuma), ギンナンソウ(Mazzaella jaonicum)등으로부터 얻어진다. D-Galactose가 기본골격인 Straight Chain의 다당류로서, 황산기의 결합부위와 구성비의 차이에 의해 크게 κ-, ι-, λ- Type으로 구분된다. 이들 3 Type은 물성이 전혀 다른데, 일반적으로 겔화제로 사용되는 것은 κ-Carageenan으로 단단한 겔을 형성할 수 있다. ι-Type은 탄력 있는 부드러운 겔을 형성하는데, 겔화제로 사용하려면 상당량을 첨가해야 하기 때문에 겔화의 목적보다는 보수제(保水劑)나 식감조정제로 소량씩 사용되는 경우가 많다. 또한 λ-Type은 겔화능력이 없으며 주로 증점제로 이용된다.
Carageenan은 Straight Chain의 산성다당류로, 겔화특성을 가지는 것은 κ-, ι- 이다. κ-Carageenan을 겔화시킬 때는 황산기에서 생기는 - Charge를 중화시키거나 Ion가교하여 이중나선끼리 결합시킬 필요가 있다.
κ-Carageenan 단독으로 겔화시킬 경우 단단한 식감을 주며, 이수가 많은 특징이 있다.이 κ-Carageenan에 Locust Bean Gum이나 Glucomannan을 첨가하면 탄력 있는 겔을 형성할 수 있는데 이 배합비율의 차이에 의해, 단단한 식감에서부터 곤약젤리정도의 탄력 있는 겔까지 제조가능하다.
κ-Carageenan은 주로 Locust Bean Gum이나 Glucomannan과의 병용으로 일반적으로 디저트젤리의 겔화제로 사용되고 있으며, 햄이나 소세지의 결착성 향상, 식감개량, 이수방지 등에도 효과가 있는 소재로서 세계에서 널리 이용되고 있다.
이 외의 겔화제로서는 한천, Pectin, Kadran, 알긴산나트륨 등이나 다당류는 아니지만 유청 단백이나 젤라틴이 사용되고 있다.
안정제로 이용되는 주요 다당류와 식품에의 응용
1). 대두다당류
대두다당류는 대두유나 대두단백을 제조하는 과정에서 생기는 비지로부터 추출, 정제시켜 얻은 수용성 다당류로서, Galactose, Arabinose, Galacturonic Acid, Rhamnose, Xylose, Fucose, Glucose 등의 당류로 구성되어 있다, 산유(酸乳)안정능력, 유화력, 기포 안정화력 등의 기능을 가지고 있다.
대두다당류는 냉수, 온수 모두에 매우 잘 용해되어 약 30%의 고농도 수용액을 제조할 수 있다. 또한, 얻어진 용액은 겔화하지 않으며, 매우 낮은 점도의 용액이 된다. 또한, 그 용액은 우수한 내염성, 내열성, 내산성을 나타내므로, 레토르트살균, UHT살균을 필요로 하는 식품류나 산성유음료, 각종디저트, Bakery 제품 등에 사용할 수 있으며 염류에 의한 영향을 받지 않으므로 식염이 많이 포함된 양념장이나 드레싱 등 폭넓은 식품류에 이용할 수 있다.
대두다당류의 주 용도의 하나는 산성유음료의 안정화 기능이다. 일반적으로 산성유음료의 안정화에 사용되는 HM Pectin과 점도를 비교하면 그 점도가 훨씬 낮다. 즉, 산유안정제로서 대두다당류를 사용한 경우 끈적거리지 않고, 깔끔하게 마실 수 있는 음료를 제조할 수 있다.
대두다당류가 단백질을 안정화시키는 영역은 pH 3.3 ～ pH 4.2 근방이고, 일반적으로 사용되고 있는 HM Pectin의 안정화영역은 pH 3.6 ～ pH 4.5 근방이다. 대두다당류는 HM Pectin보다 낮은 pH영역에서도 단백질을 안정화 시킬 수 있으며 점도가 낮기 때문에 PET병 음료에 많이 사용되고 있다. 더욱이 HM Pectin과 대두다당류를 병용하게 되면, 다양한 식감의 산성유음료를 제조할 수 있다. 이 산유안정화효과를 이용하여 샤베트나 산성젤리에 사용하면, Green-Note가 없는 산뜻한 식감을 얻을 수 있다.
