무궁무진 밀 이야기

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글루텐이란 – 물이 밀가루와 만날 때 비로소 생겨나는, 자연적으로 존재하지 않는 단백질

우리밀세상 0 721 01.09 17:27
밀과 밀가루 논의에서 가장 빈번하게 만나는 용어가 글루텐이다. 그렇지만 그 함량 정도에 따라 밀가루가 국수용/빵용/과자용 등으로 구분된다는 것 이상의 이해를 갖기가 쉽지 않다.


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반죽과정에서 육안으로 글루텐의 발전 정도를 살피는 모습
아래 제시 글의 현미경 사진을 통해 보다 상세 모습을 볼 수 있다.
 
이에 글루텐이 무엇인지, 그 발달이 어떻게 이루어지는지를 전자현미경을 이용한 사진과 함께 간략히 설명하는 영문 자료가 있어 우리말로 옮겨와 본다. 그리고 글 말미에는 소금, 설탕, 효소 그리고 안전성 문제로 경계하기도 하는 베이킹파우다와 쇼트닝(마가린) 등이 글루텐 발현에 미치는 영향도 간략히 다루고 있다.  
이 자료가 글루텐의 생김, 발전 그리고 활용 이해에 작은 보탬이 되었으면 하는 바람이다.

이 글 원문은 다음 링크를 통해 얻을 수 있고, 원문 링크 변경에 대비해 첨부파일로 함께 올려 둔다.
http://www.cookingscienceguy.com/pages/wp-content/uploads/2012/07/Explaining-Gluten.pdf


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많이 듣는 질문 중 하나가 “글루텐이 무엇인가이다. 설명 좀 해 줄 수 있나요”이다. 사람들이 글루텐 이해가 어려운 것은 놀랄 일이 아니다. 그것은 바로 글루텐이 자연에 존재하지 않기 때문이다. 글루텐은 물에 녹지 않는 불용성 단백질로, 물이 밀가루와 혼합될 때 비로소 새롭게 생겨난다는 이해가 전제되어야 한다.

단백질은 아미노산으로 구성된 매우 큰 분자이다. 밀가루 안에서 글루테닌과 글리아딘으로 불리는 자연적으로 2가지 단백질이 있다. 이 두 단백질은 냉동 상태로 존재하다가 건조한 밀가루에 충분한 밀이 더해질 때 깨어나, 유연한 모습으로 활동이 가능하게 된다. 뻑뻑한 상태로 존재하던 스파게티가 물에서 요리될 때 부드러워지는 것과 같은 모습이라 할 수 있다.

단백질에 물을 붓는 과정을 수화(hydration)라고 부른다. 수화를 거치면서 물과 밀가루는 마치 하나의 분자인 것처럼 움직이고, 물먹은 단백질은 서로 접촉하면서 반응을 시작한다. 단백질들끼리 화학적 결합 형태로 서로를 달라붙기 시작한다. 이렇게 만들어진 새로운 단백질의 화학적 결합은 교차결합으로 부른다. 반복하자면, 이것은 냄비에 쏟아부은 채 물을 걸러내고 요리된 스파게티와 다르지 않다. 몇 분 후 스파게티 면 가닥이 약간의 기름으로 서로 갈라놓지 않는 상태에서 서로 달라붙는 것과 같은 모양이다. 

글루텐은 엄청난 수의 단백질 간의 서로 다른 화학적 결합으로 이황화합물 결합(disulfide bonds)을 이룬다. 이 결합은 이온 결합이나 수소 결합에 비할 바 없이 강하다.

혼합이 계속되는 과정에서 단백질 간 교차결합이 더욱 늘어난다. 그 결과 단백질 간 화학적 결합의 거대 네트워크가 만들어진다. 혼합은 반죽을 치대는 행위로 반죽기나 손을 통해 행해진다. 그 과정에서 물먹은 유연한 단백질들은 치대는 방향으로 늘어지면서 배열되기를 반복한다. 그러면서 단백질 간 교차결합도 점차 증가한다.

치대는 작업과정에서 공기 결합도 생겨나는데, 그 자체가 이황화 결합 강화에 도움을 준다. 치대는 작업을 계속하는 동안 단백질 네트워크는 망의 형태로까지 발전한다. 
공정상 이 과정은 단백질이라는 실 꾸러미를 풀어 천을 짜는 것과 유사하다. 똑바로 펴진 실, 단백질은 네트워크 모양으로 천조각을 이루어간다. 그리고 다시 이들 천 조각이 서로 만나 킬트와 같은 큰 옷 조각을 형성하게 된다. 

화학적으로 서로 연결된 글루테닌과 글리아딘이 글루텐을 형성하는데, 이는 매우 탄력적인 물질이다. 어느 단백질도 단독으로 글루텐만큼 탄력적이면서 신축적이지 않다. 그러나 화학적 결합으로 생겨난 새로운 단백질은 고무풍선같이 탄력이면서 신축적이다. 

글루텐은 단백질 간 결합이 늘어날수록 점점 더 강해진다. 마치 약한 얇은 고무풍선이 강한 두꺼운 고무풍선으로 변해가는 것과 같다. 풍선처럼 글루텐은 가스나 스팀을 통해 부풀어 오른다. 그 원리로 반죽이 부풀어지고, 오븐에서 빵이 구워진다. 

