학문

사과를 깎아두면 왜 갈색으로 변하나요? 갈변의 화학적 원리와 방지법이 궁금합니다.

안녕하세요.

사과나 배 같은 과일을 깎아서 공기 중에 잠시 두면 표면이 갈색으로 변하는 '갈변 현상'이 일어나는데요. 이것이 정확히 어떤 성분이 산소와 만나서 발생하는 화학 반응인지 궁금합니다. 또한, 소금물이나 설탕물에 담가두면 갈변을 막을 수 있다고 하는데, 여기에도 어떤 화학적 원리가 숨어 있는 것인가요?

2개의 답변이 있어요!

  • 안녕하세요.

    과일을 깎아 놓았을 때 표면이 갈색으로 변하는 현상은 효소적 갈변이라고 하는데요, 이는 과일 세포가 손상되면서 내부 성분들이 공기와 접촉할 때 일어나는 생화학 반응입니다. 정상적인 과일 세포 안에서는 여러 성분들이 서로 분리되어 있지만, 껍질을 깎거나 자르면 세포막이 파괴되면서, 과일 속에 있던 폴리페놀 계열 화합물과 산화 효소가 서로 만나게 됩니다. 이때 핵심 역할을 하는 효소가 폴리페놀 산화효소입니다. 이 효소는 공기 중 산소를 이용해 폴리페놀을 산화시키며, 결과적으로 퀴논이라는 반응성이 높은 중간 생성물이 만들어지고, 이것들이 서로 결합하면서 갈색 또는 갈흑색의 고분자 색소가 형성됩니다. 우리가 보는 갈색 변화가 바로 이 색소 때문인 것인데요, 즉 과일이 잘린 순간 세포 내부의 화학 성분들이 공기와 만나 산화 반응을 일으키는 것입니다.

    반면에 소금물이나 설탕물에 담그면 갈변이 늦어지는 이유는, 먼저 소금물은 삼투압과 효소 활성 억제 효과가 일부 작용하기 때문입니다. 소금 농도가 적절하면 과일 표면의 효소 활성이 다소 떨어질 수 있고, 산소가 효소와 접촉하는 환경도 일부 바뀔 수 있고, 표면 수분 환경이 달라지면서 산화 반응 속도가 느려질 수 있습니다. 다음으로 설탕물은 과일 표면에 얇은 당막 같은 환경을 형성해 공기 중 산소가 직접 닿는 속도를 늦출 수 있으며, 수분 활성도 변화시켜 효소 반응이 느려지는 데 일부 영향을 줄 수 있습니다. 소금물과 설탕물도 도움은 되지만 실제로 갈변 억제에 가장 강력한 방법 중 하나는 산성 환경을 만드는 것입니다. 예를 들어 레몬즙에 들어 있는 구연산이나 비타민 성분은 효소 활성을 낮추고 산화를 억제하는 효과가 있습니다. 감사합니다.

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    채택된 답변
  • 안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.

    사과가 갈색으로 변하는 것은 과일 속 화합물이 산소와 만나 구조가 변하는 효소적 갈변 현상 때문입니다. 사과 세포 안에는 폴리페놀이라는 성분과 이를 산화시키는 폴리페놀 산화효소가 들어 있습니다. 평소에는 이 둘이 서로 분리되어 있지만, 칼로 사과를 깎거나 충격을 주어 세포가 파괴되면 효소와 폴리페놀이 산소와 한데 섞이게 됩니다. 이때 효소의 도움을 받은 산소가 폴리페놀을 퀴논이라는 물질로 바꾸고, 이 퀴논들이 서로 결합하여 멜라닌과 같은 갈색 색소를 만들어내면서 표면이 변색되는 것입니다.

    ​이 과정을 막기 위해 사용하는 소금물이나 설탕물에는 농도 차이를 이용한 과학적 원리가 담겨 있습니다. 먼저 소금물에 담그면 소금의 염화 이온이 폴리페놀 산화효소의 활성을 억제하는 역할을 합니다. 효소가 제대로 일하지 못하게 방해하여 갈색 색소 형성을 늦추는 것입니다. 또한 소금물이나 설탕물은 과일 표면을 얇게 코팅하여 산소가 직접 닿는 것을 물리적으로 차단하는 막을 형성합니다.

    ​다른 방법으로는 비타민 C가 풍부한 레몬즙을 뿌리는 방식도 효과적입니다. 비타민 C는 산소와 먼저 결합하는 항산화 작용을 하기 때문에, 사과의 폴리페놀이 산화되는 순서를 뒤로 미루어 줍니다. 산성 환경을 만들어 효소의 활동을 떨어뜨리는 효과도 동시에 얻을 수 있습니다. 결국 갈변을 막는 핵심은 효소의 활동을 방해하거나 산소와의 접촉을 얼마나 효과적으로 차단하느냐에 달려 있습니다.