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음료수에 들어가는 수용성 색소가 혀에는 잘 착색되지만 금방 지워지는 이유가 무엇인가요?
음료수에 들어가는 수용성 색소가 혀에는 잘 착색되지만 금방 지워지는 이유가 무엇인지, 색소 분자와 혀의 단백질 사이의 수소 결합/반데르발스 힘의 세기와 물에 대한 용해도 관점에서 설명해 주세요.
3개의 답변이 있어요!
안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.
음료수에 들어가는 식용 색소가 혀를 금방 물들이면서도 물 한 모금에 쉽게 지워지는 이유는 색소 분자가 혀 표면과 맺는 결합의 종류와 물에 대한 압도적인 친화력 때문입니다.
우선 착색이 일어나는 이유는 색소 분자와 혀 표면 단백질 사이의 미세한 인력 덕분입니다. 수용성 색소 분자는 산소나 질소를 포함한 극성 구조를 가지고 있어, 혀의 단백질 분자들과 만났을 때 수소 결합이나 반데르발스 힘과 같은 물리적 인력을 형성합니다. 비록 이 힘은 원자끼리 전자를 공유하는 강한 화학 결합은 아니지만, 색소 분자가 혀의 오목한 돌기 사이에 머물며 일시적으로 달라붙어 있게 하기에는 충분합니다.
하지만 이 결합은 에너지가 매우 낮고 가역적입니다. 여기서 색소의 수용성이라는 특징이 결정적인 변수가 됩니다. 식용 색소는 물에 아주 잘 녹도록 설계된 분자인데, 이는 색소 분자가 단백질과 손을 잡고 있는 것보다 물 분자에 둘러싸여 있을 때 훨씬 안정적이라는 의미입니다. 따라서 혀에 붙어 있던 색소 분자들은 침이나 물이 들어오면 단백질과의 약한 결합을 즉시 끊고 물 분자 쪽으로 이동하여 녹아버립니다.
결국 색소 분자는 혀 단백질과 아주 가벼운 '물리적 접촉'만 하고 있다가, 물이라는 더 강력한 용매가 나타나면 순식간에 그쪽으로 옮겨가 씻겨 내려가게 됩니다. 혀 돌기라는 물리적 구조 덕분에 잠깐은 머물 수 있지만, 화학적으로는 물을 훨씬 좋아하기 때문에 착색이 오래 유지되지 않는 것입니다. 이러한 용해도와 분자 간 인력의 절묘한 균형 덕분에 우리는 음료를 마시는 즐거움은 누리면서도 착색에 대한 걱정은 덜 수 있습니다.
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채택된 답변안녕하세요.
말씀해주신 것처럼 음료수에 들어가는 수용성 식용 색소가 혀를 착색되었다가도 금방 지워질 수 있는 것은 혀 표면과 색소 사이에는 약하고 가역적인 상호작용만 형성되며 색소가 물이나 침에 매우 잘 녹기 때문입니다. 우선 혀 표면은 유두라고 하는 미세 돌기와 점막, 타액 단백질, 점액, 탈락 중인 상피세포로 이루어진 표면인데요, 여기에 음료가 닿으면 색소 분자가 표면 틈새에 들어가고, 단백질이나 점액 성분 가까이에 모입니다. 혀가 거칠고 돌기가 많아 색소가 일시적으로 많이 남아 보이기 때문에 착색이 잘 되는 것처럼 느껴질 수 있습니다.
색소 분자와 혀 단백질 사이에는 주로 수소 결합이나 반데르발스 힘 같은 비공유 결합성 상호작용이 작용하는데요, 예를 들어 색소 분자에 있는 하이드록실기, 설폰산기, 카복실기 등은 단백질 표면의 아미노산 잔기와 수소 결합을 만들고, 이때 방향족 고리 구조가 있다면 단백질의 소수성 부위와 약한 반데르발스 상호작용도 가능하기 때문에 혀 표면에 색소가 흡착되어 순간적으로 선명한 색이 나타납니다. 하지만 공유결합이 아니다보니 결합의 세기가 약한데다가, 물 분자와 경쟁하는 가역적 결합입니다. 따라서 지속적으로 침이 흐르고 혀가 움직이는 구강 환경에서 쉽게 떨어지게 됩니다. 또한 색소는 물에 잘 녹도록 만들어져 있는데요, 식용 음료 색소는 대개 극성기가 많아 물과 매우 잘 상호작용합니다. 즉 색소 분자는 혀 단백질에 붙어 있는 것보다 주변의 물침 분자에 둘러싸여 용해 상태로 존재하기 때문에 침 속 물 분자가 색소와 경쟁적으로 수소 결합을 형성하면서 색소를 표면에서 떼어내고 다시 용액 상태로 끌고 갈 수 있습니다. 감사합니다.