식품의 일반성분에서 수분의 일반적인 구조 및 특징

공기와 더불어 수분은 영양소에는 포함되지 않습니다. 다만 모든 생물의 생명을 유지하기 위한 필수적인 요소입니다. 수분은 식품 안에 수용성 영양서와 색소 성분을 녹이는 작용을 하며, 단백질과 전분 등의 물질 입자를 흐뜨려놓는 작용도 합니다. 즉, 물과 영양소와 노폐물의 운반체, 반앵매체, 분산매 및 단백질의 반응성에 결과를 미칩니다. 식품에서 물은 구조, 맛, 형태 등에 엄청난 영향을 미치며, 수분의 함량도 식품의 저장, 가공, 수송에도 중요한 역할을 합니다. 수분은 모든 생명체의 기본 성분입니다. 그럼 이렇게 중요한 수분에 대해서 자세히 알아보도록 합시다. 

 

 

식품의 일반 성분인 물분자의 구조

물은 산소 원자 1개와 수소 원자 2개가 공유 결합을 하고 있습니다. 산소 원자를 중심으로 2개의 수소 원자가 약 104.5도의 각도를 이루고 있습니다. 한 개의 물분자의 산소 원자가 결합한 물분자의 수소 원자를 전기 현상으로 당기고 있는데 이를 수소 결합이라고 합니다. 식품에서는 -OH기를 갖는 당질과 -NH기를 갖는 단백질 등의 성분이 물분자의 수소 원자와 수소 결합을 하고 있습니다.

식품의 일반 성문에서 수분의 존재상태

식품 안에 들어가 있는 물은 결합수와 유리수 등 2가지 형태로 존재합니다. 하나의 식품 속에서 결합수와 유리수는 서로 개별적으로 존재하는 것이 아니며, 극히 일부는 서로 전환되기도 합니다. 즉 자유수는 결합수로, 결합수는 자유수로 전환되기도 합니다. 

 

유리수를 살펴보면 당류, 염류, 수용성 단백질 등을 용해하는 용매로 작용하는 물을 일컫으며 아래와 같은 성질이 있습니다. 

 

1) 가용성 물질인 염류, 당류, 수용성 단백질을 녹이고, 전분, 단백질, 지질 등의 불용성 물질을 분산시켜 교질 형태로 만듭니다. 즉 전해질을 잘 녹입니다. 

2) 녹는점과 끓는점이 상당히 높습니다. 물분자끼리 수소 결합을 하고 그 분자 운동성을 약화시킵니다. 

3) 끓이기와 식히기가 어렵습니다.

4) 비중은 4도에서 최고이고 물의 표면부터 업니다. 

5) 점성이 큽니다. 물분자는 서로 인력이 있기 때문에 점성이 매우 큽니다. 

6) 건조 시 쉽게 수분이 없어집니다. 

7) 미생물이 유리수를 이용합니다. 즉, 생육과 번식을 할 수 있습니다. 

 

이에 반해 결합수는 유리수와는 다른 특성을 지닙니다. 결합수는 식품 중의 탄수화물이나 단백질 분자들과 결합되어 있기 때문에 자유롭지 못합니다. 대체적으로 반대 개념으로 생각하시면 됩니다. 

일반적인 수분 활성도

식품 중의 수분은 주위의 환경조건에 변화하므로, 식품 속에 있는 함수량을 %로 표시하지 않고 대기 중의 상대습도까지 고려한 수분활성도로 표시합니다. 따라서 어떤 식품은 전체 밀폐된 용기에 오랜 시간 방치하면 결국 식품 중의 수분함량과 대기 중의 수분함량이 평형 상태를 이룹니다. 이 평형 일 때 식품의 수분 함량은 대기 중의 수분함량, 즉 상대 습도와 식품 자체의 특성 등에 의해 정해집니다. 수분활성도는 어떤 임의적인 온도에서 식품이 표시하는 수증기압에 대한 그 온도에 있어서의 순수한 물의 수증기압의 비로 정의 됩니다. 

 

수분에 있어서 등온흡습곡선 

 식품 중의 수분 함량은 상대습도와 평행을 이릅니다. 그때의 수분함량을 평형수분이라고 합니다. 상대습도와의 관계를 표시한 곡선을 등온흡습곡선이라고 합니다. 대체적으로 식품에서는 수분의 흡습 및 탈습곡선이 일치하지 않는 결과를 가져옵니다. 이러한 현상을 이력현상이라고 합니다. 상대습도와 평형 수분함량 사이의 관계를 표시한 곡선을 등온흡습곡선이라고 일컫으며, 대체적으로 등온흡습곡선은 S자 형태의 곡선을 표현합니다. 식품 중 수분 함량이 5~10% 정도인 물분자들이 단분자층을 형성하는 영역과 등온곡선에서 상대습도의 증가에 따라 수분 함량이 급격히 증가하는 영역, 즉 다분자층을 형성하는 영역 및 식품 속의 수분이 여러 식품성분에 대해서 용매로 작용하는 모세관응고인 영역을 말합니다. 

 

건조달걀, 쇠곡, 대구, 인스턴트커피, 전분호, 감자, 오렌지 주스의 등온흡습곡선을 살펴보면 대체적으로 동일한 S형태의 그래프 곡선을 보이지만 대구의 경우 상대습도가 높아지면 수분함량이 굉장히 비례해서 높아지는 것을 알 수 있습니다. 반경 건조 달걀을 일정 습도부터는 수분함량이 높아지지 않습니다. 이처럼 대부분 식품에서는 수분의 흡습 및 탈습곡선이 일치하지 않은데 이를 이력 현상이라고 합니다. 

 

정리하자면, 물분자의 산소는 인접한 물분자의 수소 원자와 수소 결합을 이루고 있고, 식품 중에 존재하는 모든 수분은 세포 내에서 자유롭게 이동 가능하며, 증발, 동결이 용이하게 이루어지는 물인 자유수와 조직 내의 탄수화물, 지질, 단백질 등의 성분과 결합하여 증발 등이 잘 이루어지지 않는 물인 결합수의 두 가지 형태로 존재합니다. 

식품의 수분함량은 대기 중의 상대습도에 의하여 크게 영향을 받으므로 상대습도까지 고려한 수분 함량으로 표시하는 것이 바람직합니다.