산패
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1. 개요
산패는 유지(기름)가 공기, 수분, 효소 등에 의해 분해되어 불쾌한 냄새와 맛을 내는 현상이다. 산패는 가수분해적 산패, 산화적 산패, 미생물에 의한 산패로 나눌 수 있다. 가수분해적 산패는 수분, 산, 효소 등에 의해 유리지방산과 글리세롤로 분해되는 것이며, 산화적 산패는 불포화 지방산이 산소와 반응하여 발생하는 것이다. 미생물에 의한 산패는 미생물이 생산하는 효소에 의해 유지가 분해되는 것이다. 산패는 식품의 품질을 저하시키고, 항산화제, 적절한 보관, 산소 제거 기술 등을 통해 예방할 수 있다. 산패의 정도는 랑시맷 방법과 같은 산화 안정성 측정 방법을 통해 측정할 수 있다.
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| 산패 | |
|---|---|
| 개요 | |
| 정의 | 산패(酸敗, rancidification)는 지방 또는 기름이 산화되거나 가수 분해되어 불쾌한 냄새와 맛이 나는 상태를 말한다. |
| 원인 | 공기 중 산소 습기 빛 미생물 효소 |
| 발생 조건 | 지방 또는 기름의 불포화 지방산 함량이 높을수록 산패되기 쉽다. 고온에 노출될 경우 산패가 촉진된다. 금속 이온 존재 하에 산패가 촉진된다. |
| 영향 | 식품의 품질 저하 영양가 감소 인체에 유해한 물질 생성 가능성 |
| 유형 | |
| 가수 분해적 산패 | 지방이 물과 반응하여 글리세롤과 지방산으로 분해되는 현상. |
| 산화적 산패 | 지방이 산소와 반응하여 과산화물, 알데하이드, 케톤 등으로 분해되는 현상. |
| 케톤 산패 | 곰팡이 또는 미생물에 의해 지방산이 분해되어 케톤을 생성하는 현상. |
| 방지법 | |
| 일반적인 방법 | 밀폐 용기에 보관 저온 보관 햇빛 차단 항산화제 첨가 (비타민 E, BHT, BHA 등) 질소 충전 포장 |
| 산업적인 방법 | 수소화 (hydrogenation) 탈취 (deodorization) 겨울화 (winterization) |
| 감지 및 정량화 | |
| 방법 | 과산화물가 (peroxide value) 산가 (acid value) 카르보닐가 (carbonyl value) 총 극성 물질 (total polar materials) |
| 법적 규제 | |
| 기준 | 법적으로 정해진 산패 기준이 존재한다. |
2. 산패의 경로
- 가수분해적 산패: 수분, 산, 알칼리, 효소 등에 의해 유리지방산과 글리세롤로 분해되어 불쾌한 냄새나 맛을 내는 현상이다. 버터와 같이 분자량이 작은 낙농제품에서 주로 발생하며, 유지의 원료 식품에 함유된 지방 분해 효소에 의해서도 일어난다.
- 산화적 산패: 기름 속 불포화 지방산이 공기 중의 산소와 반응하여 불쾌한 냄새나 맛을 유발한다. 빛, 열, 금속 이온 등이 이 과정을 촉진하며, 산소가 과산화 생성물을 형성하여 유지의 산화를 촉매하는 '자동 산화'라고도 불린다.
- 미생물에 의한 산패: 세균이나 곰팡이와 같은 미생물이 생산하는 리파아제 등의 효소가 유지를 분해하는 과정이다.