이 외의 기능으로서는 면이나 백반등의 결착방지, 노화방지, 비스켓, 쿠키등에 부드러운 식감을 부여할 수 있으며 기포를 안정화시키는 능력이 우수하여, 머랭등에 사용하면 거품을 개량하고, 보형성의 유지에 도움을 주기 때문에, 스폰지케익, 쉬폰케익, 식빵 등에 사용되고 있다.
2).미결정 Cellulose
Cellulose는 식품의 세포벽 구성성분으로 매우 중요하다. 미결정 Cellulose는 Pulp를 원료로 하여 가수분해에 의해 비결정영역을 제거한 후, 미세하게 분쇄하여 제조된다. 얻어지 미결정 Cellulose는 β1, 4 결합한 D-Glucos의 결정형이 되기 때문에 물에 용해되지 않는다. 해조에도 Cellulose가 함유되어 있는데, 땅에서 자라는 목재류처럼 조직이 단단하지 않고 부드럽다. 이것은 Cellulose골격으로 형성된 세포 틈새에 Carageenan이나 한천, 알긴산등이 존재하여 조직에 유연성을 부여하기 때문으로 여겨진다. 또한, 어떤 미생물에서나 Cellulose가 생산된다. 예를 들면, 나타드코코(Nata De Coco)는 초산균에서 얻어진 Cellulose로 구성되어 독특한 식감이 형성된 것이다.
미결정 Cellulose 중에는 Cellulose 자체와 Cellulose를 수용성 다당류로 코팅한 Type이 있다. Cellulose 100% Type은 정제 등의 붕괴제로서 빈번하게 의약품이나 식품에 사용되고 있다. 이 Type은 물에 녹지 않으며 입자크기도 크기 때문에 수분이 많은 곳에 첨가한 경우 분산하지 않고 침전이 발생하여 식감이 까칠까칠해져 버린다.
수용성다당류로 코팅한 Type은 수용성다당류가 미결정 Cellulose를 코팅하고 있기 때문에, 건조상태(분말상태)에서 미결정 Cellulose끼리 단단하게 결합하는 것을 방지하고 있다. 따라서, 물에 첨가하면 빠르게 미결정 Cellulose가 분산한다. 이 분산목적으로 사용되고 있는 수용성 다당류로서는 Xanthan Gum. Karaya Gum, Carboxyl Methyl Cellulose Natrium 등이 있다. (수용성 다당류를 사용하지 않는 100% Cellulose는 건조상태에서 미결정 Cellulose끼리 응집하여 큰 결정 Cellulose가 된다. 이것을 물에 첨가하여도 다시 원래의 작은 미결정 Cellulose상태로 회복되지 않는다. 따라서 물에 첨가하는 경우 다량의 침전이 발생한다.) 이 코팅Type은 100% Cellulose Type과는 달리 수용액중에서 침전되지 않으며 현탁상태로 존재한다. 용액중에서 Cellulose입자가 약한 힘으로 반발하거나 Brown운동을 하거나, 수용성다당류와 복합적으로 상호작용하여 특이한 삼차원적인 Net Structure를 형성하고 있다. 이 Net Structure중에 미세한 고형물을 잡아둘 수 잇기 때문에 코코아음료나 말차음료등에 불용성고형물의 분산안정제로 자주 이용되고 있다. 이 외의 기능으로서는 유화안정효과, 아이스크림에서는 빙결정성장억제, 식감개량등의 효과가 있으며, 또한 고농도로 사용하면 마요네즈나 드레싱의 지방대체용으로 사용할 수 있다.
이 외에 식품에 사용되고 있는 안정제로서는 Pectin, Carboxyl Methyl Cellulose Natrium, Arabia Gum, Xanthan Gum등이 있다.