빵을 구울 때, 부풀어 오른 글루텐은 마르면서 강해진다. 그렇지만 쫄깃쫄깃한 빵에 구멍을 만들면서 또한 유연한 구조로 바뀌어진다. 갓 구운 빵은 여전히 중량 비중으로 35%의 수분을 함유하고 있음도 유념해야 한다. 이 정도가 전분을 부드럽게 하면서, 글루텐 탄력을 유지하는데 필요한 양이다. 

아래는 다른 발달 단계의 글루텐을 전자현미경을 통해 사진으로 담은 것이다. 출처는 독일의 Zeitschrift fur Lebensmittel-Untersuchung und-Forschung (1990) 190: 401-409이다. 이들 사진은 물과 밀가루로부터 글루텐이 어떻게 형성되는지를 보는데 도움을 주고자 크게 확대한 것이다. 확대 정도는 각 사진 아래에 표기해 두었다.

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위 왼쪽. 밀가루에 물만 붓고, 치대는 작업을 하지 않은 상태에서 형성된 단백질 망 모습이다. 전분 입자가 물을 부으면서 제거되었다. 전분 입자는 보통 구멍을 메워간다. 

위 오른쪽. 약간의 치대는 과정을 거친 후의 단백질 모양이다. 늘어나면서 서로 결합해 가닥 형태를 이루고 있다. 전분 입자는 물을 부어 제거된 모양이다.

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위 왼쪽. 치대는 과정을 거치면서 늘어나고, 뭉쳐진 단백질 가닥을 가진 반죽 모양. 표면에서 씻겨나간 전분입자가 단백질 망 속에 갇힌 채로 남아있다.

위 오른쪽. 최적으로 잘 치대진 반죽에서 만들어진 단백질 망의 모습이다. 전분 입자들은 표면에서 씻겨난 모습이다. 

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위 왼쪽. 보다 확대한 사진으로 최적으로 반죽된 상태를 담은 모습이다. 전분입자가 여전히 남아있는 모습이다. 반죽이 구워질 때 전분입자는 물을 흡수하면서 수 배로 부풀어 망 속 공간을 메우게 된다. 

위 오른쪽. 글루텐 층들이 어떤 모양으로 서로 엉켜 유연한 막을 만들면서 가스를 붙들게 되는지를 보여주는 모습. 

글루텐 발달과 힘에는 많은 요소들이 작용한다. 글루텐이 너무 발달하게 되면, 파이 크러스트와 같은 부드럽기보다 딱딱한 빵이 구워진다. 글루텐의 발달 정도가 빵이 얼마나 높이 부풀어 오르는 영향을 준다. 빵의 부드러움과 딱딱함 정도에도 영향을 준다. 약한 글루텐은 잘 늘어나지만, 그만큼 줄어들지 못한다. 아래는 글루텐 발달에 영향을 주는 몇 가지 요소들을 정리한 것이다. 


1. 밀 품종 : 연질 밀에 비해 경질밀이 단백질 양이 많아, 더 강하고, 응집력 있고, 신축성이 큰 글루텐을 만든다.

2. 물의 양 : 물은 글루텐 발달에 필수적 요소이다. 글루테닌과 글리아딘은 그들 무게의 2배의 물을 흡수한다. 따라서 물이 적으면 글루텐 발달이 적고, 그 만큼 단백질 활동성이 줄어들게 된다. 그렇지만 너무 많은 물도 단백질을 희석시켜 상호 작용을 방해한다.

3. 물의 경도 : 경수, 센물에 든 칼슘과 마그네슘은 글루텐을 강화시킨다. 

4. 물의 pH : 글루텐 발달에 이상적인 pH는 5~6이다. pH5~6 이상 또는 이하면 글루텐 강도를 약화시킨다. 그래서 잘 늘어나는 처지는 반죽이 된다. [베이킹소다(중탄산나트륨)는 pH를 높여, 팽창을 늘려주고, 기공을 많게 하면서 또 부드러운 식감을 내게 한다.]

5. 발효 : 확장된 기공은 글루텐을 강화시켜 주고, 점착력과 탄력성을 늘려준다. 부피를 키우고, 식감을 좋게 한다.

6. 효소 : 단백질을 부수는 효소는 자연적으로 존재하지만, 마른 상태에서는 활동이 없다. 효소는 글루텐을 작은 조각으로 부수어 반죽이 보다 부드럽고, 신축성을 갖게 한다. 반죽으로 15~30분간 그대로 두는, 오토리즈(autolyse)로 알려진 과정은 효소가 글루텐을 잘게 부수어 보다 신축성이 뛰어난 반죽을 만드는 시간을 제공한다. 이 과정은 부피가 크고, 기공이 많은 빵을 만드는데 도움을 준다.

7. 소금 : 빵 반죽에는 밀가루 무게의 1.5~2.0%의 소금이 들어있다. 소금은 효소 활동과 발효 속도를 늦춰준다. 소금은 글루텐을 강하게 해, 부피가 크면서 질 좋은 부드러운 식빵을 만들게 한다.

8. 지방, 기름, 유화제 그리고 설탕은 반죽을 연하게 만든다. 지방과 유화제로 둘러싸인 단백질은 물흡수와 글루텐 발달을 감소시킨다. 스파게티에 기름을 코팅한 것과 같다. [쇼트닝(마가린)은 글루텐 길이를 짧게 해보다 부드러운 빵을 만든다.] 설탕은 물과 경쟁을 통해 단백질 물 흡수 그리고 글루텐 발달을 줄인다. 

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