[월간 화학] 단맛과 짠맛의 화학

[월간 화학] 단맛과 짠맛의 화학

 

과학쿠키 (과학 커뮤니케이터, ‘과학쿠키’ 유튜브 채널 운영자)

✒️’월간 화학’은 과학자가 들려주는 화학 이야기로 외부 필진의 화학 칼럼을 전해드리는 코너입니다.

 

요리할 때 절대 빠질 수 없는 두 가지의 핵심재료가 있습니다. 바로 소금과 설탕입니다. 간단하지만 효과적인 레시피를 쉽게 알려주는 백종원 선생님 또한 설탕이나 소금, 간장 같은 조미료에 대한 사랑을 아끼지 않습니다. 

그런데 여러분, 우리는 왜 이처럼 달콤하면서 중독성이 강한 단짠, 단짠한 음식들을 좋아하는 걸까요? 또 왜 이런 음식들을 먹으면 기분이 좋아지고, 행복해지는 걸까요? 그래서 오늘은 단 음식과 짠 음식에 담겨있는 재미있는 화학의 비밀에 대해서 알아보고자 합니다.

 

 

01

인류와 뗄 수 없는 관계, 소금 

 

전쟁의 승패를 결정짓는 소금의 중요성

'빛과 소금'이라는 말이 있듯이 소금은 인간에게 정말 없어서는 안 될 소중한 존재입니다. 그러나 예로부터 소금이 생산되는 지역이 한정되어 있기 때문에 그에 따른 전쟁이 자주 일어났다고 합니다. 그 중 대표적인 소금전쟁 중 하나가 바로 미국의 남북전쟁이었습니다. 

지금으로부터 약 150년 전인 1864년, 미국에서는 남북전쟁이 한창 진행되고 있었습니다. 당시 북군은 남부의 항구를 봉쇄하기 위한 작전을 펼치고 있었는데요. 왜냐하면 당시 미국의 남부 지역은 생활필수품의 대부분을 수입에 의존하고 있었고, 북군은 이를 너무나 잘 알고 있었기 때문이었습니다. 전쟁에 있어서 물자는 정말 중요한 요소이고, 이것을 북군은 집요하게 노리고 있었던 것입니다. 그러던 중 북군은 버지니아주의 소금 마을인 '솔트빌(Saltville)'까지 장악해버리게 되고, 이듬해 남군은 이로 인해 항복을 선언하게 되었는데, 이 때 남군의 한 장교는 이런 말을 남겼다고 합니다.  

 

"우리가 전쟁에서 패한 건 소금을 빼앗겼기 때문이다"

 

전세계 어디서든 찾을 수 있는 소금과 연관된 어원

소금의 중요성이 얼마나 컸으면, 전 세계 어느 곳을 가도 소금과 연관된 지명을 찾을 수 있습니다. 모차르트의 고향이자 매력적인 음악 도시인 오스트리아 잘츠부르크(Salzburg)는 소금의 도시 혹은 소금의 성이라는 뜻을 가졌고, 과거 유럽 전역에 소금을 공급하면서 막대한 부를 축적했습니다. 또한 병사라는 뜻의 Soldier는 소금으로 급여를 받던 병사에서 유래되었고, 그리스 신화에 등장하는 건강의 여신 ‘살루스(Salus)’라는 이름도 '소금이 건강에 유익하다'라는 뜻을 내포하고 있었습니다. 이처럼 동서고금을 막론하고 소금은 인류 역사에 지대한 영향을 끼쳤죠. 

 

 

 

02

소금의 화학적 탐구

  

사람이 생명을 유지하기 위해 유지해야 하는 염분 농도

화학에서는 소금을 NaCl, 즉 염화소듐이라고 부릅니다. 분자식에서도 알 수 있듯이 소금은 소듐(나트륨)과 염소의 화합물로서 두 이온이 같은 비율로 결합하고 있는 입방체의 결정입니다. 소금을 자연에서 구하는 방법으로는 바닷물, 또는 암반 속에 있는 염화나트륨인 암염으로부터 얻을 수 있습니다. 

