갈색화반응 ( 褐色化反應, browning reaction) 은원래식품들을가공또는저장하는과정에서일어나는식품전체의색깔이갈색내지는암갈색을갖게되는여러가지의복잡한반응들을말해왔다. - 소비자들은경험적으로가공내지는저장식품들의색깔을이들식품의품질을판단하는데직접적으로, 또는간접적으로사용 - 가공또는저장식품의향미 ( 냄새와맛 ), 영양가에큰영향
- 환원당류 (reducing sugars) 와아미노산또는폴리펩타이드류 (polypeptides), 단백질들 (proteins) 의말단아미노그룹 (terminal amino group) 들과의갈색화반응에의한구조변화에의해서인체의여러부분의기능들이억제되거나변경되는매우중대한일들이일어나는사실들이점차구체적으로밝혀지기시작
갈색화반응의의의 색깔각종가공식품들을제조할때, 특히건조식품을제조할때효소의불활성화를비롯한각종의가열과정을포함하는전처리과정 (pre-treatment process) 까지는주로효소작용에의한갈색화반응이, 그리고이와같은전처리를거친후의건조과정에서는효소에의하지않은갈색화가진행되는사실은오래전부터널리알려져왔다.
Ex) 분말상감자제품, 고구마를잘게썰고말린것, 절간 ( 切干 ), 각종의건조과실류, 건조어류, 특히건조생선조각 (dried fish fillet), 건조꿀등을들수있다. 가공중에갈색화가문제되는가공식품들로는각종의과즙류, 과실주, 잼류 (jams), 토마토퓨레이 (purée), 토마토케첩등, 맥주, 튀김감자등 설탕을주원료로하는캔디류의투명한색깔을갈색으로하여, 물감이들기힘들게함으로써새로표백할필요를가져오게한다, Ex) 풍당시럽 (maple syrup) 등에있어서는갈색화반응에의한색깔이특색있는색깔로받아들여지고있으며, 한편간장이나된장에있어서는이상과같은갈색화반응의결과형성된색깔은거의필수적이기도하다
향미에대한영향가장두드러진예로는볶은콩들, 특히볶은땅콩의고소한향기의주성분들의하나인피라진유도체들 (Pyrazine derivatives) 이있다. 식빵류, 각종곡류제품, 분유 ( 粉乳, dried milk) 등의유제품, 가열조리된육류, 그리고홍차 (black tea), 커피 (coffee) 등의향미주요성분들의일부는갈색화반응의결과형성되는사실이알려져있다 ( 제 4 장참조 ).
영양가의손실각종빵제품들을비롯한가열과정을거친곡류가공식품들의경우, 그영양가가급속하게떨어지는사실이오래전부터동물실험을비롯한여러연구를통해서알려져왔다 ( 제 16 장참조, 또한 Tsen, C. C. et al., 1983;Öste, R. et al., 1983). - 주로가열등의가공과정중의아미노산들의파괴에따른손실, 특히필수아미노산들의파괴, 손실에기인되며, 또한이와같은단순한가열에의한파괴, 손실이외에도갈색화반응을통한파괴, 손실이더큰원인이되는사실이알려져있다. 가장중요한필수아미노산들의하나이며, 육류와유제품류의섭취량이많지않았던시절의우리나라국민에게특히부족하기쉬운라이신 (lysine) 과같은염기성아미노산들 (basic amino acids) 은갈색화반응에의해서쉽게파괴, 손실되는사실이알려져있다 (Tucker, B. W. et al., 1983).
갈색화반응생성물들의항산화효과극소량의당류와아미노산 ( 합계 0.1~0.5%) 을함유한돼지기름의경우, 짧은열처리를받은때의산패에대한안정성이일반의예상과는달리이런처리를받지않은경우보다더좋은사실이알려져왔다 (Lips, H. J., 1951). 갈색화반응생성물의돌연변이당류들 (sugars) 과아미노산들의혼합물들을과도하게가열함으로써일어나는앞에서말한마이얄갈색화반응의생성물들중에활성이큰돌연변이유발물질 (mutagens) 들의존재를보고하고있다 갈색화반응생성물의항돌연변이효과
갈색화반응의분류 비효소갈색화반응 1. 마이얄반응 (Maillard reaction), 아미노 - 카아보닐반응 (amino-carbonyl reaction), 또는멜라노이딘반응 (melanoidine reaction) 등으로알려진비효소갈색화반응. 2. 캬라멜화반응 (caramelization reaction). 3. 아스콜빈산산화반응 (ascorbic acid oxidation). 효소에의한갈색화반응 1. 폴리페놀옥시데이스 (polyphenol oxidase), 즉다이페놀옥시데이스 (diphenol oxidase) 또는폴리페놀레이스 (polyphenolase) 에의한갈색화반응. 2. 타이로시네이스 (tyrosinase), 즉모노페놀옥시데이스 (monophenol oxidase) 에의한갈색화반응.
마이얄반응 마이얄반응의의의반응성 (reactivity) 이강한, 즉활성을가진유리알데하이드기 (free aldehyde group) 나케톤기 (free ketone group) 와같은카아보닐기 (carbonyl group) 를가진환원당류 (reducing sugars) 뿐만아니라, 비교적쉽게가수분해되어환원당을만들수있는당류는아미노산들 (amino acids), 펩타이드류 (peptides), 단백질들 (proteins) 과같은유리아미노기 (amino group) 나이미노기 (imino group) 를가진질소화합물들 (nitrogeneous compounds) 과함께있을때는매우쉽게상호반응하여, 여러단계의중간과정을거쳐서궁극적으로는갈색색소인멜라노이딘색소 (melanoidines) 를형성한다.
마이얄 (Maillard, L. C., 1912; Kawamura, S., 1983 참조 ) 에의해서처음으로공식적으로논의되었기때문에주로마이얄반응 (Maillard reaction), 또는이반응의본질을따서아미노 - 카아보닐반응 (amino-carbonyl reaction), 혹은최종갈색색소들의이름을따서멜라노이딘반응 (melanoidine reaction) 등으로불리고있다.. 가열에의한원료식품중의각종효소들의불활성화 (enzyme inactivation) 가필수적인전처리과정 (pretreatment process) 이되고있는모든형태의가공식품들에있어서는특히그러하다.
마이얄반응의특징마이얄반응은외부로부터의에너지공급 ( 가열 ) 이매우적어도, 그리고경우에따라서는거의자연발생적 (spontaneously) 으로도일어날수있다는점이다. [ 그림 11-1] 비효소갈색화반응에있어서아미노화합물 (amino compounds) 의역할.
두번째특징일반식품류나가공식품류는그양에는큰차이가있을수있으나, 대부분의식품들은탄수화물들, 그리고환원당류와함께아미노산, 펩타이드류나단백질들도같이함유하고있다는점이다. 일반적으로고도로정제된고품질식용유지, 또는당류만으로만든과자류, 즉당과류 ( 糖菓類 ) 와같은경우를제외하고서는, 그성분으로서당류 (sugars) 외에유리아미노산류 (free amino acids), 펩타이드류 (peptides), 단백질들 (proteins) 을다소라도함유하고있지않은식품은거의없다. 즉마이얄반응은식품가공또는저장의여러과정에서가장보편적 (ubiquitously) 으로일어날수있다는또하나의매우중요한특징을갖고있다.
세번째특징식품의품질을평가하는데중요한역할을맡고있는식품의색깔뿐만아니라맛, 냄새등과같은관능적요소들 (organoleptic factors) 에도심대한영향을준다는사실이다. 그외에도라이신 (lysine) 과같은필수아미노산의파괴등의영양가 (nutritional value) 의감소등을가져오는데가장중요한요인 ( 要因 ) 으로되고있다는점이다.
마이얄반응의기구근래에와서마이얄반응의진행기구 (mechanism) 에대해서도비교적잘알려지기시작하고있다. 이반응단계는대체로다음과같이크게구분할수있다. 1. 초기단계 (initial stage) 2. 중간단계 (intermediate stage) 3. 최종단계 (final stage)
초기단계 1. 당류와아미노화합물축합반응마이얄반응이진행되려면먼저환원당과아미노화합물들사이에결합이이루어져야한다. 예로서헥소오스 (D-hexose) 와아미노화합물의경우에는축합생성물 (condensation product) 로서글라이코실아민 (Dglycosylamine) 이형성된다 ( 그림 11-2 참조 ). [ 그림 11-2] 마이얄반응 (Maillard reaction) 의초기 (initial stage) 첫단계.
한편, 축합하는헥소오스가포도당 (D-glucose) 인경우에한해서, 글루코실아민 (D-glucosylamine) 으로부를때가있다. 형성된질소배당체 ( 窒素配糖體 ) 인글라이코실아민 (Dglycosylamine) 은갈색화반응에있어서당류단독의경우보다활성이훨씬더큰상태가된다. 즉이과정은당류, 특히환원당의제 1 차활성화과정 (frist activation process) 으로볼수있다 ( 그림 11-2 참조 ).
2. 글라이코실아민 (D-glycosylamine) 은곧소위아마도리전위 (Amadori-rearrangement) 에의해서대응하는케토오스아민 (D-ketoseamine) 이된다. 제 2 차활성화과정 (the second activation process) 마이얄반응의관문 ( 關門 ) 과도같은위치에있는, 마이얄반응의초기의활성화단계에서가장중요한과정이다. 아마도리전위는그림 11-4 와같이글라이코실아민 (Nsubstituted glycosylamine) 이대응하는케토오스형 (ketose form) 으로전위 ( 轉位, rearrangement) 를일으키는과정이다.
글라이코실아민 (D-glycosylamine) 의경우에는해당하는케토오스아민 (D-ketoseamine) 으로전위되는동시에이케토형 (keto form) 과함께이보다더반응성 (reactivity) 이큰에놀형 (enol form) 의형태도가질수있게된다 ( 그림 11-4 참조 ).
-OH -OH -H+ 2 o [ 그림 11-4] 아마도리전위 (Amadori-rearrangement) 의기구 (mechanism). 아마도리전위란 N- 글라이코실아민 (N-substituted glycosylamine) 이대응하는케토오스형 (ketose form) 으로바뀌는것을말한다. 즉글루코실아민 (Dglucosylamine) 의경우에는케토오스아민 (D-ketoseamine) 으로전위되는것이다.
활성화된케토오스아민 (D-ketoseamine) 의에놀형 (enol form) 은다음과같은중간기의여러단계의반응에들어가게된다. 이초기단계에서는색깔의변화는없다.
[ 그림 11-5] 마이얄반응 (Maillard reaction) 초기 (initial stage) 의첫단계의또하나의예. 프럭토오스와아민화합물의축합반응 ( 중간단계생략 ).
헤인즈전위마이얄반응의초기에케토헥소오스들 (ketohexoses), 예로서프럭토오스 (D-fructose) 가아민화합물들과함께존재할때는그림 11-5 에서와같이 D- 프럭토오스의탄소 2 번의케토그룹과아민화합물사이의축합반응 (condensation reaction) 이일어나최종적으로는 D- 프럭토실아민 (D-fructoslyamine, 즉 N-substituted 2- amino-2-deoxy-d-frutopyranose) 이형성된다. 이상과같은프럭토실아민 (D-fructoslyamine) 은마이얄갈색화반응의초기단계에서헤인즈전위 (Heynes rearrangement) 로알려진, 이미설명한바있는아마도리전위 (Amadori-rearrangement) 와매우대조적인전위반응을거치게된다.
중간기아마도리전위생성물들 ( 케토오스아민 (D-ketoseamine) 의엔올형 ) 의분해와함께산화 (oxidation) 도계속진행되면서산화된당들의분해가가속화된다. 그리고산화생성물들로부터각종의환상화합물들 (cyclic compounds) 과레덕톤류 (reductones) 등도형성되기시작한다. 아마도리전위생성물들의분해와동시에당부분 (sugar part) 의산화에의한 3- 데옥시오존 (3-deoxyosone) 의형성과정이다.
불포화 -3,4- 다이데옥시오존의형성 3- 데옥시오존 (3-deoxyosone) 은계속산화되어불포화 -3,4- 다이데옥시오존 (unsaturated-3,4-dideoxyosone) 을형성한다. 이불포화 -3,4- 다이데옥시오존 (unsaturated-3,4- dideoxyosone) 의에놀형 (enol form) 은그자체가레덕톤류 (reductones) 에속하는당의산화생성물로서그반응성 (reactivity) 은매우크다.
[ 그림 11-7] 마이얄반응의중간기 (intermediate stage) 주요한단계들중일부단계의추정적인경로.
포도당에서형성된 3- 데옥시오존 (3-deoxyosone) 은 3- 데옥시오술로오즈 (3-deoxyosulose) 라고도불리며, 한편해당되는불포화 -3,4- 다이데옥시오존 (unsaturated-3,4-dideoxyosone) 은 3,4- 다이데옥시오술로오즈 -3- 엔 (3,4-dideoxyosulose-3-ene) 이라고도불려진다.
[ 그림 11-8] 색소들의형성과정에있어서의중간생성체들 (intermediates).
