아스파탐의 화학적 구조(펩타이드 결합)와 열에 약해 요리에 사용하기 어려운 이유가 무엇인가요?

Question

설탕 대신 사용하는 아스파탐은 매우 적은 양으로도 단맛을 냅니다. 아스파탐의 화학적 구조(펩타이드 결합)와 열에 약해 요리에 사용하기 어려운 이유가 무엇인가요?

Answer 1

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.

아스파탐은 설탕보다 훨씬 적은 양으로도 강렬한 단맛을 내는 감미료로, 그 구조를 들여다보면 두 개의 아미노산인 아스파트산과 페닐알라닌이 연결된 펩타이드 결합 형태를 띠고 있습니다. 이 펩타이드 결합은 아미노산의 카복실기와 아미노기가 만나 물 분자가 빠져나가며 형성되는 일종의 단백질 사슬과 같습니다. 이러한 특정 입체 구조가 우리 혀의 단맛 수용체와 정교하게 들어맞기 때문에 아주 소량만으로도 설탕과 유사한 단맛의 신호를 뇌에 전달할 수 있습니다.

​하지만 아스파탐은 열에 매우 취약하다는 치명적인 단점이 있습니다. 아스파탐의 골격을 유지하는 펩타이드 결합과 에스테르 결합은 고온의 열에너지를 받으면 쉽게 끊어지는 성질이 있기 때문입니다. 열에 의해 분자 구조가 본래의 형태를 잃고 개별 아미노산 등으로 분해되면, 단맛 수용체와 결합하던 기능이 사라져 단맛을 더 이상 낼 수 없게 됩니다.

​따라서 아스파탐은 고온에서 굽거나 끓이는 요리에 사용하기 어렵습니다. 조리 과정에서 열을 가하면 감미료로서의 효능이 금방 사라지기 때문입니다. 이런 이유로 아스파탐은 주로 가열 공정이 없는 탄산음료나 유제품, 또는 조리가 모두 끝난 뒤에 첨가하는 방식의 가공식품에 주로 활용됩니다. 효율적인 단맛을 가졌음에도 열이라는 환경 변화에 민감하게 반응하는 단백질 조각의 특성이 그대로 반영된 결과입니다.

Answer 2

안녕하세요.

설탕 대체제로 쓰이곤 하는 대표적인 대체 감미료 중 하나가 말씀해주신 아스파탐인데요, 이는 설탕보다 훨씬 적은 양으로도 강한 단맛을 낼 수 있는 물질입니다. 보통 무게 기준으로 설탕보다 수백 배 정도 강한 단맛을 느끼게 할 수 있어 다이어트 식품, 음료, 무설탕 제품 등에 널리 사용됩니다. 화학적으로 아스파탐은 단순한 당류가 아니라 두 개의 아미노산이 연결된 작은 펩타이드 유도체인데요, 아스파르트산과 페닐알라닌이라는 아미노산이 연결되어 있으며, 이 둘은 펩타이드 결합으로 이어져 있습니다. 펩타이드 결합은 한 아미노산의 카복실기와 다른 아미노산의 아미노기가 결합하면서 물이 빠져나가는 축합 반응으로 형성되는 결합입니다.

이때 아스파탐이 단맛을 내는 이유는 이 분자의 특정 입체 구조와 전하 분포가 혀의 단맛 수용체와 잘 결합하기 때문인데요, 즉 아스파탐이 당분은 아니지만 단맛 수용체를 효과적으로 자극할 수 있는 분자 구조를 가지고 있는 것입니다. 하지만 말씀해주신 것과 같이 아스파탐은 열에 상대적으로 약한 단점이 있습니다. 이는 분자 안에 있는 펩타이드 결합과 다른 작용기들이 높은 온도에서 화학적으로 불안정해질 수 있기 때문입니다. 열이 가해지면 펩타이드 결합 주변 구조가 변하거나 일부 분해 반응이 일어날 수 있고, 분자의 입체 구조도 달라질 수 있으므로, 결과적으로 원래 단맛 수용체와 잘 맞던 구조가 변형되어 단맛이 감소하거나 사라질 수 있습니다. 또한 고온에서는 가수분해나 구조 재배열 같은 반응이 촉진되어, 아스파탐이 다른 화합물로 분해될 가능성도 커지다보니 원래의 감미 특성을 유지하기 어려워지는 것입니다. 따라서 아스파탐은 차가운 음료, 껌, 요구르트, 단백질 음료 같은 비교적 낮은 온도 환경의 식품에 더 많이 활용됩니다. 감사합니다.