2. 1. 가수분해적 산패
기름은 수분, 산, 알칼리, 효소 등에 의해 유리지방산과 글리세롤로 분해되며 불쾌한 냄새나 맛을 나타낸다. 이를 가수분해적 산패라고 하며, 버터와 같이 분자량이 작은 낙농제품에서 일어나기 쉽다. 유지의 원료 식품에 함유되어 있는 지방 분해 효소에 의해 발생하기도 한다.가수분해적 산패는 트라이글리세리드가 가수분해되어 유리 지방산이 방출될 때 발생하는 냄새를 말한다. 지질과 물의 반응에는 촉매 (예: 리파아제[7], 산성 또는 알칼리성 조건)가 필요할 수 있으며, 유리 지방산과 글리세롤이 생성된다. 특히, 부티르산과 같은 단쇄 지방산은 냄새가 고약하다.[6] 단쇄 지방산은 스스로 촉매 역할을 하여 반응을 더욱 가속화하는 자가촉매작용 형태를 띤다.[6]
2. 2. 산화적 산패
산화적 산패는 공기 중의 산소에 의한 분해와 관련이 있다. 산화적 산패는 빛을 차단하는 포장, 무산소 환경(밀폐 용기) 및 산화 방지제 첨가로 예방할 수 있다.[6]2. 2. 1. 자유 라디칼 산화
기름의 불포화 지방산이 산화되어 불쾌한 맛이나 냄새가 나는 경우가 있는데, 이는 공기 중의 산소가 원인이다. 산소가 과산화 생성물을 형성하여 유지의 산화를 촉매하면 자동적으로 산화가 진행되므로 '자동 산화'라고도 한다. 빛, 열, 금속 이온 등이 이 과정을 촉진한다.불포화 지방산의 이중 결합은 분자 산소를 포함하는 자유 라디칼 반응에 의해 절단될 수 있다. 이 반응은 악취가 나고 휘발성이 높은 알데히드와 케톤을 방출한다. 자유 라디칼 반응의 특성상 이 반응은 햇빛에 의해 촉매된다.[6] 산화는 주로 불포화 지방에서 발생한다. 예를 들어, 고기를 냉장 또는 냉동 상태로 보관하더라도 다중 불포화 지방은 계속 산화되어 천천히 산패된다. 산패를 초래할 수 있는 지방 산화 과정은 동물을 도축한 직후 근육, 근내 지방, 근간 지방 및 표면 지방이 공기 중의 산소에 노출되면서 시작된다. 이 화학적 과정은 더 낮은 온도에서 더 느리게 진행되지만 냉동 보관 중에도 계속된다. 산화적 산패는 빛을 차단하는 포장, 무산소 환경(밀폐 용기) 및 산화 방지제 첨가로 예방할 수 있다.[6]
2. 2. 2. 효소 촉매 산화
불포화 지방산의 이중 결합은 식물이나 동물 리폭시게나제 효소에 의해 촉매되는 반응에서 공기 중의 산소에 의해 산화될 수 있으며, 자유 라디칼 과산화와 마찬가지로 반응성 중간체인 과산화수소를 생성한다.[7] 조건에 따라 최종 생성물은 달라진다. 리폭시게나제 기사에서 과산화수소 분해 효소 효소가 존재하면 과산화수소를 절단하여 단쇄 지방산과 이염기산을 생성할 수 있음을 보여준다(이 중 일부는 부패한 지방에서 처음 발견되었다).2. 3. 미생물에 의한 산패
미생물에 의한 산패는 세균이나 곰팡이와 같은 미생물이 생산하는 리파아제 등의 효소가 유지를 분해하는 과정이다.[7] 이 과정은 살균법 또는 비타민 E와 같은 산화 방지제 첨가를 통해 미생물의 성장을 억제함으로써 줄일 수 있다.[7]3. 산패의 영향 및 안전성
과학계에서는 산패 또는 지질 산화가 인체 건강에 미치는 영향에 대해 우려하고 있지만, 관련 자료는 거의 없다.[8][9] 동물 실험에서는 산패된 지질의 투여량이 사람이 섭취하는 양보다 많지만, 장기 손상, 염증, 발암, 진행성 동맥경화증을 유발한다는 증거가 있다.[10][11][12]
항산화제는 산화로 인한 산패의 시작을 지연시키거나 진행을 늦추기 위해 지방 함유 식품의 방부제로 자주 사용된다. 천연 항산화제에는 아스코르브산(비타민 C)과 토코페롤(비타민 E)이 있다. 합성 항산화제에는 부틸화 하이드록시아니솔(BHA), 부틸화 하이드록시톨루엔(BHT), TBHQ, 프로필 갈레이트, 에톡시퀸이 있다. 천연 항산화제는 수명이 짧은 경향이 있어,[13] 더 긴 유통 기한이 필요할 때 합성 항산화제가 사용된다. 수용성 항산화제의 효과는 지방 내의 직접적인 산화를 방지하는 데 제한적이지만, 식품의 수성 부분을 통해 이동하는 자유 라디칼을 차단하는 데 유용하다. 수용성 및 지용성 항산화제를 함께 사용하는 것이 이상적이며, 일반적으로 지방 대 물의 비율로 사용된다.
열과 빛은 지방과 산소의 반응 속도를 가속화하므로, 지방과 오일을 시원하고 어두운 곳에 보관하고 산소나 자유 라디칼 노출을 줄이면 산패를 줄일 수 있다. 항균제는 산패 과정에 영향을 미치는 박테리아 또는 기타 미생물의 성장을 억제하여 산패를 지연시키거나 예방할 수 있다.[1]
산소 제거 기술은 식품 포장에서 산소를 제거하여 산화 산패를 방지하는 데 사용될 수 있다.