하이드록시메틸훌후랄등의환상물질의형성중간기의두번째단계에서형성된불포화 -3,4- 다이데옥시오존 (unsaturated-3,4-dideoxyosone) 은반응성이크며, 곧 5- 하이드록시메틸 -2- 훌후랄 (5- hydroxymethyl-2-furfural, 5-HMF) 로대표되는각종의환상화합물들 (cyclic compounds) 을형성한다. 이상의환상화합물들이형성되는과정에대해서는확실하지않으나대체로그림 11-9 와같은기구 (mechanism) 를생각할수있다.
[ 그림 11-9] 마이얄반응의중간단계에서 HMF 의형성과정.
레덕톤의형성 3,4- 다이데옥시오술로오즈 -3- 엔 (3,4-dideoxyosulose-3- ene) 과같은불포화 -3,4- 다이데옥시오존 (unsaturated-3,4- dideoxyosone) 의에놀형 (enol form) 들은그자체를레덕톤류 (reductons) 로볼수있다.
레덕톤류 (reductones) 분자내에엔 - 다이올 (ene-diol) 또는이와유사한특성을가진엔 - 다이올 (ene-diol) 의비닐동족그룹 (vinylogs, 즉 vinyl homologous groups) 이나타이올 - 에놀 (thiol-enol), 엔 - 아미놀 (ene-aminol), 엔 - 다이아민 (ene-diamine) 등의그룹들 (groups) 을함유하고있는화합물들, 둘째로는인도페놀환원물질들에대한총칭 ; ( 산화형 (oxidized form, 청색 ) 을환원형 (reduced form, 무색 ) 으로환원 ) ex) 아스콜빈산 (ascorbic acid)
[ 그림 11-11] 레덕톤류 (reductones) 의구조상의특징.
마이얄반응의중간단계에서는전술한불포화 -3,4- 다이데옥시오존 (unsaturated-3,4-dideoxyosone) 을비롯하여각종의반응성이큰레덕톤들이형성되는사실이알려져있다. 예로서포도당과같은헥소오스들에서는다이하이드록시뮤코닌산 (α, α'-dihydroxymuconic acid) 과같은레덕톤의존재가확인되고있으며, 또한 5-HMF 가분해되어레뷸리닌산 (levulinic acid) 이형성되는사실이알려져있으나, 이레뷸리닌산도레덕톤의하나로볼수있다. 그림 11-12 는이와같은일부레덕톤들의형성과정을보여주는그림이다.
[ 그림 11-12] 마이얄반응의중간단계에서의레덕톤류 (reductones) 의형성.
산화생성물의분열중간단계에서형성된산화생성물들, 특히각종레덕톤류 (reductones) 와, 앞에서말한일부환상화합물들 (cyclic compounds) 은계속산화되고분열 (fragmentation) 되어, 탄소수가적은, 따라서분자량이적고휘발성이큰산화분해생성물들 (oxidative degradation products) 을형성한다. 이들의일부로는글라이콜알데하이드 (glycolaldehyde), 메틸글라이옥살 (methylglyoxal), 다이아세틸 (diacetyl), 아세토인 (acetoin), 아세톨 (acetol), 다이하이드록시아세톤 (dihydroxyacetone), 아세트알데하이드 (acetaldehyde), 글라이옥살 (glyoxal) 등이알려져있다 ( 그림 11-13 참조 )
산화된당 (sugars) 의산화 분해 (oxidative degradation) 에의해서형성된화합물들 [ 그림 11-13] 마이얄반응의중간단계의일부.
전술한대로이산화분해생성물들은대부분이휘발성카아보닐화합물들 (volatile carbonyl compounds) 로서갈색화가진행되고있는식품의특유한냄새에중요한기여를하고있는사실이점차밝혀지고있다. 한편이들분해생성물들의일부는마이얄갈색화반응의최종단계 (final stage) 의여러반응에참여하게된다.
최종단계최종단계 (the final stage) 에들어서면중간단계에서형성된레덕톤류 (reductones), 훌후랄류 (furfurals), 후란류 (furan), 파이롤류 (pyrrole) 등의유도체들, 각종산화분해생성물들 (oxidative degradation products) 사이의상호반응들, 예로서알돌형축합반응 (aldol-type condensation reaction) 등과같은축합 중합반응들이일어난다. 스트렉커형의반응 (Strecker-type reaction) 에의해서탄산가스 (CO 2 gas) 의발생과알데하이드류 (aldehydes) 가형성된다. 이와같은여러반응들과특히축합 중합반응들에의해서갈색으로착색된질소화합물들 (heterocyclic nitrogen compounds) 인멜라노이딘 (melanoidin) 색소들이형성된다..
알돌형의축합반응중간단계에서레덕톤류 (reductones) 의분열 (fragmentation) 에의해서활성이매우강한카아보닐화합물들이형성되는사실에대해서는이미언급한바있다. 이들카아보닐화합물들 (carbonyl compounds) 중그 α- 위치 (α-position) 에수소를가진화합물들은알돌형의축합반응 (aldol-type condensation reaction) 을일으키며, 점차분자량이큰불포화축합생성물들 (unsaturated condensation products) 을형성한다. 실제마이얄반응의중간기 (the intermediate stage) 에서형성된대부분의카아보닐화합물들은 α- 수소 (αhydrogen) 를갖고있으며, 따라서알돌형축합반응에들어갈수있다 ( 그림 11-14 참조 ).
[ 그림 11-14] 마이얄반응의최종단계의일부알돌축합반응 (aldol condensation). 여기서형성된축합반응생성물들은다시아미노화합물들 (amino compounds) 과계속축합반응을일으키며, 그분자량은계속증대할것으로생각된다.
스트렉커형의반응 (Strecker-type reaction) CO2 의발생과함께새로운알데하이드류, 특히당류 (sugars) 의분해생성물로는설명될수없으며, 아미노산들 (amino acids) 의분해에의해서만형성되는것으로설명되는알데하이드류의형성량이두드러지게증가하는사실이알려져있다. 이상의탄산가스발생이나아미노산의분해에기인되는알데하이드들의형성은당류의산화생성물과아미노산과의상호작용, 즉스트렉커반응 (Strecker reaction) 에의한것으로생각되고있다.
[ 그림 11-15] 마이얄반응의최종단계의일부. 스트렉커반응 (Strecker reaction).
즉, 마이얄반응의최종단계에서는여러활성카아보닐화합물들 (active carbonyl compounds), 예로서불포화 -3,4- 다이데옥시오존 (unsaturated-3,4-dideoxyosone) 은아미노산, 또는아미노화합물들 (amino compounds) 과스트렉커반응에의해서축합된후탈탄산 (decarboxylation) 과정을거쳐서역시활성이큰엔아미놀류 (enaminols) 와알데하이드류 (aldehydes) 를형성한다 ( 그림 11-15 참조 ). 엔아미놀류 (ene-aminols) 는그자체가활성이큰일종의레덕톤류이며, 계속여러최종반응들에참여한다. 한편형성된알데하이드류는계속다른반응에참여하거나그식품의특유한향미에기여하게된다.
멜라노이딘색소의형성 - 5- 하이드록시메틸훌후랄 (5-hydroxymethyl-2-furfural), 후란 (furan), 파이롤 (pyrrole) 등의유도체들, 레덕톤류, 알돌형축합반응의축합생성물들 (condensation products), 특히아미노화합물들과결합상태에있는이들화합물들, 스트렉커형반응의생성물들은모두활성이큰화합물들이므로쉽게상호반응을일으켜분자량이큰중합체들이계속형성된다. - 산화, 분열에의해서휘발성저분자량의카아보닐화합물들이형성되는가운데다른한편으로는분자량이큰중합체들이동시에형성된다. - 이들중합체들은그분자내에질소 (nitrogen) 를함유하고있으며, 불포화도 (degree of unsaturation) 가매우큰, 갈색으로착색된, 그리고경우에따라강한형광성 (fluorescence) 을가진중합체들로서, 보통멜라노이딘색소들 (melanoidin pigments) 이라고불려진다. - 이에의해마이얄갈색화반응 (Maillard browning reaction) 은그최종단계에서매우강하게갈색으로착색된다.
마이얄반응에영향을주는요인들 온도의영향가장큰영향을주는요인 (factor) 은아마도온도일것이다. 슈타트맨들 (Stadtman, F. H. et al., 1952) 에의하면, 포도당 ( 농도 2.4M), 글라이신 (glycine, 농도 1M) 의혼합용액을 100 에서 2 시간가열했을때일어난갈색정도는같은혼합용액을 56.5 에서 250 시간후에도달하는갈색정도와동일하였다고보고하고있다. 일반적으로마이얄갈색화반응의실온에서의온도계수 (temperature coefficient) Q 10 은보통 3 정도로생각되고있다.
수분의영향수용액의형태로있는경우는물론, 고체식품의경우에도그속에존재하는수분함량은마이얄갈색화반응에큰영향을준다. 제 1 장에서이미언급했듯이고체식품의경우그수분함량이 1% 이하에서도갈색화반응은계속진행되는사실이알려져있다. 한편갈색화반응속도는수분의함량이커질수록급증하나일반적으로수분활성도 (water activity) 는 0.6 에서 0.8 사이에서최대치 (maximum value) 를가진후다시감소하는경향을갖는다. 이와같은갈색화반응속도의감소는수분증가에의한반응물질의희석효과 (dilution effect) 에따른것으로생각되고있다.
ph 의영향언더우드들 (Underwood, J. C.;Reynolds, T. M., 1963 참조 ) 은자일로오스와글라이신또는알라닌 (alanine) 의혼합용액에서의마이얄반응에있어서는, 일반적으로 ph 1 에서 3 사이에서갈색화반응의속도가가장느렸으며, ph 가알칼리성쪽으로기울어질수록그속도는커졌다고한다. 이들의결과에의하면, 갈색화반응속도의크기의순서는다음과같다. ph 6.5~8.5 > ph 3~5 > ph 1~2 많은연구자들에의하면, 마이얄반응의속도는 ph 가 10 이될때까지는계속증가한다고하나우리가먹는모든형태의식품에서그 ph 가 7 보다알칼리성인경우는일부가공식품들의경우를제외하고는드물다.
[ 그림 11-19]D- 포도당 0.05M 과 L- 라이신 0.05M 의마이얄반응액을온도 100, ph 4.0~pH 12.0 에서가열했을때의시간에따른갈색화의진행정도 (420nm 에서의흡광도, absorbance at 420nm) 를표시한그림. 갈색화가거의일어나지않았던 ph 4.0 의경우는제외하고있음.
당의종류일반적으로설탕보다는헥소오스류, 펜토오스류와같은환원성단당류의경우에그갈색화속도가크며, 헥소오스류와펜토오스류의경우에는라이보오스 (D-ribose), 자일로오스 (D-xylose), 아라비노오스 (L-arabinose) 등펜토오스류의갈색화속도가월등하게더큰사실이알려져있다. 펜토오스류 > 헥소오스류 > 설탕. 라이보오스 > 자일로오스 > 아라비노오스 > 프럭토오스 > 포도당
아미노산의종류마이얄갈색화반응 (Maillard browning reaction) 의속도에미치는아미노산들 (amino acids) 의종류별영향은아직확실하게알려져있지않은것같다. 다만알라닌 (alanine, 즉 α-alanine), β- 알라닌 (βalanine) 의경우에는 β- 알라닌의반응속도가더크다고일려져있다. 한편 α-, β- 및 ṿ- 아미노뷰티린산 (α-, β- and ṿ- aminobutyric acid) 의반응속도는아미노기 (amino group) 가 ṿ- 위치에있을때가장크며, β- 위치의경우그다음, 그리고 α- 위치에있을때가장적은사실이알려져있다.
이와같은사실은아미노산의아미노그룹이유기산그룹 (carboxyl group) 보다멀리떨어져있을수록입체적 ( 立體的 ) 으로당류또는당류유도체들의카아보닐그룹과의접근이용이하며, 반응하기쉬워지기때문인것으로설명되고있다. 실제로라이신 (lysine), 알지닌 (arginine) 등의염기성아미노산들분자의끝에있는아미노기는반응성이크며, 중성 ( 中性, neutral) 아미노산들보다는유기산기가없는아민화합물들의반응성이더큰사실이알려져있다.
[ 그림 11-20]100, ph 7.5 의조건하에서포도당단독 (0.05M) 과 D- 포도당과필수아미노산들 L- 라이신 (Lys), L- 트립토펜 (Try), L- 페닐알라닌 (Phe), L- 베일린 (Val), L- 류우신 (Leu), L- 메싸이오닌 (L-Met), L- 쓰레오닌 (Thr) 등의각각 0.05M 동농도수용액의가열시간 (Time, min) 에따른갈색화진행정도 (420nm 의흡광도, Absorbance 로표시 ). 초기 20 분전후의유도기간
한편이상의마이얄반응에서 ph 가 8.0 이상, 특히 ph 가 10.0 이상인경우에는 D- 포도당은 L- 아미노산들보다더빠른속도로분해되었다고한다. 아잔두즈들 (Ajandouz, E. H. and Puigserver, A., 1999) 은 D- 포도당단독의갈색화반응, 즉다음에설명하게될캬라멜반응 (caramelization reaction) 은 ph 가 10.0 이상에서는비교적빠른속도로활발하게일어날수있으므로 ( 그림 11-21 참조 ) 알칼리처리등으로주변 ph 가알칼리성이되기쉬운가공식품류의경우급속한갈색화의진행에는마이얄갈색화반응의진행이외에 D- 포도당과같은당류의캬라멜화반응의영향도고려해야할것으로생각하고있다.
