식품이 가진 '물성'의 모든 것, 액체의 물성과 용액 종류 총 정리

식품은 대체로 액체, 반고체, 고체의 상태로 존재하고 있습니다. 이러한 식품의 물성이 어떤 특징을 가졌는지, 우리에게 어떤 영향을 줄 수 있는지를 알아봅니다.

물성의 의미는 물체가 가지고 있는 성질입니다. 식품이 이러한 물성을 각각 가지고 있는 이유는 물에 녹거나, 녹지 않고 이온 상태로 존재하고 있거나, 극성 혹은 비극성 상태로 존재하거나, 또는 수소 결합이나 이온 결합으로 인해 생성되는 작은 분자들이 다시 고분자를 형성하게 되면서 식품의 가공이나 조리에 의해 화학적, 물리적 변화로 새로운 성질을 가지게 됩니다. 이러한 것들은 입 안으로 들어가면 독특한 식감을 나타내게 됩니다. 식품이 가지는 물성은 정말 복잡하고 다양합니다. 

하지만 식품 물성은 인간의 감각 작용에서 아주 중요한 부분이며, 동시에 식품의 산업적 부분에서도 굉장히 주요한 관리 요소입니다. 예를 들어, 주스가 공장 파이프를 통해 흘려들어 탱크를 향해 옮겨지고 있다고 한다면, 이 주스의 점도가 너무 높은 경우 잘 흐르지 않기 때문에 이를 조절하기 위해 파이프 높이를 낮게 조정하거나 파이프의 마찰을 줄일 수 있는 자재를 사용하거나 펌프의 압력을 더욱 높이는 등의 조절이 필요합니다. 따라서 식품 제조 공장을 기획, 계획할 때도 아주 중요한 사안이며, 식품 업체에서는 비용적인 부분에서 수익 및 단가와도 직결되는 부분입니다.

물성은 흐르는 성질(점성)과 기계적, 기하학적 변형성(견고성, 탄력성, 점착성, 응집성 등)을 포함하는 매우 넓은 범위의 관능 요소로 분류됩니다. 이러한 물성은 식품에서 조직감, 텍스쳐라고도 합니다. 텍스쳐란 물질의 감촉을 의미하고 있지만 식품의 경우에는 입 안에 넣었을 때 입 안에서 느껴지는 식품 물질의 자극에 대한 감각 반응으로 볼 수 있습니다. 일반적으로 관능 평가에서 식품의 맛이나 색, 향기, 기호도 등을 평가하기도 하지만 식품의 물성을 관능 평가의 감각 특성 항목으로 추가하여 진행하기도 합니다. 

식품 물성 학적으로, 식품 성질을 물리적으로 나타내는 주요 요소는 식품에 주어지는 힘(stress), 이 힘으로 발생하는 식품의 변형(strain), 식품에 가해진 힘과 변형이 일어난 시간(time), 이렇게 세 가지의 파라미터로 나타낼 수 있습니다. 이 세 요소는 각 식품 종류에 중요한 물성 어휘들이 만들어질 수 있게 하였는데, 액체 식품의 물성은 점성(viscosity), 점조 성(consistency) 등의 단어를 사용하고 고체나 반고체 식품에서는 견고성(hardness), 탄력성(springiness), 점착성(adhesiveness), 응집성(cohesiveness), 씹힘 성(chewiness), 감성(gumminess) 등을 사용하고 있습니다. 

 액체 식품의 물성
수식 품의 조직감에 아주 큰 영향을 주는 것은 식품 내에 존재하는 수분입니다. 수분은 온도나 습도, 압력 등 주위 환경에 따라 식품 내부와 외부로의 출입이 증가, 감소하기 때문에 수분 함량이나 수분활성에도 따라 식품의 물성이 아주 크게 달라집니다. 식빵으로 예를 들어보겠습니다. 주변의 상대 습도가 증가할수록 식품 내부에 존재하는 수증기의 압력보다 외부에 존재하는 수증기의 압력이 높아지기 때문에 수분이 점차 내부로 들어오게 됩니다. 결국엔 부드러운 느낌의 식빵이 아니라 눅눅한 식감의 식빵으로 변화하게 되는 것입니다. 이와 반대로, 건조한 곳에 둔 식빵은 식빵 내부의 수증기 압력이 외부에 있는 수증기 압력보다 높기 때문에 이에 따라 수분이 식빵 외부로 증발하게 되어 점점 딱딱한 물성을 가진 식빵으로 변합니다. 이렇듯 수분은 어떠한 물질이라도 녹이거나 화학적으로 반응하는 성질을 가지고 있기 때문에 이 중요한 성질이 식품의 물성에 아주 큰 영향을 주게 됩니다. 용해되는 식품의 분류를 나누어 볼 수 있는데, 이는 물에 녹는 입자의 크기에 따라진 용액, 콜로이드 용액, 현탁액으로 구분할 수 있습니다.

[진 용액]
진 용액은 1nm 이하의 미세한 용질이 녹아 균질해진 상태입니다. 물에 녹은 이후에는 용질의 원래 모습은 맨눈으로 확인하기 어려운 형태입니다. 반투막을 통과할 수 있습니다. 

[콜로이드 용액]
콜로이드 용액은 현탁액, 진 용액의 중간 성질을 가지고 있고 1~100nm의 입자 크기를 가집니다. 물에 녹기보다는 물 안에서 배치가 잘 분산되어 있다고 생각하시면 됩니다. 콜로이드 용액은 반투막을 통과하지 못하지만 통과할 수 있습니다. 

[교질용액]
교질 용액은 물속의 단백질이 녹아있는 교질 용액으로 예를 들어 보자면, 분산 매는 물이고 분산 질은 단백질로 볼 수 있습니다. 용매와 용질과 비슷한 개념으로 볼 수 있지만, 분산 매는 고체 상태일 수도 있다는 것이 교질 용액의 특징입니다. 식빵의 예시를 다시 본다면, 빵 속에 효모가 발효를 통해 가스를 생성하고 가스가 골고루 퍼져 있다면 이때의 분산 매는 고체이고, 분산 질은 기체가 되는 것입니다. 

[현탁액]
현탁액은 100nm 이상의 입자가 물속에 녹은 상태로, 시간에 따라 가라앉아 분산되지 않는 형태를 나타냅니다. 된장국을 오래 두면 아래에 가라앉는 것을 예로 들 수 있습니다.

*반투막이란?
반투막은 용액이나 기체 등의 혼합물에서 특정 성분만 통과시킬 수 있는 막입니다. 가장 흔한 예시는 셀로판인데, 육안상 셀로판의 작은 구멍을 볼 수 없지만, 실제 매우 많고 작은 구멍이 뚫려 있는 상태입니다. 셀로판을 통과하려면 셀로판의 구멍보다 더 작은 크기의 입자만이 셀로판을 통과할 수 있게 되는 것입니다. 이러한 반투막을 사용하면 단백질과 같은 고분자 물질에서 염(Na, K)과 같은 미세 물질을 분리할 수 있는데, 이러한 과정을 투석이라고 합니다.