단백질의 변성에 관하여

단백질의 변성

1) 단백질의 변성이란 단백질의 1차 구조는 변하지 않고, 2차 및 3차 구조가 파괴되어 식품 성분에 변화가 일어나는 것을 말한다. 단백질의 2차 구조는 아미노산-아미노산 간의 수소 결합으로 만들어지는데, 이 수소결합에 의해 꼬이는 모양이나 병풍 모양을 만든다. 이 수소결합이 파괴되면 공간구조인 3차 구조도 변하면서 단백질의 변성이 일어나는 것이다. 단백질의 2차 및 3차 구조의 변화는 가열, 건조, 산, 알칼리, 중금속, 효소 등에 의하여 발생한다.

 

2) 단백질의 변성 결과

(1) 용해도 감소, 점도증가 : 구상 단백질이 물에 용해되면 폴리펩티드 사슬 구조가 파괴됨에 따라 내부에 있던 소수 성기가 표면으로 노출되며, 이로 인하여 단백질의 친수성이 감소하면서 용해도는 감소한다. 콜라겐은 섬유상 단백질로 불용성이지만 물과 함께 가열하면 근절 길이가 수축되고, 사슬구조가 절단되면서 점성을 가진 젤라틴으로 변한다.

(2) 효소, 항원, 항체의 활성 소실 : 효소, 항원, 항체는 대부분 90℃ 정도로 가열하면 활성이 소실된다.

(3) 소화율 향상 : 단백질을 가열하면 2차 구조를 유지하고 있는 폴리펩티드 사슬이 풀리면서 효소 작용을 받기 쉬워져 소화율이 높아진다.

(4) 갈변현상 및 영양가 감소 : 단백질이 변성되면 원래의 형태를 잃고 모양, 색, 점도, 맛, 영양가 등이 변한다. 육류는 당과 단백질의 상호 반응으로 갈변 현상이 나타나며, 단백질 속의 라이신 등의 아미노산이 파괴되어 영양가가 감소한다.

 

3) 단백질의 물리적 변성

(1) 가열에 의한 변성 : 단백질의 가열 변성은 가장 보편적인 현상으로, 단백질이 변성되면 응고형태로 나타난다. 이것은 단백질 분자가 변성된 후 분자 간 상호 결합을하기 때문이다. 이러한 열변성 식품에는 삶은 달걀, 두부, 갈비, 생선묵 등이있다. 단백질의 가열변성은 온도 물, 산, pH, 전해질(염분), 당, 지방 등에 영향을 받는다.

• 온도 : 식유, 어유 등의 액토 미오신 (actomyosin), 미오신 (myosin)은 60~70℃에서 변성되어 응고된다. 온도가 높을 수목 변성이 빠르게 일어난다.
• 수분 : 단백질은 친수성이 있어 수분이 많은 상태에서 가열하면 물 분자운동이 활발해지면서 단백질의 폴리펩티드 사슬의 수소결합을 끊기가 쉽다. 따라서 단백질 주위에 수분이 많으면 낮은 온도에서, 수분이 적으면 고온에서 응고되면서 변성된다. 
• pH, 당 성분 : 단백질은 등전점인 pH4.6에서 가장 쉽게 응고된다. 치즈는 우유 단백질인 카제인을 산을 첨가하여 pH 4.6으로 만들어 응고시킨다. 또한, 단백질에 설탕을 넣고 가열하면 응고 온도가 높아지며, 메일라드 반응으로 갈변 현상을 일으킨다.
• 금속염 : 단백질은 염소화합물, 황산염, 인산염 등과 같은 전해질이 있으면 가열 시 응고가 촉진된다. 계란찜을 만들 때 소금을 넣거나 두부를 만들 때 응고제를 넣은 이유이다.

(2) 동결 변성 : 육류나 어류 단백질은 동결되면 얼음 결정에 의해 폴리펩티드 사슬의 수소 결합이 파괴되면서 변성이 일어난다. 단백질의 변성이 발생하면 물과 친수성이 약해지면서 보수성이 저하된다. 이는 동결되었던 육류나 어류를 해동시킬 경우, 수분을 흡수하지 못해 드립이 발생하는 원인이 된다.

(3) 건조 변성 : 단백질 식품을 건조시키면 폴리펩티드 사슬 간의 수분이 제거되면서, 인접 분자 간 결합을 형성하여 단단한 구조를 만든다. 이러한 원리를 이용한 식품에는 북어, 마른오징어 등이 있다.

 

4) 단백질의 화학적 변성 요인

(1) 산 또는 알칼리에 의한 변성 : 단백질은 양성 전해질이므로 용액에 산 또는 알칼리를 가하면 (+), (-) 전하로 인해 단백질이 등전점 인 pH 4.6 부근에 도달하여 응고 및 변성된다. 우유에 유산균(젖산균)을 생육시켜 pH가 낮아지면서 응고된다.

(2) 금속이온에 의한 변성 : 단백질은 금속이온이 있을 때 변성이 촉매 된다. 칼슘이나 마그네슘 이온은 단백질의 카르복실기(-COOH)와 결합하여 응고된다.

(3) 효소에 의한 변성 : 우유를 치즈로 만들 때 사용하는 방법이다. 우유 단백질인 카제인에는 칼슘과 인을 함유하고 있다. 레닌 효소는 k(카파)-카제인과 결합하여 파라-카제인이 되어 응고된다.