[ 그림 11-21]D- 포도당 0.05M 단독용액을온도 100, ph 4.0~pH 12.0 에서가열했을때의시간에따른갈색화의진행정도 (absorbance at 420nm) 를표시한그림. ph 4.0 의경우는제외됨.
반응물질의농도엘리스 (Ellis, G. P., 1959) 에의하면, 마이얄갈색화반응에의해서형성되는갈색색소의양 Y 는온도가일정할때는환원당 (reducing sugar) 의농도 [S] 에비례하고, 유리아미노기 (amino acid end-group) 를가진질소화합물 (nitrogen compound) 의농도 [A] 와경과시간 [T] 의제곱에각각비례한다고한다. 즉형성된갈색색소의양 Y 는다음과같은식에의해서표시된다는것이다. Y = K [S][A] 2 [T] 2 K: 속도항수 (rate constant) [S]: 환원당의농도 [A]: 유리아미노기 (amino acid end-group) 를가진질소화합물의농도
캬라멜화반응본래의캬라멜 (caramelization) 이라는용어 ( 用語 ) 는본문제 5 장의설탕의가열에의한변화, 캬라멜화에서설명한바와같이각종의가당가공식품류 ( 加糖加工食品類 ) 에서의갈변반응 캔디류 (candies) 등의당과류 ( 糖菓類 ) 의주요성분이되는설탕 (sucrose) 은융점 ( 보통 185 정도 ) 이상에서용융되며융점은설탕이함유하고있는미량의수분함량에따라그융점이민감하게변화하며수분함량이커질수록융점은내려간다.
보통시판되고있는설탕은 180~183 전후에서용융되기시작한다. 계속되는가열에의해서열분해반응 (thermal degradation), 열축합중합반응 (thermal condensation) 등이계속되어점차로심하게착색 ( 着色, 황갈색 흑갈색 ) 된캬라멜류 (caramels) 로알려진중합체들을형성하는과정을지칭하여왔다. 한편실제적으로캔디류등당과류를만들때는물엿 ( 포도당, 맥아당, 말토올리고당류와덱스트린등을포함 ) 이또하나의주요원료가되고, 가열온도는 115~150 정도의온도가사용되는것으로알려져있다 ( 본문제 6 장, p. 395 참조 ).
그러나여기서주로설명하고자하는캬라멜화갈색화반응은포도당등환원당, 그리고일반당류의수용액에서의또는충분한수분함량아래상온 ( 常溫 ) 또는 100 를크게넘지않은시스템 (system) 에서의당류만의갈색화반응 (nonamino-carboxyl reaction) 의반응기구와반응생성물들을다루고자하고있다.
한편본래의캬라멜화에서일어나는반응기구나반응생성물들이저온에서서서히일어나는갈색화반응들에서도영향을주고있는사실은인정하지않을수없을것으로생각된다. 그리고간장이나된장의색깔은주로마이얄갈색화반응에기인된것으로믿어지고있으나, 이캬라멜화에의한착색 ( 着色 ) 에도어느정도는기여하고있을것이다. 또한캬라멜화반응에서형성되는각종가열분해물들에의한색깔뿐만아니라향기나맛에대한기여도무시할수는없다.
월터들 (Walter, B. H. et al., 1968) 에의하면, 설탕 (sucrose) 의가열분해 (pyrolysis, 즉 thermal degradation) 에의해서형성되는휘발성물질들로서아세톤 (acetone), γ- 부티롤락톤 (γ-butyrolactone) 등의락톤류, 훌후랄 (furfural) 을비롯한각종훌후랄의유도체들, 2- 아세토후란 (2-acetofuran) 과같은후란유도체들, 2- 부타논 (2-butanone) 과같은케톤류, 초산 (acetic acid), 페놀 (phenol) 등이검출되었다고한다 ( 표 11-3 참조 ). 당류의자연분해또는비교적저온 ( 예 30~40 ) 에서의분해형성물들의종류는고온에서의캬라멜화갈색화반응의결과형성되는화합물들과거의비슷하다
캬라멜화반응의기구캬라멜화반응의기구 (mechanism) 는많은연구에도불구하고아직명백하게규명되고있지는않다. 그러나현재까지의연구결과들에의하면, 캬라멜화반응은일반적으로다음과같은여러단계로구성되어있는것으로생각된다. 즉당류는가수분해되어일단헥소오스, 펜토오스등의환원당이된후, 1. 로브리드브륀 - 알버다반에켄수타인전위 (Lobry de Bruyn-Alberda van Eckenstein rearrangement) 를거쳐, 2. 마이얄반응에있어서와같은여러산화생성물들이형성된후, 하이드록시메틸훌후랄 (hydroxy methylfurfural), 후란 (furan) 등의유도체들이형성되며,
3. 한편이상의산화생성물들은계속산화되어레불리닌산 (levulinic acid), 락톤류 (lactones), 휘발성카아보닐화합물들 (volatile carbonyl compounds) 도형성하며, 4. 이상의여러화합물들의상호작용에의해서축합, 중합반응등이일어나갈색으로착색된휴민물질들 (humin substances) 이최종적으로형성되는여러단계들이있다.
로브리드브륀 - 알버다반에켄수타인전위로브리드브륀 - 알버다반에켄수타인전위 (Lobry de Bruyn-Alberda van Eckenstein rearrangement) 는아마도리전위가마이얄반응전체의관문 ( 關門 ) 이되는것과마찬가지로이로브리드브륀 - 알버다반에켄수타인전위는캬라멜화갈색화반응 (caramelization browning reaction) 의관문이되는매우중요한반응이다.
아마도리전위가글라이코실아민 (glycosylamine) 을대응하는케토오스아민 (corresponding ketoseamine) 으로전위시키며, 이과정에서엔 - 다이올시스템 (ene-diol system) 을가진, 반응성이매우강한중간체 (a highly reactive intermediate with an ene-diol system) 가형성되는전위인것처럼, 로브리드브륀 - 알버다반에켄수타인전위에서는, D- 알도오스의수용액에서일단반응성이큰, 엔다이올시스템을가진중간체 (highly reactive intermediate) 가다시수소원자의위치이동에따라해당하는 D- 케토오스 (D-ketose) 와 D- 알도오스의 C 2- 위치 ( 두번째탄소원자 ) 의입체이성체인 L- 알도오스 (L-aldose, C 2 -epimer) 를형성하는가역적인 3- 방향의전위 (reversible three-way rearrangement) 이다. ( 그림 11-22)
[ 그림 11-22] 로브리드브륀 - 알버다반에켄수타인전위.
이전위는알도오스에서대응하는케토오스 (the corresponding ketose) 가형성되며, 이전위의중심이엔 - 다이올시스템을가진, 활성이큰중간체라는점들은아마도리전위가글라이코실아민 (a glycosylamine) 이대응하는케토오스아민 (the corresponding ketoseamine) 을형성하는점, 그리고아마도리전위의중심이역시엔 - 다이올시스템을가진활성이큰중간체라는점들과매우흡사하다.
산화생성물들및하이드록시메틸훌후랄및그유도체들의형성앞에서말한전위에의해서형성된케토오스는대체로마이얄반응의중간단계에서와같은여러과정들, 즉 D- 포도당또는 D- 과당의경우활성이큰 C 1, C 2 위치에엔다이올시스템을가진에놀형 (enol form) 의중간체를거쳐, 다시 3- 데옥시오존을거쳐서 5- 하이드록시메틸 -2- 훌후랄 (5-hydroxymethyl-2-furfural, 5-HMF), 또는이와유사한훌후랄유도체들 (furfurals) 을형성한다. 다만이상과같은여러과정들은아민화합물들에의해서활성화 (activate) 되는마이얄반응의경우와같이쉽게일어나지않으며, 지속적인가열또는아주장기간의자연방치등에의해서만가능하다..
[ 그림 11-23] 당류 (sugars) 에서 5-HMF, 레불리닌산 (levulinic acid), 안젤리카락톤류 (angelica lactones) 들이형성되는기구 (mechanism) 를표시한그림.
레덕톤, 후란, 레불리닌산, 락톤류의형성이와같이형성된훌후랄유도체들은케토오스 (ketose) 의산화생성물들 (oxidation products) 과함께더욱산화되어레덕톤류 (reductones), 후란유도체들 (furan derivatives), 레불리닌산 (levulinic acid), 락톤류 (lactones), 예로서 α- 또는 β- 안젤리카락톤류 (α- or β- angelica lactones) 등을형성한다.
[ 그림 11-23] 당류 (sugars) 에서 5-HMF, 레불리닌산 (levulinic acid), 안젤리카락톤류 (angelica lactones) 들이형성되는기구 (mechanism) 를표시한그림.
산화생성물들의분해물질들의형성일부케토오스들의산화생성물들이나훌후랄유도체들, 레덕톤류등은계속산화, 분해 (degradation), 분열 (fragmentation) 등에의해서탄소수가더적은, 즉분자량이더적은휘발성카아보닐화합물들 (volatile carbonyl compounds) 을형성한다. 이상과같은분열물질들의예로서는의산 (formic acid), 초산 (acetic acid), 피루빈산 (pyruvic acid), 아세트알데하이드 (acetaldehyde), 폼알데하이드 (formaldehyde), 글라이옥살 (glyoxal) 등이있으며, 이들이식품의향미에대해서큰영향을미치는사실에대해서는이미언급한바있다.
휴민물질들의형성전술한바와같은레덕톤류, 훌후랄유도체들, 락톤류, 카아보닐화합물들의분해또는분열생성물들은매우반응성이큰화합물들이며, 이들은쉽게축합 (condensation) 또는중합반응 (polymerization) 에의해서흑색또는흑갈색의휴민물질들 (humins or humic substances) 을형성하게된다. 이휴민물질들의본질에대해서는아직연구가진행중이며, 확실하게알려진바없다. 한편, 토양 (soil) 중의부식토는휴머스 (humus) 로불려왔으며, 흑갈색의유기색소들 (organic pigments) 로써휴민물질들 (humic substances) 또는휴민산 (humic acid) 이다량함유되어있으며, 이상의성분들은식물체 ( 植物體 ) 의낙엽등의부식물에서형성되는사실이알려져있다. 캬라멜화갈색화반응에서얻어지는휴민물질들과형태, 성질이매우유사하나자세한것은아직잘알려져있지않다.
식품중의하이드록시메틸훌후랄 (HMF) 의의의전술한대로하이드록시메틸훌후랄 (HMF) 은환원당류 (reducing sugar) 의캬라멜화즉, 마이얄반응의중간단계에서형성되는반응성이매우큰화합물이며, 일반적으로온도가높을수록이 HMF 의형성량도많아진다. 한편훌후랄자체도매우반응성이강하며, 실온에서도공기와접촉된상태에서는쉽게자동산화 (autoxidation) 에의해서산화, 중합되어흑갈색또는흑색의착색물질 ( 着色物質 ) 들을만드는사실이알려져있다. 따라서 HMF 등의형성은곧실제로착색반응 ( 着色反應 ) 을가져오는갈색화반응의최종단계가다가섰음을의미한다고볼수있다. 이상과같은이유로일부당함량이큰식품들, 특히가공식품들에있어서는그속에함유된 HMF 의함량을측정함으로써그식품의저장중의품질을검토, 평가하기도한다.
루우들 (Luh, B. S. et al., 1966) 은배퓨레이 (pear purée) 의통조림에서저장온도, 저장일수와 HMF 의형성량사이의관계를조사한바있다. 이들은저장온도가 0~25 사이에서는 HMF 의형성량은거의무시할수있을만큼미미했으나, 저장온도가 30~37 에서는저장일수가늘어남에따라 HMF 의형성량이상당히증가했음을보여주고있다 ( 그림 11-24 참조 ). 한편루우들 (Luh, B. S. et al., 1966) 은 HMF 의형성량을토마토페이스트통조림 (canned tomato paste) 의저장중의품질표시요인 (food quality indicator) 의하나로서사용할것을제안하고있다.
[ 그림 11-24] 배퓨레이통조림 (canned pear purée) 의 HMF 함량 (ppm) 과저장온도및저장일수사이의관계.
유기산또는그염들존재하의캬러멜화반응환원당들 (reducing sugars) 은유기산들또는유기산들의염들이함께존재할때는환원당단독으로갈색화가진행되는경우보다더쉽게, 더빨리갈색화가일어나는사실이전부터알려져왔다 (Livingston, G. E., 1953; Lewis, V. M. et al., 1949;Reynolds, T. M., 1965 참조, 또한 Ahn, M. S., 1984 참조 ). 그렇다고마이얄반응과같이쉽게일어나지않음은물론이다.
