다양한 '갈변 효소'의 갈변 반응 메커니즘 - 효소적 갈변, 폴리페놀옥시데이스와 타이로시네이스, 갈변효소의 억제

효소적 갈변 반응을 일으키는 대표적인 효소, 폴리페놀 옥시 데이스의 메커니즘을 알아보았는데요! 이번 포스팅에서는 폴리페놀 옥시 데이스의 효소적 특성과, 더 다양한 갈변 효소를 소개합니다.

[폴리페놀 옥시 데이스(polyphenoloxidase)의 효소 특성]
소금에 의하여 불활성 되고 Cu, Fe는 활성화시키며 고구마 가공 시 변색 방지법으로는 아황산 처리, 열탕 처리, 식염수, 구연산 용액에 침지 등이 있습니다. 폴리페놀 옥시 데이스는 구리(Cu)를 함유하고 있는 산화효소입니다. 이 효소는 식물의 종류에 따라서 그 성질이 다소 다르며 또한 이 효소가 작용하는 기질의 종류도 효소의 출처에 따라 다소 다릅니다. 일반적으로 과실에서 추출된 폴리페놀 옥시 데이스는 pH 5.0~7.0에서 최고의 활성을 가지며, pH가 낮은 과실은 산성 측에, 산이 적은 과실은 중성 가까이에 최적 pH가 있습니다.

이 효소는 구리이온(Cu2+)에 의해서 활성화되며 염소이온(Cl-)에 의해서 억제됩니다. 한편 폴리페놀 옥시 데이스는 dighydroxyphenylalanine, pyrogallol, catechol, p-hydroxy benzene 등에 특히 잘 작용한다고 합니다. 또한 대부분의 폴리페놀 옥시 데이스는 두 개의 수산기(-OH) 중에서 하나의 수산기에 대해서 ortho 또는 para 위치에 수산기가 아미노기(-NH2)로 치환된 화합물에 대해서도 작용하지만, 오렌지에서 추출한 폴리페놀 옥시 데이스는 하나의 수산기가 아미노기로 치환된 화합물에는 작용하지 않았으나 하나의 수산기가 메톡실기(methoxyl group, -OCH3)로 치환된 화합물에 대해서는 작용하는 특이성을 가지고 있습니다.

 타이로시네이스(tyrosinase)에 의한 갈변 반응
공기 중에서 감자를 절단한 것이 타이로시네이스에 의해 흑갈색의 멜라닌 색소를 생성합니다. 타이 로시 네이스는 분자 내에 구리(Cu)를 함유하고 있는 산화 효소로서 여러 가지 폴리페놀 화합물에 작용하므로 본질적으로 폴리페놀 옥시 데이스와 같은 것으로 생각되고 있으나 유일하게 다른 점은 모노폴리 페놀(monophenol) 화합물인 타이로신(tyrosine)이 카테콜 유도체인 dihydroxyphenylalanine(DOPA)으로 산화되는 과정에 대해서도 촉매 작용을 한다는 점입니다. 따라서 폴리페놀 옥시 데이스와 구별하여 monophenoloxidase라고도 합니다.

아미노산 중의 하나인 타이로신은 타이로시네이스의 존재 하에 급속하게 산화되어 DOPA를 거쳐 DOPA quinoe이 되고 이것은 DOPA-chrome으로 알려진 적색의 5, 6-Quinone-indole-2-carboxylic acid를 형성합니다. 이 중간 생성체는 다시 갈색의 indole-5, 6-quinone을 거쳐 계속 축합, 중합 반응을 통하여 최종적으로 흑갈색의 멜라닌 색소를 형성합니다.

채소나 과실류 특히 감자의 갈변에 있어서 이 효소에 의한 작용이 매우 현저합니다. 타이 로시 네이스는 폴리페놀 옥시 데이스와 마찬가지로 구리를 함유하고 있는 효소이기 때문에 구리이온(Cu2+)에 의해서는 더욱 활성화되지만 반대로 염소이온(Cl-)에 의해서는 억제됩니다.

예를 들면 사과나 감자를 철로 된 칼이나 구리로 된 용기로 처리하면 갈변이 쉽게 일어나는 반면에 이들의 절편을 묽은 소금물에 담가 두면 갈변이 방지됩니다. 또한 감자에 함유되어 있는 타이 로시 네이스는 수용성이기 때문에 감자를 깎아서 물에 담가 두면 갈변이 잘 일어나지 않습니다. 한편, 타이 로시 네이스는 pH 7~8, 온도 0~30도씨 범위에서 비교적 안정합니다.

 홍차 제조과정에서의 갈변반응
효소에 의한 갈변반응이갈변 반응이 실제로 응용되고 있는 가장 좋은 예의 하나로 신선한 찻잎(fresh tea leaves)에서 홍차(black tea)를 제조하는 과정을 들 수 있습니다. 홍차 제조과정에서 효소에 의한 갈변 반응이 가장 활발하게 일어나는 발효 단계에서 카테킨(catechin) 또는 갈로카테킨(gallocatechin) 등의 폴리페놀 화합물이 산화 중합되어 테아플라빈(theaflavin)류 등과 같은 홍차 특유의 갈색 색소가 형성됩니다.

 효소적 갈변 반응의 억제
갈색화 반응은 식품의 가공 및 저장 중에 식품의 품질을 저하시키는 요인이 되기 때문에 그 억제는 매우 중요한 문제입니다. 효소에 의한 갈색화 반응을 억제하는 방법은 효소를 불 활성화시키는 방법과 효소의 최적 조건을 변동시키는 방법이 원칙적으로 이용됩니다. 

- 효소의 불활성화
효소에 의한 갈변 반응을 억제하는 가장 효과적인 방법은 폴리페놀 옥시 데이스를 불 활성화시키는 것입니다. 즉 효소의 본체는 단백질이므로 가열에 의하여 쉽게 불 활성화됩니다. 대부분의 채소류나 과실류를 가공할 때 실시되는 데치기(blanching)는 그 본래의 목적이 통조림 또는 병조림할 채소류나 과실류 내부의 호흡가스를 제거하는 데 있으나 동시에 가열에 의한 효소들의 불활성화에 대해서도 효과적인 과정이 됩니다. 그러나 과실 및 채소류의 열처리 시 이취(off flavor)의 발생, 바람직하지 않은 물성의 변화 또는 연화(softening) 등을 가져오기 때문에 효소를 불 활성화시키기 위해서는 고온에서 가열시간을 주의 깊게 조절하는 것이 필요합니다.

다음 포스팅에서 효소 갈변의 억제 요소를 이어 알아보도록 하겠습니다. 감사합니다!