[식품첨가물/유화제] 유화제의 선택, 사용법 (3)

- 일본 식품 잡지 <푸드케미칼> 2020년 6월호 기사 내용을 번역한 글입니다. 

- 모든 내용은 제가 직접 번역한 것으로 전문 번역가가 아닌 관계로 오타, 오역 있을 수 있으니 양해 부탁드립니다. 

- 분량 관계상 해당 기사를 4회 분량으로 나누어 번역했습니다.
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유화제의 선택, 사용법 (1)

유화제의 선택, 사용법 (2)

 

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월간 푸드케미칼 2020 6월호 / 타이요 화학 주식회사, 요시타카 마에다

<유화제의 선택, 사용법>

 

 

5. 공유성분에 의한 유화제의 성질 변화… 운점(雲点)

다양한 성분으로 이루어진 식품의 유화계를 설계할 때는 식품 중의 소재가 유화에 미치는 영향을 고려하며 적절한 유화제를 선정할 필요가 있습니다. 예를 들어 식품 원료 중 식염이나 설탕, 다당류가 유화 상태에 영향을 미친다는 것은 계면 과학적으로도 확인할 수 있습니다.

운점측정이란, 계면활성제(유화제)의 특징을 파악하는 데 있어 종종 사용되는 지표의 하나입니다. 운점을 간단하게 말하면 “계면활성제 수용액을 어떤 온도까지 상승시키면 수용액 안에서 상분리가 일어나 백탁 현상이 발생하게 되는데 이때의 온도를 운점이라 합니다.

운점이 발생한다는 것은 운점을 경계로 계면활성제가 물에 녹지 않게되어 친수성에서 소수성으로 변화했다는 의미입니다.

 

운점을 관찰하기 용이 하도록 비식품 첨가물인 C-12-POE(9) (폴리옥시에틸렌 라우린에테르)를 사용해 실험적으로 계면활성제에 영향을 미치는 다른 성분의 영향에 대해 실험을 진행했습니다.

3% 농도의 C12-POE(9) 수용액은 75도에서 운점을 나타냅니다만, 여기에 각종 염류 또는 다가 알콜류를 첨가하게 되면 농도에 따라 운점에 변화가 생기는 것을 확인할 수 있습니다. [그림3], [그림4]

 

[그림 3]

[그림 3] 운점 측정을 이용한 C12-POE(9)에 대한 각종 염류의 영향

 

[그림 4]

[그림 4] 운점 측정을 이용한 C12-POE(9)에 대한 각종 다가 알콜류의 영향

 

글리세린이나 각종 염류는 운점을 낮추는 경향, 즉 계면활성제의 친수력을 저하시킵니다.
한편 PG(프로필렌글리콜) 이나 DPG(디프로필렌글리콜)은 운점을 상승시키는 경향, 즉 계면활성제의 친수력을 증가시키는 것을 알 수 있습니다.

이것을 실제에 적용하여 생각해보겠습니다. 어떤 에멀젼을 별개의 계와 혼합 할 때 그 혼합계에 당류 또는 염류가 혼합되어있는 경우 완성된 에멀젼의 안정성은 떨어지게 됩니다. 혹은 유화가 파괴되는 경우도 발생하게 됩니다.

이것은 기름-물 계면에 최적화된 상태로 흡착되어있던 유화제가 다른 성분인 당, 식염의 존재하에서 물에 대한 친화도가 변하면서 결과적으로 계면 흡착 상태의 균형이 붕괴되는 것을 원인으로 생각할 수 있습니다.

 

 

6. 공유성분의 영향을 보정하는 유화 식품의 설계
식품 중의 다른 성분이 유화제에 영향을 미치는 것은 실험적으로는 운점을 측정하는 것으로 파악할 수 있습니다. 하지만 실제로 식품에서는 다양한 원료가 하나의 계로 유화되어있기 때문에 각각의 영향을 아는 것만으로 파악이 어렵습니다.

하지만 원료의 일부를 변경하게 되는 경우 다음과 같은 방법이 도움이 될 것입니다. 즉, 원료 변경에 따라 수반되는 분리, 침전 등 품질적인 문제는 이 영향을 보정하는 것으로 유화제의 선택하는데 있어 해결할 수 있습니다.

[그림 5]는 설탕의 존재 유무에 있어 데카글리세린올레인산에스테르(HLB=12)와 솔비탄올레인산에스테르(HLB 5.1)를 사용한 유화 실험에서 최적 유화제 비율의 변화를 확인한 것입니다. 

 

[그림 5]

 

[그림 5] 최소 평균 입자 크기에 대한 설탕의 영향과 유화제의 배합비율 변화

 

유화제 총량 5%, 물 20%, 기름 75%의 계에서 기름에는 사전에  60도 온도에서 2종의 유화제를 용해해두었습니다. 여기에 가온한 물(60도)를 투입 하며 60도에서 프로펠라 교반을 통한 유화를 진행했습니다. 유화 완료 후 실온 온도까지 교반냉각하며 최종적으로 O/W유화물을 제조했습니다.

총 5%의 유화제에서 2종의 유화제 혼합 비율을 점차적으로 변화하며 각종 유화물을 제조, 최소 평균 입자 크기가 되는 유화제 배합을 최적 유화 비율로 설정했습니다.

실험 결과 유화제의 총량중 차지하는 데카글리세린 올레인산 에스테르의 배합이 30%일 때 에멀전의 크기가 가장 작아지는 최적 유화제 배합비율인 것을 확인할 수 있었습니다.

같은 실험을 5% 설탕 수용액으로 변경해 진행 한 결과, 평균 입자 크기가 가장 작아지는 때는 데카글리세린지방산에스테르의 배합이 35%가 되는 시점이며, 이는 친수성 유화제의 배합이 5% 증가 되도록 변경한 것임을 알 수 있습니다.

즉, 설탕의 존재에 따른 유화제의 성질은 점점 소수성으로 이동하기 때문에 그 영향을 보정하기 위해 친수성 유화제인 데카글리세린올레인산에스테르의 배합을 증가시킬 필요가 있는 것을 본 실험을 이해할 수 있습니다.

 

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유화제의 선택, 사용법 (4)

[식품첨가물/유화제] 유화제의 선택, 사용법 (4)