[ 그림 11-25] 여러형태의비효소갈색화반응에서의반응속도의비교.
즉, 당류들을비교적높은온도에서수용액의상태로가열하면, 아미노산들이함께참여하는마이얄갈색화반응들의경우처럼급속한색깔의변화는없으나, 서서히갈색화가일어나지만 ( 소위캬라멜화반응, caramelization), 이때유기산이나그염들과함께수용액상태에서가열하면, 마이얄반응의경우같지는않지만당류단독으로가열할때보다갈색화가촉진되는사실들을실험을통해서확인하고있다.
아스콜빈산의산화에의한갈색화반응원래채소나과실류속에풍부하게존재하는, 이전에는주로비타민 C 로불렸던아스콜빈산 (ascorbic acid) 은인체의하루소요량 (daily requirement) 이다른종류의비타민에비해서엄청나게큰 ( 우리나라남자의경우, 10 세이상 - 75 세이상도포함 - 70mg, 여자의경우 10 세이상 - 75 세이상도포함 - 도역시 70mg 이어서, 나이아신최고 18mg, α- 토코페놀최고 10mg 등을제외하면 ) 다른비타민들의권장량이최고 2mg 을넘지못함. 한국인영양권장량제 7 차개정판, 2000), 중요한수용성비타민의하나이기도하다.
이아스콜빈산은각종식품류와일반가공식품류뿐만아니라인체내의지방질조직이나지방질성분의산화를억제해주는가장중요한자연항산화제들 (natural antioxidants) 의하나로서, 그리고특히효과적인항갈색화제 (anti-browning agent) 로서과즙, 그리고과실, 채소등의건조제품들, 냉동제품들과통조림제품들, 그리고감자튀김 (potato chip) 등의갈색화방지를위해서, 심지어는맥주 (beer) 의지나친갈색화의억제등을위해서널리사용되어왔다.
그러나첨가된아스콜빈산의전부가일단비가역적 ( 非可逆的 ) 으로산화된후에는이상과같은항갈색화제또는항산화제로서의기능은완전히상실되고만다. 그뿐아니라아스콜빈산의산화가비가역적산화생성물들 (irreversibly oxidation products) 로되었을경우, 데하이드로아스콜빈산 (dehydroascorbic acid, DHA) 에서한단계더산화된다이케토굴로닌산 (2,3-dikero-L-gulonic acid, 2,3-DKG) 등의경우에는그자체가새로운갈색화반응 (browning reaction) 을주도하는사실이널리알려져있다.
이갈색화과정은신선한과실, 채소류등에있어서는이와같은과실, 채소류조직중에존재하는아스콜빈산산화효소들 (ascorbic acid oxidases) 에의해서촉진되나, 효소불활성화 (enzyme inactivation) 를위한전처리 (pretreatment) 를실시한일반가공식품들에있어서는비효소갈색화 (non- enzymatic browning) 가일어난다. 이아스콜빈산의산화에의한비효소갈색화반응 (nonenzymatic browning reaction) 은아스콜빈산함량이큰감귤류 (citrus fruits) 의가공품들, 예로서오렌지즙이나분말오렌지등에있어서는그품질에결정적인영향도줄수있는매우중요한갈색화반응이다.
아스콜빈산의산화에의한갈색화반응의기구. 아스콜빈산산화에의한갈색화반응의기구로는현재로서다음과같은경로가가장유력시되고있다. 즉, 아스콜빈산 (AsA) 은먼저산화되어데하이드로아스콜빈산 (dehydroascorbic acid, DHA) 이된다. 이데하이드로아스콜빈산 (DHA) 이형성되는과정은가역적인과정 (reversible process) 이다. 따라서생체 (living organisms) 내에서는적당한조건하에서데하이드로아스콜빈산은쉽게다시아스콜빈산으로환원 ( 還元 ) 될수있다 ( 그림 11-26 참조 )
[ 그림 11-26] 아스콜빈산의산화과정 (ascorbic acid oxidation) 의초기단계.
데하이드로아스콜빈산은다시비가역적 (irreversible) 으로산화되어, 일단 2,3- 다이케토굴로닌산 (2,3- diketogulonic acid) 이형성되었다가다이케토산의케토형 (keto form) 또는에놀형 (enol form) 이탈탄산과정 (decarboxylation) 을거쳐서자일로존 (Lxylosone) 또는 3- 데옥시펜토존 (3-deoxypentosone) 을형성한다. 이와같은중간산화생성체들은계속여러과정을거쳐서훌후랄유도체들 (furfural derivatives) 또는다이하이드록시테트론유도체들 (5-methyl-3,4- dihydroxytetron) 과같은락톤류 (lactones) 를형성한다 ( 그림 11-27 참조 ). 여기서형성된여러중간생성체들은아미노화합물들과함께 Maillard 형의갈색화반응 (Maillard- type browning reaction) 을일으키거나, 그자체로서중합또는축합반응을거쳐서갈색으로착색된물질들, 즉갈색색소들 (brown pigments) 을형성한다.
[ 그림 11-27] 아스콜빈산 (AsA) 의산화과정과그생성물들.
[ 그림 11-28] 아스콜빈산의산화과정 (ascorbic acid oxidation) 에서형성되는산화물들 :(I) 자일로존 (L-xylosone 또는 L-pentosulose), (Ⅱ) 트리하이드록시펜테노인산 (2,3,4-trihydroxypent- 2-enoic acid), (Ⅲ) 2,3- 다이케토굴로닌산 (2,3- dikerogulonic acid, enol form), (Ⅳ) 트리하이드록시펜테노인산의락톤형 (lactone of 2,3,4-trihydroxypent-2-enoic acid), (Ⅴ) 쓰레오닌산 (L-threonic acid).
2,3- 다이케토굴로닌산 (2,3-dikero-L-gulonic acid, 즉 2,3- DKG) 과이산의유도체들도유리아미노산들과직접결합하여빨간색내지는갈색의복합체를형성하는사실이알려져있다. 이빨간색또는갈색의복합체들은계속되는갈색화반응중스트렉커형의반응 (Strecker-type reaction) 에의해서탈탄산반응 (decarboxylation) 과함께알데하이드류를형성하며동시에빨간색또는갈색의복합체들은더짙은색깔을가진착색물질들로변한다고한다.
여러식품중에서의비효소갈색화반응의실례빵을굽는과정과갈색화반응포메란츠들 (Pomeranz, Y. J. et al., 1962) 에의하면, 빵과특히당함량이큰쿠키류 (cookies), 케이크류 (cakes) 등의껍질의갈색화또는노란색은주로이상의빵또는빵과자류의성분으로존재하는환원당들 (reducing sugars) 과아미노산들 (amino acids) 사이에일어나는마이얄반응에기인된다고한다. 한편, 그리피트들 (Griffith, T. and Johnson, J. A., 1957) 도쿠키류 (cookies) 에포도당 5% 를더첨가해서구울때는그색깔이더갈색으로되는사실을보고한바있다 ( 제 14 장문헌참조 ).
감자튀김등의감자가공품들의색깔과갈색화반응감자에는소량의포도당을주로하는환원당들과설탕등이함유되어있으며, 이환원당들은감자튀김조각 (fried potato chip) 을비롯한감자가공제품들의갈색화 (browning) 의원인이되고있다고한다 (Brown, H. D., 1960;Sullivan, J. F. et al., 1974). 약간의갈색화는감자튀김의경우에는그특유한색깔을주므로오히려바람직하나, 감자의환원당함량이 0.5% 를넘을때는과도한갈색화가일어나며, 바람직하지않다고한다 (Brown, H. D., 1960). 한편, 일부연구자들은환원당함량이 0.2% 이상이되어도바람직하지않다고한다 (Talburt, W. F. and Smith, O., 1967, Potato Processing, Avi Pub. Co. 참조 )
탈버어트들 (Talburt, W. F. and Smith, O., 1967) 에의하면감자튀김을만드는온도에서는, 감자속의설탕또는환원당들은그속의아미노산들과반응하여마이얄반응을일으킨다. 원료감자속의설탕및환원당의함량과감자튀김의색깔사이에는 0.983 이란높은상관관계가있다고한다. 한편다른연구들의결과를볼때는감자가공제품들의갈색정도는전체당함량이나설탕함량보다는환원당함량에의해서더크게영향을받는듯하다고한다.
감자의환원당함량은감자의품종 (variety) 과감자의저장온도에의해서결정되며, 그함량은저장온도가 10 이하에서는증가하지만, 21 이상에서는감소한다고한다. 감자의당함량이 0.5% 를넘을경우에는튀긴후의감자튀김의과도한갈색화를방지하기위해서튀기기전의감자조각 (potato slices) 을 80~90 로유지된물에 1 분간담가당분을뺀후 (leaching) 에튀김을만드는데사용하는것이통례가되고있다고한다 ( 위의 Potato Processing 의 Chapt. 10. Potato Chip 참조 ).
토마토케첩의갈색화반응루우 (Luh, B. S., 1964) 에의하면, 통조림된토마토케첩에서의색깔변화 (color degradation) 는환원당과아미노화합물들에의한마이얄반응, 환원당과유기산과의상호작용에의한갈색화반응, 캬라멜화갈색화반응등에기인된다고한다. 각종토마토가공제품이나딸기잼과같은과실잼류 (fruit jams) 의제조, 저장과정에서색깔의질적저하 (color deterioration), 특히적절하지못한가공, 저장과정중의과도한갈색화반응의진행에의한색깔의질적저하는관능검사 (organoleptic test) 에의해서쉽게인식될수있을뿐만아니라, 먼셀색상계 ( 色相計, Munsell color disc) 등을사용할때는정확하게알아낼수있다고한다 (Ranganna, S., 1977).
커피콩을볶는과정에서의비효소갈색화반응커피콩을볶는과정에서도마이얄반응이일어난다고한다. 즉커피콩을볶는과정에서커피에함유된아미노산들중알지닌 (arginine), 시스테인 (cysteine), 라이신 (lysine), 그리고세아린 (serine) 등은급속하게소실되는한편커피콩속에함유되어있는설탕 (sucrose) 과기타당류의함량도급격하게감소되는사실이알려져있다 ( 그림 11-30 참조 ).
[ 그림 11-30] 코코아콩 (cocoa beans) 의볶는과정에서의환원당과아미노산들의파괴.
분말오렌지등에서의비효소갈색화반응오렌지의과즙 ( 果汁 ), 즉오렌지주스 (orange juice) 등의건조분말 (dehydrated powder) 도오래저장하는동안에비효소갈색화반응 (non-enzymatic browning reaction) 을일으키는사실에대해서는이미언급한바있다. 이비효소갈색화반응의주요원인성분들은분말오렌지속의과당 (fructose) 과아스콜빈산 (ascorbic acid) 의산화생성물들로생각되고있다. 아스콜빈산의수용액을가열하면각종의분해생성물들 (degradation products) 이형성되나, 이분해생성물들은분말로된감귤류제품들 (citrus powder) 의저장중일어나는비효소갈색화반응의결과형성되는물질들과대부분같다는사실이알려져있다.
한편아스콜빈산의수용액을가열할때형성되는분해생성물들로서는훌후랄 (furfural), 훌후릴알콜 (furfuryl alcohol), 2- 후로인산 (2-furoic acid) 등과같은후란의유도체들 (furan derivatives), γ- 뷰티롤락톤 (γbutyrolactone) 과같은락톤류 (lactones), 그리고 3- 하이드록시 -2- 파이론 (3-hydroxy-2- pyrone) 과같은파이롤유도체들 (pyrrole derivatives) 이알려져있다.
효소에의한갈색화반응채소나과실을박피 ( 剝皮, peeling) 하거나, 더나아가서세단 ( 細斷 ), 마쇄할때는그채소나과실의박피된표면이나세단물 ( 細斷物 ) 들의표면또는마쇄물에급속도로갈색화가일어나며, 이와같은변화는채소류나과실류의가공중에그최종제품들의품질에큰영향을주는매우중요한사항이므로오래전부터많은연구들의대상이되어왔다. 예로서린데트 (Lindet, M., 1895), 온슬로우 (Onslow, M. W., 1919), 센트졸지 (Szent-Gyorgyi, A., 1931), 죠슬린과폰팅 (Joslyn, M. A. and Ponting, J. D., 1951) 등은이와같은갈색화반응을주도하는효소들, 기질들 (substrates), 그리고이들갈색화반응의기구 (reaction mechanisms) 등에대해서다른많은연구자들과함께연구를계속하면서이효소에의한갈색화의근본원인의규명과대비책에노력해왔다. 그결과로많은사실들이규명되어왔으며, 효소에의한갈색화반응의대체적인윤곽도잡혀지기시작하고있다 (Joslyn, M. A. and Ponting, J. D., 1951 참조 ).