재미있는 것은 소금이 우리 몸에 정말 중요한 물질이라는 사실이죠. 사람의 몸은 70%가 물로 이뤄져 있으며, 사람 몸 속에 있는 물에는 약 0.9%의 소금이 녹아 있죠. 사람이 생명을 유지하기 위해서는 체액의 염분 농도를 적정하게 유지해줘야 하는데, 이는 우리 몸의 신경계가 나트륨 이온의 농도 차에 의한 신호전달을 만들기 때문입니다. 염분 섭취량이 늘어나면 과다한 나트륨은 소변으로 배출되고 부족하면 신장에서 나트륨의 재흡수가 이뤄집니다. 또한 소금의 재료 중 하나인 염소는 위액이 염산을 만드는 데 유용하게 이용되고 있는데요, 바로 이러한 이유로 소금이 부족하면 소화액이 원활하게 공급되지 않고 이것은 결국 식욕이 떨어지는 결과를 초래하게 된다고 과학자들은 분석하고 있습니다.

 

소금의 화학작용을 이용한 고기 맛있게 굽는 방법

그리고 소금을 이용하면 고기를 좀 더 맛있게 먹을 수 있다는 사실, 알고 계셨나요? 단순히 간을 맞추기가 아닌, 소금의 화학작용을 교묘하게 이용하면 요리를 맛있고 풍부하게 할 수 있다고 합니다. 대표적인 사례가 고기 표면에 밑간을 하는 것입니다. 밑간이 이뤄지면 겉면의 고기 세포 수분이 고기 표면 밖으로 쭉 빠져나오게 되면서 단단하게 붙게 됩니다. 삼투현상이라는 화학적 현상 때문에 표면이 경화되어 버린 것이죠. 이렇게 만들어진 고기 표면의 단단한 레이어는 고기가 노릇노릇하게 구워지도록 만들어주는데요. 이 반응을 화학에서는 마이야르 반응이라고 합니다. 

마이야르 반응은 최소 120도에서 일어나기 시작하며, 약 150도 정도는 되어야 활발하게 일어나게 되는데, 고기 겉면에 물기가 많다면 물의 높은 비열과 끓는점 때문에 일반적으로는 쉽게 이 반응이 효과적으로 일어나기 쉽지 않아요. 하지만 앞선 방법처럼 소금을 이용하면 상대적으로 쉽게 이 반응에 도달할 수 있고, 그래서 밑간을 한 고기가 밑간을 하지 않은 고기보다 훨씬 더 육즙이 풍부한 것처럼 느끼게 되는 것이죠. 

고기를 노릇노릇하게 굽는 화학의 비밀, ‘마이야르 반응’이 더 궁금하다면?

고기는 불맛? 마이야르 반응으로 더 맛있는 삽겹살 데이!

 

 

03

설탕의 화학적 탐구

 

 

도파민을 분비시켜 기분 좋게 하는 단맛의 비밀

배부르게 한 끼를 든든히 먹었다면, 달콤한 디저트가 생각나기 마련인데요, 우리는 왜 이렇게 단맛을 좋아하는 걸까요? 단맛이 우리를 기분 좋게 만드는 연구 결과는 상당 수 있지만, 대체 왜 단맛이 우리에게 기분 좋은 감정을 만드는지에 관한 분명한 메커니즘은 아직 제대로 밝혀지지 않았습니다. 다만 이에 대해 추론해 볼 수 있는 몇 가지 사실들이 있습니다. 

진화심리학 학자들의 몇 가지 주장에 따르면 인류는 상한 음식을 피하고 영양가 높은 음식을 먹기 위해 단맛을 좋아하도록 진화했다고 이야기하고 있습니다. 이와 같은 과정 속에서 자연스럽게 단 맛은 뇌 속 도파민을 분비시켜, 기분 좋은 감정과 결합할 수 있게 되었다고 여기고 있습니다.