4. 산패 방지
항산화제는 산화로 인한 산패의 시작을 늦추거나 진행 속도를 줄이기 위해 지방 함유 식품의 방부제로 자주 사용된다. 천연 항산화제에는 아스코르브산(비타민 C)과 토코페롤(비타민 E)이 있다. 합성 항산화제에는 부틸화 하이드록시아니솔(BHA), 부틸화 하이드록시톨루엔(BHT), TBHQ, 프로필 갈레이트 및 에톡시퀸이 있다. 천연 항산화제는 수명이 짧은 경향이 있어,[13] 유통 기한을 늘려야 할 때 합성 항산화제가 사용된다. 수용성 항산화제의 효과는 지방 내의 직접적인 산화를 방지하는 데는 제한적이지만, 식품의 수성 부분을 통해 이동하는 자유 라디칼을 차단하는 데 유용하다. 수용성 및 지용성 항산화제를 함께 사용하는 것이 이상적이며, 일반적으로 지방 대 물의 비율로 사용된다.
열과 빛은 지방과 산소의 반응 속도를 가속화하므로, 지방과 오일을 시원하고 어두운 곳에 보관하고 산소 또는 자유 라디칼에 노출시키지 않으면 산패를 줄일 수 있다. 항균제는 또한 과정에 영향을 미치는 박테리아 또는 기타 미생물의 성장을 억제하여 산패를 지연시키거나 예방할 수 있다.[1]
산소 제거 기술은 식품 포장에서 산소를 제거하여 산화적 산패를 방지하는 데 사용될 수 있다.
5. 산화 안정성 측정
연쇄 반응을 통해 산패 과정이 일어나기 때문에, 산화 반응은 비교적 느리게 진행되다가 갑자기 가속화된다. 이렇게 변화하는 시간을 "유도 시간"이라고 하며, 동일한 조건(온도, 공기 흐름 등)에서는 반복이 가능하다. 산화 반응의 진행 상황을 측정하는 방법에는 여러 가지가 있는데, 현재 가장 많이 사용되는 방법 중 하나는 랑시맷 방법이다.
랑시맷 방법은 50~220°C 사이의 온도에서 공기를 흘려보내면서 실험을 진행한다. 휘발성 산화 생성물(주로 개미산[14])은 공기의 흐름에 의해 측정 용기로 운반되어 측정액(증류수)에 흡수(용해)된다. 이 용액의 전도도를 계속해서 측정하여 산화 곡선을 얻을 수 있다. 산화 곡선의 첨점(전도도가 급격하게 상승하기 시작하는 지점)은 산패 반응의 유도 시간을 나타내며,[15] 이는 시료의 산화 안정성을 나타내는 지표로 사용될 수 있다.
랑시맷 방법, 산화 안정성 측정기(OSI) 및 산화 그래프는 모두 지방과 오일의 유도 시간을 결정하기 위해 과산화물 값을 측정하는 것을 기반으로 하는, 더 복잡한 AOM(활성 산소 방법)의 자동화된 버전으로 개발되었다.[15] 시간이 지나면서 랑시맷 방법은 AOCS Cd 12b-92 및 ISO 6886과 같은 여러 국가 및 국제 표준으로 채택되었다.
참조
[1]
서적
Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry
Wiley-VCH
[2]
서적
Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry
Wiley-VCH
[3]
서적
Naturwissenschaftliche Grundlagen der Lebensmittelzubereitung
Behr's Verlag
[4]
서적
Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry
Wiley-VCH
[5]
서적
Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry
[6]
서적
Chemistry : course companion
2014-01-00
[7]
웹사이트
Understanding rancidity of nutritional lipids
https://www.naturalp[...]
Natural Products Insider
2009-08-04
[8]
학술지
Fishing for answers: is oxidation of fish oil supplements a problem?
2015-11-23
[9]
학술지
Scientific Opinion on Fish Oil for Human Consumption. Food Hygiene, including Rancidity
2010-00-00
[10]
학술지
Oxidation of Marine Omega-3 Supplements and Human Health
2013-00-00
[11]
학술지
Dietary advanced lipid oxidation endproducts are risk factors to human health
https://onlinelibrar[...]
2007-00-00
[12]
학술지
Potential health lmplications of the consumption of thermally-oxidized cooking oils – a review
http://agro.icm.edu.[...]
2017-00-00
[13]
학술지
Kinetics of the oxidation of vitamin C
https://www.research[...]
[14]
서적
Rancidity in Foods
https://books.google[...]
Springer-Verlag GmbH
[15]
서적
Tree nut oils: chemical characteristics, oxidation and antioxidants
https://books.google[...]
Library and Archives Canada
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