이효소에의한갈색화반응 (enzymatic browning reaction) 은지금은폴리페놀옥시데이스 (polyphenol oxidase) 에의한폴리페놀류의산화 (polyphenol oxidation) 와이와본질적으로는같은타이로시네이스 (tyrosinase) 에의한타이로신 (tyrosine) 과같은일부페놀화합물들의산화에의한갈색화반응으로분류할수있다. 그러나실제적으로가장중요한것은일부효소들에의한폴리페놀류의산화에의한갈색화반응이라는점이다.
이이외에아스콜빈산산화효소 (ascorbic acid oxidase) 에의한아스콜빈산의산화에의한갈색화가있으나그전체과정에대해서는아직확실히알려져있지않으며, 또한이와같은아스콜빈산의산화에의한갈색화가중요시되는식품들은아스콜빈산의함량이극히큰감귤류 (citrus fruits) 등의일부식품에국한된다. 더욱이감귤류의가공식품들은어떤형태로가공되었던간에그속의효소들은일단불활성화된상태에있으므로, 이들감귤류의가공품들 (citrus products) 에서중요한갈색화반응은효소의참여없이일어나는아스콜빈산산화에의한갈색화반응이다. 따라서여기서는효소가참여하는아스콜빈산산화에의한갈색화반응은고려하지않기로한다.
일반적으로이상의효소에의한갈색화 (enzymatic browning) 는그본질상이미고온에서가열처리된가공식품들이나저장식품들에서는원칙적으로일어나기힘들다. 한편, 이들건조식품, 냉동식품, 통조림식품등에서는효소에의한갈색화는가공과정중여러가지형태의전처리 (pre-treatment) 를포함한열처리 (heat treatment) 에의해서효소들이불활성화 (enzyme inactivation) 되기전에일어난다. 그러나보통채소나과실류에있어서는가공 (processing) 에앞서, 또는가공과정중의초기의블랜칭과정 (blanching process) 등에의해서이와같은효소에의한갈색화반응 (enzymatic browning reaction) 은실질적으로억제될수있다.
폴리페놀옥시데이스에의한갈색화반응 이폴리페놀옥시데이스 (polyphenol oxidase) 는캬테콜 (catechol) 또는캬테콜유도체들, 예로서클로로제닌산 (chlorogenic acid) 등이공기중의산소에의해서키논 (quinone) 또는키논유도체들로산화되는반응을촉진하여준다 ( 그림 11-31 참조 ). 이와같이해서형성된키논내지는키논유도체들은활성이매우크며, 계속산화, 중합또는축합되어서최종적으로는멜라닌색소들 (melanin pigments), 또는이와유사한갈색내지는흑색의색소들을형성한다.
이와같이활성이큰키논유도체들에서멜라닌색소들 (melanin pigments) 이형성되는과정은급속도로진행되며, 또한그과정이매우복잡하고다양하기때문에 1900 년대중반기까지는멜라닌색소들의조성이나, 특히그형성기구등에대해서는잘알려져있지않았으나 ( 예를들어 Joslyn, M. A. and Ponting, J. D., 1951 참조 ), 근래에와서이상의갈색중합체들인멜라닌색소들의조성이나그형성기구등에대해서많은사실들이여러연구들을통해서밝혀지고있다.
[ 그림 11-31] 폴리페놀옥시데이스에의한캬테콜 (catechol), 클로로제닌산 (chlorogenic acid) 의산화과정. 폴리페놀옥시데이스의경우에는다이페놀유도체들 (diphenol derivatives) 이키논유도체들 (o- or p-quinone derivatives) 로산화되는과정에서촉매작용을하는사실에중점을두어, 이전에는다이페놀옥시데이스 (diphenol oxidase) 라고불리기도했다.
폴리페놀옥시데이스의성질들이폴리페놀의산화 (polyphenol oxidation) 에의한갈색화반응에참여하는효소들은앞에서말한대로폴리페놀옥시데이스 (polyphenol oxidase, EC 1. 10. 3. 1.), 페놀레이스 (phenolase), 폴리페놀레이스 (polyphenolase), 또는다이페놀옥시데이스 (diphenol oxidase) 등의이름으로알려져있는효소들로서, 모두구리를함유하고있는산화효소들 (copper-containing oxidizing enzymes) 에속하는효소들이다.
서로다른식물조직들 (plant tissues) 에서얻어지는폴리페놀옥시데이스들 (polyphenol oxidases) 은그성질들이완전히동일하지는않으며, 특히이효소들이작용하는기질들의종류도효소의출처에따라다른경우가많으며 (species specific), 이성질은매우중요하므로곧다음의 폴리페놀옥시데이스의기질 에관한항목에서계속설명하겠다. 일반적으로사과에서추출된이효소들은 ph 5.8~6.8 에서최고의활력 (maximum activity) 을가지며, 한편이에대해서사과에서추출된파록시데이스 (peroxidase) 는 ph 4.5~5.0 에서최고의활력을갖는다고한다 ( 그림 11-32 참조 ).
[ 그림 11-32] 사과에서추출한폴리페놀옥시데이스와파록시데이스의활성과 ph 의관계.
이효소들은구리이온 (copper ions) 에의해서활성화 (activate) 되며, 반대로염소이온 (Cl - ion) 은이효소들에대해서억제작용을갖는다고한다. 한편, 찬과양들 (Chan, H. T. and Yang, Y., 1971) 은북아메리카토산 ( 土産 ) 인잼, 젤리, 과즙음료등의원료로사용되는넌출월귤열매인크란베리 (cranberry) 에서폴리페놀옥시데이스 (polyphenol oxidase), 파록시데이스 (peroxidase), 캬탈레이스 (catalase) 등의효소들을추출하여그최적 (optimum) ph 를측정하고있다. 이들의조사결과에의하면, 폴리페놀옥시데이스, 파록시데이스및캬탈레이스의최적 ph 는각각 6.5, 5.7 및 5.8 이었다고한다.
폴리페놀옥시데이스의기질사과, 오렌지, 사탕무등의과실들이나채소류, 또는차 (tea) 에서추출한폴리페놀옥시데이스 (polyphenol oxidase) 의성질들, 특히그작용상의특이성 ( 特異性, 즉 species specificity) 에대해서는널리연구되어왔다. 특히브륌머와로우들 (Bruemmer, J. H. and Roe, B., 1970) 의연구는이점에있어서매우시사적 ( 示唆的 ) 이며, 중요하다. 즉이들은오렌지에서추출된폴리페놀옥시데이스 (polyphenol oxidase, EC 1. 10. 3. 1. 및 EC 1. 10. 3. 2.) 는상당히광범위한종류의기질들의산화에참여하는사실을밝혀냈다. 이들의연구에의하면, 이상의폴리페놀옥시데이스는다이하이드록시페닐알라닌 (dihydroxyphenylalanine, DOPA), 피로갈롤 (pyrogallol), 캬테콜 (catechol), 파라 - 하이드록시벤젠 (phydroxybenzene) 등에특히잘작용한다고한다. 한편이들효소가잘작용하는기질들과잘작용하지않는기질들의종류는표 11-5 와같다.
폴리페놀옥시데이스의경우에는이상의두단계의과정중의둘째단계의과정, 즉다이페놀유도체들 (diphenol derivatives) 이 o- 또는 p- 키논유도체들 (oor p-quinone derivatives) 로산화되는과정에서촉매작용을하는사실에중점을두어, 이전에는역시다이페놀옥시데이스 (diphenol oxidase) 라고불리기도했다.
이전에는과실류나채소류에서추출되는폴리페놀옥시데이스 (polyphenol oxidase) 의작용은캬테콜 (catechol) 에서캬테콜키논 (catechol quinone) 이형성되는과정에관여하는캬테콜레이스로서의작용 (catecholase activity) 만을중요시하는경향이컸었다.
근래에는일반적으로이들효소는두가지종류의반응에촉매작용을하는데첫번째는수산기를한개만가진모노페놀유도체들 (monophenols) 에또하나의수산기를올토 (ortho) 또는파라 (para) 위치에도입하는반응에작용하는효소크레솔레이스 (cresolase, EC 1.14.18.1., monophenol monooxygenase) 의작용을, 그리고두번째로는이렇게형성된다이페놀유도체들 (diphenols) 이두개의수산기가가진수소원자들을공기중의산소분자들을수용체로해서제거하여해당하는올토 - 또는파라 - 키논 (o- or p-quinone) 을형성하는과정에참여하는캬테콜레이스 (catecholase, EC 1.10.3.1. o-diphenol: O2 oxidoreductase) 와동일한작용을하는것으로에스킨 (Eskin, N. A. M., 1990) 은설명하고있다.
[ 그림 11-33] 폴리페놀레이스 (polyphenolase) 의 2 단계로설명할수있는효소작용에관한설명. 출처에따른특이성이다르다. 2 단계에만관여하는효소도있고 1,2 단계도다하기도한다.
한편앞에서말한브륌머와로우들 (Bruemmer, J. H. and Roe, B., 1970) 에의하면대부분의폴리페놀옥시데이스는한수산기 (-OH) 에대해서올토 (ortho) 또는파라 (para) 위치에수산기대신에아미노기 (amino group, -NH 2 ) 가치환된페놀유도체들에대해서도작용하나, 오렌지에서추출한폴리페놀옥시데이스는한수산기가아미노기 (-NH 2 ) 로치환된페놀유도체들에는작용하지않았으나메톡실기 (methoxyl group, -OCH 3 ) 와치환된페놀유도체들에대해서는작용하는특이성을갖고있었다고한다 ( 표 11-5 및아래의그림참조 ).
한편사과에존재하는폴리페놀옥시데이스의주요기질들 (major substrates) 로서는클로로제닌산 (chlorogenic acid), 에피캬테킨 (I-epicatechin) 등이알려져있으며, 이이외에도쿠어세틴 (quercetin), 하이퍼린 (hyperin), 아이소쿠어세틴 (isoquercetin), 아비큘라린 (avicularin), 쿠어세틴 -3- 자일로사이드 (quercetin-3- xyloside), 루우틴 (rutin), 쿠마릴키닌산 (pcoumaryquinic acid), 기타구조가복잡한류우코안소시아닌류 (leucoanthocyanins) 등이보고되고있다. 한편배에는알부틴 (arbutin, 즉 p-hydroxyphenyl-β-dglucoside) 이함유되어있으나, 이알부틴은폴리페놀옥시데이스에의해서적갈색의착색물질 (reddishbrown pigments) 을형성하는사실이알려져있다. 이알부틴은쉽게가수분해되어키놀 (quinol) 을형성하나, 이키놀도쉽게산화되어벤조키논 (benzoquinone) 을거쳐서갈색물질을형성한다.
타이로시네이스에의한갈색화반응전술한바와같이타이로시네이스 (tyrosinase) 에의한타이로신 (tyrosine) 의산화에따른갈색화반응도일부채소류나과실류의갈색화에있어서는중요할뿐만아니라, 생체내에서갈색또는흑갈색의멜라닌색소들 (melanin pigments) 이형성되는과정에서도중요하다.
타이로시네이스들은폴리페놀옥시데이스들과같이분자내에구리를함유하고있는산화효소들 (copper containing enzymes) 의하나로서, 즉이타이로시네이스들은수산기 (-OH) 를하나만갖고있는타이로신과같은모노페놀유도체들 (monophenol derivatives) 이수산기 (-OH) 를두개가진캬테콜유도체들과같은다이페놀유도체들 (o- or p-diphenol derivatives) 로만드는과정과그다음에일어나는다이페놀유도체들이키논유도체들로산화시키는과정에참여한다
한편타이로시네이스는과거에는이상의두단계의과정중첫째단계의과정, 즉모노페놀유도체들에작용하는과정에중점을두어모노페놀옥시데이스 (monophenol oxidase) 라고불리기도했으나, 일단다이페놀유도체, 즉캬테콜유도체들이형성된이후의이효소의작용은폴리페놀옥시데이스의경우와같다.
타이로시네이스들은폴리페놀옥시데이스들과같이분자내에구리를함유하고있는산화효소들 (copper containing enzymes) 의하나로서, 폴리페놀옥시데이스와그작용이매우유사하다고생각되어왔으나, 현재는대부분의경우동일한효소들로생각되고있는사실에대해서는이미설명한바와같다. 즉이타이로시네이스들은수산기 (-OH) 를하나만갖고있는타이로신과같은모노페놀유도체들 (monophenol derivatives) 이수산기 (- OH) 를두개가진캬테콜유도체들과같은다이페놀유도체들 (o- or p-diphenol derivatives) 로만드는과정과그다음에일어나는다이페놀유도체들이키논유도체들로산화시키는과정에참여하는사실에대해서도이미언급한바있다.
한편타이로시네이스는과거에는이상의두단계의과정중첫째단계의과정, 즉모노페놀유도체들에작용하는과정에중점을두어모노페놀옥시데이스 (monophenol oxidase) 라고불리기도했으나, 일단다이페놀유도체, 즉캬테콜유도체들이형성된이후의이효소의작용은폴리페놀옥시데이스의경우와같다.
타이로시네이스에의한갈색화반응의또하나의중요한특징은이갈색화반응의주요중간생성체들의구조와그진행과정이비교적자세하게, 그리고비교적확실하게알려져있다는점이다 (Chichester, C. O., 1976, The Chemistry of Plant Pigments, Academic Press 참조 ). 또한많은중간생성체들이생체내에서매우중요한생리작용 (physiological action) 을갖고있는물질들이란점도주목할만하다.
