식품 조리 원리 - 전분과 조리 - 구조, 성질

전분은 식물이 에너지를 저장하기 위하여 세포 속에 저장한 당질이다. 다당류의 일종이며 산이나 효소로 분해되고 마지막에는 포도당이 된다. 쌀, 보리, 밀, 옥수수 등의 종실 전분과 감자, 고구마, 칡, 타피오카 등의 근경 전분이 있으며 식물을 조리에 중요한 역할을 한다. 전분은 그대로의 상태로는 냉수에 녹지 않고 소화효소의 작용도 거의 받지 않기 때문에 물을 넣고 가열하여 이용한다.

 

1. 전분 입자의 형태와 구조

전분 입자의 형태는 식물의 종류에 따라 크기와 모양이 다르며 현미경으로는 600배 정도의 비율로 관찰할 수 있다.

전분입자는 보통 14~15%의 수분을 가지고 있으며 전분 이외에 소량의 지방도 있고 1개 단위부터 3만 개 정도의 단위가 모여 이루어져 있다. 쌀, 밀, 보리 등의 종실 전분, 즉 지상 전분은 입자의 크기가 작고 균일한 편으로 다각형의 모양이 많고 감자, 고구마, 칡 등의 근경 전분, 즉 지하전분은 입자의 크기가 크고 불균일한 편으로 대부분 타원형으로 되어 있다.

 

쌀 전분입자는 3~8 ㎛ 인데 비하여 감자 전분의 입자는 15~100㎛ 이다. 감자 전분에서 볼 수 있는 여러 층의 동심원은 낮과 밤에 따라 전분이 형성되고 축적되는 속도의 차이에 의한 것이다. 또한 밀 전분입자는 큰 것(20~25㎛)과 작은 것 (2~10㎛) 두 종류가 공존하고 있는 것이 특징이다.

전분을 구성하고 있는 기본 결합구조 단위는 포도당이며 결합 방법에 따라 아밀로스(amylose)와 아밀로펙틴(amylopectin)의 두 종류가 있다. 직선으로 연결된 직쇄나선형의 아밀로스와 가지를 친 분지상의 아밀로펙틴으로 모두가 불용성이며 비중은 1.55~1.65 정도로 매우 크다.

일반적으로 아밀로스와 아밀로펙틴의 함량비는 2:8로 전분의 종류에 따라 다르다. 멥쌀에는 아밀로스가 20~25%, 아밀로펙틴이 75~80% 정도 들어 있고 찹쌀에는 아밀로스가 없고 거의 아밀로펙틴으로 구성되어 있다.

아밀로펙틴은 점성과 관계가 있어 찹쌀에 가장 많이 함유되어 있으며 맛있다고 하는 쌀에는 아밀로펙틴이 많다.

 

2. 전분의 성질

전분은 가열에 의해 졸(sol) 상태로 되며, 이것을 냉각하면 겔화되는 성질이 있어서 호화액(糊化液)의 점조성(粘稠性)이나 겔의 점탄성(粘彈性) 등 전분 특유의 성질이 여러 가지 음식에 이용되고 있다. 흡수성이 크기 때문에 식품의 성분 유출을 방지하거나 식품 재료의 연결 목적에도 사용된다.

 

1) 전분의 호화 (糊化, gelatinization)

생전분(β-starch)에 물을 가하고 20~30℃ 정도로 가열하면 전분입자는 물을 흡수하여 팽창하기 시작한다. 계속 가열하여 55~65℃까지 되면 약간 팽창하여 부피가 증가한다. 이때에는 전분입자가 25~30%의 전분을 흡수하는데 이 정도의 변화는 되돌아갈 수 있는 것으로 전분을 건조하면 구조상 아무런 변화 없이 원래의 형태의 마른 전분이 될 수 있다. 이러한 상태를 팽윤(swelling)이라고 한다.

계속 가열하여 55~65℃ 이상으로 온도가 상승하면 전분이 완전히 팽창되어 전분입자의 형태가 없어지면서 전체가 점성이 높은 반투명의 콜로이드 상태가 된다. 이러한 상태를 호화(α-starch)라 한다.

호화가 일어나는 것은 전분 분자의 수소결합이 열에 의해 약해져서 전분입자의 분자간 재배열이 일어난 것이다. 따라서 결정형태의 전분입자의 구조가 깨어진 것이다. 즉, 전분이 건조한 상태로 있을 때는 나선형의 아밀로스가 아밀로펙틴 분자의 가지 사이에 끼어 부분적으로는 비결정을 이루고 있고 또 부분적으로는 결정을 이루고 있다. 그러나 호화가 일어나기 시작하면 전분입자 내에서 아밀로스와 아밀로펙틴의 재배열이 일어나 결정체로서의 구조는 없어진다.

 

가열된 전분용액이 되지는 이유는 전분의 각 입자가 물을 흡수하여 본래 크기의 몇 배로 커져 산포되어 있는 공간이 좁아지기 때문이다. 한 종류의 식물에서 얻은 전분이라 하더라도 같은 온도에서 동시에 호화되지 않는다. 같은 식물에서 얻은 전분이라도 입자의 크기가 상당히 다르다. 그중 전분입자가 큰 것이 작은 것보다 더 저온에서 호화되기 시작하고 작은 것은 높은 온도에서 호화되기 시작한다. 그러므로 전분입자가 큰 고구마나 감자는 전분입자가 작은 쌀이나 밀보다 더 빨리 호화되고, 가열온도가 높을수록 단시간에 호화된다. 즉 근경 전분은 곡류 전분보다 저온에서 호화된다고 할 수 있다. 대부분의 전분은 95℃ 이하의 온도에서 완전히 호화한다.

 

호화된 전분 입자는 건조 시킬 수 있으나 그 전분은 호화되기 전의 상태로 구조를 되돌릴 수 없다. 건조된 호화전분은 다량의 물을 재흡수하는 성질이 있는데 이러한 성질을 이용하여 인스턴트 컵라면, 인스턴트 밥 등을 제조, 판매하고 있다.

이것은 α 화한 전분에 물을 부으면 β 전분과는 달리 미립자가 없으므로 물이 쉽게 침투하여 전분을 둘러싸서 열을 가하지 않아도 호화상태가 된다.