신선한 우유에 산성을 띠는 식초나 레몬즙을 떨어뜨리면 우유 속의 주요 단백질인 카세인이 산성 환경에서 전하를 잃고 엉겨 붙어 흰 덩어리를 형성하는 원리가 궁금합니다.

Question

신선한 우유에 산성을 띠는 식초나 레몬즙을 떨어뜨리면 우유 속의 주요 단백질인 카세인이 산성 환경에서 전하를 잃고 엉겨 붙어 흰 덩어리를 형성하는 원리가 궁금합니다.

Answer 1

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.

우유에 식초나 레몬즙 같은 산성 물질을 넣으면 흰 덩어리가 생기는 것은 우유 속 단백질인 카세인의 화학적 성질 변화 때문입니다. 신선한 우유 상태에서 카세인 단백질들은 표면에 음전하를 띠고 있습니다. 자석의 같은 극이 서로를 밀어내듯이, 이 음전하들이 서로를 밀어내는 정전기적 반발력 덕분에 카세인은 뭉치지 않고 우유 속에 고르게 퍼져 액체 상태를 유지할 수 있습니다.

​하지만 식초나 레몬즙이 들어가면 우유의 산도가 높아지면서 수소 이온이 다량으로 공급됩니다. 이 수소 이온들이 카세인 표면의 음전하와 결합하여 전하를 중화시킵니다. 수용액의 산도가 카세인의 등전점인 약 수소이온농도 4.6에 도달하면 카세인 단백질이 띠고 있는 전체 전하는 0이 됩니다.

​전하가 0이 되는 순간 단백질들이 서로를 밀어내던 반발력이 완전히 사라지게 됩니다. 이때 물을 싫어하는 성질을 가진 카세인 분자들끼리 서로를 강하게 당기며 엉겨 붙기 시작합니다. 결국 미세하게 분산되어 있던 단백질들이 거대한 그물망 구조로 뭉치면서 물에 녹지 않는 흰색 침전물 덩어리를 형성하게 됩니다. 이것이 치즈를 만들 때 단백질을 응고시키는 핵심 원리이기도 합니다.

Answer 2

안녕하세요.

우유에 식초나 레몬즙을 넣으면 흰 덩어리가 생기는 이유는 말씀하신 것처럼 우유 속 주요 단백질인 카세인의 전하와 안정성이 변하기 때문이며, 이는 단백질 표면의 전기적 균형이 무너지면서 일어나는 응집 반응이라고 볼 수 있습니다. 원래 신선한 우유 속 카세인은 카세인 미셀이라는 작은 입자 형태로 물속에 분산되어 있는데요, 이 미셀 표면에는 음전하가 있어 서로 밀어내기 때문에 카세인이 뭉치지 않고 우유가 균일한 액체 상태를 유지합니다. 그런데 식초나 레몬즙을 넣으면 우유의 pH가 낮아져 산성이 되고, 산성 환경에서는 카세인 표면의 음전하가 점점 중화되어 전기적 반발력이 약해집니다. 특히 카세인의 등전점 부근에 도달하면 양전하와 음전하가 균형을 이루어 순전하가 거의 0이 됩니다. 이 상태에서는 서로 밀어내는 힘이 사라져 카세인 분자들이 가까워지고, 소수성 상호작용 등으로 인해 서로 엉겨 붙어 응고가 일어나며, 결과적으로 눈에 보이는 흰 덩어리인 커드가 형성됩니다. 분리된 액체 부분은 유청으로, 물, 유당, 일부 단백질과 무기질 등이 남아 있으며, 실제로 치즈나 리코타 같은 유제품 제조에서도 이런 원리를 이용합니다. 감사합니다.