채소나과실류의경우에도, 예로서생감자의갈색화에있어서도, 이효소에의한갈색화는매우중요하다. 감자등에함유된아미노산들 (amino acids) 중의하나인타이로신 (tyrosine) 은이효소존재하에급속하게산화되어첫번째산화생성물로서다이하이드록시페닐알라닌 (dihydroxyphenylalanine, DOPA) 과이 DOPA 의산화생성물인올토 - 키논페닐알라닌 (o-quinone phenylalanine, DOPA-quinone) 등의산화과정들을거쳐서소위도파크롬 (dopachrome) 으로알려진빨간색의 5,6- 키논 - 인돌 -2- 카아복실린산 (5,6- quinone-indole-2-carboxylic acid) 을형성한다. 이중간생성체는다시갈색의인돌 -5,6- 키논 (indole-5,6-quinone), 자색 (purple) 의아직그구조가확실하게알려져있지않은멜라노크롬 (melanochrome) 등을거쳐서계속축합, 중합반응을통해서최종적으로검은색의멜라닌색소들 (melanin pigments) 을형성한다. 이갈색화과정은앞에서말한대로그경로가비교적확실하게규명되고있으며, 주요중간생성체들 (intermediates) 의구조도확실히규명되고있다 ( 그림 11-34 참조 ).
[ 그림 11-34] 타이로시네이스 (tyrosinase) 에의한타이로신 (tyrosine) 의산화, 중합, 축합과정.
홍차제조시의폴리페놀옥시데이스에의한갈색화반응효소에의한갈색화반응 (enzymatic browning reaction) 이실제로응용되고있는가장좋은예의하나로서는신선한차의잎 (fresh tea leaves) 에서홍차 (black tea) 를제조하는과정이있다. 이신선한차잎에서홍차가제조되는과정에대해서는비교적잘연구되어있는듯하다.
우선이신선한차잎에서홍차 ( 紅茶 ) 가제조되는과정이효소에의한갈색화반응 (enzymatic browning reaction) 에의해서 1 차적인영향을받는다는사실은신선한차잎에서녹차 (green tea) 를만드는과정과비교함으로써잘알수있다. 즉녹차는신선한차잎을과압수증기 ( 過壓水蒸氣 ), 즉 100 이상의온도의수증기로대략 20~25 초동안쪄준후 55~60 에서단계적으로수분을건조시켜서만든다. 따라서녹차의경우에는, 차잎속의효소들의불활성화 (inactivation) 에의해서, 녹차의색깔과홍차의색깔을비교하여볼때쉽게알수있듯이, 녹차의경우에는갈색화반응이효과적으로억제된다.
한편신선한차잎에서홍차를제조하는과정은먼저준비단계로서위조 ( 萎凋, withering) 과정, 유념 ( 柔捻 ) 과정등으로된위조, 유념, 파열단계 (the withering, rubbing, and rupuring stage) 를거친다. 유념에의해서차잎속의세포들의파괴와세포내용물들의누출에따라효소들의작용이원활하게진행되기쉬운상태가된다. 그다음크기가고르지않은마쇄된차잎편을체로균일하게한후발효단계 (the fermentation stage) 로서 25 전후에서 3 시간가량발효시켜홍차를만든후, 90 정도의고온에서마지막으로건조과정을거치게된다. 홍차를제조하는과정중의첫단계, 즉예비건조단계인위조단계 (withering stage) 에서는유리아미노산들중류우신 (leucine), 아이소류우신 (isoleucine), 세아린 (serine), 글루타민산 (glutamic acid), 글루타민 (glutamine), 쓰레오닌 (threonine), 페닐알라닌 (phenylalanine), 테아닌 (theanine, 즉 5-N-ethylglutamine) 등의함량들이급격하게감소한다.
한편, 최종단계, 즉건조단계 (the drying stage) 에서는유리아미노산들의전반적인감소가일어난다고한다. 본래차의종류는이미설명한바있는발효과정중의효소들에의한갈색화반응을차를제조하는초기단계에과압수증기 ( 즉 100 이상의온도의수증기 ) 를사용함으로서효소들을불활성화하여발효또는효소들에의한갈색화반응을완전히차단한후건조시켜서만든, 잎들의색깔, 즉초록색과향기를그대로갖고있는녹차 ( 綠茶, green tea), 그리고충분한발효과정, 따라서충분한효소들에의한갈색화를거친짙은흑색깔과특유한향기를갖게된홍차 ( 紅茶, black tea) 그리고이이외 ( 以外 ) 에발효과정과효소들에의한갈색화가진행되는과정에서중도에서멈추게하여만든, 따라서그색깔은녹갈색 ( 綠褐色, greenish brown) 이고그향기도녹차와같은향기의일부를그대로갖고있는녹차와홍차의중간에위치하는우롱차 ( 烏籠茶, oolong tea) 와홍차 ( 紅茶 ) 의세가지종류로크게분류된다.
효소들에의한갈색화반응이가장활발하게일어날것으로생각되는발효단계에서는캬테킨류 (catechins) 또는갈로캬테킨류 (gallocatechins) 등과같은폴리페놀화합물들의함량은산화, 중합반응에의해서급속도로감소한다. 즉이와같은폴리페놀화합물들의산화, 중합과정중테아플라빈 (theaflavin), 테아루비진류 (thearubigins) 와같은홍차특유의오렌지색또는빨간색의색소들 (orange-red pigments), 또는기타의갈색색소들이급격하게형성되는것으로알려져있다. 한편, 이발효단계에서역시그함량이급속도로감소하는유리아미노산들의일부가차의향기를구성하는중요한휘발성카아보닐화합물들 (volatile carbonyl compounds) 로되는것은거의틀림없는사실이다. 일부아미노산들은발효단계에서그일부가알데하이드류 (aldehydes) 로전환되나이전환은스트렉커형의반응 (Strecker type reaction) 에의한것으로생각되고있다.
산화된플라바놀류의일부는자신은플라바놀류로다시환원하면서아스콜빈산의일부를산화해서데하이드로아스콜빈산을만든다. 찻잎에존재하는일부유리된아미노산들은산화된플라바놀류 (oxidized flavanols) 또는산화된아스콜빈산, 즉데하이드로아스콜빈산 (dehydroascorbic acid) 과스트렉커반응 (Strecker reaction) 을통해서유리아미노산들의탈탄산반응 (decarboxylation) 을유발하여, 탄산가스 (CO 2 ) 의형성과함께특유한향기성분들인휘발성카아보닐화합물들, 예로서휘발성알데하이드류를형성한다. 한편, 아스콜빈산산화의결과형성된데하이드로아스콜빈산은계속산화, 분해, 그리고중합반응등을통해착색물질들 (colored products) 을형성한다고설명하고있다 ( 그림 11-35 참조 ).
[ 그림 11-35] 홍차의발효단계 (fermentation stage) 에서아미노산에서알데하이드 (aldehyde) 가형성되는과정과차의플라바놀 (tea flavanol) 또는아스콜빈산 (ascorbic acid) 이산화되는과정들사이의관계를표시한그림.
갈색화반응의억제전술한바와같이갈색화반응의억제는대부분의식품들의가공전후또는저장중의품질저하 (quality deterioration) 를막는데있어서매우중요한과제가되고있다. 비효소갈색화반응과효소에의한갈색화반응은그기구가근본적으로다르기때문에억제방법등에있어서도크게다른점도있으나, 본질적으로는다같이산화과정이근본적인과정이되고있으므로공통적으로사용되고있는방법들도의외로많다. 따라서여기서는이상의두종류의갈색화반응의억제에사용되고있는방법들에대해서함께설명해나가도록한다. 이에앞서 마이얄반응에영향을주는요인들 과 여러식품중에서의비효소갈색화반응의실례 의두항목등의부분들을다시한번참고해주기를바란다.
효소에의한갈색화반응인경우효소의작용을억제하는방법이효소의작용을억제하는방법으로서는효소들을직접불활성화 (inactivate) 시키는방법과효소의최적조건들 (optimum conditions) 을변동시켜서, 효소들의활성을간접적으로억제하는방법등을생각할수있다. 효소의불활성화효소들은단백질로구성되고있으므로, 가열에의해서쉽게불활성화 (inactivation) 된다. 실제로거의대부분의과실류나채소류는가공 (procrssing) 에앞서서여러형태의예비가열처리와이와비슷한효과를갖는전처리들, 예로서블랜칭처리 (blanching) 등을받는다.
최적조건의변동모든효소들은그효소들이가장효율적으로작용할수있는일정한 ph 범위, 온도범위, 기타의최적조건들 (optimum conditions) 이있다. 폴리페놀옥시데이스 (polyphenol oxidase) 의경우, 이최적 ph 는일반적으로 5.8~6.8 이다. 따라서가능하다면해당같은산을가함으로써산성으로변동시키거나, 식품자체를낮은온도에둠으로써효소작용을억제할수있다. 다만낮은온도에둘경우에는효소작용은 -10 까지도효과적으로계속되므로식품의온도를 -10 이하로유지해야한다.
한편, 염소이온 (Cl- ion) 이나아황산가스 (SO 2 gas) 등의존재는효소의작용을현저히억제해준다. 특히폴리페놀옥시데이스 (polyphenol oxidase) 의작용은각종의유기산 (organic acids) 이나무기산 (mineral acids), 소금등에의해서상당히억제된다 ( 그림 11-36 참조 ). 다만실제로사용되는소금의농도는 1% 내외이므로그억제작용은불충분한경우도많다.
[ 그림 11-36] 사과의폴리페놀옥시데이스 (polyphenol oxidase) 에대한여러억제물질들
비효소및효소에의한갈색화반응의경우산소의제거효소에의한갈색화반응이거나, 효소에의하지않은갈색화반응이거나, 산소가존재하지않으면갈색화또는최소한갈색화반응의중요한부분을차지하는산화반응과정들은원칙적으로일어나기힘들것은자명하다. 따라서갈색화반응은기밀하게밀폐된용기들 (hermetically sealed containers) 에식품을넣어서공기를제거하거나, 공기대신에탄산가스그보다는질소가스등으로대체함으로써갈색화반응을효과적으로억제할수가있다. 한편제대로만들어진통조림이나병조림의윗부분 (head space) 에도무시할수없는양의잔존공기, 즉잔존산소 (residual oxygen) 가존재하며, 또한신선한동식물조직에는그속에존재하는호흡가스류 (respiration gases) 를효율적으로블랜칭과정 (blanching process) 을통해서제거하지않는한상당량의산소가용해되어있다는사실도유의해야할점이다.
옥시브란 (Oxy Bran) 이라는상품명을가진제품이오래전에개발된일이있었으며그주성분은글루코오스옥시데이스 (glucose oxidase), 캬탈레이스 (catalase) 와포도당의혼합물로서밀폐된용기내에서산소를제거하는데사용되어온산소제거제 (oxygen scavenger) 이다. 이혼합물은마치포장된건조제 (packeted desiccant) 처럼포장 (packet) 되어사용된다. 1970 년대후반부터는표면적을넓히고산화되기쉬운상태로만든특수한철가루 (iron powder) 등을투과성이매우낮은합성수지봉지 (packet) 에포장하여위와비슷한목적으로사용하는일이시도되어왔다 (Ma, S. J. and Kim, D. H., 1980). 위의두가지방법들은액상식품에는사용할수없다.
비효소및효소에의한갈색화반응의경우환원성물질의첨가갈색화반응은본질적으로는산화과정이주요과정들이되고있으므로, 환원성물질들의존재는갈색화반응을억제하여줄수있을것이다. 실제적으로갈색화억제에사용되어온환원성물질들 (reducing substances) 로서는아황산가스 (SO 2 gas), SH 화합물들 (sulfhydryl compounds), 아스콜빈산 (ascorbic acid), 주석염들 (stannous salts) 등이있다. 물론이환원성물질들을첨가하는여러방법들중각종과실류와채소류에대해서최근까지가장널리사용되어온방법들중의하나는아황산가스또는아황산염용액에의한처리법이다. 근래에와서이상의방법들중의일부는인체에대한안전성 ( 安全性, safety evaluation) 에관한문제들때문에재검토되고있으며, 그사용도점차엄격하게제한되어가고있다. 한편이상의방법들에대해서설명하면다음과같다.
아황산가스또는아황산염용액에의한처리법이아황산가스는강한표백작용 (bleaching power) 을갖고있을뿐만아니라, 효소작용도효과적으로억제하여준다. 보통사과, 무화과 ( 無花果, figs), 살구등의건조과실류 (dried fruits) 를만들기위한건조또는건조과실류의저장중, 그리고감자등과일부채소류의건조또는저장중의갈색화를억제하기위해서건조또는저장에앞서그조직을아황산가스 (SO 2 gas) 에노출시킨다 (Joslyn, M. A. and Braverman, J. B. S., 1954).
