[식품첨가물/유화제] 유화제의 선택, 사용법 (4)

- 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. 
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유화제의 선택, 사용법 (1)

유화제의 선택, 사용법 (2)

유화제의 선택, 사용법 (3)

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월간 푸드케미칼 2020 6월호 / 타이요 화학 주식회사, 요시타카 마에다 
<유화제의 선택, 사용법>

 

 

7. 유화에서 유화제와 단백질의 역할

 

앞에서 우리는 식품 중의 다른 물질이 유화에 비치는 영향을 확인했습니다. 그렇다면 유화제를 선택할 때 어떤 관점에서 유화제의 종류를 선택하면 좋을까요?

 

O/W 유화물은 유상과 수상의 밀도 차이에 의해 유화물의 상부에 농후(濃厚)한 층을 형성하는 경우가 있습니다. 이것을 크리밍이라 부릅니다. 이 농후한 층의 안에서는 기름방울들이 합쳐지는 경우가 발생하기 쉬워 유상이 분리될 가능성이 커집니다. 이러한 크리밍이 생성되는 것을 억제하니 위해서는 여러 방법이 있습니다.

 

가장 효과적인 방법은 오일 방울의 직경을 작게 하는 것입니다. 이 방법은 스토크스 방정식에 의해 크리밍 속도가 오일 방울 직경의 제곱에 비례하는 것에서 기인합니다.

 

스트로크 방정식

v: 크리밍 속도

y: 오일 방울 입자 반경

p1: 연속상 밀도

p0: 분산상 밀도

g: 중력 가속도

n: 연속상 점도

 

 

오일 방울의 입자를 작게 하기 위해서는 HLB값이 높은 유화제를 선택하는 것이 좋으며, 특히 폴리글리세린지방산에스테르, 자당지방산에스테르를 선택하는 것이 바람직합니다.

 

또한 크리밍 이외에도 플록(Floc) 응집에 의해서도 유화가 불안정해집니다. 이 응집을 억제하기 위해서는 오일 입자의 충돌 빈도를 낮출 필요가 있습니다. 이 경우, 이온성 유화제를 사용하면 오일 입자 간의 정전 반발 작용에 의해 응집을 억제할 수 있습니다. 유기산 모노글리세라이드, 효소분해 레시틴은 이온성 유화제로 이 경우에 사용하기 적합합니다.

 

 

단백질은 분자 전체에 약간의 전하를 띄고 있기 때문에 앞서 말한 유기산 모노글리세라이드, 효소분해 레시틴, 레시틴과 같은 이온성 유화제와 함께 존재하는 상태에서 유화를 진행하게 되면 단백질과 유화제 간의 상호 작용에 의해 복합체를 형성하기 쉽습니다.

 

이때 유화제는 O/W의 계면에 흡착되어 유화물을 형성하게 되지만 동시에 계면 주위로 단백질을 끌어당겨 유화제와 단백질로 이루어진 피막을 형성하여 결과적으로는 유화가 안정화 되게 만듭니다.

 

반면, 반대로 비이온성 유화제와 단백질 간에는 소수성 상호작용으로 인해 상호 작용이 약하게 일어납니다. 따라서 둘 간의 복합체를 형성할 기회는 거의 없으며, 오히려 계면에서 단백질과 비이온 유화제 간의 경쟁이 발생할 수 있습니다.

 

특히 친수성이 높은 자당지방산에스테르, 폴리글리세린지방산에스테르를 많이 사용하는 경우 단백질과 유화제 간의 경쟁에 의해 계면으로부터 단백질의 탈착(脱着)이 발생하게 됩니다.

 

따라서 단백질을 함유한 유화물을 다룰 때 친수성 비이온성 유화제를 너무 많이 사용하게 될 경우 유화제가 일시적으로 계면에 흡착되어 에멀젼을 형성하더라도 단백질과의 결합의 없거나 거의 발생하지 않아 분리되는 현상이 발생할 수 있습니다.

 

 

[그림 5]는 카제인 나트륨 4%, 식물성유지 3%, 유화제 0.3%, 덱스트린 15%와 기타 염류를 소량 배합한 유화물을 제조한 사진입니다.

 

유화제는 (1) 폴리글리세린지방산에스테르(HLB=12)만 사용, (2) 숙신산모노글리세라이드만 사용, (3) 폴리글리세린지방산에스테르(HLB=12)와 숙신산모노글리세라이드를 8:2 비율로 혼합하여 병용 사용한 것 세 가지 경우에 대해 평가했습니다.

[그림 5] 단백질 존재에 따른 각종 유화제 사용시 유화 상태 비교

 

유화물 제조 후 레토르트 살균 안정성의 비교 평가를 수행했습니다. 폴리글리세린지방산에스테르만 사용하여 제조된 유화물은 심한 분리와 침전이 발생한 반면, 숙신산모노글리세라이드만 사용한 경우의 유화물에서는 약간의 크리밍이 확인되지만 대체로 안정된 상태를 보임을 확인할 수 있었습니다.

 

또한 두 종류의 유화제를 혼합하여 사용한 유화물의 경우 분리가 확인되지 않았으며 안정성이 높은 유화물을 제조할 수 있었습니다.

 

따라서 단백질이 많이 포함된 제품에 대해 유화 설계를 실시하는 경우, 단백질의 안정화 목적으로 숙신산모노글리세라이드를 사용하고, 거기에 유화 입자 직경을 더욱 작게 만들 목적으로 친수성 폴리글리세린지방산에스테르를 병용 사용함으로써 유화물 전체의 안정성을 향상 시킬 수 있음을 위 결과를 통해 확인할 수 있었습니다.

 

 

8. 마지막으로

식품은 기본적으로 불균일한 계를 형성하고 있으며, 앞서 말했듯이 무수한 "계면"이 혼합되어 있습니다. 이 말은 곧 계가 불안정하다는 것을 뜻합니다.

 

식품은 그 "불안정성" 위에서도 맛있는 맛을 전제로 딱딱함, 부드러움, 매끄러움, 입에서 녹는 느낌, 오미(五味)를 정교하게 조정하면서 제품을 만들어 나가는 재미있는 산업이기도 합니다.

 

한편, 유화제는 다양한 계면에서 기능하는 양친매성 물질이기 때문에 여러 계면이 혼재하고 있는 식품에 있어 유화제가 활약할 수 있는 곳은 무한히 많으며, 수많은 가능성을 숨기고 있는 매우 흥미로운 물질이라 생각합니다.

 

"유화제는 어렵다"라고 서두에 언급했습니다만, 유화제는 계면 과학적으로 이치에 맞는 작용을 보이는 경우가 많기 때문에 유화제를 전반적으로 이해하는 것은 그리 어려운 일이 아닙니다.

 

유화제를 사용하면서 계면을 창조하는 재미와 새로움을 창출해주신다면 무엇보다 기쁠 것입니다.