 

에너지원인 설탕

소금과 달리 단맛의 근원인 설탕은 에너지원으로 사용됩니다. 3대 영양소인 탄수화물, 지방, 단백질 중 가장 많이 이용되는 에너지원인 탄수화물의 일종인 설탕은 대부분의 3대 영양소를 지니고 있는 음식에 풍부하게 함유되어 있습니다. 사과, 배를 포함해 잘 익은 쌀에서도 단맛을 느낄 수 있죠. 우리에게 단맛을 선사해주는 주성분은 수많은 탄수화물을 만들어주는 기본체인 단당류, 이당류, 그리고 다당류로 구분할 수 있습니다. 대표적인 단당류로는 포도당, 과당, 갈락토스 등이 있고 이당류에는 설탕, 젖당, 그리고 다당류에는 전분, 글리코겐, 셀룰로스 등이 있습니다. 

이러한 당류들은 주로 식물의 광합성으로부터 만들어집니다. 녹색을 띠는 식물들은 잎사귀에 엽록체를 많이 가지고 있는데, 이 엽록체 안에 들어있는 엽록소는 빛에너지를 원동력으로 하여 이산화탄소와 물을 합성해 당류를 만들어냅니다. 그리고 이렇게 당류를 만들면서 발생하는 부산물이 바로 산소이죠. 인간을 포함한 모든 호흡을 하는 생명체에게 있어, 당류와 산소를 만들어내는 식물의 공장은 놀라울 정도로 감사한 공장임에는 틀림 없다고 이야기할 수 있습니다.

 

 

04

당과 관련한 재미있는 사실

 

 

세균에게 치명적인 당의 수분 흡수능력

당류와 관련된 또 하나의 재미있는 사실이 있습니다. 기본적으로 당류는 뛰어난 수분 흡수능력을 가지고 있습니다. 그렇기 때문에 꿀처럼 고밀도로 농축된 당은 음식의 부패를 막아줍니다. 대표적으로 잼, 꿀과 같은 형태들이 그 예라고 할 수 있죠. 

사실 당은 세균이 살아가는 데에도 영양소를 공급해주는 중요하며 좋은 음식이지만, 꿀과 같이 고밀도로 응축되어 있는 당은 세균에게 치명적입니다. 만약 꿀 안으로 세균이 침투하게 되면 그 균의 체내에 있는 모든 수분이 당 쪽으로 빠져나가게 되죠. 이것을 삼투 현상이라고 부릅니다. 이 때문에 미생물은 꿀과 같은 고밀도의 당에서는 살아가기 힘듭니다. 이는 곧 자연스럽게 방부 역할을 하게 되면서, 꿀이 오랜 시간 부패하지 않도록 만들어주는 효과로 나타나는 것입니다.

 

매운 양파에서 단맛이 나타나는 원리

또한 요리를 할 때 양파를 이용하면 깊은 단맛을 만들어낼 수 있습니다. 물론 그냥 그대로의 양파는 아니고 기름에 충분히 볶아 화학 변화가 일어난 양파 성분에서, 이와 같은 단맛을 이끌어낼 수 있죠. 대체 어떻게 매운 양파에서 단맛이 나타날까요? 

일반적으로 양파의 매운 맛을 내는 물질은 양파 속의 황과 알리신의 화합물인 황화알릴이라고 알려진 물질입니다. 양파를 까거나 썰 때면 늘 눈이 따갑고 매운 느낌이 들게 마련인데, 그 이유가 바로 황화알릴은 공기 중으로 쉽게 녹아들어 눈에 들어가 점막을 자극하기 때문입니다. 그런데 이 황화알릴은 열에 쉽게 분해되는 특성을 지니고 있어서, 양파를 까거나 다질 때 가스레인지 불을 켜 두면 눈이 매워지는 것을 사전에 막을 수 있습니다. 이와 같은 일은 팬 위에서도 일어나죠. 양파를 기름과 같이 볶으면 양파 속 황화알릴이 분해되면서 설탕의 약 50배에 달하는 단맛을 내는 양파당을 만듭니다. 이 때문에 양파를 아주 오랜 시간 동안 볶아 충분히 양파당을 만들면, 영양소도 풍부하고 설탕보다 훨씬 깊고 풍부한 단맛을 이끌어 낸 식재료로 활용할 수 있게 되는 것입니다.

 

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