한편아황산 ( 亞黃酸, sulfurous acid, H 2 S 2 O 3, 또는무수아황산 sulfur dioxide, SO 2, b.p. -10, 따라서상온또는실온에서는기체로존재함 ) 과그염들 (sulfites) 인아황산소듐, 칼륨염들 (sodium or potassium sulfites, Na 2 -or K 2 SO 3 ), 소듐또는칼륨바이설파이트들 (sodium or potassium bisulfites, NaH- or KHSO 3 ), 그리고메타비스설파이트들 (sodium or potassium metabissulfites, Na 2 S 2 O 5 ) 등이알려져있는데, 이들은효소에의한갈색화반응, 특히타이로시네이스 (tyrosinase) 에의한갈색화반응, 그리고마이얄 ( 갈색화 ) 반응에대해서매우효과적인갈색화억제작용을갖고있는것으로널리알려져왔다.
이들은효과적인갈색화 - 억제작용이외에도미생물의성장을강력하게억제하며, 그작용은곰팡이류, 세균류에대해서강하게작용하는반면에효모들에게는덜강하게작용해서포도주발효의전체과정에서곰팡이나잡균류 ( 즉유해균류 ) 의성장을억제하고, 갈색화를억제하기위해서포도주 (wine) 제조시널리사용되어왔다. 한편, 아황산염들은타이로신의갈색화촉진작용을효과적으로억제하는사실이오래전부터잘알려져왔으며, 박피감자들 (peeled potatoes) 의흰색을유지하고흑갈색으로갈변 (browning) 되는것을억제하기위해역시오래전부터널리사용되어왔다. 아황산가스는그농도를조절하기어렵고, 또가스자체는매우강한부식성 (corrosiveness) 과독성을갖고있기때문에그대신조절과취급이훨씬용이한아황산염 (sulfite salts) 의용액에과실이나채소의조직을침지 ( 浸漬 ) 하는경우가있다.
보통사용되는아황산염들로서는메타비스황산염 (Na 2 or K 2 metabissulfites, Na 2 or K 2 S 2 O 5 ) 이선호되지만, 그외에도산성아황산소다 (sodium bisulfite, NaHSO 3 ), 아황산소다 (sodium sulfite, Na 2 SO 3 ) 등이사용되고있다 (Joslyn, M. A. and Braverman, J. B. S., 1954). 마아카키스들 (Markakis, M. et al., 1965) 은폴리페놀옥시데이스 (polyphenol oxidase) 의작용은 0.0005M 의아황산소다 (NaHSO3) 용액에의해서도약 60 분이면그활력이 25% 로감소되었으며, 120 분이면완전히그활력이소실되는사실을보고하고있다 ( 그림 11-37 참조 ).
이상의아황산염들 (sulfites) 과아황산 (sulfur dioxide, SO 2 ) 들은우리나라에서는특정식품들에사용할수있는표백제들 (bleaching agents) 로서, 지정된식품들에대해서규정된농도에서그사용이허용되고있다. 일부예를들어보면, 메타중아황산의소듐또는칼륨염들 (sodium or potassium metabissulfites, Na 2 - or K 2 S 2 O 5 ) 은당밀, 물엿등에 0.3g/kg 미만, 아황산나트륨, 즉소듐설파이트 (sodium sulfite, Na 2 SO 3 ) 는과실주에 0.35g/kg, 산성아황산나트륨 (sodium bisulfite, NaHSO 3 ) 은설탕에 0.02g/kg, 참깨, 두류, 서류, 과실류, 채소류와그단순가공품들, 0.03g/kg, 차아황산나트륨 (sodium hyposulfite, Na 2 S 2 O 4 ) 의경우에는그사용식품류와그농도는아황산또는산성아황산나트륨에준 ( 準 ) 한다고한다. 한편아황산 (sulfur dioxide), 즉아황산가스 (SO 2 ) 는건조과실류 ( 건포도제외 ) 에 2g/kg 까지사용할수있다 ( 식품첨가물공전, 1994: 문범수, 1999 참조 ).
일본에서도아황산나트륨 (Na 2 SO 3, E 221), 차아황산나트륨 (Na 2 S 2 O 4, E 221), 아황산 (SO 2, E 220). 파이로아황산칼륨 (K 2 S 2 O 5, E 224), 파이로아황산나트륨 (Na 2 K 2 S 2 O 5, E 223) 등이표백제를목적으로하는식품첨가물 (food additives) 로서사용대상식품과사용허용기준제한하에사용이허용되고있다. 여기서이상의첨가물들의화학분자식에이어표시한기호와수치는유럽공동체 (EC) 에서사용하고있는등록번호, 즉 EC 번호들이다 ( 大森義仁등, 1988 참조 ). 한편미국에서는오래전부터아황산염들 (sulfites) 과아황산 (SO 2 gas) 들은이상의화합물들이효소에의한갈색화뿐만아니라, 마이얄갈색화반응의진행에대해서도가장효과적인억제물질들인동시에곰팡이류, 유해세균류등에대해서선택적으로강한억제작용을갖는특성때문에, 포도주제조업계에서는현재까지계속사용하고있다. 이와같은사정은일부과실류, 채소류, 서류, 특히감자류의가공업계에서도거의같다.
한편미국식품및의약품관리국 (FDA) 에서는 1988 년에이상의아황산이나아황산염들을사용할수있는식품류, 사용기준량등매우제한적인규정들을제안했었다. 그중주요항목들을간단히설명하면다음과같다. 즉우선, 이상의아황산과아황산염의사용허용량을 0.05% 이하로제한하였으며, 앞에서말한대로인체에비타민 B 1 을공급해주는식품류, 예로서육류등의식품들과별다른가공과정을거치지않고사람들이섭취할가능성이큰, 신선한채소나과실류에대한사용이 ( 감자의경우만제외 ) 모두금지되었다. 그러나다른많은식품류, 예로서건조과실류, 각종즉석스프류, 포도주류, 그리고신선한새우들에대해서는그사용이종전대로허용되었다. 그리고전술한대로아황산또는아황산염을 10ppm, 즉 0.01% 이상함유하는가공식품들의경우, 이상과같은사실을명시한라벨 (label) 이나상표를포장지에사용하도록규정하고있다 (A Scientific Status Summary, IFT., 1993; Linder, M. C., 1991 참조 ).
SH 화합물들파인애플 (pineapple) 에함유된어떤특정한 SH 화합물들은파인애플의갈색화를억제한다는사실이알려지고있다. 한편시스테인 (cysteine), 글루타싸이온 (glutathione) 을비롯한일부설프하이드릴화합물들 (sulfhydryl compounds), 즉 SH 화합물들은효소에의한갈색화 (enzymatic browning) 를억제하여주는사실이알려져왔다. 이와같은설프하이드릴화합물들의갈색화억제작용은일반적으로클로로제닌산 (chlorogenic acid), 타이로신 (tyrosine), 또는 3,4- 다이하이드록시페닐알라닌 (3,4- dihydroxyphenylalanine, DOPA) 등이산화되어형성하는키논류 (quinones) 와부가반응물들 (addition products) 을형성하여산화가더이상진행하는것을억제하여주는데있다고한다.
실제로시스테인은산화된클로로제닌산 (oxidized chlorogenic acid) 과결합하여매우엷은황색의착색물질을형성하는사실이알려지고있다. 무네타들 (Muneta, P. and Walradt, J., 1968) 은 0.1M 의도파기질 (substrate, DOPA) 에 0.1M 의시스테인용액 0.4mL 를첨가할때, 효소에의한산화속도, 따라서갈색화속도가현저히억제되었음을보고하고있다 ( 그림 11-38 참조 ).
주석이온주석이온 (stannous ion, Sn 2+ ) 은강한환원력을갖고있으며, 갈색화를억제하기는하나이와같은목적으로특별히식품에첨가되는일은없다. 다만일반통조림식품에서는그용기에서녹아나오는상당량의주석이온 ( 대략 150ppm 이하 ) 을함유하고있으며, 이주석이온들은통조림통내부의식품에서일어날수있는비효소갈색화반응에의한변색 (discoloration) 을효과적으로억제하여주는것으로생각되고있다. 금속이온의제거한편, 금속이온들중제 1 철이온과제 2 철이온들 (ferrous ion 및 ferric ion, Fe 2+ 및 Fe 3+ ion) 은다같이폴리페놀화합물들 (polyphenol compounds) 을대표하는탄닌류 (tannins) 와직접청색내지는흑갈색의복합체를형성할뿐만아니라, 비효소갈색화반응을촉진하여준다고한다.
[ 그림 11-38]DOPA 기질 (substrate) 에시스테인 (cysteine) 을첨가할때기질의산화속도 ( 즉산소흡수속도 ) 에미치는영향
구리이온들 (copper ion) 도철이온들과마찬가지로페놀화합물들과흑갈색의복합체를만들거나비효소갈색화반응을촉진시켜주며, 한편니켈이온 (nickel ion) 은별영향을주지않는다고한다. 특히폴리페놀옥시데이스 (polyphenol oxidase) 나타이로시네이스 (tyrosinase) 는그효소자체가구리 (copper) 를함유하고있는효소들이며, 구리이온의존재가이들효소의작용을활성화시켜주는사실에대해서는이미언급한바있다. 이상의금속이온들중갈색화반응을촉진시켜주는금속이온들을금속제거제 (metal scavenger) 를사용하여제거함으로써갈색화반응을어느정도억제할수가있다.
붕산및붕산염폴리페놀옥시데이스 (polyphenol oxidase) 는기질의캬테콜부분 (catechol moiety), 즉올토 - 다이하이드록시그룹 (ortho-dihydroxy group) 에작용하므로, 이올토 - 다이하이드록시그룹과동시에에스터결합을형성하는붕산 (boric acid) 과그염들 (borates) 은이두개의수산기를효소들이이용할수없게함으로써효소작용을억제한다. 붕산이나붕산염은그독성 (toxicity) 때문에식품들에실제로사용될가능성은없으나, 폴리페놀옥시데이스의작용을이론적으로연구하는데는도움이될수있을것이다 (Bedrosian, K., Nelson, A. I. and Steinberg, M. P., 1960).
갈색화반응에있어서아스콜빈산의첨가아스콜빈산 (ascorbic acid) 은전술한바와같이항갈색화제들 (antibrowning agents) 의대표적존재로써매우효과적이나, 그작용은단순하지않으며, 매우다양한듯하다 (Bauernfeind, J. C. and Pinkert, D. M., 1970, Advances in Food Research, 18, 219;Seib, P. A. and Tolbert, B. M., 1982;IFT, Scientific Status Summary, 1993 참조 ).
죠슬린들 (Joslyn, M. A. et al., 1948) 은과실조직에서는그속에존재하는아스콜빈산의거의전부가데하이드로아스콜빈산 (dehydroascorbic acid, DHA) 으로산화될때까지는갈색화반응이일어나지않은사실을지적하고있다. 또한손상된과실조직 (injured fruit tissues) 에서의아스콜빈산의손실 (loss) 의대부분은과실조직내의폴리페놀옥시데이스 (polyphenol oxidase) 의작용에의해서폴리페놀화합물들이해당되는키논화합물들 (quinone compounds) 로산화될때일어난다고한다 (Bauernfeind, J. C., 1953 참조 ).
손상된과실조직에서는대부분의아스콜빈산이산화에의해서손실되었기때문에폴리페놀옥시데이스에의해서형성된키논류 (quinones) 는아스콜빈산의환원작용을받지못하며, 따라서곧계속산화, 중합되어갈색의최종생성물들 (dark-colored end products) 을형성하게된다. 한편, 바우언파인드들 (Bauernfeind, J. C. and Pinkert, D. M., 1970) 은식품가공중에첨가된아스콜빈산 (food processing with added ascorbic acid) 이라는레뷰 (a review in, Advances in Food Research, 18, p.220~304, 1970) 에서사과에서추출하고부분적으로정제한폴리페놀옥시데이스와캬테콜기질 (catechol substrate) 의혼합물의갈색화반응에앞서서첨가된아스콜빈산의효과에대한폰팅 (Ponting, J. D.) 의실험예와이에대한폰팅의견해 (Ponting, J. D., 1954) 를소개하고있다.
폰팅에의하면실험에앞서첨가된아스콜빈산은캬테콜에서형성된 o- 키논 (ortho-quinone) 을일단세미키논 (semiquinone) 으로환원시키며, 이세미퀴논이폴리페놀옥시데이스의갈색화반응에대한촉매작용을억제한다고설명하고있다. 또한이세미퀴논은함께존재하는아스콜빈산에의해서다시캬테콜로환원될수있다고설명하고있다.
한편루우들 (Luh, B. S. et al., 1962) 에의하면아스콜빈산은냉동과실 ( 冷凍果實 ) 저장에널리사용되어왔으며, 이아스콜빈산은과실조직내에용해되어있는산소를급속히흡수하고, 산화생성물들을환원시키며, 또한폴리페놀옥시데이스의기질이될수있는물질들을환원상태에둔다고한다. 그러나아스콜빈산은항갈색산화제 ( 抗褐色酸化制 ) 로서뿐만아니라, 항산화제, 금속제거제 (metal scavenger), 밀가루또는빵의품질개량제 (improver), 맥주나포도주의품질개선제, 육류의색깔안정제등으로점차로그응용범위가넓어지고있는실정이다 (Bauernfeind, J. C. and Pinkert, D. M., 1970 참조 ).
우선갈색화반응에있어서의아스콜빈산의작용에대해서좀더자세히설명한후, 식품분야에관련된아스콜빈산의유익하고, 특유한가능들에대해서간단히설명하고자한다. 아스콜빈산이비타민 C 로서, 성인 1 인당매일 70mg 정도가필요한사실에대해서는이장 ( 章 ) 의중간부분에서이미설명한바가있다.
아스콜빈산의작용보오렌스타인 (Borenstein, B., 1965 또한그림 11-40 참조 ) 은아스콜빈산의식품중에서의항산화제 (antioxidant) 내지는항갈색화제 (antibrowning agent) 로서의작용을다음세가지로들고있다. 1. 산소를제거하여, 즉산소제거제 (oxygen scavenger) 로서작용하여, 식품성분중산화에예민한성분들의산화를억제해준다. 2. 한식품체계 ( 食品體系, food system) 의산화 - 환원전위차 (redox-potential) 를환원영역 (reducing range) 으로옮겨놓는다. 3. 바람직하지않은산화생성물들을환원한다.
[ 그림 11-40] 아스콜빈산 (l-ascorbic acid) 과이와함께항산화제, 항갈색화제등으로사용되고있는에리쏘오빈산 (erythorbic acid) 의상호간의관계를표시하는구조식.
호오프 (Hope, G. W., 1961, Food Technol., 15, 548) 는사과통조림을제조할때, 사과조직에서공기, 따라서산소를미리제거하지않을때는통조림을제조한후, 그통조림의상부공간 (the head space) 의전체용적의 10~20% 에해당하는산소가존재하게되며, 이산소는갈색화반응뿐만아니라, 통조림통의부식등여러가지나쁜결과들을가져오는사실을확인하였다. 실제로사과 453g(1 파운드 ) 에대해서아스콜빈산을 300mg 을첨가하였을때는사과의갈색화가억제되었을뿐만아니라, 상부공간에남아있는산소의양도대폭감소되어용기의아마도잔존산소가주도하는산화 ( 酸化 ) 에의한부식 (corrosion) 도억제되었다고한다. 한편아이소아스콜빈산 (isoascorbic acid, 즉 erythorbic acid) 과그소듐염들의첨가도과육의표면의갈색화는효율적으로억제하였다고한다.
이상의결과와이보다나중에실시된보오렌스타인 (Borenstein, B., 1965) 의실험결과들, 그리고기타의많은연구결과들을볼때, 아스콜빈산은산소를매우효과적으로흡수, 제거함으로써산화에의해서일어나거나, 촉진되는갈색화반응과같은바람직하지않은변화들을역시효과적으로억제하는것으로생각된다. 이론적으로는 15.7mg 의아스콜빈산 (ascorbic acid, As.A) 은 1mL 의산소와과부족없이결합, 산소를흡수한다. 이것은 3.3mg 의아스콜빈산이 1mL 의공기중의산소와과부족없이결합, 즉완전히흡수한다는뜻이다. 여러가지실제실험결과들도이와같은양적관계가잘성립함을보여주고있다고한다 (Bauernfeind, J. C., 1953). 앞에서말한대로바우언파인드들 (Bauernfeind, J. C. and Pinkert, D. M., 1970) 은그들의레뷰에서아스콜빈산이여러종류의가공식품들의품질을유지또는향상시키는데사용되어온, 다양한, 그리고유익한응용예들을소개하고있다. 그중일부를간단히소개하면다음과같다.
맥주제조과정에서 1950 년대이후아스콜빈산은양조업계 (brewing industry) 에서맥주제조과정중에당면하는공기중의산소에의한맥주내의여러성분들의산화에의한여러가지형태의품질저하등을덜하기위해서산소제거제, 그러므로항산화제로사용되기시작한후현재에이르고있다. 아스콜빈산의첨가는냉각시일어나는 (chill) 맥주의불투명성또는흐림 (haze), 그리고맥주성분들의산화에의한흐림 (haze) 을경감시키는데큰효과가있다고한다. 또한아스콜빈산의첨가는탄닌류의산화, 중합의진행 ( 進行 ) 을억제하고, 맥주내의탄닌, 단백질로구성된교질상태의안정성을개선한다고한다. 또한아스콜빈산은산소가관련되는효소, 비효소갈색화반응들을억제함으로, 그사이의관계를잘조절하여그후의갈색화를적절한상태로유지하는데도도움을줄것으로생각된다. 실제로아스콜빈산의첨가는맥주의흐림, 또는혼탁도 ( 混濁度, turbidity) 와갈색 (brown color) 의조절을통해서그품질의유지또는향상에기여하고있다고생각된다.
포도주제조과정에서아스콜빈산의첨가는제조중의포도주들의맛, 향기, 투명성 (clarity) 등에좋은효과를갖다주는것으로널리알려져왔으며, 1liter 의포도주에 25~100mg 의아스콜빈산이존재할때는포도주의전체적인산화 - 환원전위차 (redox-potential) 를안정된상태로유지하는데도움을준다고한다 (Gerutti, G., 1956, Bauernfeind, J. C. and Pinkert, D. M., 1970 참조 ).
한편포도주제조에현재제한적으로사용되고있는아황산 (SO 2 ) 과아스콜빈산의산소에대한반응을비교해보면아스콜빈산이더쉽게산화, 즉산소와결합하며, 결합하는산소의양도아황산의 2 배가량된다. 아스콜빈산이공존할때의또하나의이점은아스콜빈산이함께존재하면철 (Fe) 이나구리 (Cu) 가함께존재하거나존재하지않아도아황산의산화속도, 즉산소와결합하는속도는 10 배가증가한다고하는점이다 (Kielhöfer, E and Würdig, G., 1958, Bauernfeind, J. C. and Pinkert, D. M., 1970 참조 ). 이미언급한바있으나, 포도주의색깔이나혼탁도 (turbidity) 는그품질에중대한영향을주는요인들이지만, 이문제에대한아스콜빈산의바람직한효과들은본질적으로는맥주의경우와비슷한작용들에의한것으로생각된다.
유지가공품류또는생체지방질류의항산화제로서아스콜빈산은오래전부터자연항산화제들 (naturally occurring antioxidants) 의하나로서식용유지류, 식용지방질식품들에널리사용되어왔다. 아스콜빈산의유용성 ( 油溶性 ) 을개선하기위해서아스콜빈산과팔미틴산 (palmitic acid) 의에스터, 아스코빌팔미테이트 (ascorbyl palmitate, AP) 도함께사용되어왔다. 특히일부지방질식품들, 즉그지방질성분들과수분이유탁액 ( 乳濁液, emulsions) 의형태로존재하는경우에는아스콜빈산은그경계면 (interface between water and oil phases) 에서효과적인항산화작용을발휘하는사실이알려져있다.
육류의색깔안정제로서전술한바있는바우언파인드들 (Bauernfeind, J. C. and Pinkert, D. M., 1970) 에의하면신선한육류나절임한육류 (both fresh and cured meats) 의전형적인빨간색은적절한농도의아스콜빈산용액을살포하거나, 절임국물에침지 ( 浸漬 ) 시킬때는일정기간안정된상태 (stabilized state) 를유지한다고한다. 예로서신선한육류를필름 (film) 으로포장해서냉동하기전에아스콜빈산 0.02~0.1% 용액으로처리한후포장하거나, 육류 600g 에아스콜빈산의소듐염을 1.8g 의비율로직접살포처리하고냉동할때는 6 주간정도원래의좋은색깔이유지되었다는보고들을인용하고있다. 그러나장기저장시의효과에대해서는의문시하고있다.
한편, 절임육류의경우, 절임국물에아스콜빈산의소듐염을첨가할때는아스콜빈산이산화질소 (nitric oxide, NO) 의형성을촉진시킴으로써절임육류의특유한짙은빨간색의색소인산화질소또는나이트로소마이요글로빈 (nitric oxide or nitrosomyoglobin, NO-myoglobin) 의형성을촉진시켜준다고한다. 그리고아스콜빈산이나그소듐염이첨가된절임육류의경우, 육류내의산화질소마이오글로빈은냉장저장중에도안정성 (stability) 을유지한다고한다. 한편, 절임국물중의아스콜빈산의농도는 300~400ppm 으로유지되어야하며, 농도가더커지면부작용에의해서역효과가일어날가능성이있다고한다 ( 본문제 2 장식품의색깔중절임된육류부분참조 ).
어류의산패 ( 酸敗, oxidative rancidity) 억제작용 1960 년대에들어서서각종생선류의살고기를장기저장할경우, 생선류에함유된불포화지방질들 (unsaturated fats) 의산화 (oxidation) 에의한산패 ( 酸敗, oxidative rancidity) 의발생에따른갈색화 (browning), 정상적이아닌냄새, 맛 (off-flavor) 의발생에아스콜빈산의처리또는첨가가극히효과적인사실이알려진이후이와같은산패억제를위해서아스콜빈산을이용한처리방법들이계속사용되어왔다 (Zipser, M. W. and Watts, B. M., 1961, Bauernfeind, J. C. and Pinkert, D. M., 1970 참조 ).
이와같이불포화지방질들 (unsaturated fats) 의함량과그비중이큰어류의경우에는산패 (oxidative rancidity) 가일반육류들의경우와는달리급속도로진행될것이예상되나, 이이외에도어류의살코기안에는담수어나바다고기 (freshwater or marine fish) 에관계없이각종효소들의작용에의해서흰살코기의황변 ( 黃變, yellowing or rusting) 도동시에일어난다고한다.
아스콜빈산은소듐카아복실메틸셀룰로오스 (sodium carboxymethylcellulose, CMC) 와같은점조제 ( 粘稠劑, thickener) 와함께점조한수용액으로만든후에살코기표면에도포 ( 塗布 ) 하는경우도보고되고있으나, 대개는아스콜빈산의 1~2% 용액에침지하여주면, 살코기표면에대략 0.1% 가량의아스콜빈산이흡수된다고한다. 청어 (fresh-water herring) 의경우, 2% 의아스콜빈산용액에 45 초간침지처리한다음냉동저장했을때, 이런처리를받지않았을경우의저장수명은 3 개월이었으나침지처리후그저장수명은 7 개월로연장되었다고한다 (Greig, R. A. and Flieman, G., 1965, Bauernfeind, J. C. and Pinkert, D. M., 1970 참조 ).
한편, 포획후얼음저장또는냉동저장할때, 멜라닌색소들 (melanin pigments) 로된검은띠들이나반점들 (black bands or spots) 을동체에나타내는검은새우류 (melanotic shrimp) 의띠들이나반점들은체내의타이로시네이스 (tyrosinase) 가산소존재하에타이로신이나다이하이드록시페닐알라닌 (dihydroxyphenylalanine) 등에작용하여멜라닌색소들을형성하기때문에일어나는것으로알려져있다. 이와같은검은반점등의발생은이종류의새우들을포획한후, 1% 의아스콜빈산과구연산 (citric acid) 의혼합용액에담근후, 얼음냉장 (ice-storage) 한다면이와같은처리를하지않고얼음냉장또는냉동저장하는경우에비해서 8 일간그저장기간을연장할수있었다고한다. 이와유사한, 아스콜빈산과구연산혼합용액에침지하여멜라닌화 (melanolysis) 를연기하는방법들도보고되고있다 (Bailey, M. E. and Fieger, E. A., 1954;Bauernfeind, J. C. and Pinkert, D. M., 1970 참조 ).
이이외에도아스콜빈산산화효소 (ascorbic acid oxidase) 의작용을받은데하이드로아스콜빈산 (dehydroascorbic acid, DHA) 의산화력을이용한제빵용반죽개선제 (bread dough improver) 로서욜겐센 (Jorgensen, H., 1935;Bauernfeind, J. C., and Pinkert, D. M., 1970 참조 ) 이비슷한작용을가진브롬산칼륨 (KBrO 3 ) 의작용을연구하던도중에우연히알게된후효모에의한발효과정을거치지않은고속도빵제조용반죽품질개선제로서꾸준히개발되어왔다. 빵반죽과정은콜레이우드빵제조법 (Chorlaywood Bread Process, CBP) 으로알려졌으며, 밀가루, 물, 다른재료성분들과아스콜빈산으로된반죽을고속 (high speed) 으로혼합하는과정을골자로하고있다 (Bauernfeind, J. C. and Pinkert, D. M. 1970 그리고 Coultate, T. P., 1989 참조 ).
이방법으로만든빵들은효모로발효하는과정이생략되었기때문에향미 (flavor) 는다소떨어지나그외의거의모든점에서, 그리고시간이크게절약된다는점에서현재까지도최소한영국과미국두나라를포함한유럽의여러나라에서호평을받고있다다 (Bauernfeind, J. C. and Pinkert, D. M. 1970 그리고 Coultate, T. P., 1989.).